发明概要
本发明提供了一种制备具有优异的耐磨性能的树脂组合物的方法。该树脂组合物包括50~99wt%的聚碳酸酯树脂和1%~50wt%的聚烯烃,各自基于该树脂组合物除任何填料之外的总重量,所述聚烯烃用选自以下的至少一种官能团改性:羧基、酸酐、环氧基或包含至少一种前述官能团的混合。该树脂组合物任选包含未改性的聚烯烃和/或双官能单体。同现有技术的两步法相比,该工艺为一步法,提高了成本效率和/或树脂组合物的产率。该树脂组合物可用来模制成具有改进的耐磨特性的制品。
因此,一方面,本发明提供一种树脂组合物的制备方法,该方法包括以下步骤:将50~99wt%的聚碳酸酯树脂和1~50wt%的聚烯烃树脂共混形成共混的混合物并将该共混的混合物挤出形成树脂组合物,所述聚烯烃用选自以下的至少一种官能团改性:羧基、酸酐、环氧基或包含至少一种前述官能团的混合,其中将所述共混的混合物在挤出机中挤出,所述挤出机的熔体停留时间为20秒或更长,操作温度为240℃~340℃。
另一方面,本发明提供有改进的耐磨性的树脂组合物,它包括50~99wt%的聚碳酸酯树脂和1~55wt%的聚烯烃树脂,所述聚烯烃用选自以下的至少一种官能团改性:羧基、酸酐、环氧基或包含至少一种前述官能团的混合。在另一个方面,本发明提供含有具有改进的耐磨特性的树脂组合物的模制品。
发明详述
在下面的描述和实施例中更具体地描述本发明,这些描述和实施例意指仅仅是说明性的,因为对于本领域技术人员而言,其中许多改进和变化将是显而易见的。在说明书和权利要求书中所用的术语“包括”可以包括“由...组成”和“基本上由...组成”的实施方式。本文公开的所有范围均包括端点且可独立地组合。本文公开的这些范围的端点和任何数值均不限于该精确的范围或数值;它们并不十分精确,从而包括接近这些范围和/或数值的数。
本文所用的近似语言可用于修饰可以变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此,由术语例如“约”和“基本上(substantially)”修饰的值在一些情况下可不限于所指定的精确值。在至少一些情况下,近似语言可对应于测量该值的仪器的精度。
本发明提供了具有提高的耐磨性能的树脂组合物、制备这些组合物的方法以及含有这些组合物的制品。本发明的方法提供了制备树脂组合物的一步法,比现有技术的形成树脂组合物的方法更有效。
因此,一方面,本发明提供了形成树脂组合物的方法,该方法提供一步法,提高了现有技术中用于现有技术的形成聚碳酸酯/聚烯烃树脂组合物的二步法的产率和/或效率。同现有的两步制备法相比,本发明的方法使用一步混配工艺,得到具有相似特性(主要是耐磨性、层离性质和微观结构)的润滑的聚碳酸酯组合物。就此而论,本发明的方法由于减少了一个混配步骤而变得更简单,同时相比于所使用的单个组分的量还提供了更高产率的润滑的聚碳酸酯组合物。通过本发明的方法制造出来的树脂组合物包括聚碳酸酯、改性聚烯烃,以及在可替代的实施方式中,包括未改性的聚烯烃和/或双官能单体。
现有技术的二步法中,改性聚烯烃通过挤出机形成中间体。二步法的这个步骤导致额外的工厂设备和占地空间,以及时间和能源的增加,因而降低了该方法的效率。
相反,本发明的一步法通过使改性聚烯烃和聚碳酸酯混合而避免了中间体的形成;而且提供了不同的配方和/或充足的熔体停留时间以确保改性聚烯烃和聚碳酸酯适当混配形成树脂组合物。也可以包含一种或多种附加组分,如未改性的聚烯烃或双官能单体,以帮助确保树脂组合物的适当混配和/或帮助调整最终树脂组合物具备所选的物理特性。
由此,一方面,本发明的方法包括如下步骤:经过充足的时间和/或在足够的温度下,在挤出机中挤出聚碳酸酯和改性聚烯烃,及任何其他组分,形成本发明的树脂组合物,而不需要利用未改性的聚烯烃形成中间体的步骤。因此,在一种实施方式中,本发明的方法包括将聚碳酸酯和改性聚烯烃的共混物,以及其他组分挤出,其中共混物在挤出机内的熔体停留时间为20秒或更长。在另一实施方式中,本发明的方法包括将共混物挤出并且其中共混物在挤出机内的熔体停留时间为30秒或更长。在又一实施方式中,本发明的方法包括将共混物挤出并且其中共混物在挤出机内的熔体停留时间为40秒或更长。
除了在挤出机内的熔体停留时间之外,本发明的方法还通过在足以形成树脂组合物的温度下操作挤出机,帮助确保共混物的适当混配。因此,在一种实施方式中,挤出机在240℃~340℃的温度下操作。在另一实施方式中,挤出机在260℃~320℃的温度下操作。在又一实施方式中,挤出机在280℃~300℃的温度下操作。
在一种实施方式中,形成树脂组合物的方法形成各组分的共混物。在一种实施方式,共混物可以在挤出前将各组分例如通过使用HenschelTM高速混合机或通过手动混合进行共混而形成。然后通过料斗将共混物送往挤出机如双螺杆挤出机的进料口。一种可替代的实施方式中,使用单螺杆挤出机。在另一种实施方式中,使用挤出混合器。在又一实施方式中,可以使用其它熔体挤出工艺设备。另一种可替代的实施方式中,通过在进料口和/或通过侧填料口在下游之间输送到挤出机中可以将一种或多种组分加入组合物中。也可以将任何填加剂同选好的组分混配成母料并送入挤出机。可以将挤出物立即在水浴中骤冷并造粒。在切割挤出物时如此制备的粒料可以为1/4英寸长或更小。该粒料可用于随后的模塑、成型或成形。
