CN101918493B - 热塑性聚(亚芳基醚)/聚酰胺共混物及其制备方法 - Google Patents
热塑性聚(亚芳基醚)/聚酰胺共混物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
热塑性组合物,包含:聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和聚合物增容剂组成的增容共混物;和抗冲改性剂;其中脂族-芳族聚酰胺包含得自二羧酸的单元和得自二胺的单元,所述得自二羧酸的单元包含60~100mol%得自对苯二甲酸的单元,所述得自二胺的单元包含60~100mol%得自1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺或此二者组合的单元。
Description
发明背景
本申请披露聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的共混物。
聚(亚芳基醚)/脂族聚酰胺组合物已被广泛使用,该组合物的特性至少在一定程度上取决于聚(亚芳基醚)和聚酰胺的特性。尽管引入脂族聚酰胺的组合物已被广泛使用,但该组合物仍然存在一些缺陷,如具有极低的尺寸稳定性和高吸湿性。已有研究通过改变聚酰胺结构来引入芳族元素从而形成一种脂族-芳族聚酰胺来试图改进物理性能分布。然而已经证明,形成聚(亚芳基醚)与一些脂族-芳族聚酰胺的共混物是很困难的。一些脂族-芳族聚酰胺仅能在高于聚(亚芳基醚)的降解温度时加工。其它脂族-芳族聚酰胺的反应活性低,很难形成具有稳定形态的共混物。聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物具有多相形态,并且分散相的分布对组合物的物理性能有影响。一种解决方法是使用带有胺端基的聚酰胺,并且所述胺端基的含量大于45微摩尔每克聚酰胺。但是,这种方法仅限于该类材料,目前对于从未限制胺端基含量的脂族-芳族聚酰胺形成的聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺以及这种组合物的制备方法来说,仍然有需求。
发明简述
上面讨论的需求由以下热塑性组合物解决,所述组合物包含:
增容共混物,由聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和聚合物增容剂组成;和
抗冲改性剂;
其中所述脂族-芳族聚酰胺包含得自二羧酸的单元和得自二胺的单元,所述得自二羧酸的单元包含60~100mol%得自对苯二甲酸的单元,所述得自二胺的单元包含60~100mol%得自1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺或此二者组合的单元。
本申请还介绍了热塑性组合物,其由下述组分经熔体共混制成:
脂族-芳族聚酰胺;
聚(亚芳基醚),其中部分聚(亚芳基醚)为官能化的聚(亚芳基醚);
抗冲改性剂;和
聚合物增容剂,其平均每分子包含大于或等于3个环氧基团;
其中所述脂族-芳族聚酰胺包含得自二羧酸的单元和得自二胺的单元,所述得自二羧酸的单元包含60~100mol%得自对苯二甲酸的单元,所述得自二胺的单元包含60~100mol%得自1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺或此二者组合的单元。
本申请还介绍了热塑性组合物,其由下述组分经熔体共混制成:
脂族-芳族聚酰胺;
聚(亚芳基醚);
抗冲改性剂;
官能化试剂;和
聚合物增容剂,其平均每分子包含大于或等于3个环氧基团;
其中所述脂族-芳族聚酰胺包含得自二羧酸的单元和得自二胺的单元,所述得自二羧酸的单元包含60~100mol%得自对苯二甲酸的单元,所述得自二胺的单元包含60~100mol%得自1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺或此二者组合的单元。
还介绍了制备组合物的方法以及包含组合物的制品。
附图说明
图1-9为实施例1-9的扫描电镜显微图,图10为实施例3经退火处理后的扫描电镜显微图。
发明详述
在说明书和权利要求书中,将提及被赋予下述意义的术语。本申请所用的术语“第一”、“第二”等,“初级的”、“二级的”等,“(a)”“(b)”等不表示顺序、数量或重要性,而用于区分不同的要素。指同一组分或性能的所有范围的端点包含该端点并且可以独立组合。整个说明书中提及的“一种实施方案”、“另一种实施方案”、“实施方案”、“一些实施方案”等指的是参考该实施方案描述的具体要素(如特征、结构、性能和/或特性)包含在本文描述的至少一种实施方案中,并且可能存或可能不存在于其它实施方案中。此外,应该理解的是所述的实施方案可能在众多实施方案中以任意适宜的方式组合。除非文中清楚指出,单数形式“一个”、“一个”和“这个”包含复数的指代物。“任选的”或“任选地”指后面所述的事件或情形可能发生或可能不发生,并且叙述中包含事件发生以及不发生的实例。本申请介绍的缺口伊佐德值以及标称断裂应变值是在23℃测定的。本申请所述的聚(亚芳基醚)微区尺寸范围和微区平均尺寸基于至少50个聚(亚芳基醚)微区的测量值。
已发现用含有环氧基团的聚合物增容剂可制得聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺的增容共混物。所述增容的共混物可用胺端基基团的含量小于45微摩尔每克聚酰胺的脂族-芳族聚酰胺制备。这是出乎意料的,因为之前一直认为,要形成增容共混物,胺端基的含量须大于45微摩尔每克聚酰胺,尤其是在不含增强填料的组合物中更是如此。不受理论的限制,据信由于聚合物增容剂中含有活性基团(环氧基),该活性基团可与胺端基或者酸性端基反应,聚合物增容剂的使用使得可以形成增容量的各种共聚物,导致不溶混的聚(亚芳基醚)和聚酰胺发生增容化作用。
