具体实施方式
在使用回收的橡胶改性聚苯乙烯开发聚亚芳基醚和橡胶改性聚苯乙烯的共混物中,本发明人确定回收的橡胶改性聚苯乙烯通常包括显著量的苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物杂质。在含量较高时,这些杂质能够显著削弱该聚合物共混物的抗冲强度和阻燃性。本发明确定通过使用纯聚亚芳基醚树脂并对与苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物杂质相关的聚合丙烯腈残余物的量进行特定的限制,可以提供使用了回收的橡胶改性聚苯乙烯同时在很大程度上保留了由纯树脂制备的相应共混物的所需性质的聚亚芳基醚和橡胶改性聚苯乙烯的共混物。
因此,一种实施方案是组合物,包括:约30-约60wt%的由纯聚亚芳基醚构成的聚亚芳基醚;约20-约55wt%的橡胶改性聚苯乙烯;和约0.2-约1.5wt%的聚合丙烯腈残余物;其中该组合物包括少于3wt%的烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物;和其中所有重量百分比都以该组合物的总重量计,除非指定了不同的计算基础。
该组合物包括聚亚芳基醚。适合的聚亚芳基醚包括包括具有下式的重复结构单元的那些:
其中Z1每次出现时独立地为氢、未取代或取代的C1-C12烃基(限定条件是该烃基不是叔烃基)、C1-C12烃硫基、C1-C12烃氧基或C2-C12卤代烃氧基,其中至少两个碳原子将卤素和氧原子隔开;Z2每次出现时独立地为氢、未取代或取代的C1-C12烃基(限定条件是该烃基不是叔烃基)、C1-C12烃硫基、C1-C12烃氧基或C2-C12卤代烃氧基,其中至少两个碳原子将卤素和氧原子隔开。此处所用的术语“烃基”无论自身使用或作为另一术语的前缀、后缀或一部分使用,表示仅包含碳和氢的基团。该基团能够是脂肪族的或芳香族的,直链、环状、双环、支化、饱和或不饱和的。其也能够包含脂肪族、芳香族、直链、环状、双环、支化、饱和和不饱和的烃部分的组合。然而,当该烃基基团描述为取代的时,其可以非必要地除该取代基团的碳和氢之外还包含杂原子。因此,在特别描述为取代的时,该烃基基团还能够包含一个或多个羰基、氨基、羟基等,或者其能够在烃基基团的主链内包含杂原子。作为一种实例,Z1能够是由端部的3,5-二甲基-1,4-苯基与氧化聚合催化剂的二正丁基胺组分反应生成的二正丁基氨基甲基。
在一些实施方案中,该聚亚芳基醚具有在25℃在氯仿中测定为约0.2-约1厘升/克的特性粘度。在此范围内,该聚亚芳基醚的特性粘度能够为约0.25-约0.65厘升/克,更特别地为约0.25-约0.5厘升/克,甚至更特别地为约0.25-约0.46厘升/克,仍然更特别地为约0.25-约0.35厘升/克。
用于制备该组合物的聚亚芳基醚由“纯”聚亚芳基醚构成,其表示新制备的聚亚芳基醚,与回收的聚亚芳基醚或经过显著热处理的聚亚芳基醚不同。与回收的聚亚芳基醚相比,“纯”聚亚芳基醚通常将具有较低浓度的聚亚芳基醚重排产物(例如桥接产物和支化产物)。例如,纯聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)通常将具有少于100ppm(重量百万分率)的下述桥接片段:
作为另一实例,纯聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)通常将具有少于100ppm(重量百万分率)的下述支化片段:
这些片段能够通过核磁共振谱法识别和定量。
在一些实施方案中,该聚亚芳基醚是用含吗啉的催化剂制备的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚),其中通过将聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)溶解在甲苯中、从甲醇中沉淀出来、再次浆化并分离制备的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)的纯化样品具有在250-1,000,000原子质量单位的分子量范围内的单峰分子量分布,且包含少于或等于2.2wt%的具有高于整个纯化样品的数均分子量十五倍的分子量的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)。在一些实施方案中,在分离成分子量逐渐降低的六等重量份的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)之后的纯化样品包括分子量最高的第一重量份,该第一重量份包括至少10摩尔%的包括端部吗啉取代的苯氧基的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)。依照这些实施方案的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)进一步描述于Carrillo等的美国专利申请公开号US2011/0003962A1中。
