ES2244983T3 - Composiciones de policarbonato con propiedades de desmolde. - Google Patents

Composiciones de policarbonato con propiedades de desmolde.

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ES2244983T3 ES97106322T ES97106322T ES2244983T3 ES 2244983 T3 ES2244983 T3 ES 2244983T3 ES 97106322 T ES97106322 T ES 97106322T ES 97106322 T ES97106322 T ES 97106322T ES 2244983 T3 ES2244983 T3 ES 2244983T3
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Abstract

SE PRESENTAN UNA COMPOSICION DE MOLDEO TERMOPLASTICA QUE CONTIENE POLICARBONATO Y UN ESTER COMPLEJO. EL ESTER QUE ESTA REPRESENTADO POR EN DONDE P ES UN ENTERO DE 2 A 8, 1 ES UN ENTERO DE 7 A 13 Y R Y R'' REPRESENTAN, INDEPENDIENTEMENTE, UN GRUPO C{SUB,X}H{SUB,2X+1-}, DONDE X ES UN ENTERO DE 8 A 24, HA DEMOSTRADO QUE IMPARTE A LA COMPOSICION UNA PROPIEDADES DE LLENADO Y LIBERACION DEL MOLDE EXCELENTES.

Description

Composiciones de policarbonato con propiedades de desmolde.
Campo de la invención
La invención se relaciona con las composiciones de moldeo termoplásticas y particularmente con las composiciones basadas en los policarbonatos.
Resumen de la invención
Se descubrió que una composición de moldeo termoplástico que abarca el polímero del carbonato y 0.1 a 2 por ciento relativo al peso de dicho polímero del carbonato de un éster complejo seleccionado del grupo del estearato esteroil esteril y de una mezcla de 4:2:1 del estearato esteroil del eicosonil, estearato esteroil del docosanil, y estearato esteroil del tetracosanil, imparte a la composición excelentes propiedades de rellenado y desmolde.
Antecedentes de la invención
Los Policarbonatos son ampliamente utilizados como termoplásticos en la ingeniería porque ofrecen un sistema atractivo de características físicas y mecánicas. Una desventaja, sin embargo, se asocia con su procesamiento en que tienen características de liberación pobres. En el uso de moldeo por inyección esta desventaja se traduce en duraciones de ciclo relativamente largas. Un ciclo más corto ha sido logrado mediante el moldeo por inyección a temperaturas más altas y usando agentes de liberación de moldeo. Los ésteres alifáticos con cadena larga del ácido carboxílico de alcoholes monohídrico y trihídrico se han incorporado en composiciones de policarbonato para mejorar las características de liberación de las composiciones: US patente 4.007.150 describe el uso de las amidas ácidas perfluoroalcanosulfónicas - y/o de las sales cíclicas del amonio de tales ácidos como agentes de liberación de moldeo. La tecnología relevante se ha divulgado en la US patente 3.784.595 que se refiere a las composiciones de moldeo del policarbonato que tienen propiedades de liberación de moldeo mejoradas conteniendo un éster del alcohol trihídrico y de un ácido carboxílico alifático saturado-C_{10-22}. Estos ésteres son agentes eficaces de liberación de molde, sin al mismo tiempo causar una disminución en la calidad mensurable del policarbonato. También relevante en este contexto es la US patente 3.836.499 que describe los ésteres de alcoholes univalentes C_{10-35} y de los ácidos monocarboxílicos-C_{8-25} saturados alifáticos.
Descripción detallada de la invención
Los policarbonatos aromáticos dentro del alcance de la actual invención incluyen homopolicarbonatos y copolicarbonatos y las mezclas de ellos.
Los policarbonatos convenientes tienen un peso molecular promedio de 10.000-200.000, preferiblemente de
20.000-80.000 y su velocidad de flujo fundido, por el método ASTM D-1238 a 300ºC, es cerca de 1 a cerca de 65 g/10 min., preferiblemente alrededor de 2-24 g/10 min. Pueden ser preparados, por ejemplo, por el conocido proceso de interfase difásica de un derivado del ácido carbónico tal como fosgeno y compuestos dihidroxi por policondensación (véase German Offenlegungsschriften 2.063.050; 2.063.052; 1.570.703; 2.211.956; 2.211.957 y 2.248.817; Patente Francesa 1.561.518; y la monografía H. Schnell, "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Interscience Publishers, New York, New York, 1964, todo incorporado aquí por referencia).
