DE1720877A1 - Verfahren zur Herstellung von Spritzgussmassen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Spritzgussmassen

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DE1720877A1 DE1967G0051744 DEG0051744A DE1720877A1 DE 1720877 A1 DE1720877 A1 DE 1720877A1 DE 1967G0051744 DE1967G0051744 DE 1967G0051744 DE G0051744 A DEG0051744 A DE G0051744A DE 1720877 A1 DE1720877 A1 DE 1720877A1
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Description

Verfahren zur Herstellung von Spritzgußmassen
Olanzstoff AO
WUPPERTAL
• ■
Es ist bekannt, daß durch Umsetzung von Terephthalsäure bzw. Terephthalsäureestern mit Olykolen lineare Polyester entstehen, die vor allem zur Herstellung von Fäden und Folien sehr gut geeignet sind. Besonders zur Herstellung von Fäden und Fasern sowohl für textile als auch technische Einsatzzwecke werden bestimmte Polyester, wobei das Polyäthylenterephthalat an erster Stelle zu nennen ist, in steigendem Maße verwendet.
Obwohl lineares Polyäthylenterephthalat ausgezeichnete physikalische Eigenschaften und eine sehr gute Beständigkeit gegenüber chemischen Einflüssen hat, ist es als Kunststoff für manche andere Einsatzzwecke wie z.B. zur Herstellung von Sprltzgußartlkeln nicht besonders geeignet, da die Formstabilität bei höheren Temperaturen, insbesondere oberhalb des Umwandlungspunktes 2. Ordnung, ungenügend ist»
Es ist ebenfalls bekannt, aus Dicarbonsäuren und Glykolen verzweigte und vernetzte Polyester herzustellen, indem man bei der Polykondensation tri- oder tetrafunktionelle Verbindungen wie Glyoerin oder Pentaerythrit mitverwendet. Naoh diesem Verfahren werden die technisch wichtigen Alkydharze (s. B. Vollmert, Grundriß der makromolekularen Chemie, Springer-Verlag Berlin, Göttingen, Heidelberg 1962, Seite 126 - 7 hergestellt, die haupt-
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sächlich in der Laokindustrie Verwendung finden.
Werden bei der Herstellung von Polyestern ungesättigte Dicarbonsäuren wie Maleinsäure oder Fumarsäure mitverwendet» so erhält man bekanntlich Polyester« die härtbar sind (β. Saechtling-Zebrowskl Kunststofftasohenbuoh 16. Auflage, Carl Hanser Verlag München 1965, Seite 273)· Zur Härtung werden diese Vorprodukte in Styrol oder anderen Monomeren wie Vinylacetat, Acrylnitril oder Allylestern gelöst. Naoh Zugabe von bestimmten Katalysatoren erhält man durch vernetzende Polymerisation harte oder elastische Kunstharze. FUr die Aushärtung ist eine äußerst genaue Einhaltung der Arbeitsvorsehrlften erforderlioh. Bei der Aushärtung tritt ein hoher Volumensohrumpf auf, der sioh nur durch Zugabe von Füllstoffen auf etwa die Hälfte reduzieren läßt.
Es 1st aus der US-Patentschrift 2.720.300 bekannt. Dicarbonsäuren, mehrwertige Alkohole und Monoglyoldäther von monosubstituierten Phenolen wie p-Nonylphenol umzusetzen. Die auf diese Art und Weise hergestellten Produkte lassen sich Jedoch nur zur Herstellung von überzügen und Laoken verwenden.
Olyoidäther beschleunigen bekanntlich (Sohweizer Patent 350.111) in geringen Mengen zugesetzt, die Polykondensation von Olykolterephthalaten zu Polykondensaten, die zu Fäden, Fasern und Folien verarbeitet werden können. Die auf diese Art hergestellten Polykondensaten sind Jedoch wenig geeignet als Spritzgußmassen. So sind auf Orund der verhältnismäßig niedrigen Schmelzviskosität die mechanischen Daten wie Festigkeit, Schlagzähigkeit Spritzgußartikeln, die aus diesen Massen hergestellt wurden, nicht zufriedenstellend. Auch ändert das Material während der Verarbeitung seine Eigenschaften merklich, so daß keine Artikel mit reproduzierbaren Eigenschaften erhalten werden.