在一些实施方案中,该聚亚芳基醚基本上不含引入的二苯酚合苯醌残余物。在本文中,“基本上不含”表示少于1wt%的聚亚芳基醚分子包括二苯酚合苯醌的残余物。如授予Hay的美国专利号3,306,874中所述,通过一元苯酚的氧化聚合合成聚亚芳基醚不仅生成了所需的聚亚芳基醚,而且还生成了二苯酚合苯醌作为副产物。例如,当该一元苯酚是2,6-二甲基苯酚时,生成了3,3’,5,5’-四甲基二苯酚合苯醌。通常,通过加热该聚合反应混合物以生成包括端部或内部二苯酚合苯醌残余物的聚亚芳基醚,该二苯酚合苯醌“再平衡”到该聚亚芳基醚中(即该二苯酚合苯醌并入到该聚亚芳基醚结构中)。例如,如图1中所示,当通过2,6-二甲基苯酚的氧化聚合以生成聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)和3,3’,5,5’-四甲基二苯酚合苯醌而制备聚亚芳基醚时,反应产物的再平衡能够生成具有并入的二苯酚合苯醌的端部和内部残余物的聚亚芳基醚。然而,这种再平衡降低了聚亚芳基醚的分子量(例如p和q+r小于n)。因此,当需要更高分子量的聚亚芳基醚时,将二苯酚合苯醌从聚亚芳基醚中分离出来而不是将二苯酚合苯醌再平衡到聚亚芳基醚链中可能是适宜的。这种分离例如能够通过将聚亚芳基醚沉淀在该聚亚芳基醚不溶但二苯酚合苯醌可溶的溶剂或溶剂混合物中而实现。例如,当通过2,6-二甲基苯酚在甲苯中进行氧化聚合以生成包括聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)和3,3’,5,5’-四甲基二苯酚合苯醌的甲苯溶液而制备聚亚芳基醚时,能够通过将1体积该甲苯溶于与约1-约4体积甲醇或甲醇/水混合物混合而得到基本不含二苯酚合苯醌的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)。可替代地,能够使氧化聚合过程中生成的二苯酚合苯醌副产物的量最小化(例如通过在少于10wt%一元苯酚存在下启动氧化聚合,并在至少50分钟的过程中添加至少95wt%的一元苯酚),和/或能够使再平衡到聚亚芳基醚中的二苯酚合苯醌的量最小化(例如通过在氧化聚合终止之后不超过200分钟内分离该聚亚芳基醚)。这些方法描述于Delsman等的国际专利申请公开号WO2009/104107A1中。在使用二苯酚合苯醌在甲苯中的依赖于温度的溶解性的可替代的方法中,能够将包含二苯酚合苯醌和聚亚芳基醚的甲苯溶液调节到约25℃的温度,在该温度下二苯酚合苯醌溶解性差,但聚亚芳基醚可溶,能够通过固液分离(例如过滤)除去不溶的二苯酚合苯醌。
在一些实施方案中,该聚亚芳基醚包括2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚单元、2,3,6-三甲基-1,4-亚苯基醚单元或其组合。在一些实施方案中,该聚亚芳基醚是聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)。在一些实施方案中,该聚亚芳基醚包括具有在25℃在氯仿中测定为约0.25-约0.5厘升/克(特别地为约0.25-约0.46厘升/克,更特别地为0.25-约0.35厘升/克)的特性粘度的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)。
该聚亚芳基醚能够包括具有含氨基烷基的端基的分子,该端基通常位于羟基的邻位。通常还存在四甲基二苯酚合苯醌(TMDQ)端基,其通常是由其中存在四甲基二苯酚合苯醌副产物的含2,6-二甲基苯酚的反应混合物得到的。该聚亚芳基醚能够是均聚物、共聚物、接枝共聚物、离聚物或嵌段共聚物以及包括前述至少一种的组合的形式。
基于该组合物的总重量,该组合物包括含量为约30-约60wt%的聚亚芳基醚。在此范围内,该聚亚芳基醚的含量能够为约35-约50wt%,更特别地为约40-约50wt%。
除该聚亚芳基醚之外,该组合物还包括橡胶改性聚苯乙烯。该橡胶改性聚苯乙烯包括聚苯乙烯和聚丁二烯。橡胶改性聚苯乙烯有时称作“高抗冲性聚苯乙烯”或“HIPS”。在一些实施方案中,基于该橡胶改性聚苯乙烯的重量计,该橡胶改性聚苯乙烯包括约80-约96wt%聚苯乙烯(特别地约88-约94wt%聚苯乙烯)和约4-约20wt%聚丁二烯(特别地约6-约12wt%聚丁二烯)。在一些实施方案中,该橡胶改性聚苯乙烯具有约10-约35%的有效凝胶含量。
如下面进一步描述的,在一些实施方案中,至少一部分橡胶改性聚苯乙烯是作为消费后回收(post-consumer recycled)材料提供的。这种消费后回收材料在市场上例如可作为PS013028获自Axion Polymers。当该橡胶改性聚苯乙烯作为消费后回收材料提供时,该组合物中橡胶改性聚苯乙烯的含量将考虑该回收材料的纯度。例如,如果组合物包括40wt%的纯度为90%的消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯,那么该组合物包含36%的橡胶改性聚苯乙烯。
在一些实施方案中,单独使用纯橡胶改性聚苯乙烯或将其与回收的橡胶改性聚苯乙烯结合使用。适合的纯橡胶改性聚苯乙烯在市场上例如可作为HIPS3190获自SABIC Innovative Plastics。
基于该组合物的总重量,该组合物包括含量为约20-约55wt%,特别地约30-约50wt%,更特别地约35-约50wt%,甚至更特别地约40-约50wt%的该橡胶改性聚苯乙烯。
