具体实施方式
本发明基于以下发现:通过使用增强填料、原纤化含氟聚合物、改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物以及聚碳酸酯的特定组合,该改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物(1)得自选自聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯共聚物的聚对苯二甲酸乙二酯组分和(2)具有得自该聚对苯二甲酸乙二酯组分的至少一种残余物,现在可以制造具有有利的冲击性质(例如,缺口伊佐德冲击和多轴冲击)、模量的组合物。这是预料不到的,因为一般来说,模量的提高是在耗费冲击性质下实现的。相反,冲击性质典型地在耗费模量性质下实现的。
在本说明书和后附的权利要求书中,所引用的一系列术语定义为具有以下含义。除非上下文中清楚地指出,否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”、和“这个(the)”包括复数指示物。“任选的”或“任选地”含义为,随后所述的事件或情形可以发生或者可以不发生,且本说明书包括该事件发生和事件不发生的情形。本文所使用的“组合”包括混合物、共聚物、反应产物、共混物、复合物等。除了运行实例或另有说明的外,本说明书和权利要求书中用于指代成分、反应条件等的数量的数字或表述应理解为在所有的情况下都由术语“约”修饰。在本专利申请中公开了各种数值范围。由于这些范围是连续的,因此它们包括最小值和最大值之间的每个值。由“大于约”或“低于约”表达的数值包括所表示出的端点,例如,“大于约3.5”包含3.5的值。
除非另有说明,所有ASTM试验和数据都来自ASTM Standards的AnnualBook的1991版。本文中所使用的术语“聚碳酸酯”是指含有得自一种或多种二羟基芳族化合物和一种或多种碳酸酯前体的反应的结构单体的聚碳酸酯,并且包括聚碳酸酯的共聚物如聚酯碳酸酯。
在一方面,已发现,包含至少一种基体聚合物、至少一种原纤化含氟聚合物、和至少一种填料的混合聚合物组合物在含氟聚合物在混合过程期间原位原纤化时具有预料不到的改进性质。尤其是,与在含氟聚合物没有原纤化或不存在填料的条件下由预原纤化含氟聚合物制备的组合物相比,可实现改进的机械性质如热膨胀系数(CTE)、延展性、冲击强度、和/或拉伸模量。含氟聚合物可由包封聚合物至少部分地包封,或在没有任何包封的情况,即以其洁净形式下使用。
在具体实施方式中,已发现,使用限定范围的特定组分(改性聚(对苯二甲酸1,4-丁二酯)、聚碳酸酯、抗冲改性剂、增强填料和包封的含氟聚合物)预料不到地提供了有利的热变形温度与良好的热变形温度的组合,具体来说,缺口伊佐德冲击强度和挠曲模量之间的良好平衡。改性聚(对苯二甲酸1,4-丁二酯)(PBT)得自聚(对苯二甲酸乙二酯)。PET可以从废料例如PET软饮料瓶获得。与含有原始PBT(得自单体的PBT)的常规模制组合物不同,改性PBT组分含有聚对苯二甲酸乙二酯残余物,例如以下材料,如乙二醇和间苯二甲酸基团(不是以原始的、基于单体的PBT存在的组分)。有利地,尽管使用结构上与原始PBT不同的PBT,组合物和由本文所述的组合物制成的制品显示出有利的热变形温度与良好的机械性质的组合,具体来说,缺口伊佐德冲击强度和挠曲模量之间的良好平衡。使用改性PBT可以提供有价值的方式以在PBT热塑性模制组合物中有效利用未充分利用的废弃PET(来自消费者使用后或工业后的来源),从而保护了非可再生资源并减少了温室气体例如CO2的形成。
基体聚合物组分包含一种或多种在本文所述的混合过程期间不原纤化的聚合物。合适的基体聚合物实例包括,但不限于,非晶的、结晶的、和半结晶的热塑性材料如聚烯烃(例如直链或环状聚烯烃如聚乙烯、氯化聚乙烯、聚丙烯等);聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸环己基二亚甲基酯等);芳基化物;聚酰胺;聚砜(包括氢化聚砜等);聚酰亚胺;聚醚酰亚胺;聚醚砜;聚苯硫醚;聚醚酮;聚醚醚酮;ABS树脂;聚苯乙烯(例如氢化聚苯乙烯、间同立构和无规聚苯乙烯、氢化聚苯乙烯如聚环己基乙烯、苯乙烯-共聚-丙烯腈、苯乙烯-共聚-马来酸酐等);聚丁二烯;聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-聚酰亚胺共聚物等);聚丙烯腈;聚缩醛;聚碳酸酯;聚苯醚(例如得自2,6-二甲基苯酚的那些和与2,3,6-三甲基苯酚的共聚物等);乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;聚乙酸乙烯酯;液晶聚合物;含氟聚合物如乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氟乙烯、和聚偏二氟乙烯、聚(四氟乙烯)(条件是,含氟聚合物的软化温度低于下述含氟聚合物组分);聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯;以及包含至少一种前述聚合物的组合。通常可以任何形式提供基体聚合物,包括但不限于粉末、板料、粒料、薄片、碎片、晶须等。
在一种实施方式中,基体聚合物可为聚烯烃的均聚物或共聚物、聚碳酸酯的均聚物或共聚物、聚酯的均聚物或共聚物、聚亚苯基醚的均聚物或共聚物、苯乙烯聚合物的均聚物或共聚物、或包含至少一种前述物质的组合。具体来说,基体聚合物可包括:包含聚乙烯、聚丙烯、或聚丁烯的至少一种的均聚物或共聚物。在另一种实施方式中,基体聚合物可包括聚碳酸酯、或包含聚碳酸酯的组合。
可用的聚碳酸酯包含至少两个通式(I)的重复单元:
其中各G1可相同或不同,并且至少60%的G1表示的基团为芳族的,例如亚苯基、联亚苯基、亚萘基等。
式(I)中的E可为二价C1-36烃基如烷撑、烷叉基、环亚烷基、或环烷叉基,例如亚甲基、乙撑、乙叉基、丙撑、丙叉基、异丙叉基、丁撑、丁叉基、异丁叉基、戊撑、戊叉基、异戊叉基、环己撑等。或者,E可为由不同于烷撑或烷叉基的基团连接的两个或更多个烷撑基或烷叉基,所述不同于烷撑基或烷叉基的基团如芳族连接基、叔氨基连接基、醚连接基、酯连接基、羰基连接基、含硅连接基(例如二甲基硅氧烷)、含硫连接基如硫醚、亚砜、或砜、含磷连接基如氧膦基、膦酰基、和类似的连接基。或者,E可为叔氨基连接基(其中R13定义如上)、醚连接基、酯连接基、羰基连接基、含硅连接基(例如二甲基硅氧烷)、含硫连接基如硫醚、亚砜、或砜、含磷连接基如氧膦基或膦酰基、和类似的连接基。
字母“p”表示大于等于0到E上可供取代的位置数量的任何整数。R13当存在时为氢或一价烃基如C1-12烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、环烷基等基团。
式(I)中的Y1可为卤素(即氟、溴、氯、或碘);硝基;C1-12烷基、烯基、或烯丙基、C1-12烷氧基或烯基等,条件是,Y1对用于制备聚碳酸酯的反应物和反应条件基本上是惰性的并且不受影响。式(1)中的字母“m”表示大于等于0到G1上可供取代的位置数量的任何整数。
式(I)中的字母“t”表示大于等于1的整数;“s”为0或1;且“u”表示0或1。
所述聚碳酸酯可通过相应的二羟基化合物与碳酸酯前体的界面反应而制备。一些展示性、非限制性的合适的二羟基化合物实例包括美国专利4,217,438中以名称或通式(下位或下位)披露的二羟基-取代的烃。具体的合适二羟基化合物实例的非穷尽列表包括以下:间苯二酚、4-溴间苯二酚、氢醌、4,4′-二羟基连苯、1,6-二羟基萘、2,6-二羟基萘、双(4-羟苯基)甲烷、双(4-羟苯基)二苯基甲烷、双(4-羟苯基)-1-萘基甲烷、1,2-双(4-羟苯基)乙烷、1,1-双(4-羟苯基)-1-苯基乙烷、2-(4-羟苯基)-2-(3-羟苯基)丙烷、双(4-羟苯基)苯基甲烷、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、1,1-双(羟苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟苯基)环己烷、1,1-双(4-羟苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟苯基)环十二烷、反式-2,3-双(4-羟苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟苯基)金刚烷、(α,α′-双(4-羟苯基)甲苯、双(4-羟苯基)乙腈、2,2-双(3-甲基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-乙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(4-羟苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟苯基)乙烯、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟苯基)乙烯、4,4′-二羟基二苯甲酮、3,3-双(4-羟苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟苯基)-1,6-己烷二酮、乙二醇双(4-羟苯基)醚、双(4-羟苯基)醚、双(4-羟苯基)硫醚、双(4-羟苯基)亚砜、双(4-羟苯基)砜、9,9-双(4-羟苯基)氟、2,7-二羟基芘、6,6′-二羟基-3,3,3′,3′-四甲基螺(二)茚满(“螺二茚满双苯酚”)、3,3-双(4-羟苯基)苯酞、2,6-二羟基二苯并对二噁英、2,6-二羟基噻蒽、2,7-二羟基酚黄素、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、和2,7-二羟基咔唑等,以及包含至少一种前述二羟基化合物的混合物。
合适双酚化合物的具体实例的非穷尽性列表包括1,1-双(4-羟苯基)甲烷、1,1-双(4-羟苯基)乙烷、2,2-双(4-羟苯基)丙烷(以下称为“双酚 A”或“BPA”)、2,2-双(4-羟苯基)丁烷、2,2-双(4-羟苯基)辛烷、1,1-双(4-羟苯基)丙烷、1,1-双(4-羟苯基)正丁烷、2,2-双(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷、和1,1-双(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷。也可使用包含至少一种前述二羟基化合物的组合。优选的聚碳酸酯基于双酚A,其中u和t均为1,各G1为对亚苯基,各m为0,s为1,且E为异丙叉基。
在希望使用碳酸酯共聚物而不是均聚物时,还可使用两种或更多种不同的二羟基化合物,或者二羟基化合物与二醇的共聚物。支化聚碳酸酯也是可用的,并且直链聚碳酸酯和支化聚碳酸酯的共混物也是可用的。支化聚碳酸酯可通过在聚合期间加入支化剂而制备。
这些支化剂是熟知的,包括含有选自羟基、羧基、羧酸酐、卤代甲酰基、和它们的混合物的至少三个官能团的多官能有机化合物。具体实例包括偏苯三酸、偏苯三酸酐、偏苯三酸三氯、三对羟基苯基乙烷、吲哚满二酮-双酚、三酚TC(1,3,5-三((对羟苯基)异丙基)苯)、三酚PA(4(4(1,1-双(对羟苯基)-乙基)α,α-二甲基苄基)苯酚)、4-氯代甲酰基对苯二甲酸酐、苯均三酸、和二苯甲酮四羧酸。支化剂可以约0.05-2.0重量%的水平加入。用于制造支化聚碳酸酯的支化剂和工序描述于美国专利3,635,895和4,001,184,所述专利通过引用纳入。所有类型的聚碳酸酯端基在热塑性组合物中都是可用的。
通过界面聚合制备聚碳酸酯的方法也是已知的。虽然制备过程的反应条件可能会变化,若干优选的过程典型地包括在苛性钠或苛性钾水溶液中溶解或分散二羟基苯酚反应物,将得到的混合物加入合适的与水不混溶的溶剂介质中,并在合适的催化剂如三乙基胺或相转移催化剂的存在下并在受控的pH条件例如约8~约10下使反应物与碳酸酯前体如光气接触。最常用的与水不混溶的包括二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯苯、甲苯等。
合适的碳酸酯前体包括,例如碳酰卤如碳酰溴或碳酰氯,或卤代甲酸酯,如二元酚的双卤甲酸酯(例如,双酚A、氢醌等的双氯甲酸酯)或二醇的双卤甲酸酯(例如,乙二醇、新戊基二醇、聚乙二醇等的双卤甲酸酯)。还可使用包含至少一种前述类型碳酸酯前体的组合。
可用的相转移催化剂中包括式(R3)4Q+X的催化剂,其中各R3相同或不同,并且为C1-10烷基;Q为氮或磷原子;且X为卤素原子或C1-8烷氧基或C6-188芳氧基。合适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、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为约0.1~约10重量%,约0.5~约2重量%,基于光气化混合物中双酚的重量。
或者,可使用熔融过程。催化剂可用于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如三乙基胺,季化合物,季铵化合物等。
或者,聚碳酸酯可通过如下方式制备:在熔融状态下,二羟基反应物和碳酸二芳酯如碳酸二苯酯在酯交换催化剂的存在下,在Banbury混合器、双螺杆挤出机等中共反应(co-reacting)以形成均匀的分散体。挥发性的一元酚通过蒸发从熔融反应物除去,并且聚合物作为熔融残留物分离。
聚碳酸酯可在多种间歇、半间歇或连续反应器中制备。所述反应器为,例如搅拌罐、摇动柱、管、和再循环环管反应器。聚碳酸酯的收取可通过本领域中任何已知的方式如通过使用反抽提溶剂、蒸汽沉淀、或反抽提溶剂和蒸汽沉淀的组合来实现。
聚碳酸酯产物的分子量可通过控制反应物的进料速率、挤出机类型、挤出机螺杆设计和配置、挤出机中的停留时间、反应温度、挤出机上的降压技术以及其它因素来改变。聚碳酸酯产物的分子量还可取决于所使用的反应物如活化的芳族碳酸酯、脂族二醇、二羟基芳族化合物、和催化剂的结构。在一种实施方式中,聚碳酸酯的平均分子量为约5,000~约100,000,更优选约10,000~约65,000,并且最优选约15,000~约35,000。
除了上述聚碳酸酯,还可使用聚碳酸酯与其它热塑性聚合物的组合,例如聚碳酸酯和/或聚碳酸酯共聚物与聚酯的组合。合适的聚酯可为例如聚(二羧酸亚烷基酯)、液晶聚酯、和聚酯共聚物。还可使用支化聚酯,其中引入了支化剂,例如具有三个或更多个羟基的多元醇,或三官能或多官能羧酸。此外,有时希望根据组合物的最终用途而在聚酯上有各种浓度的酸和羟基端基。
在具体的实施方式中,得自PET的改性PBT用于获得具有各性质尤其是模量和冲击性质的良好平衡的组合物。
为了清楚起见,各式中的术语对苯二甲酸基团、间苯二甲酸基团、丁二醇基团、乙二醇基团,例如,表示组合物中该基团重量%,具有以下含义。术语″间苯二甲酸基团″是指具有式(-O(CO)C6H4(CO)-)的基团,术语″对苯二甲酸基团″是指具有式(-O(CO)C6H4(CO)-)的基团,术语一缩二乙二醇基团是指具有式(-O(C2H4)O(C2H4)-)的基团,术语″丁二醇基团″是指具有式(-O(C4H8)-)的基团,和术语″乙二醇基团″是指具有式(-O(C2H4)-)的基团。