Es wurde bereite vorgeschlagen, zur Herstellung von Spritzgußteilen von Polyäthylenterephthalat auezugehen, diesem dann be-
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stimmte Diglycidäther beizumischen und gegebenenfalls vor dem Spritzgießen diese Spritzgußmasse einer Wärmebehandlung zu unterwerfen. Nach diesem vorgeschlagenen Verfahren wird zuerst der Polyester und danach die Mischung hergestellt« sodann umgranuliert und schließlich einer thermischen Nachbehandlung unterworfen. Erst dann wird das Granulat zu Spritzgußartikeln weiterverarbeitet. Auf diese Weise werden ohne Zweifel Spritzgußartikel mit sehr guten Eigenschaften erhalten*
Es wurde nun gefunden, daß man Spritzgußmassen auf besonders vorteilhafte Welse herstellen kann, wenn man Terephthalsäure oder Terephthalsäureester und Glykole bzw. Bisglykolester der Terephthalsäure mit 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Diglycidäther der allgemeinen Formel
CHp - CH -
0 - R - 0 - CH9 - CH - CH
OH
- 0-R-O-CH0-CH-CH
2 \
η 0
in der R ein zweiwertiger, linearer oder verzweigter aliphatischer Rest oder ein zweiwertiger aromatischer Rest 1st, der einen oder mehrere substituierte oder unsubstitulerte Kerne aufweist, die direkt oder über Heteroatome und/oder aliphatischer Zwischenglieder g untereinander verbunden sind, und in denen ή den Wert >■ 0 bedeutet, bei Temperaturen von 150 bis 300 0C in Gegenwart von Katalysatoren umsetzt, das Reaktionsgemisch nach Erreichen einer Lösungsviskosität von 1,4 bis 1,8, vorzugsweise von 1,6 bis 1,8 verfestigt und bei einer Temperatur von l80 bis 2JO 0C in fester Phase bis zum Erreichen eines Schmelzindex von 50 bis 0,5 g/10 min nachkondensiert.
Besonders geebnet sind Spritzgußmassen mit einem Schmelzindex von 20 bis lOg/10 min. Als sehr günstig erweisen sich Zusätze von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent Diglycidäther· ^
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In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Verfestigen 0,5 bis 20 % Gewichtsprozent Polyolefine zugemischt, umgranuliert und bei einer Temperatur von l80 bis 2)0 0C in fester Phase bis zum Erreichen eines Schmelzindex von 50 bis 0,5 g/10 min nachkondensiert. Als besonders geeignet erweisen sich die Polyolefine Polypropylen, Poly- 4 -methylpenten -(l) und Polyäthylen, insbesondere Polyäthylen einer Dichte von 0,915 bis 0,930.
Als besonders geeignete Diglycidäther erweisen sich die Diglycidfither des 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propane, des Hydrochinons und des Butandiols-(l,4). Selbstverständlich können auch andere Diglycidäther verwendet werden, wie z.B. die Verblndung3n,dle eich vom BIs-(p-hydroxyphenyl)sulfon ableiten.
Diglycidäther, die erfindungsgemäß als einer der Ausgangsprodukte zur Herstellung von Spritzgußmassen eingesetzt werden, werden z.B. durch Kondensation von Epichlorhydrin mit zweiwertigen Phenolen wie Hydrochinon oder 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)propan oder aliphatischen Glykolen wie Butandiol-(1,4) erhalten. Unter Anwendung von mehr als 2 Mol Epichlorhydrin je Mol Dihydroxyverbindung erhält man niedermolekulare Produkte mit dem Wert η > 0. Durch Herabsetzung der Epichlorhydrinmenge erhält man zunehmend höhermolekulare Verbindungen, die bekanntlich meist polymolekular anfallen. Bei den im Handel erhältlichen Prokuten wird üblicherweise ein mittleres Molekulargewicht mit angegeben, aus dem durch einfache Rechnung der Wert ή ermittelt werden kann. Die Diglycidäther sind je nach Kondensationsgrad und Ausgangsprodukten flüssige, halbfeste oder feste Substanzen.
