CN103890076B - 可固化的弹性体组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了可固化组合物和由其制得的制品，其中所述组合物可包含任选的第一组分、第二组分、和第三组分；所述任选的第一组分包含衍生自乙烯和极性单体的共聚物；所述第二组分包含衍生自乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、和一氧化碳的共聚物；并且所述第三组分包含衍生自乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、或(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物。

Description

可固化的弹性体组合物
本发明涉及可固化的弹性体组合物。
背景技术
在可固化的弹性体组合物的领域中，基体材料最通常以具有大于25kg重量的未固化树胶基质的板或块的形式提供。这是源于此类基质树胶由于它们固有的粘性和结块倾向(即使在室温下)而不能被挤出成粒料所致。
因此，为了配混成多种具有某些性能的组合物，此类树胶基质块需要在即将加工前被大规模切成或研磨成较小的团块，在加入填料和添加剂的同时，将所述团块塞入给料至共混设备中。此类共混设备通常可仅间歇工作，使得弹性体组合物的配混麻烦并且经受使用昂贵的切割和铣削机器。
因此，期望提供不结块的基质树胶，所述树胶可以自由流动的颗粒形式如粒料进行加工，并且其可直接给料至连续过程中的挤出机中，而无需之前将它切成较小的团块。
除了它们能够以自由流动的颗粒形式加工以外，此类基质树胶组合物还优选具有至少与常见基质树胶性能相匹配的材料性能，并且允许制造高要求的至少部分固化的弹性体组合物，以用于经历大温度变化的应用，如机动车、航空航天、轨道和缆线应用。
发明内容
本发明提供了可固化组合物，所述组合物包含任选的第一组分、第二组分和第三组分，基本上由其组成或由其组成，其中
所述任选的第一组分包含或为衍生自乙烯和极性单体的共聚物，所述共聚物包含基于所述共聚物的总重量计至少28重量％的极性单体；
所述第二组分包含或为衍生自乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、和一氧化碳的共聚物；
所述第三组分包含或为衍生自乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物、和／或它们中两种或更多种的组合，所述共聚物包含基于所述共聚物的总重量计至少45重量％的(甲基)丙烯酸烷基酯。
本发明还提供了包含上文公开的可固化组合物的制品。
具体实施方式
术语“可固化的”代表材料可通过化学反应或辐射而交联。
术语“(甲基)丙烯酸酯”包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或它们的组合。如本文所用，包括权利要求中所用，动词“是”之后的为“是”之前术语的定义。
本发明提供了可固化组合物，所述组合物包含任选的第一组分、第二组分和第三组分，基本上由其组成或由其组成，其中所述任选的第一组分包含或为衍生自乙烯和极性单体的共聚物，所述共聚物包含基于所述共聚物的总重量计至少28重量％的极性单体；所述第二组分包含或为衍生自乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、和一氧化碳的共聚物；所述第三组分包含或为衍生自乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物、和／或它们中两种或更多种的组合，所述共聚物包含基于所述共聚物的总重量计至少45重量％的(甲基)丙烯酸烷基酯。
所述任选的第一组分可选自乙烯和极性单体的共混物和／或此类共混物的混合物。如果任选的第一组分存在于所述可固化组合物中，则它基于所述可固化组合物的总重量计可为15至85重量％，优选20至80重量％，并且最优选50至70重量％。
乙烯和极性单体的共聚物可从乙烯和极性单体如(甲基)丙烯酸烷基酯或乙烯醇烷酸酯的共混物中选择。
优选地，所述极性单体可选自乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸甲酯、以及它们中两种或更多种的组合。
还可根据本领域熟知的任何方法，用马来酸酐或马来酸单酯接枝乙烯和极性单体的共混物。作为另外一种选择，可根据本领域熟知的任何方法，使乙烯和极性单体的共聚物与马来酸酐或马来酸单酯共聚。
根据ASTM D1238，在190℃下使用2.16千克的重量来测量，乙烯和极性单体的共聚物可具有0.5至100，优选1至5的熔流指数。
乙烯和极性单体的共聚物可包含基于乙烯和极性单体的共聚物的总重量计至少28重量％，优选28至60重量％，更优选35至45重量％的极性单体。
乙烯和极性单体的共聚物可以商品名AC或商购自E.I.duPont de Nemours and Company(Wilmington，Delaware，USA(DuPont))。
所述第二组分可选自乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、一氧化碳的共聚物，和／或此类共聚物中两种或更多种的混合物，并且可以基于所述可固化组合物的总重量计5至50重量％，15至35重量％，25至55重量％，或30至50重量％存在。