得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的残余物存在于改性聚对苯二甲酸丁二酯组分中,其可以选自乙二醇基团、一缩二乙二醇基团、间苯二甲酸基团、含锑化合物、含镓化合物、含钛化合物、含钴化合物、含锡化合物、铝、铝盐、1,3-环己烷二甲醇异构体、1,4-环己烷二甲醇异构体、1,3-环己烷二甲醇的顺式异构体、1,4-环己烷二甲醇的顺式异构体、1,3-环己烷二甲醇的反式异构体、1,4-环己烷二甲醇的反式异构体、碱金属盐、碱土金属盐、(包括钙、镁、钠和钾盐)、含磷化合物和阴离子、含硫化合物和阴离子、萘二甲酸、1,3-丙二醇基团,和它们的组合。
根据如聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯共聚物的各种因素,残余物可以包括各种组合。例如,在一种实施方式中,残余物包括乙二醇和一缩二乙二醇的混合物。在一种实施方式中,得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的残余物进一步包含间苯二甲酸基团。在另一种实施方式中,残余物包括乙二醇和一缩二乙二醇和间苯二甲酸的混合。在另一种实施方式中,得自聚对苯二甲酸乙二酯的残余物进一步包括1,3-环己烷二甲醇的顺式异构体、1,4-环己烷二甲醇的顺式异构体、1,3-环己烷二甲醇的反式异构体、1,4-环己烷二甲醇的反式异构体和它们的组合。在另一种实施方式中,残余物包括1,3-环己烷二甲醇的顺式异构体、1,4-环己烷二甲醇的顺式异构体、1,3-环己烷二甲醇的反式异构体、1,4-环己烷二甲醇的反式异构体、和它们的组合。在另一种实施方式中,残余物可以为乙二醇、一缩二乙二醇、间苯二甲酸基团、环己烷二甲醇的顺式异构体、环己烷二甲醇的反式异构体、和它们的组合的混合。在一种实施方式中,得自聚对苯二甲酸乙二酯的残余物包括乙二醇、一缩二乙二醇、和含钴化合物的混合。所述含钴化合物混合物还可以含有间苯二甲酸基团。
改性PBT组分的聚合物主链中的乙二醇基团、一缩二乙二醇基团、和间苯二甲酸基团的量可以变化。得自PET的改性PBT组分通常含有至少0.1摩尔%的量的间苯二甲酸基团并且范围可以在0或0.1~10摩尔%(0或0.07~7重量%)。得自PET的改性PBT组分通常含有至少0.1摩尔%的量的乙二醇并范围可以在0.1~10摩尔%(0.02~2重量%)。在一种实施方式中,得自PET的改性PBT组分的乙二醇含量为大于0.85重量%。在另一种实施方式中,组合物可以含有以0.1重量%~2重量%的量存在的乙二醇。改性PBT组分还可以含有0.1~10摩尔%(0.04~4重量%)量的一缩二乙二醇。丁二醇基团的量通常为约98摩尔%并且在一些实施方式中可以在95~99.8摩尔%变化。对苯二甲酸基团的量通常为约98摩尔%并且在一些实施方式中可以在90~99.9摩尔%变化。
除非另有说明,间苯二甲酸基团和/或对苯二甲酸基团的所有摩尔量都是基于组合物中二酸/二酯的总摩尔数。除非另有说明,丁二醇、乙二醇、和一缩二乙二醇基团的所有摩尔量都是基于组合物中二醇的总摩尔数。上述重量百分比量度是基于本文中已定义的对苯二甲酸基团、间苯二甲酸基团、乙二醇基团、和一缩二乙二醇基团的方式。
改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物中聚对苯二甲酸乙二酯组分残余物材料的总量可以变化。例如,混合物可以为1.8~2.5重量%、或0.5~2重量%、或1~4重量%的量。乙二醇、一缩二乙二醇、和环己烷二甲醇基团可以单独或组合地以基于100摩尔%的模制组合物的二醇的0.1~10摩尔%的量存在。间苯二甲酸基团可以基于100摩尔%的模制组合物中二酸/二酯的0.1~10摩尔%的量存在。
已发现,当希望制造熔融温度(Tm)为至少200℃的聚对苯二甲酸丁二酯共聚物时,一缩二乙二醇、乙二醇、和间苯二甲酸基团的的总量应在特定范围内。因此,在一种实施方式中,改性聚对苯二甲酸丁二酯组分中一缩二乙二醇、乙二醇、和间苯二甲酸基团的总量大于0且小于或等于23当量,相对于改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物中100当量的二醇和100当量的二酸基团的总量。在另一种合适的实施方式中,间苯二甲酸基团、乙二醇基团、和一缩二乙二醇基团的总量为3~小于或等于23当量,相对于改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物中100当量的二醇和100当量的二酸基团的总量。在另一种合适的实施方式中,间苯二甲酸基团、乙二醇基团、和一缩二乙二醇基团的总量为3~小于或等于10当量,相对于改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物中100当量的二醇和100当量的二酸基团的总量。在另一种合适的实施方式中,间苯二甲酸基团、乙二醇基团、和一缩二乙二醇基团的总量为10~小于或等于23当量,相对于改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物中100当量的二醇和100当量的二酸基团的总量。在一种实施方式中,一缩二乙二醇、乙二醇、和/或间苯二甲酸可以在所述过程期间加入。
根据应用的需要,乙二醇基团、间苯二甲酸基团、和一缩二乙二醇基团的总量可以变化。在一种实施方式中,组合物可以具有大于0且小于或等于17当量的量的选自乙二醇、间苯二甲酸基团、和一缩二乙二醇基团的总单体含量,相对于改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物中100当量的二醇和100当量的二酸基团的总量。有利地,所述组合物可以保持有用的性质,如大于80℃的热变形温度。
还已发现,得自聚对苯二甲酸乙二酯的无机残余物的总量可以以大于0ppm且至多1000ppm存在。所述无机残余物的的实例可以选自含锑化合物、含镓化合物、含钛化合物、含钴化合物、含锡化合物、含铝化合物、铝、铝盐、碱土金属盐、碱金属盐(包括钙、镁、钠和钾盐)、含磷化合物和阴离子、含硫化合物和阴离子、和它们的组合。在另一种实施方式中,无机残余物的量可以为250~1000ppm。在另一种实施方式中,无机残余物的量可以为500~1000ppm。
制造改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物的PET组分可以为各种形式。通常,PET组分包括薄片、粉末/碎片、膜、或粒料形式的回收(废弃)PET。使用前,通常对PET进行处理以除去杂质如纸、粘合剂、聚烯烃(例如,聚丙烯、聚氯乙烯(PVC)、尼龙、聚乳酸)和其它污染物。此外,PET组分可以包括不是废物的薄片、碎片、或粒料形式的PET。因此,通常在垃圾填埋厂中沉积的PET现在可以被有生产价值地和有效地使用。在一种实施方式中,PET组分还可以包括其它聚酯。PET组分还可以包括聚酯共聚物。所述材料的实例包括聚对苯二甲酸亚烷基二酯,其可以选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸环己烷二酯、对苯二甲酸酯与含有环己烷-二甲醇和乙二醇的共聚单体的共聚酯、对苯二甲酸与含有环己烷二甲醇和乙二醇的共聚单体的共聚酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸二甲苯酯、聚对苯二甲酸二甲氨乙醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸三亚甲基酯、聚萘二甲酸酯、和它们的组合。
得自聚对苯二甲酸乙二酯的改性聚对苯二甲酸丁二酯组分为(1)得自聚对苯二甲酸乙二酯组分,所述聚对苯二甲酸乙二酯组分选自聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯共聚物,和(2)具有得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的至少一种残余物。在一种实施方式中,改性聚对苯二甲酸丁二酯组分可以进一步为得自来自生物质的1,4-丁二醇,例如来自玉米的1,4-丁二醇或来自纤维素材料的1,4-丁二醇。
改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物可以通过任何方法而得自聚对苯二甲酸乙二酯组分,所述方法包括聚对苯二甲酸乙二酯组分的解聚,和解聚的聚对苯二甲酸乙二酯组分与1,4-丁二醇的聚合以提供改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物。例如,改性聚对苯二甲酸丁二酯组分可以通过以下方法制造,所述方法包括:利用1,4-丁二醇组分在180~230℃的温度在搅拌下在至少大气压的压力下在催化剂组分存在下在升高的温度在惰性气氛中,使选自聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯共聚物的聚对苯二甲酸乙二酯组分解聚,以产生熔融混合物,该混合物含有选自以下物质的组分:含有对苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有对苯二甲酸一缩二乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸一缩二乙二酯基部分的低聚物、含有对苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有至少两种前述部分的共价键合的低聚部分、1,4-丁二醇、乙二醇、和它们的组合;和在亚大气压下搅拌熔融混合物,和在足以形成含有得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的至少一种残余物的改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物的条件下将熔融混合物的温度提高到升高的温度。
聚酯部分和1,4-丁二醇在液相中在搅拌下结合,并且在步骤(a)期间1,4-丁二醇可以连续回流到反应器。该阶段中形成的四氢呋喃(THF)和水可以通过蒸馏或部分冷凝除去。
聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇组分通常在大气压下结合。但是,在本发明的另一种实施方式中,可以利用高于大气压的压力。例如,在一种实施方式中,聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇所承受的压力为2个大气压或更高。对于较高的压力,反应混合物可以在高于230℃的温度解聚。
聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇组分结合和反应的温度足以促进聚对苯二甲酸乙二酯组分解聚为含有对苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有对苯二甲酸一缩二乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸一缩二乙二酯基部分的低聚物、含有对苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有至少两种前述部分的共价键合的低聚部分、1,4-丁二醇、乙二醇、和它们的组合的混合物。聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇组分结合的温度范围通常在180~230℃。相对于聚对苯二甲酸乙二酯组分,通常过量使用1,4-丁二醇。在一种实施方式中,1,4-丁二醇以2~20摩尔的过量使用。
在聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇组分结合和反应(“步骤(a)”)的初始阶段期间,聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇在至少为大气压合适条件的压力下解聚成熔融混合物。在所述方法的“步骤(a)”期间,通常将1,4-丁二醇和乙二醇再循环,并且蒸馏四氢呋喃。熔融混合物含有:含有对苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有对苯二甲酸一缩二乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸一缩二乙二酯基部分的低聚物、含有对苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有至少两种前述部分的共价键合的低聚部分、1,4-丁二醇、乙二醇、和它们的组合。
聚对苯二甲酸乙二酯组分与1,4-丁二醇反应的步骤时间可以根据各种因素变化,所述因素如可用的设备、生产需求、期望的最终性质等。在一种实施方式中,该步骤进行至少2小时。在另一种实施方式中,该步骤进行2~5小时。
所述方法进一步包括以下步骤:使熔融混合物承受亚大气压和使熔融混合物的温度提高到240~260℃的温度,和从而形成得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的改性聚对苯二甲酸丁二酯组分。
优选除去过量的丁二醇、乙二醇、和THF,并且步骤(b)在搅拌下进行。熔融混合物当在合适的温度置于亚大气压条件足够长的时间时聚合成得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的改性聚对苯二甲酸丁二酯组分共聚物。通常,熔融混合物压力为亚大气压~低于1托的压力。在一种实施方式中,该压力以连续方式降低到100~0.05托的压力。在另一种实施方式中,该压力以连续方式降低到10~0.1托的压力。有利地,熔融混合物可以置于亚大气压条件下,而不用从熔融混合物分离和溶解任何材料。避免该步骤通常增强了所述方法的效用。
在熔融混合物置于亚大气压条件和温度提高时的步骤期间,将过量的丁二醇、乙二醇、和THF从反应器除去并使低聚物构建分子量。可以进行连续搅拌以辅助除去低沸点组分并允许聚合物的分子量构建。在获得足够的分子量后,将得到的熔融PBT聚合物从反应器通过模头引出,用水冷却,拉线和切割成粒料。
熔融混合物由聚对苯二甲酸乙二酯和聚(对苯二甲酸丁二酯)低聚物、1,4-丁二醇、和乙二醇进行聚合的步骤(上述步骤(b))的时间可以根据各种因素变化,所述因素如可用的设备、生产需求、期望的最终性质等。在一种实施方式中,该步骤进行至少两小时。在另一种实施方式中,该步骤进行2~5小时。
熔融混合物置于亚大气压条件的温度高到足以促进聚对苯二甲酸乙二酯和聚(对苯二甲酸丁二酯)低聚物、1,4-丁二醇、和乙二醇聚合成得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的改性聚对苯二甲酸丁二酯组分。通常,该温度至少为230℃。在一种实施方式中,该温度为250~275℃。
所述方法的两个步骤可以在相同的反应器中进行。但是,在一种实施方式中,所述方法在两个分离的反应器中进行,其中步骤(a)在第一反应器中进行,当熔融混合物形成时,将熔融混合物置于第二反应器中并进行步骤(b)。在另一种实施方式中,所述方法可以在多于两个的反应器中进行。在另一种实施方式中,所述方法可以在连续的系列反应器中进行。
辅助反应的催化剂组分可以选自锑化合物、锡化合物、钛化合物、它们的组合,以及已在文献中披露的许多其它催化剂和金属催化剂组合。催化剂的量根据实际的具体需要而变化。催化剂的合适量范围在1~5000ppm,或更多。催化剂组分通常在聚对苯二甲酸乙二酯组分最初与1,4-丁二醇组分结合的步骤期间加入。但是,在另一种实施方式中,催化剂组分可加入到在聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇组分结合后形成的熔融混合物中。
