CN101423658B - 一种聚苯醚树脂组合物以及抑制聚苯醚树脂变色的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种聚苯醚树脂组合物，其包括如下组分：50～99.5重量％的聚苯醚树脂和50～0.5重量％的有机硅聚合物。所述的聚苯醚树脂为聚苯醚或聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯组合物；所述的有机硅聚合物为二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、乙基羟基硅油、二甲基有机硅硅橡胶、甲基乙烯基有机硅硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、氟有机硅聚合物、乙基硅橡胶、硅树脂、聚甲基倍半硅氧烷或笼型倍半硅氧烷的一种或多种，优选为聚甲基倍半硅氧烷。本发明的聚苯醚树脂组合物可以有效抑制聚苯醚树脂组合物在加工过程中变色，提高聚苯醚树脂组合物的高温稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种树脂组合物，特别是涉及一种聚苯醚树脂组合物，本发明还涉及一种抑制聚苯醚树脂在加工过程中变色的方法。
背景技术
聚苯醚树脂(PPE)具有优良的力学性能、电性能、耐热性、阻燃性及化学稳定性等，在电子、汽车、办公自动化、医疗设备、纺织机械、航空航天军事等方面应用广泛。具体来说，采用聚苯乙烯(PS)或高抗冲聚苯乙烯(HIPS)改性的聚苯醚树脂具有良好的加工性能，在PPE合金中目前应用最为广泛。
通常聚苯醚及其共混组合物，在进行热加工时很容易会发生变色。至今为止这种变色只能被默认或不完全控制，或施加一种颜色，通常是二氧化钛来加以掩饰。在许多专利中，这种颜色的强度可用“颜色指数”来描述，即该树脂的氯仿溶液在405，420，435nm波长下的吸光度值之和。
开发新型的高性能的热塑性塑料(所谓“工程热塑性塑料”)，要求注重于改进防止降解的措施，其中包括以变色的形式表现出的降解部分。在其结构、合成方式和降解方式都与普通塑料不同。这些高性能热塑性塑料大多数在聚合物的骨架上含有杂原子(即碳以外的原子)，使得它们在化学上与纯碳链聚合物有很大的区别。此外，这些热塑性塑料的加工趋于在比以往较低温度的热塑性塑料要高的温度下完成。在混炼、模塑和挤塑这些工程塑性塑料所用的高温下，变色通常是一个严重的问题，尤其迫切需要添加剂以防止这些通常在230℃以上，往往在300℃甚至更高的温度加工的工程塑性塑料的变色。这些热塑性塑料包括尼龙6、尼龙6，6、尼龙4，6、聚苯醚、聚酰胺-酰亚胺、聚芳酯、聚芳砜、芳香族聚酯、聚醚-醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚甲基戊烯、聚亚苯基硫醚和上述相互间的或与其它热塑性塑料的共混物。遗憾的是聚合物的稳定剂不能满足加工过程中防止变色的要求。这些稳定剂仅适用于较低温度下加工的聚合物，例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等。在现有技术中采用的一些稳定剂，对工程热塑性塑料来说，在加工温度范围的低温端能很好的发挥作用，但是当加工温度达到或超过300℃时，就丧失作用。此外，当这些稳定剂对防止物理性能例如冲击或拉伸强度的下降能起有利的作用时，往往在热加工期间却失去防止变色的作用。反之，某些稳定剂如含有芳香胺结构的稳定剂，能有效的抗氧化，而实际上却使颜色变深。
专利文献提出了许多试图获得聚苯醚高温加工过程稳定化的措施，即使用为其它类型塑料(大多数是在较低温度下进行加工的塑料)而开发的稳定剂或使用已知的在使用条件下的长期稳定剂。在某些实例中，改进色彩已被人们注意。业已在许多专利中提出了用亚磷酸盐来改进聚苯醚和其共混组合物初始热加工后的颜色，即Lee在美国专利4,588,764(1986)、Axelrod在美国专利4,483,953(1984)和Kinson在美国专利4,405,739(1983)中提出的方法。有些发明者还将热降解与对氧化不稳定的酚端羟基团的存在联系起来，从而有些专利就指出了通过化学反应屏蔽这些基团的方向，例如Hay等人的美国专利4,048,143(1977)。这样的封端需要一道独立的工序，因而不容易完成，还不能满意地解决变色的问题。通用电气在美国专利5，760，171(1997)中指出，采用一种羟基酮化合物苯偶姻能够很好地抑制聚苯醚树脂组合物在热加工过程中变色问题，然而苯偶姻为低分子化合物，势必在加工过程或以后的产品将渗透出来，影响材料的美观和性能。尽管试图实现聚苯醚及其组合物色彩稳定性的工作有这样一段历史，然而还不能获得满意结果，以至于在市场上出售的这类树脂的色调仍然不够理想。对于聚苯醚组合物加工过程的高端温度区，例如300℃以上是特别难以达到良好的颜色稳定性的。聚苯醚聚合物的制造者必须面对一种现实，即某些用户需要在这样的高温区对它们进行加工，所以这就希望以商品形式出售的聚苯醚树脂具有耐高温度的能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种聚苯醚树脂组合物，可以有效抑制聚苯醚树脂组合物在加工过程中变色，提高聚苯醚树脂组合物的高温稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种聚苯醚树脂组合物，其包括如下组分：
