DE3616280A1 - Thermoplastische polyamidformmassen mit geringer wasseraufnahme - Google Patents
Thermoplastische polyamidformmassen mit geringer wasseraufnahmeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft thermoplastische Polyamidfonninassen,
g welche durch Zusatz von mindestens eine Oxirangruppe enthaltende
Epoxidverbindungen eine geringe Wasseraufnahme zeigen.
Die Eigenschaften von Polyamiden beruhen u.a. auf der ,Q Polarität der Carbonsäureamidgruppen beziehungsweise auf
der Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen diesen Gruppen. Die Polarität ist aber auch die Ursache dafür,
daß Polyamide die Eigenschaft besitzen, Wasser aufzunehmen. Die Wasseraufnahme steht in direktem Zusammenhang
1R mit der Anzahl der Carbonsäureamidgruppen im Polymermolekül.
J. ο
Sie erfolgt nicht nur bei der Wasserlagerung von Polyamid-Prüfkörpern,
sondern auch, wenn diese feuchter Luft, zum Beispiel einem Normklima ausgesetzt, d.h. konditionier werden.
Anwendungstechnisch wichtige Eigenschaften der Polyamide
(nachfolgend mit PA bezeichnet), besonders von kürzerkettigen, wie PA 6 und PA 6,6, hängen sehr stark von der
Wasseraufnahme ab, wie z.B. die Schlagzähigkeit, die Reißdehnung und die Flexibilität.
Wenn also PA 6-Spritzgußteile der Konditionierung ausgesetzt
werden, nimmt zum Beispiel deren Kerbschlagzähigkeit zu, zugleich verringert sich aber deren Steifigkeit und
Dimensionsstabilität im Vergleich zu spritzfrischen Teilen.
Durch die Wasseraufnahme können also bestimmt PA-Eigenschaften verbessert, andere hingegen beeinträchtigt werden.
Die Erhaltung beziehungsweise Verbesserung der Steifigkeit und Dimensionsstabilität von Polyamid-Formteilen ist aber
eine unabdingbare Forderung, wenn sie tragende beziehungsweise festigkeitsunterstützende Wirkung haben sollen, wie
das zum Beispiel bei der Anwendung im Kraftfahrzeug-, Geräte-, Apparate- oder Maschinenbau der Fall ist.
Es sind Verfahren bekannt, durch geeignete Zusätze bestimmte ig Eigenschaften der Polyamide zu verbessern, zum Beispiel um
die Steifigkeit und Maßhaltigkeit zu erhöhen. Dies kann durch Einarbeitung von Verstärkungsmaterialien, wie Fasern
oder Mineralien, geschehen. Dadurch wird aber meistens das Gewicht der Formteile und auch deren Sprödigkeit erhöht.
Zur Verbesserung der Zähigkeit im spritzfrischen, also
trockenen, Zustand können auch Fremdpolymere, wie Polyolefine, zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen oder Copolymere
davon, ferner solche mit polaren Seitenketten, wie Polyvinyl- 2Q acetat, aber auch Elastomere auf Basis von Kautschuken, wie
Butadien/Acrylnitril, oder modifizierte, wie zum Beispiel
gepfropfte Polymere, eingebaut werden.
Durch solche Maßnahmen werden wohl die zähigkeitsbezogenen 2c Eigenschaften verbessert, grundsätzlich aber bleibt die
wasseraufnehmende Wirkung der Carbonsäureamidgruppen mit ihrem steifigkeitsmindernden Einfluß bestehen. Durch Verlängerung
der Gliederzahl zwischen den Carbonsäureamidgruppen der Polyamidmoleküle werden ebenfalls bessere Zähigkeits-
_ werte erreicht, zum Beispiel durch Polykondensation langkettiger
Diamine mit ebensolchen Dicarbonsäuren oder von vielgliedrigen Lactamen. Dadurch muß aber eine verminderte
Wärmeformbeständigkeit und eine verringerte Steifigkeit in Kauf genommen werden, wodurch wiederum die Verwendbarkeit
„_ solcher PA-Typen eingeschränkt wird.
-δ-1
Die Anwendungsmöglichkeiten für Polyamide könnten also wesentlich erhöht werden, wenn es gelingt, Formteile einerseits
schlagzäh, aber auch genügend steif, dimensionsstabil und wärmeformbeständig herzustellen.
