具体实施方式
本发明用于热塑性树脂的防滴落剂包括芯部和壳部,特别是由芯部和壳部形成。
上述的芯部含有具有原纤维形成性的四氟乙烯基聚合物,特别是由原纤维形成性的四氟乙烯基聚合物构成。本发明中所用的四氟乙烯基聚合物是本领域中已知的用作防滴落剂的四氟乙烯基聚合物。它具有原纤维形成性,并基本上由四氟乙烯单元构成。在不影响原纤维形成性和防滴落性的前提下,可以含有少量的其它可共聚单体。
上述其它含氟单体的含量一般为0~20重量%,优选为0~10重量%,更优选为0~2重量%,以上述四氟乙烯基聚合物的重量为基准。
上述其它可共聚单体一般为本领域中常用的共聚单体,例如含氟共聚单体,如一氯三氟乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯和C1-4氟烷基乙烯;C1-4氟烷基乙烯基醚或非氟化共聚单体,如乙烯、丙烯、丁烯等。
上述四氟乙烯基聚合物的数均分子量一般为1×106~1×108,优选为2.2×106~1×107,优选为5×106~9×106。
在一个优选的实施方式中,上述的四氟乙烯基聚合物包括具有原纤维形成性的纯聚四氟乙烯。为了提高原纤维形成性,该聚四氟乙烯按ASTM D-1457测量的标准比重一般在2.230克/立方厘米以下,通常为2.130~2.230克/立方厘米,优选为2.130~2.210克/立方厘米。该标准比重越小,表示分子量越高,原纤维形成性越好。这种聚四氟乙烯的数均分子量一般为1×106~1×108,优选为2.2×106~1×107,优选为5×106~9×106。
市售的原纤维形成性的聚四氟乙烯一般以水性分散液形式存在。该乳白色的分散液含有悬浮于水中的约为20~70%重量的细微聚四氟乙烯颗粒。大部分聚四氟乙烯颗粒的平均粒径在0.05μm~约0.5μm的范围。通常市场上可购的聚四氟乙烯水性分散液可含有其它的成分,例如,可促进持续悬浮的表面活性剂及稳定剂。这些市场上通常可购的分散液可举例有:TeflonTM 30、30B、及42(DuPont de Nemours Chemical Corp.;Wilmington,DE)。TeflonTM30和30B的分散液含有约59%至61%重量的聚四氟乙烯固体及约5.5%至6.5重量%(基于聚四氟乙烯树脂的重量计)的非离子润湿剂,典型的有辛基苯基聚氧乙烯、壬基苯基聚氧乙烯。TeflonTM 42分散液含有约32%至35%(重量)的聚四氟乙烯固体,而无润湿剂(但是含有抑止挥发的有机溶剂的表面层)。
我们在实验中发现,如果四氟乙烯基聚合物乳液的存在下原位聚合乙烯基单体和α,β-烯键式不饱和羧酸的单体混合物,会在四氟乙烯基聚合物微粒表面形成硬单体聚合物涂层,将原本柔软的非晶态四氟乙烯基聚合物包覆在里面,从而改善了四氟乙烯基聚合物微粒的表面性能,并提高四氟乙烯基聚合物微粒在热塑性树脂中的分散性。
上述乙烯基单体是本领域中已知的,例如包括乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、丁二烯、苯乙烯、α-C1-4烷基苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸C1-4烷基酯、甲基丙烯酸C1-4烷基酯、氯乙烯、乙烯基醚或它们的混合物,优选包括苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸C1-4烷基酯、甲基丙烯酸C1-4烷基酯或它们的混合物;更优选包括丙烯、苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或它们的混合物。
上述α,β-烯键式不饱和羧酸也是本领域中已知的,例如包括甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸、富马酸或它们的混合物,优选包括甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸或它们的混合物。
乙烯基单体和α,β-烯键式不饱和羧酸的单体混合物可以液体形式加入到反应釜中。如果含有固体,可以先使用溶剂溶解。所使用的溶剂为甲苯、二甲苯等烃类溶剂;或醋酸乙酯、丁酯等酯类溶剂;或丁酮、环己酮等酮类溶剂;或乙醇、丁醇等醇类溶剂或以上溶剂混合物。
