CN101218288A - 包括含二氧化硅成核剂的热塑性聚合物组合物 - Google Patents

Abstract

此处公开的实施方案涉及含热塑性塑料和成核剂，例如含二氧化硅的成核剂的热塑性聚合物组合物。该聚合物组合物提供涉及加工、尺寸和热稳定性的改进的性能，改进的结晶结构和阻燃性能。该热塑性聚合物组合物可用于例如地毯背衬应用上。本发明实施方案的进一步的特征在于提供使用该热塑性聚合物组合物制备的地毯背衬组合物和组合地毯，以及制备组合地毯的方法。

Description

包括含二氧化硅成核剂的热塑性聚合物组合物

发明领域

[0001]本发明涉及含成核剂的热塑性聚合物组合物，其中该组合物在应用于地毯背衬时具有改进的性能。成核剂的非限定性实例包括含二氧化硅的成核剂，例如砂子、玻璃，尤其是研碎、粉化或粉碎的玻璃。该聚合物组合物提供涉及加工、尺寸和热稳定性的改进的性能，改进的结晶结构，和阻燃性能。该聚合物组合物可例如用于地毯背衬应用。

相关现有技术的说明

[0002]长期以来意识到，用无机材料填充聚合物可改性聚合物的性能。存在商业上使用的大量的这种填充聚合物。在许多情况下，从经济性考虑与从性能角度考虑一样，尽可能多地使用填料。然而，在一些情况下，填料可导致它们加入其中的基础组合物改进的性能。

[0003]在商业上使用了一段时间的玻璃纤维增强的树脂。这些通常是在可交联成硬质或半硬质网络的反应性稀释剂，例如苯乙烯内溶解或分散的具有聚酯主链的热固性树脂。这些树脂也可采用过氧化物促进剂固化。在类似的应用中使用的其他树脂包括丙烯酸或环氧聚合物，或者这两种的结合物。玻璃纤维增强的树脂典型地用于制造浴缸、淋浴间/船只、船壳和机动车部件。

[0004]已用各种成分填充其他水溶性或乳液聚合物，以提供更经济的产品。在一些情况下，添加玻璃，以在聚合物于表面上干燥之后，形成糙化的表面。还添加玻璃，以提供墙和地板覆盖层装饰性面层。

[0005]对于聚合物或树脂来说，重要的是具有允许它“润湿”或结合填料的性能。若没有实现这一“润湿”性能，则可出现聚合物/填料粘结的脱层或故障。在许多情况下，在润湿能力被消耗之前，聚合物可仅仅负载有限量的填料。因此重要的是添加润湿或偶联剂，以增加聚合物组合物可接受的填料量。

[0006]与已知组合物、化合物、装置和方法有关的问题或缺点的描述并不旨在排它性地限制本发明的实施方案。确实，各种实施方案可包括一种或更多种已知的组合物、化合物、装置和方法，且不会有以前知道的问题或缺点。

发明概述

[0007]本发明实施方案的一个特征是提供一种具有改进的物理性能和改进的可加工性的聚合物组合物。本发明实施方案的另一特征是提供一种聚合物组合物和制备该聚合物组合物的方法，所述组合物具有适合于在地毯背衬应用中的改进的性能。本发明实施方案的进一步的特征是提供地毯背衬组合物和使用该组合物制备的组合地毯，以及制备该组合地毯的方法。

[0008]根据这些实施方案的这些和其他特征，提供一种热塑性聚合物组合物，它包括热塑性的聚合物和至少一种成核剂，其中该聚合物组合物可具有选自下述的一种或更多种性能：

·当根据AACHEN Test测量时，MT4值小于约0.125和CT4值小于约0.1，

·表面粘性消失时间小于约1小时；

·充足的刚度时间小于约75小时；

·点燃时间大于约13秒；和

·自灭时间小于约60秒。

[0009]根据本发明实施方案的额外特征，提供一种热塑性聚合物组合物，它包括热塑性的聚合物和至少一种微细碎玻璃粉末。合适的热塑性聚合物包括能润湿大量碎玻璃填料的那些。可在一些实施方案中添加分散剂，以允许较大量的碎玻璃填料加入到组合物中。

[0010]本发明实施方案的另一特征包括制备具有以上所述的一种或更多种性能的热塑性聚合物组合物的方法，其中混合热塑性聚合物与成核剂填料材料，其中该成核剂填料材料的用量基于热塑性聚合物组合物的总重量，为约10-约70wt％。