除该聚亚芳基醚和该橡胶改性聚苯乙烯之外,该组合物还包括聚合丙烯腈残余物。此处所用的术语“聚合丙烯腈残余物”表示以丙烯腈的均聚物和共聚物形式的聚合丙烯腈的残余物。换言之,聚合丙烯基残余物表示具有如下结构的所有聚合物重复单元的总和:
在一些实施方案中,该橡胶改性聚苯乙烯和该聚合丙烯腈残余物是以包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或其混合物作为杂质的消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯形式提供的。在这些实施方案中,该聚合丙烯腈残余物是选自以下的丙烯腈共聚物的形式:苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其混合物。当存在时,苯乙烯-丙烯腈共聚物不仅能够来源自该消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯中的杂质,而且还能够来源自有意添加的阻滴剂,其是用苯乙烯-丙烯腈共聚物封装的聚四氟乙烯。
该组合物中聚合丙烯腈残余物的重量百分比能够通过
13C核磁共振谱法(
13C NMR)或红外光谱法测定。下面是用于通过
13C NMR测定聚合丙烯腈的重量百分比的程序实例。将四百(400)毫克聚合物共混组合物溶解在包含15毫克/毫升三乙酰丙酮化铬作为自旋晶格弛豫剂的4毫升氘代氯仿中。在以100.6兆赫兹的观测频率操作的Varian Mercury Plus400仪器上获取
13CNMR谱。该仪器装配有10毫米宽带探针。在定量条件下收集所有样品的谱图。使用使用WALTZ-16脉冲序列的门控去偶。去耦装置在脉冲延迟过程中关闭以排除核极化效应(nuclear Overhauser effect,NOE)并确保碳核子在扫描之间的完全弛豫。获取参数包括5秒的脉冲延迟和45°的脉冲角。而且,在1.00秒的获取时间内得到30.2千赫兹谱宽和30,000(30K)数据点。使用
软件用2赫兹行展宽和多项式基线校正方法进行数据处理。相对于氘代氯仿的77.0ppm碳化学位移,聚丙烯腈的腈碳的化学位移在117.40-122.15ppm范围内。通过用不同添加量的纯丙烯腈进行重复实验,能够测定该聚合物共混物的聚丙烯腈含量。
基于该组合物的总重量,该组合物包括含量为约0.2-约1.5wt%的聚合丙烯腈残余物。在此范围内,该聚合丙烯腈残余物含量能够为约0.25-约1wt%,特别地为约0.3-约0.8wt%。在使用回收的橡胶改性聚苯乙烯时,难以获得小于约0.2wt%的聚合丙烯腈残余物含量,因为在很多与橡胶改性聚苯乙烯相同的消费品中使用了苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其混合物。而且大于1.5wt%的聚合丙烯腈残余物含量通常与损害该共混物的物理性质和/或阻燃性的苯乙烯-丙烯腈共聚物和/或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物含量有关,这在一些工作实施例中得到证实。
该组合物能够减少或消除授予Scobbo等的美国专利号5,264,487的组合物中所需的至少5wt%含量的相容剂。因此,基于该组合物的总重量,本发明的组合物包括少于或等于3wt%的烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物。在一些实施方案中,该共聚物的含量小于或等于2wt%,特别地小于或等于1wt%。在一些实施方案中,该组合物不包括该烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物。
非必要地,该组合物能够进一步包括阻燃剂。阻燃剂是能够提高该组合物的阻燃性的化合物或其混合物。适合的阻燃剂包括有机磷酸酯、金属二烷基亚膦酸盐、含氮阻燃剂、金属氢氧化物及其混合物。
在一些实施方案中,该阻燃剂包括有机磷酸酯。有机磷酸酯阻燃剂的实例包括:包括苯基、取代苯基或苯基和取代苯基的组合的磷酸酯;基于间苯二酚的二芳基磷酸酯,例如间苯二酚二(二苯基磷酸酯);以及基于双酚的那些,例如双酚A二(二苯基磷酸酯)。在一些实施方案中,该有机磷酸酯选自三(烷基苯基)磷酸酯(例如CAS登记号89492-23-9或CAS登记号78-33-1)、间苯二酚二(二苯基磷酸酯)(CAS登记号57583-54-7)、双酚A二(二苯基磷酸酯)(CAS登记号181028-79-5)、三苯基磷酸酯(CAS登记号115-86-6)、三(异丙基苯基)磷酸酯(例如CAS登记号68937-41-7)及其混合物。
在一些实施方案中,该有机磷酸酯包括具有下式的二芳基磷酸酯:
其中R每次出现时独立地为C1-C12亚烷基;R5和R6每次出现时独立地为C1-C5烷基;R1、R2和R4独立地为C1-C12烃基;R3每次出现时独立地为C1-C12烃基;n是1-25;s1和s2独立地为等于0、1或2的整数。在一些实施方案中,OR1、OR2、OR3和OR4各自源自苯酚、单烷基苯酚、二烷基苯酚或三烷基苯酚。
如本领域普通技术人员容易认识到的那样,该二芳基磷酸酯源自双酚。双酚的实例包括:2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)、2,2-二(4-羟基-3-甲基苯基)丙烷、二(4-羟基苯基)甲烷、二(4-羟基-3,5-二甲基苯基)甲烷和1,1-二(4-羟基苯基)乙烷。在一些实施方案中,该双酚包括双酚A。
