DE4018184A1 - Verfahren zur stabilisierung von estergruppen enthaltenden kunststoffen - Google Patents
Verfahren zur stabilisierung von estergruppen enthaltenden kunststoffenInfo
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Description
Die Verwendung von Carbodiimiden mit insbesondere sterisch gehinder
ten Carbodiimidgruppen als Alterungs- insbesondere Hydrolysenschutz
mittel für Polyesterpolyurethane ist bekannt (DOS 25 43 920). Diese
werden in der Regel durch Kondensation aus Monoisocyanaten oder aus
einer Mischung aus Mono- und Polyisocyanaten erhalten und sind z. B.
als Stabaxol-Produkte (Lieferant Rheinchemie) im Handel. Ihre
Hydrolyseschutzwirkung wird der Reaktion mit freien Carboxylgruppen
(z. B. aus der Adipinsäure des Polyesters) zu Acylharnstoffen zuge
schrieben. Siehe z. B.: W. Neumann und P. Fischer, Angewandte Chemie 74 (1962),
S. 801 ff. Unter bestimmten Voraussetzungen, z. B. bei unsach
gemäßer Verarbeitung von Polyurethanen, die mit derartigen Carbo
diimiden stabilisiert wurden, werden Produkte freigesetzt, die zu
einer Belästigung der Verarbeiter oder Benutzer führen können.
Es ist Stand der Technik, Oligo- und Polycarbodiimide als
Stabilisatoren z. B. für Terephthalatfasern einzusetzen.
Darüber hinaus sind Carbodiimide und Folgeprodukte, die z. B. noch
freie Isocyanatgruppen enthalten können, als Modifikatoren für
Polyisocyanate und Polyurethanschäume bekannt. Der Zusatz wird
i. allg. zur Erzielung bestimmter physikalischer Eigenschaften, wie
z. B. einer Schmelzpunktserniedrigung, gewählt (s. z. B. DAS
28 37 770, USP 40 67 820, DOS 27 14 292, DOS 27 14 293).
Die Aufgabe bestand darin, Alterungsschutz-, insbesondere Hydro
lysenschutzmittel für Estergruppen enthaltende Kunststoffe zu finden,
die bei hoher Wirksamkeit weder unter Verarbeitungs- noch unter
Gebrauchsbedingungen flüchtige, ggf. belästigende Substanzen
abspalten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Stabilisierung von
Polyester enthaltenden Kunststoffen wie z. B. Polyterephthalaten,
Polyetherestern, Polyesteramiden, Estergruppen enthaltenden Poly
etherpolyamiden, Polycaprolactonen und Polyurethanen (darunter werden
auch Polyesterurethanharnstoffe und Polyesterpolyharnstoffe verstan
den) gegen Wärme- und/oder hydrolytischen Abbau mit einbaufähigen,
sterisch gehinderten Carbodiimiden der allgemeinen Formel
in der A und B aromatische oder araliphatische Kohlenwasserstoffreste
mit 6-20 C-Atomen bedeuten, die in mindestens einer Orthostellung zur
Carbodiimidgruppe aromatische, aliphatische und/oder cycloaliphati
sche Substituenten mit mindestens 2 C-Atomen, bevorzugt verzweigte
oder cyclische aliphatische Reste mit mindestens 3 C-Atomen tragen,
und die Carbodiimidgruppe(n) an aromatischen Kohlenstoff gebunden ist
(sind), dadurch gekennzeichnet, daß n=0-3 (im Mittel), bevorzugt im
Mittel=0 ist und A durch mindestens eine NCO-Gruppe substituiert
ist.
Die erfindungsgemäßen, NCO-Gruppen enthaltenden Carbodiimide zeichnen
sich durch eine besonders hohe Hydrolysenschutzwirkung aus, und die
mit diesen Produkten stabilisierten Polyesterprodukte spalten auch bei Temperaturen
über 200°C, d. h. unter normalen Verarbeitungsbedingungen keine flüchtigen, aus den
erfindungsgemäß zu verwendenden Stabilisierungsmittel stmmenden Komponenten ab.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden isocyanatgruppenhaltigen Carbo
diimide der allgemeinen Formel
in der A, B und n die genannten Bedeutungen haben, können nach an
sich bekannten Verfahren hergestellt werden. Ein mögliches Herstel
lungsverfahren ist z. B. in der DAS 25 37 685 beschrieben. Nach der
Lehre dieser Patentschrift werden organische Polyisocyanate in
Gegenwart einer geeigneten Phosphorverbindung bis zum gewünschten
Grad teilweise umgesetzt und der Katalysator anschließend mit einem
geeigneten Halogenid, z. B. einem Säurehalogenid, desaktiviert.