在其中任选的第一组分不存在于所述可固化组合物中的情况下，选自乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、一氧化碳的共聚物和／或此类共聚物中两种或更多种的混合物的第二组分的含量基于所述可固化组合物的总重量计优选为25至55重量％，更优选30至50重量％，并且最优选35至45重量％。
根据本发明，乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、和一氧化碳的共聚物可在包含基于乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、和一氧化碳的共聚物的总重量计10至40重量％乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯，以及5至15重量％一氧化碳的乙烯共聚物中选择。
乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯单体可选自乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、以及它们中两种或更多种的组合。
在其中所选单体为(甲基)丙烯酸烷基酯的情况下，所述单体优选为丙烯酸丁酯。
根据ASTM D1238，在190℃下使用2.16千克的重量测定，所述第二组分可具有0.5至100，优选10至40的熔流指数。
在其中所述任选的第一组分不存在于所述可固化组合物中的情况下，可固化组合物的第三组分可选自乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯的包含至少45重量％的(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物、和／或它们的混合物，其含量基于所述可固化组合物的总重量计优选为45至75重量％，更优选50至70重量％，并且最优选55至65重量％。
可固化组合物的第三组分可选自乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯的包含至少45重量％的所述(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物、和／或它们的混合物，并且可以基于所述可固化组合物的总重量计5至90重量％，优选10至80重量％，或45至75重量％存在。
所述第三组分可包含基于所述第三组分的总重量计至少45重量％，优选45至70重量％，更优选55至65重量％的(甲基)丙烯酸烷基酯。
所述第三组分中的(甲基)丙烯酸烷基酯可在(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、和(甲基)丙烯酸丁酯中选择，并且优选为(甲基)丙烯酸甲酯。
所述第三组分在本领域中还被称为乙烯丙烯酸酯橡胶或AEM，并且可以商品名从DuPont商购获得。
(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物可优选选自一种或多种(甲基)丙烯酸烷基酯的均聚物和共聚物，和／或此类聚合物中两种或更多种的组合，所述(甲基)丙烯酸烷基酯选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸正戊酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸2-甲基戊酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸正十二烷酯、(甲基)丙烯酸正十八烷酯。
更优选地，(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物可优选一种或多种(甲基)丙烯酸烷基酯的均聚物和共聚物，和／或此类聚合物中两种或更多种的组合，所述(甲基)丙烯酸烷基酯选自(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸正戊酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯。
例如，适宜的(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物为丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯的二聚物、丙烯酸丁酯和丙烯酸甲酯的二聚物、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯的三聚物、以及它们中两种或更多种的组合。
(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物在本领域中还可被称为聚丙烯酸酯橡胶或ACM。(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物可为基本上不含乙烯单体的聚合物。
