DE3333858A1 - Polycarbonat-zubereitungen mit verbesserten schlagzaehigkeitseigenschaften - Google Patents

Polycarbonat-zubereitungen mit verbesserten schlagzaehigkeitseigenschaften

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DE3333858A1 DE19833333858 DE3333858A DE3333858A1 DE 3333858 A1 DE3333858 A1 DE 3333858A1 DE 19833333858 DE19833333858 DE 19833333858 DE 3333858 A DE3333858 A DE 3333858A DE 3333858 A1 DE3333858 A1 DE 3333858A1
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Edward Louis 47631 New Harmony Ind. Belfoure
Kenneth Frederick 47620 Mt. Vernon Ind. Miller
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

Polycarbonat-Zubereitungen mit verbesserten Schlagzähigkeitseigenschaften
Aromatische ^polyestercarbonate sind als Copolymere, die sich von Carbonat-Vorstufen, zweiwertigen Phenolen und aromatischen Dicarbonsäuren oder Säurederivaten ableiten, bekannt. Unter den Eigenschaften, welche diese Polymeren charakterisieren, ist eine relativ hohe Verformungstemperatur unter Belastung (DTUL) als auch eine relativ hohe Schlagzähigkeit, wie sie durch das Testsystem nach Izod (Kerbe) gemessen wird. Die Art des Versagens bei Stoß ist jedoch sowohl für die 1/8 inch- als auch für die 1/4 inch-Prüflinge spröde im Gegensatz zu duktil.
Aromatische Polycarbonate sind auch bekannte Polymere, die sich von Carbonat-Vorstufen und zweiwertigen Phenolen ableiten. Unter den Eigenschaften, welche dieses Polymere charakterisieren, ist eine DTUL, die signifikant niedriger als bei einem aromatischen Copolyestercarbonat ist und eine hohe Beständigkeit gegen Stoß in einem dünnen Querschnitt, d.h. in einem 1/8 inch-Prüfsystem, das ebenso auch ein duktiles Versagen einbezieht. Jedoch wie dies in der Natur der meisten
glasigen Polymeren liegt, haben aromatische Polycarbonate eine kritische Dicke, jenseits welcher die Schlagzähigkeit ziemlich rasch abfällt und die Art des Versagens sich von duktil nach spröde ändert. Das Izod-Testsystem (Kerbe) unter Verwendung von 1/4 inch-Prüflingen ist jenseits dieser kritischen Dicke und es zeigen derartige Untersuchungen eine relativ niedrige Schlagzähigkeit mit einem spröden Versagen.
Ein Mischen der zwei Polymeren führt, vorausgesetzt, daß die Mischungskomponenten eine gute Verträglichkeit besitzen, zu einer Mischung, die durch Eigenschaften gekennzeichnet ist, welche irgendwo zwischen den Eigenschaften der einzelnen Mischungskomponenten liegen. Der Wert der spezifischen, zu untersuchenden Eigenschaft ist gewöhnlich von dem Prozentsatz einer jeden Komponente in der Mischung abhängig. Es wurde nun gefunden, daß, wenn gewisse aromatische Polycarbonate innig mit gewissen aromatischen Copolyestercarbonaten über einen spezifischen Bereich an Esterprozentsatz gemischt werden, die Schlagfestigkeit der Zubereitung höher ist als bei jeder der einzelnen Komponenten, wie sie durch den 1/4 inch-Izod-Test (Kerbe) gemessen wird. Zusätzlich neigt die Art des Versagens dazu, über einen relativ engen Bereich mehr duktil als spröde zu sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zubereitung geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine innige Mischung aus
(a) einem halogenfreien, unverzweigten aromatischen Polycarbonat, abgeleitet aus einem zweiwertigen Phenol und einer Carbonat-Vorstufe, das eine intrinsic viscosity von zumindest etwa 0,5 2 dl/g besitzt und
(b) einem halogenfreien, unverzweigten aromatischen Copolyestercarbonat, abgeleitet von einem zweiwertigen Phenol,
einer Carbonat-Vorstufe und einer aromatischen Dicarbonsäure oder einem reaktionsfähigen Derivat derselben, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Terephthalsäure oder einer Mischung aus Isophthalsäure und Terephthalsäure, enthält r wobei das aromatische Polycarbonat und das aromatische Copolyestercarbonat in solchen Mengen zugegen sind, daß die 1/4-inch-Kerbzähigkeit nach Izod der Zubereitung höher ist als die der Komponente (a) allein oder (b) allein.
