DE2001233B2 - Verfahren zur Hersteilung eines praktisch völlig thermoplastischen Mischpolymerisates aus Vinylacetat und Äthylen - Google Patents
Verfahren zur Hersteilung eines praktisch völlig thermoplastischen Mischpolymerisates aus Vinylacetat und ÄthylenInfo
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Description
40
Mischpolymerisate aus Äthylen und Vinylacetat mit einem Gehalt von mehr als 15 Gewichtsprozent
Vinylacetat sind wertvolle Formmaterialien mit guter Biegsamkeit und guten Eigenschaften bei niedriger
Temperatur, jedoch ohne ein kautschukartiges Rückprallvermögen. Da sie vollständig thermoplastisch
mit einer hohen permanenten Dehnung sind, können sie leichter hergestellt werden als ein vulkanisiertes
Produkt, sie sind jedoch biegsamer und streckbarer als Homopolymerisate entweder aus Äthylen oder
Vinylacetat.
Diese Mischpolymerisate eignen sich auch als Wachszusätze zur Erhöhung der Zähigkeit und Verminderung
der Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit von Wachsüberzügen auf Papier, Karton und Folie. Für
solche Verwendungszwecke werden Harze mit niedrigem Schmelzindex bevorzugt, die gewöhnlich in
Verhältnissen von etwa 0,05 bis 1 Gewichtsteil Mischpolymerisat pro Teil Paraffin oder Petroleumwachs
verwendet werden. Größere Mengen an Mischpolymerisat ergeben ausgezeichnete, aus der heißen
Schmelze aufbringbare Klebpräparate für Zwecke, wo eine hohe Beschichtungsfestigkeit notwendig ist.
Für jede gegebene Zusammensetzung dieser Mischpolymerisate wird die beste Zähigkeit und Festigkeit
bei hohen Molekulargewichten erzielt, was sich durch einen Schmelzindex unter 5 bei 190° C und vorzugsweise
zwischen 0,1 und 3 dg/min zeigt. Die Herstellung von Mischpolymerisaten in diesem Bereich ist jedoch
schwierig und teuer. Es müssen höhere Drücke, niedrigere Temperaturen und längere Zeiten bei den
Polymerisationstemperaturen angewendet werden, und daher sind die Umwandlungen geringer, and es
besteht eine starke Neigung zur lokalisierten Vernetzung, Bildung von Gelflecken (»Fischaugen«
= »fisheyes«) und zum örtlichen Abbau. Innerhalb dieses niedrigen Bereiches des Schmelzindex wird die
beste Biegsamkeit bei den höheren Prozentsätzen an Vinylacetat erzielt; dieser Bestandteil ist jedoch auch
kostspieliger und in der Interpolymerisation auf einen niedrigen Schmelzindex am schwierigsten zu kontrollieren.
Andererseits ist es relativ leicht, durch direkte, billige Interpolymerisationsverfahren einen
Schmelzindex von 10 oder mehr zu erzielen.
Es wurde nun gefunden, daß es durch Anwendung von ionisierender Strahlung in Dosen zwischen 0.5
und 1,5 Megarep auf die billigeren und leichter herzustellenden Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisate
mit einem Gehalt von 15 bis 35% kombiniertem Vinylacetat und einem Schmelzindex über 5 dg min
bei 190C möglich ist, diesen Schmelzindex auf einen Wert unter 5 und sogar bis zu 0,1 bis 1 zu vermindern,
ohne das Material in ein Plastomeres umzuwandeln, d. h. ohne Zerstörung seiner Thermoplastizität, Verminderung
seiner Löslichkeit oder ohne Bildung merklicher Mengen an vernetzten! Harz. Weiterhin wurde
festgestellt, daß bei einem gegebenen Schmelzindex unter 5 und einem gegebenen Vinylacetatgehalt das
auf diese Weise bestrahlte Mischpolymerisat nicht nur ebenso biegsam ist wie ein solches mit wesentlich
höherem Vinylacetatgehalt, das unmittelbar auf diesen Schmelziiidex polymerisiert ist, sondern das weiterhin
in den Wachsmischungen überraschend überlegene Eigenschaften ergibt.