Ale sehr brauchbar erwiesen alch Produkte« bei denen η etwa den Wert 10 bis 15 hat. Jedoch können ohne weiteres auch Produkte mit
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niedrigerem ή oder höherem η wie ή « 20 im !lähmen der Erfindung eingesetzt werden. ■
DLq Herabel Lung der Spritzgußmassen kann auf verschLedene Arben geschehen. Eine Möglichkeit lab, daß man zunächst einen Terephthalsäureester wlu z.B. Dimethylterephthalat mit einem Glykol in an «Ich bekannter Weioe in einem geelgneben Gefäß umeatert, wobei Methanol· i'rt;i wird und dao entsprechende BLaglykolterephthalat entsteht.
Es lab zweekmäULg, bei der Unieaterungsreaktlon (Ibliche KataLysutoren, zu verwenden, wie z.B. Natriumhydroxid, Kaliummebhylat, Caleiuin-und Zinkacetat. Selbstverständlich kann das Bisglykolberephbhalab auch ana Terephthalsäure direkb und einem Giykol hergesbellt i/üi'don. .'njtlunn wird das UmfMiberungu- bzw. Vereiiterungaprodukt z.B. in elnwn Auboklaven mLt 0,1 bis 1J Gewlchboprozenb DtglycidUther versetzt. Unter RUhren wird arujchll eüend die Temperabur wlihrend ebwa υLn hl» zwei Stunden auf etwa £!t!o 0C erhöht, gleichzeitig wird auf ein Vakuu/n von etwa 2 oder weniger Torr evakuiert. Die Polykondensation kann unterbrochen werden, wenn das Produkt eine relative Viskosität, auch Lösungoviskositüt genannb von 1,6 bis 1,8 erreichb hat. Dies ist meist nauh weniger als einer Stunde erreicht. SUmtliehe im Rahmen der Erfindung erwUhnten Werte für die Lösungsviskosität wurden
an 1 prozentigen Lösungen den Polymeren in m-Kresol bei 25 C gemessen.
Eine weitere Möglichkeit ist auch, den Diglycidäther bereite vor der Umesterung bzw. Veresterung zuzusetzen.
Die Menge 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Diglycidäther wird auf die eingesetzte Menge Dimethylterephthalat oder die äquivalente Menge Terephthalsäure bezogen.
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2098U/1608 6,D0R;G|;;AL
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Zur Herstellung der Sprltzguflmassen können aliphatioche Verbindungen wie Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol oder cycloaliphatische Glykole wie z.B. 1,4-Dihydroxymethylcyclohexan verwendet werden. Die Olykole können allein oder in Mischung eingesetzt werden. Als besonders geeignet erweist sich Äthylenglykol. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen geringen Überschuß von Olykol bezogen auf die Dlcarbonsäure zu verwenden.
Die Polykondensation wird in Gegenwart geeigneter Katalysatoren, wie sie für die Herstellung von Polyäthylenterephthalat bekannt sind, durchgeführt. Es seien beispielsweise genannt Antimonoxid, Germaniumoxid, Lanthanphosphat.
Die Polykondensation wird, wie oben bereits erwähnt, im allgemeinen unterbrochen, wenn das Produkt eine Lösungsviskosität von etwa 1,6 bis 1,8 hat. In der Praxis wird die Viskosität der Reaktionsschmelze laufend mit einem geeigneten Gerät wie z.B. einem Rotationsviskosimeter Überwacht. An Hand einer Eichkurve, die man für die Beziehung zwischen Lösungsviskosität und der mit dem Rotationsviskosimeter bestimmten Viskosität auf einfache Welse aufstellen kann, läßt sich die Reaktion leicht kontrollleren. Ein längeres Verweilen im Heaktlonsgefäß unter den Reaktionsbedingungen führt zu einem äußerst schnellen unkontrollierbaren Ansteigen der Viskosität. Es lassen sich keine Produkte mit reproduzierbaren Eigenschaften herstellen. Zudem wird das Produkt nach kurzer Zeit so zäh, daß es sich nur noch unter größten Schwierigkelten aus dem Autoklaven entfernen läßt.