Erfindungsgemäß als Alterungsschutzmittel geeignet sind alle
Isocyanatgruppen enthaltenden aromatischen Mono- und Oligocar
bodiimide der allg. Formel
in der A, B und n die genannten Bedeutungen haben. Bevorzugt sind
Verbindungen, deren aromatische Reste A und B in beiden Orthostel
lungen zur Carbodiimidgruppe durch (cyclo-)aliphatische und/oder
aromatische Reste substituiert sind, wobei einer dieser orthostän
digen Substituenten eine Methylgruppe sein kann und n=0 oder 1 ist.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen, deren aromatische Ringe A und
B in beiden Nachbarstelungen zur Carbodiimidgruppe durch (cyclo)
aliphatische Reste substituiert sind, wobei einer dieser ortho
ständigen Substituenten eine Methylgruppe sein kann, der andere
mindestens 2 C-Atome enthält und n im Mittel etwa = 0 ist.
Ganz besonders bevorzugt sind etwa 2 Isocyanatgruppen enthaltende
Carbodiimide, die in Nachbarstellung zur Carbodiimidgruppe 2
Substituenten tragen, von denen mindestens einer eine verzweigte
aliphatische Kette mit mindestens 3 C-Atomen oder ein Cycloaliphat
mit mindestens 5 C-Atomen ist und n im Mittel etwa 0 ist.
Erfindungsgemäß zu verwendende Isocyanatgruppen enthaltende
Carbodiimide können z. B. nach dem genannten Verfahren aus
Diisocyanaten auf der Basis von substituiertem Benzol,
Diphenylmethan, Naphthalin hergestellt werden. Erfindungsgemäß
geeignete zur Carbodiimidgruppe benachbarte Substituenten am
aromatischen Ring sind C2-C20 Alkyl- und/oder Cycloalkylgruppen,
wie Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, sek. Butyl-, tert.-Butyl-,
Cyclohexyl-, Dodecyl-, aber auch Aryl- und Aralkylreste mit
6-15 C-Atomen, wie Phenyl-, Tolyl-, Benzyl-, Naphthylreste usw. Diese
Substituenten können auch mit Isocyanat- und zeriwitinoffaktiven
Gruppen unter normalen Bedingungen nicht reagierende Substituenten,
wie z. B. Halogen, Ethergruppen, Estergruppen usw., tragen.
Besonders bevorzugte Diisocyanate sind 2,6-Diethyl-1,3-diisocyanato-
4-methylbenzol und 4,6-Diethyl-1,3-diisocyanato-2-methylbenzol und
deren Isomerengemische, 2,4-Diisocyanato-1,3,5-tri- (1-methyl
ethyl)-benzol 4,4′-Diisocyanato-3,3′,5,5′-tetraethyldiphenylmethan
und -3,3′,5,5′-tetraisopropyldiphenylmethan.
Die erfindungsgemäß zu stabilisierenden Estergruppen enthaltenden
Kunststoffe sind solche der an sich bekannten Art, die für
Klebstoffe, Beschichtungsmittel, Fasern, Artikel aus ggf. zelligen
Gießelastomeren und thermoplastische Verarbeitung verwendet werden.
Voraussetzung für die Wirksamkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden
Isocyanatgruppen enthaltenden Carbodiimide ist die Möglichkeit, daß
sich beim Abbau der Polymeren durch Hitze und/oder Hydrolyse
Carbonsäuren bilden können.
Die erfindungsgemäß stabilisierten Polyesterkunststoffe spalten weder
in der Hitze, z. B. unter normalen Verarbeitungsbedingungen, noch bei
Raumtemperatur giftige, flüchtige, aus den erfindungsgemäß zu ver
wendenden Stabilisierungsmittel stammenden Substanzen ab.
Natürlich zersetzen sie sich auch bei sehr hohen, in der normalen
Verarbeitungspraxis nicht vorkommenden Temperaturen.
