CN103627056A - 紫外稳定的聚烯烃混合物 - Google Patents
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Abstract
公开了一种抗紫外(UV)光的聚烯烃母料和聚烯烃混合物,两者都受益于少量的未处理热解硅石,所述未处理热解硅石有助于提高母粒和混合物中的传统的受阻胺紫外光稳定剂的性能。混合物中,低至0.004%的未处理热解硅石可出乎意料地显著提高加速的紫外老化性能。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性聚合物混合物,所述聚合物混合物为使用非卤化成分的阻燃剂。
背景技术
不像木材、金属或玻璃,热塑性化合物不会腐烂、生锈或破碎。因此,过去的七十年中,人们将热塑性树脂与一种或多种功能性添加剂混合以赋予树脂特殊性能,从而使世界在材料科学方面经历了变革。
聚烯烃混合物可制成薄膜、纤维、薄片、模塑制品、挤出制品或压延制品以及最终成形的形状和工艺。不考虑外型,这些聚烯烃混合物有抗长期紫外辐射照射的优点。在室外使用这些化合物,因长期暴露于阳光下,会引起聚合物化合物的降解以及导致由所述化合物制备的塑料制品产生缺陷或材料损伤。
紫外光稳定剂是熟知的用于热塑性化合物的功能性添加剂,并且可用于热塑性树脂共混物,供暴露于紫外辐射下的室外或其它地点使用。
但是,过多的使用紫外光稳定剂也会带来问题,例如引起整个热塑性化合物的成本上升、材料在制备制品的设备(如纺丝板和滚筒)上的沉积。确实,对于聚烯烃纤维的制备来说,太多的紫外光稳定剂会引起材料在纺丝板上的残留沉积,导致形成不稳定或脆性的纤维,以及导致辊筒积垢等。
发明内容
本发明需要的是使对紫外辐射的保护最大化的制剂,以制备即使暴露于紫外辐射下也结实和稳定的热塑性混合物,同时不对混合物的其它性能或现将混合物制成最终产品的现有工艺过程造成不利影响。对于聚烯烃纤维,本技术需要的是对紫外辐射的保护最大化的制剂,同时维持纤维在使用寿命中的强度,另外保证成本合算以及此种纤维能高效纺纱。
本发明已发现了已知成分的特定组合,该组合使最终塑料制品维持良好的物理性能,包括抗紫外辐射性。
本发明的一方面为一种抗紫外的聚烯烃母料,所述母料包含聚烯烃树脂;至少一种受阻胺紫外稳定剂;和含量约为母料的0.2~5重量%的未处理热解硅石。更优的是,母料中还含有热稳定剂及加工助剂。
另一方面为一种抗紫外的聚烯烃混合物,所述混合物由以降低比约为1~5%将母料混入聚烯烃基体中制备。
少量的未处理热解硅石的存在可在不对热塑性化合物的物理性能或将化合物成形为最终塑料制品的工艺造成不利影响的情况下,将抗紫外性至少提高10%且至多提高25%。
本发明的具体内容将由下述。
具体实施方式
聚烯烃
不管是由石化来源还是生物来源制得,也不管是原产物还是回收物,任一种聚烯烃都是所述混合物的备选材料。
通常采用的聚烯烃包括所有不同密度的聚乙烯和均聚及共聚的聚丙烯。各种聚烯烃中,聚丙烯对形成非织造纤维很有用,所述非织造纤维为本发明发现的第一种最终制品。
世界上有很多聚烯烃制造商。本发明所采用的聚丙烯为来自中国上海赛科石油化工有限责任公司(SECCO)的S2040型聚丙烯树脂。
其它商业化的聚乙烯制造商为中国布拉斯科公司(Braskem)的Braskem PESHE 150、中国湖南石化(Honam Petrochemical of China)的Hivorx 2600F和中国SK有限公司的YUCLAIR MK910。
其它商业化的聚丙烯制造商为中国扬子石化(Yangzi Petrochemical ofChina)的S700、中国广东石化(Guangdong Petrochemical of China)的S800和S900、上海石化的Y1600、Y2600和Y3700、中国埃克森美孚的3155E3和韩国大林有限公司(South Korea Daelim Corporation)的HP563S。
紫外光稳定剂
如前所述,紫外光稳定剂是熟知的使暴露于紫外光下的热塑性混合物免于不利影响的添加剂。与聚烯烃树脂一起,任一紫外光稳定剂都可作为本发明的备选材料。
受阻胺紫外光稳定剂为熟知的一类紫外光稳定剂。
一种为1,6-己二胺、N,N’-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-聚合物与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪,N-丁基-1-丁酰胺和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的反应产物,(CAS号:192268-64-7)可从在许多国家都有公司的巴斯夫公司以“ChimassorbTM2020”购得。
