CN104685001A - 具有含有机硅的聚合物加工助剂和增效剂的可熔融加工的组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有含有机硅的聚合物加工助剂和增效剂的可熔融加工的组合物。
Description
技术领域
可熔融加工的组合物和使用可熔融加工的组合物制成的制品。
背景技术
硅氧烷是已知的有效聚合物加工助剂(PPA)。低分子量聚二甲基有机硅(PDMS)PPA早在1985年就已报道(参见美国专利4,535,113)。另外,高分子量硅氧烷PPA近来也变得可从例如道康宁(Dow Corning)获得。然而,这些材料的功效一般次于含氟弹性体PPA,诸如FX-9613(购自3M公司)。另外,此类硅氧烷PPA的粘性可使它们难以处理,因此仅作为浓缩物提供。
硅氧烷嵌段共聚物也证实作为PPA具有功效。例如,3M已开发出硅氧烷-聚酰胺PPA,由瓦克(Wacker)可以购得硅氧烷-聚脲嵌段共聚物(SPU)。这些材料是热塑性的并且一般更易处理。虽然作为PPA是有效的,它们通常比基于含氟弹性体的PPA有效性低。
在实施过程中,将PPA添加到可熔融加工的热塑性烃聚合物中,以便改善它们在例如吹塑或注塑中的特性。此类模塑制品往往包含受阻胺光稳定剂。
发明内容
在一个方面,本申请涉及包含基于所述组合物的总重量计50至99.99重量百分比的可熔融加工的热塑性烃聚合物的组合物。所述组合物还包含含有机硅的聚合物加工助剂和增效剂。此外,基于增效剂和加工助剂的总量计,增效剂以10重量%至70重量%的量存在。
本发明的上述发明内容并不意在描述本发明的每个公开的实施例或每种实施方式。以下描述更具体地例示了示例性实施例。在本申请全文的若干地方,通过实例列表提供指导,所述实例可以多种组合来使用。在每一种情形下,所列举的列表仅仅作为代表性群组,而不应被理解为排他性列表。
具体实施方式
基于石油的资源既用作原料,也用于产生能量以将此类原料转化为消费者使用和工业应用的成品。这些石油资源的有限性作为我们这个时代的焦点问题而存在。因此,存在对改善此类石油资源的使用效率的不断的需求。一般来讲,这包括在工业过程中所需能量的减少,以及来自此类资源的材料废料的减少。就这一点而言,存在对改善PPA在可熔融加工的热塑性烃聚合物中的性能的不断的需求,以赋予(a)较低能量的操作条件,和/或(b)改善工艺使得更多的成品是无缺陷的。就这一点而言,本申请人提供了组合物,其包含主要量(例如,基于组合物的总重量计为50重量至99.5重量百分比)的可熔融加工的热塑性烃聚合物;含有机硅的聚合物加工助剂;和增效剂。基于增效剂和加工助剂的总量计,增效剂以10重量%至70重量%的量存在。
定义
术语“芳烷基”是指式–Ra-Ar的单价基团,其中Ra为亚烷基,Ar为芳基基团。也就是说,所述芳烷基是被芳基取代的烷基。
术语“烷芳基”是指式–Ar–Ra的一价基团,其中Ra为亚烷基,Ar为芳基基团。即烷芳基是被一种或多种烷基取代的芳基。
术语“亚芳烷基”是指式–Ra-Ara-的二价基团,其中Ra为亚烷基,Ara为亚芳基(即亚烷基与亚芳基键合)。
术语“烷亚芳基”是指式–Ara-Ra-的二价基团,其中Ra为亚烷基,Ara为亚芳基(即亚芳基与亚烷基键合)。
术语“聚二有机硅氧烷”是指下式的二价链段
其中每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基;每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合;下标n独立地为0至1500的整数。
烃聚合物
本文所述烃聚合物一般可是热塑性材料,或当在它们的玻璃化转变点以上充分受热流动且当冷却时变成固体的材料。它们还可具有弹性体性质。烃聚合物包括但不限于可热熔融加工的热塑性聚合物(其可以是弹性体或非弹性体),如聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯和聚酯,或它们的混合物,其不包括本文所述的热塑性含有机硅的PPA(例如,式I和式II的那些物质)。所谓“可热熔融加工”,是指聚合物在式I和式II的热塑性含有机硅的PPA的熔融和流动温度下熔融和流动。
烃聚合物可以是溶剂或与热塑性含有机硅的PPA组分混合的熔体。烃聚合物可包含其它助剂、填料等等,然而,此类助剂不是式I和式II的热塑性含有机硅的PPA化合物。