[0011]本发明实施方案的另一特征包括地毯背衬组合物，它包括以上所述的热塑性聚合物组合物。本发明实施方案的额外特征包括制备地毯背衬的方法，该方法包括加热地毯背衬组合物，和施加地毯背衬组合物到多个地毯背衬纱线、地毯布或非织造织物上，形成地毯背衬。在美国专利No.5834087公开了制备组合地毯背衬的合适方法，其公开内容在此通过参考全文引入。本发明的热塑性聚合物组合物适合于形成常规地毯材料或组合地毯用地毯背衬的任何方法。

[0012]本发明实施方案的额外特征包括含以上所述的热塑性聚合物的组合地毯。在阅读了随后的详细说明后，本发明实施方案的这些和其他特征对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

详细说明

[0013]此处所使用的术语仅仅为的是描述特定的实施方案，并不打算限制本发明的范围。在整个公开内容中所使用的单数形式“一个”、“一种”(a，an)和“该(the)”包括复数，除非上下文清楚地表明其他的情况。因此，例如提到“一种聚合物组合物”是指一种或更多种组合物和对本领域的技术人员来说的它的等价物，等等。

[0014]除非另有说明，此处所使用的所有技术和科学术语具有与这些实施方案所属领域技术人员通常理解的相同含义。尽管可在实施方案的实践或测试中使用与此处所述的那些类似或等价的任何方法和材料，但现在描述方法、装置或材料。援引此处提及的所有出版物，为的是描述和公开在该出版物中报道和结合实施方案可以使用的各种组分。有理由解释为允许借助以前的发明给予这些实施方案预料(antedate)其公开内容的权利。

[0015]此处所述的聚合物组合物具有预料不到但高度有益地增加的尺寸稳定性，这可通过使用相对大量的成核剂来实现。在一个实施方案中，这些有益的增加通过在热塑性粘合剂和/或层状组合物内使用微细粉碎的填料来实现。认为这一尺寸稳定性对于诸如组合地毯的背衬之类的应用来说是重要的，其中目前的现有技术主要依赖于玻璃纤维消光剂(matt)来实现所需的尺寸稳定性。

[0016]尽管不打算束缚于任何操作理论，但发明人认为微细碎玻璃填料在结晶或半晶性质的热塑性聚合物内充当令人惊奇的成核位点源。发明人进一步认为较小粒度的碎玻璃填料材料或其他成核剂或其结合物有助于成核位点数量的增加。在工业上使用成核剂得到充分地公开且典型地描述为在一些聚合物的应用过程中控制结晶度。认为在一些应用，例如其中热塑性组合物用于粘合剂目的的应用中获得某些性能来说，控制结晶的速度和程度是重要的。

[0017]此处所述的成核剂可提供聚合物组合物阻燃性方面的额外益处。阻燃性是许多聚合物应用理想的性能。与热塑性塑料一起使用的许多阻燃剂具有陶瓷化(ceramitizing)表面并进而防止氧气到达燃料源的效果。微细碎玻璃粉末单独地在高浓度下具有这一效果或者增加其他阻燃剂体系的效果。

[0018]热塑性聚合物组合物包括成核剂和可具有选自下述的一种或更多种性能：

·当根据AACHEN Test测量时，MT4值小于约0.125和CT4值小于约0.1，

·表面粘性消失时间小于约1小时；

·充足的刚度时间小于约75小时；

·点燃时间大于约13秒；和

·自灭时间小于约60秒。

[0019]热塑性组合物可具有以上列举的两种或更多种性能，和可具有三种或更多种性能，和甚至可具有所有前述性能。

[0020]热塑性塑料的应用太多，以致于在本发明公开内容中无法具体地提及。一般地，可使用热塑性塑料，作为成膜剂或者单独地涂布其他基底，或者作为粘合剂或粘合剂层施加到基底上，并用于通过各种模塑概念形成制品。此处所述的热塑性组合物适合于在任何或所有这些应用中使用。

[0021]典型地添加填料到组合物中以降低组合物的成本(例如，通过添加典型地惰性的填料，从而使用较少的聚合物)。一些填料材料可提供有益的性能，例如赋予阻燃性，改变成品的纹理或触感等。一般地，按照许多方式添加填料到熔融聚合物中，但最通常将它们作为混合物与热塑性塑料的粒料一起加入到挤出机内，或者在下游将它们在挤出机的侧面供料。有益的是可在非常仔细地控制的环境内和在比成品所要求的程度高的程度下添加这些填料，造粒，然后再次在挤出机内混合粒料与未填充的热塑性塑料，生产成品组合物。关于这一点，填充的树脂可称为“母炼胶”。