Das Mischpolymerisat kann in geschmolzener Form, d. h. wenn es aus einer Strangpresse austritt, oder
in fester Form eines Filmes, Faser, Gewebe, Pulver oder Tabletten bestrahlt werden. Das letztere Bestrahlungsverfahren
wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit und Einfachheit bevorzugt. Es kann jede geeignete
Vorrichtung oder Behandlungsanlage verwendet werden, solange sie das Mischpolymerisat gleichmäßig
der hohen Strahlungsenergie ohne lokalisierte Uberbehandlung aussetzt, die eine Vernetzung oder Gelbildung
bewirken könnte.
Die Quelle und Art der ionisierenden Strahlung von hoher Energie ist nicht entscheidend. Es können
Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Betastrahlen, Protonen, Deuteronen und Alphateilchen verwendet werden.
In den besonderen, hier angegebenen Beispielen wurde Kathodenstrahlung aus einem van de Graff-Elektronenbeschleuniger
(beschrieben von F. L. F ο s ter et al, in »Nucleanics«, Okt. 1953, Bd. 11, Nr. 10,
S. 14 bis 17; erschienen bei McGraw Hill Publishing Co., Inc., New York) verwendet.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren notwendigen Dosen Hegen zwischen 0,5 und 1,6 Megarep (wobei
1 Megarep 83,8 · 106 Erg pro Gramm bestrahltem
Material ist), variieren jedoch mit dem anfänglichen Schmelzindex des Polymerisates. In der folgenden
Tabelle A ist die typische Wirkung auf den Schmelzindex repräsentativer Mischpolymerisate mit unterschiedlichem
Vinylacetatgehalt unter Verwendung unterschiedlicher Dosen innerhalb dieses Bereiches
gezeigt:
% Vinyl acetat |
Anfänglicher Schmelzindex: dg/min |
Dosis: Megarep |
Endgültiger Schmelzindex dg/min |
25 | 26,2 | 1,12 | 1,66 |
20 | 20,0 | 1,50 | 2,25 |
25 | . 17,4 | 0,765 | 1,90 |
25 | 17,4 | 1,00 | 1,04 |
25 | 17,4 | 1,28 | 0,75 |
25 | 17,4 | 1,38 | 0,49 |
25 | 17,4 | 1,60 | 0,30 |
28 | 17,0 | 1,00 | 2,90 |
28 | 17,0 | 1,25 | 2,20 |
28 | 17,0 | 1,60 | 1,20 |
28 | 13,6 | 1,00 | 1.00 |
29 | 13,4 | 0,78 | 1,04 |
29 | 13,4 | 0,85 | 0,78 |
29 | 13.4 | 1,15 | 0.43 |
28 | 5,71 | 0,75 | 0.75 |
gungen plastische Filme stranggepreßt, deren physikalische Eigenschaften wie folgt waren:
Dehnung, Maschinen- | Mischpoly | Vergleichs- mischpoly |
|
richtunß % | merisat | merisat - | |
IO | Querrichtung, % | mischung | mischung |
Sekanten (Steifheits)-Modul, | A | B | |
Maschinenrichtung, kg/cm2 | |||
Querrichtung, kg/cm2 | 612 | 644 | |
20 Lichtdurchlässigkeit, % | 600 | 636 | |
273 | 498 | ||
286 | 501 | ||
91,7 | 90 |
Alle bestrahlten Materialien von Tabelle A waren völlig thermoplastisch und vollständig in heißem
Äthylacetat, in heißem Tetrachlorkohlenstoff und in heißem Toluol löslich. Es ist ersichtlich, daß Mischpolymerisate
mit einem anfänglichen Schmelzindex von 5 bis 30 erfindungsgemäß leicht in Mischpolymerisate
mit einem Schmelzindex unter 3 umgewandelt werden können. In allen Fällen muß die
Strahlung jedoch geringer sein als diejenige, die im Mischpolymerisat eine Vernetzung oder Gelfiecken
bewirkt. Diese maximale Strahlungsdosis hängt selbstverständlich ganz vom anfanglichen Schmelzindex
oder Molekulargewicht des Polymerisates ab. Die gewählte Dosis hängt hauptsächlich vom gewünschten
Schmelzindex des Harzes ab. Harze mit höherem Schmelzindex haben selbstverständlich eine größere
Toleranz gegenüber höheren Strahlungsdosen als die Harze mit niedrigerem Schmelzindex.