在使用温度下,混合物一般具有至少两个区域,一个是不连续的而另一个是连续的,这是由于热塑性含有机硅的PPA组分与烃聚合物的大体不混溶性导致的。当然,混合物可包含多于一种的热塑性含有机硅的PPA组分和多于一种烃聚合物。
在一些实施例中,本文所述可熔融加工的热塑性烃聚合物选自:聚乙烯均聚物、聚丙烯均聚物、改性聚乙烯聚合物、改性聚丙烯聚合物、聚乙烯共聚物、聚丙烯共聚物以及它们的组合。可熔融加工的热塑性烃聚合物可以为高密度类型或低密度类型。
具体地,可用于本公开并且其一般被认为是非弹性体的热塑性材料包括,例如聚烯烃,如聚丙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、极低密度聚乙烯、中等密度聚乙烯、高密度聚乙烯,如可从美国密歇根州的陶氏化学公司(DOW Chemical Co.,Michigan USA)所属的陶氏塑料(DOW Plastics)商购获得的商品名称为DOW HDPE DMDA-8904 NT7的物质、聚丁烯、非弹性体聚烯烃共聚物或三元共聚物,诸如乙烯/丙烯共聚物以及它们的混合物;乙烯-醋酸乙烯共聚物,如可从杜邦化学公司得到的商品名称为ELVAX 260的物质;乙烯-丙烯酸共聚物;乙烯甲基丙烯酸共聚物,如可从杜邦化学公司(DuPont Chemical Co.)得到的商品名称为SURLYN 1702的物质;聚甲基丙烯酸甲酯;聚苯乙烯;乙烯-乙烯醇;聚酯;无定形聚酯;聚酰胺;氟化热塑性塑料,如聚偏二氟乙烯、氟化乙烯/丙烯共聚物和氟化乙烯/丙烯共聚物;卤化热塑性塑料,如氯化聚乙烯和聚氯乙烯(PVC)。任何单种烃材料可与至少一种基于有机硅的含PPA的组分混合。另选地,可使用烃聚合物的混合物。
烃聚合物可以主要的量存在于本文所述组合物中。基于所述组合物的总重量计,即烃聚合物可以50重量%至99.5重量%的量存在。更具体地,基于所述组合物的总重量计,烃聚合物可以99.99重量%至95重量%的重量百分比存在。
有机硅-聚酰胺聚合物加工助剂
各种含有机硅的PPA用于本发明所公开的组合物中。此类含有机硅的PPA可以是热塑性的。含有机硅的PPA可以是聚二有机硅氧烷-聚酰胺聚合物,或可包括有机硅-聚氨酯聚合物。
可用于本公开的热塑性含有机硅的聚合物加工助剂组分可具有大于25,000g/mol,大于50,000g/mol,甚至大于100,000g/mol的分子量。这些含有机硅的PPA包括线性、聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物、聚二有机硅氧烷含聚氨基甲酸酯共聚物等等。本发明公开的含有机硅的PPA基本上无含氟聚合物、硅氧烷和本身不是“可热熔融加工”的任何其它加工助剂(本文中不是“可热熔融加工”的指此类材料是具有极低玻璃化转变(Tg)值的流体聚合物,并且可在室温及室温以上流动而无需升高温度)。
可用于本公开组合物的线性、聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物包含至少两个式I的重复单元:
在该式(I)中,每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤取代的芳基。每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合。下标n独立地为0至1500的整数,下标p为1至10的整数。每个基团B独立地为共价键、亚芳烷基、亚芳基、4至20个碳原子的亚烷基或它们的组合。当每个基团B均为共价键时,化学式I所示的聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物被称为聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物。
基团G为二价基团,该二价基团是由式R3HN-G-NHR3表示的二胺减去两个–NHR3基团所得的残基单元。基团R3为氢或烷基(如具有1至10、1至6或1至4个碳原子的烷基),或者R3和G与它们两者所连接的氮合在一起形成杂环基团(例如R3HN-G-NHR3为哌嗪等等)。每个星号(*)表明重复单元与所述共聚物中另一个基团诸如化学式I的另一个重复单元相连接的位点。