本申请介绍的热塑性组合物包含的聚(亚芳基醚)微区的尺寸可为0.25~5微米。在一些实施方案中,聚(亚芳基醚)微区的平均微区尺寸为0.5~3微米。在一些实施方案中,平均微区尺寸的标准偏差小于2.0。有少于或等于3%、特别是少于或等于1%的聚(亚芳基醚)微区大于或等于5微米。该数据可与不含聚合物增容剂的对照组合物相比较,对照组合物中包含的聚(亚芳基醚)微区尺寸为1~12微米,平均微区尺寸为1.5~7微米,且标准偏差大于2,有多于10%的聚(亚芳基醚)微区大于或等于5微米。
此外,本申请中介绍的热塑性组合物的聚(亚芳基醚)微区尺寸是稳定的,在一些实施方案中,在310℃经退火处理8分钟后,尺寸表现出小于或等于10%的增加。聚(亚芳基醚)微区尺寸可如以下实施例所述加以测定。
本申请介绍的热塑性组合物在23℃根据ISO 180/A测得的缺口伊佐德冲击强度大于或等于5千焦每平方米。此外,热塑性组合物根据ISO 527测得的断裂伸长率大于或等于9%。
聚(亚芳基醚)包含式(I)的重复结构单元,
其中,对于每个结构单元来说,每个Z1独立地为卤素、未取代或取代的C1-C12烃基(条件是该烃基不是叔烃基)、C1-C12烃硫基、C1-C12烃氧基、或卤原子与氧原子之间至少间隔2个碳原子的C2-C12卤代烃氧基;每个Z2独立地为氢、卤素、未取代或取代的C1-C12烃基(条件是该烃基不是叔烃基)、C1-C12烃硫基、C1-C12烃氧基、或卤原子与氧原子之间至少间隔2个碳原子的C2-C12卤代烃氧基。
本申请所用的术语“烃基”,无论其是单独使用、或是作为前缀、后缀或其它术语的片断,都指仅包含碳和氢的残基。该残基可以是脂族的或芳族的、直链的、环状的、双环的、支化的、饱和的或不饱和的。该残基还可以包含脂族的、芳族的、直链的、环状的、双环的、支化的、饱和的以及不饱和的烃基团的组合。但是,当烃基残基为“取代的”时,取代的残基中可含有除氢和碳之外的杂原子。因此,当特别指出为“取代的”时,该烃基残基可含有卤素原子、硝基、氰基、羰基、羧酸基团、酯基、氨基、酰胺基团、磺酰基、次硫酰基(sulfoxyl)、磺酰胺基团、氨磺酰基团、羟基、烷氧基等,并且可在烃基残基的骨架内含有杂原子。
聚(亚芳基醚)可包含带有氨烷基端基的分子,其典型地位于羟基的邻位。同样频繁出现的是四甲基二苯基醌(TMDQ)端基,其典型地可从存在四甲基二苯基醌副产物的反应混合物中获得。
聚(亚芳基醚)可以以下形式存在:均聚物、共聚物、接枝共聚物、离聚物、或嵌段共聚物、以及两种或更多种前述聚合物的组合。聚(亚芳基醚)包括聚苯醚,该聚苯醚含有2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚单元以及任选组合的2,3,6-三甲基-1,4-亚苯基醚单元。
聚(亚芳基醚)可由单羟基芳族化合物经氧化偶联反应制备,单羟基芳族化合物可为如2,6-二甲苯酚和/或2,3,6-三甲基苯酚。该偶联反应通常可选用如下催化体系:该体系可含有重金属物质如铜、锰或钴的化合物,并且通常与各种其它材料组合使用,这些材料例如为仲胺、叔胺、卤化物或两种或更多种前述材料的组合。
一部分聚(亚芳基醚)可用下述的多官能化合物(官能化试剂)进行官能化。聚(亚芳基醚)的官能化可在制备组合物之前进行也可在制备的过程中进行。此外,在官能化之前,可对聚(亚芳基醚)进行挤出,例如可形成粒料。还可将聚(亚芳基醚)与其它不影响官能化作用的添加剂熔体混合。示例性的这类添加剂包括阻燃剂、流动促进剂等等。
在一些实施方案中,聚(亚芳基醚)可以包含0.1~90wt%得自官能化试剂的结构单元,基于聚(亚芳基醚)的总重量。在此范围内,聚(亚芳基醚)含有的得自官能化试剂的结构单元可以小于或等于80wt%,特别是小于或等于70wt%,基于聚(亚芳基醚)的总重量。
聚(亚芳基醚)的数均分子量可为3,000~40,000克每摩尔(g/mol),重均分子量可为5,000~80,000g/mol,这些数据通过凝胶渗透色谱法测量,使用的是单分散聚苯乙烯标准样品,40℃的苯乙烯二乙烯苯凝胶,样品在氯仿中的浓度为1毫克每毫升。聚(亚芳基醚)或其组合在25℃的氯仿中测得的初始特性粘度为0.1~0.60分升每克(dl/g)。初始特性粘度定义为聚(亚芳基醚)在与组合物中其它组分熔体混合之前的特性粘度,而最终特性粘度定义为聚(亚芳基醚)在与组合物中其它组分熔体混合之后的特性粘度。正如本领域普通技术人员所知,聚(亚芳基醚)在熔体混合之后的粘度最多会增加30%。这种增加的百分比可由(最终特性粘度-初始特性粘度)/初始特性粘度算得。当使用两个初始特性粘度时,精确比例的计算会一定程度上取决于所用的聚(亚芳基醚)的精确特性粘度以及所需的最终物理性质。
聚(亚芳基醚)的存在量为5~60wt%,基于组合物的总重量。在此范围内,聚(亚芳基醚)的存在量可大于或等于10wt%,特别是大于或等于15wt%。
脂族-芳族聚酰胺包含得自一种或多种二羧酸的单元以及得自一种或多种二胺的单元。有60~100mol%的二羧酸单元得自对苯二甲酸,基于二羧酸单元的总摩尔数。在此范围内,对苯二甲酸单元的量可以大于或等于75mol%,特别是大于或等于90mol%。这种聚酰胺称为9T。