In der DE-OS 3 248 329 wird vorgeschlagen, die Reduktion der Wasseraufnähme und Erhöhung der Dimensionsstabilität von
Polyamiden dadurch zu erreichen, daß spezielle beziehungsweise langkettige Phenole, die maximal in einer o-Stellung
substituiert sein dürfen, eingearbeitet werden. Besonders bevorzugt werden Dodecylphenol, 2-Hydroxybiphenyl, Nonylphenol
und 2-Phenyl-2-(4-hydroxyphenyl)-propan.
jK Die Wirksamkeit derartiger Zusätze zur Verminderung der
Wasseraufnahme ist zwar gegeben, mit dieser Verfahrensweise sind aber bestimmte Nachteile verbunden, welche die Effektivität
dieser Maßnahme in Frage stellen.
So ist die Einarbeitung von Phenolen durch Extrusion insofern nicht unproblematisch, als damit Rauch- und Geruchsbelästigungen verbunden sein können. Ferner zeigen mit Phenolen
modifizierte PA-Teile eine orange bis rötliche Verfärbung, welche bei vielen Anwendungen unerwünscht ist.
2Q Schließlich sind phenolische Zusätze in Polyamiden nicht
auswaschbeständig, d.h. sie können mit geeigneten Lösungsmitteln, wie Wasser, Methanol u.a., besonders bei erhöhter
Temperatur und aus dünneren Formteilen relativ leicht entfernt werden. Dadurch geht die verminderte Wasseraufnahme
_0 verloren.
Es wurde nun gefunden, daß durch Einarbeitung bestimmter Epoxidverbindungen in das Polyamid ebenfalls eine starke
hydrophobierende Wirksamkeit erreicht wird, ohne daß dabei ^1. die obengenannten Nachteile auftreten.
Der bisher bekannte Einsatz von Epoxiden in Polyamiden beschränkt sich im wesentlichen auf polyfunktionelle Epoxidverbindungen
zum Zwecke einer Vernetzungsreaktion mit dem Polyamid. Ziel derartiger Produkte ist die Erhöhung der
Zähigkeit von Polyamiden oder die Formulierung von Klebersystemen mit ausgezeichneter Temperaturbeständigkeit.
Nicht erkannt und benutzt wurde bisher die Möglichekit der Hydrophobierung (Verminderung der Wasseraufnahme) von PoIyjQ
amiden durch Einbau von Epoxidverbindungen.
Die vorliegende Erfindung hat die Verwendung von Epoxidverbindungen
in Mengen von 0,3 bis 15 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 bis 12 Gew.-%, in thermoplastisch verformbaren Polyamiden
.r zum Gegenstand, mit dem Zwecke, eine Reduzierung der Wasseraufnahme
derselben herbeizuführen.
Es handelt sich bei diesen Epoxidverbindungen um solche mit mindestens .einer Oxirangruppe der Formel I,
H .H
c c '
E2 0 K,
„_ in welcher R, und R~ Wasserstoff, Alkyl-, Aralkyl- oder
Arylreste bedeuten und R„ bevorzugt einen Rest der allgemeinen
Formel II
R. X CH__— (ID
darstellt, in welcher X Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff
und Rg ein substituierter oder nicht—substituierter aromatischer,
cycloaliphatischer, araliphatischer oder aliphatischer Rest sein kann, der auch noch weitere Oxirangruppen enthal-
__ ten und durch andere Gruppierungen unterbrochen sein kann.
Besonders bevorzugte Epoxidverbindungen sind Gycidether.
Die Oxirangruppierung beziehungsweise die Glycidethergruppierung
kann in dem erfindungsgemäßen Zusatz auch mehrfach vorkommen.
In den vorstehenden Formeln ist R.. vorzugsweise Wasserstoff,
R0 vorzugsweise R--O-CH» oder R-.-S-CH.,, die Alkylgruppen sind
vorzugsweise Gruppen mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 16, in noch bevorzugterer Weise 1 bis 8 und insbesondere 1 bis 5
Kohlenstoffatomen. Bevorzugte Arylgruppen sind Phenyl, Tolyl,
tert.-Butylphenyl und Xylenyl. Die Arylgruppen und die Aralkyl·
gruppen sind vorzugsweise die vorstehend genannten, während die Alkylgruppen ebenfalls den vorstehend genannten bevorzugten
Alkylgruppen entsprechend.
