KOEHNEN SVEN (DE)
GUTWEILER MATTHIAS (DE)
IKEDA KAORU (JP)
KURARAY CO (JP)
FRANK MICHAEL (DE)
KOEHNEN SVEN (DE)
GUTWEILER MATTHIAS (DE)
IKEDA KAORU (JP)
| DE4201941A1 | 1993-08-12 | |||
| EP1403289A1 | 2004-03-31 |
| - 17 -
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von modifizierten acetalisierten Polyvinylalkoholen durch Umsetzen einer Schmelze des acetalisierten Polyvinylalkohols mit mindestens einem Epoxid der allgemeinen Formel I
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Epoxid eine Verbindung der allgemeinen Formel Il eingesetzt wird, wobei R2 die Bedeutung H, aliphatischer Rest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen besitzt
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der acetalisierte Polyvinylalkohol einen Restpolyvinylalkoholgehalt von 10 bis 30 Gew.% besitzt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung unter Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels oder Wasser durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Anwesenheit von Zn, Fe und/oder Sn-Salzen durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Anwesenheit von Basen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Schmelzetemperatur von 150 bis 270 0 C durchgeführt wird. - 18 -
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bis zu einer Verminderung der Viskosität von mindestens 10 % bezogen auf den eingesetzten acetalisierten Polyvinylalkohol durch geführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 25 bis 95 % der Hydroxyfunktionen des acetalisierten Polyvinylalkohols mit dem Epoxid umgesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Gegenwart von 1 bis 100 Gew. % (bezogen auf das Polymere) Weichmachern durchgeführt wird.
11. Verwendung der einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellten, modifizierten acetalisierten Polyvinylalkoholen als Bestandteil von Beschichtungsmaterialien, Pulverlacken, Flüssiglacken, Druckfarben, Siebdruckpasten,
Metallpigmentpasten oder Klebstoffen, insbesondere zur Verklebung von Metallteilen, zur Herstellung von Keramiken, keramischen Folien oder zur Herstellung von Grünfolien in keramischen Anwendungen. |
Verfahren zur Modifizierung von Polyvinylbutyralen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifikation von acetalisierten Polyvinylalkoholen durch Reaktion mit Epoxiden.
Technisches Gebiet
Acetalisierte Polyvinylalkohole, wie z.B. Polyvinylbutyral (PVB) weisen mit steigendem Molekulargewicht auch steigende Lösungs-Viskositäten bzw. Schmelzviskositäten auf. Für Anwendungen als Bindemittel z.B. in Druckfarben oder Coatings wäre es jedoch wünschenswert, hochmolekulare acetalisierte Polyvinylalkohole mit niedriger Lösungs- Viskosität bzw. Schmelzviskosität einzusetzen. Hierzu bietet es sich an, die verbliebenen Hydroxyfunktionen des Polymeren mit Seitenketten so zu modifizieren, daß die Effekte der Wasserstoffbrückenbindungen bzw. allgemein Wechselwirkungen zwischen den Hydroxyfunktionen minimiert oder verringert werden.
EP 1 403 289 A1 beschreibt ein solches Verfahren zur Umsetzung von Ethylen- Vinylalkoholcopolymeren mit Glycidestem in einem Extrusionsprozess. Durch die Reaktion werden die Epoxide an die Hydroxyfunktionen unter Erhalt einer entsprechenden Seitenkette addiert. Diese Polymere enthalten zwischen 5 und 55 Mol% Ethyleneinheiten, wobei die restlichen Repetiereinheiten Vinylacetat- und Vinylalkoholgruppen sind. Die Vinylalkoholgruppen sind nicht acetalisiert, sodass bei einem Hydrolysegrad dieser Polymere von mehr als 90 % eine große Anzahl von freien Hydroxyfunktionen vorhanden ist. Somit können durch die Reaktion mit den Epoxiden relativ leicht hohe Umsätze bzw. Substitutionsgrade erreicht werden.