本文所用术语“聚碳酸酯”和“聚碳酸酯树脂”意为由具有式(1)的碳酸酯重复结构单元的组分:
其中R1基团总数的至少60%为芳族有机基团,余下的为脂族、脂环族或芳族基团。优选地,每个R1为芳族有机基团,更优选地,每个R1为下面式(2)的基团:
-A1-Y1-A2-(2)
其中A1和A2各自为单环二价的芳基,Y1是具有一或两个分隔A1和A2的原子的桥接基团。在示例性的实施方案中,一个原子分隔A1和A2。该类型基团的说明性的非限制性实例是-O-,-S-,-S(O)-,-S(O2)-,-C(O)-,亚甲基,环己基亚甲基,2-[2.2.1]-二环庚叉,乙叉,异丙叉,新戊叉,环己叉,环十五烷叉,环十二烷叉,及金刚烷叉。桥接基团Y1优选为烃基或饱和烃基如亚甲基,环己叉,或异丙叉。
聚碳酸酯可通过式HO-R1-OH的二羟基化合物的界面反应制备,其包括下面式(3)的二羟基化合物:
HO-A1-Y1-A2-OH (3)
其中Y1、A1和A2如上所述。还包括下面通式(4)的双酚化合物:
其中Ra和Rb各自代表卤原子或一价烃基,并且可以相同或相异;p和q各自独立地为0-4的整数;及Xa代表下面式(5)的基团之一:
其中Rc和Rd各自独立地代表氢原子或一价直链烷基或环状烃基,及Re为二价烃基。
适宜的二羟基化合物的某些说明性和非限制性实例包括美国专利4,217,438中以名称或化学式(通式或具体式)公开的二羟基取代的烃。适宜的二羟基化合物的非排他性具体实例包括以下:间苯二酚,4-溴间苯二酚,氢醌,4,4′-二羟基联苯,1,6-二羟基萘,2,6-二羟基萘,二(4-羟基苯基)甲烷,二(4-羟基苯基)二苯基甲烷,二(4-羟基苯基)-1-萘基甲烷,1,2-二(4-羟基苯基)乙烷,1,1-二(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷,2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷,二(4-羟基苯基)苯基甲烷,2,2-二(4-羟基-3-溴苯基)丙烷,1,1-二(羟基苯基)环戊烷,1,1-二(4-羟基苯基)环己烷,1,1-二(4-羟基苯基)异丁烯,1,1-二(4-羟基苯基)环十二烷,反式-2,3-二(4-羟基苯基)-2-丁烯,2,2-二(4-羟基苯基)金刚烷,(α,α′-二(4-羟基苯基)甲苯,二(4-羟基苯基)乙腈,2,2-二(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基苯基)六氟丙烷,1,1-二氯-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二溴-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二氯-2,2-二(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯,4,4′-二羟基二苯甲酮,3,3-二(4-羟基苯基)-2-丁酮,1,6-二(4-羟基苯基)-1,6-己二酮,乙二醇二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)硫醚,二(4-羟基苯基)亚砜,二(4-羟基苯基)砜,9,9-二(4-羟基苯基)芴,2,7-二羟基芘,6,6′-二羟基-3,3,3’,3′-四甲基螺(二)茚满(“螺二茚满双酚”),3,3-二(4-羟基苯基)苯酞,2,6-二羟基二苯并-对-二噁英,2,6-二羟基噻蒽,2,7-二羟基酚噻噁(phenoxathin),2,7-二羟基-9,10-二甲基吩嗪,3,6-二羟基二苯并呋喃,3,6-二羟基二苯并噻吩,2,7-二羟基咔唑,3,3-二(4-羟基苯基)苯并吡咯酮、2-苯基-3,3-二(4-羟基苯基)苯并吡咯酮(PPPBP)等,以及包含至少一种前述二羟基化合物的组合。
式(3)所示的双酚化合物类型的非排他性具体实例包括1,1-二(4-羟基苯基)甲烷,1,1-二(4-羟基苯基)乙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(下文中的“双酚A”或“BPA”),2,2-二(4-羟基苯基)丁烷,2,2-二(4-羟基苯基)辛烷,1,1-二(4-羟基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基苯基)正丁烷,2,2-二(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷。也可以使用包含至少一种前述二羟基化合物的组合。
还可以使用两种或更多种不同的二羟基化合物或二羟基化合物与二醇或与羟基封端聚酯或酸封端聚酯或与二元酸或羟基酸的共聚物,使用时碳酸酯共聚物比均聚物更合乎需要。也可以使用聚芳酯和聚酯-碳酸酯树脂或它们的共混物。也可以使用支化聚碳酸酯,以及线型聚碳酸酯和支化聚碳酸酯的共混物。支化聚碳酸酯可通过在聚合期间加入支化剂来制备。