制造改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物的方法优选在搅拌性的条件下进行。术语″搅拌性的条件″或″搅拌″是指使聚对苯二甲酸乙二酯组分和1,4-丁二醇或熔融混合物经历以下条件,所述条件包括在促进当搅拌性的条件施加到聚对苯二甲酸乙二酯组分、1,4-丁二醇时PET的解聚(即步骤(a))的条件下,或促进由聚对苯二甲酸乙二酯低聚物、1,4-丁二醇、和乙二醇聚合PBT(即步骤(b))的条件下,以物理方式混合聚对苯二甲酸乙二酯组分、1,4-丁二醇或熔融混合物。物理混合可以通过任何合适的方式完成。在一种实施方式中,可以使用含有旋转轴和垂直于该轴的叶片的混合器。
制造改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物的方法可以包括以下步骤,由在步骤(a)中将含有碱金属的碱性化合物加入反应器减少所生成的THF量的步骤,从而减少工艺过程中THF的形成。碱性化合物含有碱金属,并且可以为例如,醇钠、氢氧化钠、乙酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、醇钾、氢氧化钾、乙酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、醇锂、氢氧化锂、乙酸锂、碳酸锂、碳酸氢锂、醇钙、氢氧化钙、乙酸钙、碳酸钙、碳酸氢钙、醇镁、氢氧化镁、乙酸镁、碳酸镁、碳酸氢镁、醇铝、氢氧化铝、乙酸铝、碳酸铝、碳酸氢铝、和它们的组合。加入混合物的碱性化合物的量通常为至少0.1ppm。在一种实施方式中,该碱性化合物的的量为0.1~50ppm。在另一种实施方式中,碱性化合物的量范围在1~10ppm。
在另一种实施方式中,可以加入双官能环氧化合物以减少THF的形成。环氧化合物可选自双官能环氧化物。合适的双官能环氧化合物的实例包括但不限于3,4-环氧基环己基-3,4-环氧基环己基羧酸酯,己二酸双(3,4-环氧基环己基甲基)酯,乙烯基环己烯二环氧化物,双酚二缩水甘油基醚如双酚-A二缩水甘油基醚、四溴双酚-A二缩水甘油基醚、缩水甘油、胺和酰胺的二缩水甘油基加成物、羧酸的二缩水甘油基加成物如邻苯二甲酸的二缩水甘油基酯、六氢邻苯二甲酸的二缩水甘油基、和己二酸双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)酯,丁二烯二环氧化物,乙烯基环己烯二环氧化物,二环戊二烯二环氧化物等。特别优选3,4-环氧环己基-3,4-环氧环己基羧酸酯。加入混合物的环氧化物的量通常为至少0.05重量%。在一种实施方式中,该环氧化合物的量为0.1~1重量%。在另一种实施方式中,该环氧化合物的量为0.2~0.5重量%。
在另一种实施方式中,THF的产生通过包括以下步骤的方法减少:(a)使(i)选自聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯共聚物的聚对苯二甲酸乙二酯组分与选自乙二醇、丙二醇、和它们的组合的二醇组分在反应器中在至少为大气压的压力下在在催化剂组分的存在下在190~250℃的温度在惰性气氛在足以使聚对苯二甲酸乙二酯组分解聚成第一熔融混合物的条件下反应,所述第一熔融混合物含有选自以下物质的组分:含有对苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有对苯二甲酸一缩二乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸一缩二乙二酯基部分的低聚物、含有对苯二甲酸三亚甲基酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸三亚甲基酯部分的低聚物、含有至少两个前述部分的共价键合低聚部分、乙二醇、丙二醇和它们的组合;其中聚对苯二甲酸乙二酯组分和二醇组分在搅拌下结合;(b)将1,4-丁二醇在反应器中在催化剂组分的存在下在190~240℃的温度在足以形成第二熔融混合物的条件下加入第一熔融混合物,所述第二熔融混合物含有选自以下物质的组分:含有对苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸乙二酯部分的低聚物、含有对苯二甲酸一缩二乙二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸一缩二乙二酯基部分的低聚物、含有对苯二甲酸三亚甲基酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸三亚甲基酯部分的低聚物、含有对苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有间苯二甲酸丁二酯部分的低聚物、含有至少两个前述部分的共价键合低聚部分、1,4-丁二醇、丙二醇、乙二醇、和它们的组合;和(c)在亚大气压条件和搅拌下将第二熔融混合物的温度提高到240~260℃的温度,从而形成含有得自聚对苯二甲酸乙二酯组分的至少一种残余物的改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物。
该三步骤的实施方式提供了由PET生产改性PBT共聚物的另外的有利方式。该三步骤实施方式的步骤(a)中使用的二醇组分可以选自乙二醇、丙二醇、和它们的组合。二醇组分可以在步骤(a)中以聚对苯二甲酸乙二酯组分中存在的乙二醇部分至少一半的量的摩尔量存在。聚对苯二甲酸乙二酯组分的解聚可以以各种时间进行。在一种实施方式中,解聚进行至少25分钟。该三步骤实施方式的步骤(b)期间使用的1,4-丁二醇可以以相对于步骤(c)中获得的改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物组分引入的丁二醇部分摩尔量过量的摩尔量加入。在所述方法期间,所述方法中使用的化合物可以再利用和/或收集。在一种实施方式中,选自乙二醇、丙二醇、和它们的组合二醇组分和(2)1,4-丁二醇在步骤(b)中除去和收集在容器中。在另一种实施方式中,在步骤(b)中,1,4-丁二醇回流到反应器和除去选自过量的丁二醇、乙二醇、丙二醇、四氢呋喃、和它们的组合的组分。步骤(b)实施足够的时间以从第二熔融混合物减少至少65%的乙二醇。步骤(b)的时间也可以变化。在一种实施方式中,步骤(b)持续至少45分钟。进行步骤(b)的压力可以变化。在一种实施方式中,步骤(b)在大气压条件下进行。在另一种实施方式中,步骤(b)在亚大气压条件下进行。不同的组合是可行的。在一种实施方式中,步骤(b)以过量的1,4-丁二醇和300~1500毫巴的绝对压力进行。在另一种实施方式中,1,4-丁二醇以1.1~5的摩尔量过量使用。该三步骤实施方式的步骤(c)也可以根据应用以改变的方式进行。在一种实施方式中,例如,选自过量的丁二醇、乙二醇、丙二醇、四氢呋喃、和它们的组合的组分在步骤(c)期间去除。进行步骤(c)的压力也可以变化。在一种实施方式中,步骤(c)在低于10毫巴的压力下进行。该三步骤方法可以在同一反应器中进行。或者,该三步骤方法可以在至少两个反应器中进行。
在另一种实施方式中,该三步骤方法可以包括在步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)、和它们的组合期间加入碱性化合物的步骤,从而进一步减少THF的产生。碱性化合物如在两步骤实施方式中那样可以含有上述的那些化合物。或者,双官能环氧化合物可以在步骤(b)期间以上述的量加入。
制造改性PBT共聚物的方法可含有附加步骤,其中由熔融混合物形成的PBT进行固态聚合。固态聚合通常包括使由熔融混合物形成的PBT承受惰性气氛或亚大气压,和以足以构建PBT分子量的时间加热到一定温度。通常,加热PBT的温度低于PBT的熔点,例如,低于PBT熔点5~60℃。在一种实施方式中,所述温度的范围可为150~210℃。固态聚合进行的合适的时间范围根据条件和设备可在2~20小时。固态聚合通常可以在足以促进PBT进一步聚合到合适分子量的混合条件(tumultuous conditions)下进行。所述混合条件可通过以下方式产生:使PBT进行翻滚,将惰性气体泵入体系以促进聚合物颗粒例如粒料、碎片、薄片、粉末等流化。固态聚合可以在大气压和/或降低的压力例如1个大气压~1毫巴下进行。
在再一种实施方式中,用于制造改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物的1,4-丁二醇可以得自生物质。术语″生物质″是指可以直接或间接转化成通常得自不可再生的烃资源的有用化学物质的活的或死的生物物质。生物质可以包括纤维素材料、谷物、得自谷物的淀粉、脂肪酸、基于植物的油、以及来自这些生物质实例的衍生物。有用的化学物质的实例包括但不限于二醇;二酸;用于制造二醇或酸例如琥珀酸的单体;用于制造聚合物的单体等。基于生物质的丁二醇可以从若干来源获得。例如,以下工艺可以用于获得基于生物质的1,4-丁二醇。基于农业的生物质如玉米可以通过也消耗二氧化碳的发酵工艺转化成琥珀酸。所述琥珀酸可从若干来源如Diversified Natural Products Inc以商品名″BioAmber(TM)″购得。该琥珀酸可以通过若干公开的文献如美国专利4,096,156(该文献在此以其全部内容纳入)中所述的工艺容易地转化为1,4-丁二醇。得自生物质的1,4-丁二醇还可以转化为四氢呋喃,和进一步转化为聚四氢呋喃,其也称为聚环丁烷二醇(polybutylene oxide glycol)。如EPA公布EP A/600/R-1/101(2001)中所述,Smith等人在Life Cycles EngineeringGuidelines中描述了将琥珀酸转化成1,4-丁二醇的另一种方法。当使用这样的实施方式时,含有改性聚对苯二甲酸丁二酯的组合物的制造可以进一步减少在由得自化石燃料单体制造PBT时常会产生的CO2排放。而且,这进一步减少了用于制造PBT的不可再生烃资源的用量。
改性PBT可以为无规共聚物或非无规共聚物。改性PBT的重均分子量可以为大于70,000g/mol,具体来说为70,000~200,000g/mol,相对于聚苯乙烯标准,通过凝胶渗透色谱法在25℃在氯仿/六氟异丙醇(5∶95,体积/体积比)中测量。该聚酯的特性粘度(在苯酚/四氯甲烷(60∶40,体积/体积比)在25℃测量)可以为0.8~2.0分升/克。
改性PBT共聚物可以与各种原始聚酯即得自单体的聚酯联合使用。可以与改性PBT共聚物结合使用的具体聚酯是通过使单体二醇组分与包含至少70摩尔%、优选至少80摩尔%的对苯二甲酸或其形成聚酯的衍生物的单体二羧酸组分共聚获得的。二醇(四亚乙基二醇)组分可以含有至多30摩尔%、优选至多20摩尔%的另一种二醇,如乙二醇、三亚甲基二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、六亚甲基二醇、十亚甲基二醇、环己烷二甲醇、亚新戊基二醇等,和包含至少一种前述二醇的混合物。酸组分可含有至多30摩尔%,优选至多20摩尔%的另一种酸如间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、2,7-萘二羧酸、1,5-萘二羧酸、4,4′-联苯二羧酸、4,4′-二苯氧基乙烷二羧酸、癸二酸、己二酸等、和其形成聚酯的衍生物,和包含至少一种前述酸或酸衍生物的混合物。在一种实施方式中,聚酯为聚(对苯二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸1,4-丁二酯)、聚(萘二甲酸乙二酯)、聚(萘二甲酸1,4-丁二酯)、聚(对苯二甲酸三亚甲基酯)、聚(1,4-环己烷二甲酸1,4-亚环己基二亚甲基酯)、聚(对苯二甲酸1,4-环己基二亚甲基酯)、聚(对苯二甲酸1,4-丁二酯-共聚对苯二甲酸1,4-丁-2-二酯)、和/或聚(对苯二甲酸环己基二亚甲基酯-共聚-对苯二甲酸乙二酯)。具体来说,聚酯为聚(对苯二甲酸1,4-丁二酯)。
虽然可使用不同聚酯的组合,具体来说包括使用改性PBT,其中组合物不含有符合以下条件的聚酯,在所述条件中得自二羧酸的基团包含选自亚环己基、亚邻苯二甲基、亚间苯二甲基、和它们的组合的成员,和其中得自二醇的基团包含选自1,4-环己烷二亚甲基、亚乙基、1,2-亚丙基、1,3-亚丙基和它们的组合的成员。
在一种总体实施方式中,聚碳酸酯和聚酯的共混物可包含约1~约99重量%的聚碳酸酯和相应的约99~约1重量%的聚酯,尤其是聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。在一种实施方式中,该共混物包含约30~约70重量%的聚碳酸酯和相应的约70~约30重量%的聚酯。前述量基于聚碳酸酯树脂和聚酯树脂的总重量。
基体聚合物可进一步为或包括抗冲改性剂组合物以提高其耐冲击性。因此,抗冲改性剂可以基体聚合物组分约1~100重量%(重量%)的量存在,具体来说,约5~约60重量%,更具体来说约10~约40重量%,余量为其它基体聚合物材料。
这些抗冲改性剂包括弹性体-改性接枝共聚物,其包含:(i)弹性体(即橡胶性)聚合物基底,该弹性体聚合物基底的Tg为低于约10℃,更具体来说为低于约-10℃,或更具体来说违约-40℃~-80℃;和(ii)接枝到弹性体聚合物基底的刚性聚合物上层(superstrate)。众所周知,弹性体-改性接枝共聚物可通过以下方式制备:首先提供弹性体聚合物,然后使刚性相的构成单体在弹性体的存在下聚合以获得接枝共聚物。接枝可作为接枝支链连接或作为弹性体芯的壳连接。壳可仅仅以物理方式包封芯,或者壳可部分地或基本上完全接枝到芯。
用作弹性体相的合适的材料包括,例如共轭二烯橡胶;共轭二烯与低于约50重量%的可共聚单体的共聚物;烯烃橡胶如乙烯丙烯共聚物(EPR)或乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM);乙烯-乙酸乙烯酯橡胶;有机硅橡胶;弹性体(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯;(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯与丁二烯和/或苯乙烯的弹性体共聚物;或包含至少一种前述弹性体的组合。
用于制备弹性体相的合适的共轭二烯单体具有式(II):
其中各Xb独立地为氢、C1-C5烷基等。可使用的共轭二烯单体的实例为丁二烯、异戊二烯、1,3-庚二烯、甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-乙基-1,3-戊二烯;1,3-和2,4-己二烯等,以及包含至少一种前述共轭二烯单体的混合物。具体的共轭二烯均聚物包括聚丁二烯和聚异戊二烯。
还可使用共轭二烯橡胶的共聚物,例如通过共轭二烯和一种或多种可与其共聚的单体的水性自由基乳液聚合制备的那些。与共轭二烯共聚的合适的单体包括含有稠合芳环结构的单乙烯基芳族单体,如乙烯基萘、乙烯基蒽等,或式(III)的单体:
其中各Xc独立地为氢、C1-C12烷基、C3-C12环烷基、C6-C12芳基、C7-C12芳烷基、C7-C12烷芳基、C1-C12烷氧基、C3-C12环烷氧基、C6-C12芳氧基、氯、溴,或羟基,和R为氢、C1-C5烷基、溴、或氯。可使用的合适的单乙烯基芳族单体实例包括苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯等,和包含至少一种前述化合物的组合。苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯可用作可与共轭二烯单体共聚的单体。