Der Einsatz von acetalisierten Polyvinylalkoholen ohne Ethyleneinheiten, d.h. von Verbindungen mit einer erheblich geringeren Anzahl von freien Hydroxyfunktionen ist in dieser Publikation nicht erwähnt. I
DE 42 019 41 A1 offenbart die Herstellung eines Lacksystems durch Umsetzen von Polyvinylbutyral mit Glycidethem als Epoxid in organischen Lösungsmitteln. Ein ähnliches Verfahren offenbart JP 2001-210426 zur Umsetzung von Polyvinylacetalen
mit aromatischen Epoxiden. Auch hier wird die Reaktion in organischen Lösungsmitteln durchgeführt.
Der Einsatz von Lösungsmitteln bei der Modifikation von Polymeren ist häufig nicht erwünscht, da zunächst die Edukte aufwändig und unter Einsatz von Energie und vor allem Zeit gelöst werden müssen. Nach der Reaktion muss das Lösungsmittel unter
Einsatz von Energie und Zeit entfernt werden, was ebenfalls großen Aufwand erfordert. Verbleiben Lösungsmittelreste im Endprodukt, sind solche Polymere z.B. für
Lebensmittelverpackungen nicht verwendbar. Weiterhin sind die Reaktionstemperaturen in der Regel auf die Siedetemperatur des Lösungsmittels beschränkt.
Bei chemischen Reaktionen mit Polyvinylacetalen wie Polyvinylbutyral sind generell Abbaureaktionen durch Acetalspaltung zu befürchten. Diese werden durch Säuren katalysiert und treten bei hohen Temperaturen vermehrt auf.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von modifizierten, acetalisierten Polyvinylalkoholen zur Verfügung zu stellen, das die o.g. Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Darstellung der Erfindung
überraschenderweise wurde gefunden, das Polyvinylacetale in der Schmelze, d.h. bei erhöhten Temperaturen, mit Epoxiden umgesetzt werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von modifizierten, acetalisierten Polyvinylalkoholen durch Umsetzen einer Schmelze des acetalisierten Polyvinylalkohols mit mindestens einem Epoxid der allgemeinen Formel I
Ri = H, aliphatischer, cycloaliphatischer aromatischer oder aliphatisch-aromatischer Rest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder CH 2 O(CO)CCH 2 R 2 und R 2 = H, aliphatischer Rest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen.
Im Folgenden wird unter der Modifizierung von acetalisierten Polyvinylalkoholen die formale Addition von Epoxiden an dessen Hydroxyfunktionen verstanden.
Zum Erhalt von strahlenchemisch vernetzbaren modifizierten, acetalisierten Polyvinylalkoholen können Epoxide gemäß der allgemeinen Formel Il
wobei R2 die Bedeutung H 1 aliphatischer Rest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere R2 = -CH 3 oder -C 2 H 5 , besitzt, eingesetzt werden.
Auf diese Weise werden substituierte, acetalisierte Polyvinylalkohole erhalten, die eine reaktive Doppelbindung in der neu eingefügten Seitenkette besitzen. Diese Doppelbindungen können thermisch oder strahlenchemisch, bevorzugt mit UV- Strahlung vernetzt werden.
Bevorzugt wird als acetalisierter Polyvinylalkohol ein mit mindestens einem aliphatischen Aldehyd mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere Butyraldehyd, eingesetzt. Diese Verbindungen können noch Vinylacetatgruppen enthalten, d.h. ganz oder teilweise verseift vorliegen. Die Acetalisierung mit einem oder mehreren Aldehyden erfolgt in einer dem Fachmann bekannten Weise säurekatalysiert in Lösung, bevorzugt im wässrigen Medium unter Säurekatalyse. Die so erhaltenen, noch Vinylalkoholgruppen enthaltenden Polyvinylacetale werden erfindungsgemäß mit mindestens einem Epoxid umgesetzt, wobei zumindest ein Teil der Vinylalkohol- Gruppen abreagiert. Als acetalisierter Polyvinylalkohol wird insbesondere Polyvinylbutyral eingesetzt.
