CN101878252B - 用于金属电镀制品的部分芳香族聚酰胺组合物 - Google Patents

用于金属电镀制品的部分芳香族聚酰胺组合物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了包含脂族聚酰胺和碱土金属碳酸盐的部分芳香族聚酰胺组合物，所述部分芳香族聚酰胺组合物具有对金属包衣的优异粘附力，所述金属包衣通过非电镀和/或电镀来制备。还描述了用于这些组合物非电镀和/或电镀包衣的方法。所得制品可用作机动车和工业应用中的部件。

Description

用于金属电镀制品的部分芳香族聚酰胺组合物
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2007年11月30日提交的美国临时申请61/004,857的优先权，该临时申请全文以引用方式并入本文。
发明领域
部分芳香族聚酰胺组合物尤其适用于金属电镀制品和用于电镀它们的方法。
发明背景
聚合物，诸如(热塑性塑料)聚酰胺，是常见的商业制品。许多不同的产品由它们制成。在某些情况下，希望用金属来包覆聚酰胺。用金属包覆聚酰胺表面的原因是不同的，但通常包括所述包衣赋予更好的外观(例如镀铬)，改善物理特性(例如更高硬度)、以及保护聚酰胺不与有害的化学品接触、或这些或其它改善的任何组合。
实现金属包覆最常见的做法是通过表面处理然后“活化”聚酰胺表面，以便其可以非电镀方式被镀覆，然后任选地以电解的方式包覆大部分金属。聚酰胺的表面处理可涉及机械的和/或化学的表面“蚀刻”，以便允许非电镀的镀覆和/或允许和改善金属层与聚酰胺表面的粘附力。处理聚酰胺表面的一般方法是使用通常用来表面处理(蚀刻)聚酰胺，包括部分芳香族聚酰胺(PAP)的包含硫酸的溶液和铬(铬VI)酸。参见例如美国专利5,324,766。然而，根据US National Institute for OccupationalSafety and Health，使用铬VI对于工人而言极具危害性，并且一般来讲，铬通常被认为是在环境中有毒性的污染物。
所述聚酰胺本身可影响需要何种类型的表面处理。例如，脂族聚酰胺，如聚酰胺-6，6和聚酰胺-6，可通过多种方法处理，但是其中用于形成聚酰胺的大部分或所有二元羧酸为芳族二元羧酸的PAP，通常对表面处理更具抵抗力。更高的抵抗力导致对这些PAP的粘附力通常更低，因此期望获得可改善金属电镀对于PAP的粘附力的方法。
发明概述
本发明涉及包含组合物的制品，所述组合物包含：
(a)至少约30重量％的部分芳香族聚酰胺；
(b)约0.5％至约15重量％的脂族聚酰胺；和
(c)约2％至约20重量％的碱土金属碳酸盐；
其中所述重量百分比是按所述组合物的总重量计的，并且前提条件是所述组合物的至少一个表面的至少一部分被金属镀覆。
本发明还涉及用于包含至少约30重量％的部分芳香族聚酰胺的组合物非电镀和/或电镀的方法，其中改善包括，所述组合物另外包含约0.5％至约15重量％的脂族聚酰胺和/或约0.5％至约15重量％的聚合增韧剂中的一者或两者，和约2％至约20重量％的碱土金属碳酸盐，并且其中所述重量百分比是按所述组合物的总重量计的。
发明详述
本发明的制品使用组合物制成，所述组合物包含(a)至少约30重量％的部分芳香族聚酰胺；(b)约0.5％至约15重量％的脂族聚酰胺；和(c)约2％至约20重量％的碱土金属碳酸盐；其中所述重量百分比是按所述组合物的总重量计的，并且前提条件是所述组合物的至少一个表面的至少一部分被金属镀覆。
在本文中使用了某些术语，其中一些定义如下：
“部分芳香族聚酰胺”(PAP)是指部分地得自一种或多种芳族二元羧酸的聚酰胺。聚酰胺衍生自二胺和二元羧酸。PAP衍生自一种或多种脂族二胺和一种或多种二元羧酸，并且至少80％摩尔，优选至少90％摩尔，更优选基本上所有衍生出聚酰胺的二元羧酸为芳族二元羧酸。优选的芳族二元羧酸为对苯二甲酸和间苯二甲酸，并且对苯二甲酸是更优选的。
“脂族聚酰胺”(AP)是指聚酰胺衍生自一种或多种脂族二胺和一种或多种二元羧酸，和/或一种或多种脂族内酰胺，前提条件是总计的二元羧酸衍生出的单元以小于60％摩尔，更优选小于20％摩尔的量存在，并且尤其优选基本上没有单元衍生自芳族二元羧酸。
“脂族二胺”是指其中每个氨基结合到脂族碳原子上的化合物。可用的脂族二胺包括其中n为4至12的式H2N(CH2)nNH2的二胺，和2-甲基-1，5-戊二胺。
“芳族二元羧酸”是指其中每个羧基结合到作为芳环一部分的碳原子上的化合物。可用的二元羧酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、4，4’-联苯二甲酸和2，6-萘二甲酸。
优选的PAP为包含衍生自间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸的一种或多种二元羧酸，和其中n为4至12的H2N(CH2)nNH2，和2-甲基戊二酸的一种或多种二胺重复单元的那些。应当了解，可形成这些重复单元的任何组合以形成优选的PAP。
优选的AP为包含衍生自具有其中m为2至12的式HO2C(CH2)mCO2H、间苯二甲酸和对苯二甲酸的一种或多种二元羧酸重复单元的那些。尤其优选的二元羧酸为己二酸(m＝4)。在这些优选的AP中，包含优选的得自二胺的重复单元衍生自其中n为4至12的H2N(CH2)nNH2，和2-甲基戊二胺，并且所述二胺其中n为6是尤其优选的。应当了解，可形成这些重复单元的任何组合以形成优选的AP。尤其优选的具体AP为聚酰胺-6，6和聚酰胺-6[聚(ε-己内酰胺)]。优选存在的AP的量为约0.5重量％至约5重量％。
用来制造本发明制品的组合物包含碱土金属(元素周期表第2主族，IUPAC命名)碳酸盐。这些的实例包括碳酸镁、碳酸钙或碳酸钡。碳酸钙是优选的。与大多数作为热塑性聚合物组合物一部分的矿物质一样，优选的是所述金属碳酸盐为细分的颗粒形式以便优选地均匀分布在所述组合物中。为了用于热塑性组合物出售的碳酸盐适宜具有且通常具有1-3μm的平均粒度范围。用于本发明的碳酸盐可通过任何方法制备。例如，碳酸钙可通过沉淀或通过碾磨天然存在的矿物质来制备。存在的金属碳酸盐的量为约2％至约20％，更优选约5％至约15％。
在塑性材料如热塑性PAP的典型金属电镀中，清洁PAP的表面，然后处理表面。作为另外一种选择，这两步可合并或同时进行。该表面处理通常使用酸性物质如磺基铬酸和/或其它酸性物质如盐酸或硫酸进行。然后所述表面用“催化剂”(通常为钯化合物)进行处理，然后非电镀溶液沉积一层金属如镍或铜到所述PAP的表面上。这可以是方法的结束，或者如果期望更厚和/或不同的金属层，则所述表面可以通常的方式电镀。如果所述PAP组合物为导电的，那么非电镀可能是不必要的，且仅进行电镀。