R2 und R3können vorzugsweise auch 1 bis 2 Oxirangruppen
beinhalten, wobei Alkyl, Aryl und Aralkyl die gleiche Bedeutung wie vorstehend haben.
Als Beispiele für die genannten Epoxidverbindungen können folgende Mono-, Di- oder Polyglycidether angeführt werden:
n-Buthylglycidether, 2-Ethyl-hexyl-glycidether, Glycidether
längerkettiger aliphatischer Alkohole, Ethylenglycoldiglycidether, Butoxi-diethylenglycidether, Neopentylglycoldiglycidether,
Butandioldiglycidether, Hexandioldiglycidether, Phenylglycidether, Kresylglycidether, p-tert. Butylphenylglycidether,
Phenylphenolglycidether, Dihydroxydiphenylpropandiglycidether, Resorcin- und Brenzkatechindiglycidether,
Triglycidyl-isocyanurat, Nonylphenylglycidether, sowie weitere Glycidether oder auch Gemische davon.
Als Polyamide kommen alle bekannten kristallinen, teilkristallinen
oder amorphen Polyamide mit mindestens 4 Ringgliedern in Frage, also Polyamide, welche aus Lactamen oder
aus Diaminen und Dicarbonsäuren hergestellt werden können wie PA 4 bis PA 12, ferner PA 4,6, 6,6, 6,7, 6,8, 6,9, 6,10,
6,12, 8,8, 12,12 oder solche Polyamide, welche aus aliphatischen, cycloalipahtischen, araliphatischen oder aromatischen
Dicarbonsäuren und Diaminen polykondensiert werden, wie aus Isophthalsäure, Terephthalsäure, t-Butylisophthalsäure, De-
-δ-1
candicarbonsäure und ähnlichen Verbindungen beziehungsweise Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, TCD, MNB, Dicycanen
und anderen Verbindungen.
und anderen Verbindungen.
Als Polyamide in diesem Sinne gelten auch Polyamidlegierungen
und Mischungen, welche einen überwiegenden Anteil Polyamid
enthalten und einen Restanteil, welcher aus anderen polymeren Verbindungen oder/und Füllstoffen, Verstärkungsmitteln, Pig-
IQ menten oder/und Additiven irgendwelcher Art besteht.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Polyamide Additive,
wie zum Beispiel Stabilisatoren, Kristallisationsbeschleuniger, Formtrennhilfen etc., enthalten.
Die erfindungsgemäßen Polyamide können dadurch hergestellt
werden, daß das unbehandeltet Polyamid mit dem Modifizierungsmittel
oberhalb der Schmelztemperatur des Polymeren
vermischt wird, was üblicherweise durch Extrusion in einer 2Q Schnecken- oder Compoundiermaschine erfolgt.
vermischt wird, was üblicherweise durch Extrusion in einer 2Q Schnecken- oder Compoundiermaschine erfolgt.
Die erfindungsgemäßen Polyamidformmassen zeichnen sich
konditioniert im Vergleich zu den nicht gleichermaßen
modifizierten Formmassen bei sonst gleichwertigem Eigen-2g schaftsprofil durch eine geringere Wasseraufnahme und dadurch höhere Steifigkeit und größere Dimensionsstabilität aus, wodurch sie, verstärkt oder unverstärkt, eine besondere Eignung für zum Beispiel den Karroseriebau etc. erlangen.
konditioniert im Vergleich zu den nicht gleichermaßen
modifizierten Formmassen bei sonst gleichwertigem Eigen-2g schaftsprofil durch eine geringere Wasseraufnahme und dadurch höhere Steifigkeit und größere Dimensionsstabilität aus, wodurch sie, verstärkt oder unverstärkt, eine besondere Eignung für zum Beispiel den Karroseriebau etc. erlangen.
„Q Ein weiteres Einsatzgebiet im Extrusionsverfahren sind
zum Beispiel Kabelumhüllungen. Ein Beispiel dafür sind zum
Beispiel Umhüllungen für Lichtwellenleiterkabel.