可与共轭二烯共聚的其它单体为单乙烯基单体如衣康酸、丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、马来酸酐、马来酰亚胺、N-烷基、芳基、或卤代芳基取代的马来酰亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯,和通式(10)的单体:
其中R为氢、C1-C5烷基、溴、或氯,和Xc为氰基、C1-C12烷氧基羰基、C1-C12芳氧基羰基、羟基羰基等。式(10)单体的实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、β-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈、丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯等、和包含至少一种前述单体的组合。单体如丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、和丙烯酸2-乙基己酯常用作可与共轭二烯单体共聚的单体。还可使用前述单乙烯基单体和单乙烯基芳族单体的混合物。
合适用作弹性体相的(甲基)丙烯酸酯单体可为(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯、尤其是丙烯酸C4-6烷基酯的交联的、微粒乳液均聚物或共聚物,所述丙烯酸烷基酯例如丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸2-乙基己基酯等、和包含至少一种前述单体的组合。(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯单体可任选地在具有至多15重量%的式(II)、(III)、或(IV)的共聚单体的掺混物中聚合。示例性的共聚单体包括但不限于丁二烯、异戊二烯,苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯乙酯、N-环己基丙烯酰胺、乙烯基甲基醚或丙烯腈,和包含至少一种前述共聚单体的混合物。任选地,可存在至多5重量%的多官能交联共聚单体,例如二乙烯基苯、二(甲基)丙烯酸亚烷基二醇酯如二丙烯酸二醇酯、三(甲基)丙烯酸亚烷基三醇酯、聚酯二(甲基)丙烯酸酯、双丙烯酰胺、氰尿酸三烯丙基酯、异氰尿酸三烯丙基酯、(甲基)丙烯酸烯丙基酯、马来酸二烯丙基酯、富马酸二烯丙基酯、己二酸二烯丙基酯、柠檬酸的三烯丙基酯、磷酸的三烯丙基酯等,以及包含至少一种前述交联试剂的组合。
弹性体相可使用连续、半间歇或间歇法通过以下方式聚合:本体聚合、乳液聚合、悬液、溶液或组合方法如本体-悬液聚合、乳液-本体聚合、本体-溶液聚合或其它技术。弹性体基底的粒度不是关键的。例如平均粒度为约0.001~约25微米,具体来说约0.01~约15微米,或甚至更具体来说约0.1~约8微米可用于基于聚合橡胶网格的乳液。约0.5~约10微米的粒度,具体来说约0.6~约1.5微米可用于本体聚合橡胶基底。粒度可通过简单的光透射法或毛细流体色谱法(CHDF)测量。弹性体相可为微粒状、适度交联的共轭丁二烯或C4-6烷基丙烯酸酯橡胶,和优选的凝胶含量为大于70%。丁二烯与苯乙烯和/或丙烯酸C4-6烷基酯橡胶的混合物也是合适的。
弹性体相可提供约5~约95重量%的总接枝共聚物,更具体来说约20~约90重量%,和甚至更具体来说约40~约85重量%的弹性体-改性接枝共聚物,其余为刚性接枝相。
弹性体-改性接枝共聚物的刚性相可通过包含单乙烯基芳族单体和任选的一种或多种共聚单体的混合物在一种或多种弹性体聚合物基底的存在下进行接枝聚合而形成。上述式(9)的单乙烯基芳族单体可用于刚性接枝相,包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤代苯乙烯如二溴苯乙烯,乙烯基甲苯,乙烯基二甲苯、丁基苯乙烯、对羟基苯乙烯、甲氧基苯乙烯等,或包含至少一种前述单乙烯基芳族单体的组合。合适的共聚单体包括例如上述单乙烯基单体和/或通式(10)的单体。在一种实施方式中,R为氢或C1-C2烷基,和Xc为氰基或C1-C12烷氧基羰基。用于刚性相的合适的共聚单体的具体实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯等,和包含至少一种前述共聚单体的组合。
刚性接枝相中单乙烯基芳族单体和共聚单体的相对比例可根据弹性体基底的类型、单乙烯基芳族单体的类型、共聚单体的类型、和抗冲改性剂的期望性质而广泛变化。刚性相通常可包含至多100重量%的单乙烯基芳族单体,具体来说约30~约100重量%,更具体来说约50~约90重量%的单乙烯基芳族单体,余量为共聚单体。
根据弹性体-改性聚合物的存在量,未接枝的刚性聚合物或共聚物的单独的基体或连续相可与弹性体-改性接枝共聚物一起同时获得。典型地,所述抗冲改性剂包含约40~约95重量%的弹性体-改性接枝共聚物和约5~约65重量%接枝(共)聚合物,基于抗冲改性剂的总重量。在另一种实施方式中,所述抗冲改性剂包含约50~约85重量%、更具体来说约75~约85重量%的橡胶-改性接枝共聚物,以及约15~约50重量%、更具体来说约15~约25重量%的接枝(共)聚合物,基于抗冲改性剂的总重量。
另一具体类型的弹性体-改性抗冲改性剂包含得自以下物质的结构单元:至少一种有机硅橡胶单体,具有式H2C=C(Rd)C(O)OCH2CH2Re的支化丙烯酸酯橡胶单体,其中Rd为氢或C1-C8直链或支化烃基和Re为支化C3-C16烃基;第一接枝连接单体;含有可聚合烯基的有机材料;和第二接枝连接单体。有机硅橡胶单体可包含,例如单独或组合的环状硅氧烷、四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、(丙烯酰氧基)烷氧基硅烷、(巯基烷基)烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、或烯丙基烷氧基硅烷,例如,十甲基环戊硅氧烷、十二甲基环己硅氧烷、三甲基三苯基环三硅氧烷、四甲基四苯基环四硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、八苯基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和/或四乙氧基硅烷。
示例性的支化丙烯酸酯橡胶单体包括单独或组合的丙烯酸异辛酯、丙烯酸6-甲基辛酯、丙烯酸7-甲基辛酯、丙烯酸6-甲基庚酯等。含有可聚合烯基的有机材料可为例如式(III)或(IV)的单体,例如,单独或组合的苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈或未支化(甲基)丙烯酸酯如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸甲基酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯等。
至少一种第一接枝连接单体可为单独或组合的(丙烯酰氧基)烷氧基硅烷、(巯基烷基)烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、或烯丙基烷氧基硅烷,例如,(γ-甲基丙烯酰氧基丙基)(二甲氧基)甲基硅烷和/或(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷。至少一种第二接枝连接单体为具有至少一个烯丙基基团的多烯属不饱和化合物,如单独或组合的甲基丙烯酸烯丙基酯、氰尿酸三烯丙基酯、或异氰尿酸三烯丙基酯。
有机硅-丙烯酸酯抗冲改性剂组合物可通过乳液聚合制备,其中例如至少一种有机硅橡胶单体与至少一种第一接枝连接单体在约30℃~约110℃的温度在表面活性剂如十二烷基苯磺酸的存在下反应以形成有机硅橡胶胶乳。或者,环状硅氧烷如环八甲基四硅氧烷和四乙氧基正硅酸酯可与第一接枝连接单体如(γ-甲基丙烯酰氧基丙基)甲基二甲氧基硅烷反应以得到平均粒度为约100纳米~约2微米的有机硅橡胶。然后,所述至少一种支化丙烯酸酯橡胶单体与有机硅橡胶颗粒在任选的交联单体如甲基丙烯酸烯丙基酯的存在下,在产生自由基的聚合催化剂如过氧化苯甲酰的存在下聚合。然后,该胶乳与含有可聚合烯基的有机材料和第二接枝连接单体反应。接枝有机硅-丙烯酸酯橡胶杂合物的胶乳颗粒可通过凝固(通过用凝固剂处理)从水相分离,并干燥成细粉末以产生有机硅-丙烯酸酯橡胶抗冲改性剂组合物。该方法可通常用于制造粒度为约100纳米~约2微米的有机硅-丙烯酸酯抗冲改性剂。
用于形成前述弹性体-改性接枝共聚物的已知方法包括使用连续、半间歇、或间歇法的本体聚合、乳液聚合、悬液聚合、和溶液法,或组合方法如本体-悬液聚合、乳液-本体聚合、本体-溶液聚合或其它技术。
在一种实施方式中,前述类型的抗冲改性剂通过乳液聚合方法制备,该方法不含碱性材料如C6-30脂肪酸的碱金属盐,例如硬脂酸钠、硬脂酸锂、油酸钠、油酸钾等,碱金属碳酸盐,胺如十二烷基二甲基胺、十二烷基胺等,和胺的铵盐。所述材料常用作乳液聚合中的表面活性剂,并且可催化聚碳酸酯的酯交换和/或降解。相反,离子硫酸酯、磺酸酯、或磷酸酯表面活性剂可用于制备抗冲改性剂,尤其是抗冲改性剂的弹性体基底部分。合适的表面活性剂包括,例如磺酸的C1-22烷基酯或C7-25烷基芳基酯、硫酸的C1-22烷基酯或C7-25烷基芳基酯、磷酸的C1-22烷基酯或C7-25烷基芳基酯、取代的硅酸盐和它们的混合物。具体的表面活性剂为磺酸C6-16烷基酯,具体来说为磺酸C8-12烷基酯。该乳液聚合方法描述和披露于如Rohm & Haas和GeneralElectric Company等公司的各种专利和文献中。实践中,可使用任何上述抗冲改性剂,只要其不含脂肪酸的碱金属盐、碱金属碳酸盐、和其它碱性材料。
在包含聚(对苯二甲酸乙二酯和聚碳酸酯)作为基体的特定组合物中,抗冲改性剂可为天然橡胶、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸甲基酯、乙烯-丙烯酸乙酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯-聚(氧丁基)二醇嵌段共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯/间苯二甲酸乙二酯-聚(氧丁基)二醇嵌段共聚物、有机硅橡胶、或包含至少一种前述抗冲改性剂的组合。
在具体实施方式中,抗冲改性剂为不含上述碱性材料的乳液聚合物。当抗冲改性剂为芯-壳聚合物时,获得了性质的良好平衡,所述芯-壳聚合物选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯、高橡胶接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、和它们的组合。可以特别提及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。在一种实施方式中,所述抗冲改性剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
合适用作含氟聚合物组分的含氟聚合物能够在与基体聚合物、填料、或以上两者同时混合期间原纤化(“可原纤化”)。“原纤化”是本领域的术语,其是指处理含氟聚合物以产生例如“结点和原纤维”网络,或笼状结构。合适的含氟聚合物包括但不限于包含得自一种或多种氟化α-烯烃单体的结构单元的均聚物和共聚物,所述氟化α-烯烃单体即包括至少一个氟原子代替氢原子的α-烯烃单体。在一种实施方式中,含氟聚合物包含得自两种或更多种氟化α-烯烃例如四氟乙烯、六氟乙烯等的结构单元。在另一种实施方式中,含氟聚合物包含得自一种或多种氟化α-烯烃单体和一种或多种可与该氟化单体共聚的非氟化单烯属不饱和单体的结构单元,所述非氟化单烯属不饱和单体例如α-单烯属不饱和可共聚单体如乙烯、丙烯、丁烯、丙烯酸酯单体(例如,甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁基酯)、乙烯基醚(例如,环己基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚、乙烯基酯)等。含氟聚合物的具体实例包括聚(四氟乙烯)、聚(六氟丙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(氯三氟乙烯)、聚(乙烯-四氟乙烯)、氟化乙烯-丙烯聚合物、聚(氟乙烯)、和聚(乙烯-氯三氟乙烯)。还可使用包含至少一种前述含氟聚合物的组合。
众所周知,含氟聚合物以各种形式可用,包括粉末、乳液、分散体、聚集体等。“分散体”(也称为“乳液”)含氟聚合物通常通过分散体或乳液制造,并且通常在水中包含约25~60重量%的含氟聚合物,其以表面活性剂稳定,其中含氟聚合物颗粒的直径大约为0.1~0.3微米。“细粉末”(或“凝结的分散体”)含氟聚合物可通过凝结和使由分散体制造的含氟聚合物干燥而制备。细粉末含氟聚合物通常制造成具有大约400~500微米的粒度。“粒化”含氟聚合物可通过悬液方法制造,并且通常制造成两种不同的粒度范围,包括大约30~40微米的中值粒度,和显示出约400~500微米的中值粒度的高本体密度产物。含氟聚合物的粒料还可获得并低温研磨以具有期望的粒度。
在一种实施方式中,含氟聚合物至少部分地被可与基体聚合物相同或不同的包封聚合物包封(以下称为“包封的聚合物”)。不限于理论,据信,包封可有助于含氟聚合物在基体内的分布,和/或使含氟聚合物与基体相容。
因此,合适的包封聚合物包括,但不限于,乙烯基聚合物、丙烯酸类聚合物、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚烯烃,聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚亚苯基醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、ABS树脂、聚醚砜、聚(烯基芳族)聚合物、聚丁二烯、液晶聚合物、聚缩醛、聚碳酸酯、聚亚苯基醚、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯、液晶聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、芳族聚酯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、和包含至少一种前述聚合物的组合。
包封聚合物可通过单体或单体的混合物以本领域已知的方法例如缩合、加聚等进行聚合而获得。可有效地利用乳液聚合,尤其是自由基聚合。在一种实施方式中,包封聚合物由含有稠合芳环结构的单乙烯基芳族单体如乙烯基萘、乙烯基蒽等,或由上述式(II)的单体获得。合适的单乙烯基芳族单体的实例包括苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯等、和包含至少一种前述化合物的组合。具体来说,可提及苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯。