在本发明组合物的制品中可使用任何金属，只要其可被电镀。可用的金属包括铜、镍、钴、铁和锌。这些金属的合金如镍-铁也可被电镀。所得的电镀金属层可具有1nm至10,000nm范围内的平均金属晶粒(结晶)尺寸。优选的平均晶粒尺寸为1至200nm，更优选1至100nm。包被的金属的总厚度优选约1μm至约200μm，更优选约1μm至约100μm。
可用的AP包括聚酰胺-6，6、聚酰胺-6和己二酸、1，6-己二胺和对苯二甲酸的共聚酰胺，其中对苯二甲酸小于存在的二元羧酸衍生出的单元的60％摩尔。它们可以是从较低分子量至较高分子量的任何分子量。所述组合物包含约0.5％至约15重量％，优选约1.0％至约5.0重量％的AP。
至少约40重量％的PAP存在于所述的组合物中是优选的。还优选的是PAP具有约70℃或更高，更优选约100℃或更高，并且尤其优选至少约135℃或更高的玻璃化转变温度。
本文的熔点和玻璃化转变温度使用ASTM方法ASTM D3418-82测量。熔点以熔融吸热峰记录，而玻璃化转变温度在过渡中点处记录。
要被金属电镀的PAP组合物还可包含其它通常以常见量存在于热塑性PAP组合物中的材料(注：这些具体材料的一些分类可能是有点主观，并且有时这些材料可实现一种以上的功能)，如：增强剂，如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、碾碎的玻璃和钙硅石；填料，如粘土、云母、炭黑、二氧化硅和其它硅酸盐矿物质；阻燃剂；颜料；染料；稳定剂(光的和/或热)；润滑剂和/或脱模剂；增韧剂，包括聚合物增韧剂、其它聚合物，如聚酯和非晶形的聚酰胺，尽管优选仅所述PAP和PA和/或增韧剂为仅存在的聚合物。增韧剂为聚合组分优选的形式。优选的材料为增强剂，尤其为玻璃纤维和碳纤维。应当了解，可存在一种以上的每种类型的这些材料，并且还可存在上述材料一种以上的类型。
所述PAP组合物可通过典型的用来制造热塑性组合物熔融混合技术制造，如在单螺杆挤出机或双螺杆挤出机或在捏合机中混合。时常地，在熔融混合后，所述组合物将形成粒料或颗粒以用于之后形成成型部件。成型部件可通过用于热塑性塑料典型的熔体成形方法成型，如注塑、挤出、吹塑、热成形、旋转模塑等。
本发明的PAP组合物提供改善的金属包覆层与该组合物的粘附力。AP和碱土金属碳酸盐的组合通常比任何单独一个提供更好的粘附力。
所述PAP组合物金属电镀部件可用作机动车部件(包括引擎盖下的部件和/或载荷轴承和/或必须承受挠曲的部件)、工业部件、具有上述改善性能的电子部件，包括手持装置、手机、笔记本电脑等。改善的粘附力还导致更好的热循环性能，这使部件能更好的经受热循环而没有破损和/或金属层的分离。
本文粘附力是指粘附力通过具有2.5kN负载传感器的Zwick
Figure GPA00001142328500051
(或同等装置)Z005张力检验器，使用ISO测试方法34-1测量。固定在连接到所述张力检验器的一端的滑台上的PAP组合物块用20至25μm的金属(例如铜)进行电镀。在金属表面进行两个分开1cm的平行切割，以便在PAP表面形成1cm宽的金属带。所述滑台在平行于切割的方向上滑动。将所述1cm宽的铜条连接到机器的另一端，并将所述金属条以50mm/min(温度23℃，50％RH)测试速度(以直角)剥离。然后计算粘附强度。
在所述实施例中，使用下列材料：
填料1-碳酸钙，Super-Pflex200，得自Specialty MineralInc.，New York，NY 10174，USA。
填料2-煅烧的氨基硅烷包被的高岭土，Polarite
Figure GPA00001142328500053
102A，得自Imerys Co.，Paris France。
GF-切削的(标称长度3.2mm)玻璃纤维，PPG
Figure GPA00001142328500054
3660，得自PPGIndustries，Pittsburgh，PA 15272，USA。
聚合物A-由对苯二甲酸、50％摩尔(按存在的总二胺计)的1，6-己二胺和50％摩尔的2-甲基-1，5-戊二胺制成的PAP。
聚合物B-PA，聚酰胺-6，Durethan B29，得自Lanxess AG，51369Leverkusen，Germany。
聚合物C-PA，聚酰胺-6，6，Zytel
Figure GPA00001142328500055
101，得自E.I.DuPont deNemours & Co.，Inc.Wilmington，DE 19899 USA。
聚合物D-PA，较低分子量聚酰胺-6，6，Elvamid
Figure GPA00001142328500061
8061，得自E.I.DuPont de Nemours & Co.，Inc.Wilmington，DE 19899 USA。
实施例1至3和比较实施例A至B
通过在30mm Werner&Pfleiderer双螺杆挤出机中混合所述成分来制备各种聚酰胺组合物。所述聚酰胺被输送至尾段，将玻璃纤维和填料顺流添加到熔融的聚酰胺中。将圆筒保持在300℃的标称温度。在穿过股模离开挤出机的时候，所述组合物被制成粒状。接下来，将所述聚酰胺组合物注塑成7.62cmx12.70cmx0.32cm的块。注塑条件为在100℃干燥的空气中干燥6至8小时，熔融温度为320至330℃，并且模具温度为140至160℃。
准备、活化和电镀所述块的表面的步骤概述于表1中。
表1
a如果没有列出添加剂，则使用水。
b如果没有列出温度，则使用室温。
c该材料得自Rohm & Haas Electronic Materials Europe，Coventry CV3 2RQ，
Great Britain
组合物的细节和金属层的粘附力提供于表2中。所有示出的部件均为按重量计的部件。
表2
  实施例   1   2   3   A   B
  聚合物A   57.3   57.3   57.3   59.3   59.3
  聚合物B   2
  聚合物C   2
  聚合物D   2
  填料1   10   10   10   10
  填料2   10
  GF   30   30   30   30   30
  剥落粘附力，N/cm   7.6   7.8   8.4   6.7   3.0