另一种为聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]},(CAS号:70624-18-9)可从北京的北京天罡助剂股份有限公司(Beijing Tiangang Auxiliary Co.,Ltd.)以商品名“TiangangTM HS-944”购得。
另一种为聚-(N-β-羟乙基-2,2,6,6-四甲基-4-羟基-哌啶基-丁二酸酯),(CAS号:65447-77-0)可从北京的北京天罡助剂股份有限公司以“TiangangTMBW-10LD(622)”购得。
这三种及其它很多种稳定剂都适合作为备选材料,它们可以单独使用或在本领域制备紫外光稳定剂的熟练技术人员的指导下以任一可能的组合方式使用。
未处理热解硅石
出乎意料的是,人们发现与传统当量的传统受阻胺紫外光稳定剂一起使用时,少量的未处理热解硅石展现出更好的紫外光稳定性。如下述实施例所述,聚烯烃混合物中未处理热解硅石的最终含量可以低至0.004重量%,同时使QUV A及QUV B老化性能提高10%。
任一未处理热解硅石都可作为本发明的备选材料。众所周知,在液体体系中,未处理热解硅石有增厚、触变(剪切变稀)和防沉降(anti-settling)的作用。为使EH-5达到充分的效果需要使用极高速剪切分散设备。对于透明涂层和其它体系,充分分散的未处理热解硅石可带来极好的透明度。众所周知,未处理热解硅石也据称用于增强硅胶以及有机橡胶。它可很好地提高硬度、拉伸及伸长率。对于透明涂层橡胶的应用来说,充分分散的未处理热解硅石可带来极好的的透明度。
市售未处理热解硅石具有亚微米级颗粒尺寸、容积密度低及疏水的表面。它们可能有团聚结构。
本发明中,未处理热解硅石本身不是一种紫外光稳定剂,但与如前所述受阻胺紫外光稳定剂一起使用时,有助于提高紫外光稳定性。不受任何特定理论限制,人们相信,如果未处理热解硅石分散均匀,它们可提高稳定剂的分散性以及降低稳定剂的迁移,从而有助于受阻胺紫外光稳定剂。
市售未处理热解硅石包括来自在美国、比利时、马来西亚、巴西和中国有公司的卡博特有限公司(Cabot corporation)的Cab-O-SilTM牌硅胶。在这些不同的规格中,目前优选Cab-O-SilTM EH-5型未处理热解硅石(CAS号:112945-52-5)。
任选的其他添加剂
本发明的混合物包括传统的塑料添加剂,所述塑料添加剂的含量应足够使混合物拥有所需的加工工艺或性能。含量不应造成添加剂的浪费或对混合物的加工工艺或性能有不利影响。热塑性共混领域的熟练技术人员,不做很多实验仅仅参考论文(如塑料设计实验室(Plastics Design Library)(www.elsevier.com)的塑料添加剂数据库(2004))即可从多种不同类型的添加剂中选出用于制备本发明所述混合物。
任选的添加剂包括但不限于增粘剂;抗微生物剂(抑菌剂、杀真菌剂和防霉剂),防雾剂;防静电剂;粘结剂、起泡剂和发泡剂;分散剂;填料和增量剂;烟雾抑制剂;热稳定剂;抗冲击改性剂;引发剂;润滑剂;云母;颜料、着色剂和染料;增塑剂,如核/壳抗冲击改性剂;加工助剂;脱模剂;硅烷、钛酸酯(盐)和锆酸酯(盐);滑爽剂和防结块剂;稳定剂;硬脂酸酯(盐);紫外光吸收剂;粘度调节剂;石蜡;催化剂钝化剂,以及它们的组合。
两种优选添加的任选添加剂为传统的热稳定剂和加工助剂,如50/50混合的受阻酚类抗氧化剂和三(2,4-二叔-丁基苯基)亚磷酸盐加工助剂(巴斯夫公司的IrganoxTMB-225型)。
组分
通常,功能添加剂可制备成载体中的浓缩物或母料,以便后来混入(排入(letdown))热塑性树脂以形成最终混合物,最终混合物通过不同工艺方法可制备出不同结构的塑料制品。表1列出了但没有全列出用于制备母料的上述各个成分的可接受的、所需的以及优选含量。表2列出了以2%的降低比混入聚烯烃树脂中的各个母料的相应含量。其它降低比范围为约1~5%。
母料和混合物都包含所述组分,基本上由所述组分组成,或由所述组分组成。所有含量均以混合物总量的重量百分比表示。
加工工艺
本发明的母料及混合物的制备很简单。本发明的母料或混合物可通过分批操作或连续操作的方式制备。
通常,在连续生产中混合是在单螺杆或双螺杆挤出机中进行,挤出机升至足以熔化聚合物基体的温度,其它组分在挤出机的机头或者下游添加。挤出速度范围为约50~500转每分钟(rpm),优选约100~300rpm。通常,将挤出产物造粒以用于后续的挤出或模塑成聚合制品。