Die in Frage kommenden Ester (Polyester), die Hauptbestandteil oder
wesentliche Komponente von Kunststoffen sind, sind z. B.
Umsetzungsprodukte von mehrwertigen, vorzugsweise zweiwertigen und
ggf. zusätzlich dreiwertigen Alkoholen mit mehrwertigen, vorzugsweise
zweiwertigen, Carbonsäuren. Anstelle der freien Polycarbonsäuren
können auch die entsprechenden Polycarbonsäureanhydride oder
entsprechende Polycarbonsäureester von niedrigen Alkoholen oder deren
Gemische zur Herstellung der Polyester verwendet werden. Die
Polycarbonsäuren können aliphatischer, cycloaliphatischer,
araliphatischer, aromatischer und/oder heterocyclischer Natur sein
und ggf., z. B. durch Halogenatome, substituiert und/oder ungesättigt
sein. Als Beispiele für solche Carbonsäuren und deren Derivate seien
genannt:
Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Trimellitsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimerisierte und trimerisierte ungesättigte Fettsäuren, ggf. in Mischung mit monomeren ungesättigten Fettsäuren, wie ölsäure; Terephthalsäuredimethylester und Terephthalsäure-bisglykolester. Als mehrwertige Alkohole kommen z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol-(1.2) und -(1.3), Butylenglykol-(1.4), -(1,3) und -(2.3), Hexandiol-(1.6), Octandiol-(1.8), Neopentylglykol, 1.4-Bis-hydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Hexantriol-(1,2,6), Butantriol-(1,2,4), Trimethylolethan, Pentaerythrit, Chinit, Mannit und Sorbit, Formit, Methylglykosid, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol und höhere Polyethylenglykole, Dipropylenglykol und höhere Polypropylenglykole sowie Dibutylenglykol und höhere Polybutylenglykole mit Molgewichten bis ca. 10 000 in Frage. Die Polyester können anteilig endständige Carboxylgruppen aufweisen.
Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Trimellitsäure, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Glutarsäureanhydrid, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, dimerisierte und trimerisierte ungesättigte Fettsäuren, ggf. in Mischung mit monomeren ungesättigten Fettsäuren, wie ölsäure; Terephthalsäuredimethylester und Terephthalsäure-bisglykolester. Als mehrwertige Alkohole kommen z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol-(1.2) und -(1.3), Butylenglykol-(1.4), -(1,3) und -(2.3), Hexandiol-(1.6), Octandiol-(1.8), Neopentylglykol, 1.4-Bis-hydroxymethylcyclohexan, 2-Methyl-1,3-propandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Hexantriol-(1,2,6), Butantriol-(1,2,4), Trimethylolethan, Pentaerythrit, Chinit, Mannit und Sorbit, Formit, Methylglykosid, ferner Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol und höhere Polyethylenglykole, Dipropylenglykol und höhere Polypropylenglykole sowie Dibutylenglykol und höhere Polybutylenglykole mit Molgewichten bis ca. 10 000 in Frage. Die Polyester können anteilig endständige Carboxylgruppen aufweisen.
Auch Polyester aus Lactonen, z. B. ε-Caprolacton, oder aus
Hydroxycarbonsäuren, z. B. ε-Hydroxycapronsäure, sind einsetzbar.
Als "Polyester" kommen auch Polyesteramide und ggf. Polyamide
infrage, z. B. die aus mehrwertigen gesättigten oder ungesättigten
Carbonsäuren bzw. deren Anhydriden und mehrwertigen gesättigten oder
ungesättigten Aminoalkoholen, Diaminen, Polyaminen und deren
Mischungen sowie deren Mischungen mit den genannten Polyalkoholen
gewonnenen, vorwiegend linearen Kondensate. Auch bereits Urethan-
oder Harnstoffgruppen enthaltende Polyesterverbindungen sowie ggf.
modifizierte natürliche Polyester, wie Rizinusöl, sind unter dem
Begriff "Polyester" erfindungsgemäß zu verstehen.