式I中适合于R1的烷基通常具有1至10、1至6、或1至4个碳原子。示例性的烷基基团包括但不限于,甲基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基和异丁基。适合于R1的卤代烷基基团通常是相应烷基基团中只有一部分氢原子被卤素取代所得。示例性的卤代烷基基团包括具有1至3个卤原子和3至10个碳原子的氯烷基基团和氟烷基基团。适合于R1的烯基基团通常具有2至10个碳原子。示例性的烯基基团通常具有2至8,2至6,或2至4个碳原子,诸如乙烯基、正丙烯基和正丁烯基。适合于R1的芳基基团通常具有6至12个碳原子。苯基是示例性的芳基基团。芳基基团可以是未取代的或被烷基(即其可以是烷芳基基团)(烷基基团可以是,例如,具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的烷基)、烷氧基(例如,具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的烷氧基)、或卤(例如,氯代、溴代或氟代)取代。适合于R1的芳烷基基团通常包含具有1至10个碳原子的亚烷基基团和具有6至12个碳原子的芳基基团。在一些示例性的芳烷基基团中,所述芳基基团为苯基,并且所述亚烷基基团具有1至10个碳原子,1至6个碳原子,或1至4个碳原子(即芳烷基的结构为亚烷基-苯基,其中亚烷基与苯基基团相键合)。
在一些实施例中,在一些式I的重复单元中,R1基团的至少40%,优选地至少50%为苯基、甲基或它们的组合。例如至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、至少95%、至少98%或至少99%的R1基团可为苯基、甲基或者它们的组合。在一些实施例中,在一些式I的重复单元中,至少40%、优选地至少50%的R1基团为甲基。例如,至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、至少95%、至少98%或至少99%的R1基团可为甲基。剩余的R1基团可选自卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基、具有至少两个碳原子的烷基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基。
式I中的每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基、烷亚芳基或它们的组合。适宜的亚烷基基团通常具有最多10个碳原子,最多8个碳原子,最多6个碳原子,或最多4个碳原子。示例性的亚烷基基团包括亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基等。适宜的亚芳烷基基团通常包含与具有1至10个碳原子的亚烷基基团相键合的具有6至12个碳原子的亚芳基基团。在一些示例性亚芳烷基基团中,所述亚芳基部分为亚苯基。也就是说,所述二价亚芳烷基基团为亚苯基-亚烷基,其中所述亚苯基与具有1至10,1至8,1至6,或1至4个碳原子的亚烷基键合。结合基团Y,在此所用的“它们的组合”是指选自亚烷基基团和亚芳烷基基团的两个或更多个基团的组合。组合可以是,例如,键合单个亚烷基的单个亚芳烷基(如亚烷基-亚芳基-亚烷基)。在一个示例性的亚烷基-亚芳基-亚烷基组合中,所述亚芳基为亚苯基,并且每个亚烷基具有1至10,1至6,或1至4个碳原子。
化学式I中的每个下标n独立地为0至1500的整数。例如,下标n可以是最多1000,最多500,最多400,最多300,最多200,最多100,最多80,最多60,最多40,最多20,或最多10的整数。n的值通常为至少1,至少2,至少3,至少5,至少10,至少20,或至少40。例如,下标n可在40至1500,0至1000,40至1000,0至500,1至500,40至500,1至400,1至300,1至200,1至100,1至80,1至40,或1至20的范围内。
下标p为1至10的整数。例如,p值往往为最大9、最大8、最大7、最大6、最大5、最大4、最大3或最大2的整数。p的值可在1至8,1至6,或1至4的范围内。
式I中的基团G为残余单元,即等于式R3HN-G-NHR3的二胺化合物减去两个氨基基团(即–NHR3基团)。该二胺可具有伯氨基或仲氨基基团。基团R3为氢或烷基(如具有1至10、1至6或1至4个碳原子的烷基),或R3与G以及它们连接的氮合在一起形成杂环基团(如R3HN-G-NHR3为哌嗪)。在大多数实施例中,R3为氢或烷基。在许多实施例中,该二胺的两个氨基基团都是伯氨基基团(即两个R3基团都是氢),以及式H2N-G-NH2的二胺。