Zur weiteren Veranschaulichung der hier vorliegenden Erfindung wurde ein Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisal
mit einem Vinylacetatgehalt von 20 Gewichtsprozent und einem durchschnittlichen Schmelzindex von 20 dg/min in Tablettenform mit
einer Dosis von 1,5 Megarep bestrahlt, wodurch man ein Materia! mit einem durchschnittlichen Schmelzindex
von 2,25 dg/min erhielt. Das im folgenden als »Mischpolymerisat A« bezeichnete, bestrahlte Material
wurde aus je 12,5 Gewichtsteilen von 2-(3,5-Ditert.-butyl-2-hydroxyphenyl)-5-chlorbenzotriazol
als UV-Stabilisator und von 2,4 Bis-(octylthio)-6-hydroxy-3.5-di-tert.-butylanilino-l,3,5-triazin
als Antioxydationsmittels sowie 2475 Teilen Mischpolymerisat A hergestellt. Für Vergleichszwecke wurde eine sonst
identische Mischung aus einem Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisat
mit 20% Vinylacetat und einem Schmelzindex von 2,06 dg/min bei 1900C (hergestellt
durch unmittelbare Polymerisation auf diesen Schmelzindex), das als »Vergleichsmischpolymerisat
B« bezeichnet wird, hergestellt. Aus diesen Mischungen wurden unter Verwendung einer rohrförmigen
Filmdüse und bei identischen Strangpreßbedin-Dei geringere Modul von Mischpolymerisat A ist
ein Maß seiner größeren Biegsamkeit. Die Erzielung dieses geringeren Moduls durch direkte Polymerisation
auf einen Schmelzindex von etwa 2 würde eine wesentliche Erhöhung des Vinylacetatgehaltes erfordern.
Eine andere Mischung von Mischpolymerisat A umfaßte pro 2475 Gewichtsteile Mischpolymerisat A
je 12,5 Teile desselben UV-Stabilisators und Antioxydationsmittels,
2,5 Gewichtsteile eines handelsüblichen Antiblockierungsmittels (70% Stearamid —
30% Palmitamid), und 250 Gewichtsteile einer Mischung aus 80% Mischpolymerisat B mit 20% feinstzerteilter
Kieselsäure (Diatomenerde). Für Vergleichszwecke wurde eine sonst identische Mischung unter
Verwendung von Mischpolymerisat B hergestellt. Wie-
derum wurden plastische Filme unter Verwendung einer rohrförmigen Filmdüse und bei identischen
Strangpreßbedingungen hergestellt, deren physikalische Eigenschaften wie folgt waren:
Dehnung, Maschinen-
richtung, %
Querrichtung, %
Sekanten (Steifheits)-Modul,
Maschinenrichtung, kg/cm2
Maschinenrichtung, kg/cm2
Querrichtung, kg/cm2
Lichtdurchlässigkeit. %
Mischpoly-
mcrisat-A-Mischung
622 622
352
312
90
Vcrglcichsmischpoly-
merisal-B-Mischung
642 624
540 562 89,4
Die folgende Tabelle zeigt typische Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Mischpolymerisate
bei unterschiedlichen Vinylacetatgehalten und unterschiedlichen Schmelzindizes:
Durch- schnitl- licie Zug festigkeit |
% Dehnung |
Elastizi tätsmodul |
|
(kg/cm2) | (kgcnr) | ||
20% Vinylacetat Schmelzindex 2,25 ... |
185 | 606 | 280 |
26,4% Vinylacetat Schmelzindex 1,09 ... |
107 | 745 | 158 |
29,5% Vinylacetat Schmelzindex 1,67 ... |
128 | 817 | 164 |
Die größere Biegsamkeit der erfindungsgemäß behandcnen
Mischpolymerisate ergibt eine größere Biegsamkeit in Mischungen, z. B. mit Polyäthylen.
So wurde z. B. eine Polyäthylenmischung hergestellt, aus 862,5 Gewichtsteilen Polyäthylen (Dichte 0,92;
Schmelzindex 0,4), 25 Teilen Titandioxyd, 12,5 Teilen UV-Stabilisator*); und 12,5 Teilen Antioxydationsmittel*);
25 Teilen Antiblockierungsmittel*) und 26 Teilen feinzerteilter Kieselsäure*); die Mischung wurde
in einem Banbury-Mischer erweicht, auf einem Zwei-Walzen-Stuhl zu Folien verarbeitet und granuliert.