Die erfindungsgemäß zu stabilisierenden Polyesterurethane sind
solche der an sich bekannten Art. Sie sind aufgebaut aus den
beschriebenen Polyestern mit Durchschnittsmolekulargewicht von 500-
10 000, ggf. anderen höhermolekularen Polyolen und/oder -aminen, wie
Polyethern, Polycarbonaten, Polybutadiendi- oder polyol(amin) mit im
Mittel 1,5-5, bevorzugt ca. 2-3 zerewitinoffaktiven Gruppen im
Molekül, aromatischen, araliphatischen, aliphatischen und/oder
cycloaliphatischen Polyisocyanaten mit im Mittel ca. 1,5-5,
bevorzugt ca. 2-3, besonders bevorzugt ca. 2 Isocyanatgruppen im
Molekül und ggf. kurzkettigen Kettenverlängerern wie Di- und/oder
Polyole und/oder -amine.
Die genannten Polyhydroxylverbindungen können vor ihrer Verwendung im
Polyisocyanat-Polyadditionsverfahren noch in der verschiedensten
Weise modifiziert werden: So läßt sich gemäß DE-OS 22 10 839 (USP
38 49 515) und 25 44 195 ein Gemisch aus verschiedenen
Polyhydroxylverbindungen (z. B. aus einem Polyesterpolyol) durch
Verätherung in Gegenwart einer starken Saure zu einem
höhermolekularen Polyol kondensieren, welches aus über Etherbrücken
verbundenen verschiedenen Segmenten aufgebaut ist. Es ist auch
möglich, z. B. gemäß DE-OS 25 59 372 in die Polyhydroxylverbindungen
Amidgruppen oder gemäß DE-OS 26 20 487 durch Umsetzung mit
polyfunktionellen Cyansäureestern Triazingruppen einzuführen.
Von besonderem Interesse ist es in manchen Fällen, die
höhermolekularen Polyhydroxylverbindungen durch Reaktion mit
Isatosäureanhydrid vollständig oder teilweise in die entsprechenden
Anthranilsäureester überzuführen, wie es in den DE-OS 20 19 432 und
26 19 840 bzw. den USP 38 08 250, 39 75 428 und 40 16 143 beschrieben
ist. Man erhält auf diese Weise höhermolekulare Verbindungen mit
endständigen aromatischen Aminogruppen.
Durch Umsetzung on NCO-Präpolymeren mit Hydroxylgruppen aufweisenden
Enaminen, Aldiminen oder Ketiminen und anschließende Hydrolyse erhält
man gemäß DE-OS 25 46 536 bzw. USP 38 65 791 höhermolekulare,
endständige Aminogruppen aufweisende Verbindungen. Weitere
Herstellungsverfahren für höhermolekulare, Estergruppen enthaltende
Verbindungen mit endständigen Aminogruppen oder Hydrazidgruppen
werden z. B. in der DE-OS 16 94 152 (USP 36 25 871) beschrieben.
Erfindungsgemäß können ggf. auch Polyhydroxylverbindungen eingesetzt
werden, in welchen hochmolekulare Polyaddukte bzw. Polykondensate
oder Polymerisate in feindisperser oder gelöster Form enthalten sind.
Derartige Polyhydroxylverbindungen werden z. B. erhalten, wenn man
Polyadditionsreaktionen (z. B. Umsetzungen zwischen Polyisocyanaten
und aminofunktionellen Verbindungen) bzw. Polykondensationsreaktionen
(z. B. zwischen Formaldehyd und Phenolen und/oder Aminen) in situ in
den o. g. Polyestern ablaufen läßt. Derartige Verfahren sind
beispielsweise in den DE-AS 11 68 075 und 12 60 142, sowie den DE-OS
23 24 134, 24 23 984, 25 12 385, 25 13 815, 25 50 796, 25 50 797,
25 50 833, 25 50 862, 26 33 293 und 26 39 254 beschrieben. Es ist aber
auch möglich, gemäß USP 38 69 413 bzw. DE-OS 25 50 860 eine fertige
wäßrige Polymerdispersion mit einer Polyhydroxylverbindung zu
vermischen und anschließend aus dem Gemisch das Wasser zu entfernen.
Voraussetzung für die Wirksamkeit der erfindungsgemäß zu
verwendenden, Isocyanatgruppen enthaltenden Carbodiimide ist die
Möglichkeit, daß sich beim Abbau der Polyurethane durch Hitze oder
Hydrolyse Carbonsäuren bilden können.