En el presente contexto, los compuestos dihidróxi convenientes para la preparación de los policarbonatos de la invención se conforman con los fórmulas estructurales (1) o (2).
\vskip1.000000\baselineskip
1
2
en donde
A
denota un grupo alquileno con 1 a 8 átomos de carbono, un grupo alquilideno con 2 a 8 átomos de carbono, un grupo cicloalquileno con 5 a 15 átomos de carbono, un grupo cicloalquilideno con 5 a 15 átomos de carbono, un grupo carbonilo, un átomo de oxígeno, un átomo de azufre, -SO-, o -SO_{2}- o un radical conforme a
3
\vskip1.000000\baselineskip
e y g
denotan ambas el número 0 a 1; Z denota F, Cl, Br o alquil-C_{1-4} y si varios
Z
radicales son sustitutos en un radical arilo, pueden ser idénticos o diferentes uno del otro;
d
denota un número entero de 0 a 4; y
f
denota un número entero de 0 a 3.
Entre los compuestos dihidróxi útiles en la práctica de la invención están la hidroquinona, resorcinol, bis-(hidroxi-
fenil)-alcanos, bis-(hidroxifenil)-éteres, bis-(hidroxifenil)-cetonas, bis-(hidroxifenil)- sulfóxidos, bis-(hidroxifenil)-sulfuros, bis-(hidroxifenil)-sulfonas, y \alpha,\alpha-bis-(hidroxifenil)-diisopropil-bencenos, como también sus compuestos nuclear-alquilados. Éstos y otros compuestos dihidróxi aromáticos convenientes se describen, por ejemplo, en las US patentes 3.028.356; 2.999.835; 3.148.172; 2.991.273; 3.271.367; y 2.999.846, incorporadas aquí como referencia.
Otros ejemplos de bisfenoles convenientes son bis-2,2(4-hidroxifenil)-propano(bisfenol A), bis-2,4 (4-hidroxifenil)-2-metilbutano, 1,1-bis-(4-hidroxifenil)-ciclohexano, \alpha,\alpha'-bis-(4-hidroxifenil)-p/m diisopropil-benceno, 2,2-bis-(3-metil-4-hidroxifenil)-propano, 2,2-bis-(3-cloro-4-hidroxifenil)-propano, bis-(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-metano, 2,
2-bis-(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-propano, bis-(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-sulfuro, bis-(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-sulfóxido, bis-(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-sulfona, dihidróxibenzofenona, bis-2,4 (3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-ciclohexano, \alpha-\alpha'-bis-(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-p-diisopropilbenceno y 4,4'-sulfonil difenol y 1,1-bis-(4-hidroxifenil)-ciclohexano y 3,3,5-trimetilciclohexano.
Ejemplos de bisfenoles aromáticos particularmente preferidos son 2,2-bis-(4-hidroxifenil)-propano, 2,2 bis-(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)-propano y 1,1-bis-(4-hidroxifenil)-ciclohexano y 1,1-bis-(4-hidroxi-fenil)-3,3,5-trimetilciclohexano.
El bisfenol más preferido es 2,2-bis-(4-hidroxifenil)-propano (bisfenol A).
Los policarbonatos de la invención pueden exigir en sus unidades de estructura derivados de uno o más de los bisfenoles convenientes.
Entre las resinas convenientes en la práctica de la invención está incluido el policarbonato basado en la fenolftaleína, los copolicarbonatos y los terpolicarbonatos tales como se describen en las US patentes 3.036.036 y 4.210.741, ambas incorporadas aquí por referencia.
Los policarbonatos de la invención pueden también ser ramificados por condensación en cantidades pequeñas, e.g., 0.05-2.0% mol (concerniente a los bisfenoles) de compuestos del polihidroxilo.