Die im Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzten acetalisierten Polyvinylalkohole weisen bevorzugt einen Acetalisierungsgrad von 40 bis 90 Gew.%, bevorzugt von 65 -
88 Gew.% auf. Neben den Acetalgruppen können diese Polymere einen Anteil von 0.01 - 30 Gew.%, bevorzugt 0.01 - 20 Gew.%, besonders bevorzugt 0.5 - 8 Gew.% und insbesondere 1 - 6 Gew.% Restacetatgruppen und einen entsprechenden Anteil an freien Alkoholfunktionen besitzen.
Der Rest-Polyvinylalkoholgehalt der erfindungsgemäß eingesetzten acetalisierten Polyvinylalkohole liegt bevorzugt zwischen 10 und 30 Gew.%, insbesondere zwischen 14 und 18 Gew.% bzw. alternativ zwischen 19 und 27 Gew. %. Solche Polymere sind unter dem Handelsnamen Mowital von der Firma Kuraray Specialities Europe GmbH erhältlich.
Bevorzugt werden die acetalisierten Polyvinylalkohole in Form eines Granulats, insbesondere eines durch Extrusion hergestellten Granulats z.B. gemäß WO 2005/019312 A1 eingesetzt. Granulierte Produkte weisen vorteilhaft eine niedrige Feuchtigkeit und höhere Feststoffgehalte pro Volumen bzw. eine höhere Schüttdichte auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt kontinuierlich in der Schmelze des acetalisierten Polyvinylalkohols durchgeführt. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche Produktion der modifizierten Polyvinylacetale. Es haben sich Schmelzetemperaturen von 150 bis 270 0 C 1 insbesondere 170 bis 250 0 C, bzw. 190 bis 250 0 C bewährt. Bevorzugt wird die Umsetzung in einem Rohrreaktor, Rührkessel oder Extruder durchgeführt. Die Reaktionszeiten im erfindungsgemäßen Verfahren können zwischen 30 Sekunden und 5 Minuten, insbesondere zwischen 30 Sekunden und 2 Minuten betragen.
Es ist zudem möglich, die Umsetzung in Gegenwart von 1 bis 100 Gew. %, bevorzugt 1 bis 30Gew.% (bezogen auf das Polymere) Weichmachern durchzuführen. In diesen Fällen wird die Schmelze eines Gemisches der acetalisierten Polymere und Weichmachern zur Umsetzung mit den Epoxiden eingesetzt.
Eine Aufstellung von handelsüblichen Weichmachern, die Angaben über deren Verträglichkeit mit Polyvinylacetalen, insbesondere Polyvinylbutyral, enthält, kann beispielsweise der Druckschrift Modern Plastics Encyclopedia 1981/1982, S. 710 bis
719 entnommen werden. Bevorzugte Weichmacher sind Diester von aliphatischen Diolen, insbesondere von aliphatischen Polyätherdioien bzw. Polyätherpolyolen, mit aliphatischen Carbonsäuren, vorzugsweise Diester von Polyalkylenoxiden, insbesondere Diester des Di-, Tri- und Tetraethylenglykols mit aliphatischen (C6-C10)- Carbonsäuren, vorzugsweise 2- Ethyl buttersäure und n-Heptansäure, ferner Diester von aliphatischen oder aromatischen (C2-C18)-Dicarbonsäuren, vorzugsweise Adipin, Sebazin- und Phthalsäure, mit aliphatischen (C4-C12)-Alkoholen, vorzugsweise Dihexyladipat, Phthalate, Trimellitate, Phosphate, Fettsäureester, insbesondere Triethylenglykol-bis-(2-ethylbutyrat), Triethylenglycolethylhexanoat (3G8), aromatische Carbonsäureester, insbesondere Dibenzoate, und/oder Hydroxycarbonsäureester.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in Anwesenheit bzw. unter Katalyse von Metallsalzen, wie z.B. Zn-, Fe- und/oder Sn-Salzen durchgeführt. Als besonders geeignet hat sich der Zusatz des katalytischen Systems Zn(acac) 2 /CF 3 SO 3 H/DME gemäß EP 1 403 289 A1 erwiesen.