Polyamid 6-Granulat mit einer relativen Viskosität von 2,8,
p- gemessen ein einer 0,5 Gew.-%igen Lösungen von m-Kresol
bei 25°C, wird in einer Mischtrommel mit 4 Gew.-% C, .,-C,,."
Alkylglycidether innig vermischt und in einem Zweiwellenextruder extrudiert.
,Q Das homogene schmelzflüssige Extrudat wird als Strang durch
ein Wasserbad abgezogen und in einem Granulator zerkleinert. Das Ganulat wird dann bis zu einem Restwassergehalt von
"^ 0,05 Gew.-% getrocknet. Die Viskosität des Polyamids erfährt
durch diese Behandlung keine nennenswerte Änderung.
Das Polyamid wird zu Prüfkörpern verspritzt, welche zur
Feststellung der Wasseraufnahme in Wasser von 5O0C mehrere
Wochen gelagert und durch Wägung auf ihre Wasseraufnahme geprüft werden. Die im Vergleich zu nicht modifizierten PoIyon
amidprüfkörpern reduzierte Wasseraufnahme der erfindungsgemäßen
Polyamidprüfkörper wird auch nach den Methoden K.F.* und C.W.H.** überprüft (K.F.* = Karl Fischer-Bestimmung,
C.W.H.** = Chemische Werke Hüls, Coulometrische Bestimmung,
"Kunststoffe", 1970, 9, S.668-674).
Zur besseren Charakterisierung der Steifigkeit wird in einzelnen Beispielen auch der Biege Ε-Modul im konditionierten
Zustand nach DIN 53 452 angegeben.
Beispiele 2 bis 5 (Tabelle 1)
Gleichermaßem wie im Beispiel 1 werden weitere Glycidetherverbindungen
in Polyamid 6 eingearbeitet und nach Wasser- _,_ lagerung der entsprechenden Prüfkörper bei 500C ebenfalls
eine stark verminderte Wasseraufnahme festgestellt. Die ver-
-ΙΟΙ
wendeten Glycidether und die Ergebnisse der Modifizierung
auf die Wasseraufnahme sind ebenfalls in Tabelle 1 enthalten, ebenso die Eigenschaften von unmodifiziertem PA.
Beispiele 6 und 7 (Tabelle 1)
Analog zu den erfindungsgemäßen Beispielen in Tabelle 1
werden zum Vergleich zwei weitere Beispiele 6 und 7 ange-,Q
führt, bei welchen anstelle von Epoxidverbindungen Phenole gemäß der DE-OS 3 248 329 in das Polyamid eingearbeitet
werden.
Die Prüfkörper sind orange und rötlich verfärbt und erweisen
. r- sich beim Behandeln mit Warmwasser von 500C als nicht aus-Ib
waschbeständig; durch einen Extraktionsversuch können die Phenole neben den extrahierten Oligomeren im Infrarot-Spektrum
und im GC nachgewiesen werden.
20 Beispiele 8 bis 11 (Tabelle 2)
Es werden auch amorphe Copolyamide, bestehend aus Laurinlactam, Isophthalsäure und Laromin (nachfolgend mit CoPA
bezeichnet), analog Beispiel 1 mit Epoxidverbindungen modifiziert. Beispiel 10 betrifft ein amorphes CoPA ohne Zusatz,
in Beispiel 11 und 12 werden Phenole gemäß der DE-OS 3 248 3 eingearbeitet. Die Verminderung der Wasseraufnahme fällt bei
den amorphen Copolyamiden weniger hoch aus, ist aber bei den erfindungsgemäßen Prüfkörpern der Beispiele 8 und 9 jedoch
ΟΓ1 deutlich erkennbar.