Los Policarbonatos de este tipo se han descrito, por ejemplo, en German Offenlegungsschriften 1.570.533;
2.116.974 y 2.113.374; patentes Británicas 885.442 y 1.079.821 y la US patente 3.544.514. Los siguientes son algunos ejemplos de los compuestos del polihidroxilo que se pueden utilizar para este propósito: fluoroglucinol; 4,6-dimetil-2,4,6-tri-(4-hidroxifenil)-heptano; 1.3.5-tri-(4-hidroxifenil)-benceno; 1,1,1- tri(4-hidroxifenil)-etano; tri-(4-hidroxifenil)-fenilmetano; 2.2-bis-[4.4-(4,4'-dihidróxidifenil)]-ciclohexil-propano; 2,4-bis-(4-hidroxi-1-isopropilidina)-fenol; 2.6-bis-(2'-dihidroxi-5'-metilbenzil)-4-metilfenol; ácido 2,4-dihidróxibenzoico; 2-(4-hidroxifenil)-2-(2,4-dihidroxifenil)-propano y 1,4-bis-(4,4'-dihidróxitrifenilmetil)-benceno. Algunos de los otros compuestos polifuncionales son el ácido 2,4-dihidróxibenzoico, ácido trimésico, cloruro cianúrico y 3.3-bis-(4-hidroxifenil)-2-oxo-2,3-dihidroindol.
Además del proceso de la policondensación mencionado arriba, otros procesos para la preparación de los policarbonatos de la invención son policondensación en una fase homogénea y transesterificación. Los procesos convenientes se describen aquí por referencia, en las US patentes 3.028.365 ; 2.999.846; 3.153.008; y 15 2.991.273.
El proceso preferido para la preparación de policarbonatos es el proceso de policondensación interfacial.
Otros métodos de síntesis en la formación de los policarbonatos de la invención tales como son descritos en la US patente 3.912.688, incorporado aquí como referencia, pueden ser utilizados.
Las resinas apropiadas de policarbonato están disponibles en el comercio, por ejemplo, Makrolon FCR, Makrolon 2600, Makrolon 2800 y Makrolon 3100, que son resinas del homopolicarbonato basadas en bisfenol que se diferencian en términos de sus pesos moleculares respectivos y caracterizadas en que sus índices de flujo fundido (MFR) por el método ASTM D-1238 están alrededor de 16.5-24, 13-16, 7.5-13.0 y 3.5-6.5 g/10 min., respectivamente. Éstos son productos de Bayer Corporation de Pittsburgh, Pennsylvania.
Una resina del policarbonato conveniente en la práctica de la invención es conocida y su estructura y métodos de preparación se han divulgado, por ejemplo en las US patentes 3.030.331; 3.169.121; 3.395.119; 3.729.447; 4.255.556; 4.260.731; 4.369.303 y 4.714.746 que son incorporados aquí como referencia.
El agente de liberación del moldeo de acuerdo a la invención es un éster complejo seleccionado del grupo de estearato esteroil esteril y de una mezcla de 4:2:1 de estearato esteroil eicosonil, estearato esteroil docosanil, y estearato esteroil tetracosanil. Los ésteres complejos convenientes en el contexto de la actual invención están disponibles en el comercio; por ejemplo bajo la marca registrada HETESTER de Bernel Chemical Company, Inc.
La cantidad del éster complejo agregado al polímero del carbonato es una cantidad positiva que es suficiente para impartir a la composición características mejoradas de liberación de moldeo con respecto a una composición correspondiente que no contenga el éster complejo. La composición de la invención contiene preferiblemente cerca de 0.1 a 2, preferiblemente 0.2 a 1.0 por ciento relativo al peso del polímero del carbonato.
La incorporación del éster complejo en el policarbonato puede ser efectuada usando técnicas estándares. Éstas incluyen la el mezclado en tambor de los ésteres complejos que están normalmente bajo la forma de sólidos o líquidos cerosos con las pellas de policarbonato seguido por extrusión (aproximadamente a 280-300ºC) para formar un filamento que entonces es peletizado. Alternativamente, el éster complejo se puede adicionar dosificado bajo la forma de un líquido fundido directamente en el policarbonato derretido en una extrusora. Otra alternativa está representada incorporando el agente de liberación del molde en el policarbonato sólido durante la fabricación de la resina. En caso de que el éster complejo sea mezclado como solución en un solvente con la solución del policarbonato antes de alcanzar el tornillo de desvolatilización, o adicionado dosificado sin el solvente directamente en el policarbonato derretido.