[0022]提供填料到热塑性聚合物的额外方法牵涉进一步在聚合物本身在其内制造的容器上游的间歇工艺。在这些情况下，可将填料直接加入到熔融聚合物在其内的容器或反应器中。可搅拌该组合物，直到组合物彻底混合，然后或者直接施加该混合物，或者挤出成粒料、枕块、砖块等以供进一步加工。

[0023]在本发明实施方案中使用的合适的热塑性塑料包括例如任何已知的热塑性聚合物材料。合适的热塑性塑料包括任选地具有改性聚合物的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，任选地具有改性聚合物的聚萘二甲酸乙二酯(PEN)，其他聚酯材料，聚酯(所有共聚物)，聚酰胺(所有共聚物)，乙烯乙酸乙烯酯和聚乙烯共聚物，聚烯烃，聚苯乙烯，聚苯乙烯丁二烯，丙烯腈丁二烯苯乙烯和共聚物，聚氯乙烯，丙烯酸树脂，苯乙烯马来酸丙烯酸树脂，缩醛，氟聚合物和共聚物，聚丁烯，聚碳酸酯，聚酰亚胺和聚醚酰亚胺，聚砜，和聚醚砜，聚偏氯乙烯，硅酮，及其混合物和结合物。任选的改性聚合物例如可以是一种或更多种聚乙二醇、二甘醇、三羟甲基丙烷、邻苯二甲酸酐、己二酸及其结合物或混合物。另外，酯化催化剂可加入到该混合物中，以便促进改性聚合物的酯化和与PET和PEN的酯交换。

[0024]可混合热塑性聚合物与添加剂，以赋予最终的地毯额外的有益质量。可采用的添加剂包括，但不限于，阻燃剂、填料、增重剂、氧化稳定剂、抗菌剂、抗微生物剂、抗真菌剂、UV稳定剂及其结合物或混合物。本领域的技术人员根据此处提供的指导，会意识到可任选的加入到热熔粘合剂内的其他可采用的添加剂。

[0025]适合于在本发明实施方案中使用的一种填料是成核剂，它能赋予聚合物组合物以上所述的一种或更多种性能。例如，微细碎玻璃材料或其他含二氧化硅的成核剂可加入到热塑性聚合物组合物中。这些填料包括粉化玻璃、粉化砂子、粉化石英、粉化的含二氧化硅的陶瓷和类似物。可基于聚合物组合物的总重量，添加用量为约10-约70wt％的填料，或者可添加约40-约60wt％的用量。填料可具有约40-约250目或约50-约70目的粒度。

[0026]此处所述的热塑性聚合物组合物可用于其中希望可熔融组合物的组合地毯背衬应用中。可施加该组合物到任何已知的地毯背衬材料上，以提供具有改进的尺寸稳定性、改进的阻燃性和此处所述的其他理想性能的地毯背衬。例如，热塑性聚合物组合物当熔融时可具有相对较低的粘度，以便它可更加充分地渗透地毯背衬典型地使用的地毯坯料的纤维簇绒。此处所述的热塑性聚合物组合物在325下的粘度可以小于300,000厘泊，或者组合物在325下的粘度可以小于75,000厘泊。

[0027]此处所述的热塑性组合物可施加到辅助的背衬材料或者主要的背衬材料上，形成地毯背衬。可按照任何可采用的方式施加热塑性组合物到地毯背衬材料上。例如，热塑性组合物可喷涂或辊涂在地毯背衬材料上，或者它可通过一次施加，或者多次施加的方式来施加，以提供多次涂布的地毯背衬材料。

实施例

实施例1

[0028]在地毯工业中，热塑性材料已经成为且正在用作合适的粘合剂，用以层粘结簇绒成背衬材料。关于这一点，施加它们到地毯背面通过主背衬突出的簇绒上。已使用各种材料来实现此，但近年来使用聚酯。聚酯材料具有润湿并粘合到簇绒上的能力，从而同时提供内部和外部粘结。为了提供增加的重量和改进的经济性，尝试了各种填料，其中一些具有有限的成功性。

[0029]在使用热塑性聚酯的间歇工艺中，在施加到地毯背衬上之前，小于或等于60目粒度的微细碎玻璃粉末以10-70％，或者40-60％的含量加入到最终的聚合物中。发现提供其他以前尝试过的填料无一具有的性能，和甚至所得组合物具有认为使用常规的填料和聚合物以前不可能实现的性能的结合。这些性能提供下述附加的益处。

[0030]由于热塑性组合物的流动性能导致的改进的加工性提供在运行条件下轻微的变化且没有影响最终的产物。这些流动性能中的一些可有助于含玻璃的组合物的内部散热效果。认为聚合物/玻璃组合物的比热显著大于单独的聚合物。

