CN101460566B - 使用界面张力降低剂改进高羧基聚酰胺向聚酯中的分散 - Google Patents

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Abstract

给出了聚合物组合物,拉伸和未拉伸的制品和由该组合物制造拉伸和未拉伸的制品的方法,其中该组合物包含聚酰胺、可结晶聚酯和界面张力降低剂的共混物,在该聚酰胺中,当该聚酰胺聚合物的相对粘度小于2.0时,该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于1.0,当该相对粘度为2.0-2.3时,该比值小于0.30,当该相对粘度大于2.3时,该比值小于0.20。

Description

使用界面张力降低剂改进高羧基聚酰胺向聚酯中的分散
优先权和交叉引用
本专利申请要求2005年10月25日提交的美国临时专利申请系列号60/730,197和2005年10月25日提交的美国临时专利申请系列号60/730,198的优先权的权益。这些临时专利申请的教导在此整体引入供参考。
发明领域
本发明涉及可用于塑料包装的聚合物组合物。
发明背景
对氧气敏感的产品,尤其是食品、饮料和医药在氧气存在下劣化或腐坏。产生无氧环境的一种途径是将此类产品包装在由至少一层所谓的″被动″气体阻隔薄膜组成的容器中,该气体阻隔薄膜是物理障碍并且降低或消除氧气透过该容器壁但未与氧气反应。例如,热塑性聚酯(PET)的层通常增补有包装材料的附加层以防止氧气渗透。
添加气体阻隔薄膜的阻隔层同样增加包装对其它气体的总体被动阻隔。乙基乙烯基醇(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)和聚酰胺如聚(间苯二甲基己二酰二胺)(MXD6)是常用于此目的的薄膜的实例,这归因于它们优异的气体阻隔性能。这些材料通常用于啤酒包装,因为低的渗透速率(高的被动阻隔)保持氧气远离产品以及保持二氧化碳在饮料中。不同材料的不同层不是优选的,因为多层构造增加成本。
因此优选将所有组分共混成单层(称作单层构造)。该单层构造由于差的美观对于大多数组合物不适合。例如,共混到PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯或其可结晶共聚物)中的聚(间苯二甲基己二酰二胺)(MXD6)的单层在MXD6的合乎需要的阻隔水平下具有不可接受的雾度。对于拉伸吹塑和再加热拉伸吹塑的容器或拉伸薄膜包裹物尤其是这种情况。在再加热拉伸吹塑容器中,例如,将MXD6分散到PET中并随后将该组合物注塑成无定形制品称作预成型件。该预成型件是容器本身并且一般是管子,其成形有一个封闭端和非必要的在另一端的开口周围处的螺纹以接收螺帽。在罐子的预成型件的情况下,管子的长度如此小以致该预成型件相似于隔膜或圆盘。
然后可以将该预成型件拉伸(亦称使该材料取向)成容器的形状。取决于工艺,可以在注塑或挤塑后但是在它冷却到小于主要组分(通常是聚酯)的玻璃化转变温度之前将预成型件拉伸。或者,可以在再加热到大于构成该预成型件的组合物的玻璃化转变或软化温度后将冷模塑的预成型件拉伸。分散到PET中的MXD6的未拉伸预成型件通常是透明的,几乎没有雾度。然而,在拉伸后,或正在拉扯,推出乃至压进去时,后续薄化的壁具有非常大量的雾度。这种雾度导致具有由聚酯-聚酰胺共混物制成的拉伸壁的未着色单层瓶子不可销售。
根据美国专利号6,288,161,雾度和颜色是由当将聚合物取向时该材料的折射指数变化所引起的。取向扩大MXD6域的尺寸以致足够的域的尺寸大于可见光的最小波长(大约400nm),导致增大的光散射。
美国专利号6,288,161的表1示出了当将制品取向(拉伸)到9缩小比时雾度增加四倍。美国专利号6,288,161的表2和3示出了由容器壁的再加热拉伸吹塑所引起的甚至更大的雾度差异。
美国专利号6,288,161揭示了通过使用低拉伸工艺以限制取向度以致MXD6域小于可见光的最小波长来克服雾度。经由称作挤出吹塑的工艺达到低拉伸。低拉伸挤出吹塑不及高拉伸工艺例如再加热吹塑和注射拉伸吹塑,因为与更高的拉伸比(缩小)相联的经济性和显著更大的阻隔性能。因此,仍需要含有聚酯和聚酰胺优选MXD6的低雾度单层高拉伸壁。
美国专利号6,444,283公开了与聚酰胺共混的聚酯的薄膜的雾度随聚酰胺的量增加而增加。美国专利号6,444,283揭示了可以通过使用数均分子量小于15000且氨基与羧基端基比值大于或等于1.0的聚酰胺降低了包含与聚酰胺共混的聚酯的薄膜的雾度降低。目前,在美国专利号6,444,283揭示的分子量下不存在可获得的商品级MXD6,优选聚酰胺。
Harada等人的日本专利申请H 10-7893揭示了当端基满足以下公式时可以在没有增容剂的情况下获得聚酯/mx聚酰胺共混物的良好的透明性
1)50<a-b<300和
2)a+b<300,
其中a是氨基端基的数目(微当量/克),b是羧基端基的数目(微当量/克)。Harada等人揭示了如果在公式1)中a-b小于50,则不能获得具有该共混树脂组合物的明显改进的透明性的树脂。对于a-b大于50,氨基端基的数目因此必须超过羧基端基的数目。当氨基的数目超过羧基的数目时,氨基与羧基端基比值根据定义大于1.0。
WO 2004/069909揭示了可以通过添加着色剂以吸收与分散在聚酯中的不相容域例如聚酰胺的尺寸对应的波长视觉上屏蔽雾度。因为这种技术要求着色剂,所以其应用限于着色瓶子。
因此,仍需要未着色的聚酯-聚酰胺组合物,其当拉伸时不产生不可接受的视觉雾度。
美国专利申请2004/0013833A1公开了一种包含聚酰胺、PET或含PET的共聚物和至少一种增容剂的相容化聚合物共混物。美国专利申请2004/0013833A1的优选的增容剂包括但不限于,聚酯、离子聚合物,是芳族二羧酸或其酯形成衍生物,二醇或其酯形成衍生物和美国专利号6,500,895B1公开的含离子型磺酸酯基团的酯形成化合物的缩聚反应产物。
日本专利申请03181246A目的在于改进多层结构的耐冲击性。该申请公开了一种磺化聚酯和MXD6的组合物并且要求:
1)多层结构,其由含间苯二甲基二胺基团的聚酰胺(A)层和热塑性聚酯(B1)或聚碳酸酯(B2)层的至少两个层构成,该多层结构相对于总二醇和/或总二羧酸包含0.1-20mol.%由通式X-R表示的二醇和/或二羧酸,其中X是二醇或二羧酸,R是-SO3Y、-COOY、-OY、-PO(OY)2、PO3Z,
Figure S200680049225XD00032
其中Y是单价金属,Z是二价金属。
日本专利申请03181246的作者陈述该组合物涉及多层结构,特别是共注塑拉伸多层结构和组合体,它们具有显著改进的耐冲击脱层性能并且二价金属表现得比单价金属好。
美国专利号5,300,572公开了一种可模塑聚酯树脂组合物和由其获得的模制品,该树脂组合物基于所有树脂组合物的总重量包括:A)2-98wt%含增容性金属磺酸盐基团的芳族聚酯共聚物,它是(a)芳族二羧酸或其酯形成衍生物,(b)二醇化合物或其酯形成衍生物和(c)含金属磺酸盐基团的酯形成化合物的缩聚反应产物;B)2-98wt%添加剂树脂,其是以下之一:(B-I)是烯烃与a,b-不饱和羧酸或其衍生物和乙烯醇或其酯中至少之一之间的共聚合反应产物的烯烃共聚物,(B-II)聚酰胺树脂;和任选地,(C)0-96wt%非增容性芳族聚酯树脂,并且同样二价金属是优选的增容剂。
美国专利号5,300,572既没有公开端基的作用又没有公开在拉伸制品例如再加热拉伸乃至挤出吹塑容器的壁中使用改性聚酯和聚酰胺组合物。因此仍需要可以产生低雾度拉伸壁单层容器的聚酯/聚酰胺组合物。
Kamatsu的日本专利申请JP 2663578-B2提倡使用共聚合到聚酯中的间苯二甲酸磺酸钠以增容聚酯和聚酰胺共混物。日本专利申请JP2663578-B2中提供的实例全部基于磺基间苯二甲酸钠并且仅显示雾度的降低和随MXD6的量增加雾度增加。
PCT申请WO 2005/023530要求使用钴和锌来降低由将聚酯、离子型增容剂和部分芳族的聚酰胺共混引起的增加的颜色。该申请揭示了二价金属比单价金属更有效的并且举例说明了分散到含钠间苯二甲酸的共聚物中的MXD6的域大约为200nm。
可用于WO 2005/023530的钴化合物尤其包括乙酸钴、碳酸钴、氯化钴、氢氧化钴、环烷酸钴、油酸钴、亚油酸钴、辛酸钴、硬脂酸钴、硝酸钴、磷酸钴、硫酸钴、(亚乙基羟乙酸)钴和它们中两种或更多种混合物。作为用于活性氧清除的过渡金属催化剂,优选长链脂肪酸的盐,最优选辛酸或硬脂酸钴。对于颜色控制,WO 2005/023539优选乙酸钴。然而,市场中的信息是例如,由于意识到的销售关注,啤酒公司不希望钴在它们的包装中。
上述现有技术都没有公开获得当拉伸时平均颗粒尺寸小于200nm的分散颗粒,不会随分散材料的量增加而经历显著增加的雾度,或在制造后具有可接受的雾度并且尤其是在不存在钴的情况下具有良好颜色的良好颜色组合物。
发明概要
公开了包含至少一个拉伸层的容器的拉伸壁,其中所述拉伸层包含聚酰胺聚合物、可结晶聚酯和界面张力降低剂,其中该聚酰胺聚合物包含选自氨基己酸与其本身的反应产物和A-D的反应产物的反应产物,其中A是包括己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-环己烷二羧酸或萘二羧酸的二羧酸的残基,其中D是包括间苯二甲基二胺、对苯二甲基二胺、六亚甲基二胺、亚乙基二胺或1,4环己烷二甲基胺的二胺的残基,其中当该聚酰胺聚合物的相对粘度小于2.0时,该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于1.0,当该相对粘度为2.0-2.3时,该比值小于0.30,当该相对粘度大于2.3时,该比值小于0.20,和该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6萘二羧酸、对苯二甲酸的二甲酯或2,6萘二羧酸的二甲酯。
进一步公开了该聚酰胺聚合物优选是MXD6或尼龙6,其中界面张力降低剂包含金属磺酸盐和/或锂,并且该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于0.20。
还公开了包含聚酰胺聚合物、可结晶聚酯和界面张力降低剂的聚合物组合物,其中该聚酰胺聚合物包含选自氨基己酸与其本身的反应产物和A-D的反应产物的反应产物,其中A是包括己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-环己烷二羧酸或萘二羧酸的二羧酸的残基,其中D是包括间苯二甲基二胺、对苯二甲基二胺、六亚甲基二胺、亚乙基二胺或1,4环己烷二甲基胺的二胺的残基,其中当该聚酰胺聚合物的相对粘度小于2.0时,该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于1.0,当该相对粘度为2.0-2.3时,该比值小于0.30,当该相对粘度大于2.3时,该比值小于0.20,和其中该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6萘二羧酸、对苯二甲酸的二甲酯和2,6萘二羧酸的二甲酯。
进一步公开了该组合物的聚酰胺聚合物优选是MXD6或尼龙6,其中界面张力降低剂包含金属磺酸盐和/或锂并且该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于0.20。