所述可固化组合物可被切割、挤压、模塑、挤出或以其他方式加工成任何适宜的形状。非限制性例子包括管材、O形环、囊袋、垫圈、密封件、塞、法兰、软管、联接器、桶塞、辊套、线材涂层、缆线涂料、泡沫、粘接剂、鞋底等。
所述可固化组合物可经由任何适宜的装置或经由固化剂如化学添加剂或辐射而固化。
如果经由化学添加剂实施固化，则添加剂可优选选自热活化的固化添加剂，其可以基于所述组合物的总重量计0.5至5重量％存在于所述组合物中。此类添加剂释放自由基如过氧自由基，其造成可固化组合物的固化或交联。
示例性热活化的化学添加剂可包括或为二烷基过氧化物如二异丙苯过氧化物；叔丁基过氧化物；1，3-1，4-双-(叔丁基过氧异丙基)苯；2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化氢)己炔；2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化氢)己烷；二(叔丁过氧基)二异丙基苯；或其中两种或更多种的组合。
如果通过施加辐射实施固化，则可使本发明的可固化组合物暴露于紫外线辐射、电子束辐射、γ辐射、或β辐射，以导致固化。
如果通过施加热实施固化，则在蒸汽高压釜、热压机等中将本发明的可固化组合物加热至足以触发热活化固化添加剂的温度。后固化可包括逐渐降低压力和温度。
可通过例如在挤出机、常规混合器、捏合机、混合机、间歇式搅拌器、烤箱、熔体共混机、或两种或更多种此类方法的组合中混合各种组分，来配混所述可固化组合物。
所述可固化组合物还可包含基于所述组合物的总重量计0.0001至约20％的一种或多种常规添加剂，如抗氧化剂、防静电剂、颜料、发泡剂、增塑剂、填料、增强剂、有机卤素阻燃剂、无机阻燃剂(如ATH(铝三水合物)、MDH(镁二水合物))、云母、碳酸钙、二氧化硅、附加交联剂、光稳定剂、助剂、紫外线吸收剂、和润滑剂。
所述可固化组合物还可被加工成自由流动形式，如可通过例如挤出粒化获得的粒料或颗粒。
本发明还提供了包含根据上文所述的可固化组合物的制品。所述制品可包括机动车部件、航空航天部件、导轨部件、和缆线。
实例
实例1至6中的组合物总结于下表1中。实例1和3为包含常用弹性体化合物的比较例。
在表1中，使用下列成分。
A代表700HV，其为包含基于所述共聚物的总重量计70重量％乙酸乙烯酯的乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，并且得自Lanxess AG(Leverkusen，Germany)。
B代表600HV，其为包含基于所述共聚物的总重量计60重量％乙酸乙烯酯的乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，并且也得自Lanxess AG。
C代表40L03，其为包含基于所述共聚物的总重量计40重量％乙酸乙烯酯的乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，并且得自DuPont。
D代表PV04，其为聚丙烯酸酯聚合物，得自Zeon ChemicalL.P.(Louisville，KY，USA)。
E代表742，其为乙烯、乙酸乙烯酯和一氧化碳的共聚物，得自DuPont。
F代表包含62重量％丙烯酸甲酯的乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物。
G代表其为铝三水合物(ATH)，得自Albermarle(Arkansas，US)。
H代表F40P，其为α，α’-二(叔丁基过氧)二异丙基苯，得自Arkema(Colombes，France)。
I代表455，其为双(α，α-二甲基苄基)联苯，得自Chemtura(Philapdelphia，US。
J代表HP661，其为乙烯、丙烯酸正丁酯和一氧化碳的共聚物，得自DuPout。
K代表101XL45，其为2，5二甲基-2，5二-(叔丁基过氧)己烷，得自Arkema(Colombes，France)。
L代表RUBBER CHEM HVA2，其为N，N'-间亚苯基双马来酰亚胺，得自RubberChemical，用作助剂。
M代表SILANOGRAM HVS，其为低聚乙烯基硅烷，得自Kettlitz，并且用作偶联剂。
N代表VANFRE VAM，其为聚氧乙烯十八烷基醚磷酸酯，得自Vanderbilt，用作加工助剂。
O代表ARMEEN18D PRILLS，其为蒸馏过的伯胺十八烷胺，得自AkzoNobel，并且用作加工助剂。
P代表硬脂酸，其为加工助剂。
表1
室温(23-27℃)下将表1中每个实例的成分在Collin辊磨机上共混10分钟，以制得共混的成分，然后将其模塑成2mm厚的板，并且在180℃下运作的热压机中经历固化步骤持续10分钟。
为淬灭固化反应，接着将所述板从热压机中取出，并且浸没于10℃水浴中，直至冷却。
然后由所述板切出哑铃形式的拉力试棒，以根据ISO2921：2005和EN60811-2-1进行测试。
ISO2921：2005测试结果示于表2中。在表2中，术语“TR10，以℃为单位”示出根据ISO2921：2005，在指定温度下冷冻的拉伸样本在逐渐升温后缩回10％时的温度，以℃为单位。术语“TR30，以℃为单位”示出根据ISO2921：2005，在所述温度下冷冻的拉伸样本在逐渐升温后缩回30％时的温度，以℃为单位。
表2
实例 1 2 3 4 5 6