除对苯二甲酸单元外,其它可用的二羧酸单元的实例包括得自以下二羧酸的单元:脂族二羧酸,如丙二酸、二甲基丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、2-甲基己二酸、三甲基己二酸、庚二酸、2,2-二甲基戊二酸、3,3-二乙基琥珀酸、壬二酸、癸二酸和辛二酸;脂环族二羧酸如1,3-环戊烷二羧酸和1,4-环己烷二羧酸;和芳族二羧酸,如间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、1,4-萘二羧酸、1,4-亚苯二氧-二乙酸、1,3-亚苯二氧-二乙酸、联苯甲酸、4,4′-氧联二苯甲酸、二苯甲烷-4,4′-二羧酸、二苯基砜-4,4′-二羧酸、4,4′-联苯二羧酸。这些酸既可单独使用,也可两种或更多种类型的酸组合使用。在一些实施方案中,二羧酸单元中这些其它二羧酸单元的含量小于或等于25mol%,特别是小于或等于10mol%。在组合物的熔体成型依旧可行的范围内,也可使用得自多官能化羧酸(如偏苯三酸、均苯三酸和均苯四酸)的单元。
脂族-芳族聚酰胺包含得自一种或多种二胺的单元。有60~100mol%的二胺单元得自1,9-壬二胺单元、2-甲基-1,8-辛二胺单元或此二者的组合,基于二胺单元的总摩尔数。在此范围内,1,9-壬二胺单元、2-甲基-1,8-辛二胺单元或此二者组合的含量可以大于或等于75mol%,特别是大于或等于90mol%。
1,9-壬二胺单元与2-甲基-1,8-辛二胺单元的摩尔比可为100∶0至20∶80,特别是100∶0至50∶50,尤其是100∶0至50∶40。这可称为N/I比。
除1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元外,其它可用的二胺单元的实例包括得自以下物质的单元:直链脂族二胺,如1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,10-癸二胺、1,11-十一碳二胺和1,12-十二碳二胺;支链脂族二胺,如2-甲基-1,5-戊二胺、3-甲基-1,5-戊二胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、2,4,4-三甲基-1,6-己二胺和5-甲基-1,9-壬二胺;脂环族二胺,如环己二胺、甲基环己二胺、异佛尔酮二胺、双(4-氨基环己基)甲烷、降冰片烷二甲胺和三环癸基二甲胺;和芳族二胺,如对亚苯基二胺、间亚苯基二胺、间苯二甲胺、对苯二甲胺、4,4′-二氨基二苯基砜和4,4′-二氨基二苯基醚。这些胺既可单独使用,也可两种或更多种类型的胺组合使用。在一些实施方案中,得自1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,10-癸二胺和/或1,12-十二碳二胺的单元可与1,9-壬二胺单元、2-甲基-1,8-辛二胺单元或其组合组合使用。
脂族-芳族聚酰胺可用已知的制备晶体聚酰胺的方法制成。例如,当使用酰氯和二胺作为原料时,可通过溶液聚合或界面聚合反应来制备脂族-芳族聚酰胺,或当使用二羧酸和二胺作为原料时,可通过熔融聚合、固相聚合或熔融挤出聚合制备脂族-芳族聚酰胺。
脂族-芳族聚酰胺在30℃浓硫酸中测得的特性粘度可以为0.4~3.0dl/g,特别是0.5~2.0dl/g,尤其是0.6~1.8dl/g。
脂族-芳族聚酰胺通过毛细管粘度测量法测得的在1000s-1的剪切速率以及330℃的温度的熔体粘度可以为300~3500泊。在此范围内,熔体粘度可以大于或等于325,特别是大于或等于350泊。同样在此范围内,熔体粘度可以小于或等于3300,特别是小于或等于3100泊。
脂族-芳族聚酰胺的胺端基的含量小于45微摩尔每克聚酰胺。胺端基的含量可通过在适当溶剂中溶解(任选加热)聚酰胺来测得。通过适当的指示方法用0.01当量盐酸(HCl)溶液来滴定聚酰胺溶液。胺端基的含量由加入样品中的HCl溶液的体积、用于空白样品的HCl体积、HCl溶液的摩尔浓度以及聚酰胺样品的重量计算得到。已明确预期,使用胺端基含量大于45微摩尔每克聚酰胺的脂族-芳族聚酰胺也可成功用于本申请所述的组合物。
增容共混物还可包含脂族聚酰胺,如尼龙6、6/6、6/69、6/10、6/12、11、12、4/6、6/3、7、8、6T、改性6T、聚邻苯二甲酰亚胺(PPA)、以及两种或更多种前述聚酰胺的组合。
组合物中含有脂族-芳族聚酰胺的量可以为35~80wt%,基于组合物的总重量。在此范围内,脂族-芳族聚酰胺的量可大于或等于37wt%,特别是大于或等于38wt%。同样在此范围内,脂族-芳族聚酰胺的量可小于或等于70wt%,特别是小于或等于60wt%。
可使用官能化试剂来形成增容聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺共混物。本申请所用的表述“官能化试剂”指的是可与聚(亚芳基醚)、聚酰胺树脂或前述两者发生相互作用的多官能化合物。这种相互作用可以是化学的(如接枝)和/或物理的(如影响分散相的表面特征)。无论哪种情况,形成的增容聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物的相容性看起来都有改进,这一点尤其从增强的冲击强度、模具汇合线强度和/或伸长率可得到证实。本申请所用的表述“增容聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺共混物”指的是已经与聚合物增容剂及官能化试剂发生物理和/或化学增容化的那些组合物。
官能化试剂包含多官能化合物,该多官能化合物是两种类型之一。第一种类型,其分子同时包含(a)碳-碳双键和(b)至少一个羧酸、酸酐、环氧、亚胺、酰胺、酯基团或者与前述基团的官能等价物。这类多官能化合物包括马来酸、马来酸酐、富马酸、马来酰肼、二氯马来酸酐;以及不饱和二羧酸(如丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、叔乙基丙烯酸、戊烯酸)。在一些实施方案中,官能化试剂包括马来酸酐和/或富马酸。