本发明进一步公开了制造容器的拉伸壁的方法,包括以下步骤:A)选择包含聚酰胺聚合物、可结晶聚酯和界面张力降低剂的制品,其中该聚酰胺聚合物包含选自氨基己酸与其本身的反应产物和A-D的反应产物的反应产物,其中A是包括己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-环己烷二羧酸或萘二羧酸的二羧酸的残基,其中D是包括间苯二甲基二胺、对苯二甲基二胺、六亚甲基二胺、亚乙基二胺或1,4环己烷二甲基胺的二胺的残基,其中当该聚酰胺聚合物的相对粘度小于2.0时,该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于1.0,当该相对粘度为2.0-2.3时,该比值小于0.30,当该相对粘度大于2.3时,该比值小于0.20,和其中该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6萘二羧酸、对苯二甲酸的二甲酯和2,6萘二羧酸的二甲酯,和其中相对于该组合物中的每100份聚酰胺加可结晶聚酯加界面张力降低剂,该聚酰胺存在1-15份;B)调节该制品的温度以致该制品的温度在该可结晶聚酯的玻璃化转变温度到比该可结晶聚酯的熔点低10℃的范围内,和C)将力施加到该制品上以致使该制品的尺寸在至少一个方向上增大。
进一步公开了用于该制造拉伸制品的方法的聚酰胺聚合物优选是MXD6或尼龙6,其中界面张力降低剂包含金属磺酸盐和/或锂并且该聚酰胺聚合物应用在氨基与羧基端基比值小于0.20。
还公开制品的制造方法,所述方法包括以下步骤:A)将可结晶聚酯干燥,其中该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6萘二羧酸和它们相应的二甲酯;B)将聚酰胺聚合物干燥,该聚酰胺聚合物由选自氨基己酸与其本身的反应产物和A-D的反应产物的反应产物组成,其中A是包括己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-环己烷二羧酸或萘二羧酸的二羧酸的残基,其中D是包括间苯二甲基二胺、对苯二甲基二胺、六亚甲基二胺、亚乙基二胺或1,4环己烷二甲基胺的二胺的残基,其中当该聚酰胺聚合物的相对粘度小于2.0时,该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于1.0,当该相对粘度为2.0-2.3时,该比值小于0.30,当该相对粘度大于2.3时,该比值小于0.20,C)将该可结晶聚酯、聚酰胺聚合物和选自官能化和非官能化界面张力降低剂的界面张力降低剂熔融共混成液体;和D)将该液体成型成选自片材、薄膜、预成型件和管子的制品。
进一步公开了用来制造该制品的聚酰胺聚合物优选选自MXD6或尼龙6,其中界面张力降低剂包含金属磺酸盐和/或锂并且该聚酰胺聚合物应用在氨基与羧基端基比值小于0.20。
进一步公开了,当在相同的容器中同时干燥聚酰胺和聚酯时,该制品的制造方法的干燥步骤效果最好,其中当在相同容器中以间隔粒料形式干燥该聚酰胺和聚酯时,优选的干燥方法得到实施,该间隔粒料具有至少两个间隔室,其中第一间隔室包含聚酯,第二间隔室包含聚酰胺。
附图描述
图1描绘了在没有界面张力降低剂,例如衍生自锂磺基间苯二甲酸(LiSIPA)的磺基间苯二甲酸锂的情况下分散在聚酯基体中的聚酰胺域的扫描电子显微镜显微照片(SEM)。如试验方法部分详述的那样,如下制备样品:用冷甲酸除去聚酰胺并将样品暴露到扫描电子显微镜下。
图2描绘了对应于图1的聚酯-聚酰胺体系的域的分布图示。
图3描绘了在界面张力降低剂-衍生自锂磺基间苯二甲酸(LiSIPA)的磺基间苯二甲酸锂存在下分散到聚酯基体中的聚酰胺域的扫描电子显微镜显微照片(SEM)。如下面详述,通过用冷甲酸除去聚酰胺制备样品。
图4描绘了对应于图3的聚酯-聚酰胺体系的域的分布图示。
图5描绘了在芯-鞘构造中具有两个间隔室或区的树脂粒料。
图6描绘了在芯-鞘构造中具有两个间隔室或区的树脂粒料,其中芯被外鞘层包封、包围或封闭。
图7描绘了在多层或夹心构造中具有三个间隔室或区的树脂粒料。
图8描绘了配置在包围芯的两个同心层中的三间隔区的树脂粒料。
发明详述
当在界面张力降低剂存在下将聚酯与聚酰胺熔融共混并且当相对粘度小于2.0时,该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于1.0,但是优选小于0.75,当该相对粘度为2.0-2.3时,氨基与羧基端基比值小于0.30,当该相对粘度大于2.3时,该比值小于0.20时,可以显著地降低当将聚酰胺与聚酯熔融共混时产生的颜色和雾度的缺陷。虽然现有技术揭示了当聚酰胺具有低的氨基与羧基端基比值时,雾度增加,但是已经发现当在界面张力降低剂存在下进行该熔融共混时,结果相反。事实上,当聚酰胺的氨基与羧基端基比值减小时,雾度和颜色形成得到降低。
已经注意到,本发明揭示的与聚酯和聚酰胺相结合的界面张力降低剂与现有技术相比降低分散在未拉伸聚酯基体中的聚酰胺域的尺寸。
因为该组合物增加聚酰胺的表面积,所以应该相信这种组合物可以用来降低作为除氧剂的聚酰胺的量。然而,为了用作除氧剂,该组合物可能需要包含与氧气反应的聚酰胺。这通常通过将过渡金属催化剂,通常是铜或钴化合物添加到该组合物来实现。
适合于本发明的聚酰胺可以描述为包含氨基己酸或A-D的重复单元,A是包括己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-环己烷二羧酸或萘二羧酸的二羧酸的残基,D是包括间苯二甲基二胺、对苯二甲基二胺、六亚甲基二胺、亚乙基二胺或1,4环己烷二甲基胺的二胺的残基。
这些聚酰胺也可以描述为包含选自氨基己酸与其本身的反应产物和/或二羧酸的残基与二胺的残基的反应产物的至少一种反应产物,该二羧酸包括己二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、1,4-环己烷二羧酸或萘二羧酸,该二胺包括间苯二甲基二胺、对苯二甲基二胺、六亚甲基二胺、亚乙基二胺或1,4环己烷二甲基胺。
本领域技术人员将认可作为公认可商购的聚酰胺的许多结合物。癸二酸与六亚甲基二胺的残基的反应产物是尼龙6.10并且己二酸和六亚甲基二胺的残基的反应产物是尼龙6.6。尼龙6.12是受益于本发明的另一种尼龙。尼龙6是具有通式H2N-(CH2)5-COOH的特殊类型的聚酰胺并且通过将己内酰胺开环然后使所得的的氨基己酸与其本身聚合来制备。尼龙6是适合的聚酰胺聚合物,它是己二酸和间苯二甲基二胺的残基的反应产物,称为聚间苯二甲基己二酰二胺。该组合物商业上称为MXD6或尼龙MXD6
该聚酰胺也可以被改性并且可能使0.01-15摩尔%相应的酸或二胺被界面张力改进化合物例如磺化间苯二甲酸替换,如下面所述。美国专利号3,328,484(其教导在此引入供参考)描述了这种改性的共聚酰胺。
用于组合物的聚酰胺的区别特征是氨基端基的数目与羧基端基的数目的比值小于1.0,优选小于0.51,优选小于0.20,甚至更优选小于0.10。如试验性部分所证实的那样,该比值越低,结果越好,其中最佳试验结果在0.0395(所试验的最低比值)下获得。因此,小于0.03也是优选的。如果所有端基是羧基端基,则氨基与羧基端基比值将为其最小值0.0。这可能如下实现:使氨基端基与然后将在聚合物链的末端设置不同端基的实体反应。这种技术称为封端。
氨基端基与羧基端基的比值亦称氨基与羧基端基比值并且是氨基端基的数目除以羧基端基的数目。为了该方程式有效,相应端基的数目必须用相同的单位表示,例如mmol/kg或毫当量/kg(meq/kg,乃至microEqu/g和当量/kg)。将氨基端基和羧基端基的数目量化的方法是本领域中熟知的并且在试验方法部分中进行了论述。
虽然聚酰胺的分子量不是如此重要的,但是优选的数均分子量(Mn)为2,000-27,000,其中一个优选的范围为大约13,000-27,000。然而,分子量更优选为大约5,000-16,000,甚至更优选6,000-12,000,其中分子量为大约8,500-10,000的聚酰胺是最优选的。
数均分子量可以通过方程式2,000,000除以端基的总数来测定,其中端基的总数是氨基端基的数目加上羧基端基的数目,用毫当量/千克(meq/kg)或微当量/gm(μeq/g)表示。在封端聚合物的情况下,分子量是2,000,000除以端基的总数。
相对粘度(R.V.)是聚酰胺聚合物链长度的另一种量度。相对粘度(通常表示为ηr)是″粘度比″的同义词并且是聚合物溶液的粘度(通常表示为η)与所使用的溶剂的粘度(通常表示为ηs)的比值。其测定在试验方法部分中进行了详述。适合的聚酰胺具有1.4-2.9的相对粘度,其中1.5-2.3是更优选的,1.5-1.9是甚至更优选的,其中1.7-1.9是最优选的。
当相对粘度大于1.84(Mn>12,000)时,氨基与羧基端基比值可以小于0.51,其中0.40是更优选的,甚至更优选小于0.20,小于0.06和小于0.03甚至是更优选的。
对于MXD6,工业接受聚酰胺的数均分子量通过以下方程式与相对粘度相关联
Mn=16,200×(R.V.-1.1)
其中R.V.是聚酰胺的相对粘度。
美国专利号6,239,233描述了可以如何制备本发明的聚酰胺。根据美国专利号6,239,233,可以将178.7g(1.224摩尔,2%摩尔过量)己二酸单元和210g蒸馏水的混合物放入500ml烧瓶然后用氩气吹扫它大约30分钟。可以迅速地将163.4g(1.2摩尔)间苯二甲基二胺添加到该烧瓶中。该烧瓶应该配备有氮气入口、金属搅拌器和短蒸馏柱。然后将该烧瓶放入预加热到110℃的Belmont金属浴中保持30分钟。然后在60分钟内逐渐地将温度提高到275℃。美国专利号6,239,233的发明人报道说如果在275℃下加热该溶液30分钟,则可以获得特性粘度为0.458(PM-95),氨基端基为0.01meq/g,COOH端基为0.22meq/g和熔融吸热为238℃的低熔体粘度的透明聚酰胺。这种聚酰胺将具有0.01除以0.22,或为0.045的氨基与羧基端基浓度。氨基与羧基端基浓度为0.045或更低的聚酰胺适合于本发明。
若干制备聚酰胺的其它技术如下:一个优选的方法是间歇法,该方法使用在2-10巴,优选3-8巴,特别优选4-6巴的压力下操作的搅拌钢制高压釜。然后应用两阶压力分布。将原材料放入容器中然后在该高压釜内加热到120℃。在达到2巴的压力之后,蒸馏出水,直到获得大约90w.%混合物。在蒸馏期间,将温度增加到155-165℃。然后进一步将混合物加热直到达到4巴的所需压力。在4巴下,蒸馏出剩余的水并将温度增加到245-250℃。然后将压力降低到大气压。如果还没有达到造粒需要的粘度,则可以使用在245-265℃下在减压或氮气流下保持5-30分钟的熔融缩合后阶段。在达到适当的粘度之后,从该容器作为丝条排出该聚酰胺穿过水浴并切割成粒料。
在整个缩合过程中,该高压釜内部的内容物的温度不应该超过265℃。在造粒之后测量的相对粘度为1.45-1.70。
适合的连续方法可以如下进行:在210-330℃,优选250-300℃,更优选260-280℃的温度下将己二酸和间苯二甲基二胺的盐溶液加热,然后优选间歇地或优选按连续方式将预聚物分离并将该分离的间苯二甲基二胺再循环。然后保持该预聚物在1-20巴,优选1.5-15巴,最优选4-6巴的压力和230-330℃,特别优选260-280℃的温度下并缩聚。
另一种方法包括在2-10巴,优选4-6巴的压力下在60秒的停留时间内将二胺和二羧酸的盐溶液加热,具有至少95%的转化度和最大7wt%的水。这种聚合物可以如下获得:使该盐溶液穿过截面管状设计的蒸发区,在该蒸发区中,通过加热和水蒸发,产生两相流;从而驱使大量溶液水进入气相。所使用的水溶液一般具有30-70w.%,优选45-65w.%的单体含量。
又一种方法由使温度为50-100℃的水性盐溶液间歇地或优选连续地进入蒸发区构成,在该蒸发区中,在2-10巴,优选4-6巴的压力下将该盐溶液加热到250-300℃,优选260-280℃的温度。蒸发区中的停留时间一般为1-300秒,优选30-120秒,特别优选30-60秒。在蒸发区的出口处,转化率为80-100%,优选90-99.5%,特别优选95-99%,尤其是96-98%,并且取决于所使用的压力,水含量一般为0.01-10w.%,优选0.1-5w.%,其中1-3w.%是特别优选的。该蒸发区有利地设计为一群管道,其中单个管道的直径呈周期性管状形式或″分叉形状″形式。另外,证明有利的是让预聚物和蒸汽的混合物在相分离之前穿过管状″物质交换区″,该交换区是用固定物(fixture)改进的。在此,保持蒸发区的压力和温度条件恒定。例如,该固定物是载体材料如腊希格环(Raschig rings),金属环,特别是由线网制成的载体材料以产生大的表面积。在这种设计中,该相、预聚物和蒸汽紧密接触。这降低由蒸汽释放的间苯二甲基二胺的量。该″物质交换区″中的停留时间一般为1-5分钟。在分别离开蒸发区和″物质交换区″之后,将蒸汽和预聚物的两相混合物分离。所产生的蒸气包含水和痕量间苯二甲基二胺,该间苯二甲基二胺由水的蒸发释放。因此,仅极少量间苯二甲基二胺包含在气相中(基于聚合物生产量,<0.1w.%)。可以将该蒸气供入柱并精馏以收回间苯二甲基二胺。适当的柱是载体材料塔、泡罩塔或具有5-15个理论板的筛板塔。在与蒸发区相同的压力条件下运行该塔。优选地,将精馏后的间苯二甲基二胺送回该聚合区。