在一些实施方案中,该阻燃剂包括金属二烷基亚膦酸盐。此处所用的术语“金属二烷基亚膦酸盐”表示包含至少一个金属阳离子和至少一个二烷基亚膦酸根阴离子的盐。在一些实施方案中,该金属二烷基亚膦酸盐具有下式:
其中Ra和Rb各自独立地为C1-C6烷基;M是钙、镁、铝或锌;且d是2或3。Ra和Rb的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、特丁基、正戊基和苯基。在一些实施方案中,Ra和Rb是乙基;M是铝,且d是3(即该金属二烷基亚膦酸盐是三(二乙基亚膦酸)铝)。
在一些实施方案中,该金属二烷基亚膦酸盐是颗粒物形式。该金属二烷基亚膦酸盐颗粒可以具有小于或等于40微米的中值粒径(D50),或更特别地小于30微米的D50,或甚至更特别地小于或等于25微米的D50。此外,该金属二烷基亚膦酸盐可以与聚合物(例如聚亚芳基醚、聚烯烃、聚酰胺、嵌段共聚物或其组合)相结合形成母料。该金属二烷基亚膦酸盐母料包括含量大于在热塑性组合物中的含量的金属二烷基亚膦酸盐。使用母料将该金属二烷基亚膦酸盐添加到该组合物的其他组分中能够便于添加该金属二烷基亚膦酸盐并促进其分布。
在一些实施方案中,该阻燃剂包括含氮阻燃剂,其包括含氮杂环碱和磷酸或焦磷酸或多磷酸。在一些实施方案中,该含氮阻燃剂具有下式:
其中g是1-10,000;且f/g之比为0.5:1-1.7:1,特别地为0.7:1-1.3:1,更特别地为0.9:1-1.1:1。应该理解,该式包括其中一种各多个质子从磷酸根基团转移到三聚氰胺基团上的组分。当g为1时,该含氮阻燃剂是三聚氰胺磷酸酯(CAS登记号20208-95-1)。当g为2时,该含氮阻燃剂是三聚氰胺焦磷酸酯(CAS登记号1554160-3)。当g的平均值大于2时,该含氮阻燃剂是三聚氰胺多磷酸酯(CAS登记号56386-64-2)。在一些实施方案中,该含氮阻燃剂是三聚氰胺焦磷酸酯、三聚氰胺多磷酸酯或其混合物。在其中该含氮阻燃剂是三聚氰胺多磷酸酯的一些实施方案中,g具有大于2到10,000(特别地5-1,000,更特别地10-500)的平均值。在其中该含氮阻燃剂是三聚氰胺多磷酸酯的一些实施方案中,g具有大于2到500的平均值。三聚氰胺磷酸酯、三聚氰胺焦磷酸酯和三聚氰胺多磷酸酯的制备方法是现有技术中已知的,且全部都可以在市场上获得。例如,三聚氰胺多磷酸酯可以通过多磷酸和三聚氰胺如例如授予Kasowski等的美国专利号6,025,419中所述反应而制备,或者通过如Jacobson等的国际专利申请号WO98/08898A1中所述将三聚氰胺焦磷酸酯在290℃加热到恒重而制备。在一些实施方案中,该含氮阻燃剂包括三聚氰胺氰尿酸酯。
该含氮阻燃剂能够具有低挥发度。例如,在一些实施方案中,该含氮阻燃剂当以20℃/分钟的速率从25℃加热到280℃(特别地从25℃加热到300℃,更特别地从25℃加热到320℃)时通过热重分析呈现出小于1wt%的重量损失。
在一些实施方案中,该阻燃剂包括金属氢氧化物。适合的金属氢氧化物包括能够提供阻燃性的所有那些以及这种金属氢氧化物的组合。该金属氢氧化物能够选择以在该阻燃添加剂组合物和/或阻燃剂热塑性组合物的加工过程中基本上不分解。基本上不分解此处定义为分解的量不会防止该阻燃添加剂组合物提供所需的阻燃水平。金属氢氧化物的实例包括但不限于:氢氧化镁(例如CAS登记号1309-42-8)、氢氧化铝(例如CAS登记号21645-51-2)、氢氧化钴(例如CAS登记号21041-93-0)以及前述两种或更多种的组合。在一些实施方案中,该金属氢氧化物包括氢氧化镁。在一些实施方案中,该金属氢氧化物具有小于或等于10微米的平均粒径和/或大于或等于90wt%的纯度。在一些实施方案中,金属氢氧化物基本上不含水是适宜的,例如如在120℃干燥1小时重量损失小于1wt%所证实。在一些实施方案中,该金属氢氧化物能够涂覆有例如硬脂酸或其他脂肪酸。
当存在于该组合物中时,基于该组合物的总重量,该阻燃剂以约1-约25wt%的阻燃剂含量存在。在此范围内,该阻燃剂含量能够为约2-约20wt%,特别地约4-约18wt%。当阻燃剂包括有机磷酸酯时,基于该组合物的总重量,其通常以约5-约25wt%(特别地约10-约20wt%,更特别地约12-约16wt%)的量使用。在一些实施方案中,该阻燃剂由有机磷酸酯构成。
非必要地,该组合物能够进一步包括玻璃纤维。适合的玻璃纤维包括基于E、A、C、ECR、R、S、D和NE玻璃以及石英的那些。玻璃纤维能够具有约2-约30微米的直径,特别地为约5-约25微米,更特别地约5-约15微米。在混合之前玻璃纤维的长度能够为约2-约7毫米,特别地约1.5-约5毫米。可替代地,更长的玻璃纤维或连续玻璃纤维也能够使用。该玻璃纤维能够非必要地包括粘合促进剂以提高其与聚酰胺、聚亚芳基醚或二者的相容性。粘合促进剂包括铬络合物、硅烷、酞酸酯、锆铝酸酯、丙烯马来酸酐共聚物、反应性纤维素酯等。适合的玻璃纤维在市场上可从包括例如OwensCorning、Nippon Electric Glass、PPG和Johns Manville的供应商获得。当存在时,基于该组合物的总重量,玻璃纤维以约1-约50wt%的量使用。在此范围内,玻璃纤维含量能够为约5-约50wt%,特别地约10-约40wt%,更特别地约15-约30wt%。