第二类多官能的官能化试剂,其特征在于同时包含:(a)式(OR)表示的基团,其中R为氢或烷基、芳基、酰基或碳酰二氧基基团和(b)至少两个相同或不同的基团,可分别选自羧酸、酰卤、酸酐、酰卤酐、酯、原酸酯、酰胺、酰亚胺、氨基基团及其盐。代表性的这类官能化试剂为式(RIO)mR(COORII)n(CONRIIIRIV)s表示的脂族多羧酸、酸式酯、酰胺,其中R为直链或支链的饱和脂肪烃,包含2~20个,特别是2~10个碳原子;RI为氢或烷基、芳基、酰基或碳酰二氧基基团,包含1~10个,特别是1~6个,尤其是1~4个碳原子;每个RII独立地为氢或烷基或芳基基团,包含1~20个,特别是1~10个碳原子;RIII和RIV各自独立地为氢或烷基或芳基基团,包含1~10个,特别是1~6个,更特别是1~4个碳原子;m等于1,(n+s)大于或等于2、特别是等于2或3,n和s各自大于或等于0,其中(ORI)位于羰基的α或β位且至少两个羰基基团之间间隔2-6个碳原子。显然,当RI、RII、RIII和RIV相应取代基含有的碳原子数小于6时,RI、RII、RIII和RIV不能为芳基。
适宜的多羧酸包括如柠檬酸、苹果酸、层孔酸;包括这些酸的各种商品形式,如酸酐和含水酸;以及一种或多种前述酸的组合。在一些实施方案中,官能化试剂包括柠檬酸。可用于本申请的具有说明性的酯包括,如乙酰柠檬酸酯、单和/或双硬酯基柠檬酸酯等。可用于本申请的合适的酰胺包括,如N,N′-二乙基柠檬酰胺;N-苯基柠檬酰胺;N-十二烷基柠檬酰胺;N,N′-二(十二烷基)柠檬酰胺和N-十二烷基苹果酸。衍生物包括前述物质的盐,该盐包括胺的盐以及碱金属盐和碱土金属盐。代表性的适宜的盐包括苹果酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钾和柠檬酸钾。
前述的官能化试剂可直接加入到熔融共混物中,或者先与聚(亚芳基醚)、聚酰胺、或聚(亚芳基醚)和聚酰胺二者进行预反应。在一些实施方案中,至少一部分官能化试剂在熔融状态下或在适宜溶剂中的溶液的状态下与全部或部分聚(亚芳基醚)进行预反应。可认为这样的预反应可以促使官能化试剂与聚合物反应,从而将聚(亚芳基醚)官能化。例如,聚(亚芳基醚)可与马来酸酐、富马酸和/或柠檬酸预反应形成由酸酐和/或酸官能化的聚(亚芳基醚),与未官能化的聚(亚芳基醚)相比,该官能化的聚(亚芳基醚)与聚酰胺之间会有改善的相容性。
所用官能化试剂的量取决于选用的具体官能化试剂以及试剂所要加入到的具体聚合体系。
在一些实施方案中,官能化试剂的用量为0.05~2.0wt%,基于组合物的总重量。在此范围内,官能化试剂的用量可大于或等于0.1wt%,特别是大于或等于0.2wt%。同样在此范围内,官能化试剂的用量可小于或等于1.75wt%,特别是小于或等于1.5wt%。
组合物还包含抗冲改性剂。在很多实施方案中,抗冲改性剂主要存在于聚(亚芳基醚)相。适宜的抗冲改性剂的实例包括嵌段共聚物;弹性体,如聚丁二烯;无规共聚物,如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA);以及包含两种或更多种前述抗冲改性剂的组合。
代表性的嵌段共聚物包括A-B二嵌段共聚物和A-B-A三嵌段共聚物,这些共聚物包含一或两个嵌段A,A包含的结构单元得自烯基芳族单体,如苯乙烯;共聚物还含有橡胶嵌段B,B通常包含得自二烯(如异戊二烯或丁二烯)的结构单元。二烯嵌段可被部分氢化。这些二嵌段和三嵌段共聚物的混合物特别有用。
适宜的A-B和A-B-A共聚物包括但不限于,聚苯乙烯-聚丁二烯;聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯);聚苯乙烯-聚异戊二烯;聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯);聚(α-甲基苯乙烯)-聚丁二烯;聚(α-甲基苯乙烯)-聚(乙烯-丁烯);聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯(SBS);聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯(SEBS);聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯;聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-聚苯乙烯;聚(α-甲基苯乙烯)-聚丁二烯-聚(α-甲基苯乙烯);及其选择性氢化变体等,以及包含两种或更多种前述抗冲改性剂的组合。该A-B和A-B-A嵌段共聚物的市售商品可从多种来源购得,包括以商标为SOLPRENE购自菲利普石油,以商标为KRATON购自Kraton Polymers,以商标为VECTOR购自Dexco,和以商标为SEPTON购自Kuraray。
抗冲改性剂的存在量可为5~22wt%,基于组合物的总重量。在此范围内,抗冲改性剂的存在量可为大于或等于8wt%,特别是大于或等于10wt%。在此范围内,抗冲改性剂的存在量可小于或等于20wt%,特别是小于或等于18wt%,尤其是小于或等于16wt%。所用抗冲改性剂的精确量及其类型或组合部分取决于最终共混物组合物所需的要求,并可以由本领域技术人员加以确定。
除聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和抗冲改性剂之外,组合物的制备还需用到聚合物增容剂,该增容剂平均每分子含有大于或等于3个环氧基。在一些实施方案中,聚合物增容剂平均每分子含有的环氧基数目大于或等于6,特别是大于或等于8,尤其是大于或等于10。本申请此处及通篇所用的聚合物增容剂是聚合的多官能化合物,其可与聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺或聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺二者发生相互作用。这种相互作用可以是化学的(如接枝)和/或物理的(如影响分散相的表面特征)。当此作用是化学的,增容剂可部分或全部与聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺或聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺二者发生反应,由此组合物包含了反应产物。例如,在熔融共混的过程中,环氧基可与脂族-芳族聚酰胺上存在的酸性基团反应,可与官能化的聚(亚芳基醚)上存在的官能团反应,或者同时与以上两者反应。聚合物增容剂的使用可改善聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺之间的相容性,这一点可从增强的冲击强度、模具汇合线强度、伸长率和/或独特的两相形态的形成得到证实。这种形态由同一模部件中出现的两个不同相得到证实:包含脂族-芳族聚酰胺的连续相,包含聚(亚芳基醚)的分散相。分散相微区的平均微区尺寸为0.5~3微米。平均微区直径为至少50个微区的平均圆直径,可通过扫描电镜或透射电镜法测得。若遇到椭圆形微区的情况,“圆直径”则为每个微区最大和最小轴线的平均值。即每个椭圆微区外接圆和内切圆直径的平均值。
适宜的增容剂的示例性实例包括但不限于,缩水甘油甲基丙烯酸酯(GMA)与烯烃的共聚物、GMA与烯烃及丙烯酸酯的共聚物、GMA与烯烃及乙烯基醋酸酯的共聚物、GMA与苯乙烯的共聚物。适宜的烯烃包括乙烯、丙烯以及两种或更多种前述烯烃的混合物。适宜的丙烯酸酯包含丙烯酸烷基酯单体,包括但不限于,丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯以及前述丙烯酸烷基酯单体的组合。当存在时,丙烯酸酯的使用量可以为15~35wt%,基于共聚物中用到的单体总量。当存在时,乙烯基醋酸酯的使用量可以为4~10wt%,基于共聚物中用到的单体总量。适宜的增容剂的示例性实例包括乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-乙烯基醋酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-丙烯酸烷基酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-丙烯酸乙酯共聚物,以及乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-丙烯酸丁酯共聚物。
组合物中包含0.1~20wt%的聚合物增容剂,基于组合物的总重量。在此范围内,组合物可以含有小于或等于15wt%,特别是小于或等于10wt%,尤其是小于或等于8wt%的增容剂。同样在此范围内,组合物可以含有大于或等于0.5wt%,特别是大于或等于1wt%的聚合物增容剂。
上述聚合物增容剂可直接加入到组合物中,或者,与聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺两者其一或二者进行预反应,以及与制备组合物使用的其它材料进行预反应。增容剂的最初加入量及添加顺序取决于所选择的具体增容剂,以及所用聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺的具体量。
组合物可任选地包含导电填料。导电填料可以为能够增加成型组合物导电率的任意填料。适宜的导电填料可为纤维状的、盘状的、球形的或无定形的,包括比如导电炭黑;包括磨碎纤维在内的导电碳纤维;导电气相生长碳纤维;以及各种前述填料的混合物。其它可用的导电填料为金属包覆碳纤维;金属纤维;金属盘;金属颗粒;金属包覆盘状纤维,如金属包覆的滑石、云母及高岭土等。在一些实施方案中,导电填料包括炭黑、碳纤维及其混合物,其中一个说明性的实例就是可从Akzo Chemical以商标Ketjen black EC600JD购买到的商品材料。在一些实施方案中,炭黑包括平均粒度小于200纳米,特别是小于100纳米,尤其是小于50纳米的导电炭黑。导电炭黑的表面积可大于200平方米每克(m2/g),特别是大于400平方米每克(m2/g),尤其是大于1000平方米每克(m2/g)。导电炭黑的孔体积(以邻苯二甲酸二丁酯的吸附量来测量)可大于40立方厘米每100克(cm3/100g),特别是大于100cm3/100g,尤其是大于150cm3/100g。导电炭黑的挥发分含量可小于2wt%。有用的碳纤维包括石墨化或部分石墨化的气相生长碳纤维,其直径为3.5~500纳米,特别是3.5~70纳米,尤其是3.5~50纳米。代表性的碳纤维是气相生长碳纤维,如可从Hyperion购得的材料;以及双壁或单壁纳米管,如可从Carbon Nanotechnologies Incorporated(CNI)购得的材料。这种类型的导电填料描述于,例如,Tibbetts等人的美国专利4,565,684和5,024,818;Arakawa等人的美国专利4,572,813;Tennent等人的美国专利4,663,230和5,165,909;Komatsu等人的美国专利4,816,289;Arakawa等人的美国专利4,876,078;Tennent等人的美国专利5,589,152;以及Nahass等人的美国专利5,591,382。