取决于低分子量聚酰胺的转化度和少量未转化的盐,所获得的预聚物一般将具有=<1.2的相对粘度,然后引入聚合区。在聚合区中,可以在245-285℃,优选255-275℃的温度和2-10巴,特别是4-6巴的压力下将所获得的熔体缩聚。
在另一种方法中,可以在同时除去其余的水的过程中将所获得的聚酰胺暴露于排料区。适当的排料区例如是挤出机。可以将现在从水中释放(不含水)的熔体造粒。在缩聚之后,可以按任一熟知的后处理,例如,在水造粒(球形和圆柱形碎片)或丝条造粒下处理该熔体。所获得的树脂还可以经受萃取处理,该萃取可以间歇地或连续地进行。可以使用水、C1-C8烷醇如甲醇或乙醇作为萃取剂。水是优选的。在一个优选的方法中,使用在水下造粒将聚酰胺粒化成球形碎片。在离开挤出机之后的相对粘度为1.45-1.55。
经萃取的聚酰胺然后可以经历固相(或固态)聚合(SSP)以便最后调节相对粘度。这可以在真空下或在例如氮气或氩气(优选氮气)的惰性气体下进行。温度可以在一般120-230℃,优选130-210℃的范围内改变,其中140-190℃是特别优选的。
在SSP之后最终的相对粘度为1.55-2.00,优选1.60-1.9,特别是1.65-1.75。在SSP之后,水含量通常小于250ppm。
应该指出,在尼龙6的情况下,端基根据定义是相同值。为了产生高数目的羧基端基,将必须使附加的二羧酸反应到聚合物中,这将提高羧基的数目同时降低氨基端基的数目。
在上述所有情况下,可能优选的是避免造粒步骤和通过将聚酰胺引入其中聚酯被引入另一个区域的间隔粒料的区域中而将该聚酰胺与聚酯结合。这种粒料构造将稍后描述。
组合物中聚酰胺的优选量是1-15份/100份组合物中的聚酯加聚酰胺,优选3-8份/100份组合物中的聚酯加聚酰胺,其中最实用的量为4-7份聚酰胺/100份聚酯加聚酰胺和6-10份聚酰胺/100份聚酯加聚酰胺。单词聚酯和聚酰胺用来表明组合物中可能存在聚酯或聚酰胺的多于一种物质。此外,如下面指出的那样,如果界面张力降低剂是聚酯聚合物链的一部分,则该界面张力降低剂也是聚酯并且在测定组合物中″聚酯″的量的计算中被包括。
还考虑按其中存在高浓度量聚酰胺的母料形式提供材料,稍后用聚酯将该聚酰胺稀释。该母料将包含50-95wt%聚酰胺,其余是聚酯和界面张力降低剂。
适合于本发明的聚酯是由二醇与二羧酸或其相应的酯的反应制成的成膜聚酯。也可以使用多种二醇和二酸的各种共聚物。仅含一种化学成份例如对苯二甲酸乙二醇酯的重复单元的聚酯是均聚物。同一大分子中具有两种或更多种化学上不同的重复单元的聚合物称作共聚物。重复单元的多样性取决于初始聚合反应中存在的不同类型单体的数目。在聚酯的情况下,共聚物包括使一种或多种二醇与二酸或多种二酸反应,并且有时还称为三元共聚物。
术语共聚物是指具有三种或更多单体的任何聚合物。在PET的情况下,均聚物是由对苯二甲酸和乙二醇单体制成的聚对苯二甲酸乙二醇酯。间苯二甲酸、二甘醇、环己烷二甲醇或它们所有的添加使得该PET成为共聚物。
为人熟知的是,二羧酸与乙二醇的聚合对于100摩尔二羧酸还将具有大约1摩尔二甘醇,99摩尔乙二醇。这是因为二甘醇原位形成,并且虽然没有直接装入反应器,但是它通常将存在于聚合物中。应指出,聚对苯二甲酸乙二醇酯的主要重复单元是对苯二甲酸乙二醇酯,如在聚合物链中发现的那样。它是乙二醇与对苯二甲酸或其衍生物(对苯二甲酸的二甲酯,称为对苯二甲酸二甲酯)的反应产物。该命名法对其它邻苯二甲酸酯同样适用。间苯二甲酸乙二醇酯具有衍生自乙二醇的二醇和衍生自间苯二甲酸的间苯二甲酸酯酸结构部分。这种间苯二甲酸酯结构部分可以来自或衍生自间苯二甲酸或间苯二甲酸的二甲酯(间苯二甲酸二甲酯);磺基间苯二甲酸乙二醇酯同样具有衍生自相应的磺基间苯二甲酸或磺基间苯二甲酸的二甲酯(磺基间苯二甲酸二甲酯(DMSI))的磺基间苯二甲酸酯。如下所述,像磺基间苯二甲酸酯的双羟基酯那样,也通常将DMSI添加到反应器中。
适合的二羧酸包括含大约4-大约40个碳原子的那些。具体的二羧酸包括但不限于,对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、环己烷二甲酸、环己烷双乙酸、二苯基-4,4′-二羧酸、1,3-亚苯基二氧基双乙酸、1,2-亚苯基二氧基双乙酸、1,4-亚苯基二氧基双乙酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸等。具体的酯包括,但不限于,邻苯二甲酸酯和萘二羧酸二酯。虽然上述列举主要谈及二羧酸,但是本领域中熟知的是可以由相应的二甲酯制造等效的聚酯。因此,术语衍生自二羧酸包括使用二羧酸的二甲酯制造的聚酯;例如衍生自对苯二甲酸是指对苯二甲酸酯结构部分,不论该聚酯是否使用对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯制造。同样的命名法也适用于其它单体,例如磺酸酯、间苯二甲酸酯、萘二羧酸酯和磺基间苯二甲酸酯。
这些酸或酯可以与优选含大约2-大约24个碳原子的脂族二醇、含大约7-大约24个碳原子的环脂族二醇、含大约6-大约24个碳原子的芳族二醇或含4-24个碳原子的二醇醚起反应。适合的二醇包括但不限于,乙二醇、1,4-丁烯二醇、丙二醇、1,6-己二醇、1,4-环己烷二甲醇、二甘醇、间苯二酚和氢醌。
也可以使用多官能化共聚单体,通常以大约0.01-大约3摩尔%的量使用。适合的共聚单体包括但不限于,偏苯三酸酐、三羟甲基丙烷、均苯四酸二酐(PMDA)和季戊四醇。也可以使用形成聚酯的多元酸或多元醇。聚酯和共聚酯的共混物也可以用于本发明。
羧酸或酯与二醇的酯化或缩聚反应通常在催化剂存在下发生。合适的催化剂包括但不限于氧化锑、三乙酸锑、亚乙基羟乙酸锑(antimonyethylene glycolate)、有机镁、氧化锡、醇钛、二月桂酸二丁基锡和氧化锗。这些催化剂可与锌、锰或镁的乙酸盐或苯甲酸盐联合使用。含有锑的催化剂为优选。
本发明的聚酯也可包含少量的含磷化合物,例如磷酸盐和催化剂例如钴化合物,其倾向于赋予蓝色调。此外,少量其它聚合物例如聚烯烃可以容许在连续基体中。已经发现,虽然钴盐可用来降低颜色形成并由WO 2005/023530A1教导,但是当聚酰胺具有小于0.81的氨基与羧基端基比值并且界面张力降低剂是锂盐(金属磺酸盐),尤其是衍生自锂磺基间苯二甲酸(LiSIPA)的磺基间苯二甲酸锂时,没有必要使用钴盐来降低颜色形成。本领域中已知的备选着色剂也将有效。因此,本发明的组合物可以没有钴。
着色剂添加的另一个替代方案是将稳定剂添加到聚酰胺中。
本发明的聚酯可以通过几乎任何适合于缩聚聚合物的聚合程序制备。聚酯聚合物和共聚物可以通过熔融相聚合制备,该熔融相聚合包括酯化,或单体的二酯的相应酯交换接着熔融相聚合真空。熔融相聚合可以按间歇、连续或半连续方式,乃至其组合来进行。
在熔融相聚合完成后,将聚酯制成形成物例如薄膜或部件或绞合和切割成较小的碎片例如粒料。然后通常将聚酯结晶并进行固相(固态)聚合(SSP)步骤处理以获得为制造某些制品例如瓶子所必要的特性粘度。结晶和聚合可在间歇式系统中在转鼓式干燥器反应器中进行。固相聚合可以在同一个转鼓式干燥器中继续进行,其中聚合物经受高真空处理以提取聚合副产物。
或者,结晶和聚合可以按连续的固态聚合过程实现,藉此聚合物在每一个容器中的预定热处理后从一个容器流至另一个容器。结晶条件与聚合物的结晶和粘性倾向有关。然而,优选的温度为大约100℃-大约150℃。在可结晶聚酯的情况下,固相聚合条件一般比聚合物的熔点低10℃。在不可结晶聚酯的情况下,固相聚合温度比聚合物开始彼此粘贴的温度低10℃。可结晶聚合物的常规的固相聚合温度为大约200℃-大约232℃,更优选大约215℃-大约232℃。本领域技术人员将认识到最佳固相聚合温度是聚合物特异性的并且取决于产物中共聚物的类型和量。然而,最佳固相聚合条件的测定通常在工业中进行并且可以在没有过度实验下容易地完成。
进行固相聚合一段足以将分子量提高到所需水平的时间,这将取决于应用。对于典型的瓶子应用,优选的特性粘度(I.V.)为大约0.65-大约1.0分升/克,由方法部分中描述的方法测定。达到这种I.V.要求的时间为大约8-大约21小时。
一类适合于本发明实践的聚酯是可结晶对苯二甲酸酯或萘二羧酸酯聚酯,定义为其酸单元的多于85摩尔%衍生自对苯二甲酸或2,6萘二羧酸或它们相应的二甲酯的聚酯。普遍接受的是,为了保持聚合物可结晶,共聚单体含量通常保持低于大约15-20摩尔%。
术语可结晶聚酯是指聚酯,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯可以变成半结晶的,经由取向或热诱导的结晶性。没有塑料是完全结晶的并且结晶形态更精确地描述为半结晶的。术语半结晶用来描述这样一种聚合物,即其显示具有尖锐的结晶区面貌和散开的无定形区面貌特征的X射线图案。本领域中熟知的是半结晶应该与纯结晶和无定形状态不同。
一种优选的可结晶聚酯是PET,它是由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物构成的聚酯组,该聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物包括用磺基间苯二甲酸酯的金属盐改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物,该磺基间苯二甲酸酯由磺基间苯二甲酸酯(SIPA)的二酯或二羧酸按酸或它们的二酯与乙二醇的大约1∶1化学计量反应形成。
有意义的具体共聚物是可结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯,它们具有作为酸结构部分的至少一种磺基间苯二甲酸酯和至少一种衍生自共聚单体的其它酸结构部分,所述共聚单体选自间苯二甲酸或二酯、2,6萘二羧酸或其二酯和环己烷二甲醇。优选的磺基间苯二甲酸酯是磺基间苯二甲酸锂,其中基于组合物中聚酯的酸结构部分,磺基间苯二甲酸锂的含量为0.05-2.0摩尔%。虽然大于2.0摩尔%对预期效果没有害处,但是大于2.0摩尔%几乎没有获得附加的改进。
另一种优选的可结晶聚酯是聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)。它可通过例如使1,3-丙二醇与至少一种芳族二酸或其烷基酯反应制备。优选的二酸和烷基酯包括对苯二甲酸(TPA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)。因此,PTT优选包含至少大约80摩尔%TPA或DMT。可在这样的聚酯中共聚合的其它二醇包括例如乙二醇、二甘醇、1,4-环己烷二甲醇和1,4-丁二醇。除了界面张力降低剂例如磺基间苯二甲酸的金属盐之外,可以同时用来制备共聚物的其它芳族和脂族酸包括例如,间苯二甲酸和癸二酸。
用于制备PTT的优选的催化剂包括钛和锆化合物。合适的催化钛化合物包括但不限于,钛烷基化物和它们的衍生物、钛络合盐、钛与羟基羧酸的配合物、二氧化钛-二氧化硅共沉淀物和水合含碱二氧化钛。具体实例包括四-(2-乙基己基)-钛酸酯、四硬脂基钛酸酯、二异丙氧基-双(乙酰丙酮合)-钛、二-正丁氧基-双(三乙醇氨基合)-钛、三丁基单乙酰基钛酸酯、三异丙基单乙酰基钛酸酯、四苯甲酸钛酸酯、碱金属钛草酸盐和丙二酸盐、六氟钛酸钾和钛与酒石酸、柠檬酸或乳酸的配合物。优选的催化钛化合物为钛四丁基化物和钛四异丙基化物。也可使用相应的锆化合物。