这些支化剂是众所周知的且包括多官能的有机化合物,其包含至少三个选自下列的官能团:羟基,羧基,羧酸酐,卤代甲酰基,及它们的混合物。具体实例包括偏苯三酸,偏苯三酸酐,偏苯三酰氯,三对羟基苯基乙烷,靛红-二酚,三酚TC(1,3,5-三((对-羟基苯基)异丙基)苯),三酚PA(4(4(1,1-二(对-羟基苯基)-乙基)α,α-二甲基苄基)苯酚),4-氯甲酰基邻苯二酸酐,均苯三酸,及二苯甲酮四羧酸。支化剂可以约0.05~2.0wt%的量添加。在美国专利3,635,895和4,001,184中描述了支化剂和制备支化聚碳酸酯的步骤。所有类型的聚碳酸酯端基均可用于该树脂组合物。
在一些实施方式中,聚碳酸酯基于双酚A,其中A1和A2各自为对亚苯基,Y1为异丙叉。在一种实施方式中,聚碳酸酯的平均分子量为5,000-100,000。在另一实施方式中,聚碳酸酯的平均分子量为10,000-65,000,在又一实施方式中,聚碳酸酯的平均分子量为15,000-35,000。
在一种实施方式中,聚碳酸酯具有适于制造薄制品的流动性。熔体体积流速(常简写为MVR)量度热塑性材料在规定的温度和载荷下经过喷口的挤出速度。适于形成阻燃制品的聚碳酸酯,在260℃/2.16Kg测量时,可具有约4~30克/立方厘米(g/cm3)的MVR。在这些条件下,具有12-30g/cm3,特别是具有15-30g/cm3MVR的聚碳酸酯可用于制备薄壁制品。可以使用不同流动性的聚碳酸酯的混合物,以实现总体上所需要的流动性。
通过界面聚合制备聚碳酸酯的方法是公知的。尽管制备工艺的反应条件可以变化,但是其中有用的工艺通常包括溶解或分散二元酚反应物于苛性钠或苛性钾水溶液中,将含有硅氧烷的所得混合物加到适宜的与水不混溶的溶剂介质中,及在受控pH(如约8~10)条件和适宜催化剂(如三乙胺)或相转移催化剂存在下使该反应物与碳酸酯前体如光气接触。最常用的与水不混溶的溶剂包括但不限于二氯甲烷,1,2-二氯乙烷,氯苯,甲苯等。
在有用的相转移催化剂中,可以使用式(R3)4Q+X的催化剂,其中每个R3相同或相异,并且为C1-10烷基;Q为氮或磷原子;及X为卤原子或者C1-8烷氧基或C6-188芳氧基。适宜的相转移催化剂包括例如[CH3(CH2)3]4NX,[CH3(CH2)3]4PX,[CH3(CH2)5]4NX,[CH3(CH2)6]4NX,[CH3(CH2)4]4NX,CH3[CH3(CH2)3]3NX,及CH3[CH3(CH2)2]3NX,其中X为Cl-、Br-或C1-8烷氧基或C6-188芳氧基。相转移催化剂的有效量可以为0.1~10wt%,在另一实施方案中,相转移催化剂的有效量可以为0.5~2wt%,基于光气化混合物中双酚的重量。
在可替代的实施方式中,使用熔体法。可使用催化剂来加速二羟基反应物与碳酸酯前体的聚合速率。代表性的催化剂包括但不限于叔胺类,如三乙胺、季鏻化合物、季胺化合物,等等。
或者,聚碳酸酯可如此制备:在
混合器、双螺杆挤出机或其他熔体挤出工艺设备中,在酯交换催化剂存在下,于熔融状态,使二羟基反应物与碳酸二芳基酯如碳酸二苯酯共同反应,形成均匀的分散体。通过蒸馏从熔融反应物中除去挥发性的一元酚,并以熔融剩余物的形式分离出聚合物。
聚碳酸酯可在各种各样的间歇反应器、半间歇反应器或连续反应器中制备。该反应器例如为如搅拌釜、搅拌塔(agitated column)、管式反应器和循环环管反应器。可通过本领域已知的任何方法实现聚碳酸酯的回收,例如使用反溶剂、蒸汽沉淀或反溶剂和蒸汽沉淀的组合。
聚碳酸酯加入到本发明方法制备的树脂组合物中的量可基于该树脂组合物及由这些组合物制得的模制品所选择的性质。其他因素包括:所用改性聚烯烃的用量及类型,所用未改性的聚烯烃的用量和/或类型(如果使用的话),双官能单体的用量和/或类型(如果使用的话),和/或该树脂组合物中其他组分的用量和存在。在一种实施方式中,聚碳酸酯的存在量为50~99wt%,在另一实施方式中,聚碳酸酯的存在量为55~99wt%,在又一实施方式中,聚碳酸酯的存在量为60~80wt%。
本发明的方法制得的组合物还包括用至少一种选自以下的官能团改性的聚烯烃:羧基、酸酐、环氧基、或包含上述至少一种的官能团的混合。可用于本发明的聚烯烃树脂包括结晶聚丙烯、结晶丙烯-乙烯嵌段或无规共聚物、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-丙烯无规共聚物、乙烯-丙烯-二烯共聚物等。在这些聚烯烃树脂中,例示的实施方式包括结晶聚丙烯、结晶丙烯-乙烯共聚物、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯及超高分子量聚乙烯。
本发明中所用的聚烯烃用至少一种选自以下的官能团改性:羧基、酸酐、环氧基、或包含至少一种上述官能团的混合。本文使用的“用至少一种选自以下的官能团改性的聚烯烃:羧基、酸酐、环氧基、或包含上述至少一种的官能团的混合”包括与含环氧基、羧基或酸酐基团的不饱和单体共聚的聚烯烃树脂。例示的含环氧基的不饱和单体包括甲基丙烯酸缩水甘油酯、丁基缩水甘油基苹果酸酯、丁基缩水甘油基延胡索酸酯、丙基缩水甘油基苹果酸酯、丙烯酸缩水甘油酯、N-[4-(2,3-环氧丙氧基)-3,5-二甲基苄基]丙烯酰胺等。其中,有益的实施方式包括甲基丙烯酸缩水甘油酯和N-[4-(2,3-环氧基丙氧基)-3,5-二甲基苄基]丙烯酰胺。例示的含羧基的不饱和单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸等。例示的含酸酐基团的不饱和单体为顺丁二烯酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐等。有益的实施方式包括丙烯酸和顺丁二烯酸酐。