一般地,导电填料的存在量可为0.2~20wt%,基于组合物的总重量。该用量取决于导电填料的性质。例如,当导电填料为导电炭黑时,其用量可为1~10wt%,特别是1~8wt%,尤其是1.4~7wt%。当导电填料为气相生长碳纤维时,其用量可为0.2~6wt%,特别是0.5~4wt%,基于组合物的总重量。导电填料用量低于上述下限,通常会使得导电性不足,而高于上限则易于导致最终共混物变脆。
组合物还可包含本领域已知的添加剂。可行的添加剂包括抗氧化剂,染料,颜料,着色剂,稳定剂,阻燃剂,抗滴剂,结晶成核剂,金属盐,抗静电剂,增塑剂,润滑剂,以及包含两种或更多种前述添加剂的组合。这些添加剂以及其有效含量及结合方法为本领域所熟知。添加剂的有效量变化范围大,但通常的使用量小于或等于50wt%,基于组合物的总重量。一般地,这些添加剂的用量为0.2~2wt%,基于组合物的总重量。有效量可由本领域技术人员确定,无需过多实验。
组合物还可包含本领域已知的填料。填料可包括增强填料。代表性的填料包括小颗粒矿物(如粘土,云母,滑石等),玻璃纤维,纳米粒子,有机粘土等,以及包含一种或多种前述填料的组合。基于组合物的总重量,典型的填料使用量为5~50wt%。
可通过各种技术,包括间歇或连续性技术,使用捏合机、挤出机、混合器等,制备组合物。例如,用双螺杆挤出机可使组合物形成为熔体共混物。在一些实施方案中,至少某些组分是按顺序添加的。例如,聚(亚芳基醚)、抗冲改性剂和官能化试剂可以由进料喉或邻近进料喉的进料区加入到挤出机,而脂族-芳族聚酰胺和聚合物增容剂可以在下游的后续的进料区加入到挤出机。当使用官能化的聚(亚芳基醚)时,官能化的聚(亚芳基醚)和抗冲改性剂可由进料喉或邻近进料喉的进料区加入到挤出机,而脂族-芳族聚酰胺和聚合物增容剂在下游的后续的进料区加入到挤出机。在进行第二顺序添加之前可在挤出机上应用真空系统,这样可以产生足够的真空度来降低未反应的官能化试剂及任何其它挥发性材料的残余量。在可替换的实施方案中,组分的顺序添加可通过多次挤出来完成。组合物可通过对所选的组分进行预挤出形成粒状混合物来制备,所述所选的组分如聚(亚芳基醚)、抗冲改性剂及官能化试剂。随后可以使用第二次挤出将预挤出组分和剩余组分混合起来。当用到导电填料时,其可作为母料的一部分加入或直接加入。母料或导电填料可在填料喉加入或在下游加入。挤出机可为两叶或三叶双螺杆挤出机。在与使用双叶双螺杆挤出机制备的组成相同的组合物相比时,预期三叶挤出机可以制备出具有明显更高的缺口伊佐德值及标称断裂应变值的组合物。
热塑性组合物可应用于多种制品之中,如电脑、膝上型电脑、手机、平板电视机及其它电子设备中的高温连接器,汽车应用如电线束中的连接器,以及线材连接器,垂直或水平的车身面板,节流阀体,压力传感器和燃油泵。流体处理应用可包括水表,水堵,和高压阀/零件。含导电填料的组合物可被粉末涂装。
无须赘述,相信本领域技术人员根据本申请的介绍,可最大限度地制备并利用所述组合物。下面的实施例为本领域技术人员在具体实施所要求的组合物时提供补充指导。给出的实施例仅是有助于教导本申请的组合物的代表性工作。因此,这些实施例不意图以任意方式限制本发明,本发明由所附权利要求限定。
实施例
本申请所述组合物典型地由23毫米(mm)啮合型同向旋转双螺杆挤出机进行挤出。表1列出了组合物的组分及其来源。除非另有说明,官能化的聚(亚芳基醚)、抗氧化剂和抗冲改性剂由挤出机的进料喉加入,在下游加入脂族-芳族聚酰胺和聚合物增容剂。挤出机的机筒温度设定为80~310℃,螺杆旋转速度为300转每分钟(rpm),混配时应用于熔体的真空度为约250毫巴(mbar)。扭矩维持在60~65%。所有实施例均使用三叶挤出机。
所有的样品都通过注塑成型,成型机的温度设为80~325℃,模具温度设为100℃,通过ISO180/1A测试缺口伊佐德冲击强度(单位为千焦每平方米;KJ/m2)。伸长模量(E-模量,单位为兆帕斯卡;GPa)和断裂伸长率(%)根据ISO527测得。对于扫描电镜研究,使用操作电压为20千伏的JEOL场致发射扫描电镜。对于微区尺寸及分布,样品典型地使用超薄切片机上的金刚钻刀处理。分散相用溶液蚀刻,随后样品进行金包覆使其导电。以甲苯作为蚀刻溶剂,蚀刻进行大约一分钟。所有的显微图以图像模式以2000X的放大倍率进行记录。微区尺寸使用Clemex Vision软件确定。
每种组合物的组分量以及成型测试部件的物理性质如表2-6所示。每种组分的量均基于组合物的总重量以重量百分比表示。
表1
组分 | 品牌及厂商 |
PPE I | 特性粘度为0.46dl/g的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚),购于GEPlastics |
PPE I-FA | 由PPE I与2重量%的富马酸挤出制得 |
PPE I-CA | 由PPE I与2%重量的柠檬酸挤出制得 |
PA 9T | 脂族-芳族聚酰胺,胺端基含量为10meq/kg聚酰胺,购于Kuraray |
SEBS | 聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯,作为KRATON 1651得自KRATONPolymers |
BFE | 聚合物增容剂,以BONDFAST E得自Sumitomo Chemicals,增容剂的环氧含量约为900meq/kg,数均分子量(Mn)为19,000。增容剂每分子平均含有17个侧环氧基团。(平均环氧基团=17) |