在一些实施方案中,该组合物不包括玻璃纤维。
非必要地,该组合物能够使除此处所述的需要或非必要的那些之外的其他聚合物的量最小化或不包括这些聚合物。例如,在一些实施方案中,该组合物不包括均聚乙烯。在一些实施方案中,该组合物不包括聚酰胺。在一些实施方案中,该组合物不包括聚酯。在一些实施方案中,该组合物不包括烯基芳香族化合物和共轭二烯烃的未氢化的或氢化的嵌段共聚物。在一些实施方案中,该组合物包括少于或等于2wt%的聚烯烃。使用少于2wt%聚烯烃作为脱模剂可能是适宜的。在一些实施方案中,该组合物不包括聚亚烷基二醇,例如在授予Haaf等的美国专利号4,433,088中称作“聚烯烃二醇”的低分子量聚亚烷基二醇。
约40-约50wt%的由纯聚亚芳基醚构成的聚亚芳基醚、约32-约40wt%的橡胶改性聚苯乙烯;约10-约20wt%的有机磷酸酯;和约0.25-约1wt%的以选自由苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其混合物构成的组的丙烯腈共聚物的形式的聚合丙烯腈残余物;其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的,其中该组合物包括少于3wt%的烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物;该组合物不包括聚酰胺;且其中所有重量百分比都以该组合物的总重量计,除非指定了不同的计算基础。在一些实施方案中,前述组合物由纯聚亚芳基醚、消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯、有机磷酸酯和非必要的不超过5wt%的选自以下的添加剂组成:稳定剂、抗氧化剂、脱模剂、加工助剂、阻滴剂、成核剂、UV阻隔剂、芳香剂、抗静电剂、矿物油、金属失活剂、抗粘连剂及其组合。
本发明延伸到制备该组合物的方法。因此,一种实施方案是形成组合物的方法,包括:熔融共混包括以下的组分以形成该组合物:约30-约60wt%的由纯聚亚芳基醚构成的聚亚芳基醚;约20-约55wt%的橡胶改性聚苯乙烯;和约0.2-约2wt%的聚合丙烯腈残余物;其中该组合物包括少于3wt%的烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物;和其中所有重量百分比都以该组合物的总重量计,除非指定了不同的计算基础。该熔融共混能够使用已知设备(例如带状共混机、Henschel混合机、Banbury混合机、辊筒翻滚机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、共捏合机等)进行。例如,本组合物能够通过将组分在双螺杆挤出机中在约250-约350℃(特别地约260-约290℃)的温度熔融共混而制备。上述组合物中的所有变型同样适用于该组合物的制备方法。
本发明进一步延伸到由该方法得到的或可由该方法得到的组合物,再次,上述组合物中的所有变型同样适用于该组合物的制备方法。
本发明包括包括该组合物的注射成型制品。该组合物特别适合注射成型用于消费电子品的外壳(例如平面屏幕电视机的背板)、家用电器组件(例如电冰箱衬里和洗衣机盖)和电气盒。在一些实施方案中,该注射成型条件包括约250-约350℃(特别地约275-约310℃)的机筒温度和约70-约100℃(特别地约85-约95℃)的模具温度。
本发明至少包括以下实施方案。
实施方案1:一种组合物,包括:约30-约60wt%的由纯聚亚芳基醚构成的聚亚芳基醚;约20-约55wt%的橡胶改性聚苯乙烯;和约0.2-约1.5wt%的聚合丙烯腈残余物;其中该组合物包括少于3wt%的烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物;和其中所有重量百分比都以该组合物的总重量计,除非指定了不同的计算基础。
实施方案2:实施方案1的组合物,其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或其混合物的消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的。
实施方案3:实施方案1或2的组合物,进一步包括约1-约25wt%阻燃剂。
实施方案4:实施方案3的组合物,其中该阻燃剂包括有机磷酸酯。
实施方案5:实施方案1-4任一项的组合物,不包括聚酰胺。
实施方案6:一种组合物,包括:约40-约50wt%的由纯聚亚芳基醚构成的聚亚芳基醚;约32-约40wt%的橡胶改性聚苯乙烯;约10-约20wt%的有机磷酸酯;和约0.25-约1wt%的聚合丙烯腈残余物,所述聚合丙烯腈残余物是选自苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其混合物的丙烯腈共聚物的形式;其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的,其中该组合物包括少于3wt%的烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物,其中该组合物不包括聚酰胺;且其中所有重量百分比都以该组合物的总重量计,除非指定了不同的计算基础。
