CN100564452C - 透明模塑组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有以下成分的聚酰胺模塑组合物用于制备可印刷或被印制的物品,例如雪橇板面层或汽车装饰复合部件的用途:a)最大90重量份的由内酰胺或具有至少10个C原子的氨基羧酸得到的聚酰胺;和b)10至100重量份PA1010,其中成分a)和b)总共100重量份。

Description

透明模塑组合物
技术领域
本发明内容是一种由聚酰胺配混物(blend)形成的透明模塑组合物,该组合物适用于制备透明、可印制的物品,例如膜。
背景技术
目前,装饰汽车外表面的标准方法是涂漆。但是这一过程会招致很高的制造成本,因为该过程要受到需要汽车生产商提供特殊的机器工作场地和与此相关的操作成本的限制,另一方面,也同时加重了环境污染。环境污染是由于,例如,所用涂漆释放出溶剂组分以及由于产生了必须要有规律地清除掉的颜料残余物而造成的。
另外,近年来出于节省重量和成本的原因,塑料部件在汽车制造业内颇受欢迎,而涂漆只能有限地适于装饰塑料部件的表面。
对作为车身元件的塑料部件进行涂漆这一过程可以,例如现场进行,其中要使塑料部件经历如金属元件一样的涂漆处理过程。但这会造成颜色统一,并且由于这里通常采用阴极浸渍涂漆过程因此会造成温度很高,而这会使得材料的选择变得困难。另外,也必须保证漆的受体能以相同的方式粘结在各种不同的基材上。若在一分离的步骤中——该步骤包含了有利于塑料的工作条件——对塑料部件进行涂漆(所谓的脱离现场涂漆),则就会产生配色问题,即必须精确地得到在金属上产生的色调。但是,由于基材、所用的涂漆基底受体和操作条件方面的差异,这一点很难实现。如果由于图案设计而有颜色差异,那么仍然有着需要为塑料部件提供第二套涂漆装置和由此而耗费成本的严重缺陷,并且还要将额外所需的时间计算到汽车制造的时间中去。从美观的角度来看,未经处理且通常是浇铸的塑料部件的直接使用是不利的,因为由于操作过程而带来的表面缺陷,例如焊缝、夹气和需要加强的填料如玻璃纤维,在这里是可清晰辨认出的。这在可见区域内是不能容忍的。因此,必需要例如在涂漆过程中改善表面质量,其中即经常需要通过抛光和施涂较厚的底漆层来进行繁复的预处理。
一种推荐的弥补措施是使用多层塑料膜来遮盖部件并且不必再进行涂漆。基材和装饰膜之间的连接可通过一系列制作方法来实现。例如,可以将膜与基材压制在一起或者选择一种模内浇铸法,该法中在制造部件时需要将模置入浇铸工具中。另外,采用膜作为装饰载体这一概念也符合个性化构造汽车元件的趋势。也即是说,这种趋势给制造过程中带来了大量的模型,而同时又减少了每个系列的各个成形部件的数目。因为膜的使用保证了快速而毫无问题地更换图案,所以就能迎接这种挑战。这里很重要的一点是,通过使用膜,那些在汽车业界所需的有关表面性质(表面A级)、抗溶剂性和外观方面的标准都能得到满足。具有这些性质的膜同样也能很好地用于设计汽车的内部表面。
这种装饰膜原则上是公知的。例如在EP0949120A1中记载了具有由聚氨酯、聚丙烯酸酯、氟聚合物或氟聚合物和聚丙烯酸酯组成的混合物构成的透明背覆层的装饰膜。类似的装饰膜同样业公开于WO94/03337和EP0285071A2中。
实用新型DE29519867U1中记载了一种可装饰的膜,该膜由由单体单元月桂内酰胺以及己内酰胺和/或六亚甲基二胺/二羧酸组成的共聚酰胺构成。虽然这种共聚酰胺一般是透明的并且也能很好地装饰,但是在通过挤出制备由这种共聚酰胺构成的模塑件或膜时却总是出现问题。特别是,在浇铸模或挤出模头或牵出辊上会形成积垢,这种积垢常常会由于必须要清洁而导致生产中断。另外,这种模的耐热变形性也是不令人满意的,因为在利用升华压印或热扩散压印进行装饰时存在着变形的危险。因此,人们必须在比本来在该方法中很理想的温度更低的温度下进行装饰。此外,短链的共聚单体含量过高会导致由此所制得的模的吸水性不理想地增高,这就会在湿气作用时引起成形部件发生不可接受的翘曲变形。装饰膜的一个用途是例如用作体育器材,例如雪橇或雪板,或者家用物品表面层的装饰载体。这里通常使用印制到表面或底面上去的单层膜。