实施例2：尺寸稳定性

[0031]使用称为AACHEN试验的组合地毯尺寸稳定性试验，测量这一性能。在这一方法中，将地毯置于模拟在组合地毯上蒸汽、湿气和热作用的一系列条件下。下表1中提供了结果。

表1

说明	AACHEN试验，数值-平均
		对照＝50％聚酯/50％具有玻璃纤维消光剂的磁铁矿填料	MT4＝0.127    CT4＝0.052
50％聚酯MHF/50％不具有玻璃纤维消光剂的磁铁矿填料	MT4＝0.295    CT4＝0.102
		50％聚酯MHF/50％不具有玻璃纤维消光剂的硫酸钡填料	MT4＝0.262    CT4＝0.181
50％聚酯MHF/50％不具有玻璃纤维消光剂的碎玻璃粉末	MT4＝0.123    CT4＝0.071

[0032]上表的结果表明本发明实施方案的聚合物组合物提供具有改进的尺寸稳定性的地毯背衬，和事实上可提供与利用玻璃纤维消光剂的地毯背衬相同或更好的尺寸稳定性。因此，地毯背衬的实施方案可不包括玻璃纤维消光剂，但仍然具有必不可少的尺寸稳定性，从而降低地毯背衬的成本和加工时间。

实施例3：聚酯配方的控制成核

[0033]发现在聚酯地毯背衬的加工过程中，聚酯的结晶度可对最终地毯的性能具有显著的影响。若最初结晶度太高，则可损害簇绒粘结强度和Velcro纤维稳定性的所需性能。若结晶度没有足够高，则地毯背衬的背面可变得太粘，从而导致许多加工问题，其中包括，但不限于结块、纤维转移、过度褶皱(drape)和与上述实施例一样的尺寸稳定性。利用此处所述的指导，本领域的技术人员能改性热塑性聚合物组合物使具有必不可少的结晶度，这取决于聚合物组合物的特定应用。

[0034]在下表2中使用2个试验参数。这些参数是在施加之后的表面粘性和背衬刚度，认为这两个参数与聚合物的结晶度直接相关。添加碎玻璃粉末导致能更有效地控制这些参数。

表2

配方	运行温度	表面粘性消失的时间	到达充足刚度的时间
				聚酯MDF/磁铁矿50/50	330	～30小时	～168小时
聚酯MHF/磁铁矿50/50	330	～24小时	～120小时
				聚酯MHF/磁铁矿50/50	350	～12小时	～120小时
聚酯MHF/硫酸钡50/50	330	～12小时	～96小时
				聚酯MHF/碳酸钙50/50	330	～5小时	～96小时
聚酯MHF/碎玻璃50/50	330	～3分钟	～60小时
				聚酯MHF/碎玻璃50/50	350	～5分钟	～48小时

[0035]在这一实施例中，碎玻璃显然提供引发结晶的许多位点，因此作为成核剂起作用。

实施例4：

[0036]还发现，与单独的热塑性聚酯配方或用其他已知的填料填充的热塑性聚酯配方相比，玻璃填充的组合物提供较大的阻燃性能。测试两种性能。这些性能是当暴露于喷灯火焰下时引发点燃的时间，和一旦除去喷灯火焰，自灭火的时间。测定到这两种性能与在地毯工业中标准化阻燃性所使用的Radiant Panel Carpet Test很好地相关。下表3中列出了结果。

表3

配方	点燃试验	自灭时间
			聚酯聚合物MDF-100％	10秒	＜1分钟
聚酯聚合物MHF-100％	15秒	＜1分钟
			聚酯聚合物MHF/碳酸钙50/50	15秒	＜1分钟
聚酯聚合物MHF/碎玻璃90/10	15秒	＜1分钟
			聚酯聚合物MHF/碎玻璃80/20	15秒	＜1分钟
聚酯聚合物MHF/碎玻璃70/30	22秒	30秒
			聚酯聚合物MHF/碎玻璃60/40	33秒	10秒
聚酯聚合物MHF/碎玻璃50/50	40秒	2秒

[0037]根据这些数据显然的是观察到碎玻璃，特别是较高负载水平的碎玻璃显著增加热塑性聚合物的阻燃性。特别令人感兴趣的是在表面上形成焦炭看起来硬得多，从而表明发生了表面的最少的部分熔融和随后陶瓷化。

[0038]考虑到此处公开的实施方案的具体说明和实践，本发明实施方案的其他实施方式、用途和优点对于本领域的技术人员来说是显而易见的。这些具体说明应当解释为仅仅例举，实施方案的范围因此不打算受其限制。

Claims (24)