另一种优选的可结晶聚酯是聚萘二羧酸乙二醇酯,亦称PEN。它是通过使2,6萘二羧酸或其二酯(萘二羧酸2,6二甲酯)与乙二醇反应制备的。
还认为本发明的热塑性聚合物基体可以包含再循环聚酯或由消耗后或工业后再循环聚酯,例如聚酯单体、催化剂和低聚物获得的材料。
对本发明必不可少的是组合物包含至少一种界面张力降低剂,其降低聚酯和聚酰胺之间的界面张力。为了理解界面张力降低剂的重要性,必须理解界面张力降低剂在聚酯-聚酰胺分散体中发挥的作用。
聚酯-聚酰胺分散体可以称作由分散聚合物和基体相聚合物构成的多相体系。该分散聚合物是不连续相,许多小颗粒散布在整个基体聚合物中。基体聚合物是连续相,其中聚合物不分裂成离散单元,而是彼此不间断地接触。换句话说,通常仅存在一个基体相,但是存在分散聚合物的许多颗粒。因此,技术上,分散组分可以认为许多相,因为每个颗粒是它自己的相。然而,在描述中,每个颗粒具有与其它颗粒相同的平衡性能。对于本发明的目的,术语分散相或分散聚合物是指存在于连续相中的不连续组分的全部离散颗粒。
应该相信,聚酰胺分散到聚酯基体中,从而形成在该聚酯中的离散颗粒。并且,虽然不希望受任何理论束缚,还应相信,聚酯/聚酰胺体系的差的分散归因于这两种聚合物之间存在的高界面张力(IFT)。
对于封闭体系(参见An Introduction to the Principles of SurfaceChemistry,Aveyard,R.and Haydon,D.A.1973),该体系的内能U的微分式描述为
dU=dQ+dW
其中dQ是该体系吸收的热,dW是功变化。然后对于dW分离该关系式,将该方程式简化成dW=-pdV+γdA
其中dV是体积变化,γ是界面张力,dA是界面面积(两种组分之间的界面的面积)变化。在液-液体系,例如以熔融聚酯/聚酰胺的混合物存在,不存在体积变化(dV=0),并且该方程式简化成作为界面张力和界面面积变化的函数的功变化。
dW=γdA
因此,界面张力越低,两种材料之间的接触面积越大。给定量材料的界面接触的较大面积仅通过产生分散到基体材料中的材料的较小颗粒来达到。较大的界面接触面积要求较小的直径,并因此要求更大数目的颗粒。界面张力降低剂的有效性可以直接地通过平均颗粒尺寸确定。平均分散颗粒尺寸越低,界面张力越低并且界面张力降低剂越有效。
这种表面积的增加和相应的域尺寸的减小和随后的域数目的增加认为增加阻隔性,改进美观(降低的雾度)以及当聚酰胺已经被活化与氧气反应时增加除氧能力的量。这种活化通常通过让聚酰胺接触到过渡金属催化剂(通常处于其正价态)来实现。
存在增加表面积的其它方法。它们包括在熔融共混过程中增加剪切的量,改变粘度比,努力使材料交联或接枝。虽然发明人熟悉上述所有技术,但是没有技术已经成功地将该聚合物中至少一种直接改性而降低两种聚合物之间的界面张力。
两种聚合物之间在它们的液态下的界面张力由于所涉及的高温难以测定。一种技术是使用旋转张力计。然而,在没有先进设备的情况下,使用相同量的工作(转矩、螺杆设计、温度)制备两种分离的聚合物分散体(一种是改性的,另一种是未改性的)和比较分散材料的平均颗粒尺寸差异是更容易的。
界面张力降低的即刻效果可以如下看出:降低由拉伸制品中的尼龙域所引起的雾度或将未改性聚酯-聚酰胺分散体的平均聚酰胺颗粒尺寸与改性聚酯-聚酰胺体系进行比较。比较平均域尺寸容易地确定界面张力是否已经降低。应该指出,一些界面张力降低剂本身产生固有的雾度,所以必须小心使用雾度作为界面张力降低剂有效性的指标。如果专业人员使用雾度作为指标,专业人员必须将不同尼龙水平下的雾度与没有尼龙的对照样品的雾度进行比较。
组合物具有有效量的界面张力降低剂是必要的,所述界面张力降低剂单独地存在于该组合物中或反应到聚酯、聚酰胺或两者的聚合物链中。单独的界面张力降低剂和聚酯或聚酰胺的结合物,或用界面张力降低剂改性的聚酯和聚酰胺两者是被考虑的。界面张力降低剂不必是相同的。组合物也是被考虑的。
优选地,界面张力降低剂衍生自已经反应到聚合物链中的共聚单体。作为共聚单体,用至少一个端基将界面张力降低剂官能化,该端基允许该界面张力降低剂与组合物中其它聚合物或聚合物共聚单体中的至少一种反应。
在聚酯的情况下,它们可以是用来产生聚酯离子聚合物的极性共聚单体。在聚酰胺的情况下,界面张力降低剂可以是用来产生聚酰胺离子聚合物的极性共聚单体。这些共聚单体的实例是美国专利号6,500,895(B1)中描述的各种磺酸酯的一价和/或二价盐,该文献的教导在此引入。还包括的是日本专利申请03281246A中发现的以下通式描述的一价和二价金属盐,该文献的教导在此引入。
描述各种金属盐的一种方法是使用术语官能化金属磺酸盐来描述形式R-SO3M的化合物,其中M是金属离子,R是脂族、芳族或环状化合物,该化合物具有至少一个允许该官能化金属盐与聚酯或聚酰胺,或它们相应的单体或低聚物反应的官能团,其中M表示金属离子。包括在本发明中的官能化金属磺酸盐是磺化共聚单体,包括脂族和芳族醇、羧酸、二醇、二羧酸和多官能化醇、羧酸、胺和二胺的锂和钠盐。相反,非官能化金属磺酸盐是R-SO3M的那些,并且R不具有官能团。术语金属磺酸盐因此同时指官能化和非官能化金属磺酸盐。实例是已知在聚酯-聚酰胺体系中充当界面张力降低剂的磺化聚苯乙烯或聚烯烃。
一般而言,界面张力降低剂以形式X-R的官能化形式存在,其中X是醇、羧酸或环氧基,最优选二羧酸或二醇,R是-SO3M、-COOM、-OM、-PO3(M)2,其中M是+1或+2价态的金属,它们可以选自Li、Na、Zn、Sn、K和Ca,并且将X-R共聚合到聚酯聚合物中以改进界面张力。所需要的X-R的量相对于聚合物组合物中各种二羧酸或二醇的摩尔总数超过0.01摩尔%。X-R既包括二醇又包括二羧酸是可能的。在那种情况下,摩尔%基于各种二醇、二羧酸或聚合物重复单元的总摩尔数。官能化界面张力降低剂可以包含2个或更多个R基团。R与X的芳族环直接地结合,它可能是二醇、二羧酸或侧链例如亚甲基。以下结构是一个实例,
Figure S200680049225XD00191
其中R是-SO3M、-COOM、-OM、-PO3(M)2,其中M表示+1或+2价态的金属,它们选自Li、Na、Zn、Sn、Ca和K。当R是-SO3M时,该化合物称为磺酸盐、有机磺酸盐、或更具体地,磺基间苯二甲酸。如果这一实体是界面张力降低剂,则聚酯将包含衍生自磺基间苯二甲酸的金属盐的酸单元,其中该金属可以选自锂、钠、锌、锡、钙和钾。
由X表示的二羧酸可以各自是邻、间或对二羧酸。它们包括例如芳族二羧酸例如对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘二羧酸、二苯醚二羧酸、二苯基-4,4-二羧酸等。
X还可以是脂族的。在那种场合下,脂族二羧酸例如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸等是适合的。可以使用环脂族二羧酸例如环己烷二羧酸和它们中的一种或多种物质。还包括的是羟乙磺酸。还特别考虑二羧酸的混合物。
X还可以表示醇,优选以下结构的二醇:
Figure S200680049225XD00192
其中R是-SO3M、-COOM、-OM、-PO3(M)2,其中M是+1或+2价态的金属,它们可其中选自Li、Na、Zn、Sn、Ca和K。
由X表示的二醇还可以是脂族二醇例如乙二醇、1,3丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,9-壬二醇、二甘醇、丙二醇和环脂族二醇例如环己烷二醇、环己烷二甲醇并且可以结合地使用一种或多种物质。在它们之中,乙二醇、二甘醇和环己二醇是优选的。
可以用来降低界面张力的其它官能化界面张力降低剂包括羟基封端的聚醚,例如聚乙二醇(Carbowax)和环酰胺例如乙氧基化二甲基乙内酰脲。此外,聚酯可以与环氧基封端的化合物,包括环氧基封端的聚醚起反应以产生与该聚合物连接的聚醚侧链。
虽然许多金属适用并且现有技术教导双金属是优选的,但是出人意料地发现锂(单价金属)效果比钠好得多。事实上,锂盐产生平均域小于早先测量的水平的分散体。如下所述,不含钴化合物的磺基间苯二甲酸锂具有比在如WO 2005/023530A1所述的钴盐存在下与相同量的MXD6共混的磺基间苯二甲酸钠更好的颜色,该文献的教导在此引入。因此,没有钴的组合物是所要求的组合物、制品和方法的一个实施方案。如本说明书的试验结果证实的那样,当将包含该组合物的制品拉伸时,在锂盐存在下分散在聚酯基体中的聚酰胺域不会拉伸得像聚酯基体那样多。这意味着在拉伸制品中,存在显著更少的具有落入可见光范围(大约400nm-700nm)内的直径的域。
Figure S200680049225XD00201
锂磺基间苯二甲酸(LiSIPA)或磺酸锂盐改性的间苯二甲酸。
在该盐形式中,二羧酸、二酯或预反应的低分子量低聚物例如磺基间苯二甲酸锂的双羟乙基酯是优选的。界面张力降低剂(在这种情况下,磺酸锂)还以二醇形式存在也是可能的。可能的备选物是在侧挂链末端具有磺酸盐基团的乙二醇。甚至提出了将该磺酸盐设置在聚酯分子的末端。这可以如下实现:在熔融反应器或在挤出机中使聚酯与苯甲酸或其它一官能化物质例如羟乙磺酸的磺化盐反应或共聚合。
为了反应到任一聚合物中(亦称与其共聚合),改性剂必须具有至少一个官能团。这些官能团的实例是羧酸(-COOH)、醇(-OH)、羧酸的酯、环氧基端、二胺或胺端基。
因为高I.V.聚酯将具有两个官能化端基,所以当与不包含金属磺酸盐的聚酰胺和聚酯共混时,在骨架中包含金属磺酸盐的高I.V.聚酯是界面降低剂。如果高I.V.聚酯的两个端被封端,则它将认为是非官能化界面张力降低剂。
非官能化界面张力降低剂是包含极性基团尤其是锂盐,但是不具有任何允许该界面张力降低剂与聚酯或聚酰胺反应的官能化端基的那些化合物。磺化聚苯乙烯的锂盐是一个实例。在三组分体系中,界面张力降低剂的摩尔%是基于聚酯的所有酸基的摩尔%。
如下面教导的那样,聚合物优选用界面张力降低剂改性。这种改性通过将界面张力降低剂共聚合到聚合物链中来完成。
组合物可以包含以双组分形式存在的关键元素。除了这两种关键组分之外,其它化合物当然也可以存在于该组合物中。在该双组分形式的一个实施方案中,界面张力降低剂与聚酯聚合物共聚合而使该聚酯成为聚酯和界面张力降低剂。因此,单个聚酯分子包含本发明的两种元素,聚酯和界面张力降低剂。聚酰胺可能没有界面张力降低剂。或者,界面张力降低剂也可以结合到聚酰胺中。在该双组分形式的另一个实施方案中,界面张力降低剂与聚酰胺聚合物共聚合而使该聚酰胺成为聚酰胺和界面张力降低剂。因此,单个聚酰胺分子包含本发明的两种元素,聚酰胺和界面张力降低剂。聚酯可能没有界面张力降低剂。或者,界面张力降低剂也可以结合到聚酯中。
组合物的关键元素也可以作为多于两种组分存在。同样,除了该关键组分之外,其它化合物当然也可以存在于组合物中。例如,一个实施方案是其中不含与聚合物共聚合的界面张力降低剂的聚酯,其中含与聚合物共聚合的界面张力降低剂的聚酯,和其中不含与聚酰胺共聚合的界面张力降低剂的聚酰胺。另一个实施方案是其中不含与聚合物共聚合的界面张力降低剂的聚酯,其中含与聚合物共聚合的界面张力降低剂的聚酯,和其中含与聚酰胺共聚合的界面张力降低剂的聚酰胺。另一个实施方案是其中含与聚合物共聚合的界面张力降低剂的聚酯,其中含与聚合物共聚合的界面张力降低剂的聚酯,其中含与聚酰胺共聚合的界面张力降低剂的聚酰胺和其中不含与聚酰胺共聚合的界面张力降低剂的聚酰胺。如可以通过所述实施方案看出的那样,界面张力降低剂可以是第三组分,例如磺化聚苯乙烯、聚酯或聚酰胺;可以与聚酯和/或聚酰胺共聚合。
对于数均分子量Mn小于或等于12,000(R.V.小于或等于1.84)的低分子量聚酰胺,优选仅一部分界面张力降低剂与聚酰胺聚合物共聚合。也就是说,当聚酰胺聚合物的分子量小于或等于12,000或相对粘度小于1.84时,至少一部分界面张力降低剂不与聚酰胺聚合物共聚合。更具体地,当聚酰胺聚合物的分子量小于或等于12,000或相对粘度小于1.84时,衍生自锂或钠磺基间苯二甲酸的至少一些结构部分不能与聚酰胺聚合物共聚合。不与聚酰胺共聚合的结构部分优选与聚酯共聚合。