Bevorzugte Zubereitungen werden auch eine größere Tendenz aufweisen, in 1/4 inch-Formteilen unter Bruch eher duktil als spröde zu versagen. Die einzelnen Komponenten der Zubereitung zeigen ein sprödes Versagen. Dieses duktile Versagen der Zubereitung ist zumindest teilweise von der intrinsic viscosity des aromatischen Polycarbonats abhängig.
In der Zubereitung dieser Erfindung brauchbare aromatische Polycarbonate sind gewöhnlich Polycarbonate, die dem Fachmann bekannt sind. Jedoch sollten die Polycarbonate weder verzweigi sein, d.h. es sollte kein trifunktionelles oder höher funktionelles Mittel, welches eine Verzweigung in das Polycarbonat einbringen kann, zugegen sein, noch sollten sie halogeniert sein. Typische zweiwertige Phenole, die verwendet werden können, sind
2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,4'-Dihydroxydiphenylmethan,
Bis(2-hydroxyphenyl)-methan,
Bis(4-hydroxyphenyl)-methan,
Bis(4-hydroxy-5-propy!phenyl)-methan, Bis(4-hydroxy-2,6-dimethyl-3-methoxyphenyl)-methan, 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-äthan,
1,1-Bis(4-hydroxy-2-äthylphenyl)-äthan, 2,2-Bis(3-phenyl-4-hydroxyphenyl)-propan,
Bis(4-hydroxyphenyl)-eyelohexy!methan und 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-1-phenylpropan.
Andere Bisphenole als diese mit einem Kohlenstoffatom zwischen den zwei Phenolen können ebenfalls verwendet werden. Beispiele für derartige Gruppen von Bisphenolen umfassen Bis(hydroxyphenyl) -sulfide, Bis(hydroxyphenyl)-äther und Bis(hydroxyphenyl) -sulfoxide, und dergleichen.
Die bevorzugte Familie von zweiwertigen Phenolen wird durch die nachstehende allgemeine Formel
HO (' *>-—C—(' λ>—OH
1 2
erläutert, in welcher die Reste R und R gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, einschließlich, bedeuten.
Das besonders bevorzugte zweiwertige Phenol ist Bisphenol-A,
Die aromatischen Polycarbonate werden nach Standard-Arbeitsweisen, beispielsweise mittels Grenzflächenpolymerisation in Gegenwart eines Aminkatalysators und eines Säureakzeptors, hergestellt. Die in dieser Erfindung im allgemeinen brauchbaren aromatischen Polycarbonate haben eine intrinsic viscosity (I.V.) von zumindest etwa 0,52 Deziliter/Gramm (dl/g), gemessen in Methylenchlorid bei 250C. Eine bevorzugte intrinsic viscosity liegt oberhalb von etwa 0,55 dl/g. Wenn Polycarbonate der bevorzugten intrinsic viscosities in der Mischung über einen relativ engen Prozentbereich an Estergehalt verwendet
werden, ist das Stoßversagen bei 6,35 rom (1/4 inch) Dicke im allgemeinen mehr duktil als spröde. Es sei ferner auch bemerkt, daß die Schlagfestigkeit außerdem signifikant höher ist. Bei Polycarbonaten mit niedrigerer intrinsic viscosity, beispielsweise 0,52 dl/g, bleibt das Stoßversagen bei 6,35 mm (1/4 inch) im spröden Bereich. Mischungen der geeigneten Polycarbonate
können ebenfalls verwendet werden.