1.一种热塑性聚合物组合物，它包括热塑性塑料和成核剂，从而该组合物具有以下至少一种性能：

·当根据AACHEN Test测量时，MT4值小于约0.125和CT4值小于约0.1，

·表面粘性消失时间小于约1小时；

·充足的刚度时间小于约75小时；

·点燃时间大于约13秒；和

·自灭时间小于约60秒。

2.权利要求1的热塑性聚合物组合物，其中组合物具有以下至少两种性能：

·当根据AACHEN Test测量时，MT4值小于约0.125和CT4值小于约0.1，

·表面粘性消失时间小于约1小时；

·充足的刚度时间小于约75小时；

·点燃时间大于约13秒；和

·自灭时间小于约60秒。

3.权利要求1的热塑性聚合物组合物，其中组合物具有以下至少三种性能：

·当根据AACHEN Test测量时，MT4值小于约0.125和CT4值小于约0.1，

·表面粘性消失时间小于约1小时；

·充足的刚度时间小于约75小时；

·点燃时间大于约13秒；和

·自灭时间小于约60秒。

4.一种热塑性聚合物组合物，它包括：热塑性塑料和成核剂，其中组合物具有下述性能：当根据AACHEN Test测量时，MT4值小于约0.125和CT4值小于约0.1；表面粘性消失时间小于约1小时；充足的刚度时间小于约75小时；点燃时间大于约13秒；和自灭时间小于约60秒。

5.权利要求1的热塑性聚合物组合物，其中成核剂是含二氧化硅的成核剂。

6.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中含二氧化硅的成核剂选自粉化玻璃、粉化砂子、粉化石英、粉化的含二氧化硅的陶瓷，及其混合物或结合物。

7.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中含二氧化硅的成核剂的粒度为约40-约250目。

8.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中含二氧化硅的成核剂的粒度为约50-约70目。

9.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中基于热塑性聚合物组合物的总重量，含二氧化硅的成核剂以约10-约70wt％的用量存在。

10.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中基于热塑性聚合物组合物的总重量，含二氧化硅的成核剂以约40-约60wt％的用量存在。

11.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中含二氧化硅的成核剂选自碎玻璃、粉化玻璃、粉碎玻璃及其混合物或结合物。

12.权利要求11的热塑性聚合物组合物，其中玻璃粉具有小于或等于约60目的粒度、

13.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中热塑性聚合物组合物在325下的粘度小于300,000厘泊。

14.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中热塑性聚合物组合物在325下的粘度小于75,000厘泊。

15.权利要求5的热塑性聚合物组合物，其中热塑性塑料选自任选地具有改性聚合物的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，任选地具有改性聚合物的聚萘二甲酸乙二酯(PEN)，其他聚酯材料，聚酯(包括所有共聚物)，聚酰胺(包括所有共聚物)，乙烯乙酸乙烯酯；聚乙烯共聚物，聚烯烃；聚苯乙烯，聚苯乙烯丁二烯；丙烯腈丁二烯苯乙烯(包括所有共聚物)，聚氯乙烯，丙烯酸树脂，苯乙烯马来酸丙烯酸树脂；缩醛；氟聚合物(包括所有共聚物)；聚丁烯，聚碳酸酯，聚酰亚胺；聚醚酰亚胺，聚砜；聚醚砜；聚偏氯乙烯；硅酮，及其混合物和结合物。

16.权利要求5的热塑性聚合物组合物，它进一步包括分散剂。

17.权利要求5的热塑性聚合物组合物，它进一步包括选自阻燃剂、填料、增重剂、氧化稳定剂、抗菌剂、抗微生物剂、抗真菌剂、UV稳定剂及其结合物或混合物中的添加剂。

18.一种地毯背衬组合物，它包括权利要求1的热塑性聚合物组合物。

19.一种地毯背衬组合物，它包括权利要求5的热塑性聚合物组合物。

20.一种组合地毯，它包括权利要求1的热塑性聚合物组合物。

21.一种组合地毯，它包括权利要求5的热塑性聚合物组合物。

22.制备热塑性聚合物组合物的方法，该方法包括混合热塑性塑料和含二氧化硅的成核剂，其中基于热塑性聚合物组合物的总重量，含二氧化硅的成核剂以约10-约70wt％的用量存在。

23.权利要求22的制备热塑性聚合物组合物的方法，其中基于热塑性聚合物组合物的总重量，含二氧化硅的成核剂以约40-约60wt％的用量存在。

24.制备地毯背衬的方法，该方法包括加热权利要求18的地毯背衬组合物，和将该地毯背衬组合物施于多个地毯背衬纱线、地毯布或非织造织物上，以形成地毯背衬。