Es wurden Mischungen hergestellt aus 38% des obigen Materials mit 62% Mischpolymerisat A bzw.
dem Vergleichsmischpolymerisat B. Druckverformte Platten aus diesen Mischungen hatten die folgenden
Eigenschaften:
Schmelzindex, 1900C
Dehnung, %
Sekanten (Steifheits)-Modul,
kg/cm2
kg/cm2
Mischung
aus
Mischpolymerisat
1,20
720
720
700
Verglcichsmischung
von
Mischpolymerisat
1,66
720
720
960
Aus diesen beiden Polyäthylen/Mischpolymerisal-Mischungen
wurden unter Verwendung einer ringförmigen Filmdüse und bei identischen Blasbedingungen
Filme geblasen, deren Eigenschaften wie folgt waren:
Dehnung, %
Maschinenrichtung
Querrichtung
Sekanten (Steifheits)-Modul,
kg/cm2
Maschinenrichtung
Querrichtung
-I-
Mischung
aus
Mischpolymerisat
Mischpolymerisat
596
560
560
689
668
668
Vergleichsmischung
von
Mischpolymerisat
612
602
602
960
910
910
Die größere Biegsamkeit der erfindungsgemäß hergestellten
Mischpolymerisate ergibt auch die überraschend größere Biegsamkeit in Mischungen mit
Petroleumwachsen oder Paraffin. So wurden z. B. Mischungen aus 70% Petroleumwachs mit 30% Äthylen/Vinylacetatmischpolymerisaten,
die 28% Vinylacetat enthielten, einen anfänglichen Schmelzindex von 17 dg/min und mit Dosen ionisierender Strahlung
von 0, 1, 1,25 bzw. l,6Megarep bestrahlt worden waren, zu Teststreifen von 5 cm Länge, 1,25 cm
Breite und 13 mm Dicke verformt. Die Teststreifen wurden bei 28 Zyklen pro Minute bis zum Versagen
um 90" gebogen; die Ergebnisse waren wie folgt:
Tabelle G | Durchschnittliche | |
Endeülliger | Lebensdauer | |
Schmelzindex | Biegezyklen | |
Megarep | dg/min | 280 ± 30 |
0 | 17 | 660 ± 20 |
1 | 2,9 | 700 |
1,25 | 2,2 | 990 ± 20 |
1,60 | 1,2 | |
Alle diese Mischpolymerisate waren im geschmolzenen Paraffinwachs vollständig löslich und vollständig
thermoplastisch.
Bei einem wesentlich schärferen Test wurden Proben einer Dicke von 1,8 mm durch Spritzguß hergestellt,
zu Streifen von 1,25 ■ 4,1 cm geschnitten; 16 mm eines Endes wurden mit einer Kraft von 6,9 cm · kg angeklammert,
und das vorstehende Ende wurde zuerst in einer Richtung 90° und dann in der anderen Richtung
über eine 3,75 cm Leerlaufwalze bei einer Geschwindigkeit von 30 U/min gebogen. Der Abstand
zwischen der den Probestreifen haltenden Vorrichtung und dem oberen Teil der Walze betrug
8 mm.
Die Tests erfolgten bei 25° C; dieses Testverfahren
zeigt die merkliche Verbesserung der Biegsamkeit in bestrahlten Proben mit geringem Schmelzindex.
Die Bewahrung der Biegsamkeit bei Proben, die vor dem Test 1 Woche gealtert worden waren, war besonders
deutlich bei einem Schmelzindex unter 1 dg/min. Die folgende Tabelle zeigt typische Ergebnisse von
Mischungen aus 65% Paraffinwachs unfl 35% Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisat.
Die Werte für die Biegelebensdauer sind der Durchschnitt von je 6 Tests.
*) Jeweils wie auf den Spalten 3 und 4.