上述乙烯基单体的用量一般使表面涂层聚合物中优选含有1-10重量%α,β-烯键式不饱和羧酸单元,更优选含有2-8重量%α,β-烯键式不饱和羧酸单元。羧基的引入提高壳层的极性并且与热塑性树脂相容性更好。
本发明的防滴落剂在制备过程中需要反应釜体、搅拌器和加热装置等设备。首先将反应引发剂溶解在用于制造壳部的单体混合物或其溶液中,引发剂含量为单体混合物或其溶液的0.01-5重量%,优选0.1-2重量%,以用于制造壳部的单体混合物的总重量计。在反应釜中先加入电解质母液,然后边搅拌边加入芯部乳液和壳部单体混合物溶液,接着升温到反应温度50-100摄氏度,优选60-100摄氏度,保持在此温度搅拌反应2-24小时,优选4-12小时,使反应进行完全。最后离心分离出本发明的防滴落剂,经干燥使含水量小于5%,优选小于1%,得到成品防滴落剂。
本发明使用的反应引发剂可以为自由基热聚合引发剂或氧化还原聚合引发剂。常用的自由基聚合引发剂包括但不限定过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰、过氧化氢异丙苯、过氧化氢二叔丁基、过氧化二碳酸乙丙酯、叔丁基过氧化苯甲酸酯、过硫酸钾、双氧水等;优选过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰、过氧化氢异丙苯、过氧化氢二叔丁基等自由基聚合引发剂。
本发明使用的电解质母液为碱金属或碱土金属水溶性盐,例如:氯化钠、氯化镁、氯化钙、硫酸钠、硫酸镁、磷酸钠、磷酸钙等一种或几种无机盐或混合溶液,电解质溶液的终浓度为反应总溶液的1-5体积%。根据不同的乳液,用于有效控制乳液的析出。电解质母液可以在使用前配制或使用回收母液过滤使用。
为了有效控制析出和聚合的过程,保证析出粒子的稳定和粒径分布,可以预先调节电解质母液的pH值,加入少量表面活性剂,并在加入芯部聚合物乳液和壳部单体混合物溶液后加入部分隔离剂。调节电解质母液的PH值为2-11,优选4-8,可以控制析出和聚合的过程。硫酸、盐酸、磷酸、醋酸等无机酸或氨水、三乙醇胺、AMP95等是优选的pH值调节剂和稳定剂。添加表面活性剂可以保证析出粒子的稳定和粒径分布,常用磺酸盐或烷基苯基磺酸盐、烷基磷酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、山里醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、环氧乙烷丙烷共聚物或含氟烷基醚等阴离子和非离子表面活性剂。添加隔离剂能够避免游离单体发粘,对搅拌桨和釜体造成破坏,并稳定颗粒。合成过程中使用的隔离剂可以为碳酸钙、滑石粉、高岭土、磷酸钙、硫酸钙、硫酸钡、亚甲基兰、硅油、硅微粉、纤维素、果胶、瓜尔胶、聚乙烯醇、聚丙酸钠等无机或有机隔离剂,加入量为反应物总量的0.01-10%。
用上述方法制得的经包覆的四氟乙烯基聚合物防滴落剂的平均粒径为0.075~1μm,优选为0.1~1微米,更优选为0.2~0.8微米。这些四氟乙烯基聚合物微粒子一般会进一步凝集成粒径为1μm~5mm的凝聚体。
在上述方法制得的经包覆的四氟乙烯基聚合物防滴落剂中,芯部与壳部的重量比一般为30∶70~80∶20,优选为40∶60~80∶20,更优选为50∶50~70∶30。
在本发明的聚合条件下,壳部聚合物的数据分子量一般为10,000-200,000,优选为10,000-100,000。
与现有技术中经包覆的四氟乙烯基聚合物防滴落剂相比,用本发明方法制得的防滴落剂中四氟乙烯基聚合物含量较高,可提高到其总重量的50%以上。四氟乙烯基聚合物微球能在挤压和剪切下原纤维化,多点交叉构成网络结构。燃烧时,四氟乙烯基聚合物微粒的树枝状结构产生收缩,交叉网络收紧,拉紧树脂熔体,隔绝氧气,从而加速树脂碳化。因此,提高四氟乙烯基聚合物在防滴落剂中的含量也相应提高了阻燃防滴落效果。另一方面引入羧基提高壳层的极性并且与热塑性树脂相容性更广泛,使聚四氟乙烯分散更好。显著提高制品透明性和表面光洁度,并对力学性能影响小。