Claims (9)

1.包含组合物的制品，所述组合物包含：
(a)至少30重量％的部分芳香族聚酰胺；
(b)0.5％至15重量％的脂族聚酰胺，所述脂族聚酰胺基本上没有衍生自芳族二元羧酸的单元；以及
(c)2％至20重量％的碱土金属碳酸盐；
其中所述重量百分比是按所述组合物的总重量计的，并且前提条件是所述组合物的至少一个表面的至少一部分被金属镀覆。
2.权利要求1所述的制品，其中所述部分芳香族聚酰胺包含衍生自间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸、其中n为4至12的H2N(CH2)nNH2，和2-甲基戊二胺中的一种或多种的重复单元。
3.权利要求1或2所述的制品，其中所述碱土金属碳酸盐为碳酸钙。
4.用一种或多种金属非电镀和/或电镀权利要求1所述的制品的方法。
5.权利要求4所述的方法，其中存在所述脂族聚酰胺。
6.权利要求4或5所述的方法，其中所述部分芳香族聚酰胺包含衍生自间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸、其中n为4至12的H2N(CH2)nNH2，和2-甲基戊二胺中的一种或多种的重复单元。
7.权利要求4所述的方法，其中所述碱土金属碳酸盐为碳酸钙。
8.权利要求4所述的方法，其中在所述非电镀或电镀所述组合物之前，所述组合物用酸性物质进行表面处理。
9.权利要求8所述的方法，其中所述酸性物质为磺基铬酸。
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