Als erfindungsgemäß zu stabilisierende Kunststoffe kommen ferner
Polyterephthalate in Frage, die z. B. aus Terephthalsäuredimethylester
usw. und Butandiol und/oder Ethandiol aufgebaut sind, die aber auch
noch andere Komponenten wie Diole und/oder Dicarbonsäuren enthalten
können und mittlere Molekulargewichte (Mn) von mindestens 10 000
haben. Derartige Produkte werden als hochwertige Chemiewerkstoffe
oder Fasern eingesetzt.
In elastizifizierter Form können sie auch größere Anteile eines
längerkettigen Diols wie z. B. einen C4-Polyether eingebaut
enthalten. Derartige Produkte sind z. B. unter dem Handelsnamen
Hytrel erhältlich.
Erfindungsgemäß zu stabilisierende Produkte sind auch die im Handel
befindlichen Polyesterblöcke enthaltenden Polyamide und Estergruppen
enthaltenden Polyetherpolyamide, grundsätzlich alle Estergruppen
enthaltenden Kunststoffe, bevorzugt solche, die Estergruppen in der
Hauptkette enthalten.
Die erfindungsgemäß stabilisierten Polyester enthaltenden Kunststoffe
spalten weder in der Hitze, z. B. unter Verarbeitungsbedingungen, noch
bei Raumtemperatur giftige, flüchtige, möglicherweise belästigende
Substanzen ab und sind deshalb aus toxikologischen Gründen einer
Stabilisierung nach dem Stand der Technik vorzuziehen. Überraschend
ist, daß die erfindungsgemäß einzusetzenden Isocyanatgruppen
enthaltende Carbodiimide deutlich wirksamere Stabilisatoren als ihre
carbodiimidgruppenhaltigen Reaktionsprodukte mit niedermolekularen
Alkoholen, wie z. B. Butandiol oder Stearylalkohol, sind. Besonders
überraschend ist die hohe Stabilisatorwirkung der isocyanatgruppen
haltigen Monocarbodiimide.
Die erfindungsgemäß stabilisierten Polyester enthaltenden Kunststoffe
können auf verschiedene Weise hergestellt werden. So ist z. B. eine
Einstufenreaktion, bei der alle Komponenten, ggf. auch Additive,
gemischt und miteinander reagieren gelassen werden, möglich. Die
Umsetzung kann auch in mehreren Stufen erfolgen. So ist z. B. auch
die Einarbeitung des Isocyanatgruppen enthaltenden aromatischen
Carbodiimids in die Schmelze, des ausreagierten Polymeren möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zunächst in einer ersten
Stufe der hydroxylgruppenhaltige Polyester mit dem Isocyanatgruppen
enthaltenden erfindungsgemäßen Carbodiimid umgesetzt und erst danach
das Polymere hergestellt.
Die erfindungsgemäß stabilisierten Polymeren können Additive wie
Wachs, Füllstoffe, z. B. auch Fasern, Pigmente, Farbstoffe,
Flammschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel enthalten. Sie können
auch mit anderen Kunststoffen gemischt sein, insbesondere dann, wenn
bestimmte Eigenschaften erzielt werden sollen. Sie können aus
Lösungsmittel, als Dispersion (Emulsion, Suspension) oder in Substanz
ein- und mehrkomponentig verarbeitet werden, wobei auch Treibmittel
verwendet werden kann.
Die Verfahrensprodukte haben ein hohes mechanisches
Eigenschaftsniveau. Sie finden Verwendung für elastische Überzüge,
z. B. für Textilien und Kunststoffe, die bevorzugt Elastomere ergeben,
für Extrusions- und Spritzgußartikel, können z. B. auch als Pulver zu
Überzügen gesintert werden als Klebstoffe, als Gießharze, walzbare,
sprühbare und gießbare PUR-Elastomere, insbesondere auch ggf. zellige
Polyurethangießsysteme auf Basis von Naphthylen-1.5-diisocyanat,
und Fasern. Die Verwendungsmöglichkeiten der Verfahrensprodukte sind
an sich bekannt.
Die Beispiele sollen die Erfindung erläutern, stellen aber keine
Begrenzung der Erfindung dar.