其它可用于形成包封聚合物的单体包括单乙烯基单体如衣康酸、丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、马来酸酐、马来酰亚胺、N-烷基-,芳基-、或卤代芳基-取代的马来酰亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、和上述式(III)的单体。式(III)的单体的实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、β-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈、丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯等、和包含至少一种前述单体的组合。
还可使用前述单乙烯基芳族单体和单乙烯基单体的混合物,例如苯乙烯和丙烯腈(SAN)的混合物。刚性接枝相中单乙烯基芳族和单乙烯基单体的相对比例可根据含氟聚合物类型、单乙烯基芳族和单乙烯基单体类型、和包封剂的期望性质而广泛变化。包封剂通常可由以下物质形成,至多100重量%的单乙烯基芳族单体,具体来说约30~约100重量%,更具体来说约50~约90重量%的单乙烯基芳族单体,余量为共聚单体。
弹性体也可用作包封聚合物,以及弹性体-改性接枝共聚物。合适的弹性体包括,例如共轭二烯橡胶;共轭二烯与低于约50重量%的可共聚单体的共聚物;烯烃橡胶如乙烯丙烯共聚物(EPR)或乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM);乙烯-乙酸乙烯酯橡胶;有机硅橡胶;弹性体(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯;(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯与丁二烯和/或苯乙烯的弹性体共聚物;或包含至少一种前述弹性体的组合。
合适的共轭二烯单体为式(IV)的。可使用的共轭二烯单体的实例有丁二烯、异戊二烯、1,3-庚二烯、甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-乙基-1,3-戊二烯;1,3-和2,4-己二烯等,以及包含至少一种前述共轭二烯单体的混合物。具体的共轭二烯均聚物包括聚丁二烯和聚异戊二烯。
还可使用共轭二烯橡胶的共聚物,例如通过共轭二烯和至多10重量%的可与其共聚的一种或多种单体的水性自由基乳液聚合制备的那些。合适的可共聚单体包括式(II)的单乙烯基芳族单体和/或上述式(III)的单乙烯基单体。具体的共聚物包括苯乙烯和丙烯腈。
适用作弹性体包封单体的(甲基)丙烯酸酯单体包括以下物质的交联的、微粒乳液均聚物或共聚物:(甲基)丙烯酸C4-8烷基酯,尤其是丙烯酸C4-6烷基酯,例如丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸2-乙基己基酯等,和包含至少一种前述单体的组合。(甲基)丙烯酸C4-8烷基酯单体可以任选地在具有至多15重量%的式(II)、(III)、或(IV)的共聚单体的掺混物中聚合。示例性的共聚单体包括但不限于丁二烯、异戊二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯乙酯、N-环己基丙烯酰胺、乙烯基甲基醚或丙烯腈、和包含至少一种前述共聚单体的混合物。任选地,可存在至多5重量%的多官能交联共聚单体,例如二乙烯基苯、二(甲基)丙烯酸亚烷基二醇酯如二丙烯酸二醇酯、三(甲基)丙烯酸亚烷基三醇酯、聚酯二(甲基)丙烯酸酯、双丙烯酰胺、氰尿酸三烯丙基酯、异氰尿酸三烯丙基酯、(甲基)丙烯酸烯丙基酯、马来酸二烯丙基酯、富马酸二烯丙基酯、己二酸二烯丙基酯、柠檬酸的三烯丙基酯、磷酸的三烯丙基酯等,以及包含至少一种前述交联试剂的组合。
合适的弹性体-改性接枝共聚物可通过以下方式制备:首先提供弹性体聚合物(例如如上所述的),然后使刚性相的组成单体在含氟聚合物和弹性体下聚合以获得接枝共聚物。弹性体相可提供约5~约95重量%的总接枝共聚物,更具体来说约20~约90重量%,和甚至更具体来说约40~约85重量%的弹性体-改性接枝共聚物,其余为刚性接枝相。根据弹性体-改性聚合物的存在量,未接枝的刚性聚合物或共聚物的单独基体或连续相可与弹性体-改性接枝共聚物一起同时获得。
具体的包封聚合物包括聚苯乙烯、聚苯乙烯的共聚物、聚(α-甲基苯乙烯)、聚(α-乙基苯乙烯)、聚(α-丙基苯乙烯)、聚(α-丁基苯乙烯)、聚(对甲基苯乙烯)、聚丙烯腈、聚(甲基丙烯腈)、聚(丙烯酸甲基酯)、聚(丙烯酸乙酯)、聚(丙烯酸丙基酯),和聚(丙烯酸丁基酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸丙酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯);聚丁二烯、聚丁二烯与丙烯的共聚物、聚(乙酸乙烯酯)、聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯基醇)、丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚(丙烯酸C4-8烷基酯)橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、EPDM橡胶、硅橡胶和包含至少一种前述包封聚合物的组合。在一种实施方式中,含氟聚合物包括包封聚合物,所述包封聚合物选自苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、α-烷基苯乙烯-丙烯腈共聚物、α-甲基苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯、和它们的组合。在一种实施方式中,含氟聚合物包含苯乙烯-丙烯腈包封的聚(四氟乙烯)。
在另一种实施方式中,包封聚合物包含SAN、ABS共聚物、α-(C1-3)烷基苯乙烯-丙烯腈共聚物、α-甲基苯乙烯-丙烯腈(AMSAN)共聚物、SBR、和包含至少一种前述物质的组合。在又一种其它实施方式中,包封聚合物为SAN或AMSAN。
包封聚合物的合适量可由本领域技术人员利用以下提供的指导在没有不需要的负担的情况下确定。在一种实施方式中,包封的含氟聚合物包含约10~约90重量%(重量%)的含氟聚合物和约90~约10重量%的包封聚合物,基于包封的含氟聚合物的总重量。或者,包封的含氟聚合物包含约20~约80重量%,更具体来说约40~约60重量%的含氟聚合物,和约80~约20重量%,具体来说约60约40重量%的包封聚合物,基于包封的聚合物的的总重量。
聚合物组合物进一步包含填料,包括常用于聚合物组合物中的填料和固体配混化合物成分或试剂。不限于理论,据信,本发明获得的有利结果是因为填料和含氟聚合物之间的协同相互作用,该相互作用在下述的混合过程期间出现。
一类可用的填料为粒状填料,其可为任何构造,例如球体、板料、纤维、针状物、薄片、晶须、或不规则形状。合适的填料典型地平均最长尺寸为约1纳米~约500微米,具体来说约10纳米~约100微米。一些纤维状、针状、或晶须形的填料(例如,玻璃或硅灰石)的平均长宽比(长度∶直径)可为约1.5~约1000,但是较长的纤维也在本发明的范围内。板状填料(例如,云母、滑石、或高岭土)的平均长宽比(相同面积的圆的平均直径:平均厚度)可为大于约5,具体来说约10~约1000,更具体来说约10~约200。还可使用长宽比的双峰、三峰、或更高混合。这些填料也称为“增强填料”。
填料可为天然的或合成的、矿物的或非矿物来源,条件是,该填料具有足够的耐热性以至少在它们与组合物结合的加工温度保持它们的固体物理结构。合适的填料包括粘土、纳米粘土、炭黑、木粉(含或不含油)、各种形式的二氧化硅(沉积二氧化硅或水合二氧化硅、蒸气沉积二氧化硅或热解二氧化硅、玻璃状二氧化硅、熔融二氧化硅或胶体二氧化硅,包括常见的沙子)、玻璃、金属、无机氧化物(如周期表Ib、IIb、IIIa、IIIb、IVa、IVb(除了碳)、Va、VIa、VIIa和VIII族的2、3、4、5和6周期的金属的氧化物)、金属氧化物(如氧化铝、氧化钛、氧化锆、二氧化钛、纳米级氧化钛、三水合铝、氧化钒,和氧化镁)、铝或铵或镁的氢氧化物、碱金属和碱土金属的碳酸盐(如碳酸钙、碳酸钡,和碳酸镁)、三氧化锑、硅酸钙、硅藻土、富勒土、硅藻土(kieselguhr)、云母、滑石、板岩粉、火山灰、棉绒、石棉、高岭土、碱金属和碱土金属硫酸盐(如钡的硫酸盐和硫酸钙)、钛、沸石、硅灰石、硼化钛、硼酸锌、碳化钨、铁氧体、二硫化钼、石棉、方石英、硅酸铝(包括蛭石、膨润土、蒙脱石、Na-蒙脱石、Ca-蒙脱石)、水合氢氧化硅酸钠钙铝镁、叶蜡石、硅酸镁铝、硅酸锂铝、硅酸锆、和包含至少一种前述填料的组合。合适的纤维状填料包括玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、碳巴基球、超高分子量聚乙烯纤维、三聚氰胺纤维、聚酰胺纤维、纤维素纤维、金属纤维、钛酸钾晶须、和硼酸铝晶须。
这些之中,碳酸钙、滑石、玻璃纤维、碳纤维、碳酸镁、云母、碳化硅、高岭土、硅灰石、硫酸钙、硫酸钡、钛、二氧化硅、炭黑、氢氧化铵、氢氧化镁、氢氧化铝、和包含至少一种前述物质的组合是可用的。已发现,云母、滑石、碳化硅、和包含至少一种前述填料的组合是特别有效用的。
在包含改性PBT共聚物和聚碳酸酯作为基体的特定组合物中,增强粒状填料优选碳酸钙、云母、高岭土、滑石、玻璃纤维、碳纤维、碳酸镁、钡的硫酸盐、硫酸钙、钛、纳米粘土、二氧化硅、铝或铵或镁的氢氧化物、氧化锆、纳米级的氧化钛、或它们的组合。具体来说,可提及滑石,具体来说,平均粒度为0.3~3微米的滑石,甚至更具体来说,平均粒度为0.5~2微米的滑石。
另外,或除了粒状填料之外,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例举的方法组合地使用: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。合适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等。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(continuousstrand mat)、短切原丝片(chopped strand mat)、绢纱(tissue)、纸和毛毯等;或者三维增强材料如编带(braid)。
任选地,填料可进行表面改性,例如进行处理以改进填料和组合物的聚合物组分的相容性,这便于解聚集和填料均匀分布在聚合物中。一种合适的表面改性方式是将后来与聚合物键合的偶联剂进行耐久性的连接。使用合适的偶联剂还可改进塑料和弹性体中的冲击、拉伸、挠曲、和/或介电性质;涂层中的膜完整性、基底粘附性、老化和使用寿命;以及粘合剂和密封剂中的涂布和工装(tooling)性质、基底粘附性、内聚强度、和使用寿命。合适的偶联剂包括硅烷、钛酸盐、锆酸盐、锆铝酸盐、羧基化聚烯烃、铬酸盐、氯化石蜡、有机硅化合物、和反应性纤维质。填料还可部分地或全部地用金属材料层涂覆以促进导电性,所述金属例如,金、铜、银等。
基体聚合物组分、含氟聚合物、和填料的相对量可由本领域技术人员利用以下给出的指导在没有负担的情况下调节,以实现组合物的性质期望形式。在一种实施方式中,组合物包含约5~约99重量%的基体聚合物组分(包括任何抗冲改性剂),约0.5~约40重量%的未包封的含氟聚合物,和约0.5~约60重量%的填料,均基于组合物(基体、含氟聚合物、填料、和任何添加剂,它们的非限制性的实例如下所述)的总重量。或者,组合物可包含约20~约90,更具体来说约30~约85重量%,甚至更具体来说约50~约85重量%的基体聚合物;约1~约40重量%,更具体来说约2~约20重量%,甚至更具体来说约2.5~约10重量%的未包封的含氟聚合物;和约3~约40重量%,更具体来说约5~约30重量%,甚至更具体来说约5~约15重量%的填料,均基于组合物的总重量。当含氟聚合物的量为大于约2.5重量%,更具体来说约5~约35重量%,甚至更具体来说约10~约30重量%的组合物的总重量时,可实现特别有利的结果。
在另一种实施方式中,组合物包含约5~约99重量%的基体聚合物,约0.5~约60重量%的包封的含氟聚合物,和约0.5~约60重量%的填料,均基于组合物的总重量。或者,热塑性组合物可包含约20~约90,更具体来说约30~约85重量%,甚至更具体来说约60~约85重量%的基体聚合物;约1~约50重量%,更具体来说约2~约45重量%的包封的含氟聚合物;和约0.5~约50重量%,更具体来说约5~约30重量%,甚至更具体来说约5~约15重量%的填料,均基于组合物的总重量。当包封的含氟聚合物的量为组合物的总重量的大于约2.5重量%,更具体来说约5~约35重量%,甚至更具体来说约10~约30重量%时,可实现特别有利的结果。
已出人预料地发现,可使用组分的特定组合以获得具有优异的性质平衡的组合物。在该实施方式中,组合物包含基于组合物总重量:10~80重量%的改性聚对苯二甲酸乙二酯共聚物,具体来说20~70重量%,更具体来说20~50重量%的改性聚对苯二甲酸乙二酯共聚物;10~80重量%的聚碳酸酯,具体来说15~70重量%,更具体来说40~60重量%的聚碳酸酯;0~20重量%的抗冲改性剂,具体来说3~15重量%的抗冲改性剂;1~少于25重量%,具体来说2~20重量%,更具体来说2~7重量%的增强填料;0.1~少于2.5重量%的原纤化含氟聚合物,具体来说0.2~低于2.5重量%,更具体来说1~低于2.5重量%或0.2~2重量%的原纤化含氟聚合物;和0~5重量%,具体来说多于0.1~4重量%的以下更详细描述的添加剂。
在该具体的实施方式中,组合物可基本上由前述组分组成。聚碳酸酯可包含得自双酚A的单元。抗冲改性剂可为芯-壳甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯抗冲改性剂,具体来说为芯-壳甲基丙烯酸甲酯--丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。增强填料可为滑石。原纤化含氟聚合物可被包封,具体来说被苯乙烯-丙烯腈包封。在一种实施方式中,所述添加剂选自抗氧化剂、脱模剂、着色剂、猝灭剂、稳定剂、和它们的组合。
可选地,聚合物组合物可进一步含有通常掺入这种类型的树脂组合物中的一种或多种添加剂,优选条件是选择所述添加剂使得不会显著影响热塑性组合物的期望的性质。可使用添加剂的混合物。所述添加剂可在混合用于形成组合物的组分期间的合适时间混入。示例性的添加剂包括膨胀剂、润滑剂、流动改性剂、阻燃剂、颜料、染料、着色剂、UV稳定剂、抗氧化剂、抗冲改性剂、增塑剂、光学增白剂、防火剂、抗静电剂、发泡剂等。在一种实施方式中,组合物包含选自热稳定剂、UV稳定剂、着色剂、抗氧化剂、猝灭剂、脱模剂及其组合的添加剂。