J 4368 | 聚合物增容剂,以Joncryl 4386得自Johnson Polymers,增容剂的环氧含量约为3500meq/kg,Mn为6800。增容剂每分子平均含有24个侧环氧基团(平均环氧基团=24)。 |
FA | 富马酸,得自Pfaltz and Bauer |
CA | 柠檬酸,得自SD Fine Chemical Ltd |
实施例1-4
实施例1-4中的组成及物理性质如下面的表2所示。在实施例2中,聚酰胺和聚合物增容剂与其它组分一起由进料喉加入。
表2
1* | 2 | 3 | 4 | |
PPE I | 46.96 | - | - | - |
PPE I-FA | - | 47.9 | 47.9 | 47.9 |
FA | 0.5 | - | - | - |
SEBS | 6.0 | 6.0 | 6.0 | 6.0 |
PA 9T | 45.86 | 41.5 | 43.5 | 41.5 |
BF E | - | 4.0 | 2.0 | 4.0 |
E模量(GPa) | 2.4 | 2.1 | 2.3 | 2.1 |
断裂伸长率(%) | 5.1 | 23.0 | 21.0 | 28.0 |
缺口伊佐德(kJ/m2) | 3.8 | 10.3 | 10.9 | 9.0 |
VST(℃) | 210.4 | 204.2 | 204.5 | 203.3 |
*对比例
使用环氧官能化聚烯烃(BFE)(实施例2-4)作为聚合物增容剂与不包含聚合物增容剂的实施例1相比,导致物理性质显著改善。特别是,断裂伸长率增加300%以上,缺口伊佐德冲击强度至少增加100%。这些共混物的形态如图所示。图1为实施例1的显微图。图像分析表明聚(亚芳基醚)分散相的微区尺寸为1~12微米,平均微区尺寸为3.2微米。有多于20%的聚(亚芳基醚)微区尺寸大于或等于5微米。图2,3和4分别为实施例2,3和4的显微图。图像分析表明聚(亚芳基醚)分散相的微区尺寸为0.25~5微米,平均微区尺寸为1.2~1.9微米。实施例2,3和4中有少于1%的聚(亚芳基醚)微区尺寸大于或等于5微米。图10为实施例3在310℃进行8分钟退火处理后的显微图。
实施例5-6
实施例1,5和6中的组成及物理性质如下面的表3所示。为方便起见而再次列出实施例1。
表3
1* | 5 | 6 | |
PPE I | 46.96 | - | - |
PPE I-CA | - | 47.9 | 47.9 |
FA | 0.5 | - | - |
SEBS | 6.0 | 6.0 | 6.0 |
PA 9T | 45.86 | 41.5 | 43.5 |
BF E | - | 4.0 | 2.0 |
E模量(GPa) | 2.4 | 2.2 | 2.2 |
断裂伸长率(%) | 5.1 | 10.8 | 11.3 |
缺口伊佐德(kJ/m2) | 3.8 | 9.0 | 5.2 |
VST(℃) | 210.4 | 199.1 | 200.3 |
*对比例
与表2中的实施例相似,与实施例1相比,使用聚合物增容剂可显著改善组合物的物理性质。实施例5和6显示,断裂伸长率至少增加100%,缺口伊佐德冲击强度至少增加50%。
图5和图6分别为显示实施例5和实施例6的形态的显微图。图像分析表明聚(亚芳基醚)的平均微区尺寸为1~2微米。有少于3%的聚(亚芳基醚)微区尺寸大于或等于5微米。
实施例7-9
实施例1和7-9中的组成及物理性质如下面的表4所示。为方便起见而再次列出实施例1。实施例7中,聚酰胺及聚合物增容剂与其它组分由进料喉加入。
表4
1* | 7 | 8 | 9 | |
PPE I | 46.96 | - | - | - |
PPE I-FA | - | 47.9 | 48.5 | 48.5 |
FA | 0.5 | - | - | - |
SEBS | 6.0 | 6.0 | 6.0 | 6.0 |
PA 9T | 45.9 | 45.0 | 45.2 | 45.0 |
J 4368 | - | 0.5 | 0.3 | 0.5 |
E模量(GPa) | 2.4 | 2.4 | 2.4 | 2.4 |
断裂伸长率(%) | 5.1 | 11.9 | 15.0 | 9.5 |
缺口伊佐德(kJ/m2) | 3.8 | 10.2 | 7.3 | 9.5 |
VST(℃) | 210.4 | 206.3 | 206.6 | 206.0 |
*对比例
实施例7-9表明使用环氧官能化聚(链烯基芳族化合物树脂)(Joncryl4368)作为聚合物增容剂对物理性质及形态的影响与上述环氧官能化聚烯烃(BF E)相类似。
图7-9分别为显示实施例7-9形态的显微图。实施例7-9的聚(亚芳基醚)的平均微区尺寸为1.3~1.9微米。有少于1%的聚(亚芳基醚)微区尺寸大于或等于5微米。
尽管已经参照具体实施方式解释和描述了本发明,但是并不限于所示的详细信息,因为在不背离本发明的精神的情况下,可以进行各种变化和代替。因此,仅仅使用常规试验,本领域技术人员也可以想到本申请所描述的本发明的其它改变和等价物,相信所有这些改变和等价物都在如权利要求所限定的本发明的精神和范围内。本申请所引用的所有专利和公开文献在此引入作为参考。
Claims (16)
1.一种热塑性组合物,包含:
增容共混物,由使用马来酸酐、柠檬酸或富马酸官能化的聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和聚合物增容剂组成,所述聚合物增容剂平均每分子包含大于或等于3个环氧基团,所述聚(亚芳基醚)包含2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚单元以及任选组合的2,3,6-三甲基-1,4-亚苯基醚单元;和