通常,分批工艺的混合过程在混合器中进行,混合器应能在足以熔化聚合物基体的温度下操作以能够加入固体组分添加剂。混合速度范围为约60~1000rpm。同样,混合器的产物被切成较小的尺寸以用于后续的挤出或模塑成聚合制品。
混合可使用相同或相似的分批或连续设备。
热塑性聚合工程领域的熟练技术人员均了解后续的挤出或模塑技术。不做很多的实验仅仅参考文献(如,《挤出,权威工艺指导及手册》(Extrusion,TheDefinitive Processing Guide and Handbook)、《模塑部分收缩及翘曲手册》(Handbook of Molded Part Shrinkage and Warpage)、《特殊成型技术》(SpecializedMolding Techniques)、《旋转成型技术》(Rotational Molding Technology)和《模塑、工具、修模手册》(Handbook of Mold,Tool and Die Repair Welding),均由塑料设计实验室(www.elsevier.com)出版),技术人员采用排入本发明化合物中的母料来制备任意可想象的形状及外形的制品。
本发明的用处
热塑性混合物可由挤出、模塑、压延、热成形、纺丝或其它方法制成任意塑料制品的外部或受紫外辐射高度照射的其它部分。
人们已经知道紫外辐射稳定的聚烯烃混合物的物理性能,特别对于纺丝非织造纤维,包括少量未处理热解硅石的母料可出人意料地极大提高抗紫外光性。
抗紫外热塑性制品可于如下市场中出售:器具、建筑及构造、耗材、电子电器、健康医疗、工业、包装、纺织、运输和电线电缆。
实施例中列出了使用少量未处理热解硅石的可能结果的估值。
实施例
表3列出了组分、来源及实施例1-2和比例实施例A的制剂(聚丙烯载体树脂中含有传统母料和受阻胺紫外光稳定剂,同时包含热稳定剂/加工助剂)。
比例实施例A和实施例1和2的各个组分在室温和中等速度下于市售混合器中预混,随后同时加入于ZSK26MC型挤出机中进行充分的熔融共混以将功能添加剂分散在载体中。得到母料颗粒。
如表3所示,三种制剂的唯一区别为实施例1中加入了0.2%的未处理热解硅石,而实施例2中加入了2%的未处理热解硅石。所有其它功能性添加剂的含量都一致以直接比较未处理热解硅石的添加效果。
随后,对比例A、实施例1和实施例2的样品以2%的降低比(letdown ratio)熔融共混于作为载体的同种聚丙烯中。混合产物采用纺丝机器(直径25mm;28L/D;脉动计量泵2.4毫升/转(cc/r))再纺入非织造织布,机器操作参数见表4。
随后,对比例A及实施例1和2中的50g/m2厚的非织造织布被切成15cm长×2.5cm宽,采用传统的Instron拉伸测试仪进行未老化样品的强度测试;在传统QUV箱中老化;并随后采用传统的Instron拉伸测试仪进行老化后样品的强度测试。结果如表5所示。
对比例A为目前市售抗紫外的母料并作为对照样或基线使用。如表4所示,经过QUV A老化和QUV B老化后,拉伸强度分别降低至初始值的80.8%和89.5%。
实施例1仅在对比例A的传统母料中加入0.2重量%的未处理热解硅石。考虑到2%的降低比制备作为非织造织布测试的混合物,实施例1的硅胶的最终含量仅为0.004重量%。经过QUV A老化过程后,惊奇地发现拉伸强度维持在99.1%,而经过QUV B老化过程后,拉伸强度甚至高达103%。考虑到制备样品及测试过程的误差,103%可理解为由于通过母料加入到混合物中的少量未处理热解硅石的保护作用,强度基本上没有降低。与对比例A的数据比较,相应的提高很显著并且着实在意料之外。
实施例2使用了十倍于实施例1的未处理热解硅石。降低2%后,最终含量仅为0.04重量%。经过QUV A老化过程后,惊奇地发现拉伸强度还有99.3%,而QUV B老化过程后,拉伸强度甚至高达94.4%,都大大优于对比例A。
最令人惊奇的是,尽管实施例1仅用了实施例2所用的未处理热解硅石的10%,实施例1的老化性能优于实施例2的。因此,对于2%的降低比,若增长间隔为0.1重量%,母料在0.2~2重量%之间的含量范围优选约0.2~1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4或0.3重量%。
未处理热解硅石(一种用于涂层和橡胶产品的功能性添加剂)的使用,戏剧性地提高了紫外光稳定剂的性能,出乎意料地提高了QUV A和QUV B加速老化测试后的拉伸强度保留率。所有使用传统含量的受阻胺紫外光稳定剂的聚烯烃混合物都受益于本发明的意想不到的结果。