合适的抗氧化剂添加剂包括例如有机亚磷酸酯如三(壬基苯基)亚磷酸酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、(2,4,6-三叔丁基苯基)(2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇)亚磷酸酯、双(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;烷基化单酚或多酚;多酚与二烯的烷基化反应产物,如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等;对甲酚或二环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化氢醌;羟基化硫代二苯基醚;烷叉基-双酚;苄基化合物;酰氨基苯酚;β-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)-丙酸与单羟基或多羟基醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与单羟基或多羟基醇的酯;硫烷基或硫芳基化合物的酯,如硫代丙酸二硬脂基酯、硫代丙酸二月桂基酯、硫代二丙酸双十三烷基酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸十八烷基酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸季戊四醇酯等;β-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)-丙酸的酰胺等,或包含至少一种前述抗氧化剂的组合。抗氧化剂通常以约0.1~约5重量份的量使用,基于100重量份的组合物的聚合物组分(基体聚合物、含氟聚合物、和任何抗冲改性剂)。
合适的热稳定剂添加剂包括,例如有机亚磷酸酯如三苯基亚磷酸酯、三(2,6-二甲基苯基)亚磷酸酯、三(混合的单-和二壬基苯基)亚磷酸酯等;膦酸酯如膦酸二甲基苯酯等,磷酸酯如磷酸三甲酯等,和包含至少一种前述热稳定剂的组合。热稳定剂通常以约0.1~约5重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
还可使用光稳定剂和/或紫外光(UV)吸收添加剂。合适的光稳定剂添加剂包括,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。光稳定剂通常以约0.5~约20重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
合适的UV吸收添加剂包括例如羟基二苯甲酮;羟基苯并三唑;羟基苯并三嗪类;氰基丙烯酸酯类;草酰二苯胺类;苯并
嗪酮类;2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚(CYASORB 5411);2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORB 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(CYASORB 1164);2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并
嗪-4-酮)(CYASORB 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(UVINUL 3030);2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并
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吸收剂通常以约0.5~约20重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
还可使用增塑剂、润滑剂、和/或脱模剂添加剂。这些类型的材料存在显著的重叠,其中包括例如对苯二甲酸酯,例如二辛基-4,5-环氧六氢对苯二甲酸酯;三(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯;三硬脂精;二-或多官能芳族磷酸酯,例如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的双(二苯基)磷酸酯和双酚A的双(二苯基)磷酸酯;聚-α-烯烃;环氧化大豆油;硅氧烷类,其中包括硅油;酯,例如脂肪酸酯,例如烷基硬脂酯,例如硬脂酸甲酯;硬脂酸硬脂酯、四硬脂酸季戊四醇酯和类似物;硬脂酸甲酯和含聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物及其共聚物的亲水和疏水非离子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;蜡,例如蜂蜡、褐煤蜡、石蜡、EBS蜡或类似物。所述材料通常以约0.1~约20重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
术语“抗静电剂”是指可加工于聚合物树脂中和/或喷于材料或制品上以提高导电性和整体物理性能的单体、低聚或聚合材料。单体抗静电剂的实例包括单硬脂酸甘油酯,二硬脂酸甘油酯,三硬脂酸甘油酯,乙氧化胺,伯、仲、叔胺,乙氧基化醇,烷基硫酸盐,烷基芳基硫酸盐,烷基磷酸盐,烷基胺硫酸盐,烷基磺酸盐如硬脂基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,季铵盐,季铵树脂,咪唑啉衍生物,脱水山梨醇酯,乙醇酰胺,甜菜碱,等等,或者包含至少一种前述抗静电剂的组合。
示例性的聚合抗静电剂包括某些聚酯酰胺聚醚聚酰胺(聚醚酰胺)嵌段共聚物,聚醚酯酰胺嵌段共聚物,聚醚酯,或者聚氨酯,各自包含聚亚烷基二醇部分聚氧化烯单元如聚乙二醇,聚丙二醇,聚1,4-丁二醇等。这种聚合抗静电剂可从商业上得到,例如Pelestat 6321(Sanyo)或Pebax MH1657(Atofina),Irgastat P18和P22(Ciba-Geigy)。可以用作抗静电剂的其它聚合材料是固有导电的聚合物如聚苯胺(以
购自Panipol),聚吡咯和聚噻吩(购自Bayer),其在高温下熔体加工之后保持其一定的固有导电性。在一个实施方案中,可以在含化学抗静电剂的聚合树脂中使用碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑或者前述材料的组合,以使组合物静电消散。抗静电剂通常以约0.05~约20重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
还可以存在着色剂如颜料和/或染料添加剂。适合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;钠硫代硅酸盐硫酸盐、铬酸盐等;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、萘四羧酸、黄烷士酮、异吲哚啉酮、四氯异吲哚啉酮、蒽醌、蒽嵌蒽二醌、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,或包含至少一种前述颜料的组合。颜料通常以约0.1~约20重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
适合的染料可以是有机材料,以及包括例如香豆素染料如香豆素460(蓝)、香豆素6(绿)、尼罗红等;镧系络合物;烃和取代的烃染料;多环芳烃染料;闪烁染料,如噁唑或噁二唑染料;芳基或杂芳基取代的聚(C2-8)烯烃染料;羰花青染料;阴丹酮染料;酞菁染料;噁嗪染料;喹诺酮(carbostyryl)染料;萘四羧酸染料;卟啉染料;二(苯乙烯基)联苯染料;吖啶染料;蒽醌染料;花青染料;甲川染料;芳基甲烷染料;偶氮染料;靛类染料、硫代靛类染料、重氮染料;硝基染料;醌亚胺染料;氨基酮染料;四唑染料;噻唑染料;苝染料;苝酮染料;二-苯并噁唑基噻吩(BBOT);三芳基甲烷染料;呫吨染料;噻吨染料;萘二甲酰亚胺染料;内酯染料;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;发光染料,如7-氨基-4-甲基香豆素;3-(2’-苯并噻唑基)-7-二乙基氨基香豆素;2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑;2,5-二-(4-联苯基)-噁唑;2,2’-二甲基-对-四联苯;2,2-二甲基-对-三联苯;3,5,3””,5””-四叔丁基-对-五联苯;2,5-二苯基呋喃;2,5-二苯基噁唑;4,4’-二苯基均二苯代乙烯;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’-二苯并硫代三羰花青碘化物;7-二甲基氨基-1-甲基-4-甲氧基-8-氮杂喹诺酮-2;7-二甲基氨基-4-甲基喹诺酮-2;2-(4-(4-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)-3-乙基苯并噻唑高氯酸盐;3-二乙基氨基-7-二乙基亚氨基吩噁唑高氯酸盐;2-(1-萘基)-5-苯基噁唑;2,2’-对-亚苯基-二(5-苯基噁唑);若丹明700;若丹明800;芘;1,2-苯并菲(chrysene);红荧烯;晕苯等,或者包含至少一种前述染料的组合。染料通常以约0.01~约20重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
当需要泡沫体时,合适的发泡剂包括例如低沸点卤代烃和产生二氧化碳的那些;在室温下为固体并且当加热到高于它们的分解温度的温度时产生气体如氮气、二氧化碳25氨气的发泡剂,如偶氮二碳酰胺、偶氮二碳酰胺的金属盐、4,4′-氧基双(苯磺基酰肼)、碳酸氢钠、碳酸铵等,或包含至少一种前述发泡剂的组合。发泡剂通常以约0.01~约15重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
可添加的合适的阻燃剂可以是含磷、溴和/或氯的有机化合物。由于法规上的原因,在某些应用中可以优选非溴化和非氯化的含磷阻燃剂,例如有机磷酸酯和含磷-氮键的有机化合物。
一类示例性的有机磷酸酯是式(GO)3P=O的芳族磷酸酯,其中每个G独立地为烷基、环烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基,条件是至少一个G为芳族基团。两个G基团可以结合在一起得到环状基团,例如,二磷酸二苯基季戊四醇酯。其它适宜的芳族磷酸酯可以为,例如,磷酸苯基二(十二烷基)酯,磷酸苯基二(新戊基)酯,磷酸苯基二(3,5,5′-三甲基己基)酯,磷酸乙基二苯基酯,磷酸2-乙基己基二(对-甲苯基)酯,磷酸二(2-乙基己基)对-甲苯基酯,磷酸三甲苯基酯,磷酸二(2-乙基己基)苯基酯,磷酸三(壬基苯基)酯,磷酸二(十二烷基)对-甲苯基酯,磷酸二丁基苯基酯,磷酸2-氯乙基二苯基酯,磷酸对-甲苯基二(2,5,5′-三甲基己基)酯,磷酸2-乙基己基二苯基酯等。具体的芳族磷酸酯是每个G均为芳族的磷酸酯,例如,磷酸三苯酯,磷酸三甲苯酯,异丙基化的磷酸三苯酯等。
也可以使用二-或多-官能的芳族含磷化合物,例如,下式所示的化合物:
其中每个G1独立地为具有1~约30个碳原子的烃基;每个G2独立地为具有1~30个碳原子的烃基或烃氧基;每个Xa独立地为具有1~约30个碳原子的烃基;每个X独立地为溴或氯;m为0~4;及n为1~约30。适宜的二-或多-官能的芳族含磷化合物包括二磷酸间苯二酚四苯酯(RDP),氢醌的二(二苯基)磷酸酯和双酚A的二(二苯基)磷酸酯,以及它们的低聚和聚合的对应物等。
适宜的含磷-氮键的阻燃剂化合物的实例包括氯化膦腈,磷酯酰胺,磷酸酰胺,膦酸酰胺,次膦酸酰胺,三(氮杂环丙烷基)氧化膦。当存在时,含磷阻燃剂通常以约1~约60重量份的量,更具体来说约5~约25重量份的量存在,基于100重量份的聚碳酸酯树脂和任何抗冲改性剂。
也可以使用卤化的材料作为阻燃剂,例如下面式(11)的卤化化合物和树脂:
其中R为烷撑、烷叉或环脂族的连接基,例如,亚甲基,乙撑,丙撑,异丙撑,异丙叉,丁撑,异丁撑,戊撑,环己撑,环戊叉等;或者氧醚,羰基,胺,或者含硫的连接基如硫醚、亚砜、砜等。R也可以由两个或多个连接有诸如芳族、氨基、醚、羰基、硫醚、亚砜、砜等基团的烷撑或烷叉连接基构成。
式(11)中的Ar和Ar′各自独立为单碳环或多碳环的芳基如亚苯基,亚联苯基,亚三联苯基,亚萘基等。
Y为有机、无机或有机金属基团,例如,卤素如氯、溴、碘、氟;通式OB的醚基团,其中B为类似于X的一价烃基;R所示类型的一价烃基;或者其它取代基如硝基、氰基等,该取代基基本是惰性的,条件是每个芳核存在至少一个时并且优选两个卤原子。
当存在时,每个X独立为一价烃基,例如,烷基如甲基,乙基,丙基,异丙基,丁基,癸基等;芳基如苯基,萘基,联苯基,二甲苯基,甲苯基等;芳基烷基如苄基,乙基苯基等;脂环族基团如环戊基,环己基等。该一价烃基本身可包含惰性取代基。
每个d独立地为1至最大相当于包含Ar或Ar′的芳环上可取代的氢的数目。每个e独立地为0至最大相当于R上可取代的氢的数目。a、b和c各自独立地为包括0的整数。当b不为0时,a或c均不可以为0。否则,a或c但不是二者可以为0。如果b为0,则芳族基团通过直接的碳-碳键结合。
芳族基团Ar和Ar′上的羟基和Y取代基可以在邻、间或对位变化,各基团可以相互处于任何可能的几何关系。
在上式范围内所包含的双酚中,下面是代表性的:2,2-二-(3,5-二氯苯基)-丙烷;二-(2-氯苯基)-甲烷;二(2,6-二溴苯基)-甲烷;1,1-二-(4-碘苯基)-乙烷;1,2-二-(2,6-二氯苯基)-乙烷;1,1-二-(2-氯-4-碘苯基)乙烷;1,1-二-(2-氯-4-甲基苯基)-乙烷;1,1-二-(3,5-二氯苯基)-乙烷;2,2-二-(3-苯基-4-溴苯基)-乙烷;2,6-二-(4,6-二氯萘基)-丙烷;2,2-二-(2,6-二氯苯基)-戊烷;2,2-二-(3,5-二溴苯基)-己烷;二-(4-氯苯基)-苯基-甲烷;二-(3,5-二氯苯基)-环己基甲烷;二-(3-硝基-4-溴苯基)-甲烷;二-(4-羟基-2,6-二氯-3-甲氧基苯基)-甲烷;2,2-二-(3,5-二氯-4-羟基苯基)-丙烷;2,2-二-(3-溴-4-羟基苯基)-丙烷。上面结构式范围内还包括的是:1,3-二氯苯,1,4-二溴苯,1,3-二氯-4-羟基苯,及联苯如2,2′-二氯联苯,多溴化的1,4-二苯氧基苯,2,4′-二溴联苯,及2,4′-二氯联苯,以及十溴二苯醚等。
还可以使用低聚和聚合的卤化芳族化合物,如双酚A和四溴双酚A与碳酸酯前体如光气的共聚碳酸酯。也可以与阻燃剂一起使用金属协同剂如氧化锑。当存在时,含卤素的阻燃剂通常以约5~约50重量份的量存在,更具体来说约5~约20重量份的量存在,基于100重量份组合物的聚合物组分。
或者,热塑性组合物可基本上不含氯和溴。这里所用的基本上不含氯和溴是指不刻意加入氯、或溴、或含氯或溴的材料而制备的材料。但是,应理解,在生产多种产品的工厂中,可能发生一定量的交叉污染,导致溴和/或氯的水平典型地为以重量计百万分之若干份的水平。在这样的理解下,可以容易地领会,基本上不含溴和氯可定义为溴和/或氯的含量为低于约以重量计百万分之100份(ppm),低于约75ppm,或低于约50ppm。当该定义适用于阻燃剂时,其为基于阻燃剂的总重量。当该定义适用于热塑性组合物时,其为基于组合物的聚合物组分和阻燃剂的总重量。
也可以使用无机阻燃剂,例如,C2-16烷基磺酸盐如全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐),全氟辛烷磺酸钾,全氟己烷磺酸四乙基铵,及二苯砜磺酸钾等;通过反应形成的盐,例如碱金属或碱土金属(如锂、钠、钾、镁、钙和钡盐)与无机酸复盐,例如含氧阴离子如碳酸的碱金属和碱土金属盐如Na2CO3、K2CO3、MgCO3、CaCO3和BaCO3,或者氟阴离子络合物如Li3AlF6、BaSiF6、KBF4、K3AlF6、KAlF4、K2SiF6和/或Na3AlF6等。当存在时,无机阻燃剂盐通常以约0.01~约5.0重量份的量存在,更具体来说约0.02~约3.0重量份的量存在,基于100重量份组合物的聚合物组分。