Die für eine Verwendung in dieser Erfindung geeigneten aromatischen Copolyestercarbonate sind von Carbonat-Vorstufen und zweiwertigen Phenolen, die ebenfalls bei der Herstellung des aromatischen Polycarbonats brauchbar sind, abgeleitet. Jedoch
muß das aromatische Copolyestercarbonat nicht aus dem gleichen zweiwertigen Phenol hergestellt sein, wie es für das
in der erfindungsgemäßen Zubereitung vorhandene aromatische
Polycarbonat verwendet wurde. Die in der Herstellung des
Copolyestercarbonats verwendeten aromatischen Dicarbonsäuren sind Terephthalsäure oder Mischungen aus Isophthalsäure und
Terephthalsäure. Es kann ein beliebiges Derivat einer Carbonsäure verwendet werden, welches mit dem Hydroxyl eines zweiwertigen Phenols reagiert. Die Säurehalogenide werden ganz
allgemein wegen der Leichtigkeit, mit der sie reagieren, und ihrer Verfügbarkeit eingesetzt. Die Säurechloride werden bevorzugt .
Der Estergehalt des aromatischen Copolyestercarbonats sollte in einem Bereich von etwa 25 bis etwa 90 Molprozent, vorzugsweise von etwa 35 bis etwa 80 Molprozent liegen. Wenn eine
Mischung aus Isophthalsäure und Terephthalsäure zugegen ist, kann in dem Polymeren ein Bereich von Isophthalsäure zu Terephthalsäure von etwa 1:9 bis 8:2 angewandt werden. Bevorzugt wird ein Bereich von etwa 1:9 bis etwa 4:6.
Es können die Standardverfahren zur Herstellung von Copolyestercarbonat verwendet werden. Derartige Verfahren werden in den US-PSen 3 169 121 und 4 238 596 beschrieben.
Auf alle in der vorliegenden Beschreibung angeführten Patentschriften und Veröffentlichungen wird ausdrücklich Bezug genommen und der Offenbarungsgehalt aller dieser Veröffentlichungen durch diese Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung integriert.
Jede beliebige Kombination des aromatischen Polycarbonats und des aromatischen Copolyestercarbonats, welche eine 1/4 inch-Izod-Kerbzähigkeit liefern, die größer ist, als man sie mit jeder Mischungskomponente allein erhält, liegt innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung. Offensichtlich werden die spezifischen Grenzen dieses Effekts von der strukturellen Zusammensetzung des spezifischen aromatischen Polycarbonats und des aromatischen Copolyestercarbonats, als auch von deren individuellen Eigenschaften, abhängen. Im allgemeinen können diese überraschenden Schlagversuch-Ergebnisse mit Zubereitungen erhalten werden, die von etwa 10 bis etwa 70 Gewichtsprozent Estergehalt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Prozentsätze von in der Zubereitung vorhandenem aromatischen Polycarbonat und aromatischem Copolyestercarbonat, vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 60 Gewichtsprozent Estergehalt, aufweisen'. Die bevorzugten Zubereitungen, welche bei einer Dicke von 6,3 5 mm (1/4 inch) ein duktileres Versagen zeigen, haben einen Estergehalt im Bereich von etwa 18 bis etwa 36 Gewichtsprozent Ester, und das aromatische Polycarbonat hat mindestens eine intrinsic viscosity von etwa 0,55 dl/g, vorzugsweise von etwa 0,60 dl/g.