Das Produkt wird als Band oder Nudel abgezogen, durch Kühlen mit einem geeigneten Kühlmittel wie Wasser verfestigt und zu Schnitzeln verarbeitet. Diese werden dann bei einer Temperatur von etwa l80 bis 230 0C unter Vakuum oder einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt.
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Dabei kondensiert das Produkt weiter. Die Nachbehandlung wird beendet, wenn das Produkt den gewünschten »Schmelzindex* besitzt.
Der Schmelzindex wird nach DIN 53·735 E bestimmt. Je nach Verwendungszweck wird die Nachbehandlung bei dem entsprechenden Schmelzindex abgebrochen. Für die Herstellung von Spritzgußartikeln erweisen sich Massen mit einem Schmelzindex von etwa 50 bis 0,5 g/10 min als geeignet. Besonders geeignet sind Spritzgußmassen mit einem Schmelzindex von 20 bis 10 g/10 min.
Die Spritzgußmassen können zusätzlich etwa 0,5 bis 20 Gewichtsprozent Polyolefine enthalten. Dadurch wird vor allem die Kerbschlagzähigkeit erhöht. Der Zusatz der entsprechenden Polyolefine erfolgt nach der Schnitzelherstellung nach dem Verfestigen. Dazu werden Polyolefine beispielsweise als Pulver oder Granulat mit den Schnitzeln vermischt und in einem Extruder aufgeschmolzen und umgranuliert. Die im Extruder auftretenden Scherkräfte bewirken ein gutes Durchmischen der einzelnen Bestandteile.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von Spritzgußmassen von besonders guter Homogenität. Die Eigenfarbe des Materials ist sehr gut. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäß M hergestellten Spritzgußmassen eine bessere Thermostabilität auf als lineares Polyäthylenterephthalat.
Gegenüber dem bereits vorgeschlagenen Verfahren weist die Erfindung eine ganze Reihe von Vorteilen auf. Zunächst wird wenn ein Zusatz von Polyolefinen nach dem Verfestigen nicht vorgesehen ist ein Arbeitsgang, nämlich das Umgranulieren eingespart, da die Diglycidäther bereits zu den Ausgangsstoffen hinzugegeben wird. Dies ist eine erhebliche Erleichterung. Außerdem lassen sich verbesserte Eigenschaften wie Wärmebeständigkeit, Eigenfarbe u.a. erzielen. Zu-
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dem wird bei dem erfindungagemäßen Verfahren erheblich weniger Diglycldäther benötigt als nach dem vorgeschlagenen Verfahren. Die Materialersparnis beträgt 50 % und mehr.
Von herkömmlichem linearen Polyester unterscheidet sich die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Spritzgußmassen sehr. Liegen bei linearem Polyäthylenterephthalat praktisch nur Esterbindungen vor, die durch Reaktion von primären Alkoholgruppen mit Carboxylgruppen entstanden sind, so weisen die Spritzgußmassen gemäß der Erfindung auch Esterblndung von sekundären Alkoholgruppen auf, außerdem sind phenolische oder allphatls^he Ätherbindungen Vorhanden. Neben verzweigten Strukturen sind vernetzte Struckturen zugegen, was sich durch Unlöslichkeit in organischen Lösungsmitteln und ein rasche Ansteigen der Viskosität bemerkbar macht. Lösungsmittel, die Polyäthylenterephthalat sonst gut lösen, haben praktisch nur eine quellende Wirkung.
Die erfindungsgemäß hergestellten Spritzgußmassen lassen sich einwandfrei zu Spritzgußartikeln verarbeiten und gewähren einen störungsfreien Arbeltsablauf. Da die Massen in Ihren Eigenschaften während der Verarbeitung weitgehend konstant bleiben, 1st es sehr einfach, Spritzgußartikel mit reproduzierbaren Eigenschaften herzustellen. Besonders hervorzuheben 1st die Maßhaltigkeit der hergestellten Spritzgußartikel. Die Spritzgußmassen können z.B. zur Herstellung von Gegenständen wie Teller, Tassen, Einer, Oehäusen, Bierkästen u.a. mehr verwendet werden.