含环氧基、羧基、或酸酐基团的不饱和单体可以通过任何已知方法与聚烯烃树脂发生共聚。例示的方法包括:在双螺杆挤出机、班伯里(Banbury)密炼机、捏合机或其他熔体挤出工艺设备中,在自由基引发剂存在或不存在的条件下将聚烯烃树脂和不饱和单体熔融捏合,然后在构成聚烯烃的单体和含环氧基、羧基、或酸酐的不饱和单体共同存在的条件下发生共聚。在一种实施方式中,不饱和单体的含量为改性聚烯烃树脂的0.01~10wt%;在可替代的实施方式中,不饱和单体的含量为改性聚烯烃树脂的0.1~5wt%。
一种实施方式中,本发明方法制成的树脂组合物可含有50~1wt%的改性聚烯烃。在另一种实施方式中,该树脂组合物可包括45~5wt%的改性聚烯烃。在又一实施方式中,该树脂组合物可包括40~20wt%的改性聚烯烃。由于较高含量的聚烯烃树脂会导致树脂组合物的耐热性降低,因此选择聚烯烃树脂的熔体指数不局限于任何特定范围的实施方式可能有益。然而,改性聚烯烃树脂可以有如下的熔体指数:在一种实施方式中(温度230℃,负载2.16kg)为0.1~70g/10min;在另一实施方式中,为0.5~30g/10min。
在可替代的实施方式中,由本发明方法制得的树脂组合物除了包含聚碳酸酯和改性聚烯烃外,还包含未改性的聚烯烃。未改性的聚烯烃可以是改性聚烯烃中使用的基础聚烯烃,或者可以是不同的聚烯烃。或者,未改性的聚烯烃可以包含两种或更多种聚烯烃的混合物。可以用于本发明的未改性的聚烯烃包括结晶聚丙烯、结晶丙烯-乙烯嵌段或无规共聚物、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-丙烯无规共聚物、乙烯-丙烯-二烯共聚物等。
在含有未改性的聚烯烃的这些实施方式中,在一种实施方式中,未改性的聚烯烃的含量为0.1~15wt%;在另一实施方式中,未改性的聚烯烃的含量为1~10wt%;在又一实施方式中,未改性的聚烯烃的含量为1~6wt%。
在其他可替代的实施方式中,本发明的树脂组合物包括以结构式(6)、(7)或(8)表示的的双官能单体。
其中Z为含有至少5个碳原子的烷撑、烷叉、多聚亚甲基、亚苯基、或亚萘基,亚苯基和亚萘基任选被取代基取代。
HO-R-OH (7)
其中R为含有至少5个碳原子的烷撑、烷叉、多聚亚甲基、亚苯基、或亚萘基,亚苯基和亚萘基任选被取代基取代。
HOOC-R-COOH (8)
其中R为含有至少5个碳原子的烷撑、烷叉、多聚亚甲基、亚苯基、或亚萘基,亚苯基和亚萘基任选被取代基取代。
双官能单体可用于具有或不具有未改性的聚烯烃的实施方式中。此外,双官能单体可包含两种或更多种式(6)、式(7)、或式(6)和式(7)两者表示的双官能单体的混合物。在这些包括双官能单体的实施方式中,在一种实施方式中,双官能单体的含量为0.1~5wt%;在另一实施方式中,双官能单体的含量为0.5~5wt%;在又一实施方式中,双官能单体的含量为0.5~2.5wt%。
除了上述组分,本发明的树脂组合物还可以包含这类树脂组合物常规加入的各种添加剂。也可以使用添加剂的混合物。该添加剂可以在混合组分形成组合物期间的合适时间混入。这些添加剂的实例包括但不限于:填充剂和/或增强剂、热稳定剂、抗氧化剂、光稳定剂、抗静电剂、增塑剂、脱模剂、紫外吸收剂、润滑剂、颜料、染料、着色剂、发泡剂或包含至少一种上述添加剂的混合物。
适用的填充剂或增强剂包括,例如,TiO2;纤维,如石棉、碳纤维等;硅酸盐和硅石粉末如硅酸铝(莫来石),合成的硅酸钙,硅酸锆,熔凝硅石,结晶硅石,石墨,天然硅砂等;硼粉如硼-氮化物粉末,硼-硅酸盐粉末等;氧化铝;氧化镁(镁氧);硫酸钙(作为其无水物,二水合物或三水合物);碳酸钙如白垩,石灰石,大理石,合成沉淀的碳酸钙等;滑石,包括纤维状的,模块的(modular),针形,层状滑石等;硅灰石;表面处理的硅灰石;玻璃球如中空和实心玻璃球,硅酸盐球,空心煤胞,铝硅酸盐(armospheres)等;高岭土,包括硬高岭土,软高岭土,煅烧高岭土,包含本领域已知的用于促进与聚合物基质树脂的相容性的各种涂层的高岭土等;单晶纤维或″晶须″如碳化硅,氧化铝,碳化硼,铁,镍,铜等;玻璃纤维(包括连续的和切断的纤维),如E,A,C,ECR,R,S,D,和NE玻璃以及石英等;硫化物如硫化钼,硫化锌等;钡化合物如钛酸钡,铁酸钡,硫酸钡,重晶石等;金属和金属氧化物如粒状或纤维状铝,青铜,锌,铜和镍等;薄片填料如玻璃片,薄片碳化硅,二硼化铝,铝薄片,钢薄片等;纤维填料,例如,短的无机纤维如由包含硅酸铝、氧化铝、氧化镁和硫酸钙半水合物等中的至少一种的共混物获得的那些;天然填料和增强材料,如通过粉碎木材获得的木屑,纤维状产品如纤维素,棉花,剑麻,黄麻,淀粉,软木粉,木质素,花生壳,玉米,稻谷外壳等;增强的有机纤维状填料,由能够形成纤维的有机聚合物形成,所述有机聚合物如聚(醚酮),聚酰亚胺,聚苯并噁唑,聚(苯硫醚),聚酯,聚乙烯,芳族聚酰胺,芳族聚酰亚胺,聚醚酰亚胺,聚四氟乙烯,丙烯酸类树脂,聚(乙烯醇)等;以及其它填料和增强剂如云母,粘土,长石,烟灰,惰性硅酸盐微球,石英,石英岩,珍珠岩,硅藻石,硅藻土,碳黑等,或者包含至少一种前述填料或增强剂的组合。