Zur Herstellung der innigen Mischung der Zubereitung kann ein
beliebiges Verfahren angewandt werden. Beispielsweise erhält man durch Mischen in der Schmelze in einem gewöhnlichen Extruder oder in einem üblichen Doppelschnecken-Extruder eine geeignete Mischung. Zusätzlich können auch verschiedene Stabilisatoren und Additive in der Zubereitung vorhanden sein. Diese Additive werden vorzugsweise bei der Extrusionsstufe zugesetzt. Es können die typischerweise für Farbe-, Wärme-, Hydrolyse- und UV-Stabilisierung von Polycarbonaten und Copolyestercarbonaten verwendeten Stabilisatoren in der Zubereitung eingesetzt werden. Verschiedene Additive, wie beispielsweise Formtrennmittel, Pigmente und feuerhemmende Mittel, insbesondere Salze von aromatischen Sulfonsäuren, können ebenfalls zugegen sein.
Nachfolgend werden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung sowie Vergleichsbeispiele gebracht. Diese Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, sollen diese jedoch nicht einschränken.
Herstellung 1
Das Polycarbonat wurde durch Standard-Grenzflächenarbeitsweisen unter Verwendung von Bisphenol A, Phosgen und Phenol als Kettenabbrecher hergestellt. Das aromatische Copolyestercarbonat wurde mittels Standard-Arbeitsweisen, beispielsweise wie in der US-PS 4 238 596, hergestellt. Das in den Beispielen verwendete Copolyestercarbonat hatte einen Estergehalt von etwa 65 Molprozent (12,A Gewichtsprozent), wobei die Ester eine Mischung von 85 % Terephthalsäure und 15 % Isophthalsäure waren. Phosgen und Bisphenol A sind die Carbonat-Vorstufe und das verwendete zweiwertige Phenol. Der Estergehalt in der Zubereitung ist in Gewichtsprozent, bezogen auf die gesamte Menge des Polycarbonats und des Copolyestercarbonats, angegeben. Beispielsweise wird eine Mischung von 50 Gewichtspro-
zent Polycarbonat mit 50 Gewichtsprozent des in dieser Herstellung identifizierten Copolyestercarbonats einen Estergehalt von 36,2 Gewichtsprozent aufweisen.
Standard-Mengen eines Phosphit-Stabilisators, eines Epoxid-Stabilisators und eines Silicons wurden mit den Harzen extrudiert.
In der nachstehenden Tabelle I hat das Polycarbonat eine intrinsic viscosity von etwa 0,63. In allen nachstehenden Tabellen beziehen sich die Prozente Polycarbonat auf die Gewichtsprozente Polycarbonat in der Zubereitung von Polycarbonat und Copolyestercarbonat. Die DTUL ist in Graden Celsius angegeben und wurde nach ASTM D648 gemessen. Die Izod-Werte (Kerbe) wurden gemäß ASTM D256 in ft-lb/in gemessen. Die hochgestellten Zahlen repräsentieren die Prozente Duktilität von fünf Proben.
Tabelle
A Beispiele 1 2 3 4 B
% Polycarbonat
Gew.-% Ester
DTUL
1/8" Izod
(Kerbe)
1/4" Izod
(Kerbe)
0
72,4
165
6,0°
6,0°
20
58
156
8,3°
7,4°
40
43
151
10,6*
8,5°
60
29
145
13,1*
10,180
80
15
139
16,1*
3,1°
100
0
130
16,1*
2,1°
* 100 % duktil
Die nachgestellten Zahlen geben den Prozentsatz der getesteten Proben an, die einem= duktilen Bruch unterlagen.