Auf Grund der starken Vernetzung eignet eich das Material Jedoch nicht zur Herstellung von Pasern und Fäden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiel· näher erläutert:
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ELne Miochung aua 1 500 g Dimethylterephthalat, 1 200 g Xthylenglykol, 0,223 B Zinkacetat, 0,5 g Antlmon(lll)oxid und 7,5 g («^0,5 # bezogen auf Dimethylterephthalat) eines Diglycidäthers + ' werden gemLncht und In einem Umesterungskessel innerhalb von 2 Stunden bin auf 215 0C erhitzt. Im Maße der Umesterung destilliert das frelwurdende Methanol ab. Anschließend überführt man das Gemisch Ln einen RUhrautoklaven und erhitzt unter gleichzeitiger Evakuierung auf 280 0C. Während Äthylenglykol abdestilliert, erfolgt die Polykondensation; nach etwa 60 Minuten betrügt die Lösungsvinkosität 1,6 - 1,8. Die Schmelze wird dann in üblicher Weise unter geringem Stickatoffdruek als Nudel abgezogen und zu Schnitzeln verarbeitet. Die Schnitzel werden sodann unter einem Vakuum von 0,1-2 Torr 12 Stunden bei einer Temperatur von 220 QC gehalten.
Der iJchmolzlridex den Produktes beträgt 18,9 g/10 min.
Del üoniit gleichen Mengenverhältnissen wie bei Beispiel 1 werden Il»25 g (0,75 % bezogen auf Dimethylterephthalat) eines Diglycidäthers ''eingesetzt* Dadurch reduziert sich die Polykondensationszelt von etwa 60 Minuter/BHa die FlBHnßShandlungszeit auf 5 Stunden, um ein Produkt gleicher LÖ3ungsvisko3ität bzw. gleichen Schmelzindes zu erhalten.
Beispiel 3
50 kg Dimethylterephthalat, 40 Liter Äthylenglykol, 7,5 g Zink acetat und 10 g Antimon(lll)oxid werden gemischt und in einem geeigneten Umesterungskessel innerhalb J> Stunden bis auf 230 0C erhitzt. Nach der Umesterung wird die Schmelze In einen RUhrautoklaven überführt; dann werden 25Ο g eine» Diglyoidäthers +'(0,5 Gewichtsprozent bezogen auf Dimethylterephthalat) hinzugegeben und
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BAD CrY.CiM'"'-
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unter gleichzeitiger Evakuierung Innerhalb einer Stunde auf 250 0C aufgeheizt. Sodann wird für eine Stunde unter weiterer Erhitzung auf 28o 0C aufgeheizt*, wobei ein Vakuum, von weniger als 2 Torr eingehalten wird. Sodann wird die Schmelze unter Stickstoff in bekannter Weise als Band abgezogen. Die Weiterverarbeitung erfolgt wie in Beispiel 1.
Beispiel 4
19 kg Schnitzel, wie sie nach den Angaben von Beispiel 3 erhalten werden, werden vor der thermischen Nachbehandlung mit 1 kg Hochdruckpolyäthylen in einem Doppelschneckenextruder bei 270 - 300 0C in bekannter Weise umgranuliert und 5 Stunden bei einer Temperatur von 220 0C und einem Vakuum von 0,1 bis 2 Torr gehalten.
Beispiel 5
Mit Hilfe einer Spritzgußmaschine werden aus dem nach Beispiel 4 hergestellten Material Normstäbe hergestellt. Die untersuchten Eigenschaften sind in der Tabelle zusammengestellt.
Tabelle
Schmelzindex Spritztemperatur Martensgrad Schlagzähigkeit (g/l0min Λ 0C (kp cm/cnT) bei 290 0C)
3,3 280 0C 61 200
Kerbschlagzähigkeit Streckgrenze (kp/cm/cm ) (kp/cm )
5,52 68Ο
*'Epikote 1007, ein Handeleprodukt von SHELL, das auf der Basis 2,2-Ble-4-hydroxyphenylpropan aufgebaut 1st.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    (Vi Verfahren zur Herstellung von Spritzgußmassen, dadurch gekennzeichnet, daß man Terephthalsäure oder Terephthalsäureeeter und Glykole bzw. Bisglykolester der Terephthalsäure mit 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Diglyoidöther der allgemeinem Porm·!