Alternativ kann die Umsetzung auch unter Anwesenheit von Basen, insbesondere von sterisch gehinderten Stickstoffbasen, wie z.B. Basen der allgemeinen Formeln IM bis V
durchgeführt werden (R 3 = H, CH 3 oder C 2 H 5 ).
Die Umsetzung erfolgt bevorzugt in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels oder Wasser. Geringe Mengen an Lösungsmittel wie z.B. bei der Zugabe des Katalysators erforderlich, stören nicht und gelten bis zu einem Zusatz von 5 Gew. %, bezogen auf die Menge des Polymeren, nicht als Lösungsmittel. Die Anwesenheit von geringen Mengen von Additiven wie z.B. UV-Stabilisatoren oder Antioxidantien mit einer Gesamtmenge zwischen 1 und 25, bevorzugt 5 bis 15 Gew.%, bezogen auf die Menge des Polymeren, sind unkritisch.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, alle oder zumindest einen Teil der Restalkoholgruppen des acetalisierten Polyvinylalkohols zu substituieren.
Bevorzugt werden 25 - 95 %, insbesondere 30 - 75 % bzw. 5 - 25 % der ursprünglich im acetalisierten Polyvinylalkohol vorhandenen Restalkohol-Gruppen substituiert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Viskosität der unmodifizierten Ausgangsprodukte bei kaum verändertem Molgewicht vermindert, da die Umsetzung bevorzugt ohne Vernetzung von Polymerketten erfolgt. Die Umsetzung wird bevorzugt bis zu einer Verminderung der Viskosität der erfindungsgemäß hergestellten Polymere von mindestens 10 %, bevorzugt von mindestens 20%, insbesondere von mindestens
30%, bezogen auf den eingesetzten acetalisierten Polyvinylalkohol durchgeführt. Die Bestimmung der Viskosität erfolgt gemäß DIN 53015 bei 20 0 C (10 Gew % in Ethanol
:Wasser 95:5 Gew. -Teile ) mit einem Viskosimeter nach Höppler.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polymere können aufgrund ihrer verminderten Viskosität gegenüber den unmodifizierten Ausgangsprodukten als Bestandteil von Beschichtungsmaterialien wie Pulverlacken oder Flüssiglacken, zur Herstellung von Keramiken, keramischen Folien oder zur Herstellung von Grünfolien in keramischen Anwendungen z.B. durch den Tape-cast-Prozess verwendet werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polymere weisen weiterhin ein verbessertes Dispergierverhalten auf und können daher in Druckfarben, Siebdruckpasten, oder Metallpigmentpasten verwendet werden. Die Verwendung in Klebstoffen, insbesondere zur Verklebung von Metallteilen z.B. im Automobilbau ist ebenso möglich.
Beispiele: a) Bestimmung des Acetatgruppen-Anteils (Polyvinylacetatgehalt) Unter PV-Acetatgehalt wird der prozentige Anteil an Acetylgruppen verstanden, der sich aus dem Verbrauch der für die Verseifung von 1 g Substanz notwendigen Menge ergibt.
Bestimmungsmethode (in Anlehnung an EN ISO 3681 ):
Etwa 2 g der zu untersuchenden Substanz werden in einem 500 ml Rundkolben auf 1 mg genau eingewogen und mit 90 ml Ethanol und 10 ml Benzylalkohol am Rückfluß gelöst. Nach dem Abkühlen wird die Lösung mit 0,01 n NaOH gegen Phenolphthalein
neutral gestellt. Anschließend werden 25,0 ml 0,1 n KOH zugegeben und 1 ,5 Stunden am Rückfluß erhitzt. Man läßt den Kolben verschlossen abkühlen und titriert den Laugenüberschuß mit 0,1 n Salzsäure gegen Phenolphthalein als Indikator bis zur bleibenden Entfärbung zurück. In gleicher Weise wird eine Blindprobe behandelt. Der PV-Acetatgehalt berechnet sich wie folgt: PV-Acetatgehalt [%] = (b-a) * 86/E, mit a = Verbrauch an 0,1 n KOH für Probe in ml, b = Verbrauch an 0,1 n KOH für Blindversuch in ml und E = Einwaage der zu untersuchenden Substanz trocken in g.
b) Bestimmung des Vinylalkoholgruppen-Anteils (Polyvinylalkoholgehalt) beim unmodifizierten Polyvinylacetal
Der Polyvinylalkoholgehalt ist der prozentuale Anteil an Hydroxylgruppen, der durch die nachträgliche Acetylierung mit Essigsäureanhydrid nachweisbar ist.