聚苯醚树脂 50～99.5重量％
有机硅聚合物 50～0.5重量％。
上述聚苯醚树脂组合物，其中，所述的聚苯醚树脂为聚苯醚或聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯组合物，所述的高抗冲聚苯乙烯可以选用北京燕山石化公司生产的牌号为HIPS632EPEP、HIPS514P中的一种或多种。
上述聚苯醚树脂组合物，其中，所述的有机硅聚合物为二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、乙基羟基硅油、二甲基有机硅硅橡胶、甲基乙烯基有机硅硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、氟有机硅聚合物、乙基硅橡胶、硅树脂、聚甲基倍半硅氧烷或笼型倍半硅氧烷的一种或多种，优选为聚甲基倍半硅氧烷。
上述聚苯醚树脂组合物，其中，所述聚苯醚树脂的特性粘度为0.2～0.45dL/g，可以使用一种单独特性粘度的聚苯醚，也可以选用几种不同特性粘度的聚苯醚组成的聚苯醚组合物，可以选用中国蓝星新材料山西瑞成公司产品。
本发明还提供了一种抑制聚苯醚树脂变色的方法，其包括，向50～99.5重量％的聚苯醚树脂中加入50～0.5重量％的有机硅聚合物。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述方法将聚苯醚树脂和有机硅聚合物采用溶液中共混、在混炼机上干法共混或熔融共混等混合方式进行混合，也可以采用其他适用的混合方式。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述聚苯醚树脂和有机硅聚合物在溶液中共混的混合温度为20～60℃，优选为25～35℃。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，将聚苯醚树脂和有机硅聚合物熔融共混过程包括：
(1)预混：将聚苯醚或聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯组合物、有机硅聚合物、相容剂、主抗氧剂和助抗氧剂依次加入混合机预混合，混合温度为20～50℃，优选为25～35℃，混合机转速为100～800转/分钟，优选为100～200转/分钟，混合时间为1～6分钟，优选为3～5分钟；
(2)挤出造粒：将预混合的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段温度为200～300℃，优选为250～280℃，螺杆转速为100～500转/分钟，优选为200～350转/分钟，喂料机转速为10～60转/分钟，优选为30～50转/分钟。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯组合物中的聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯的重量比为50:50～70:30，优选为60:40。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述步骤(1)中，加入混合机中的聚苯醚或聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯为100重量份，有机硅聚合物为0.5～20重量份，相容剂为0.5～1重量份、主抗氧剂0.2～0.7重量份、助抗氧剂为0.2～0.7重量份。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.3～0.8％，聚乙烯弹性体可以选用DOW公司生产的POE Engage8150，密度为0.868g/cm3，熔融流动速率MFR为0.50g/10min。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述的主抗氧剂为GIBA公司生产的IRGANOX1010、IRGANOX1076或IRGANOX1330，优选IRGANOX1076。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述助抗氧剂为GIBA公司生产的IRGAFOS168或IRGAFOS P-EPQ，优选为IRGAFOS168。
上述抑制聚苯醚树脂变色的方法，其中，所述步骤(2)中双螺杆挤出机双螺杆的长径比为32～40。