虽然通常对界面张力降低剂的量没有上限,但是需要用来降低界面张力的界面张力降低剂的水平相对于组合物中各种酸或二醇结构部分的总摩尔数为0.01摩尔%-15摩尔%。例如,典型的均聚物聚酯具有100摩尔%衍生自对苯二甲酸的对苯二甲酸酯和将近100摩尔%衍生自乙二醇的亚乙基,其中其余的二醇是衍生自二甘醇的二亚乙基,该二甘醇是在制造过程中原位衍生的。100摩尔含5摩尔%离子二羧酸共聚单体,例如锂磺基间苯二甲酸的聚合物将包含95摩尔衍生自对苯二甲酸的对苯二甲酸酯,5摩尔磺基间苯二甲酸锂和大约100摩尔衍生自乙二醇的亚乙基。类似地,可能有利使用另一种共聚单体例如间苯二甲酸。例如,如果可能用2摩尔间苯二甲酸酯取代2摩尔对苯二甲酸酯并且产生含2摩尔间苯二甲酸酯,93摩尔对苯二甲酸酯,5摩尔磺基间苯二甲酸酯和大约100摩尔亚乙基的聚合物以制备100摩尔聚合物重复单元。
在三组分共混物体系中,酸的摩尔是改性聚合物中的酸的摩尔加上相容性未改性聚合物中的酸的摩尔。例如,如果存在两种聚酯,则一种包含磺基间苯二甲酸酯,另一种不含,磺基间苯二甲酸酯的摩尔%将是磺基间苯二甲酸酯的摩尔除以该两种聚酯的酸结构部分的总摩尔。
还熟知的是,二甘醇在聚酯的制造中原位形成并且二醇衍生的重复单元的总摩尔的大约1-3%将是衍生自二甘醇的二亚乙基。因此,聚酯组合物通常是97摩尔%亚乙基和3摩尔%二亚乙基。
界面张力降低剂的量根据经验确定。通常,需要少量并且接近临界量,超过该临界量,附加量没有影响。在表面科学领域中,这种量称为临界胶束浓度(CMC)。如实施例所示,少量磺化材料具有重要的影响,但是在某种量下(在衍生自锂磺基间苯二甲酸的磺基间苯二甲酸锂的情况下,酸结构部分的大约0.4或0.7摩尔%),通过增加界面张力降低剂的量发现效能没有增加。大于CMC的水平将与CMC的功能等效,因为它与降低聚酯-聚酰胺的界面张力相配。与其它盐不同,锂盐在大约0.3-1.0摩尔/100摩尔聚合物重复单元下尤其显示最佳水平。这也可以表示为0.4-1.0摩尔%与锂盐连接的酸或二醇结构部分。
衍生自金属磺基间苯二甲酸的金属磺基间苯二甲酸盐的典型水平为大约0.01-大约15摩尔%,其中大约0.05-大约10摩尔%的范围是更优选的,其中大约0.1-5摩尔%的范围也是优选的,其中大约0.2-大约4摩尔%和大约0.4-大约2摩尔%的范围也是好的操作范围。磺酸盐界面张力降低剂的量通过测量聚合物和金属中的硫的量来测定。对于属于间苯二甲酸盐类别的磺酸盐,它们可以描述为衍生自金属磺基间苯二甲酸或二醇的金属磺基间苯二甲酸盐,其中该金属选自锂、钠、钾、钙、锌和锰。
经用于本发明的界面张力降低剂改性的聚酯可以通过聚合程序制备。常规的技术可以分成酯、酸和改性方法。在酯方法中,羧酸的二甲酯与二醇在热存在下起反应并除去甲醇,而产生所述酸的双羟乙基酯。然后如下使该双羟乙基酯以其液态聚合:让该材料经受真空和加热以除去二醇并增加分子量。含界面张力降低剂的目标聚合物的典型方法将从这些比例开始:98摩尔对苯二甲酸二甲酯,2摩尔磺基间苯二甲酸酯的二甲基钠盐和220摩尔二醇,通常是乙二醇。在该220摩尔二醇中,120摩尔是在加工期间除去的过量。应该指出的是,有可能获得呈其双(羟乙基)或二甲基酯形式的磺化共聚单体。
为了清楚,术语“与至少X%具体的酸共聚合”是指该化合物认为是聚合物的酸基的一部分,例如对苯二甲酸或间苯二甲酸。它提供确定使用多少摩尔化合物的基准。该术语不意味着该化合物必须作为酸添加到工艺中。例如,锂磺基间苯二甲酸可能作为以下物质共聚合到聚对苯二甲酸乙二醇酯中:含两个羧基端基的酸,羧酸的二甲酯,该二甲酯的双羟基酯,其中酸结构部分至少部分是磺基间苯二甲酸盐的二醇酸聚合物的极低分子量低聚物,或二醇。
术语″酸的共聚合盐″不应该限制该要求权到仅使用酸形式,但是应该认为是指该化合物是聚合物中该酸衍生的基团之一。
术语″与…共聚合″是指化合物已经与聚合物起化学反应,例如以聚合物链形式或作为侧基。例如,与磺基间苯二甲酸锂共聚合的聚酯,或通过将至少0.01摩尔%磺基间苯二甲酸酯共聚合到聚酯中而改性的聚酯是指采用至少一个化学键将磺基间苯二甲酸酯与聚合物键接,包括键接到聚合物链中。该术语与如何将材料结合到聚合物中无关。与磺基间苯二甲酸锂共聚合的聚酯,或通过将至少0.01摩尔%磺基间苯二甲酸酯共聚合到聚酯中而改性的聚酯是指含磺基间苯二甲酸锂的聚酯,与使用但不限于锂磺基间苯二甲酸、锂磺基苯酸、锂磺基间苯二甲酸的二甲酯、锂磺基苯酸的甲基酯、磺基间苯二甲酸锂的二醇、锂磺基羟基苯、羟基苯磺酸的锂盐或含磺基间苯二甲酸锂的低聚物或聚合物将磺基间苯二甲酸锂引入无关。
虽然前一段使用锂作为实例,但是钠及其它金属盐也是一样。应该指出的是,本说明书中参照锂不应该将权利要求限制仅是锂盐。虽然锂是优选的金属,但是已经采用实施例中举例说明的其它金属有效地证实了在规定的氨基与羧基(羧酸)端基比内使用聚酰胺。
术语″和(及)衍生物″和″和(及)其衍生物″是指可以共聚合到聚合物中的界面降低剂的各种官能化形式。例如,磺基间苯二甲酸锂″和(及)其衍生物″总体上是指且不限于锂磺基间苯二甲酸、锂磺基间苯二甲酸的二甲酯、锂磺基间苯二甲酸的双羟乙基酯、磺基间苯二甲酸锂的二醇、聚合物链中含磺基间苯二甲酸锂的低分子量低聚物,和高I.V.聚合物。
相同的命名法适用于含界面张力降低剂的二醇或醇。
在酸法中,起始原料是二羧酸,其中水是主要副产物。典型的酸法中的装料比是98摩尔对苯二甲酸、2摩尔磺基间苯二甲酸的金属盐(例如锂磺基间苯二甲酸-LiSIPA)和120摩尔二醇,通常是乙二醇。在二醇与酸的反应后,让材料经受与酯方法相同的聚合工艺条件处理。在实践中,许多盐降解并且因此如实施例所述作为预反应的双羟基酯形式加入。
改进方法是任一方法的变体;在某些步骤将中间产物结合。例如,酸法可以仅与对苯二甲酸一起使用以制备其低分子量中间体并且酯方法用来制备均聚物磺化聚酯的双羟乙基酯。然后将这两种中间体结合并聚合成更无规的共聚物。另一种变体是将完成的改进聚合物添加到熔融反应器中并让该熔融方法使该改性聚合物解聚然后形成无规共聚物。虽然PET、PET离子聚合物和聚酰胺的三组分体系还没有被发现如双组分体系(PET离子聚合物、聚酰胺)的更无规共聚物那样有效,但是该三组分体系认为是本发明的一部分。
制造改性聚合物的另一种技术是让改性聚酯与大量界面张力降低结构部分完全酯交换到未改性聚酯中以产生更嵌段的共聚物。这可以使用其它技术例如长的停留时间和/或高温度的挤出进行。
引入类似共聚单体的其它方法列于美国专利号3,936,389、3,899,470、5,178,950和美国法定发明登记H1760中,所有这些的教导在此引入。
在制备组合物过程中,通过任何已知的技术将聚酯、聚酰胺和界面张力降低剂熔融共混然后模塑,成型或铸成制品。熔融共混包括将单独的材料加热以致至少聚酯和聚酰胺是液体和将该液体暴露到剪切应力下。这可以在挤出机或加热容器中进行并且可以连续地或以间歇操作进行。如果不将界面张力降低剂键接到聚酰胺或聚酯中,则该温度应该还足以使它液化。实际的共混可能在搅拌容器或挤出机例如注射模塑机中进行。在将材料熔融共混后,将它成形为制品。
制品的实例是薄膜、纤维、粒料、预成型件和注塑形材。通常,将这些制品进一步处理以制造不同的制品例如瓶子、容器、盘子或拉伸薄膜。在一些情形下,将组合物作为层引入制品中并且变成最终制备的制品中的层。
为了制造制品,将让熔融共混物穿过喷嘴或模口。在薄膜或片材的情况下,让共混的组合物挤过模口并通常挤到辊子上。在预成型件或注塑部件的情况下,将熔融共混的组合物挤进模具并取得该模具的形状。在粒料的情况下,将熔融共混的组合物挤过孔,制备切割的丝条。在纤维的情况下,将丝条保持未切割并卷绕到线轴上。
因为聚酰胺和聚酯都是吸水性的,所以优选在熔融共混之前将它们两者干燥。一般而言,当熔融共混时,任一材料不应含有超过250ppm水。然而,在干燥之前从材料中除去的最终水分量由专业人员决定。因此,为了本说明书的目的,动词干燥,或以干燥,或干燥的或干燥步骤是指当聚合物低于其熔点时从该聚合物中除去水分。干燥不是除去与聚合物接触的水分,例如在造粒期间的表面水分。干燥不是将水分除去到等于或低于规定水平。它仅是在熔点之下除去水分。干燥最有效地如下进行:在除湿空气或惰性气体例如氮气存在下将通常呈粒料形式的聚合物暴露到高温下,但是小于该聚合物的熔点。
一种技术是将与聚酰胺分别地将聚酯和/或聚酯与界面张力降低剂干燥然后在同一个挤出机中将组分熔融共混。另一种表述是在没有任何聚酰胺的情况下干燥聚酯,或在没有聚酰胺的容器中干燥聚酯。虽然可能容许一些聚酰胺与聚酯,但是该水平不应该超过干燥容器中聚合物的1wt%。因此,可能在基本上没有任何聚酰胺的容器中干燥聚酯,其中基本上没有是指容器内容物中小于1wt%聚酰胺。这种类型的干燥可能在同一个容器中仅在不同时期进行;或该干燥可能在两个独立的容器中进行。甚至可能在一个位置干燥材料,在防湿容器中包装该材料和在不同位置使用该材料。这通常称为预干燥并且是所考虑的干燥技术。
可以仅干燥聚酯或仅干燥聚酰胺。
WO 2005/110694 A1揭示了干燥聚酰胺和聚酯的最有效的方法并且在同一个容器中一起进行。然而,在聚酰胺存在下同时干燥聚酯引起颜色形成。WO 2005/110694 A1(其教导整体引入)揭示了使用和制备具有至少两个区域的间隔粒料,其中第一区域包含聚酯,第二区域包含聚酰胺以使在干燥期间的颜色形成最小化。图5至8举例说明间隔粒料的不同实施方案。
在三组分体系中,将如下使用间隔构造:将聚酯放置在一个间隔室中,优选如图5中的数字2和图6中的数字22所示的鞘,将聚酰胺放置在另一个间隔室中,优选如图5中的数字1和图6中的数字21所示的芯,其中界面张力降低剂存在于任一间隔室中。当将间隔粒料熔融挤出时,然后将组分共混以制备组合物。应该指出,聚酯和聚酰胺的完全分离对于间隔构造是不重要的。
作为间隔粒料,间隔室的体积必须为粒料总体积的至少0.001%。实际上,更优选0.01体积%,最优选至少0.1体积%。间隔区(芯)相对于整个粒料的体积百分率是芯半径的平方与粒料圆柱体部分半径平方的比例。
一个优选的实施方案是芯-鞘设计,其中芯包含间苯二甲基己二酰二胺聚酰胺(MXD6),并且鞘包含聚酯,特别是具有0.4-1.2dl/g特性粘度(I.V.)的可结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯。
将组分熔融共混的优选方法包括将间隔粒料干燥,其中该粒料具有第一间隔室和第二间隔室,其中该粒料的第一间隔室包含聚酯,第二间隔室包含聚酰胺。界面张力降低剂,优选金属磺酸盐例如磺酸锂、磺基间苯二甲酸锂或磺基间苯二甲酸钠可以存在于任一间隔室,不同的间隔室或者可以在熔融挤出期间单独地添加界面张力降低剂。
如果将界面张力降低剂结合到聚酯分子的骨架中或与该聚酯分子共聚合,则该界面张力降低剂将存在于含聚酯的间隔室中的间隔粒料中,因为该聚酯是界面张力降低剂结合到其骨架中的聚酯。或者,间隔粒料可以在鞘中包含聚酯并且在芯中包含聚酰胺,其中界面张力降低剂按独立的形式存在。在两粒料体系的情况下,可以在独立的容器中或在与间隔粒料相同的容器中干燥包含界面张力降低剂的粒料。
在干燥粒料之后,将聚酯、聚酰胺和界面张力降低剂熔融共混然后模塑,成型或铸成制品。熔融共混包括将独立的材料加热以致聚酯、聚酰胺和如果没有键接到聚合物中的界面张力降低剂大于它们各自的熔融温度,然后在剪切力下(例如存在于挤出机中)将它们混合在一起。实际的共混可能在搅拌容器或挤出机例如注射模塑机中进行。在将材料熔融共混后,将它成形为早先论述的制品中的一种。
与界面张力剂何时引入组合物无关,模制品通常不混浊。然而,一旦将制品拉伸成另一种制品,通常是容器侧壁,球形域就会伸长,变成椭圆形,并且该椭圆的至少一个直径将变得足够大而干扰可见光。数学上表示,椭圆的直径之一将大于大约400nm但是小于大约720nm;对应于可见光的波长范围。