实施方案6a:实施方案1的组合物,其中该组合物包括约40-约50wt%的聚亚芳基醚、约32-约40wt%的橡胶改性聚苯乙烯和约0.25-约1wt%的聚合丙烯腈残余物,其中该组合物进一步包括约10-约20wt%的有机磷酸酯,其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的,且其中该组合物不包括聚酰胺。
实施方案7:实施方案6或6a的组合物,由纯聚亚芳基醚、消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯和有机磷酸酯以及非必要的不超过5wt%的选自以下的添加剂组成:稳定剂、抗氧化剂、脱模剂、加工助剂、阻滴剂、成核剂、UV阻隔剂、芳香剂、抗静电剂、矿物油、金属失活剂、抗粘连剂及其组合。
实施方案8:形成组合物的方法,包括:熔融共混包括以下的组分以形成该组合物:约30-约60wt%的由纯聚亚芳基醚构成的聚亚芳基醚;约20-约55wt%的橡胶改性聚苯乙烯;和约0.2-约1.5wt%的聚合丙烯腈残余物;其中该组合物包括少于3wt%的烯键式不饱和环氧化合物和烯烃的共聚物;和其中所有重量百分比都以该组合物的总重量计,除非指定了不同的计算基础。
实施方案9:实施方案8的方法,其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或其混合物的消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的。
实施方案10:实施方案8或9的方法,其中该组合物进一步包括约1-约25wt%阻燃剂。
实施方案11:实施方案10的方法,其中该阻燃剂包括有机磷酸酯。
实施方案12:实施方案8-10任一项的方法,其中该组合物不包括聚酰胺。
实施方案13:实施方案8的方法,其中该组合物包括:约40-约50wt%的聚亚芳基醚;约32-约40wt%的橡胶改性聚苯乙烯;和约0.25-约1wt%的聚合丙烯腈残余物;其中该组合物进一步包括约10-约20wt%的有机磷酸酯;其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的;和其中该组合物不包括聚酰胺。
实施方案14:实施方案13的方法,其中该组合物由纯聚亚芳基醚、消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯和有机磷酸酯以及非必要的不超过5wt%的选自以下的添加剂组成:稳定剂、抗氧化剂、脱模剂、加工助剂、阻滴剂、成核剂、UV阻隔剂、芳香剂、抗静电剂、矿物油、金属失活剂、抗粘连剂及其组合。
实施方案15:由实施方案8的方法形成的组合物。
实施方案16:实施方案15的组合物,其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或其混合物的消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的。
实施方案17:实施方案15或16的组合物,进一步包括约1-约25wt%阻燃剂。
实施方案18:实施方案17的组合物,其中该阻燃剂包括有机磷酸酯。
实施方案19:实施方案15-18任一项的组合物,不包括聚酰胺。
实施方案20:实施方案15的组合物,其中该组合物包括:约40-约50wt%的聚亚芳基醚;约32-约40wt%的橡胶改性聚苯乙烯;和约0.25-约1wt%的聚合丙烯腈残余物;其中该组合物进一步包括约10-约20wt%的有机磷酸酯;其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的;和其中该组合物不包括聚酰胺。
实施方案21:实施方案20的组合物,由纯聚亚芳基醚、消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯和有机磷酸酯以及非必要的不超过5wt%的选自以下的添加剂组成:稳定剂、抗氧化剂、脱模剂、加工助剂、阻滴剂、成核剂、UV阻隔剂、芳香剂、抗静电剂、矿物油、金属失活剂、抗粘连剂及其组合。
实施方案22:包括实施方案1的组合物的注射成型制品。
实施方案23:实施方案22的注射成型制品,其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以包括苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或其混合物的消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的。
实施方案24:实施方案22或23的注射成型制品,进一步包括约1-约25wt%阻燃剂。
实施方案25:实施方案24的注射成型制品,其中该阻燃剂包括有机磷酸酯。
实施方案26:实施方案22-25任一项的注射成型制品,其中该组合物不包括聚酰胺。