本发明不局限于上述具体实施例。权利要求如下。
Claims (18)
1.一种抗紫外的聚烯烃母料,所述聚烯烃母粒包括:
聚烯烃树脂;
至少一种受阻胺紫外光稳定剂;和
含量为所述母料的约0.2~5重量%的未处理热解硅石。
2.如权利要求1所述的母料,其特征在于,所述母料还包含热稳定剂和加工助剂。
3.如权利要求1所述的母料,其特征在于,所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯及二者的组合。
4.如权利要求3所述的母料,其特征在于,所述受阻胺紫外光稳定剂选自:
(1)1,6-己二胺、N,N’-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-聚合物与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、N-丁基-1-丁酰胺和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的反应产物;
(2)聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]};
(3)聚-(N-β-羟乙基-2,2,6,6-四甲基-4-羟基-哌啶基-丁二酸酯);和
(4)它们的任意组合。
5.如权利要求4所述的母料,其特征在于,所述母料还包含功能性添加剂,所述功能性添加剂选自增粘剂、抗微生物剂、防雾剂、防静电剂、起泡剂和发泡剂、分散剂、填料、烟雾抑制剂、抗冲击改性剂、引发剂、润滑剂、着色剂、增塑剂、脱模剂、滑爽剂、防结块剂、粘度调节剂、石蜡、催化剂钝化剂以及它们的组合。
6.如权利要求5所述的母料,其特征在于,所述未处理热解硅石的含量为母粒的约0.2~2重量%。
7.一种抗紫外的聚烯烃混合物,所述混合物包含权利要求1所述以约1~5%的降低比混入聚烯烃基体的母料。
8.一种抗紫外的聚烯烃混合物,所述聚烯烃混合物包含:
(a)聚烯烃树脂;
(b)至少一种受阻胺紫外光稳定剂;和
(c)含量为所述混合物的约0.002~1重量%的未处理热解硅石。
9.如权利要求7或权利要求8所述的混合物,其特征在于,所述混合物还包含热稳定剂和加工助剂,其中,所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯以及它们的组合。
10.如权利要求9所述的混合物,其特征在于,所述受阻胺紫外光稳定剂选自:
(1)1,6-己二胺、N,N’-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-聚合物与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、N-丁基-1-丁酰胺和N-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的反应产物;
(2)聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}-1,6-己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]};
(3)聚-(N-β-羟乙基-2,2,6,6-四甲基-4-羟基-哌啶基-丁二酸酯);和
(4)它们的任意组合。
11.如权利要求10所述的混合物,其特征在于,所述混合物还包含功能性添加剂,所述功能性添加剂选自增粘剂、抗微生物剂、防雾剂、防静电剂、起泡剂和发泡剂、分散剂、填料、烟雾抑制剂、抗冲击改性剂、引发剂、润滑剂、着色剂、增塑剂、脱模剂、滑爽剂、防结块剂、粘度调节剂、石蜡、催化剂钝化剂以及它们的组合。
12.如权利要求11所述的混合物,其特征在于,所述未处理热解硅石的含量为所述混合物的约0.004~0.08重量%。
13.一种由如权利要求7~12任一所述的混合物制备的模塑制品。
14.一种由如权利要求7~12任一所述的混合物制备的挤出制品。
15.一种由如权利要求7~12任一所述的混合物制备的压延制品。
16.一种由如权利要求7~12任一所述的混合物制备的热成型制品。
17.一种由如权利要求7~12任一所述的混合物制备的纺丝制品。
18.如权利要求17所述的纺丝制品,其特征在于,所述纺丝制品为非织造纤维。
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