在M.Beyer和J.Lohmar的著作Kunststoffe 90(2000)1,第98-101页中,描述了由PA12模塑组合物制成的可印制的膜的例子。但是,这种膜在表面光泽方面仍然具有缺陷并且其耐热变形性过小。
发明内容
本发明的任务特别在于提供一种模塑组合物,其一方面具有足够的结晶度以获得足够的抗应力开裂性,但另一方面也要足够透明。不仅当另外或选择性地要以丝网印刷或平版印刷装饰由此制得的膜或模塑件时,而且在日后的使用中,当用基于醇的清洁剂处理制成件时,足够的抗应力开裂性都是具有重要意义的。另外也必须要赋予足够的透明度,如此才可以对膜进行轮廓足够分明的背面印刷。此外,模塑组合物还应通过小的吸水性而获得至少是明显减小的翘曲变形性。所述任务的一个重要方面是,要得到一种能加工成诸如也可利用热扩散印刷或升华印刷法很好印制的模塑件或膜等一类物品的聚酰胺模塑组合物。这些热印刷法常常要求膜或模塑件具有更高的抗热变形性以及不能过高的含水量。对于这里所述的模塑组合物,抗热变形性与晶体熔点Tm有关;对于那些热印刷法,Tm的理想值是为至少180℃。过低的耐热变形性表现在待印制的膜或模塑件发生翘曲或变形。降低升华温度相反会削弱印刷图案的对比度和轮廓清晰度,因为此时颜料不能足够深地渗入膜中。若是膜或者模塑件吸收了过多的水汽,则在热扩散印刷过程中会意想不到地形成气泡。本领域技术人员很容易明白,其他那些加工性能,例如与基底如雪板体的牢固粘结性,或者可背面印刷性不应该受到表面上未渗入的颜料残余的不利影响。
常常要求印制的物品具有某种表面光泽,并且在清洁剂的作用下或者简单地在对物品进行机械摩擦时也要求这种光泽不会受到不利影响。另外,通过碰撞、打击、刮擦或交变弯曲等进行的机械作用也应不会形成裂缝或造成裂缝蔓延,因为首先在背面注射部件或是多层膜中,这种裂缝会发展进入到位于其下的层中并可能由此导致部件毁坏。
现已惊奇地发现,该任务可通过使用含有如下成分的聚酰胺模塑组合物来制备可印刷或印制的物品而得以解决:
a)最大90重量份的由内酰胺或具有至少10个C原子的氨基羧酸得到的聚酰胺;和
b)10至100重量份PA1010,
其中成分a)和b)总共100重量份。在一个可能的实施方式中,可印刷或印制的物件是单层或多层的膜。但是浇铸的部件以及通过吹塑成型的中空体原则上也适用于,例如按照热扩散法来进行的印制。
本发明的内容还在于由这种模塑组合物制得的物件;发明内容还包括半成品,如可热塑变形的用于其后背面注射或背面发泡的膜。
用作成分a)的聚酰胺通常是PA10,PA11或PA12。在一可能的实施方式中,其在模塑组合物中的含量为至少0.1重量份、至少1重量份、至少5重量份或至少10重量份。
在一优选实施方式中,聚酰胺模塑组合物的晶体熔点Tm在180-210℃的范围,特别优选185-205℃且特别优选190-200℃的范围。存在成分a)时,可以辨认到来源于此的第二晶体熔点;两个晶体熔点可以完全或部分接合。另外,聚酰胺配混物的熔融焓优选为至少50J/g,特别优选至少60J/g和特别优选至少70J/g。Tm和熔融焓通过根据ISO11357的DDK来确定,且是在第二加热曲线中并以20K/min的加热速率进行。
通常,聚酰胺配混物的相对溶液粘度ηrel按照ISO 307在23℃下于0.5重量百分比的间甲酚溶液中测定,为约1.5至约2.5、优选约1.7至约2.2且特别优选约1.8至约2.1.在一优选的实施方式中,熔体粘度根据ASTM D4440在240℃下于一机械分光计(锥-板(Kegel-Platte))内且在100s-1的剪切速率条件下测定,为250至10000Pa s,优选为350至8000Pa s且特别优选为500至5000Pa s。
模塑组合物可任选含有其他成分,如在聚酰胺模塑组合物中以通常量含有的常用助剂和添加剂,例如稳定剂、润滑剂、颜料或成核剂。
这种模塑组合物可用于制备如模塑件或膜之类的物品,其同样属于本发明的内容。在一优选实施方式中,膜或多层膜的厚度为0.02至1.2mm,更优选0.05至1mm,特别优选0.1至0.8mm和极其优选为0.2至0.6mm。若是多层膜,则在一优选实施方式中由本发明的模塑组合物形成的层,通常是背覆层,具有0.01至0.5mm、更优选0.02至0.3mm、特别优选0.04至0.2mm且极其优选0.05至0.15mm的厚度。所述的膜可利用已知方法制得,例如挤出,或者如果是多层体系可利用共挤出或层合法制得。