实施方案27:实施方案22的注射成型制品,其中该组合物包括:约40-约50wt%的聚亚芳基醚;约32-约40wt%的橡胶改性聚苯乙烯;和约0.25-约1wt%的聚合丙烯腈残余物;其中该组合物进一步包括约10-约20wt%的有机磷酸酯;其中该橡胶改性聚苯乙烯和聚合丙烯腈残余物是以消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的形式提供的;和其中该组合物不包括聚酰胺。
实施方案28:实施方案27的注射成型制品,其中该组合物由纯聚亚芳基醚、消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯和有机磷酸酯以及非必要的不超过5wt%的选自以下的添加剂组成:稳定剂、抗氧化剂、脱模剂、加工助剂、阻滴剂、成核剂、UV阻隔剂、芳香剂、抗静电剂、矿物油、金属失活剂、抗粘连剂及其组合。
通过以下非限制实例进一步示例本发明。
工作实施例
使用表1中概述的组分制备该组合物。
表1
制备例1-19
为模拟回收的橡胶改性聚苯乙烯,用不同量的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和/或苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)制备了一系列橡胶改性聚苯乙烯共混物。组成概述在表2中,其中组分含量都以该橡胶改性聚苯乙烯共混物的总重量计。在表2中,编号的组合物是使用制备实施例的名称“P.Ex”标记的。
该组合物是在具有30毫米内径的Werner&Plfeiderer T30双螺杆挤出机上共混的,该挤出机以300转/分钟和22.5千克/小时的生产量操作。该挤出机使用从进料喉口到模口具有180℃/200℃/200℃/200℃/200℃/210℃的温度的六个区。挤出产物在用于成型之前,在水浴中冷却、制粒并在90℃干燥4小时。
表2
表2(续)
表2(续)
表2(续)
制备实施例20-24
这些实施例验证苯乙烯-丙烯腈共聚物和二氧化钛对基于橡胶改性聚苯乙烯的共混物的缺口伊佐德抗冲强度的影响。
该组合物是在具有25毫米内径的Werner&Plfeiderer双螺杆挤出机上共混的,该挤出机以300转/分钟和10-15千克/小时的生产量操作。该挤出机使用从进料喉口到模口具有180℃/200℃/200℃/200℃/200℃/210℃的温度的六个区。组成概述在表3中,其中组分含量用基于该组合物的总重量计的重量百分比表示。
将用于物理性质试验的试样在LTM DIMAG60T注射成型机上注射成型,使用205℃的机筒温度和55℃的模具温度。
仅为了该实验,缺口伊佐德抗冲强度(以千焦/米2的单位表示)是在23℃依照ISO179-1/1eA(2005)测定的,使用沿边冲击形状,不进行样品调节(在即将进行试验前进行试条切口),使用2焦耳的锤击能量,试条尺寸为80毫米*10毫米*4毫米,切口角为45°,切口半径为0.25毫米(A型)、切口下材料深度为8毫米,样品支撑跨度为62毫米;所报道的值反映了每种组成5个样本的平均值。
制备实施例20与制备实施例21的对比显示消费后回收的橡胶改性聚苯乙烯的抗冲强度比纯橡胶改性聚苯乙烯低得多。制备实施例20与制备实施例22和23的对比显示添加5或10wt%苯乙烯-丙烯腈共聚物到橡胶改性聚苯乙烯中显著降低了抗冲强度。制备实施例20与制备实施例24的对比显示添加5wt%的白色颜料二氧化钛到橡胶改性聚苯乙烯中显著降低了抗冲强度。
表3
制备实施例25
使用表4中概述的组成制备聚亚芳基醚和添加剂的母料(“PPE母料”),其中组分含量以基于PPE母料总重量的重量百分比计。将该组分干共混形成该母料。
表4
|
PPE母料 |
PPE |
96.29 |
MgO |
0.21 |
ZnS |
0.21 |
LLDPE |
2.55 |
亚磷酸酯 |
0.17 |
实施例1-14,对比例1-5
制备一系列聚亚芳基醚组合物以研究ABS和SAN杂质对聚亚芳基醚和橡胶改性聚苯乙烯的共混物的影响。组成概述在表5中,其中组分含量以基于该组合物总重量的重量百分比表示。
该组合物是在具有30毫米内径的Werner&Plfeiderer T30双螺杆挤出机上共混的,该挤出机以300转/分钟和20千克/小时的生产量操作。该挤出机使用从进料喉口到模口具有240℃/260℃/290℃/290℃/290℃/290℃的温度的六个区。挤出产物在用于注塑之前,在水浴中冷却、制粒并在105℃干燥1.5小时。
将用于物理性质试验的试样在Van Dorn120-RS-6F注射成型机上注射成型,使用300℃的机筒温度和90℃的模具温度。
制备实施例的物理性质概述在表2中,并如下进行评价。屈服拉伸应力和断裂拉伸应力(各自以兆帕的单位表示)、屈服拉伸伸长量和断裂拉伸伸长量(各自以百分比的单位表示)和弹性模量(以兆帕的单位表示)是依照ASTM D638-08在23℃使用厚度为3.2毫米的I型试条、50毫米的标距长度、115毫米的夹持间隔和50毫米/分钟的试验速度测定的;报道的值反映了每种组成5个样本的平均值。挠曲模量(以兆帕的单位表示)是依照ASTMD790-07e1在23℃使用A程序、具有6.4毫米*12.7毫米的横截面尺寸的试条、50.8毫米的支撑跨度、0.05英寸/分钟(0.127毫米/分钟)的试验速度、5毫米的负载前端和支撑半径测定的;报道的值反映了每种组成3个样本的平均值。缺口伊佐德抗冲强度(以焦耳/米的单位表示)、总能量(以焦耳表示)是依照ASTM D256-08,Method A在23℃使用在试验前不小于40小时时切口的样品、2英尺-磅(2.712焦耳)的锤击能量、3.2毫米*12.7毫米的样品横截面尺寸、45°的切口角、0.25毫米的切口半径和10.16毫米的切口下材料深度测定的;报道的值反映了每种组成3个样本的平均值。热变形温度(HDT)值(以摄氏度的单位表示)是依照ASTM D648-07,Method B使用具有3.2*12.5毫米的横截面尺寸、沿边试验方向、100毫米支撑间隔、264磅/平方英寸的负荷(1.82兆帕)、2℃/分钟的加热速率和0.25毫米读数的偏移量测定的;报道的值反映了每种组成3个样本的平均值。