其它可用类型的阻燃剂为包含式(12)的重复结构单体的聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物:
其中R在各出现处相同或相异,并且为C1-13一价有机基团。例如,R可以为C1-C13烷基,C1-C13烷氧基,C2-C13链烯基,C2-C13链烯氧基,C3-C6环烷基,C3-C6环烷氧基,C6-C14芳基,C6-C10芳氧基,C7-C13芳烷基,C7-C13芳烷氧基,C7-C13烷芳基,或者C7-C13烷芳氧基。前述基团可以全部或部分被氟、氯、溴、碘或其组合卤化。在同一共聚物中,可以使用前述R基团的组合。式(8)中D的值可以广泛地变化,这取决于热塑性组合物中各组分的类型和相对量,所需要的组合物性质,及其它需要考虑的事项。一般地,D可具有2~约1000,具体来说约2~约500,更具体来说约5~约100的平均值。在一个实施方案中,D具有约10~约75的平均值,在又一实施方案中,D具有约40~约60的平均值。当D的值较低例如小于约40时,可能需要使用较大量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。相反,如果D的值较高例如大于约40,可能需要使用较小量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。可以使用第一和第二(或更多)聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的组合,其中第一共聚物的D的平均值小于第二共聚物的D的平均值。
在一种实施方式中,聚二有机硅氧烷嵌段由以下式(13)的重复结构单体提供:
其中D定义如上;每个R可以相同或相异,并且定义如上;及Ar可以相同或相异,并且为取代或未取代的C6-C30亚芳基,其中价键直接连接到芳族部分。式(9)中的适宜的Ar基团可来源于C6-C30二羟基亚芳基化合物,例如上述式(3)、(4)或(7)的二羟基亚芳基化合物。也可以使用包含至少一种前述二羟基亚芳基化合物的组合。适宜的二羟基亚芳基化合物的具体实例是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,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-羟基苯基)环己烷,二(4-羟基苯基)硫醚,及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。所述单元可来源于下式的相应的二羟基化合物:
其中Ar和D如上所述。这种化合物进一步描述于Kress等人的美国专利4746701中。式(10)的化合物可在相转移条件下通过二羟基亚芳基化合物与例如α,ω-二乙酰氧基聚二有机基硅氧烷得到。
在另一实施方案中,聚二有机基硅氧烷嵌段包括下面式(13)的单元:
其中R和D定义如上。式(10)中的R2为二价的C2-C8脂族基团。式(9)中的每个M可以相同或相异,并且可以为卤素,氰基,硝基,C1-C8烷硫基,C1-C8烷基,C1-C8烷氧基,C2-C8链烯基,C2-C8链烯氧基,C3-C8环烷基,C3-C8环烷氧基,C6-C10芳基,C6-C10芳氧基,C7-C12芳烷基,C7-C12芳烷氧基,C7-C12烷芳基,或者C7-C12烷芳氧基,其中每个n独立地为0,1,2,3,或者4。在一个实施方案中,M为溴或氯,烷基如甲基、乙基或丙基,烷氧基如甲氧基、乙氧基或丙氧基,或者芳基如苯基、氯苯基或甲苯基;R2为二亚甲基,三亚甲基或四亚甲基;以及R为C1-8烷基,卤代烷基如三氟丙基、氰基烷基,或者芳基如苯基、氯苯基或甲苯基。在另一个实施方案中,R为甲基,或者甲基与三氟丙基的组合,或者甲基与苯基的组合。在又一实施方案中,M为甲氧基,n为1,R2为二价的C1-C3脂族基团,及R为甲基。式(10)的单元可以来源于下面的相应的二羟基聚二有机基硅氧烷(11):
其中R、D、M、R2和n如上所述。这种二羟基聚硅氧烷可通过在下式的硅氧烷氢化物和脂族不饱和的一元酚之间实施铂催化的加成反应来制备:
其中R和D为如前面所定义的。适宜的脂族不饱和一元酚包括,例如,丁子香酚,2-烷基苯酚,4-烯丙基-2-甲基苯酚,4-烯丙基-2-苯基苯酚,4-烯丙基-2-溴苯酚,4-烯丙基-2-叔丁氧基苯酚,4-苯基-2-苯基苯酚,2-甲基-4-丙基苯酚,2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚,2-烯丙基-4-溴-6-甲基苯酚,2-烯丙基-6-甲氧基-4-甲基苯酚,及2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚。也可以使用包含至少一种前述酚类的组合。
聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物可通过相应的二羟基聚硅氧烷与碳酸酯源和式(3)的二羟基芳族化合物,任选在上述相转移催化剂的存在下进行反应而制造。合适的条件类似于可用于形成聚碳酸酯的那些。或者,聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物可通过在熔融状态下,二羟基单体和碳酸二芳酯如碳酸二苯基酯在上述酯交换催化剂的存在下共反应而制备。通常,选择二羟基聚二有机硅氧烷的量以制造包含相对于聚碳酸酯嵌段的摩尔数约1~约60摩尔%的聚二有机硅氧烷嵌段,和更通常相对于聚碳酸酯嵌段摩尔数约3~约50摩尔%的聚二有机硅氧烷嵌段的共聚物。当存在时,共聚物可以约5~约50重量份,更具体来说约10~约40重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
中和添加剂可为例如三聚氰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、双氰胍、三烯丙基氰尿酸酯、脲衍生物、肼衍生物、胺、聚酰胺、和聚氨酯;高级脂肪酸的碱金属盐和碱土金属盐,例如硬脂酸钙、硬脂酰基乳酸钙、乳酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、钠蓖麻油酸、和棕榈酸钾;儿茶酸锑、儿茶酸锌、和水滑石和合成的水滑石。还可使用羟基碳酸盐、羟基碳酸镁锌、羟基碳酸镁铝、和羟基碳酸铝锌;以及金属氧化物如氧化锌、氧化镁和氧化钙;过氧化物净化剂例如β-硫代二丙酸(C10-C20)烷基酯,例如月桂酯、硬脂酯、肉豆蔻酯或十三烷基酯;巯基苯并咪唑或2-巯基巯基苯并咪唑的锌盐、二丁基二硫代氨基甲酸锌、双十八基二硫醚、和醇四(β-十二烷基巯基)丙酸季戊四酯。当存在时,中和剂可以约5~约50重量份的量,更具体来说约10~约40重量份的量使用,基于100重量份组合物的聚合物组分。
在又一种其它实施方式中,任选的添加剂为聚酰胺稳定剂,如与碘化物组合的铜盐和/或磷化合物和二价锰的盐。空间位阻胺的实例包括但不限于三异丙醇胺,或2,4-二氯-6-(4-吗啉基)-1,3,5-三嗪与1,6-二胺、N,N′-双(-2,2,4,6-四甲基-4-piperidinyl)己烷的聚合物的反应产物。
在具体的实施方式中,组合物包含20~70重量%的改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物,该改性聚对苯二甲酸丁二酯共聚物(1)得自选自聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯共聚物的聚对苯二甲酸乙二酯组分和(2)具有得自该聚对苯二甲酸乙二酯组分的至少一种残余物;15~70重量%的包含得自双酚A的碳酸酯单元的聚碳酸酯;3~15重量%的芯-壳丙烯腈-丁二烯-苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯抗冲改性剂;2~20重量%的滑石;0.2~2重量%的苯乙烯-丙烯腈包封的聚(四氟乙烯);和0~5重量%的选自抗氧化剂、脱模剂、着色剂、猝灭剂、稳定剂和它们的组合的添加剂。在一种实施方式中,组合物基本上由聚(对苯二甲酸丁二酯)、聚碳酸酯、抗冲改性剂、滑石、添加剂、和聚(四氟乙烯)组成。
在甚至更具体的实施方式中,组合物包含20~50重量%的聚对苯二甲酸丁二酯;40~60重量%的双酚-A聚碳酸酯;3~15重量%的芯-壳甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯抗冲改性剂;2~7重量%的平均粒度为0.5~2微米的滑石;1~小于2.5重量%的苯乙烯-丙烯腈包封的聚(四氟乙烯);和0.1~4重量的%选自抗氧化剂、脱模剂、着色剂、猝灭剂、稳定剂和它们的组合的添加剂组分。在一种实施方式中,组合物基本上由聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、抗冲改性剂、滑石、添加剂、和聚(四氟乙烯)组成。
还公开了形成组合物的方法,包含熔融共混组合物的各组分。组合物的组分在足以产生混合组合物中期望特性(尤其是改进的拉伸模量和/或延展性温度)的剪切条件和温度下混合。不限于理论,据信,所述改进是通过含氟聚合物的原位原纤化而实现的。用于实现期望的剪切和温度条件的合适的混合方法可为,例如挤出捏合,辊捏合,或在以下设备中混合:双辊磨,Banbury混合器,单螺杆或双螺杆挤出机,双叶间歇混合器,立轴混合器,行星式混合器,Becken叶片混合器,分散叶片混合器,曲拐式混合器,在水翼,涡轮叶片,或CF波轮叶片类型的连续间歇混合器、静态混合器等设备,上述设备能够赋予受控的剪切程度。在一种实施方式中,使用单螺杆或双螺杆挤出机。双螺杆挤出机可为同向旋转的、反向旋转的、相互啮合的、非相互啮合的等,例如行星式齿轮挤出机和连续混合器。混合可以连续或间歇的方式进行。当采用熔融共混或反应性熔融共混时,通常在有效产生基本上均匀的组合物的温度和时间进行混合。
因此,选择混合的时间、温度、装置、组分加入顺序和位置(例如沿挤出机的位置)和其它条件以产生相对于不含有填料和含氟聚合物的组合物具有改进模量的组合物。利用本文提供的指导,本领域技术人员能够调节剪切和温度以及其它参数的程度而无需额外的不合理负担。
在一种实施方式中,聚合物组合物可通过在合适的温度和剪切条件下混合前将基体聚合物、含氟聚合物、和填料预混料来制备,但这样的预混料不是必需的。预混料可在任何常规混合器(例如,鼓式混合器、螺带混合器、立式螺旋混合器、转轮混合器、曲拐式混合器、杂乱混合器(chaotic mixer)、静态混合器等)中进行。预混料典型地在低于基体聚合物、含氟聚合物、和任何包封聚合物的降解温度的温度进行。或者,一部分基体聚合物可与含氟聚合物(有或没有一种或多种添加剂)预混料以制备母料,然后可将剩余的基体聚合物加入并稍后与其混合。
总之,合适的混合(原纤化)条件包括以下温度,所述温度为基体聚合物的玻璃化转变温度或以上并低于含氟聚合物软化温度。混合温度还优选低于基体聚合物的降解温度。合适的温度可为约20℃~约450℃,更具体来说约50℃~约400℃,甚至更具体来说约100℃~约300℃。在这些温度下,加工可进行约2秒~约10小时,具体来说约3秒~约6小时。
对于包含含聚碳酸酯基体聚合物组分的组合物,混合可在双螺杆挤出机中进行,使用例如20-300℃的温度范围,例如50、200、250、260、270、270、275℃,5-25千克/小时的进料速率,和50-80%的扭矩,具体来说60-65%的扭矩。所述条件将在含氟聚合物中产生网络,或结点和原纤维结构。
用于确定各种组合物中含氟聚合物的原纤化程度的调制的示差扫描量热计(DSC)可用于监控原纤化的过程和程度。例如TA Instruments的Q1000示差扫描量热计可用于进行DSC,DSC在大约1~5mg的样品上进行,并在大约320~360℃(调制范围)记录观测情况。观察到大约330℃的峰,并且可解卷积为三个不同的峰,其中不同的峰温度对应于不同形式的含氟聚合物。使用得自MDSC的原始数据点作图,通过基线调节,观察清晰放大的峰(减法计算后(after substraction))。进行退卷积以配合在大约326℃的熔融结晶PTFE、在330℃的原纤化PTFE、和338℃的未改性PTFE(结节PTFE)的高斯Ian曲线。发现各曲线下的面积与性质如拉伸模量的优化有强烈的联系。尤其是,节点:原纤维比可基于338℃的峰(节点)和330℃的峰(原纤维)下的面积计算。
在一种实施方式中,混合的含氟聚合物包含平均直径为约5纳米~约2微米的原纤维。含氟聚合物还可具有约30~约750纳米,更具体来说约5~约500纳米的平均原纤维直径。(平均直径可通过扫描电子显微镜(SEM)测量)。混合的含氟聚合物的结点成分与原纤维成分之比(以DSC测定中的曲线之下的面积表示)可为低于约2.5,具体来说低于约2,和甚至更具体来说低于约1。
混合后,形成的组合物可通过例如粒化或研磨制成微粒形式。例如,来自挤出机的熔融混合物可供入模头。合适的模头的非限制性实例包括环形模头、衣架式模头、螺旋轴柄(spiral mandrel)模头、十字头模头、T-模头、鱼尾状模头、星形模头、单或双辊模头、或型材挤出模头。
在有利的特征,本发明的混合的组合物的拉伸模量为约1.5GPa~约20GPa,具体来说约2.5~约15GPa,更具体来说约3.5~约10GPa,其中拉伸模量可根据ISO 527通过以下方式测定:在室温下,利用1mm/分钟的拉伸速率达到1%的应变,然后以5mm/分钟的速率直到样品断裂。在一些实施方式中,改进的模量可在不显著使组合物的其它性质劣化的情况下获得。在其它实施方式中,改进的模量与良好的延展性和/或良好的流动性一起获得。
混合的组合物可具有良好的或改进的延展性,其由断裂时的名义拉伸率、缺口伊佐德冲击强度、和/或径向冲击强度表示。例如,混合的组合物的断裂时的名义拉伸率可为大于20%。在另一种实施方式中,断裂时的名义拉伸率可为约200~约20%,具体来说约100~约30%。可获得拉伸模量大于约3.5GPa,同时断裂时的名义拉伸率大于约20%、大于约30%、大于约40%、或大于约50%的组合物,以及拉伸模量大于等于约4GPa,同时断裂时的名义拉伸率大于约30%、大于约40%、或大于约50%的组合物。同样,拉伸模量和断裂拉伸率可根据ISO527通过以下方式测定:在室温下,利用1mm/分钟的拉伸速率达到1%的应变,然后以5mm/分钟的速率直到样品断裂。
混合的组合物的根据ISO 180/U在室温测定的无缺口冲击强度可为约40.0或更高(不断裂(NB)),具体来说约60~NB,更具体来说约100~约180千焦/平方米(KJ/m2)。
组合物的挠曲模量可为约1.0~约20GPa,具体来说约2~约15GPa,更具体来说约2.5~约10GPa,根据ISO 178在室温测量。
组合物的挠曲强度可为约50~约200MPa,具体来说约60~约150Mpa,更具体来说约80~约120MPa,根据ISO 178在室温以2mm/分钟的拉伸速率测量。
混合组合物的根据ISO180在23℃测定的缺口冲击强度可为约5~约120,具体来说约10~约100,更具体来说约15~约50千焦/平方米(KJ/m2)。