El método para la determinación de la fuerza de liberación con el fin de comparar las eficiencias de los agentes de molde es bien conocido. Esencialmente, el cilindro de inyección de una máquina del moldeo por inyección, por ejemplo, Newbury 4 onzas, está equipado con un transductor de presión para medir y para registrar la fuerza durante la fase de la eyección en un disco plano de moldeo de un diámetro de 90 milímetros. El molde se caracteriza en que tiene cuatro costillas ahusadas que se interceptan de 5 milímetros de alto por 1-2 milímetros de grueso presentadas en un patrón de rejilla. Hay 4 pernos eyectores en las intersecciones de las costillas y 4 pernos eyectores a lo largo del perímetro del disco. El molde está diseñado con el calado mínimo en las costillas para promover la tendencia de la pieza a atascarse en el núcleo. Los moldes antes se inyectan a una temperatura de fusión de 280ºC con una duración de ciclo de 45 segundos entre las inyecciones. El molde se mantiene a la temperatura del punto de ajuste de 79.5ºC. Los valores de la fuerza de liberación divulgados abajo representan promedios de las últimas 12 valores consecutivos de la presión hidráulica de la eyección del molde tomados después de que el molde se ha estabilizado, generalmente después de 25-30 eyecciones.
La invención se ilustra acá pero no se piense que está limitada por los ejemplos siguientes en los cuales todas las piezas y porcentajes están por peso salvo si se especifica lo contrario.
Ejemplos Experimental Ejemplo 1
Un éster complejo útil en la actual invención fue preparado como sigue:
Etapa uno
En un matraz de reacción del tamaño conveniente con un agitador, regulador de temperatura, columna de destilación, condensador de reflujo de relación variable y nitrógeno de cubrimiento se agregan 542 gramos (g) de ácido esteárico (número de ácido 203, 2.0 mol) y 600 g del ácido 12-Hidroxiesteárico (número de ácido 179, 2.0 mol) y de 0.114 g de catalizador óxido de dibutilestaño. La mezcla fundida agitada se calienta a 215ºC bajo purga con nitrógeno para facilitar el retiro del agua de la reacción. Se descontinúa el purgado con nitrógeno cuando la temperatura de la presión del vapor agua de reacción en la columna de destilación empacada cae debajo de 80ºC en cuyo punto se aplica el vacío completo. La mezcla fundida se mantiene bajo vacío completo a 215ºC con agitación hasta que el número de ácido ha caído a cerca de 110 (aproximadamente 8 horas) en cuyo punto la primera etapa de la reacción está completa.
Etapa dos
El éster parcialmente formado arriba es convertido al éster complejo mediante reacción del contenido del matraz de reacción en la etapa uno con 665 gramos de de ALFOL 20+ alcohol (aproximadamente una mezcla 4:2:1 de Eicosonal, de Docosanol, y de Tetracosanol de Vista Chemical Co.). Esta reacción se conduce durante 5 horas a una temperatura de 215ºC con agitación y la purga con nitrógeno para facilitar el retiro del agua de la reacción. Cuando la temperatura en la columna empacada de destilación cae debajo de 80ºC, se aplica el vacío completo y la purga con nitrógeno se continúa. La mezcla fundida se mantiene bajo vacío completo a 215ºC con agitación hasta que el número de ácido ha caído a 3 o menos (aproximadamente 7 horas). Se obtuvo un sólido ceroso tostado con un punto de fusión cerca de 40ºC.
Ejemplo 2
Un éster complejo útil en la actual invención fue preparado en dos etapas como sigue.
Etapa uno
En un matraz de reacción del tamaño conveniente con un agitador, un regulador de temperatura, una columna de destilación, un condensador de reflujo de relación variable y nitrógeno de cubrimiento se agregaron 2034 g de ácido esteárico (número de ácido 203, 7.5 mol) y 2251 g de ácido 12-Hidroxiesteárico (número de ácido 179, 7.5 mol) y 0.4 g de catalizador óxido de dibutilestaño. La mezcla fundida agitada se calienta a 205ºC bajo purga con nitrógeno para facilitar el retiro del agua de la reacción. Se continúa la purga con nitrógeno hasta que la temperatura de la presión del vapor agua de reacción en la columna de destilación empacada cae debajo de 80ºC punto en el cual se aplica el vacío completo. La mezcla fundida se mantiene bajo vacío completo a 200-206ºC con agitación hasta que el número de ácido ha caído a cerca de 110 (aproximadamente 10 horas) punto en el cual la primera etapa de la reacción está completa. En la etapa dos, el éster parcial formado arriba es convertido al éster complejo mediante reacción del contenido del matraz de reacción de la etapa una con 2123 gramos de alcohol estearílico. Esta reacción se conduce durante 15 horas a una temperatura de 205ºC con agitación y purga con nitrógeno o vacío para facilitar el retiro del agua de reacción hasta que el número de ácido ha caído a 7 o menos. Se obtuvo un sólido ceroso tostado que tiene un punto de fusión cerca de 40ºC.