本发明涉及的容器侧壁和容器壁也指容器的盖子、底部和顶部,和可以包裹制品的薄膜例如肉(meat)包裹。容器壁可以是完全拉伸的或具有拉伸和未拉伸的部分。例如,再加热吹塑或注射拉伸吹塑瓶子是在壁的中部具有高度拉伸部分的容器,其中该壁具有顺序降低的拉伸直到该壁在颈和螺纹区域是未拉伸的。为了清楚起见,螺纹、颈和施加盖子的密封部分认为是容器壁的一部分。在再加热吹塑瓶子中,螺纹和颈区域通常是未拉伸的。预成型件或型坯也是具有至少一个壁的容器。虽然是中间产品,但是预成型件能够容纳包装的内容物。
当将模制品、薄膜或纤维加热或冷却到组合物的伸长温度时,进行拉伸。伸长温度是制品可以拉伸的温度并且通常在制品的玻璃化转变温度之下10℃和其熔点之下10℃的范围内。然后通常将制品约束在至少一个点并施加使该制品拉伸或伸长的力。可以按一个或两个,或在泡沫或瓶子的情况下,按三个方向拉扯或拉伸该制品。纤维或单轴弹性薄膜是单轴拉伸的实例。沿其长度方向拉扯被拉伸的纤维以增强强度。将薄膜放入称作拉幅机的机器中,该拉幅机具有一连串逐渐加快运动的齿轮,从而在每个齿轮或其它连接机构之间将薄膜拉伸。
在瓶子、双轴取向膜或吹塑薄膜的情况下,按至少两个方向拉伸制品。在吹塑瓶子或再加热吹塑或再加热拉伸吹塑瓶子的情况下,将预成型件稳定地保持在螺纹处并将压力例如压缩空气引入制品(亦称预成型件或型坯)。该压缩空气于是使制品膨胀而呈现包围该制品的吹模的形状。取决于制品和模具的设计,制品将在两个方向上具有不同程度的拉伸。
在薄膜中,存在同时在纵向和横向上将制品拉伸的一些技术。然而,在工业实践中,更通常的是首先单向拉伸薄膜,然后在另一个方向上拉伸。
该拉伸制品中,该组合物特别适用。通过降低界面张力以致分散聚合物的域直径极小,可以将制品拉伸到较高水平,并且仍然维持降低的混浊外观,因为大多数拉伸颗粒仍小于400nm或光波长。
拉伸(亦称牵伸)的量称作拉伸比或拉伸面积。在单轴拉伸的情况下,该比例是拉伸制品的长度除以未拉伸制品的长度,其中两种长度都沿拉伸方向测量。拉伸到8cm的2cm试样将具有4的拉伸比。
对于双轴拉伸制品,该比例通常描述为方向一的拉伸比乘以方向二的拉伸比,其中方向一垂直于方向二。因此,在一个方向拉伸3倍并且在另一个方向(与第一方向垂直)拉伸3倍的制品具有3×3或9的拉伸比。然而,在一个方向的拉伸比为2在垂直方向的拉伸比为4.5的制品也具有9的拉伸比。
测量拉伸比、牵伸比或缩小比的另一种技术是将圆圈描或划到制品平面上,测量该圆圈的面积,拉伸该制品,然后测量由旧圆圈的扩大圆周限制的新面积。拉伸比则是新拉伸圆圈的面积除以未拉伸旧圆圈的面积。该拉伸比也可以通过使用相应直径或相应半径的比例测定。
在三维拉伸的情况下,可以使用球体的体积或面积变化测定拉伸比。
与用来测量拉伸比的技术无关,将模制品拉伸也引起分散组分伸展。即使分散组分不伸展,围绕该分散组分的域将伸长。如果域(不论它是否完全充满分散材料)的伸长度大于大约400nm但是小于大约720nm,则该拉伸制品将具有增加的Hunter雾度值,其中雾度是与透射方向背离至少2.5度的光的量的量度。
如果足够颗粒具有400-720纳米的直径,则雾度将可被人眼察觉。如下面论述,颗粒尺寸分布的标准偏差也变得重要。
因此重要的是分散颗粒的直径足够小以致当拉伸时,分散颗粒的最长尺寸和包围该颗粒的域小于400nm。对于在一个方向拉伸3且在另一个方向拉伸3的制品,未拉伸制品中的最大颗粒尺寸应该是400nm除以3,或133nm。对于拉伸2×4.5的制品,颗粒尺寸应该小于或等于400除以4.5,或89nm。未拉伸基体相中的分散颗粒的目标平均直径则可能容易地表示为400除以拉伸的最长尺寸。例如,如果最终拉伸尺寸是7×2,则目标将是改变界面张力以致未拉伸制品中的平均粒径将是400除以7,或57nm。不但平均直径低于某种尺寸是重要的,而且分布窄到足以减少在拉伸后将存在于400-700nm之间的分散颗粒数目也是重要的。目标是使可见光谱区中的域的数目最小化,因此减小平均域尺寸是重要的,而是减小宽的分布也是重要的。
因为颗粒以分布存在,所以使用平均粒径。给定拉伸比的范围,则未拉伸容器中的分散颗粒的平均直径应该小于125nm,更优选小于100nm,甚至更优选小于80nm。对于待拉伸成高拉伸、高强度材料的制品,应该使用小于90nm的平均粒径,其中小于70nm的颗粒尺寸是优选的,颗粒尺寸小于60nm甚至是更优选的,其中更好的外观发生在平均粒径小于50nm。在拉伸瓶子中不是需要所有颗粒低于400nm,只要瓶子具有低或可接受的雾度。然而,目标是让尽可能多的域小于400nm。
当将可结晶聚酯、低氨基与羧基端基比值的聚酰胺和磺基间苯二甲酸锂界面张力降低剂的组合物拉伸时,聚酰胺域伸展得远比该制品的伸展小。
本发明容器的壁的厚度可以为0.01mm(在薄膜的情况下)到通常小于6.5mm的预成型件的厚度。在瓶子的情况下,拉伸壁通常具有0.2-0.9mm的厚度。容器壁还可以由不同厚度的层构成,层的厚度通常在0.02和0.2mm之间。单层(其是容器的优选的壁)由一个层构成。聚酯-聚酰胺分散体的单层将由一个层构成。这不意味着单层不能具有包裹它的标记。它仍将是单层瓶子。相反,多层瓶子将包含组合物的至少一个层。
此时分散体的分析显示聚酰胺分散到聚酯基体相中。存在许多分析分散体特性的技术。然而,制品上的测量位置是关键的。未拉伸制品中的分散体特性(包括分散聚酰胺的域尺寸)可以在拉伸制品的未拉伸区域中测量。未拉伸区域可以存在于壁的未拉伸区域中,例如螺纹、颈和某些密封面或它可以在拉伸之前对制品进行测量。在拉伸制品之前测量制品中分散颗粒的尺寸产生与在拉伸后测量的未拉伸部分中的尺寸相同的值。因此,如果拉伸壁不具有未拉伸部分,则将使用在拉伸之前分散颗粒的尺寸。在许多情况下,实施例中的测量是在拉伸之前对预成型件或型坯进行的。
测量壁的拉伸段中的域是不言而喻的并且通常在最高拉伸的区域内进行,因为该区域很可能具有最大数目的在可见光区域中的域。
在SEM技术中,用冷甲酸处理断裂试样以从PET中除去聚酰胺并对该样品进行扫描电子显微术(SEM)。基于对比,其中聚酰胺曾经存在的域可以容易地测定和测量(见图1和3)。图1和3证实了基体之间的对比。可以手工或通过计算机技术测量域。
因为模塑样品是未拉伸的,所以颗粒作为球体存在。可以人工或采用各种计算机程序分析SEM照片。然后可以容易地由该照片计算平均颗粒尺寸。平均值将如下测定:将照片中的所有颗粒的直径相加并除以照片中颗粒的数目。
类似地,如图2和4所示的分布分析可以通过绘制与给定直径对应的颗粒的数目的直方图来进行。也可以将数据归一化以作出颗粒密度函数。这种归一化将如下完成:取得所观察的单位面积的颗粒数目然后乘以或除以使结果归一化所希望的因子。
例如,如果想要将250个颗粒/100平方纳米的观察结果归一化到1000平方纳米的颗粒数目,将用250乘以10,这是1000平方纳米除100平方纳米的因子。
定义为在同一方向上的域拉伸比除以聚酯拉伸比的拉伸的百分率可以如下测定。
域拉伸比是在拉伸后在测量方向上的域的平均长度除以在拉伸之前域的平均长度。因为未拉伸域是球形的,所以可以使用任何半径或方向。
对于一些容器,测量拉伸轴线上的域直径不是重要的,因为另一个轴线上的拉伸产生同样的结果。在瓶子侧壁中,可以对与壁边缘平行的域,或与视线垂直的域进行分析。最大拉伸在环或外径向上是很可能的。应指出,如果分析观察与视线垂直,与轴向平行的域,则将获得同样的测量值。这是因为域的最大部分在两个视角是相同的。只是在分析与视线垂直但是与环方向平行进行时,最大域直径才是不同的。
聚酯或基体拉伸比是在其中测量域的近似区域中一致拉伸的基体的量变化。测量用于拉伸计算的百分率的拉伸比的最容易方法是在具有已知长度的制品上设置直线。大概沿该直线的方向拉伸制品,然后测量新的长度。聚酯拉伸比是拉伸直线的长度除以未拉伸直线的长度。
然后百分率拉伸是域拉伸比除以基体或聚酯拉伸比。如系列9所示,常规的间苯二甲酸钠界面张力降低剂的拉伸的百分率是91,而使用锂盐的拉伸的百分率是71。
热塑性制品的颜色和亮度可以视觉上观察,并且也可以通过HunterLab ColorQuest光谱分析仪定量地测定。这一仪器使用颜色和亮度的1976CIE,a*,b*和L*标志。a*坐标限定色轴,其中正值朝向色谱的红端,负值朝向绿端。b*坐标限定第二色轴,其中正值朝向可见光谱的黄端,负值朝向可见光谱的蓝端。
较高的L*值表明材料的提高的亮度。
基于上面的论述,优选的组合物是与聚酰胺聚合物优选MXD6或尼龙6共混的用磺基间苯二甲酸锂改性的聚酯,尤其是可结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯或其共聚物,该聚酰胺聚合物具有小于0.06的氨基与羧基端基比值和大约1.695的相对粘度。
另一个优选的实施方案是可结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯或其共聚物,氨基与羧基端基比值小于0.06且相对粘度为大约1.695的聚酰胺(尤其是MXD6或尼龙-6)和单独的界面张力降低剂的共混物。此种单独的界面张力降低剂可能是磺化聚苯乙烯的金属盐或磺化聚酯的金属盐。
优选的制品是容器的单层拉伸壁。这种壁可以由预成型件拉伸,具有封闭端的中空管子或挤出吹塑方法,其中将该组合物挤出成连续管子和包围该管子的模具,挤压一端被封闭的管子。然后将空气注入另一个端中,从而使该管子以容器形状的膨胀。
拉伸壁的雾度是关键属性。拉伸壁中的任何点的Hunter雾度都不应超过某种优选的雾度(表示为Hunter雾度%,或%Hunter雾度/毫米壁厚)。优选地,壁应该具有小于20%Hunter雾度/毫米,其中甚至更优选小于16%Hunter雾度/毫米,其中甚至更优选小于14%Hunter雾度/毫米,其中甚至更优选小于12%Hunter雾度/毫米,其中甚至更优选小于10%Hunter雾度/毫米,其中甚至更优选小于9%Hunter雾度/毫米,最优选小于8.5%Hunter雾度/毫米。
实验
以下实施例说明本发明的功能。在实施例1至3中,将100克具有表I提供的端基和分子量的聚酰胺粒料单独地干燥并与1900克具有表I所示特性的可结晶聚酯熔融共混。应指出,实施例2和3中的可结晶聚酯以所示摩尔%包含聚合到聚合物骨架中的界面张力降低剂。实施例2A和2B是可以从E.I.Dupont Nemours,USA获得的Crystar 3919/089。用于实施例3A和3B的具有共聚合到骨架中的界面降低剂(磺基间苯二甲酸锂)的可结晶聚酯按以下方式制备。
如下制造包含各种量磺酸锂的可结晶聚酯,该磺酸锂呈衍生自锂磺基间苯二甲酸(LiSIPA)的间苯二甲酸锂形式:将7567g对苯二甲酸、157g间苯二甲酸和2974g乙二醇放入得自早先批料的预反应低聚物的容器中。将该内容物保持在3.38巴压力和262℃下。在35分钟后,将45.4g乙酸锂在乙二醇中的1wt%锂混合物和18.1g磷酸稀释在乙二醇中的1wt%磷混合物加入该反应器。在3.38巴下,在搅拌下在271℃的油温度下将该内容物保持在该容器中3小时,内容物温度从248℃增加到263℃。在此期间,从该容器除去水。
在反应3小时后,将一部分内容物转移至第二容器。剩余在第一容器中的量大致等于该容器中的首先加入原材料时的量。一旦在第二容器中,就将146g 5%锂磺基间苯二甲酸的双羟乙基酯-95%乙二醇溶液和1044g乙二醇添加到从第一容器转移至第二容器的材料中。在大气压和244℃下搅拌第二容器的内容物。在30分钟后,再将146g锂磺基间苯二甲酸的双羟基酯、1044g乙二醇添加到第二容器中。在30分钟的混合后,将38.6g乙酸钴和乙二醇的0.47wt%钴混合物添加到第二容器中。在3分钟的混合后,将206g氧化锑在乙二醇中的1wt%锑混合物添加到该容器中。在45分钟后,将压力降低到100托,并且在另外26分钟后,将压力降低到1.0托。40分钟后,压力是0.2托并保持20分钟,然后将成分排出并将该材料造粒。
将该无定形材料与数种其它类似制备的批料结合然后在间歇旋转真空容器中在0.1mmHg和232℃下固相聚合直到达到0.802I.V.(dl/gm)。对于所得的摩尔百分率,改变磺基间苯二甲酸锂的量。表中报道的磺基间苯二甲酸锂的量基于使用X-RAY测量聚合物中硫的量并且不基于所加的量.