在一些实施例中,G为亚烷基、杂亚烷基、聚二有机硅氧烷、亚芳基、亚芳烷基、烷亚芳基或它们的组合。适宜的亚烷基通常具有2至10,2至6,或2至4个碳原子。示例性的亚烷基基团包括亚乙基、亚丙基、亚丁基等。适宜的杂亚烷基通常为聚氧化烯,诸如含有至少2个亚乙基单元的聚氧乙烯、含有至少2个亚丙基单元的聚氧丙烯,或它们的共聚物。示例性的聚二有机硅氧烷包括但不限于具有亚烷基Y基团的聚二甲基硅氧烷。适宜的亚芳烷基基团通常包含与具有1至10个碳原子的亚烷基基团相键合的具有6至12个碳原子的亚芳基基团。一些示例性的亚芳烷基基团是亚苯基-亚烷基,其中所述亚苯基与具有1至10个碳原子,1至8个碳原子,1至6个碳原子,或1至4个碳原子的亚烷基键合。一些示例性烷亚芳基基团是亚烷基-亚苯基,其中具有1至10个碳原子、1至8个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的亚烷基键合到亚苯基。如本文所用,参考基团G,“它们的组合”是指选自亚烷基、杂亚烷基、聚二有机硅氧烷、亚芳基、亚芳烷基和烷亚芳基的两个或更多个基团的组合。组合可以是例如键合亚烷基的亚芳烷基(如亚烷基-亚芳基-亚烷基)。在一个示例性的亚烷基-亚芳基-亚烷基组合中,所述亚芳基为亚苯基,并且每个亚烷基具有1至10,1至6,或1至4个碳原子。
在一些实施例中,聚二有机硅氧烷-聚酰胺是聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺。所述聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺往往不含其中Ra为亚烷基的式-Ra-(CO)-NH-所示的基团。共聚材料主链上的所有羰基氨基基团都是乙二酰胺基基团(即-(CO)-(CO)-NH-基团)的一部分。也就是说,沿着共聚物质主链的任何羰基基团与另一个羰基基团键合,并且是乙二酰基团的一部分。更具体地,所述聚二有机硅氧烷聚乙二酰胺具有多个乙二酰二胺基团。
聚二有机硅氧烷-聚酰胺是嵌段共聚物并且可为弹性体材料。与许多通常被配制成脆性固体或硬塑料的已知聚二有机硅氧烷-聚酰胺不同的是,所述聚二有机硅氧烷-聚酰胺可配制成以共聚物的重量计包含50重量百分比以上的聚二有机硅氧烷链段。聚二有机硅氧烷-聚酰胺中的二有机基硅氧烷的重量百分比可通过使用更高分子量的聚二有机硅氧烷链段来提高,以使得聚二有机硅氧烷-聚酰胺中的聚二有机硅氧烷链段达60重量百分比以上、70重量百分比以上、80重量百分比以上、90重量百分比以上、95重量百分比以上或98重量百分比以上。可使用更高含量的聚二有机硅氧烷来制备具有较低模量的弹性体材料,同时保持合理的强度。
一些聚二有机硅氧烷聚酰胺可受热到最高至200℃、最高至225℃、最高至250℃、最高至275℃或最高至300℃的温度,而不发生材料的显著降解。例如,当在空气存在下于热重分析仪中加热时,在20℃至350℃范围内以50℃每分钟的速率扫描时,该共聚物通常具有少于10%的重量损失。另外,共聚物往往可在如250℃的温度下在空气中受热1小时,而不发生明显的降解,这可由冷却时无可检测的机械强度损耗来确定。
式I的共聚物材料的某些实施例可以是光学透明的。如本文所用,术语“视觉上澄清的”是指对人眼澄清的材料。光学透明的共聚物材料在400至700nm波长范围内往往具有至少90%的光透射率、低于2%的雾度、低于约1%的不透明度。光透射系数和雾度可使用例如ASTM-D1003-95方法测定。
另外,式I的共聚物材料的某些实施例可具有低折射率。如本文所用,术语“折射率”是指材料(如共聚材料)的绝对折射率物,并且是自由空间中电磁辐射速度与所关注材料中电磁辐射速度的比率。所述电磁辐射是白光。可使用市购自例如美国匹兹堡的赛默飞仪器公司(Fisher Instruments(Pittsburgh,PA)的Abbe折射计来测量折射率。折射率的测定在某种程度上取决于所用的具体折射计。共聚物材料通常具有1.41至1.60范围内的折射率。
聚二有机硅氧烷-聚酰胺可溶于许多普通的有机溶剂中,例如甲苯、四氢呋喃、二氯甲烷、脂族烃(例如,烷烃如己烷)或者它们的混合物。
可用于本公开的含有机硅的聚合物加工助剂组分可具有大于25,000g/mol,大于50,000g/mol,甚至大于100,000g/mol的分子量。这些含有机硅的PPA包括线性、聚二有机硅氧烷-聚酰胺嵌段共聚物、聚二有机硅氧烷含聚氨基甲酸酯共聚物等等。本发明公开的含有机硅的PPA基本上无含氟聚合物、硅氧烷和本身不是“可热熔融加工”的任何其它加工助剂(本文中不是“可热熔融加工”指的是此类材料是具有极低玻璃化转变(Tg)值的流体聚合物,且在室温及室温以上无需增加的温度下流动。