Ejemplo 3
Las composiciones de acuerdo con la invención han sido preparadas y sus propiedades de liberación de molde determinadas. Los resultados se resumen abajo. En la preparación de las composiciones, el polímero del carbonato fue un homopolicarbonato basado en bisfenol-A y caracterizado en que su índice de flujo de fusión es 19 g/10 min. según lo determinado de acuerdo con el método ASTM D-1238 (resina de Makrolon 2508-1112, un producto comercial de Bayer Corporation); el agente de liberación del molde representativo de la actual invención referido como MSE en la tabla, fue el éster complejo preparado de acuerdo con el ejemplo 1 de arriba. Un ejemplo comparativo fue preparado donde los agentes de liberación del molde eran tripelargonato propano trimetilol (mencionado en la tabla como TPT). Toda la composición contenía una cantidad pequeña (0.10% por peso) de un estabilizador térmico que no tenía ninguna influencia crítica en la actual invención. Las composiciones contenían 99.15% por peso de policarbonato y cerca de 0.74% en peso de el agente liberador de molde indicado.
TABLA 1
Velocidades de flujo de fusión
Composición 1 2 3
Agente liberador ninguno MSE TPT
MFR^{1}
Estándar 23.9 26.4 24.8
después de 20 min. sostenido 24.3 30.6 26.7
^{1} Velocidad de flujo de fusión a g/10 min por método ASTM D-1238 medido a 300ºC, carga de 1200g
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2
Fuerza de liberación
Agente liberador
Contenido, % 0.25 0.50 0.75 1.00
Tipo
TPT 16.5 15.0 14.7 14.2
MSE 16.0 14.8 13.0 12.8
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados apuntan a que el agente liberador de la invención es eficaz en la reducción de la fuerza de liberación en proporción con su contenido en la composición. Dispuesto contra la fuerza correspondiente de liberación de una composición de policarbonato que no contiene agentes liberadores (25.5) los resultados demuestran que el agente de la invención es más efectivo que TPT el cual es un agente liberador conocido para las resinas del policarbonato.
El color del borde de las composiciones que contenían 0.75% del agente liberador de la invención (MSE) era amarillento; las composiciones correspondientes que contenían TPT estaban claras.
Las características de llenado del molde de la composición de la invención se han evaluado como se muestra abajo. La composición de la invención (composición B abajo), que contiene policarbonato y 0.75% de estearato esteroil esteril fue evaluada con respecto a la composición de Makrolon 2558 (composición A abajo), una composición de policarbonato de grado de liberación que tiene en gran parte similar flujo de fundido. Los resultados se demuestran abajo:
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 3
Material velocidad de flujo fundido Viscosidad de fusión a 1000 sec^{1}, Pa. Seg.
g/10 min 280ºC 300ºC 320ºC
A 17 373 245 n.d.^{1}
B 17 228 111 51
^{1}-No determinado

Claims (6)

1. Una composición de moldeo termoplástico que comprende el polímero del carbonato y 0.1 a 2 por ciento relativo al peso de dicho polímero del carbonato de un éster complejo seleccionado del grupo de estearato esteroil esteril y de una mezcla de 4:2:1 de estearato esteroil eicosanil, de estearato esteroil docosanil y de estearato esteroil tetracosanil.
2. La composición de la reivindicación 1 en donde el éster complejo es estearato esteroil esteril.
3. La composición de la reivindicación 1 en donde dicho polímero del carbonato es un homopolicarbonato basado en el bisfenol A.
4. La composición de la reivindicación 1 en donde dicha cantidad es 0.2 a 1.0 por ciento relativo al peso de dicho polímero del carbonato.
5. Una composición de moldeo termoplástico que comprende un homopolicarbonato basado en bisfenol A y 0.2 a 1.0 por ciento de un éster complejo seleccionado del grupo de estearato esteroil esteril y de una mezcla de 4:2:1 de estearato esteroil eicosanil, de estearato esteroil docosanil y de estearato esteroil tetracosanil.
6. La composición de la reivindicación 5 en donde el éster complejo es estearato esteroil esteril.
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