本发明的聚苯醚树脂组合物，以聚苯醚树脂为基础树脂，在溶液或熔融挤出造粒加工过程中加入一定量的有机硅聚合物，提高聚苯醚树脂组合物的高温稳定性、抑制变色。有机硅聚合物的加入，对聚苯醚树脂的力学性能影响不大，然而却显著提高了聚苯醚树脂的高温稳定性，有效地抑制了聚苯醚树脂在加工过程中的变色，同时提高了产品的染色性能，便于聚苯醚树脂在电子电气、家用电器、办公自动化设备、汽车、建筑、航空和军工等领域应用。
具体实施方式
下面结合实施例详细描述本发明。
实施例1
将50重量份的聚苯醚(特性粘度为0.2dL/g)与50重量份的聚甲基倍半硅氧烷以20％的浓度在氯仿中溶液共混，混合温度为25℃，其中溶液共混中的溶剂氯仿通过真空减压去除。将处理过的树脂组合物在300℃温度下，10MPa的压力下保持20min压制成膜。将所得的薄膜溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表1。
实施例2
将75重量份的聚苯醚(特性粘度为0.3dL/g)与25重量份的二甲基硅油以20％的浓度在氯仿中溶液共混，混合温度为20℃，其中溶液共混中的溶剂氯仿通过真空减压去除。将处理过的树脂组合物在300℃温度下，10MPa的压力下保持20min压制成膜。将所得的薄膜溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表1。
实施例3
将60重量份的聚苯醚(特性粘度为0.45dL/g)与40重量份的乙基羟基硅油以20％的浓度在氯仿中溶液共混，混合温度为60℃，其中溶液共混中的溶剂氯仿通过真空减压去除。将处理过的树脂组合物在300℃温度下，10MPa的压力下保持20min压制成膜。将所得的薄膜溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表1。
实施例4
将80重量份的聚苯醚(特性粘度为0.4dL/g)与20重量份的甲基含氢硅油以20％的浓度在氯仿中溶液共混，混合温度为35℃，其中溶液共混中的溶剂氯仿通过真空减压去除。将处理过的树脂组合物在300℃温度下，10MPa的压力下保持20min压制成膜。将所得的薄膜溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表1。
实施例5
将95重量份的聚苯醚树脂(特性粘度为0.38dL/g)与5重量份的甲基苯基硅油以20％的浓度在氯仿中溶液共混，混合温度为30℃，其中溶液共混中的溶剂氯仿通过真空减压去除。将处理过的树脂组合物在300℃温度下，10MPa的压力下保持20min压制成膜。将所得的薄膜溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表1。
对比例1
将特性粘度为0.4dL/g的聚苯醚在300℃温度下，10MPa的压力下保持20min压制成膜。将所得的薄膜溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表1。
实施例6
将60重量份聚苯醚、40重量份高抗冲聚苯乙烯、20重量份二甲基有机硅硅橡胶、1重量份相容剂(相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.8％)、0.5重量份主抗氧剂IRGANOX1010和0.5重量份助抗氧剂IRGAFOS168依次加入混合机预混合，混合温度为20℃，混合机转速为100转/分钟，混合时间为6分钟。
将预混合后的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定第一段220℃、第二段250℃、第三段280℃、第四段280℃、第五段280℃、第六段280℃、第七段280℃、第八段280℃、第九段280℃，模头温度275℃，双螺杆长径比为35，螺杆转速为100转/分钟，喂料机转速为30转/分钟，拉条过水切粒。
将所得的粒料溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表2。
实施例7
将70重量份聚苯醚、30重量份高抗冲聚苯乙烯、10重量份聚甲基倍半硅氧烷、0.5重量份相容剂(相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.3％)、0.2重量份主抗氧剂IRGANOX1076和0.2重量份助抗氧剂IRGAFOS168依次加入混合机预混合，混合温度为50℃，混合机转速为600转/分钟，混合时间为3分钟。
将预混合后的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定第一段220℃、第二段250℃、第三段280℃、第四段280℃、第五段280℃、第六段280℃、第七段280℃、第八段280℃、第九段280℃，模头温度275℃，双螺杆长径比为32，螺杆转速为300转/分钟，喂料机转速为10转/分钟，拉条过水切粒。