实施例1A和1B是说明在不使用界面张力降低剂的情况下降低氨基与羧基端基比值的不利影响的对比实施例。1A和1B显示随着氨基与羧基端基比值减小,雾度显著地增加。即使在该较低的比值下还降低聚酰胺的分子量,情况仍如此。存在界面张力降低剂的反向影响通过比较实施例2A与2B和比较3A与3B证实,它们都表明不管金属类型如何,当降低氨基比羧基端基时,雾度降低。Li盐的优越性通过比较锂(系列3)和钠(系列2)的颜色来证实。
表I-界面张力降低剂对与具有不同氨基与羧基端基比值(AEG/CEG)的聚酰胺共混的聚酯的影响
Figure S200680049225XD00341
(a)MXD66007的典型的测量值
(b)酸基的摩尔%是指衍生自简称的酸结构部分。例如,TPA摩尔%是指聚合物中对苯二甲酸酯(衍生自对苯二甲酸(TPA))的摩尔数目。当这种命名法在其它表中发现时,其它单体的情况也是一样。
系列4(表II)证实钴是不需要的。在实施例4A中,在两个容器反应器设备组中制备用磺基间苯二甲酸钠界面张力降低剂改性的聚酯。以下证实如何制备含0.5摩尔%磺基间苯二甲酸钠的聚合物。相同的程序用于2.0摩尔%。
将8933.0g对苯二甲酸二甲酯、69.7g磺基间苯二甲酸二甲基钠、7175g乙二醇和261g乙酸锰添加到第一容器中。以0.4℃/分钟的速度将该成分加热到214℃并除去甲醇。在除去3660ml甲醇后,将成分转移至第二容器并将批料温度升高到226℃。添加67g亚磷酸酯稳定剂并混合5分钟。然后将140g间苯二甲酸添加到该批料中。在搅拌15分钟后,添加77g乙酸钴和173g羟乙酸盐化氧化锑并将容器放置在0.13毫巴的真空下。连续地搅拌该批料并将温度升高到256℃。在达到所需特性粘度后,排出所得的聚合物并造粒。在这种特殊配料下制备的聚合物具有0.53dl/gm的I.V.,14羧基端基值(当量毫克/克聚合物)和246.9℃的熔点。
通过在旋转真空容器中将数种熔融批料固相聚合而增加材料的分子量。通过将5种具有相同分子构成的熔融批料放入容器进行固相聚合。将容器压力降低到0.13毫巴,设置温度在225℃,并缓慢地旋转容器以致材料彼此翻滚。在12小时的翻滚后,将温度增加到230℃保持6小时,然后增加到235℃保持2小时。然后将粒料冷却并排出。最终特性粘度是0.82dl/gm。
实施例4B与4A非常相似,不同之处在于调节配方以产生含2摩尔%间苯二甲酸钠的聚合物。
在实施例4C中,不使用钴。用和实施例3一样的方法制备含0.5摩尔%磺酸锂的聚酯,不同之处在于用无钴颜料包装料替换乙酸钴。在反应开始时添加该颜料包装料并且该颜料包装料基于最终聚合物产量由3.03ppm SB138(溶剂蓝138)和1.60ppm SV50(溶剂紫50)构成。两种着色剂都可以从Colorchem International作为Amaplast Violet PC和Amaplast Blue HB获得。这些着色剂水平经选择以产生与乙酸钴类似的L*、a*、b*
单独地干燥4B和4C的改性聚酯,然后与7wt%MXD6尼龙(得自Mitsubishi Gas Chemical,Japan的6007等级)熔融共混并注塑成预成型件并随后吹塑成瓶子。将实施例4A与MXD6尼龙(得自Mitsubishi GasChemical,Japan的6001等级)结合并按类似方式制成瓶子。实施例4D使用具有低得多的分子量和氨基与羧基端基比值的MXD6与聚酯的组合物,该组合物除了表中列出的那些之外还包含以下添加剂:12ppm P(作为磷酸)、250ppm Sb、30ppm FeP(磷化铁)、50ppm Li(作为乙酸盐)、SB138(2.42ppm)和SV50(1.60ppm)。它不但具有优于其它的测得优越性,而且目测过该瓶子的所有人都认为它具有更好的美观性。
表II钴的排除
Figure S200680049225XD00361
(a)典型值
(b)三个瓶子的平均值
(c)在与MXD6共混之前取决于最终树脂颜色的钴范围。
实施例系列5:低氨基与羧基端基比值的总体影响
在5A中,将94.6份按类似于实施例3的方式制造的树脂与20ppm作为乙酸钴添加的钴与5.4份MXD6尼龙熔融共混并注射成预成型件。该MXD6尼龙具有1.599的相对粘度,9mmol/kg氨基端基(AEG),228mmol/kg羧基(羧酸)端基(CEG),(AEG/CEG=0.0395)和8,439的数均分子量。未拉伸预成型件中的域的平均直径是53.8+/-20.4nm。不可解释且令人惊奇地,拉伸部分中的域的平均直径是89.9+/-40.2nm。
实施例5B重复5A,但是采用不同的MXD6,该MXD6具有1.989的相对粘度,9mmol/kg氨基端基,133mmol/kg羧基(羧酸)端基,(AEG/CEG=0.0677)和14,598的数均分子量。未拉伸预成型件中的域的平均直径是49.6+/-22.5nm。拉伸部分中的域的平均直径是94.3+/-77.3nm。
实施例5C是根据现有技术的教导的对比实施例。在没有界面张力降低剂的情况下将低分子量高氨基与羧基端基比值MXD6与聚酯熔融共混。该MXD6聚酰胺具有1.687的相对粘度,199mmol/kg氨基端基,33mmol/kg羧基(羧酸)端基,(AEG/CEG=6.03)和数均分子量8,621。该聚酯是
Figure S200680049225XD00371
MAX,含1.7-1.8摩尔%摩尔%衍生自间苯二甲酸的间苯二甲酸酯的0.84I.V.可结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯并注射成预成型件。未拉伸预成型件中的域的平均直径是87.37+/-24.9nm。拉伸部分中的域的平均直径是308.8+/-83.23nm。这是预期结果,说明308/87=3.54是该预成型件经历的在一个方向上的近似拉伸。
实施例5E和5F显示了与在现有技术中教导的高氨基与羧基端基比值相反的使用具有低氨基与羧基端基比值的聚酰胺的优越性。实施例5E是根据现有技术的对比实施例。在5E中,将5C的聚酰胺(AEG/CEG=6.03)与含0.5摩尔%磺基间苯二甲酸锂的聚酯混合。在5F中,将AEG/CEG=0.0647(小于1.0)的聚酰胺添加到5E的聚酯中。采用相同量的聚酰胺的雾度改进证实当在界面张力降低剂存在下使用时低AEG/CEG比高AEG/CEG好。
系列6说明在间隔粒料中使用组合物。在实施例6A中,将具有实施例5F的相同特征的聚酯和聚酰胺放入间隔粒料构造中。该聚酰胺在芯中,聚酯在鞘中。然后在搅拌容器中将该间隔粒料加热到210-215℃,同时让氮气穿过该粒料。在这一条件下保持该粒料直到总粒料的特性粘度达到大约0.81dl/g。在实践中,这是大约10-14小时。然后将该粒料注塑成预成型件并拉伸成瓶子。在系列6B中,使用显著更高相对粘度的聚酰胺。如可在表III中看出的那样,由间隔结构制成的瓶子的雾度具有与单独添加的组分相当的雾度。
表III-支持实施例和间隔粒料
(a)对各批测量的值的范围
(b)所使用的树脂类型的典型值
试验方法
特性粘度
中间分子量和低结晶聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和可溶于60/40苯酚/四氯乙烷的相关聚合物的特性粘度如下测定:使0.1g聚合物或磨碎的粒料溶于25ml 60/40苯酚/四氯乙烷溶液并采用Ubbelohde 1B粘度计测定溶液在30℃+/-0.05下相对于溶剂在相同温度下的粘度。基于相对粘度采用Billmeyer公式计算特性粘度。
高分子量或高结晶聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和不可溶于苯酚/四氯乙烷的相关聚合物的特性粘度如下测定:使0.1g聚合物或磨碎的粒料溶于25ml 50/50三氟乙酸/二氯甲烷并采用Type OC Ubbelohde粘度计测定溶液在30℃+/-0.05下相对于溶剂在相同温度下的粘度。采用Billmeyer公式计算特性粘度并采用线性回归转化得到与采用60/40苯酚/四氯乙烷溶剂得到的那些一致的结果。线性回归是在60/40苯酚/四氯乙烷中的I.V.=0.8229×在50/50三氟乙酸/二氯甲烷中的IV+0.0124。
聚合物中酸和二醇结构部分的摩尔%
酸和二醇结构部分的摩尔%可以如下测定:将聚合物消化(digesting)成其成分并在含内标物和作为催化剂的乙酸锌的甲醇溶液中衍化该单体。酸衍化成羧酸的二甲酯,二醇结构部分以二醇存在。然后使用内标技术测定定量。
如下制备衍生化溶液:在1000ml容量瓶中将0.30g乙酸锌溶解到3.0g四乙二醇二甲醚的试剂级和大约500ml甲醇的溶液中。在溶解后,用甲醇填充该烧瓶到印记并倒转摇晃。
通过称量0.2+/-0.02g聚合物并转移至含4ml衍生化溶液的反应器中将样品消化。牢固密封该反应器,放入烘箱或者加热到220℃+/-5℃保持2小时,最大2.5小时。从烘箱中取出反应器或从该反应器加热并允许冷却到室温。将溶液转移到10ml容量瓶中,用氯仿或二氯甲烷冲洗反应器壁两次直到所有晶体溶解。用氯仿或二氯甲烷填充该烧瓶到印记。
内标法的技术是使用色谱的领域中已知的。虽然样品的数目取决于设备,但是通常4种标准溶液由酸和二醇的不同组合物制成。然后将这些标准样品放入色谱机器中并建立校准曲线。在建立校准曲线后,通过色谱仪分析未知样品。
一旦测定酸和二醇的量(其通常按样品的wt%),聚合物中组分的摩尔%的量仅是标准的数学换算。
例如,衍生自对苯二甲酸的酸结构部分的摩尔%将是在色谱仪上测量的对苯二甲酸二甲酯(DMT)的重量除以该DMT的分子量除以样品中二羧酸的二甲酯的总摩尔。二羧酸的每种二甲酯的摩尔仅是测得的重量除以其相应的分子量。因此,
Figure S200680049225XD00401
其中:
%摩尔DMT=DMT的摩尔%(这也等于在样品的衍生化之前TPA的当量摩尔)和
Figure S200680049225XD00402
其中:
摩尔TOTAL=样品中二甲基酯(等于酸的摩尔)的总摩尔数
摩尔A=等于每种酸的摩尔数目的各种二甲基酯的摩尔数
相对粘度
采用1g聚酰胺在100ml 96wt%硫酸(相对96wt%硫酸溶剂)中的样品通过使用Ubbelohde粘度计2 Type 50120(Schott)根据DIN EN ISO1628-1和ISO 307-1984测量聚酰胺(包括MXD6)的相对粘度。粘度计浸入其中的静态浴应该在25+/-0.05℃。聚酰胺溶解到硫酸中应该在不大于30℃的温度下进行。当溶解完全时,冷却到大约25℃并用溶剂稀释该溶液到体积印记并充分混合。在稀释期间溶液的温度应该在23-27℃。
Hunter雾度测量
经由瓶子侧壁进行测量。可以使用HunterLab ColorQUEST球体分光光度计系统测量雾度和颜色,该分光光度计系统具有配套的试样夹具,和绿色、灰色和白色校准瓦和光阱。该HunterLab分光色度计积分球传感器是颜色和外观测量仪器。来自灯的光通过积分球散射并穿过(透射)或从目标反射(折回)到透镜。该透镜收集光并将它导向衍射光栅,该衍射光栅将它分散成其组成波长度。散射光被折回到硅二极管阵上。来自二极管的信号穿过增强器到转换器并经操控产生数据。通过软件提供雾度数据。散射光透光率与总透光率的计算比值乘以100而产生″雾度%″(0%是透明材料,100%是不透明材料)。为透射或反射制备的样品必须清洗并且不含任何表面划痕或磨损。样品的尺寸必须球面开口的几何形状一致并且在透射情况下,通过间隔室尺寸限制样品尺寸。在四个不同的位置,例如在瓶子侧壁或代表性薄膜区域上试验每种样品。
Panametrics Magna-Mike 8000 Hall Effect厚度计或类似设备可以用来测量瓶子侧壁厚度。
组分分离和间隔粒料中组分的量的测定
粒料中每一种组分的量可通过近似将一种组分溶解离开其它组分来测定。为了将聚酰胺与聚酯分离,将一克粒料放入含50ml甲酸的烧瓶并放入超声波浴。通过维持在30℃具有110hz超声频率的超声波浴震荡烧瓶溶液至少15分钟以溶解聚酰胺组分。此后,在真空过滤期间然后用去离子水洗涤该材料两次。应该检测水的pH值,并且如果是酸性的,则重复洗涤步骤直到无酸。PET的量可直接称重并通过差额测定聚酰胺量。如果聚酰胺芯含有不溶于甲酸的其它化合物,则可过滤溶液并通过加入水自甲酸中沉淀聚酰胺。然后干燥样品并通过直接称重测定聚酰胺的量。一旦彼此分离,可测定组分的各结晶度或特性粘度。在I.V.的情况下,报道的I.V.应该是六个分析的平均值。