    U-CH-CH0 ti. ι 2
    OH
    - 0-R-O-CH2-CH-CH
    CH2
    in der R ein zweiwertiger, linearer oder verzweigter aliphatischer Rest oder ein zweiwertiger aromatischer Rest ist, der eiuen oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Kerne aufweist, die direkt oder über Heteroatome und/oder aliphatische Zw'sr- lieö r untereinander verbunden sind, und in denen η ^ G bedeutet, bei Temperaturen von I50 bis JOO0CP in G Hen* Katalysatoren umsetzt, das Reaktionsgemisch nach Erreichen . ,- uösungsviskosität von 1,4 bis 1,8, vorzugsweise von 1,6 bis 1,8 verfestigt und bei einer Temperatur von 180 bis 2500C in fester Phase bis zum Erreichen eines Schmelzindex von 50 bis 0,5 g/10 min nachkondensiert.
    Verfahren naoh Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bis zum Erreichen eines Schmelzindex von 20 bis 10 g/10 min nachkondensiert.
    Verfahren nach Anspruoh 1 und 2, daduroh gekennzeichnet, daß man nach dem Verfestigen 0,5 bis 20 Gew.£ Polyolefine zumischt, umgranuliert und bei einer Temperatur von 180 bis 2j5O°C in fester Phase bis zum Erreichen eines Schmelzindex von 50 bis 0,5 g/10 min naohkondensiert.
    -12-
    209814/1608
    BAD ORIGINAL
    4. Verfahren naoh den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet« daß man Diglyoidäther des 2,2-Biβ(4-hydroxyphenyl)propane verwendet.
    5. Verfahren naoh den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet« daS man Diglyoidäther dee Hydrochinone verwendet*
    6* Verfahren naoh den Ansprüchen 1 bis 3, daduroh gekennzeichnet, daß man Diglyoidäther des Butandiols-(l,4) verwendet*
    7* Spritzgußmassen auf der Basis Terephthalsäure bzw. Terephthalsäureestern wie z.B. Dimethylterephthalat« Qlykolen und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Diglyoidäther bezogen auf Dimethylterephthalat der allgemeinen Formel
    CH2-CH-CH2
    0-R-O-CH2-CH-CH2 OH
    . 0-R-O-CH2-CH-CH2
    in der R ein zweiwertiger, linearer oder verzweigter aliphatisoher Rest oder ein zweiwertiger aromatischer Rest 1st, der einen oder mehrere substituierte oder unsubstltuierte Kerne aufweist, die direkt oder über Heteroatome und/oder allphatl-βone Zwischenglieder untereinander verbunden sind, und in denen η den Wert ä> 0 bedeutet, mit einem Schmelzindex von 50 bis 0,5 g/10 min, vorzugsweise 20 bis 10 g/10 «in.
    Sprltzguflmassen auf der Basis Terephthalsäure bzw* Terephthalsäureestern wie z.B. Dimethylterephthalat, Olykolen und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Diglyoidäther der allgemeinen Formel
    CH^CH-CH2
    -R-O-CH2-CH-CH2 0-R-O-CH2-CH-PH2 OH H V
    In der R ein zweiwertiger, linearer oder verzweigter allphatlsoher Rest oder ein zweiwertiger aromatischer Rest ist, der
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    ORKaINAL INSPECTED
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    einen oder mehrere substituierte oder unsubstituierte Kerne aufweist, die direkt oder Über Heteroatome und/oder aliphatIsche Zwischenglieder untereinander verbunden sind, und in denen η den Wert > 0 bedeutet« vorzugsweise 20 bis 10 g/10 minj die zusätzlich 0,3 bis 20 Gewichtsprozent bezogen auf Dimethylterephthalat Polyolefine enthalten.
    2098U/1608 ' ... ;,.„FECTED
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