将所得的粒料溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表2。
实施例8
将50重量份聚苯醚、50重量份高抗冲聚苯乙烯、0.5重量份甲基乙烯基有机硅硅橡胶、0.8重量份相容剂(相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.5％)、0.5重量份主抗氧剂IRGANOX1330和0.5重量份助抗氧剂IRGAFOS P-EPQ依次加入混合机预混合，混合温度为25℃，混合机转速为200转/分钟，混合时间为5分钟。
将预混合后的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定第一段250℃、第二段250℃、第三段280℃、第四段280℃、第五段280℃、第六段280℃、第七段280℃、第八段280℃、第九段280℃，模头温度275℃，双螺杆长径比为40，螺杆转速为450转/分钟，喂料机转速为50转/分钟，拉条过水切粒。
将所得的粒料溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表2。
实施例9
将65重量份聚苯醚、35重量份高抗冲聚苯乙烯、5重量份聚甲基倍半硅氧烷和笼型倍半硅氧烷、1重量份相容剂(相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.5％)、0.5重量份主抗氧剂IRGANOX1076和0.5重量份助抗氧剂IRGAFOS168依次加入混合机预混合，混合温度为35℃，混合机转速为800转/分钟，混合时间为1分钟。
将预混合后的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定第一段220℃、第二段250℃、第三段280℃、第四段280℃、第五段280℃、第六段280℃、第七段280℃、第八段300℃、第九段300℃，模头温度275℃，双螺杆长径比为38，螺杆转速为500转/分钟，喂料机转速为60转/分钟，拉条过水切粒。
将所得的粒料溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表2。
实施例10
将60重量份聚苯醚、40重量份高抗冲聚苯乙烯、2重量份乙基硅橡胶、1重量份相容剂(相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.5％)、0.7重量份主抗氧剂IRGANOX1076和0.7重量份助抗氧剂IRGAFOS168依次加入混合机预混合，混合温度为30℃，混合机转速为200转/分钟，混合时间为4分钟。
将预混合后的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定第一段200℃、第二段250℃、第三段280℃、第四段280℃、第五段280℃、第六段280℃、第七段280℃、第八段280℃、第九段300℃，模头温度275℃，双螺杆长径比为34，螺杆转速为400转/分钟，喂料机转速为40转/分钟，拉条过水切粒。
将所得的粒料溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表2。
对比例2
将60重量份聚苯醚、40重量份高抗冲聚苯乙烯、1重量份相容剂(相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.5％)、0.5重量份主抗氧剂IRGANOX1076和0.5重量份助抗氧剂IRGAFOS168依次加入混合机预混合，混合温度为30℃，混合机转速为200转/分钟，混合时间为4分钟。
将预混合后的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段加工温度分别设定第一段220℃、第二段250℃、第三段280℃、第四段280℃、第五段280℃、第六段280℃、第七段280℃、第八段280℃、第九段280℃，模头温度275℃，双螺杆长径比为34，螺杆转速为200转/分钟，喂料机转速为40转/分钟，拉条过水切粒。
将所得的粒料溶于氯仿中，采用分光光度计测量颜色指数，所得结果见表2。
实施例制备的组合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条，物理性能分别按国家标准测试，见表3。
表1
| 试样 | 对比例1 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 颜色指数 | 4.2 | 3.1 | 3.3 | 3.2 | 3.5 | 3.8 |
表2
| 物理性能 | 对比例2 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 颜色指数 | 5.3 | 4.1 | 4.3 | 4.8 | 4.4 | 4.6 |