分散域尺寸分析
扫描电子显微术
如下制备样品:切割容器的预成型件或壁并将碎试件放入液氮中保持五分钟。然后用急风将该试件破碎。预成型件的一个试件或壁的试件以规定的角度切割成切片。将该切片放入50cc.烧杯中并用大约25cc≥96%甲酸(可从Fluka、Aldrich或Merck作为ACS试剂[64-18-6]获得)覆盖并在室温下搅拌。在一小时后取出样品并用水洗涤该切片直到水是中性pH值。然后用丙酮洗涤该样品。
在丙酮中洗涤后,将该试样放入琼脂自动溅镀涂覆机(model 108A,s.n.A10S)并镀金以变得导电。该琼脂自动溅镀涂覆机的典型条件是使用氩气流,20mA电流下保持30秒,使用金金属。
然后将涂覆的试样放入SEM夹持器中并照相。典型的SEM机器是SEM Leo Electronic Microscopy Ltd,model LEO 1450VP,s.n.01-22,该机器以具有二次电子检测1获得系统的真空室模态使用。其它设置是
张力EHT:20KV
焦距,亦称工作距离或WD:10-11mm
点尺寸(无量纲)在大的放大率下200-300降低到80
灯丝电流:3-3.5A,取决于灯丝年龄。
使用Lucia M软件(可以从Nikon,Japan获得)按自动或人工模式测量聚酰胺域的尺寸和分布。通常,在大约10个不同的照片内测量超过250个域,其中每一照片分析的域的数目随更好的分散性而增加。然后进行对域的统计分析以测定如图4中的域的平均值、中值和分布,和对于每种样品在规定尺寸间隔每单位面积下的域的频率。
端基分析
聚酰胺包含羧基端基和氨基端基。简写通常表示为AEG=氨基端基含量,CEG=羧基(或羧酸)端基含量。
端基浓度定义为每质量单位聚酰胺端基的量(单位为mol),例如″X″mmol端基/kg聚酰胺。向不同表达单位的转化是本领域中熟知的。对于计算比例的目的,唯一重要的是AEG和CEG都按相同单位表示。以下分析试验提供端基的数目(以所指出的单位)。应该指出,对于两种测量,聚酰胺应该具有小于0.3%水。不然的话,在真空中在70℃下干燥是必要的。用于分析的设备也必须干燥,而在它们的表面上没有残留酸或碱。
可以通过在指示剂存在下滴定聚酰胺的溶液进行氨基端基(AEG)的测量。如下溶解聚酰胺:将苯酚和甲醇的混合物(例如75w.%苯酚和25w.%甲醇)弄热然后将已知量的聚酰胺添加到该溶液中并保持直到它溶解。
指示剂溶液如下制备:在100ml容量瓶中将65mg苄基橙和35mg亚甲基蓝溶解到50ml甲醇中。在溶解后,添加甲醇以达到烧瓶上的100ml印记。滴定溶液是在乙二醇中的含甲醇的高氯酸溶液。通过将1.72ml高氯酸吸移到1000ml容量瓶中接着吸移100ml甲醇来制备该溶液。然后用乙二醇填充该1000ml烧瓶到1000ml印记并摇晃以提供良好的混合。
通过在50-60℃下在250ml烧杯中将0.04g 6-氨基己酸溶解在大约50ml苯酚/甲醇溶液中来制备标准溶液。然后将该溶液定量转移至250ml容量瓶并用溶剂混合物填充该烧瓶到250ml印记。
通过将25ml标准溶液吸移到100ml依氏烧瓶中测定定量方程式的″f″因数。将磁性搅拌棒放入烧瓶并将上行管与该烧瓶连接。然后将该烧瓶位置在预加热到105℃的热磁性搅拌板上。然后在回流下煮该溶液20分钟。该溶液的沸点温度为大约90℃。然后,将该溶液冷却到室温(23℃)并添加3滴指示剂溶液。然后用高氯酸溶液在搅拌下滴定该溶液直到颜色从绿色变化到红色。
消耗的高氯酸溶液的量(ml)是V1。
然后如下获得没有标准溶液的溶剂溶液的消耗量:将25ml溶剂溶液吸移到100ml依氏烧瓶中。将磁性搅拌棒放入烧瓶并将上行管与该烧瓶连接。然后将该烧瓶位置在预加热到105℃的热磁性搅拌板上。然后在回流下煮该溶液20分钟。该溶液的沸点温度为大约90℃。然后,将该溶液冷却到室温(23℃)并添加3滴指示剂溶液。然后用高氯酸溶液在搅拌下滴定该溶液直到颜色从绿色变化到红色。
消耗的高氯酸溶液的量(ml)是V0。如果该消耗量高于0.1ml,则必须替换溶剂混合物并使用溶剂混合物制备的所有材料也必须替换。
高氯酸溶液的″f″因子是
f=(Ws/MW)/(1000×(V1-V0));mmol NH2/ml溶液,
其中
Ws是6-氨基己酸的精确重量(g)
MW是6-氨基己酸的分子量(131.18g/mol)
聚酰胺的氨基端基如下测定:将大约1g已知重量(Wp)是0.0001g的聚酰胺放入100ml依氏(Erlenmeyer)烧瓶并将25ml溶剂溶液吸移到该烧瓶中。将磁性搅拌棒放入烧瓶并将上行管与该烧瓶连接。然后将该烧瓶位置在预加热到105℃的热磁性搅拌板上。然后在回流下煮该溶液20分钟。该溶液的沸点温度为大约90℃。然后,将该溶液冷却到室温(23℃)并添加3滴指示剂溶液。然后用高氯酸溶液在搅拌下滴定该溶液直到颜色从绿色变化到红色。消耗的高氯酸溶液的量(ml)是V2。
氨基(AEG)的数目是
AEG=[(V2-V0)דf”×1000/Wp](mmol NH2/kg聚酰胺)
其中
V2是通过样品滴定消耗的高氯酸溶液的体积
V0是通过溶剂消耗的高氯酸溶液的体积
″f″是早先测定的因子
Wp是精确到0.0001g的样品的精确重量
可以由高氯酸的消耗量计算氨基端基浓度。也可以通过同样使用指示剂滴定聚酰胺的溶液进行羧基端基的测量。在氮气回流下通过弄热例如煮沸(大约245℃)将聚酰胺溶于苄醇(苯甲醇)。
将适合的指示剂或指示剂混合物(例如甲酚红的丙醇类溶液)添加到热溶液(180℃)中。用醇类的氢氧化钾溶液(溶于甲醇、1-丙醇和1-己醇的混合物中的KOH)立即滴定这一溶液,直到变色。可以由氢氧化钾的消耗量计算羧基端基浓度。
如下制备滴定溶液:将5.51KOH溶解在容量瓶中,用甲醇填充到100ml印记。将20ml KOH-甲醇溶液吸移到1000ml容量瓶中。然后用430ml 1-丙醇和550ml 1-己醇填充该烧瓶。这一溶液的浓度为大约0.02N。
通过将100mg甲酚红溶解到100ml 1-丙醇中制备指示剂溶液。
通过将25ml苄醇吸移到具有搅拌棒的依氏烧瓶中来试验该溶液。将具有氮气接头的上行管(用于回流)与该依氏烧瓶连接并用氮气冲洗该体系。然后在磁性搅拌器上在稍微煮沸(245℃)下加热在该依氏烧瓶中的苄醇25分钟。然后从该搅拌器取下烧瓶,除去上行管,使之冷却到180℃并添加6滴指示剂溶液。用KOH溶液立即滴定该溶液直到颜色从黄色变化到紫色。在滴定期间该溶液的温度不应该小于140℃。KOH溶液的消耗量是V0(ml)并且应该小于0.4ml。如果消耗量大于0.4ml,则该溶剂必须用新的溶剂替换。
必须测定被滴定溶液的″f″因数。这使用具有已知COOH的聚酰胺标准样品进行。在这种情况下,使用得自BASF,DE的Ultramid AS2503,具有80.5mmol/kg的COOH。将大约1g(精确到0.0001g)聚酰胺标准样品放入100ml依氏烧瓶。将25ml苄醇吸移到具有搅拌棒的烧瓶中。将具有氮气接头的上行管(用于回流)与该依氏烧瓶连接并用氮气冲洗该体系。然后在磁性搅拌器上在稍微煮沸(245℃)下加热在该苄醇-聚酰胺25分钟。然后从该搅拌器取下烧瓶,除去上行管,使之冷却到180℃并添加6滴指示剂溶液。在滴定期间该溶液的温度不应该小于140℃。用KOH溶液立即滴定该溶液直到颜色从黄色变化到紫色。
″f″因数则是
″f″=CEG×W/(Vl-VO)
其中:
″f″=被滴定溶液的因子
CEG=mEqu./kg标准聚酰胺COOH端基,在这种情况下,AS2503
V1=被滴定溶液的消耗量(ml)
V0=体系中被滴定溶液的消耗量
W=AS2503样品的精确重量
实例,对于标准聚酰胺,使用80.5mmol/kg
W=1.0100g
V1=4.16ml
V0=0.14ml
″f″=80.5×1.0100/(4.16-0.14)=20.23
″f″的值应该介于18和22之间,否则必须重复测量。
通过将大约1g(精确到0.0001g)聚酰胺放入100ml依氏烧瓶测定样品聚酰胺的COOH端基(CEG)。将25ml苄醇吸移到具有搅拌棒的烧瓶中。将具有氮气接头的上行管(用于回流)与该依氏烧瓶连接并用氮气冲洗该体系。然后在磁性搅拌器上在稍微煮沸(245℃)下加热在该苄醇-聚酰胺25分钟。然后从该搅拌器取下烧瓶,除去上行管,使之冷却到180℃并添加6滴指示剂溶液。立即用KOH溶液滴定该溶液直到颜色从黄色变化到紫色。在滴定期间该溶液的温度不应该小于140℃。消耗的滴定剂溶液溶液的量是V2(ml)。
COOH端基则是
″f″=CEG×W/(V1-VO)
CEG=[(V2-VO)×″f″]/W
其中:
″f″=早先测定的被滴定溶液的因子
CEG=mmol/kg
V2=样品消耗的被滴定溶液的消耗量(ml)
V0=体系中被滴定溶液的消耗量(ml)
W=聚酰胺样品的精确重量(g)。
实例
W=1.0150g
V2=4.11ml
V0=0.16ml
″f″=20.23预先测定
CEG=[(4.11-0.16)×20.23]/1.015=78.3mmol/kg

Claims (7)

1.包含聚酰胺聚合物、可结晶聚酯和界面张力降低剂的聚合物组合物,其中该界面张力降低剂包含锂或者选自金属磺酸盐,所述聚酰胺聚合物是尼龙MXD6,或是尼龙6,且所述聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于0.20,和
该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、对苯二甲酸的二甲酯和2,6-萘二羧酸的二甲酯。
2.包含至少一个拉伸层的容器的拉伸壁,所述拉伸层包含权利要求1所述的聚合物组合物。
3.制造容器的拉伸壁的方法,包括以下步骤:
A)选择包含聚酰胺聚合物、可结晶聚酯和界面张力降低剂的制品,其中该界面张力降低剂包含锂或者选自金属磺酸盐,该聚酰胺聚合物是尼龙MXD6,或是尼龙6,且该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于0.20,和
其中该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、对苯二甲酸的二甲酯和2,6-萘二羧酸的二甲酯,和其中相对于该组合物中的每100份聚酰胺加可结晶聚酯加界面张力降低剂,该聚酰胺存在1-15份;
B)调节该制品的温度以致该制品的温度在该可结晶聚酯的玻璃化转变温度到比该可结晶聚酯的熔点低10℃的范围内,和
C)将力施加到该制品上以致使该制品的尺寸在至少一个方向上增加。
4.制造制品的方法,包括以下步骤:
A)将可结晶聚酯干燥,其中该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸和它们相应的二甲酯;
B)将聚酰胺聚合物干燥,该聚酰胺聚合物是尼龙MXD6,或是尼龙6,且该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于0.20,
C)使该可结晶聚酯、聚酰胺聚合物和界面张力降低剂熔融共混成液体,其中该界面张力降低剂包含锂或者选自金属磺酸盐;和
D)使该液体成型成选自片材、薄膜、预成型件和管子的制品。
5.权利要求4的方法,其中在相同的容器中同时干燥该聚酰胺和聚酯。
6.权利要求4的方法,其中在相同容器中以间隔粒料形式干燥该聚酰胺和聚酯,该间隔粒料具有至少两个间隔室,其中第一间隔室包含聚酯,第二间隔室包含聚酰胺。
7.包含可结晶聚酯、聚酰胺和界面张力降低剂的制品的制造方法,其中该可结晶聚酯的酸单元的至少85%衍生自对苯二甲酸、2,6-萘二羧酸和它们相应的二甲酯,其中该聚酰胺是尼龙MXD6,或是尼龙6,以及该界面张力降低剂包含锂或者选自金属磺酸盐;且该聚酰胺聚合物的氨基与羧基端基比值小于0.20,和
其中该方法包括以下步骤:
A)在干燥容器中将该可结晶聚酯干燥,其中该干燥容器基本上没有任何聚酰胺,其中所述“基本上没有”是指容器内容物中有小于1wt%聚酰胺;
C)将该可结晶聚酯、聚酰胺聚合物和界面张力降低剂熔融共混成液态熔体共混物;和
D)将该液态熔体共混物成型成选自片材、薄膜、预成型件和管子的制品。
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