Bestimmungsmethode (in Anlehnung an DIN 53240) Etwa 1 g Mowital wird in einem 300 ml Schliff-Erlenmeyerkolben auf 1 mg genau eingewogen, 10,0 ml Essigsäureanhydrid-Pyridin-Gemisch (23:77 VA/) zugefügt und 15-20 Stunden auf 50 0 C erwärmt. Nach dem Abkühlen kommen 17 ml Dichlorethan hinzu und es wird kurzzeitig umgeschwenkt. Anschließend gibt man unter Rühren 8 ml Wasser zu, verschließt den Kolben mit einem Stopfen und rührt 10 Minuten. Kolbenhals und Stopfen werden mit 50 ml E-Wasser abgespült, mit 5 ml n-Butanol überschichtet und die freie Essigsäure mit 1 n Natronlauge gegen Phenolphtalein titriert. In gleicher Weise wird eine Blindprobe behandelt. Der Polyvinylalkoholgehalt berechnet sich wie folgt: Polyvinylalkoholgehalt [%] = (b-a) * 440/E, mit a = Verbrauch an 1 n NaOH für Probe in ml, b = Verbrauch an 1 n NaOH für Blindprobe in ml, und E = Einwaage der zu untersuchenden Substanz trocken in g.
Zu Bestimmung des Vinylalkoholgruppen-Anteils des mit dem Epoxid umgesetzten Polyvinylacetals wird der Acetatgruppen-Anteil mit der Methode a) vor und nach der Umsetzung ermittelt. Durch die Umsetzung erhöht sich der Acetatgruppen-Anteil um die Anzahl der mit dem Epoxid abreagierten Hydroxygruppen. Die ursprünglich vorhandene Anzahl der Hydroxygruppen wird am Ursprungsmaterial gemäß Methode b) ermittelt. Die Differenz dieser Werte entspricht dem Anteil der Vinylalkoholgruppen im dem mit dem Epoxid umgesetzten Polyvinylacetal.
Für die nachfolgend aufgeführten Beispiele wurde ein Doppelschneckenextruder mit folgender Konfiguration und Parametern verwendet: L/D = 72
Anzahl Heizzonen: 18 Durchsatz: 20 kg/h Temperatur: 200 0 C
Die Dosierung des Polyvinylacetals (Mowital der F. KSE) erfolgt an der Aufgabezone, die Dosierung des Katalysators bzw. des Reagenzsystems an Heizzone 4. Der Katalysator (Zn(acac)TfO) wird vorher in situ durch die äquimolare Umsetzung von 0,1 M Lösung Zinkacetylacetonat (Zn(acac)2) in DME (Dimethoxethan) mit 0,1 M Lösung Trifluormethansulfonsäure (TfOH) (in DME) hergestellt. Näheren Angaben zu diesem Katalysatorsystem finden sich in EP 1 403 289 A1
Die Auswertung des Umsatzes (Grad der Modifizierung) erfolgte unter Zuhilfenahme der NMR-Spektroskopie und quantitative Auswertung des Signals der Methylgruppe des Hydroxypropylrestes im Verhältnis zu der des Acetalrestes.
Die folgende Tabelle zeigt die erhaltenen Ergebnisse. Es zeigt sich, das die erfindungsgemäßen acetalisierten Polyvinylalkohole eine erheblich verminderte Viskosität im Vergleich zu den Ausgangspolymeren aufweisen.