Wie aus den Ergebnissen zu entnehmen ist, ändern sich die
DTUL- und die 1/8 inch-Izod-Werte (Kerbe) wie erwartet, wobei die DTUL um so niedriger und die Schlagfestigkeit um so höher ist, je mehr Polycarbonat vorhanden ist. Jedoch sind die 1/4 inch-Izod-Schlagfestigkeitswerte (Kerbe) und die Art des Versagens tatsächlich überraschend. Die erwartete abnehmende 1/4 inch-Schlagfestigkeit mit stetig ansteigenden Mengen an Polycarbonat wird nicht beobachtet. Vielmehr ist in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 70 Gewichtsprozent Estergehalt, vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 60 Gewichtsprozent, der 1/4 inch-Izod-Schlagwert (Kerbe) höher als für jede einzelne Komponente allein. Insbesondere bemerkenswert ist, daß sich die Art des Versagens von 100 % spröd bis im wesentlichen duktil über einen relativ engen Zusammensetzungsbereich von etwa 18 bis etwa 36 Gewichtsprozent Estergehalt ändert.
Die obigen Versuche wurden mit einem aromatischen Polycarbonat der intrinsic viscosity von 0,56 dl/g, welches das frühere aromatische Polycarbonat ersetzte, wiederholt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II niedergelegt.
Tabelle
II
A Beispiele 5 6 7 8 B
% Polycarbonat
Gew.-% Ester
DTUL
1/8" Izod
(Kerbe)
1/4" Izod
(Kerbe)
0
72,4
165
6,0°
6,0°
20
58
153
8,340
7,3°
40
43
151
10,0*
8,6°
60
29
145
12,5*
9,640
80
15
139,0
15,1*
2,5°
100
0
130
16,0*
2.1°
* 100 % duktil
Die nachgestellten Zahlen geben den Prozentsatz der getesten Proben an, die einem duktilen Bruch unterlagen.
Die Ergebnisse zeigen den gleichen Trend wie in Tabelle I. Die DTUL-Werte sinken allmählich ab, wenn der Polycarbonatgehalt der Zubereitung ansteigt. Die 1/8 inch-Izod-Schlagwer te (Kerbe) der Zubereitung steigen an. Jedoch ist die Schlag festigkeit überraschenderweise höher zusammen mit einem Anstieg in der Duktilität, wie dies in den spezifischen Werten für 1/4 inch gezeigt wird.
Es ist ganz eindeutig, daß Gegenstände mit einer Dicke von 6,3 5 mm (1/4 inch) oder einer etwas größeren oder kleineren Dicke, die aus diesen Zubereitungen verpreßt worden sind, und die ein gewisses I.V.-Minimum-Polycarbonat enthalten, eine überraschende Schlagfestigkeit und in einem engeren Bereich eine erhöhte Duktilität beim Versagen im Vergleich mit Gegenständen, die aus einer der Zubereitungskomponenten gepreßt sind, aufweisen.
Verschiedene Prozentsätze von aromatischen Copolyestercarbonaten mit Terephthalsäurerest und einer Mischung von Isophthalsäure- und Terephthalsäurerest sind mit dem aromatischen Polycarbonat zur Erzielung von Zubereitungen kombinierbar, welche dieses überraschende Schlagfestigkeits-Merkmal und sogar besonders bevorzugt ein duktiles Versagen aufweisen.
Nachstehend ein Vergleichsversuch, der ein Polycarbonat mit einer I.V. von 0,50 dl/g verwendet, die zu niedrig ist.
-Vf-
iS
Tabelle
III
A 4 1 C 1 D 6OH* E 1 B 0 100
% Polycarbonat 0 6 20 8 45 0 60 00 1 0
Gew.-% Ester 72, 0 5 58 6 40 29 1 0
DTUL 165 0 57 50 145 30
1/8" Izod
(Kerbe)
6,0 .6° ,7 10100H* 16,
1/4" Izod
(Kerbe)
6,0 .6° ,6 5,7° 2,
* Gelenkbruch [Hinged Break (nicht duktil)]
Die nachgestellten Zahlen geben den Prozentsatz der getesten Proben an,
die einem nicht-duktilen Bruch unterlagen. Wie aus den vorstehenden Ergebnissen zu ersehen ist, wird der 1/8 inch-Izod-Wert (Kerbe) nicht duktil wie in den vorstehenden Tabellen I und II. Darüber hinaus ist nur ein sehr geringer Anstieg, falls überhaupt, über den 100 % Copolyestercarbonat-Wert für 1/4 inch-Izod-Werte (Kerbe) der Mischung. Es ist eindeutig, daß keine Änderung der Art und Weise des duktilen Versagens in den 1/4 inch-Prüflingen auftritt, im Gegensatz zu den Mischungen der Tabellen I und II, welche die Polycarbonate mit höherer I.V. verwendeten.