膜若是多层结构,则优选的是以下实施方式:
1.多层膜含有另外的由聚酰胺弹性体模塑组合物形成的层,特别是聚醚酰胺或聚醚酯酰胺,且优选是基于具有6至18个且更优选6至12个C原子的直链脂族二胺、具有6至18个且更优选6至12个C原子的直链脂族或芳族二羧酸和每个氧原子具有超过平均2.3个C原子且聚醚嵌段数均摩尔质量为200至2000的聚醚的聚醚酰胺或聚醚酯酰胺。该层的模塑组合物可以含有其他配混成分,例如具有羧基或羧酸酐基团或环氧基团的聚丙烯酸酯或聚戊二酰亚胺,含有官能基团的橡胶和/或聚酰胺。这些模塑组合物是现有技术;它们记载在例如EP1329481 A2和DE-OS 10333005中,在此也明确引入这些文献的内容。为了保证获得良好的层间粘结,优选使聚酰胺弹性体的聚酰胺成分由那些与用于其他层的成分a)或b)中的单体相同的单体构成。
2.多层膜含有用以连接到基材上或者用以在多层膜结构体中进行连接的粘结介质层,例如经以羧基或酸酐基团或环氧基团功能化过的聚烯烃,由最低层材料和基底材料形成的配混物或者热塑性聚氨酯。
3.膜含有作为最低层的硬质载体层,例如其由脂族或脂环族的均聚酰胺或共聚酰胺或聚甲基丙烯酸酯共聚物或聚甲基丙烯酰亚胺共聚物构成,且其能在用纤维填充的模塑组合物进行背面浇注时防止玻璃纤维或碳纤维受挤压。
这些实施方式也可以相互结合。在各种情况下都优选使由本发明所用的聚酰胺配混物形成的层形成背覆层。如有需要,例如要对耐刮擦性提出更高要求,则也可任选在该背覆层上例如用基于聚氨酯的清漆设置保护层。且其适当时还可用在制得成型件后揭去的安装膜覆盖。
用这种膜来装饰的成型体可在前接的制作步骤中,单独地例如通过浇铸来制得或是通过任选经印制的膜的背面浇注或背面发泡而制得;在该情况下,要将任选经印制的膜放置入浇铸型模中。
底层第二层或者若是多于2层时的底层之一可以是无色透明的,透明染色或是用颜色遮盖的,以此能与透明背覆层结合表现出特殊的图案设计来。在这些情况下,还可从上面起印制背覆层。
在一优选实施方式中,该膜为装饰膜。在本发明框架内,这种装饰膜是可被印刷和/或含有颜色层,和另外有意地与基材相连接以装饰其表面的一种膜。装饰效果也可通过,例如利用遮盖由填料或增强材料引起的表面粗糙度的方法来掩盖表面上的视觉缺陷这一做法来实现。
所述的膜可例如用作针对污物、UV射线、气候影响、化学试剂或摩擦的防护膜,用作汽车上、家用器物、地板、地道、帐篷和建筑物上的阻挡膜,或者用作例如用于运动器材面层,机动车、船、家用器物或者建筑物的内部或外部装饰的装饰载体。对于覆盖颜色的模塑组合物来说,这些用途同样是可行的。膜对于基材的粘附连结可例如通过粘结、模压、层合、共挤出、背面浇注、背面发泡或背面模压的方法来实现。为获得更好的粘结效果,可以首先例如对膜进行预燃处理或者用等离子体进行处理。在膜与基材之间形成结合之前可以再对膜进行加工或变形处理,例如通过热塑变形或其他方法。表面可以例如通过压印来构造。表面的结构化也可以事先在膜挤出阶段内进行,例如通过特殊构造的辊。接着再对所得的复合部件进行变形加工。
合适的基材是,例如基于聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、ABS、聚苯乙烯或苯乙烯共聚物的模塑组合物。
在一可能的实施方式中,本发明的膜用作层合膜的背覆层以构造或装饰汽车或多用途车内外的表面,其中所述的膜与塑料基材粘附连结着。相应构造的部件可以是平面形的,例如车身部件,如顶盖模块、翼子板、发动机罩或车门。此外,也可以考虑以下实施方式,即制作长条的、多少有些弯曲的部件,如覆盖层,例如汽车上所谓的A柱的覆盖层,或者各种的装饰边或表盘镶边。另一个例子是车门阶的保护覆层。除了在汽车外部区域内的应用外,内部组件也可以有益地通过本发明的膜来进行装饰,特别是装饰元件如镶边和表盘,因为在内部空间也需要良好的可装饰性和抵抗化学试剂,如清洁剂的耐受性。