可用金属材料层涂布填料和增强剂,以促进导电,或者用硅烷表面处理,以改进粘合性和与聚合物基体树脂的分散。另外,该增强填料可以以单丝或复丝纤维形式来提供,且可以单独地或者与其它类型纤维通过以下示例性的方法组合地使用:共编织或芯/皮、并列(side-by-side)、橙型或矩阵和原纤维结构,或纤维制造技术领域的技术人员已知的其他方法。适宜的共编织结构包括例如玻璃纤维-碳纤维、碳纤维-芳族聚酰亚胺(芳族聚酰胺)纤维和芳族聚酰亚胺玻璃纤维或类似物。纤维状填料可以以下列形式来提供,例如,粗纱(rovings)、纺织的纤维状增强物,如0-90度织物等;无纺纤维增强材料,例如连续原丝片(continuous strand mat)、短切原丝片(choppedstrand mat)、绢纱(tissue)、纸和毛毯等;或者三维增强材料如编带(braids)。填料的通常用量为约1至50重量份,基于100重量份的全部组合物。
适宜的热稳定剂包括例如有机亚磷酸酯,例如亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(2,6-二甲基苯基)酯、亚磷酸三(混合的单和二壬基苯基)酯,等等;膦酸酯,例如二甲基苯膦酸酯等等;磷酸酯,例如磷酸三甲基酯等等;或者包含至少一种前述热稳定剂的组合。热稳定剂的通常用量为约0.01至0.5重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的抗氧化剂添加剂包括例如有机亚磷酸酯,例如亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯等等,烷基化的一元酚或多元酚;多元酚与二烯的烷基化反应产物,例如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等等;对甲酚或二环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化氢醌;羟基化硫代二苯醚;烷叉双酚;苄基化合物;β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯;硫烷基或硫芳基化合物的酯,例如二硬脂基硫代丙酸酯、二月桂基硫代丙酸酯、二(十三烷基)硫代二丙酸酯、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、季戊四醇基-四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯等等;β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸的酰胺等等;或者包含至少一种前述抗氧化剂的组合。抗氧化剂的通常用量为约0.01至0.5重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的光稳定剂包括,例如苯并三唑如2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑,2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)-苯并三唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等,或包含至少一种前述光稳定剂的组合。光稳定剂通常的用量为0.1-1.0重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的增塑剂包括,例如邻苯二甲酸酯,如二辛基-4,5-环氧六氢邻苯二甲酸酯;三(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯;三硬脂精;环氧化大豆油等,或包含至少一种前述增塑剂的组合。增塑剂的通常用量为0.5-3.0重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的抗静电剂的实例包括,例如单硬脂酸甘油酯,硬脂基磺酸钠,十二烷基苯磺酸钠等,或者包含至少一种前述抗静电剂的组合。在一种实施方式中,在包含化学抗静电剂的聚合物树脂中可以使用碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑,或前述材料的任意组合,以使组合物静电消散。抗静电剂的通常用量为0.1-3.0重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的脱模剂包括,例如,硬脂酸硬脂酯、四硬脂酸季戊四醇酯、蜂蜡、褐煤蜡、石蜡等,或包含至少一种前述脱模剂的组合。