有机硅-聚氨酯共聚物(SPU)无特别限制,并且包括例如包含有机硅嵌段和二酰胺嵌段的嵌段共聚物。在此,术语有机硅-聚脲与有机硅-聚氨酯可互换使用。
二酰胺嵌段可具有两个附接到二价有机基的酰胺官能团(–NHCO–)(诸如,包含1至30个碳原子的烷基基团、环烷基基团和芳基基团)。可从其衍生二酰胺基团的二异氰酸酯化合物的非限制性例子是乙烯二异氰酸酯、1,6-己烯二异氰酸酯、1,12-十二碳烯二异氰酸酯、4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、3,3’-二甲氧基-4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4’-二苯基二异氰酸酯、甲苯-2,6,-二异氰酸酯、甲苯-2,6-二异氰酸酯和甲苯-2,4-二异氰酸酯的混合物、1,4-亚环己基二异氰酸酯、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、3,3’-二苯基-4,4’-亚联苯基二异氰酸酯、4,4’-亚联苯基二异氰酸酯、2,4-二异氰酸二苯醚、2,4-二甲基-1,3-苯二异氰酸酯、4,4’-二苯醚二异氰酸酯、异佛乐酮二异氰酸酯等等,以及上述任意一种的混合物。
有机硅嵌段包括具有通式(Si(R2)2O–)的那些有机硅嵌段,其中R2是选自取代的和未取代的烷基基团、环烷基基团和芳基基团的有机基团,每个R2基团与连接到给定硅原子的其它基团都是相同或不同的,并且具有1至18个碳原子。非限制性例子包括二甲基有机硅、二乙基有机硅和二苯基有机硅。
可用于本公开组合物的聚二有机硅氧烷含聚氨基甲酸酯共聚物(SPU材料类的子组)包含软聚二有机硅氧烷单元、硬多异氰酸酯残基单元、末端基团和任选地软和/或硬有机聚胺残基单元。某些含聚二有机硅氧烷脲的共聚物通常可以商品名“Geniomer 140”购自德国瓦克化学股份有限公司(Wacker Chemie AG(Germany))。多异氰酸酯残基为多异氰酸酯减去-NCO基团,有机聚胺残基为有机聚胺减去-NH基团,多异氰酸酯残基通过脲桥结构连接到聚二有机硅氧烷单元或有机聚胺残基上。端基可以是非官能团或官能团,这取决于聚二有机硅氧烷脲嵌段共聚物的用途。
可用于本发明所公开组合物的聚二有机硅氧烷含聚氨基甲酸酯共聚物包含至少两个式II的重复单元。
在该式II中,每个R独立地为优选具有约1至12个碳原子的烷基部分,并且可被例如三氟烷基或乙烯基基团、乙烯基基团或更高烯基基团取代的部分,其优选由式-R2(CH2)aCH-CH2表示,其中R2是-(CH2)b-或-(CH2)cCH-CH-,a为1,2或3;b为0、3或6;c为3、4或5,环烷基部分具有约6至12个碳原子并且可被烷基、氟代烷基和乙烯基基团取代,或芳基部分优选地具有约6至20个碳原子并且可被例如烷基、环烷基、氟代烷基和乙烯基基团取代,或者R为如美国专利5,028,679中描述的全氟烷基基团,其中此类说明以引用方式并入本文、如美国专利5,236,997中描述的含氟基团,其中此类说明以引用方式并入本文,或如美国专利4,900,474和5,118,775中描述的含全氟醚基团,其中此类说明以引用方式并入本文;优选地,至少50%的R部分是甲基基团,剩余的部分为亚烯基基团、苯基基团或取代的苯基基团、具有1至12个碳原子的一价烷基或取代的烷基基团;各个Z为多价基团,该多价基团为优选地具有约6至20个碳原子的亚芳基或亚芳烷基基团、优选地具有约6至20个碳原子的亚烷基基团或亚环烷基基团,优选地Z为2,6-亚甲苯基、4,4'-亚甲基二亚苯基、3,3'-二甲氧基-4,4'-亚联苯基、四甲基-间亚二甲苯基、4,4'-亚甲基二亚环己基、3,5,5-三甲基-3-亚甲基亚环己基、1,6-六亚甲基、1,4-亚环己基、2,2,4-三甲基亚己基以及它们的混合物;各个Y为多价基团,该多价基团独立地为优选地具有1至10个碳原子的亚烷基基团、优选地具有6至20个碳原子的亚芳烷基基团或亚芳基基团;各个D独立地选自氢、苯基、具有1至10个碳原子的烷基基团以及使包含B或Y的环结构完整而形成杂环的基团;B为选自如下的多价基团:亚烷基、亚芳烷基、亚环烷基、亚苯基、聚环氧烷(包括例如聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷)以及它们的共聚物和混合物;m为0至约1000的数;n为等于或大于1的数;并且p为约5或更大、优选地为约15至2000、更优选地为约30至1500的数。