在再一个可行的实施方式中,本发明的膜用作各种滑雪板件,例如雪橇板或雪板的面层。
US5437755中记载了一种用于装饰雪橇板面层的已知方法。根据该方法,要按照所谓的硬壳式系统来制造雪橇板,同时先用两层塑料膜构造出面层,且其中外层是透明的而内层是不透明(白)的。在将两层膜组合粘结和进行其后的深冲过程之前,先将透明面层膜的外侧面和透明面层膜与不透明下层膜之间某个以后将要接触的面进行压印,压制出各种装饰效果。适合作为面层膜的塑料记载有,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS),热塑性聚氨酯(TPU)和脂族聚酰胺,特别是PA11和PA12。对于抵抗外部影响并且并非必须压印的下层膜,记载有除了聚酯酰胺、聚醚酰胺、改性聚烯烃和苯乙烯-羧酸酐共聚物外,还可使用共聚酰胺。但是,面层与雪橇或雪板的连接也可根据所有已知的其他成型方法和粘结方法来实现。
若是使用单层膜,则其是透明的且可优选压印下侧面,并且在该情况下可使用白色或任选不同于视觉背景的其他颜色的粘结剂来连接膜和雪橇板。
若是使用共挤出的双层膜,则其优选由透明表层和白色或经染色的作为背景的底层构成,并且对表层的膜进行压印。
具体实施方式
以下将通过实施例来阐释本发明。各个聚酰胺基体的制备方法都是本领域技术人员所公知的且是例如按照DE-OS2044105(PA1010或PA11)和DE-OS2152194(PA12和共聚酰胺)进行制备的。
实施例1:
为制备PA1010,向200l的搅拌高压釜中供入以下起始原料:
35.976kg的1,10-癸二胺(以89.5%的水溶液形式),
38.251kg的癸二酸以及
8.5g的50%的次磷酸水溶液(对应于0.006重量%)。
在氮气氛下熔融这些原料并在搅拌条件下于封闭的高压釜中加热到约220℃,同时调整内压为约20bar。保持该内压2小时;然后连续释放压力至常压并进一步加热熔体至270℃,接着在氮气流中保持该温度1.5小时。接着,在3小时内减压至大气压并将氮气再导流经熔体3小时,直至根据转矩测得熔体粘度不再升高。然后借助齿轮泵将熔体排出并造粒为条状。粒料在氮气分下于80℃下干燥24小时。
产量:65kg
产品具有以下特征值:
晶体熔点Tm:192℃和204℃
熔融焓:78J/g
相对溶液粘度ηrel:1.76
实施例2:
在相同的反应器中以如下的起始原料重复实施例1的过程:
35.976kg的1,10-癸二胺(以89.5%的水溶液形式),
38.251kg的癸二酸以及
8.5g的50%的次磷酸水溶液(对应于0.006重量%)。
产量:63kg
产品具有以下特征值:
晶体熔点Tm:191℃和203℃
熔融焓:73J/g
相对溶液粘度ηrel:1.81
为提高相对溶液粘度到2.23,就要在导入氮气条件下以固相于165℃的夹套温度下在转鼓干燥器中再缩合排出的粒料24小时。
对比例1:
根据现有技术制备由80摩尔%的月桂内酰胺和20摩尔%的己内酰胺形成的共聚酰胺。相对溶液粘度ηrel为1.9。
晶体熔点Tm:158℃
熔融焓:46J/g
对比例2:
根据现有技术制备由80摩尔%月桂内酰胺和由六亚甲基二胺与1,12-十二烷二酸形成的20摩尔%等摩尔混合物形成的共聚酰胺,其ηrel为1.89。
晶体熔点Tm:155℃
熔融焓:42J/g
对比例3:
根据现有技术制备由85摩尔%月桂内酰胺、7.5摩尔%异佛乐酮二胺和7.5摩尔%1.12-十二烷二酸形成的共聚酰胺,其ηrel为1.85。
晶体熔点Tm:158℃
熔融焓:54J/g
对比例4:
制备由月桂内酰胺形成的均聚酰胺,其ηrel为1.95。
晶体熔点Tm:178℃
熔融焓:73J/g
实施例3:
PA1010+PA1230/70重量%组成的配混物
将实施例1和比较例4的粒料与0.5重量%的六亚甲基-二(3,5-叔丁基-4-羟基-苯基肉桂酸)-酰胺(IRGANOX
Figure C20061009162200111
Ciba Additives GmbH公司)相混合,并在250℃的料筒温度并在250Upm的转数下,在Werner& Pfleiderer ZSK 30型双轴挤出机上进行熔融。
聚酰胺混合物具有以下特征值:
晶体熔点Tm:171℃和190℃
熔融焓:65J/g
相对溶液粘度ηrel:1.96
实施例4至7:
类似于实施例3制备以下配混物:
  实施例  PA1010+PA12[重量%]   相对溶液粘度η<sub>rel</sub>   熔点Tm[℃]   熔融焓[J/g]
  4   20/80   1.99   172/185   61
  5   40/60   1.96   168/190   63
  6   50/50   1.93   179/192   67
  7   60/40   1.88   161/187/195   74
实施例8和9:
类似于实施例3制备由实施例2的PA1010和相对溶液粘度ηrel为1.80的PA11组成的以下配混物:
  实施例  PA1010+PA11[重量%]   相对溶液粘度η<sub>rel</sub>   熔点Tm[℃]   熔融焓[J/g]
  8   30/70   1.80   179/187   64
  9   70/30   1.80   165/189   73
在Collin-制膜机上,由实施例1至9以及比较例1至4的产品挤出成为厚度为0.3mm的膜,并对其进行印压和评价。在1mm的浇铸片上评价光泽度。结果列于下表中。
在加工性差的模塑组合物上,由缓慢再缩合过程会产生显著的强烈翘曲。
300μm厚经由压延机制得的单层膜的印刷可利用升华印刷法进行。镜像地采用升华墨(Rotech,Drucker:EPSON C84)在摹写纸(Accuplot EPQ DIN A4或EPSON Photo quality DIN A4)上印刷上所需的印刷图案,并将印刷侧放置在待印刷的膜上。在一个其中只是对上面的印刷板进行温度调节的温控印刷机(Meyer Tisch-FixierpresseHM型)中,闭合印刷机来进行印刷过程[T=145℃至175℃,t=2至5min;p(压力)=1.1N/cm(110mbar)]。移走膜并去掉摹写纸,结束印刷过程。
Figure C20061009162200141

Claims (14)

1.含有以下成分的聚酰胺模塑组合物用于制备可印刷或被印制的物品的用途:
a)最大90重量份的由内酰胺或具有至少10个C原子的氨基羧酸得到的聚酰胺;和
b)10至100重量份PA1010,
其中成分a)和b)总共100重量份,作为成分a)使用PA10、PA11或PA12,并且聚酰胺模塑组合物的晶体熔点Tm为至少180℃。
2.如权利要求1所述的聚酰胺模塑组合物的用途,其特征在于,聚酰胺模塑组合物的晶体熔点Tm为至少190℃。
3.如权利要求1或2所述的聚酰胺模塑组合物的用途,其特征在于,聚酰胺模塑组合物的晶体熔点Tm为至少195℃。
4.含有根据权利要求1至3之一使用的模塑组合物的可印刷或被印制的物品。
5.含有根据权利要求1至3之一使用的模塑组合物的可印刷或被印制的物品,且其是通过挤出、吹塑或喷射浇铸得到的。
6.如权利要求4和5之一所述的物品,其特征在于,其是单层或多层的膜。
7.如权利要求6所述的物品,其特征在于,其厚度为0.02至1.2mm。
8.如权利要求6所述的物品,其特征在于,其含有一个或多个其他位于底下的层,该层选自聚酰胺弹性体、粘结介质、均聚酰胺或共聚酰胺以及它们的混合物。
9.如权利要求6所述的物品,其特征在于,位于底下的层之一是透明的或覆盖以颜色。
10.如权利要求6所述的物品,其特征在于,其是雪橇板或雪板的面层。
11.如权利要求6所述的物品,其特征在于,其为多层膜且由如权利要求1中使用的模塑组合物形成的膜具有0.01至0.5mm的厚度。
12.复合部件,由如权利要求6至11之一所述的物品和基材组合而成。
13.如权利要求12所述的复合部件,其特征在于,其是机动车内部空间的部件或是机动车车体部件。
14.制备如权利要求12和13之一所述的复合部件的方法,其特征在于,该复合部件通过粘结、背面浇注、共挤出、模压、层合、背面模压或背面发泡以及任选通过其后的变形加工过程而制得。
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