Obwohl eine obere Grenze der intrinsic viscosity des Polycarbonats dieser Erfindung nicht unverhältnismäßig signifikant ist, sollte im allgemeinen eine intrinsic viscosity von etwa 1,20 dl/g, vorzugsweise von etwa 0,80 dl/g nicht überschritten werden.

Claims (18)

Patentansprüche
1. Zubereitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine innige Mischung aus
(a) einem halogenfreien, unverzweigten aromatischen Polycarbonat, abgeleitet aus einem zweiwertigen Phenol und einer Carbonat-Vorstufe, das eine intrinsic viscosity von zumindest etwa 0,52 dl/g besitzt und
(b) einem halogenfreien, unverzweigten aromatischen Copolyestercarbonat, abgeleitet von einem zweiwertigen Phenol, einer Carbonat-Vorstufe und einer aromatischen Dicarbonsäure oder einem reaktionsfähigen Derivat derselben, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Terephthalsäure oder einer Mischung aus Isophthalsäure und Terephthalsäure,
enthält, wobei das aromatische Polycarbonat und das aromatische Copolyestercarbonat in solchen Mengen zugegen sind, daß die 1/4-inch-Kerbzähigkeit nach Izod der Zubereitung höher ist als die der Komponente (a) allein oder (b) allein.
2. Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polycarbonat von einem zweiwertigen Phenol der nachfolgenden allgemeinen Formel
1 2
abgeleitet ist, in welcher die Reste R und R gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, einschließlich, bedeuten.
3. Zubereitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiwertige Phenol Bisphenol A ist.
4. Zubereitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Copolyestercarbonat von einer Mischung aus Isophthalsäurechlorid und Terephthalsäurechlorid abgeleitet ist.
5. Zubereitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Copolyestercarbonat von einer Mischung aus Isophthalsäurechlorid und Terephthalsäurechlorid abgeleitet ist.
6. Zubereitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aromatischen Copolyestercarbonat das zweiwertige Phenol von Bisphenol A abgeleitet ist.
7. Zubereitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aromatischen Copolyestercarbonat das zweiwertige Phenol von Bisphenol-A abgeleitet ist.
8. Zubereitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Ester im Bereich von etwa 10 bis etwa 70 Gewichtsprozent liegt, wobei der Gewichtsprozentsatz auf den Gesamtgewichtsprozentsatz des in der Zubereitung vorhandenen aromatischen Polycarbonats und
- 3 des aromatischen Copolyestercarbonats bezogen ist.
9. Zubereitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Ester im Bereich von etwa 15 bis etwa 60 Gewichtsprozent liegt.
10. Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Versagen beim Bruch
ι im wesentlichen duktil ist.
11. Zubereitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die intrinsic viscosity zumindest etwa 0,55 dl/g beträgt. i
12. Zubereitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Versagen beim Bruch im wesentlichen duktil ist.
13. Zubereitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Versagen beim Bruch im wesentlichen duktil ist.
14. Zubereitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Versagen beim Bruch im wesentlichen duktil ist.
15. Zubereitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Versagen beim Bruch im wesentlichen duktil ist.
16. Zubereitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Versagen beim Bruch im wesentlichen duktil ist.
17. (tefonntjer Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er aus der Zubereitung nach Anspruch durch Verpressen hergestellt ist.
18. Geformter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er aus der Zubereitung nach Anspruch durch Verpressen hergestellt ist.
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