| 拉伸强度 | 60.1 | 50.1 | 51.2 | 60.8 | 52.3 | 58.4 |
| 伸长率 | 40.8 | 75.9 | 73.2 | 52.3 | 72.6 | 78.2 |
| 弯曲强度 | 90.3 | 80.1 | 81.6 | 90.8 | 82.3 | 91.1 |
| 弯曲模量 | 2127 | 2041 | 2057 | 2172 | 2065 | 2219 |
| 缺口冲击强度 | 18.3 | 26.5 | 25.9 | 19.4 | 24.3 | 18.5 |
| 无缺口冲击强度 | 101.7 | 145.8 | 140.7 | 116.4 | 149.6 | 157.2 |
| 玻璃化转变温度 | 153 | 156 | 155 | 153 | 155 | 154 |
表3
| 物理性能 | 单位 | 测试方法 |
| 拉伸强度 | MPa | GB/T1040.1 |
| 伸长率 | ％ | GB/T1040.1 |
| 弯曲强度 | MPa | GB/T9341 |
| 弯曲模量 | MPa | GB/T9341 |
| Izod缺口冲击强度 | KJ.m-2 | GB/T1043 |
| Izod无缺口冲击强度 | KJ.m-2 | GB1843 |
| 玻璃化温度 | ℃ | 流变仪测试 |
Claims (12)
1.一种抑制聚苯醚树脂变色的方法，其包括，向50～99.5重量％的聚苯醚树脂中加入50～0.5重量％的有机硅聚合物；所述有机硅聚合物包括二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、乙基羟基硅油、二甲基有机硅硅橡胶、甲基乙烯基有机硅硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、氟有机硅聚合物、乙基硅橡胶、硅树脂、聚甲基倍半硅氧烷或笼型倍半硅氧烷的一种或多种。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法将聚苯醚树脂和有机硅聚合物采用溶液共混、在混炼机上干法共混或熔融共混进行混合。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述聚苯醚树脂和有机硅聚合物在溶液中共混的混合温度为20～60℃。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述聚苯醚树脂和有机硅聚合物在溶液中共混的混合温度为25～35℃。
5.如权利要求2所述的方法，其中，将聚苯醚树脂和有机硅聚合物熔融共混过程包括：
(1)预混：将聚苯醚或聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯组合物、有机硅聚合物、相容剂、主抗氧剂和助抗氧剂依次加入混合机预混合，混合温度为20～50℃，混合机转速为100～800转/分钟，混合时间为1～6分钟；
(2)挤出造粒：将预混合的物料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出时双螺杆挤出机各段温度为200～300℃，螺杆转速为100～500转/分钟，喂料机转速为10～60转/分钟。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯组合物中的聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯的重量比为50∶50～70∶30。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中，所述步骤(1)中，加入混合机中的聚苯醚或聚苯醚/高抗冲聚苯乙烯为100重量份，有机硅聚合物为0.5～20重量份，相容剂为0.5～1重量份、主抗氧剂0.2～0.7重量份、助抗氧剂为0.2～0.7重量份。
8.如权利要求5或6所述的方法，其中，所述相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯弹性体，接枝率为0.3～0.8％。
9.如权利要求5或6所述的方法，其中，所述的主抗氧剂为IRGANOX1010、IRGANOX1076或IRGANOX1330。
10.如权利要求5或6所述的方法，其中，所述助抗氧剂为IRGAFOS168或IRGAFOS P-EPQ。
11.如权利要求5所述的方法，其中，所述步骤(1)中，混合温度为25～35℃，混合机转速为100～200转/分钟，混合时间为3～5分钟；所述步骤(2)中，挤出时双螺杆挤出机各段温度为250～280℃，螺杆转速为200～350转/分钟，喂料机转速为30～50转/分钟。
12.如权利要求5所述的方法，其中，所述步骤(2)中双螺杆挤出机双螺杆的长径比为32～40。
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