在使用多异氰酸酯(Z为具有大于2的官能度的基团)和聚胺(B为具有大于2的官能度的基团)中,式I的结构将被修改以反映聚合物主链的支化。使用封端剂时,式II的结构将被修改以反映聚二有机硅氧烷脲链的端部。
基于组合物的总重量计,本文所述含有机硅的加工助剂可以0.01重量%至5.0重量%的重量百分比存在于所述组合物中。更具体地,基于组合物的总重量计,含有机硅的加工助剂可以0.01重量%至0.5重量%的重量百分比存在。
制备聚二有机硅氧烷-聚酰胺共聚物的方法
具有式I的重复单元的线性嵌段共聚物可例如,如WO2010/077480中所讨论的来制备。另外,聚二有机硅氧烷含脲共聚物也可如WO 2010/077480中所讨论的来制备。
增效剂
在本说明书中,合适的增效剂(有时在本领域也被称为“界面剂”),可包含在母料或可挤出的组合物中。界面剂是指热塑性聚合物,其特征在于(1)在挤出温度下为液体状态(或熔融);(2)具有比烃聚合物和加工助剂均低的熔体粘度;和(3)自由润湿组合物中加工助剂颗粒的表面。
此类增效剂的例子包括,但不限于i)有机硅-聚醚共聚物;ii)脂族聚酯,诸如聚(己二酸丁二醇酯)、聚(乳酸)和聚己内酯聚酯(优选地,聚酯不是二元羧酸和聚(氧化烯)聚合物的嵌段共聚物);iii)芳族聚酯,诸如邻苯二甲酸二异丁基酯;iv)聚醚多元醇,诸如聚(四亚甲基醚乙二醇);v)胺氧化物,诸如辛基二甲基氧化胺;vi)羧酸,诸如羟基-丁二酸;vii)脂肪酸酯,诸如脱水山梨糖醇单月桂酸酯和三甘油酯;以及vii)聚(氧化烯)聚合物。如本文所用,术语“聚(氧化烯)聚合物”是指在美国专利4,855,360中描述的那些聚合物和它们的衍生物。此类聚合物包括聚乙二醇类和它们的衍生物
脂族聚酯增效剂的一个实施例是具有1000至32000或更具体地2000至4000范围内的数均分子量的聚己内酯。
增效剂的另一个实施例包括聚(氧化烯)聚合物,如具有在1000至12,000或更具体地5000至10,000范围内的数均分子量的聚乙烯乙二醇聚合物。
增效剂是相对低分子量成分,其对于加工助剂和烃聚合物的特定系统,可改善加工助剂的功效。增效剂可在包括最终熔融成形过程的任一点至最后引入。在一些情况下,加工助剂和增效剂可在两种成分呈现在高浓度情况下的母料步骤中结合(即,基于母料的总重量计大于或等于1重量%)。
在具体实施例中,基于增效剂和加工助剂的总量计,增效剂可以10重量%至70重量%的量、更具体地10重量%至50重量%的量,甚至更具体地10重量%至30重量%的量存在。由实例可看出,申请人发现,上述增效剂与加工助剂的量可在一小时后在消除熔体破裂上给出优异的结果。
其它助剂
功能组分、增粘剂、增塑剂和其它性能调节剂可掺入烃聚合物、加工助剂或本发明所公开组合物的两种组分中。任选的助剂一般不是可热熔融加工的。即,它们在烃聚合物和加工助剂组分熔融并流动的温度下不熔融和流动。
功能组分包括,例如抗静电添加剂、紫外线吸收剂(UVA)、染料、着色剂、颜料、抗氧化剂、增滑剂、低粘附性材料、导电材料、耐磨材料、光学元件、尺寸稳定剂、粘合剂、增粘剂、阻燃剂、磷光材料、荧光材料、纳米颗粒、防涂鸦剂、防露水剂、承重剂、硅酸盐树脂、热解法二氧化硅、玻璃小珠、玻璃泡、玻璃纤维、矿物纤维、粘土颗粒、有机纤维(例如尼龙、KEVLAR)、金属颗粒等等。
功能组分还可包括例如受阻胺光稳定剂。在一般意义上,受阻胺光稳定剂是包含被拥挤空间环境包围的官能团的化合物。一般来讲,受阻胺光稳定剂是一般不吸收紫外线辐射,但起到抑制添加其的聚合物的降解的分子。一般来讲,它们起到减慢光化学引发的聚合物降解反应的作用,在某些方面,类似于抗氧化剂起作用的机理。
在一些实施例中,基于组合物的总重量计,本文所述HALS可以0.01重量%至3重量%的量存在于本文所述组合物中。更具体地,基于组合物的总重量计,本文所述HALS可以0.01重量%至1重量%的量存在于本文所述组合物中。
在一个实施例中,可用于本说明的组合物的受阻胺光稳定剂无特别限制。在一些实施例中,受阻胺光稳定剂选自具有以下通式的化合物:
其中R2选自H和C1至C6烷基基团,z为1至5的整数,并且R1为化合价为z的有机部分。更具体地,R1可以是C1至C20的烷基基团,C1至C20的亚烷基基团(当z大于1时)、C6至C20的芳基基团、C6至C20的亚芳基基团(当z大于1时)、C7至C30的烷芳基基团、C7至C30的亚烷芳基基团(当z大于1时)、C7至C30的烷芳基基团或C7至C30的亚烷芳基基团(当z大于1时)。这些R1基团中的任一个可通过一个或多个氧原子插入(例如,以醚键的形式),可包含一个或多个羰基基团(例如,以酯、酰胺、酮等的形式)和/或可包含一个或多个卤素原子。