In einem 1-l-Rundkolben mit KPG-Rührer, Thermometer und
Rückflußkühler werden ca. 300-500 Gew.Tle. Diisocyanat
vorgelegt. Das Reaktionsgefäß wird mit Stickstoff überlagert und
auf 120°C erwärmt. Bei 120°C werden 0,1 Gew.% Phospholinoxid a)
als 25%ige Lösung in N-Methylpyrrolidon in das Diisocyanat
eingetragen. Der Fortgang der Reaktion wird durch Kontrolle des
Isocyanatgehaltes beobachtet. Bei Erreichen des gewünschten
Isocyanatgehaltes wird die Reaktion durch Abkühlen auf 60°C und
Zugabe von 0,5 Gew.% Phosphortrichlorid gestoppt und das
resultierende Produkt auf Raumtemperatur abgekühlt.
- a) Mischung aus:
1-Methyl-1-phospha-2-cyclopenten-1-oxid
1-Methyl-1-phospha-3-cyclopenten-1-oxid
- b) 2,4-Diisocyanato-1,3,5-tris-(1-methylethyl)-benzol
- c) 70 : 30 Gemisch aus 2,6-Diethyl-1,3-diisocyanato-4-methylbenzol und 4,6-Diethyl-1,3-diisocyanato-2-methylbenzol
100 Gew.Tle. des nach Beispiel A1 hergestellten
Diisocyanatocarbodiimids werden innerhalb von 30 Min. bei 90°C in
180 Gew.Tle. 1,4-Butandiol eingetragen. Nach weiteren 45 Min.
bei 90°C ist die Reaktionsmischung isocyanatfrei. Das Produkt
hat einen Hydroxylgruppengehalt von 20,2%.
264 Gew.Tle. des nach Beispiel A2 erhaltenen
Diisocyanatocarbodiimids werden bei 120°C mit 284 Gew.Tln.
Stearylisocyanat unter Zusatz von 1 Gew.T. Phospholinoxid (s.
allg. Arbeitsvorschrift) umgesetzt. Nach 15 Stunden ist das
Reaktionsgemisch isocyanatfrei.
206 Gew.Tle. des nach Beispiel A6 hergestellten
Diisocyanatocarbodiimids werden bei 70°C mit 245 Gew.Tln.
Stearylalkohol umgesetzt. Nach 3 Stunden ist das Produkt
isocyanatfrei.
370 Gew.Tle. des nach Beispiel A7 erhaltenen
Diisocyanatocarbodiimids werden bei 100°C mit 284,5 Gew.Tln.
1,4-Butandiol umgesetzt. Nach 1 Stunde ist das Gemisch
isocyanatfrei. Das resultierende Produkt hat einen
Hydroxylgruppengehalt von 15,6%.
250 Gew.Tle. eines wasserfreien Polybutandioladipats mit einem
Durchschnittsmolekulargewicht von 2000 (OH-Zahl 56 mg KOH/g,
Säurezahl 0,7 mg KOH/g), 22,4 Gew.Tle. Butandiol-(1,4), 2,5
Gew.Tle. des Produkts aus Bsp. A1 und 1,5 Gew.Tle.
Ethylenbisstearylamid werden bei 80°C gemischt. Anschließend
werden 98 Gew.Tle. Diphenylmethan-(4,4′)-diisocyanat zugegeben
und 30 sec kräftig gerührt. Die reagierende Masse wird in eine
Teflonschale gegeben und 2 h bei 120°C und danach 15 h bei 70°C
gehalten. Das abgekühlte Produkt wird granuliert und durch
Spritzguß zu Prüfstäben (S1 Stäbe nach DIN) verarbeitet. Die
Prüfstäbe werden bei 80°C in Wasser gelagert und in Abständen von
1 Woche bei längeren Lagerzeiten in Abständen von 2 Wochen werden
je 3-5 Prüfstäbe getrocknet und die Zugfestigkeit bestimmt
(Zusammensetzung und Ergebnisse s.Tab. 2+3).
Die Produkte werden wie im Vergleichsbeispiel B1 beschrieben
hergestellt. Die Zusammensetzungen und mögliche
Verfahrensabweichungen sind Tabelle 2 und den zugehörigen
Fußnoten zu entnehmen.
Die Zugfestigkeiten nach unterschiedlicher Alterung in Wasser bei
80°C sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
A. Unstabilisiertes Polybutylenterephtalat wird in einem
Meßextruder (L : D=25, Kompression kontinuierlich steigend,
-verhältnis 1 : 3) extrudiert.