脱模剂通常的用量为0.1-1.0重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的UV吸收添加剂包括例如羟基二苯甲酮类;羟基苯并三唑类;羟基苯并三嗪类;氰基丙烯酸酯类;草酰二苯胺类;苯并噁嗪酮类;2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚(CYASORBTM 5411);2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORBTM 531);2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)苯酚(CYASORBTM 1164);2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)(CYASORBTM UV-3638);1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷(UVINULTM 3030);2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮);1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷;纳米尺寸的无机材料,例如氧化钛、氧化铈和氧化锌,所有这些的粒度小于100nm;或类似物;或含至少一种前述UV吸收剂的组合。UV吸收剂的通常用量为0.01-3.0重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的润滑剂包括,例如,脂肪酸酯如烷基硬脂酯,例如硬脂酸甲酯等;硬脂酸甲酯和包括聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物及其共聚物的亲水和疏水表面活性剂的混合物,例如在合适溶剂内的硬脂酸甲酯和聚乙二醇-聚丙二醇共聚物;或包含至少一种前述润滑剂的组合。润滑剂通常的用量为0.1-5重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的颜料包括,例如,无机颜料如金属氧化物和混合的金属氧化物如氧化锌、二氧化钛、氧化铁等;硫化物如硫化锌等;铝酸盐;硫代-硅酸钠;硫酸盐和铬酸盐;炭黑;铁酸锌;群青蓝;颜料棕24;颜料红101;颜料黄119;有机颜料如偶氮,重氮,喹吖啶酮,苝,萘四甲酸,黄烷士酮,异二氢吲哚酮,四氯异二氢吲哚酮,蒽醌,蒽嵌蒽二酮,二噁嗪,酞菁,和偶氮色淀;颜料蓝60,颜料红122,颜料红149,颜料红177,颜料红179,颜料红202,颜料紫29,颜料蓝15,颜料绿7,颜料黄147和颜料黄150,或者包含至少一种前述颜料的组合。颜料通常的用量通常为1-10重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的染料,包括例如有机染料如香豆素460(蓝)、香豆素6(绿),尼罗红等;镧系复合物;烃和取代的烃染料;多环芳烃染料;闪烁染料(优选噁唑或噁二唑染料);芳基或杂芳基取代的聚(C2-8)烯烃染料;羰花青染料;酞菁染料和颜料;噁嗪染料;喹诺酮(carbostyryl)染料;卟啉染料;吖啶染料;蒽醌染料;芳基甲烷染料;偶氮染料;重氮鎓染料;硝基染料;醌亚胺染料;四唑鎓染料;噻唑染料;苝染料、苝酮(perinone)染料;二-苯并噁唑基噻吩(BBOT);和氧杂蒽染料;荧光团,如抗斯托克司频移染料,其吸收近红外波长并发射可见波长,等;荧光染料如5-氨基-9-二乙基亚氨基苯并(a)吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;7-氨基-4-甲基喹诺酮;7-氨基-4-甲基香豆素;3-(2′-苯并咪唑基)-7-N,N-二乙基氨基香豆素;3-(2′-苯并噻唑基)-7-二乙氨基香豆素;2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑;2-(4-联苯基)-6-苯基苯并噁唑-1,3;2,5-二-(4-联苯基)-1,3,4-噁二唑;2,5-二-(4-联苯基)-噁唑;4,4′-二-(2-丁基辛氧基)-对-联四苯;对-二(邻-甲基苯乙烯基)-苯;5,9-二氨基苯并(a)吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-(对-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃;1,1′-二乙基-2,2′-羰花青碘化物;3,3′-二乙基-4,4′,5,5′-二苯并硫杂三羰花青碘化物;7-二乙基氨基-4-甲基香豆素;7-二乙氨基-4-三氟甲基香豆素;2,2′-二甲基-对-联四苯;2,2-二甲基-对-联三苯;7-乙氨基-6-甲基-4-三氟甲基香豆素;7-乙氨基-4-三氟甲基香豆素;尼罗红;若丹明700;噁嗪750;若丹明800;IR 125;IR 144;IR 140;IR 132;IR 26;IR5;二苯基己三烯;二苯基丁二烯;四苯基丁二烯;萘;蒽;9,10-二苯基蒽;芘;1,2-苯并菲(chrysene);红荧烯;晕苯;菲等,或者包含至少一种前述染料的组合。染料通常的用量为0.1-5重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的着色剂包括,例如二氧化钛,蒽醌,二萘嵌苯,苝酮,靛蒽醌,喹吖啶酮,氧杂蒽,噁嗪,噁唑啉,噻吨,靛蓝,硫靛,萘二酰亚胺,花青,氧杂蒽,次甲基,内酯,香豆素,二-苯并噁唑基噻吩(BBOT),萘四羧酸衍生物,一偶氮和二偶氮颜料,三芳基甲烷,氨基酮,二(苯乙烯基)联苯衍生物等,以及包含至少一种前述着色剂的组合。着色剂通常的用量为0.1-5重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