结果表明包括少于或等于1.5wt%丙烯腈残余物的组合物与具有多于1.5wt%丙烯腈残余物的那些相比通常具有更佳的抗冲强度。例如,具有1.68wt%的源自苯乙烯-丙烯腈共聚物的丙烯腈残余物的对比例2具有58焦耳/米的缺口伊佐德抗冲强度,与此相比具有0.28-1.4wt%的源自苯乙烯-丙烯腈共聚物的丙烯腈残余物的实施例1-6的值为72-93焦耳/米。而且,具有1.68wt%的源自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的丙烯腈残余物的对比例4具有80焦耳/米的缺口伊佐德抗冲强度,与此相比具有0.28-1.12wt%的源自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的丙烯腈残余物的实施例7-11的值为85-96焦耳/米。而且,具有1.68wt%的源自苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物的丙烯腈残余物的对比例5具有71焦耳/米的缺口伊佐德抗冲强度,与此相比具有0.28-1.12wt%的源自苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的丙烯腈残余物的实施例12-14的值为81-92焦耳/米。
表5
表5(续)
表5(续)
表5(续)
实施例15和16,对比例6
制备了两种发明组合物和一种对比组合物以研究回收有关杂质对聚亚芳基醚和橡胶改性聚苯乙烯的共混物的阻燃性的影响。
如实施例1-14和对比例1-5所述将该组合物混合和成型。组成和性质概述在表6中,其中组分含量以基于组合物总重量的重量百分比计。
注射成型的燃烧试条的阻燃性是依照Underwriter’s Laboratory Bulletin94“Tests for Flammability of Plastic Materials,UL94”,20mm Vertical BurningFlame Test测定的。在试验之前,将厚度为1.5毫米的燃烧试条在23℃和50%相对湿度调节至少48小时,或者在70℃和50%相对湿度调节168小时。在UL9420mm Vertical Burning Flame Test中,试验一组五个燃烧试条。对于每个条,将火焰施加到该条上然后移除,标注该条自身熄灭所需的时间(第一燃后时间t1)。然后再次施加火焰并移除,标注该条自身熄灭所需的时间(第二燃后时间t2)和后火焰发光时间(后发光时间t3)。在等级V-0的需要中,各单一样本的燃后时间t1和t2都必须小于或等于10秒,所有样本的总燃后时间(所有五个样本的t1+t2)必须小于或等于50秒。在等级V-1或V-2的需要中,各单一样本的燃后时间t1和t2都必须小于或等于30秒,所有五个样本的总燃后时间(所有五个样本的t1+t2)必须小于或等于250秒。
对比例6与实施例15的对比显示用消费后回收橡胶改性聚苯乙烯代替纯橡胶改性聚苯乙烯与阻燃性略微降低有关。实施例16显示可以通过添加少量另外量的阻燃剂补偿这一效果。
表6
该说明书使用实施例公开了本发明,包括最佳方式,还能使本领域任何技术人员制备和使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求书限定,且可以包括本领域技术人员想到的其他实施例。这种其他实施例如果具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素或者如果其包括与权利要求的字面语言没有实质差别的等效结构要素,那么也意于在权利要求的范围内,
所有引用的专利、专利申请和其他参考文献都通过参考整体引入此处。然而,如果本申请中的术语与所引用的参考文献中的术语相抵触,那么本申请的术语优先于所引用的参考文献中不一致的术语。
此处公开的所有范围都包括端点,端点可彼此独立地结合。此处公开的各范围构成了对位于所公开范围内的任何点和子范围的公开。
在描述本发明的内容中(尤其是以下权利要求书的内容中)术语“一种(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”和类似的表述应当被解释为包括单数和复数,除此处另外暗示或上下文明确抵触之外。此外,还应当进一步指出此处的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性,而是用于将一个要素与另一个区分开。与数量连接使用的修饰词“约”包括所述值,且具有上下文所述的含义(例如其包括与特定量的测量相关的误差程度)。