B. Man verfährt wie in Beispiel 29A beschrieben, trommelt
jedoch vor der Extrusion 1 Gew.% des in Beispiel A2
beschriebenen Produktes auf das Polybutylenterephthalat.
Die Produkte aus den Beispielen 25A und B werden 13 Stunden
bei 100°C in destilliertem Wasser gelagert und anschließend
getrocknet. Bei 250°C wird in einem
Hochdruckkapillarviskosimeter Typ HKV 2000 (Hersteller Fa.
Göttfert) nach Verweilzeiten von 5, 10, 15 und 20 Minuten bei
einem Druck von 2,45 bar (Düse 15 mm lang und 1 mm
Durchmesser) der Schmelzindex bestimmt, auf eine
Verweilzeit 0 extrapoliert und dabei der Intrinsic Melt Index
(IMI) ermittelt.
Produkt aus | |
IMI (g/10 Min.) | |
Bsp. 29A unbehandelt | |
54 | |
Bsp. 29A 13 h bei 100°C (i. Wasser) | 76 |
Bsp. 29B unbehandelt | 13 |
Bsp. 29B 13 h bei 100°C (i. Wasser) | 15 |
Die Bestimmung der Intrinsic Melt Indices ergibt, daß das
erfindungsgemäß behandelte Produkt in seinem Molekulargewicht
(Intrinsic Melt Index) durch den Wassereinfluß im Unterschied
zum unbehandelten praktisch nicht verändert wurde.
Ein Polyester aus Adipinsäure und Ethylenglykol (100 Gew.Tle) mit
einem mittleren Molekulargewicht von 2000 und einer OH-Zahl von
56 wird bei 130°C unter einem Vakuum von ca. 40 mm eine Stunde
lang entwässert und anschließend bei ca. 125°C gehalten
(Größenordnung des Ansatzes: ca. 500 g Polyester). Dann gibt
man unter Rühren 18 Gew.Tle. 1,5-Diisocyanatonaphthalin zu.
Nach ca. 2 Minuten wird ein Vakuum von ca. 40 mm angelegt.
Nach Beendigung der exothermen Reaktion (nach ca. 15 Min.)
werden unter starkem Rühren 2 Gew.Tle. Butandiol-1,4 zugegeben.
Es wird ca. 30 Sekunden vernetzt und in eine auf 100°C
vorgeheizte Form gegossen. Die Mischung ist ca. 150 Sekunden
gießfähig und ist nach ca. 20 Minuten entformbar.
Das Elastomer wird noch 24 Stunden bei 110°C getempert. Danach
hat es die in Tabelle 4 (s. Beispiel 30) angegebenen
Eigenschaften.
Nach einer Lagerung in Wasser bei 80°C (Lagerkörper - Normstab S1
gemäß DIN 53 504) wird die Zugfestigkeit nach 10 Tagen erneut
gemessen (s. Tabelle 5).
Erfindungsgemäße Verwendung als Hydrolyseschutzmittel in
Polyurethanelastomeren.
Wie in Beispiel 30 wird das NCO-Präpolymer hergestellt. Nach
Beendigung der exothermen Reaktion werden in das NCO-Präpolymer
verschiedene Mengen an Carbodiimiddiisocyanat aus Beispiel A2
zugegeben (s. Tab. 6, Beispiele 31-35) und etwa 15 Minuten lang
eingerührt. Anschließend werden unter starkem Rühren 2 Gew.Tle.
Butandiol-(1,4) zudosiert und wie im vorangegangenen Beispiel
verarbeitet. Mit zunehmender Menge des Carbodiimiddiisocyanats
aus Beispiel A2 fallen die Shorehärte und der Modul bei 100%
Dehnung etwas ab; diese Werte sind bei 1,5 und 2 Gew.Tln.
Carbodiimidanteil aber noch akzeptabel. Das Rückstellverhalten
(DVR) wird hingegen bei 1.2 bis 2.2 Gew.Tln. Carbodiimidanteil
günstig beeinflußt.
Die stabilisierende Wirkung dieses Carbodiimids zeigt sich an den
Zugfestigkeitswerten nach 10 Tagen Wasserlagerung (s. Tab. 5).