Beispiele für die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Polymeren in keramischen Anwendungen
Vergleichsbeispiel 4 Eingesetztes Bindmittel: Mowital B45H (Kuraray Specialities Europe GmbH) =V2 Beispiel 9 Eingesetztes Bindmittel: Epoxypropan modifiziertes B 45 H gemäß Beispiel 6
Weitere verwendete Materialien
Herstellung:
Die Herstellung der Gießschlicker erfolgte in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise
• Einwaage Lösemittel + Dispergator (Fischöl) • Pulverzugabe (Deagglomerieren)
® Zugabe des Binders + Weichmacher (Homogenisieren, Entgasen).
Bewertung der Suspensionseigenschaften a) Rheoloqisches Verhalten von Binderlösungen
Messverfahren: Für die Bestimmung der Theologischen Eigenschaften wurden von den jeweiligen Polymeren 10 Masse%ige Lösungen im azeotropen Lösemittelgemisch Ethanol/Toluol hergestellt und für 24h im Taumelmischer homogenisiert.
Die rheologische Charakterisierung erfolgte nach dem Kegel-Platte-Messprinzip (Kegeldurchmesser 50 mm, öffnungswinkel 2°) mit dem Rotationsrheometer UDS 200 der Fa. Anton Paar (österreich). Die Regelung des rotierenden Kegels erfolgt schubspannungsgesteuert, die Messtemperatur lag bei 20 0 C. Die Viskosität wurde gegen die Schubspannung aufgetragen.
Ergebnisse und Bewertung: Fig. 1 zeigt die mittlere Viskosität der jeweiligen Binderlösungen bei einer Schubspannung von 20 Pa*s, wobei die Binderlösungen über den gesamten Messbereich eine konstante Viskosität aufwiesen (Newtonsches Verhalten). Die Lösung mit B45H (Vergleichsbeispiel 4) zeigte eine Viskosität im Bereich von 0,07 bis 0,08 Pa * s. Die Lösung des erfindungsgemäß modifizierten PVB gemäß Beispiel 9 zeigt eine Lösungsviskosität von 0,045 Pa * s und liegt somit deutlich unter dem Wert der Lösung mit Mowital B45H.
b) Rheologie von PVB-AbOs-Suspensionen
Messverfahren: Um die dispergierende Wirkung der Binder zu beurteilen, wurden verschiedene AI 2 O 3 -Suspensionen (40 Gew.% azeotropes Ethanol/Toluol-Gemisch 60 Gew.% AI2O3) aufbereitet. In diese wurden schrittweise der jeweilige Binder bzw. Dispergator zugegeben und mehrere Stunden homogenisiert. Bei der Herstellung der Folien wurde zunächst der Dispergator (in diesem Fall das PVB) im Lösungsmittel vorgelöst und dann das Pulver hinzugegeben. Die jeweilige Suspension wurde mittels Rotationsviskosimeter charakterisiert. Dabei wurde die Suspensionsviskosität bei einer Scherrate von 100 1/s als Vergleichswert herangezogen.
Ergebnisse und Bewertung: Fig. 2 zeigt die Viskositäten von verschiedenen Suspensionen in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt der Suspension.
Suspensionen mit den erfindungsgemäß hergestellten PVB-Bindern besitzen im Vergleich zu dem häufig als Dispergator verwendeten Fischöl eine verringerte
Viskosität. Weiterhin findet man bei den erfindungsgemäß hergestellten Polymeren gegenüber Mowital B45H eine bessere dispergierende Wirkung, da die Viskositätswerte von entsprechend angesetzten Suspensionen unter denen der mit Mowital B45H angesetzten Suspensionen liegen.
Einen Vergleich der dispergierenden Eigenschaften der untersuchten Dispergatoren zeigt Fig. 3. Je besser die Dispergierwirkung, desto niedriger ist die Viskosität der betreffenden AI 2 O 3 -Suspension. Eine deutlich dünnflüssigere und somit besser dispergierte Suspension wird bei Einsatz des erfindungsgemäß mit Epoxypropan modifizierten PVB-Typs anstelle von B45H oder Fischöl erreicht.