适宜的发泡剂包括,例如低沸点的卤代烃和可生成二氧化碳的物质;在室温下为固体并且当被加热到高于其分解温度的温度后生成例如氮、二氧化碳、氨气等气体的发泡剂,例如偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酰胺的金属盐、4,4′氧双(苯磺酰肼)、碳酸氢钠、碳酸铵等、或包括至少一种上述发泡剂的组合。发泡剂通常的用量为1-20重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
此外,可以将改进流动性和其他性质的材料如低分子量烃树脂加入组合物中。特别有用的一类低分子量烃树脂是源自于由石油裂解获得的不饱和C5-C9单体所衍生得到的石油C5-C9原料油。非限制性实例包括烯烃,例如戊烯、己烯、庚烯等;二烯烃,例如,戊二烯、己二烯等;环状烯烃和环状二烯烃,例如,环戊烯、环戊二烯、环己烯、环己二烯、甲基环戊二烯等;环状二烯烃二烯,例如,二环戊二烯、甲基环戊二烯二聚体等;以及芳族烃,例如,乙烯基甲苯、茚、甲基茚等。该树脂还可以部分氢化或全部氢化。
商购的合适的源自于石油C
5-C
9原料油的低分子量烃树脂的实例包括以下:得自Eastman Chemical商标为
的烃树脂,得自Eastman Chemical商标为
的芳族烃树脂,得自Arakawa Chemical Inc.商标为
的基于C
9单体的完全氢化的脂环族烃树脂,根据软化点以
P140,P125,P115,P100,P90,P70出售,或者以
M135,M115,M100和M90出售的部分氢化的烃树脂,得自Eastman Chemical商标为
的完全或部分氢化的烃树脂,根据软化点,以
R1100,S1100,R1125,R1090和R1010出售,或者以
R7100,R9100,S5100和S7125出售的部分氢化的树脂,得自Exxon Chemical商标为
的烃树脂,基于C
5,C
9原料油及其混合物,以
1000,2000和5000系列出售,或者基于环状和C
9单体、以
5300,5400和5600系列出售的烃树脂,任选氢化的和纯的芳族单体烃树脂,例如得自Eastman Chemical商标为
的苯乙烯、α-甲基苯乙烯类烃树脂。低分子量烃树脂通常的用量为约0.1至10重量份,基于100重量份的除任何填料之外的全部组合物。
树脂组合物可以进一步具有热挠曲温度(HDT),为90℃~135℃,具体为100℃~125℃,根据ASTM D-648,在1.8MPa使用6.35mm厚的试条测量。
树脂组合物可以进一步具有缺口伊佐德抗冲强度(NII),为500J/m到900J/m,根据ASTM D256或ASTM D4812,在室温使用3.18mm(+3%)的试条测量。
树脂组合物还具有拉伸特性,比如说抗张强度为1500到2300MPa。抗张强度使用类型I 3.2mm厚的模塑拉伸试条根据ASTM D638标准,对3.2mm厚的模塑拉伸试条以5mm/min的拉伸速率,接着以50mm/min.的拉伸速率直至样品断裂而测定。也可以5mm/min.进行测量,如果对于具体应用是需要的,但是在这些试验中测量的样品是在50mm/min进行测量的。拉伸强度和拉伸模量结果以MPa记录。
还提供包含该树脂组合物的成型、成形或模塑制品。树脂组合物可以通过各种方式模塑为有用的成型制品,例如注塑、挤出、旋转模塑、吹塑和热成型,来形成制品。上述组合物在最小壁厚低至0.1mm、0.5mm、1.0mm或2.0mm(各自±10%)的制品的制备中特别有用。同样上述组合物在最小壁厚为2.25-2.90mm(各自±10%)的制品的制备中特别有用,在可替代的实施方式中,最小壁厚为2.4-2.75mm(各自±10%),在另一实施方式中,最小壁厚为2.40-2.60mm(各自±10%)。还可以制造最小壁厚为2.25-2.50mm(各自±10%)的制品。
本发明的组合物尤其适用于耐磨特性要求较高的制品。这些制品的例子包括(但不限于):齿轮、脚轮、轴衬、门铰链开关板齿轮系、汽车板簧隔片(Auto Leaf spacer)、汽车底盘、门锁机械装置、蛇管灯、汽车推拉电缆、送纸道、硬盘驱动器存储组件、软金属磨损件、帷幔五金、窗户滑道(windowslide)、汽车雨刮器组件(wiper assemblies)、门吸(door catches)、座椅开关(seatswitch)、刹车组件、车用齿轮(automotive gear)、汽车转向总成组件、草坪组件(lawn component)、系泊部位操作杆(docking station lever)、闩锁(latch)等。