3U
Tabelle | 1 | Poly amid typ |
Menge PA-in Gew.% |
Visko sität* nrel |
Zusatz | — | Wasser aufnahme ** |
Färbung/ Auswasch barkeit |
Biege E- Modul, kond. N/mm2 |
Bei spiele |
PA 6 | 96 | 2.8 | C13-C15-AlKyI- glycidäther |
Menge Gew.% |
7.18 | weisslich/ gering |
830 . | |
1 | PA 6 | 95 | 2.8 | ρ.-t.-Butylphenyl- glycidäther |
4 | 6.38 | weisslich/ gering |
835 | |
2 | PA 6 | 96 | 2.8 | Phenylglycid- äther |
5 | 7.42 | weisslich/ gering |
- | |
3 | PA 6 | 96 | 2.8 | ο. -Kresylglycid- äther |
4 : | 7.45 | fahl/gerinc | - | |
4 | PA 6 | 100 | 2.8 | - | 4 | 9.56 | weiss/ge- ring |
780 | |
Bezugs- beisp. 5 |
PA 6 | 96 | 2.8 | ο.-ρ.Nonylphenol | - | 7.78 | orange/ stark |
612 | |
6 | PA 6 . | 94 | 2.8 | o-Pheny!phenol | 4 | 6.98 | rötlich/ mittelstark |
681 | |
7 | 6 | ||||||||
* 0.5% m-Kresoljiji, · ."·'·■ '.'■'·
** Wasseraufnahme1= Gew.% nach Lagerung in Wasser von 5O0C
LO
(N
Bei spiele |
Polyamid- Typ ; ;: |
Menge- PA in Gew,% |
Visko sität* •nrel· |
Zusatz | Menge Gew.% |
Wasser aufnahme ** |
Färbung/ Auswaschbarkeit |
8 | Amorphes CoPA |
96 | 1.5 | ο.-Kresylglycid- äther |
4 | 3.'i8 | transparent/ schwach gelb |
9 | Amorphes CoPA * |
95 | 1.5 | ρ.-t.-Butylphenyl- glycidäther |
5 | 3.14 | transparent, farblos/gering |
10 | Amorphes CoPA |
100 | 1.5 | - | - | 3.88 | transp.,farblos/ gering |
11 | Amorphes CoPA |
95 | 1.5 | o-Phenylphenol | 5 | 3.46 | transp.,rötlich/ mittel |
12 | Amorphes CoPA |
96 • |
1.5 | t-Butylphenol | 4 | 3.30 | transp.,rot- bräunlich/mittel |
Der Biege Ε-Modul wurde nicht bestimmt.
; ι ■ t
* 0.5% m-Kresol i./i
** Wasseraufnahme = Gew.% nach Lagerung in Wasser von 500C
LO
IO
O | • J | LO | . CO | |
.;.:■ | CO | 1 1 ' ' ' t '· | CO | φ |
CD | ||||
N) | ||||
00 | ||||
CD | ||||
Claims (6)
1. Thermoplastische Polyamidformmassen mit geringer
Wasseraufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,3 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Polyamid, einer
mindestens eine Oxirangruppe der allgemeinen Formel I
Wasseraufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,3 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Polyamid, einer
mindestens eine Oxirangruppe der allgemeinen Formel I
H H
C C (I)
O R1
enthaltenden Epoxidverbindung enthalten, in welcher R, und R» Wasserstoff, Alkyl-, Aralkyl- oder Arylreste
D-8000 München 2 FOB 26 02 47 Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex
und R2 einen Rest der allgemeinen Formel II
R- X -CH- (XX)
in welcher X Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff und
R3 ein substituierter oder nicht~substituierter aromatischer,
cycloaliphatischer, araliphatischer oder aliphatischer Rest sein kann, der auch noch weitere Oxiran-Gruppen
,η enthalten und durch andere Gruppierungen unterborchen
sein kann, darstellen.
2. Thermoplastische Polyamidformmassen gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5 bis 12 Gew.-%, be-
,(- zogen auf das Polyamid, einer Epoxidverbindung enthalten.
3. Thermoplastische Polyamidformmassen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Glycidether enthalten.
2Q 4. Thermoplastische Polyamidformmassen gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aromatische Monoglycidether enthalten.
5. Thermoplastische Polyamidformmassen gemäß Anspruch 4,
„ dadurch gekennzeichnet, daß sie substituierte aromatische
Monoglycidether enthalten.
6. Verwendung der thermoplastischen Polyamidformmassen nach Anspruch 1 zur Herstellung von Teilen durch Extrusions-
_ oder Spritzgußverfahren.
3Ü
3Ü
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