Vinyl acetat |
Anfanglicher Schmelz index |
Strah lungs- dosis |
\ | 0 | Endgültiger Schmelz index |
Anzahl der Biegungszyklen nach Alterung |
4Std. | I |
% | dg min | Megarep | 0 | dg/min | IU | 42 | I Woche | |
0 | 62 | 21 | ||||||
28 | 26,2 | 0 | 26,2 | 92 | 31 | |||
25 | 20,6 | 0 | 20,6 | 163 | 58 | |||
25 | 17,4 | 0 | 17,4 | 504 | 47 | |||
29 | 13,4 | 0,765 λ no |
13,4 | 555 | 284 | |||
28 | 5,7 | 5,7 | 546 | 303 | ||||
25 | 2,14 | 2,14 | 339 | |||||
25 | 17,4 , t 1 Λ |
1,90 |
Fortsetzung
Vinyl acetat |
Anfänglicher Schmclz- index |
Strah- I UIIgS- dosis |
Endgültiger Schmclz- indcx |
Anzahl der Biegungszykleii nach Alterung fitr |
4 SId. | 1 Woche |
% | dg/min | Megäre ρ | dg/min | lur | 684 | 381 |
671 | 409 | |||||
29 | 13,4 | 0,85 | 0,78 | 734 | 451 | |
25 | 17,4 | 1,28 | 0,75 | 793 | 536 | |
25 | 17,4 | 1,38 | 0,49 | 1083" | 696 | |
29 | 13,4 | 1,14 | 0,43 | 1024 | 774 | |
25 | 17,4 | 1,60 | 0,30 | 841 | 724 | |
28 | 5,7 | 0,75 | 0,77 | |||
25 | 2,14 | 0,50 | 0,74 |
Weiterhin wurde festgestellt, daß diese Mischungen aus Wachs und Mischpolymerisat ausgezeichnete
Heißklebeeigenschaften von Mischungen haben, die nur erzielt werden, wenn das Mischpolymerisat erfindungsgemäß
hergestellt wurde. Diese ungewöhnlichen Ergebnisse bei Mischungen aus Paraffinwachs mit
den bestrahlten Mischpolymerisaten werden erreicht mit Präparaten, die nur 0,05 Gewichtsteile bestrahltes
Mischpolymerisat pro Teil Wachs oder mehr, vorzugsweise 0,2 bis 1 Teil Mischpolymerisat pro Gewichtsteil
Wachs, enthalten, wobei letztere Werte optimale Ergebnisse liefern.
Die in der vorliegenden Anmeldung genannten physikalischen Eigenschaften wurden nach den folgenden
Testverfahren gemessen:
(Endgültige) Zugfestigkeit: ASTM D-412-51T.
% Dehnung: ASTM D-412-51T.
Schmelzindex: ASTM D-1238-57T, Messungen erfolgten
bei 1900C.
Sekanten-Modul: ASTM D-638, wobei jedoch die Testproben durch Düse A von ASTM-D-412 geschnitten
wurden. Der Belastungspunkt wurde bestimmt aus der »Stress-Strain«-Auftragung einer automatischen
Aufzeichnungsvorrichtung, berechnet als das lOOfache
des Verhältnisses von 0,45 kg/Belastung bei 1 % Beanspruchung (Dehnung; »strain«) zum arithmetischen
Produkt aus durchschnittlicher Breite und durchschnittlicher Dicke in 2,5 cm.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines praktisch völlig thermoplast'schen Mischpolymerisats aus
Vinylacetat und Äthylen mit einem Schmelzindex unter 5 dg/min bei 1900C, das in heißem Toluol
vollständig löslich ist, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein 15 bis 35% Vinylacetat enthaltendes Mischpolymerisat mit einem Schmelz- |0
index über 5 dg/min bei 1900C einer ionisierenden
Strahlung hoher Energie in einer Dosis zwischen 0,5 und l,5Megarep bis zur Verminderung des
Schmelzindex auf einen Wert unter 5 dg/min bei 1900C aussetzt. ,5
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das der Strahlung ausgesetzte Mischpolymerisat einen Schmelzindex zwischen 10 und
30 dg/min hat und die Strahlung angewendet wird,
bis der Schmelzindex des Mischpolymerisats auf unter 3 dg/min vermindert worden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vinylacetatgehalt zwischen
20 und 30% liegt und die Strahlung angewendet wird, bis der Schmelzindex des Misch-Polymerisats
auf einen Wert zwischen 0,1 und 3 dg/min vermindert worden ist.
4. Die Verwendung von gemäß Anspruch 1 bis 3 hergestellten Äthylen/Vinylacelat-Mischpolymerisaten
in Petroleumwachspräparaten in einer Menge von 0,05 bis 1 Teil Mischpolymerisat pro Gewichtsteil Petroleumwachs.
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