TR10，以℃为单位 -14 -19 -22 -19 -20 -17
TR30，以℃为单位 -1 -3 -8 -4 -6 -4
如表2中所见，包含本发明组合物的实例2、4、5和6在比(比较)实例1更低的温度下至少部分重新恢复它们的弹性行为，并且所述温度在(比较)样本3附近内。
EN60811-2-1测试结果示于表3中。在表3中，术语“承受载荷伸长率，以％计”示出根据EN60811-2-1，在200℃温度下向样本施加等于20N／cm2的载荷15分钟后对应样本的伸长率，以％计。术语“未负载伸长率，以％计”示出EN60811-2-1，在200℃温度下将先前向样本施加的等于20N／cm2的载荷移除15分钟后对应样本的剩余伸长率，以百分比计。
表3
实例 1 2 3 4 5 6
承受载荷伸长率，以％计 17 58 12 12 15 10
未负载伸长率，以％计 145 30 0 0 0 0
如表3中所见，在极限热条件下，包含本发明组合物的样本2、4、5和6恢复它们大部分的初始尺寸，样本4、5和6甚至完全恢复它们的初始尺寸。
冷弯曲测试结果示于表4中，其示出从先前获得的2mm厚板上切出的每个样本围绕6mm直径芯轴半缠绕(弯曲成U形)而不在弯曲部分上产生肉眼可见断裂或破裂的最低温度。
表4
实例 1 2 3 4 5 6
承受载荷伸长率，以％计 -20 -30 -30 -30 -30 -30
如表4中所见，包含本发明组合物的样本2、4、5和6可在比(比较)样本1更低的温度下弯曲而不显示断裂或破裂。
室温(23-27℃)下将表5中每个实例的成分在Collin辊磨机中共混10分钟，以制得共混的成分，然后将其模塑成2mm厚的板，并且在180℃下运作的热压机中经历固化步骤持续10分钟。
为淬灭固化反应，接着将所述板从热压机中取出，并且浸没于10℃水浴中，直至冷却。
然后由所述板切出哑铃形式的拉力试棒，以根据ISO37：2005Cor12008进行测试。
表5
测量在标准油IRM903中老化之前和之后的拉伸强度和断裂伸长率。
表6
如表6中所见，包含本发明组合物的样本8和9在与油接触后示出比比较例7更小的断裂伸长率变化。
100℃下将表7中每个实例的成分在Collin辊磨机中共混10分钟，以制得共混的聚合物。表7示出实例10、11和12中成分A、F和J以份每百份橡胶计的组成，以及实例10、11和12各自的玻璃化转变温度。100℃下将表7中每个实例的成分在Collin辊磨机中共混10分钟，以制得共混的聚合物。如表7中所见，包含根据本发明所述组合物的样本11和12示出比比较例7更低的玻璃化转变温度(Tg)。这意味着根据本发明所述的组合物可在比本领域已知组合物更低的温度下用作弹性体部件。采用DSC方法，测量这些聚合物的玻璃化转变温度。
表7
实例 A F J T<sub>g</sub>(℃)
10 100 -10
11 70 30 -30
12 50 50 -30
表7示出实例10、11和12中成分A、F和J以份每百份橡胶计的组成，以及实例10、11和12各自的玻璃化转变温度。100℃下将表7中每个实例的成分在Collin辊磨机中共混10分钟，以制得共混的聚合物。如表7中所见，包含根据本发明所述组合物的样本11和12示出比比较例7更低的玻璃化转变温度(Tg)。这意味着根据本发明所述的组合物可在比本领域已知组合物更低的温度下用作弹性体部件。采用DSC方法，测量这些聚合物的玻璃化转变温度。

Claims (7)

1.可固化弹性体组合物，包含任选的第一组分、第二组分、和第三组分，其中
所述任选的第一组分以基于所述组合物的总重量计15至85重量%存在于所述组合物中；
所述任选的第一组分包含衍生自乙烯和极性单体的共聚物，所述共聚物包含基于所述共聚物的总重量计至少28重量%的极性单体；
所述第二组分以基于所述组合物的总重量计5至50重量%存在于所述组合物中；
所述第二组分包含衍生自乙烯、乙酸乙烯酯或(甲基)丙烯酸烷基酯、和一氧化碳的共聚物；
所述第三组分包含衍生自乙烯和(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物，所述共聚物包含基于所述共聚物的总重量计55至70重量%的(甲基)丙烯酸烷基酯。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述极性单体为乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸烷基酯、或它们的组合。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述第二组分以基于所述组合物的总重量计15至35重量%存在于所述组合物中。
4.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述第三组分以基于所述组合物的总重量计10至80重量%存在于所述组合物中。
5.制品，包含根据前述权利要求中任一项所述的组合物或由其制得。
6.根据权利要求5所述的制品，包括机动车部件、航空航天部件、导轨部件、或缆线。
7.可固化弹性体组合物在机动车部件、航空航天部件、导轨部件、或缆线中的用途，其中所述可固化弹性体组合物如权利要求1、2、3或4中所表征。
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