Die optimal wirksame Menge dieses Carbodiimids beträgt etwa 1,5
bis 2 Gew.Tle. bezogen auf 100 Gew.Tle. Polyester, s. Tab. 5).
Wie aus Tab. 2 und 5 zu ersehen, zeigen die Isocyanatgruppen
enthaltenden Carbodiimide eine hervorragende Alterungsschutzwirkung,
die der der Butandiolendgruppen enthaltenden Carbodiimide wie der der
Carbodiimide ohne weitere reaktive Gruppen noch überlegen ist.
Besonders gut ist die Alterungsschutzwirkung, wenn das
Isocyanatgruppen enthaltende Carbodiimid nur im Mittel eine
Carbodiimidgruppe je Molekül enthält und wenn ein Substituent am
aromatischen Ring in Nachbarschaft zur Carbodiimidgruppe verzweigt
ist.
Claims (16)
1. Verfahren zur Stabilisierung von Estergruppen enthaltenden
Kunststoffen gegen Wärme- und/oder hydrolytischen Abbau mit
einbaufähigen, sterisch gehinderten Carbodiimiden der
allgemeinen Formel
in der A und B aromatische oder araliphatische
Kohlenwasserstoffreste mit 20 C-Atomen bedeuten, die in
mindestens einer Nachbarstellung zur Carbodiimidgruppe
aromatische, aliphatische und/oder cycloaliphatische
Substituenten mit mindestens 2 C-Atomen tragen, und die
Carbodiimidgruppe (n) an aromatischen Kohlenstoff gebunden ist
(sind), dadurch gekennzeichnet, daß im Mittel n=0-3 ist und A
durch mindestens eine NCO-Gruppe substituiert ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
(die) aromatische(n) Ring(e) in beiden Nachbarstellungen zur
Carbodiimidgruppe substituiert ist (sind), wobei ein Substituent
auch eine Methylgruppe sein kann.
3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das
erfindungsgemäß zu verwendende Isocyanatgruppen enthaltende
Carbodiimid aus Diethyltoluylendiisocyanat erhalten wurde.
4. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einer der Substituenten am aromatischen Ring in
Nachbarstellung zur Carbodiimidgruppe ein verzweigter
aliphatischer Rest mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen ist.
5. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-2 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das erfindungsgemäß zu verwendende Carbodiimid aus
Triisopropylphenylendiisocyanat hergestellt ist.
6. Verfahren gemäß Ansprüchen 1, 2, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das erfindungsgemäß zu verwendende Carbodiimid aus
Triisopropyl-m-phenylendiisocyanat hergestellt ist.
7. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet,
daß n im Mittel < 2 ist.
8. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß
n im Mittel 0 ist.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gehalt an sterisch gehindertem, Isocyanatgruppen enthaltendem
Carbodiimid 0,2-8 Gew.% beträgt.
10. Verfahren nach Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gehalt an sterisch gehindertem, Isocyanatgruppen enthaltendem
Carbodiimid 0,5-5 Gew.% beträgt.
11. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der
erfindungsgemäß zu stabilisierende Estergruppen enthaltende
Kunststoff ein Polyesterpolyurethan (darunter ist auch ein
Polyesterurethanharnstoff und Polyesterpolyharnstoff zu
verstehen) ist.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in
einem Zwei- oder Mehrstufenverfahren zunächst der Polyester mit
dem Isocyanatgruppen enthaltenden Carbodiimid ganz/oder
teilweise (bezogen auf NCO-Gruppen) umgesetzt werden und danach
das Polyurethan hergestellt wird.
13. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der
erfindungsgemäß zu stabilisierende Kunststoff ein
Polyterephthalat ist.
14. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-10 und 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der erfindungsgemäß zu stabilisierende, Estergruppen
enthaltende Kunststoff ein Polybutylenterephthalat ist.
15. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-10 und 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der erfindungsgemäß zu stabilisierende Estergruppen
enthaltende Kunststoff ein Polyethylenterephtalat ist.
16. Verfahren gemäß Ansprüchen 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß
das erfindungsgemäß zu stabilisierende Polyterephthalat durch
andere Komponenten wie andere Dicarbonsäuren oder andere ggf.
höhermolekulare Glykole modifiziert ist.
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