本发明的防滴落剂可与易燃性热塑性树脂混合制成阻燃性树脂。本发明的防滴落剂与易燃性热塑性树脂的使用量为:相应于每100份树脂(重量份,以下相同),防滴剂为0.01~5份,优选0.03~2份,如果少于0.01份,则难以获得所要求的防滴性。如超过5份,虽然可以提高防滴性,但是熔体粘度升高不利于注塑成型。可以干基状态混合或以分散物的状态混合等多种方法,例如:预先将阻燃剂与本发明的防滴剂混合后,与树脂一起加入挤出机制成阻燃性树脂,或在一部分或全部为水性分散物或有机溶胶的易燃性热塑性树脂中混合本发明的水性分散物或有机溶胶状的方法。本发明的阻燃性树脂组合中除防滴剂之外,还可以根据需要添加公知的添加剂,例如紫外线吸收剂、抗氧化剂、顏料、润滑剂,成形助剂、碳酸钙、玻璃纤维等。
为了提供热塑性树脂的阻燃剂,还可以加入一种或多种阻燃剂。阻燃剂包括卤系阻燃剂,无机磷系阻燃剂,有机磷酸酯及衍生物,有机磺酸盐,金属氢氧化物等,典型的有:红磷、Al2(OH)3、Mg(OH)2、RDP,多溴联苯(PBBs),多聚磷酸铵、蜜胺以及Sb2O3等。
由于本发明防滴落剂的壳部中含有α,β-烯键式不饱和羧酸,进一步提高了防滴落剂颗粒在热塑性树脂中的分散性,减少了热塑性树脂制品的表面缺陷,并提高了热塑性树脂制品的透明度。这对于薄膜和片材制品来说,是非常重要的。
可使用本发明防滴剂热塑性树脂可以为聚烯烃系树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯等)、聚氯乙烯、聚苯乙烯系树脂(聚苯乙烯、耐冲击性聚苯乙烯、AS、ABS等)、聚碳酸酯系(PC)树脂、聚酰胺系树脂(尼龙6,尼龙66,尼龙10等);聚酯系树脂(PBT、PET);丙烯酸酯系树脂(PMMA等)以及以上聚合物的合金等易燃性热塑性树脂。特别是家电、OA仪器、IT产品等对阻燃要求较高的聚碳酸酯,聚苯乙烯系树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙,聚苯醚等树脂。
实施例
以下通过实施例对本发明作进一步描述,但这些实施例仅是说明性,而不能用于限制本发明的范围。
实施例中制得的防滴落剂用如下方法进行测量:
阻燃抗滴落性试验
合成树脂的阻燃性基于美国保险业实验室公告94(UnderwritersLaboratories Inc.,Bulletin 94)的“材料分类燃烧试验”(以下称之为UL94),UL94评估试验中通过试片着火后的自然熄灭的燃烧时间和伴随燃烧的熔体滴落评价阻燃性,没有滴落并且燃烧时间短的材料达到高的阻燃等级。具体试验方法为:将长127毫米、宽度12.7毫米、厚度1.6毫米的试验片垂直地放置,在其下端用测试炉的火焰点火10秒钟,之后将火焰移去,测定试片着火自熄灭的时间。在着火熄灭的同时,立即开始第二次的10秒钟点火,同样地测定着火自熄灭的时间。而且,通过落下的火种可以同时评价试验片之下的棉层是否着火。从第一次和第二次的燃烧时间、棉着火有无持续燃烧,按照上述的UL-94V规格评价燃烧等级。燃烧等级以两次燃烧离火即熄,并且无滴落为最高V-0级,其它根据燃烧时间和滴落情况分为V-1、V-2级,其阻燃性能降低。
使用CZF-30垂直燃烧测试仪按照ISO1210-1992规定标准测定。
表面缺陷评价方法:
挤出片材,使用20倍放大镜观察0.1平方米的表面凸起物数量。
通过添加本发明中的阻燃抗滴落剂以及市售抗滴落剂聚碳酸酯PC中,进行压片,观察薄膜单位面积上的凸起物数量来比较抗滴落剂对制品表面的影响。
实验方法:使用双螺杆挤出机(L/D40∶1,φ20 Brabender)分别添加1%的抗滴落剂在聚碳酸酯中,挤出造粒,后经压片后用BM-11偏光显微镜观察单位面积的表面凸起物数量。
透明性评价方法:
HTB110X/1注射机及标准试验模具(宁波海天机械)注射成型2mm试条,使用Tiny Toclor Alpha TTA透光率按照iso13468-2标准测量透光率。
实施例1:
在带有温度计,回流装置和搅拌装置的250ml三口烧瓶中加入25克去离子水、2克NaCl、0.02克OP-10(壬基酚聚氧乙烯醚,用稀盐酸将PH值调节到5,开动搅拌加入15克溶有0.75克过氧化氢异丙苯的丙烯氰、苯乙烯和马来酸的混合单体(丙烯氰、苯乙烯和马来酸的质量比为6.5/3/0.5)。温和加热,并控制温度40~50℃,然而在1小时内滴加完50克聚四氟乙烯浓缩分散液(美国杜邦公司teflon 30J)。滴加结束后,缓慢通入氮气驱除氧气,以4℃/分钟的速度将温度升到50℃,保温2小时,再升温到70℃保温4小时,最后升温到90℃保温3小时,待粒子沉降出来后撤掉氮气通入水蒸气30分钟使粒子熟化。产物经水洗、离心脱水、干燥至含水量<0.5%,最后得到防滴剂42.8克,为白色微球,初级平均粒径为0.36um,二次平均粒径为0.9毫米,其中聚四氟乙烯含量为65重量%。
实施例2:
制造工艺同实施例1,将壳部单体混合物换成12克甲基丙烯酸甲酯和1克甲基丙烯酸,引发剂使用0.15克偶氮二异丁氰,电解质为氯化钠3.3克。反应产物经水洗,得到防滴落剂41.6克,其中聚四氟乙烯含量70%。为白色微球,初级平均粒径为0.30um,二次平均粒径为0.24毫米。
实施例3:
制造工艺同实施例1,将壳部单体混合物换成15克苯乙烯和1克丙烯酸,引发剂使用过氧化苯甲酰0.15克.电解质为氯化钙2.8克。反应产物经水洗,得到防滴落剂45.3克,其中聚四氟乙烯含量65%。为白色微球,初级平均粒径为0.37um,二次平均粒径为0.36毫米。
实施例4:
制造工艺同实施例1,将壳部单体混合物使用25克苯乙烯,3克丁烯和3克丙烯酸,芯部使用52.5克聚四氟乙烯浓缩分散液(上海3F公司,型号303氟醚改性及四氟乙烯)代替,电解质为氯化镁2.8克。反应产物经水洗,得到防滴落剂60.8克,其中聚四氟乙烯含量50重量%。为白色微球,初级平均粒径为0.5um,二次平均粒径为0.5毫米。
对比例1:
制造工艺同实施例1,将壳部单体混合物换成丙烯氰和苯乙烯混合单体(质量比7/3),引发剂使用0.75克过氧化氢异丙苯,电解质为2克NaCl。反应产物经水洗,得到防滴落剂42.8克,为白色微球,其中聚四氟乙烯含量65%。
对比例2:
制造工艺同实施例1,将壳部单体换成12克甲基丙烯酸甲酯,引发剂使用0.15克偶氮二异丁氰,电解质为磷酸三钠3.3克。反应产物经水洗,得到防滴落剂43.6克,其中聚四氟乙烯含量72%。
对比例3:
制造工艺同实施例1,将壳部单体换成15克苯乙烯,引发剂使用过氧化苯甲酰0.15克.电解质为氯化钙2.8克。反应产物经水洗,得到防滴落剂44.3克,其中聚四氟乙烯含量65重量%。
对比例4:
制造工艺同实施例1,将壳部单体用15ml苯丙乳液(45%固体份,江苏日初集团,型号BH-1)和35克聚四氟乙烯浓缩分散液代替,电解质为氯化钙2.8克。反应产物经水洗,得到防滴落剂39.8克,其中聚四氟乙烯含量50重量%。
防滴落剂阻燃抗滴落实验
将0.45克实施例1-4和对比例1-4中制得防滴落剂与99.2克热塑性聚碳酸酯树脂以及0.35克阻燃剂二苯砜磺酸钾经高速混合后使用双螺杆挤出机(SSHJ-20上海科创橡塑机械设备有限公司)挤出造粒,粒料注射(HTB110X/1宁波海天机械有限公司)成127×12×1.6mm(1/16)的阻燃性树脂片材。
然而,按上述方法评价用各种防滴落剂制成的聚碳酸酯片材的阻燃抗滴落性、表面外观和透明度。结果列于下表中。
表1
|
分散性 |
阻燃抗滴落性 |
表面缺陷 |
透明度 |
实施例1 |
优秀 |
3/4 2/5 6/7 8/5 3/4 |
1 |
86.5 |
实施例2 |
优秀 |
2/8 6/5 7/2 3/5 9/4 |
2 |
87.0 |
实施例3 |
优秀 |
5/4 2/6 6/9 8/9 2/4 |
5 |
82.5 |
实施例4 |
优秀 |
13/7 11/5 6/9 8/10 8/13D |
3 |
81.3 |
对比例1 |
良好 |
8/2 4/5 11/4 9/1 2/7 |
31 |
<70 |
对比例2 |
良好 |
6/3 8/5 10/6 3/2 12/9 |
27 |
<70 |
对比例3 |
良好 |
5/6 4/5 6/9 7/4 6/3 |
19 |
<70 |
对比例4 |
良好 |
3/4 2/5D 6/7 8/5 8/3 |
15 |
<70 |
x/y:x表示第一次燃烧时间,y表示第二次燃烧时间,D表示有滴落,
由此可见,由于在本发明防滴落剂的壳部中加入了α,β-烯键式不饱和羧酸共聚物,从而显著提高了聚碳酸酯片材的阻燃抗滴落性、表面外观和透明度。