HALS的具体例子包括叔受阻胺和芳族胺。叔胺包括那些以商标名称Tinuvin 622(来自BASF公司)购得的物质。芳族胺包括Chimasorb944(购自BASF公司)。其它叔胺包括DABCO(1,2-重氮[2,2,2]二环辛烷,购自Lancaster Synthesis公司)、4-(二甲基氨基)苯甲醛(购自Alfa Aesar)、2-乙基咪唑(购自Alfa Aesar)和4-氰基吡啶(芳族,购自TCI America)。
此类任选的助剂可以每100份烃聚合物和加工助剂总和中最多至100份的量加入,前提条件是如果掺入此类助剂,其不对最终组合物和/或由其制成的制品的功能和功能性产生不利影响。其它的助剂也可掺入到这些系统中,如光漫射材料、光吸收材料和荧光增白剂、阻燃剂、稳定剂、抗氧化剂、相容剂、抗微生物剂(如氧化锌)、电导体、热导体(如氧化铝、氮化硼、氮化铝)和镍颗粒(包括有机和/或无机颗粒),或者它们的任何数量或组合。
本文所讨论的功能组分也可掺入到加工助剂中,前提条件是此类结合对任何所得产品的不利影响未达到不可取的程度。
制备组合物和构造物的工艺
本发明所公开的组合物和构造物可通过本领域已知的溶剂基工艺、通过无溶剂工艺或者通过两种工艺的组合进行制备。
本领域技术人员可预见最佳混合物取决于以下因素:加工助剂的构造和比率、烃聚合物的构造和比率,以及是否添加任何功能组分、助剂或性能调节剂。
此类工艺、变型形式和考虑因素在例如WO 2010/077480中有讨论。
各种制品可使用本发明所公开的组合物制造。这些制品可通过各种方法制造,包括熔融混合烃聚合物和加工助剂以形成组合物,并且模塑组合物(例如,通过吹塑、注塑等等)。可通过分批混合或挤出进行熔融混合。
这些制品包括吹塑薄膜、注塑管材、瓶管配件等等。基于制品的总重量计,使用本发明所公开的组合物制造的制品具有0.01重量%至10重量%范围内的重量百分比的加工助剂。
实施例
在本申请中描述的制品和组合物还由下列实施例表示。
实施例1:一种组合物,其包含:
基于所述组合物的总重量计,50至99.99重量百分比的可熔融加工的热塑性烃聚合物;
含有机硅的聚合物加工助剂;和
增效剂;
其中基于所述增效剂和加工助剂的总量计,所述增效剂以10重量%至70重量%的量存在。
实施例2:根据实施例1所述的组合物,其中所述烃聚合物选自:聚乙烯均聚物、聚丙烯均聚物、改性聚乙烯聚合物、改性聚丙烯聚合物、聚乙烯共聚物、聚丙烯共聚物以及它们的组合。
实施例3:根据实施例1或2所述的组合物,其中所述烃聚合物选自高密度聚合物和低密度聚合物。
实施例4:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中所述烃聚合物是线性低密度聚乙烯。
实施例5:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中所述含有机硅的聚合物加工助剂是有机硅-聚氨酯。
实施例6:根据实施例1至4中任一项所述的组合物,其中含有机硅的加工助剂是有机硅-聚酰胺,所述有机硅-聚酰胺选自:
包含至少两个式I的重复单元的共聚物:
其中每个R1独立地选自:烷基基团、卤代烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧基基团和卤素;
每个Y独立地选自:亚烷基基团、亚芳烷基基团以及它们的组合;
G为二价基团;
每个B独立地选自:共价键、亚芳烷基基团、亚芳基基团、具有4至20个碳原子的亚烷基基团以及它们的组合;n为0至1500的整数;并且p为1至10的整数;并且
每个R3独立地选自:烷基基团、卤代烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧基基团和具有2个或更多个碳原子的亚烷基基团,所述碳原子形成包括R3基团、氮原子和G的杂环。
实施例7:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中基于所述组合物的总重量计,所述含有机硅的加工助剂以0.01重量%至3.0重量%的重量百分比存在。
实施例8:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中基于所述组合物的总重量计,所述加工助剂和增效剂的总重量为0.01重量%至5.0重量%。