混合组合物的热膨胀系数(CTE)可为低于约5.5x10-5m/m/℃(在-40~80℃测量)。更具体来说,混合组合物的CTE可为低于约5.0x10-5m/m/℃,低于约4.5x10-5m/m/℃,低于约4.0x10-5m/m/℃,低于约3.5x10-5m/m/℃,或低于约3.0x10-5m/m/℃(均在-40~80℃测量)。在再其它的实施方式中,可接受的CTE范围可在某种程度上较宽,即CTE为约10x10-5m/m/℃~约2x10-5m/m/℃,更具体来说约8x10-5m/m/℃~约3x10-5m/m/℃(均在-40~80℃测量)。在另一种实施方式中,混合组合物的CTE可低于约5.5x10-5m/m/℃(在-40~120℃测量)。更具体来说,混合组合物的CTE可低于约5.0x10-5m/m/℃,低于约4.5x10-5m/m/℃,低于约4.0x10-5m/m/℃,低于约3.5x10-5m/m/℃,或低于约3.0x10-5m/m/℃(均在-40~120℃测量)。同样,在再其它的实施方式中,CTE可在某种程度上较宽,即CTE为约10x10-5m/m/℃~约2x10-5m/m/℃,更具体来说约8x10-5m/m/℃~约3x10-5m/m/℃(均在-40~120℃测量)。CTE可利用ASTM E-831测定。
性质的良好平衡可在包含聚(对苯二甲酸乙二酯)、聚碳酸酯、抗冲改性剂、原纤化共聚物、增强填料、和任选的添加剂的组合物中实现。在该实施方式中,组合物可以具有至少110℃的HDT,其根据ISO75在3.2mm厚试条在0.455MPa测量。
组合物可进一步具有改进的缺口伊佐德冲击强度,该改进的缺口伊佐德冲击强度比不含所述原纤化含氟聚合物的相同组合物的缺口伊佐德冲击强度高至少20%,其中缺口伊佐德冲击强度是根据ASTM D256在23℃在3.2mm厚的试条上测量的。在另一种实施方式中,组合物可具有改进的缺口伊佐德冲击强度,该改进的缺口伊佐德冲击强度比不含所述原纤化含氟聚合物的相同组合物的缺口伊佐德冲击强度高至少40%,其中缺口伊佐德冲击强度是根据ASTM D256在23℃在3.2mm厚的试条上测量的。在又一种实施方式中,组合物可具有改进的缺口伊佐德冲击强度,该改进的缺口伊佐德冲击强度比不含所述原纤化含氟聚合物的相同组合物的缺口伊佐德冲击强度高至少100%,其中缺口伊佐德冲击强度是根据ASTM D256在23℃在3.2mm厚的试条上测量的。
更进一步,这些组合物的挠曲模量可比不含所述原纤化含氟聚合物的相同组合物的挠曲模量高或者相差±5%,其中挠曲模量是根据ASTM D790在23℃测量的。
还可以制造具有良好的阻燃性的组合物,即其中厚度为1.2mm以上的样品达到UL94等级V1的组合物。还可以制造其中厚度为1.2mm以上样品达到UL94等级V0的组合物。所述组合物可进一步在1.5mm的厚度达到UL94等级V1和/或V0。阻燃试验根据以下Underwriter’s Laboratory Bulletin94的名为“Tests for Flammability of Plastic Materials,UL94”的方法进行。根据该方法,材料可基于从五个样品获得的结果分为HB、V0、V1、V2、VA、和/或VB。为了达到等级V0,其长轴与火焰成180度放置的试样中,移去点火火焰后燃烧和/或闷烧的平均周期应当不超过5秒,并且垂直放置的试样无一产生点燃脱脂棉的燃烧颗粒的滴落物。5试条燃烧熄灭时间(FOT)是5个试条的总计燃烧熄灭时间,其各自点燃两次,最大燃烧熄灭时间为50秒。为了达到等级V1,在其长轴与火焰平行放置的试样中,移去点火火焰后燃烧和/或闷烧的平均周期应当不超过25秒,并且垂直放置的试样无一产生点燃脱脂棉的燃烧颗粒的滴落物。5试条燃烧熄灭时间是5个试条的总计燃烧熄灭时间,其各自点燃两次,最大燃烧熄灭时间为250秒。
上述阻燃剂添加剂可用于辅助实现阻燃。当存在时,所述添加剂可影响组合物的机械性质,尤其是名义断裂拉伸率。阻燃组合物的名义断裂拉伸率可为约1%~约15%,具体来说约3%~约12%,更具体来说大于约5%~约10%,其根据ISO 527在室温利用1mm/分钟的拉伸速率达到1%的应变,然后以5mm/分钟的拉伸速率直到样品断裂。
此外,组合物可具由良好的耐候性,这通过以下证明:改进的耐紫外辐照性,保持光泽度,耐溶剂性,通过再研磨的再回收能力等。在一种实施方式中,获得了良好的机械性质,同时还有良好的流动性质,尤其是使组合物适于注塑薄壁部件(例如,壁厚低于约2.5mm、低于约2.0mm、或甚至低于约1.5mm的部件)流动性质。还可获得用于模制小部件的流动性质,以及用于模制大部件(如汽车门面板、防护板、保险杠等)的流动性质。
还披露了包含所披露的组合物的制品。还披露了制造制品的方法,包括熔融共混所述组合物的组分。熔融共混的组合物可通过各种手段成型为有用的制品,所述手段例如注塑、挤出模塑、旋转模塑、泡沫塑料成型、压延模塑、吹塑、热成型、压缩、熔纺等以形成制品。由于它们有利的机械特性,特别优选的是在它们的使用寿命期间暴露于天然或人工紫外(UV)光的制品,尤其是户外和室内制品。制品的实例包括但不限于,飞机、机动车、卡车、军事车辆(包括机动车、飞机和水运车辆),和轻便摩托,摩托车的外部和内部部件,包括面板、四开板、车门下围板(rocker panels)、贴面(trim)、挡泥板、门、活动车顶、行李箱盖、引擎罩(hoods)、阀帽、顶(roof)、保险杆、汽车仪表板、栅栏、镜子外壳、支柱贴花(pillar applique)、覆层(cladding)、主体侧的模塑件、轮子的覆盖层、轮毂罩、门手把、阻力板、窗框、头灯框(bezel)、头灯、尾灯、尾灯外壳、尾灯框(bezel)、牌照外皮(enclosure)、行李架和脚踏板;用于户外车辆和器件的包封件、外壳、面板和部件;用于电子和通信器件的包封件;户外设备;船和航海设备,其中包括平舱(trim)、外皮和外壳;舷外发动机外壳;测深仪外壳、私人船只;水艇;池塘(pool);温泉;热浴盆;台阶(step);台阶覆盖物;建筑和结构应用,例如玻璃窗、屋顶、地板、窗户、装饰窗的配件或处理剂(treatment);用于照片、漆层、海报和类似的展示物品的处理过的玻璃覆盖层;光学透镜;眼镜透镜;校正的眼镜透镜;可植入的眼镜透镜;壁板和门;受护的图片;户外和户内指示牌;用于自动取款机(ATM)的附件(enclosure)、外壳、面板和部件;计算机外壳;台式计算机外壳;便携式计算机外壳;膝上型计算机外壳;掌持计算机的外壳;监控器外壳;打印机外壳;键盘;传真机外壳;复印机外壳;电话外壳;移动电话外壳;无线电发送机外壳;无线电接收机外壳;用于草坪和花园拖拉机、草坪割草机和工具的包封件、外壳、面板和部件,其中包括草坪和花园用工具;门窗贴脸;运动设备和玩具;用于雪上汽车的包封件、外壳、面板和部件;娱乐车辆面板和部件;操场设备;鞋带;容器盖;由塑料-木材组合制造的制品;高尔夫球场的路标;公用设施的坑盖(utility pit cover);照相器材;照明用具;网络界面器件外壳;变压器外壳;空调外壳;用于公共运输的覆层或座位;用于火车、地铁或公共汽车的覆层或座位;仪表外壳;天线外壳;圆盘式卫星电视天线的覆层;涂布的头盔和个人保护设备;涂布的合成或天然纺织品;涂布的照相软片和照片印刷;涂布的上漆制品;涂布的染色制品;涂布的荧光制品;涂布的泡沫制品等。本发明进一步涵盖在制品上进行额外的制造操作,例如,但不限于模塑、模具内装饰、油漆烘箱内烘烤、层压和/或热成形。由本发明的组合物制造的制品可广泛地用于汽车工业、家用电器、电子组件和通信。
本发明进一步通过以下非限制性的实施例说明。在实施例中,所有的量(份数或百分比)都是基于重量。
实施例
聚碳酸酯(“PC”
来自General Electric Company)在以下实施例中用作基体聚合物。除另有说明外,所使用的含氟聚合物为PTFE/SAN,其如美国专利5,804,654中所披露的那样通过水性乳液聚合合成。所有组合物进一步包括至多1重量%的润滑剂和至多2重量%的抗氧化剂组合(package)。
将表1和2中所示的各组分(以重量%表示的量,基于聚合物组合物的总重量)进行干燥混合,供入来自WERNER and PFLEIDERER coextruder的ZSK 25同向旋转双螺杆挤出机,并在约275℃的桶温混合,扭矩保持在80%,并且螺杆转速为300转/分钟(rpm)。然后将挤出物供入高速造粒机。
将得到的粒料在80℃干燥至少4小时,然后注入适于形成ASTM/ISO试验样品的模具中。使用L&T Demag De-Tech 60T LNC4-E注塑机,在约280℃的温度运行。
根据以上ISO方法测定拉伸模量、屈服应力、名义断裂拉伸率(断裂应变)、无缺口伊佐德冲击强度、和CTE。下表中的“NB”是指样品没有断裂,因此可视为具有高冲击强度。
实施例1-27的结果示于表1。
表1
aEngelhard-ASP NC bWolkem 1008 cFortafil 202
dAlsibronz6 eClosite 20A fNYCO1
gNYCO1 hAlsibronz10 iAlsibronz 55
j碳化硅 k在-40~+80℃测量
以上数据表明,根据本发明的组合物具有优异的模量,如例如实施例19所示。某些实施例的CTE也是优异的,在4.05X10-5m/m/℃的范围。使用云母或滑石作为填料的样品的性质表现出特别良好的结果。
制备了根据本发明的额外的实施例28-37,其中基体聚合物组合物和/或添加剂根据所示变化(所有的量都是以重量%计)。如以上那样制备实施例并试验。结果示于表2。
表2
ABS=丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物;
BPADP=双酚A二苯基磷酸酯;
PBT=聚对苯二甲酸丁二酯;
MBS=甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
aAraldite GT 6071/6095(DGEBA类型环氧化物)
k在-40~+80℃测量
以上结果表明,可通过使用多种聚合物基体体系获得优异的结果。
利用上述方法和ABS作为聚合物基体制备比较例38-40和根据本发明的实施例41。结果示于下表3。
表3
ABS=丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物
以上结果表明本发明的方法可用于聚合物体系如ABS。
对实施例13、14、19、21、38、和35进一步根据UL 94测试阻燃性,并根据ASTM D 523测试光泽度。测试样品的光泽度。结果示于下表4。
以上实施例表明,本发明的实施例可获得优异的阻燃性和光泽度。
表4
BPADP=双酚A二苯基磷酸酯cFortafil 202 iAlsibronz 55
采用上述方法根据表5制备一组比较例(C1-C16)。比较例1(C1)省去了填料和含氟聚合物。C2-C11省去了含氟聚合物。比较例C12-C16显示出省去填料的效果。结果示于表5。
表5
aEngelhard-ASP NC fNYCO 1
从以上结果可见,省去填料和含氟聚合物(C1)导致组合物具有显著较低的拉伸模量和较高的CTE。
表7中所示的聚碳酸酯(来自General Electric Co.)和PTFE的量(重量%,基于组合物的总重量)进行干燥共混,供入来自WERNER andPFLEIDERER coextruder的ZSK 25同向旋转双螺杆挤出机。将组合物在约275℃的桶温熔融混合。扭矩保持在80%,螺杆转速为300转/分钟(rpm),然后将挤出物供入高速造粒机,得到粒状组合物。将得到的粒料在80℃干燥至少4小时,然后注塑形成ASTM/ISO试验样品,使用L&T Demag De-Tech60T LNC4-E注塑机,在约280℃的温度运行。比较例C17和C18在没有填料的情况下制备。结果示于表6。
表6
|
C17 |
C18 |
实施例42 |
实施例43 |
聚碳酸酯 |
97.5 |
95 |
92.5 |
85 |
含氟聚合物 |
2.5 |
5 |
2.5 |
5 |
填料(云母) |
- |
- |
5 |
10 |
拉伸模量(GPa) |
2.62 |
2.69 |
3.53 |
4.75 |
屈服应力(MPa) |
58.70 |
58.66 |
63.14 |
68.85 |
屈服应变(%) |
6.04 |
5.98 |
5.20 |
4.44 |
断裂应力(MPa) |
61.20 |
56.58 |
55.53 |
41.41 |
断裂应变(%) |
82.44 |
74.00 |
67.42 |
37.53 |
也在采用表8所示的配方按如上所述制备和试验的比较例C19-C21和实施例44-48上进行阻燃性测试。“FOT”是指样品的平均熄灭时间。
表7
以上结果表明,组合物甚至以较低的阻燃剂加载量也可配置为提供良好的阻燃性,以及与良好的机械性质的组合。
以下材料和方法用于以下实施例Ex 49-Ex 63和比较例CEx 22- CEx28。
以下实施例是基于表8中给出的组分。
表8
实施例的组分以表9-11中所示的量在Entek 27mm同向旋转双螺杆挤出机上挤出。该挤出机配合有10-桶段和用于将原料引入进料口的5个进料器。其它功能包括可用于任何材料(包括玻璃纤维和颜料)的下游进料功能。典型地,材料以20~50lbs/小时的速率供入挤出机。螺杆速度典型地调节为300~500RPM之间的值。为了最小化材料的比能和停留时间,选择进料速率和螺杆速度的确切组合以产生高进料速率和高扭矩。采用5K-Tron减重螺旋进料器将原料供入该挤出机。典型地,各进料器仅供料一种原料。例外是,添加剂和颜料作为共混物以共混物进料器供料。在制造共混物的情况下,选择含有脱模剂、抗氧化剂、着色剂、猝灭剂、和UV稳定剂的粉末状共混物载体材料以稀释添加剂。共混物中的添加剂可为固体或液体,但应确保粉末和粒料的共混物不以同一进料器供料。已知的是,粉末在供料期间从粒料沉积,导致在较长运行上的组成变化和梯度。造粒前通过水浴使挤出物冷却。试验部件以van Dorn模制机在大约240~265℃的设定温度注塑。注塑前,将粒料在强制空气循环炉中在120℃干燥3-4小时。
多轴冲击试验基于ASTM D3763方法。该试验提供了材料在多轴形变条件下如何的行为的信息。施加的形变为高速撞击。以焦耳(J)表示的冲击能量作为试验结果报告。最终试验结果计算为典型地5个试验板的试验结果的平均值。
按如上和说明书中所述的测试组合物,并且结果在表9-11中给出。
如表9中所示,使用2%(实施例50)的TSAN相对于比较例2改进了挠曲模量和室温下的缺口伊佐德冲击强度。而使用较高量的TSAN(5%,比较例22)改进了挠曲模量,但室温下的缺口伊佐德冲击强度变差。缺口伊佐德冲击强度也可采用更多的抗冲改性剂而改进,模量在某种程度上受影响(比较例23和24相对于实施例49)。
表9
表10中的实施例表明,在约20%的无机填料水平,采用2%的TSAN仍可以实现显著改进的缺口伊佐德冲击强度。当使用约25的无机填料时该有益效果显著下降(实施例54对实施例53)。
表10
表11中的实施例表明,当使用ABS抗冲改性剂时,得到了类似的效果。在同等模量水平下,含有1%和2%的TSAN的实施例56和57显示出更好的缺口伊佐德冲击强度。但是,在5%的TSAN的情况下损失了冲击强度的有益效果(比较例25对实施例55)。使用更多的ABS可以逐渐改进缺口伊佐德冲击强度,但挠曲模量下降(比较例26和比较例27对实施例55)。
表11
本文引用的所有专利和出版的文章在此通过引用纳入。
虽然本发明已典型的实施方式进行了说明和描述,但不意图将其限制到所示的细节,因为可在不以任何方式出离本发明主旨的情况下作出各种调整和替换。因此,在此披露的本发明的进一步的调整和等同物对本领域技术人员来说在不使用多于常规实验手段的情况下都是明显的,并且相信所有这些调整和等同物都在由以下权利要求限定的本发明的主旨和范围内。