包括嵌段共聚物的抗冲改性剂;
其中所述脂族-芳族聚酰胺包含得自二羧酸的单元和得自二胺的单元,所述得自二羧酸的单元包含60~100mol%得自对苯二甲酸的单元,所述得自二胺的单元包含60~100mol%得自1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺或此二者组合的单元;其中所述聚合物增容剂包含环氧官能化聚烯烃、环氧官能化聚(链烯基芳族化合物)树脂或前述物质的组合,其中基于组合物的总重量,所述聚(亚芳基醚)的存在量为5~60wt%,所述脂族-芳族聚酰胺的存在量为35~80wt%,所述抗冲改性剂的存在量为5~22wt%,和所述聚合物增容剂的存量为0.1~20wt%,组合物的重量百分数之和为100wt%。
2.权利要求1所述的热塑性组合物,其中所述组合物包含分散相和连续相,该分散相包含聚(亚芳基醚),其平均微区尺寸为0.5~3微米。
3.权利要求1或2所述的热塑性组合物,其中所述脂族-芳族聚酰胺在形成组合物之前,其所含胺端基小于45微摩尔每克聚酰胺。
4.权利要求1或2所述的热塑性组合物,其中所述组合物在23℃下根据ISO180/A测得的缺口伊佐德冲击强度大于或等于5千焦每平方米,根据ISO527测得的断裂伸长率大于或等于9%。
5.权利要求1或2所述的热塑性组合物,其中所述组合物还包含增强填料、导电填料或前述填料的组合。
6.一种热塑性组合物,其由下述组分经熔体共混制成:
脂族-芳族聚酰胺;
聚(亚芳基醚),所述聚(亚芳基醚)包含2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚单元以及任选组合的2,3,6-三甲基-1,4-亚苯基醚单元,其中部分聚(亚芳基醚)为使用马来酸酐、柠檬酸或富马酸官能化的官能化的聚(亚芳基醚);
包括嵌段共聚物的抗冲改性剂;和
聚合物增容剂,其平均每分子包含大于或等于3个环氧基团;
其中所述脂族-芳族聚酰胺包含得自二羧酸的单元和得自二胺的单元,所述得自二羧酸的单元包含60~100mol%得自对苯二甲酸的单元,所述得自二胺的单元包含60~100mol%得自1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺或此二者组合的单元;其中所述聚合物增容剂包含环氧官能化聚烯烃、环氧官能化聚(链烯基芳族化合物)树脂或前述物质的组合,其中基于组合物的总重量,所述聚(亚芳基醚)的存在量为5~60wt%,所述脂族-芳族聚酰胺的存在量为35~80wt%,所述抗冲改性剂的存在量为5~22wt%,和所述聚合物增容剂的存量为0.1~20wt%,组合物的重量百分数之和为100wt%。
7.权利要求6所述的热塑性组合物,其中所述组合物包含分散相和连续相,该分散相包含聚(亚芳基醚),其平均微区尺寸为0.5~3微米。
8.权利要求6或7所述的热塑性组合物,其中所述脂族-芳族聚酰胺在形成组合物之前,其所含胺端基小于45微摩尔每克聚酰胺。
9.权利要求6或7所述的热塑性组合物,其中所述组合物在23℃下根据ISO180/A测得的缺口伊佐德冲击强度大于或等于5千焦每平方米,根据ISO527测得的断裂伸长率大于或等于9%。
10.权利要求6或7所述的热塑性组合物,其中所述组合物还包含增强填料、导电填料或前述填料的组合。
11.一种热塑性组合物,其由下述组分经熔体共混制成:
脂族-芳族聚酰胺;
聚(亚芳基醚),所述聚(亚芳基醚)包含2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚单元以及任选组合的2,3,6-三甲基-1,4-亚苯基醚单元;
包括嵌段共聚物的抗冲改性剂;
官能化试剂,所述官能化试剂包含富马酸、马来酸酐或柠檬酸;和
聚合物增容剂,其平均每分子包含大于或等于3个环氧基团;
其中所述脂族-芳族聚酰胺包含得自二羧酸的单元和得自二胺的单元,所述得自二羧酸的单元包含60~100mol%得自对苯二甲酸的单元,所述得自二胺的单元包含60~100mol%得自1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺或此二者组合的单元;其中所述聚合物增容剂包含环氧官能化聚烯烃、环氧官能化聚(链烯基芳族化合物)树脂或前述物质的组合,其中基于组合物的总重量,所述聚(亚芳基醚)的存在量为5~60wt%,所述脂族-芳族聚酰胺的存在量为35~80wt%,所述抗冲改性剂的存在量为5~22wt%,和所述聚合物增容剂的存量为0.1~20wt%,组合物的重量百分数之和为100wt%。
12.权利要求11中所述的热塑性组合物,其中所述官能化试剂包含:富马酸、马来酸酐、柠檬酸或两种或更多种前述物质的组合。
13.权利要求11或12所述的热塑性组合物,其中所述组合物包含分散相和连续相,该分散相包含聚(亚芳基醚),其平均微区尺寸为0.5~3微米。
14.权利要求11或12所述的热塑性组合物,其中所述脂族-芳族聚酰胺在形成组合物之前,其所含胺端基小于45微摩尔每克聚酰胺。
15.权利要求11或12所述的热塑性组合物,其中所述组合物在23℃下根据ISO180/A测得的缺口伊佐德冲击强度大于或等于5千焦每平方米,根据ISO527测得的断裂伸长率大于或等于9%。
16.权利要求11或12所述的热塑性组合物,其中所述组合物还包含增强填料、导电填料或前述填料的组合。
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