Herstellung von Grünfolien
Die wie oben beschrieben hergestellten Suspensionen (Gießschlicker) wurden entgast und auf einer 4 m langen Foliengießanlage mit stehendem Doppelkammergießschuh nach dem Doctor-Blade-Verfahren vergossen. Als Gießunterlage kam eine siliconisierte PET-Folie (Dicke 100 μm) zum Einsatz. Die Folie wurde nach dem Gießen 48 h an Luft getrocknet (Temperatur = 22°C; Luftfeuchte = 65%) und anschließend abgezogen.
Die erhaltenen Folien ergaben eine Dicke von 200 μm und zeigten in der optischen Bewertung keinerlei Risse, Blasen oder Fehlstellen. Die Dichte der gegossenen AI 2 O 3 -Folien wurde mittels Auftriebsmessung nach Archimedes bestimmt. Die Grünfoliendichten lagen alle in dem für das Foliengießen üblichen Bereich zwischen 60 und 70 Prozent der theoretischen Dichte.
Aus den jeweiligen Grünfolien wurden geeignete Zugproben in Form von sog. „Hundeknochen" gestanzt. Pro Folientyp wurden 10 Zugproben quer und 10 Proben parallel zur Gießrichtung gestanzt, um ein mögliches anisotropes Verhalten des Grünkörpers bestimmen zu können. Als Prüfmaschine kam eine Faserzugprüfanlage (Fafegraph ME, Fa. Textechno) zum Einsatz. Der maximale Messbereich lag bei 100 N, die Belastungsgeschwindigkeit betrug 10 mm/min. Gemessen wurde bei Raumtemperatur an Umgebungsluft.
Die Grünfolien mit B45H (Vergleichsbeispiel 2) als Binder zeigen einen typischen Verlauf für Grünfolien nach dem Stand der Technik, wobei die Prüfkörper bei einer Spannung von 4,98 ± 0,04 MPa und einer Dehnung von 5,9 ± 0,71 Prozent reißen, (s. Fig. 4) Folien mit erfindungsgemäß modifizierten Polyvinylalkoholen gemäß Beispiel 9 als Binder zeigen dagegen eine deutlich niedrigere Zugfestigkeit von 1.4 ± 0,02 MPa. Eine Zugspannung von 1 ,5 MPa wird dabei während der ganzen Messung nicht erreicht. Nach einer Dehnung von 16,25 ± 0,65 % reißt die Probe dann schließlich. Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte weisen gegenüber Folien nach dem Stand der Technik einen deutlichen plastischen Anteil auf.
Die Untersuchungen zeigten, dass erfindungsgemäß modifizierte Polyvinylalkoholen als Binder deutliche weichmachende Eigenschaften besitzen. Aufgrund dieser Eigenschaft wäre es denkbar, den zum Gießschlicker beigemischten Anteil an Weichmachern zu reduzieren oder ganz wegzulassen und dadurch ähnliche mechanische Eigenschaften wie Folien nach dem Stand der Technik zu erreichen, wobei der Anteil an organischen Additiven dann reduziert wäre.
In Fig 5 ist das Ausbrandverhalten des Bindemittels aus Vergleichsbeispiel 4 und Beispiel 9 sowie hiermit hergestellten Grünfolien gezeigt. Der Masseverlust der jeweiligen Binder wurde in Abhängigkeit von der Temperatur an Luft mittels Thermoanalyse (Typ: STA 409, Fa. Netzsch) bestimmt. Die verwendete Heizrate lag bei 5 K/min. Hierbei ist zu erkennen, das erfindungsgemäße Bindemittel bzw. hiermit hergestellte Grünfolien einen deutlich gleichmäßigeren Binderausbrand im Vergleich Bindern nach dem Stand der Technik aufweisen
Die erfindungsgemäß hergestellten, modifizierten acetalisierten Polyvinylalkohole sind damit zur Herstellung keramischer Grünfolien geeignet. Vorteilhaft wird bei der Herstellung der Suspensionen mit den erfindungsgemäß hergestellten, modifizierten acetalisierten Polyvinylalkoholen eine verbesserte Dispergierwirkung und ein höherer Feststoffanteil erreicht und dementsprechend erhebliche anwendungstechnische Vorteile erzielt.