通过以下非限制性实施例进一步说明本发明。
实施例
进行第一组实验来说明本发明的方法能够使用一步混配法制备与现有的两步制造法所得性质相似的润滑的聚碳酸酯,由此省去一个混配步骤,简化了工艺。
如下制备样品:将各成分共混在一起并将混合物输入双螺杆挤出机,此挤出机的螺杆配置为熔体停留时间大于20秒。然后将混合物在双螺杆挤出机中混配并形成粒料。随后将这些粒料形成止推垫圈(thrush washer),用于进行止推垫圈耐磨测试。各组分的类型和数量见表1。表2提供了形成用传统二步法制备的比较例的用量和方法。
表1
注释:
B1为马来酸酐接枝的PE
B2为含环氧基的PE
C为LLDPE
e为3,4-环氧基环己基甲基-3,4-环氧基环己基羧酸酯
f为酚酞
表2
样品材料的耐磨性通过止推垫圈耐磨性测试法测量。本耐磨测试法用于测定塑料材料的耐磨因子(K),与ASTM D3702-78中描述的耐磨测试法相似。在本测试中,将塑料材料注塑成环形垫圈样品,垫圈中间有孔,外边缘凸起。磨损面积(A)通过方程式(1)计算,其中:
A={B[(O.D./2)5-(I.D./2)5]}平方英寸 方程式(1)
式中,Do=耐磨垫圈的外径=1.125″,Di=耐磨垫圈的内径=0.904″
根据WI-0618(ASTM)调理样品。该标准测试进行如下:将背靠在保持固定不动的钢耐磨环的塑料止推垫圈以50ft./min.的速度且在40lbs./in2压力下旋转。外加的压力(psi)和速度(fpm)相乘称为测试的PV(压力-速度)值,如方程式(2)所示:
PV=(压力)(速度) 方程式(2)
在这些实施例中,PV=(40lbs./in2)(50ft./min.)=2000PV。如下进行该测试:在实验室环境为温度23±2℃和相对湿度50±5%的条件下使止推垫圈试样在2000PV运行大约72小时,然后将试样取走并测量重量损失。根据该重量损失值使用方程式(3)可以算出耐磨因子(K):
耐磨因子(K)=[(6.1x10-5)(重量损失)]/[(PV)(密度)(时间)]方程式(3)
此外,使用方程式(4)可测定静态和动态摩擦系数:
摩擦系数=(10.5)(力)/(受力面积)(压力) 方程式(4)
耐磨测试结果见表3
表3
见上表,实施例1是作为参照例的纯聚碳酸酯。实施例2为PC和未改性的PE的共混物。大的相区尺寸和清晰的相界说明聚碳酸酯和PE的相容性差,导致差的层离特性(等级:4)。层离等级越低,层离特性越好。层离等级为1级或2级是可以接受的。
在实施例3中,将组分(e)加到共混物中。PE上没有官能团,PC和PE之间未发生反应。大的相区尺寸和清晰的相界表明发生严重的相分离。实施例4是PC和PE/MAH的共混物,虽然其层离等级(3)比实施例2和实施例3的好,不过仍观察到明显的相分离。
实施例5、6和7显示,在这些实施例中研究的PE负载量最低。使用3%PE/MAH和0.5~1.5%组分(e)时,所有特性均是可以接受的。
实施例8-17说明组分的不同数量。正如从结果可以看到的,机械特性经常是可以接受的,但层离时有发生。因此,这些实施例虽然提供了一些有用的实施方式,但在良好耐磨特性和机械特性方面却一直无法实现。
实施例18为聚碳酸酯和聚乙烯/环氧树脂(组分B2)的共混物。小的相区尺寸说明了聚碳酸酯和聚乙烯/环氧树脂(组分B2)有良好的相容性和层离效果(等级1)。然而,高的耐磨因子K(1140)则表明了该样品较差的耐磨性。该样品说明用调整相分离获得良好耐磨特性的有益方面。
实施例19、20和21的样品中使用未改性的PE和PE/环氧树脂。实施例19表明1%的未改性的PE明显增强了实施例18的耐磨特性。实施例20的形态与我们的基准实施例28相同。耐磨性非常好。层离等级1级表明了层离性能比实施例28好。然而,当未改性的聚乙烯与PE/环氧树脂的比例达到1/4时,开始出现负面的层离性质。
在实施例22和23中,两个样品是聚碳酸酯、PE/环氧树脂和组分(f)的共混物。存在(f)比没有(f)时的相区尺寸小,说明了组分(f)的存在改进了聚碳酸酯和聚乙烯/环氧树脂的相容性。在实施例24-27的样品中加入了混合滑润剂(hybrid lubricants)。实施例24与实施例25的比较显示组分(f)可以改进样品的挠曲模量。最后,实施例28的样品是通过现有技术的两步混配法完成的。它作为这些实施例中描述的方法的基准。
在本文中,化合物采用标准命名法描述。例如,未被任何指定的基团所取代的任意位置应理解为其化合价被指定的键或者氢原子所填充。不介于两个字母或符号之间的破折号(″-″)用于表示取代基的连接点。例如,-CHO是通过羰基(C=O)的碳连接的。除非另有定义,本文所用的技术和科学术语与本发明所属技术领域的技术人员理解的含义相同。当测量值后面跟随符号“(±10%)”和“(±3%)”时,测量值可以在该指定百分数的正值或负值的范围内变化。此变化可以在样品整体上显示(例如,样品具有在所示值指定百分数范围内的均匀宽度),或者通过样品内的变化显示(例如,样品具有可变宽度,所有变化均在所示值的指定百分数范围内)。
虽然为了举例说明已经阐述了通常的实施方式,但是不应当认为前述说明是对本文范围的限制。因此,在不脱离本文的精神和范围的情况下,本领域技术人员可以想到各种改变、调整和替代物。