实施例9:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中基于所述组合物的总重量计,所述烃聚合物以99.99重量%至95重量%的重量百分比存在。
实施例10:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中所述增效剂选自i)有机硅-聚醚共聚物;ii)脂族聚酯;iii)芳族聚酯;iv)聚醚多元醇;v)氧化胺;vi)羧酸;vii)脂肪酸酯;和vii)聚(氧化烯)聚合物。
实施例11:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中增效剂选自(a)聚乙二醇;和(b)聚己内酯。
实施例12:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中增效剂是聚乙二醇。
实施例13:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中基于所述增效剂和加工助剂的总量计,所述增效剂以10重量%至50重量%的量存在。
实施例14:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其中基于所述增效剂和加工助剂的总量计,所述增效剂以10重量%至30重量%的量存在。
实施例15:根据前述实施例中任一项所述的组合物,其还包含受阻胺光稳定剂,所述受阻胺光稳定剂选自具有以下通式的化合物:
其中R2选自H和C1至C6烷基基团、z为1至5的整数,并且R1是化合价为z的有机部分。
实例
以下实例仅用于说明的目的,不旨在以任何方式限制附带的权利要求书的范围。除非另有说明,实例中的所有份数、百分比、比率等均是按重量计。
材料
母料制备
聚合物加工助剂(PPA)和增效剂母料(MB)使用前端内径为20mm的实验室用、啮合、异向旋转、无排气、空气冷却的、锥形双螺杆挤出机(可从HaakeBuchler以商品名“RHEOMIX TW-100”商购获得)来制备。共混物靠重力喂入挤出机喉部,以38g/min的速率暴露于空气。3区(进料、计量、混合)加上模具挤出机的具体温度的特征分别是170/190/200/200℃。第一“混合”管程,挤出机以150RPM运行。第二管程在相同温度下以90RPM运行,同时大量给料。在每个管程起始处,排放4分钟的“清洗”材料。
通过在袋中大力摇动给定量的颗粒状T-1树脂、1000ppm的抗氧化剂和700ppm的硬脂酸锌来制备2kg或3kg的批量。要评估的助剂以3%的水平作为独立MB来制备。
如贯穿本节所用的,根据本申请的公开,“CE”表示比较例,“EX”表示实例。
熔体破裂消除测试–增效剂(条件A)
使用T-2宿主树脂测试实施例的熔体破裂消除。试验使用具有40mm、24/1、沟槽状进料挤出机的Kiefel吹塑膜生产线(可从新罕布什尔Hampton的Kiefel商购获得)来进行。模具为螺旋设计,直径为40-mm,模头间隙为0.6-mm或0.9-mm(25或36密耳)。在210℃(410℉)、0.9mm(36密耳)间隙、14L/D、10.5kg/h(23lb/h)和220/s条件下,结合7500ppm的“ABT-2500”(Ampacet MB#101558)和1500ppm的芥酸酰胺(Ampacet MB#10090),通过在宿主树脂中测试来制备第一组实例。
在每次评估之前,需要确保吹塑薄膜生产线上不存在来自先前评估的残余含氟聚合物。这通过挤出约9kg的清洗树脂“POLYBATCHKC-15”(可从俄亥俄州Akron的A.Schulman商购获得)完成。然后将基础树脂在初始条件下挤出成膜,最短进行一小时,直到达到预先确定的挤出压力,并且所得薄膜完全熔体破裂。
挤出样品如下制备:称量所需量的加工助剂浓缩物、粒状树脂和其它助剂浓缩物至5加仑容器中,并且在桶形转筒机上混合最少10分钟。下面实例中使用的加工助剂浓缩物可如上所述用Haake双螺杆挤出机制备。
熔体破裂百分比可通过这样测定:取一段平折膜,将其沿边缘打开,测量膜横向上的单独的熔体破裂带(区域),将它们求和,然后除以打开的平折膜的总宽度。
对于测试的每个样品,一旦确定了用于宿主树脂的基线,就将包含PPA的树脂(共混树脂、宿主树脂和助剂浓缩物)加入到挤出机并记录时间。在10分钟间歇处,取得膜样品并且视觉观察熔体破裂消除(%MF),直到膜无MF或直到80分钟标记处。
数据列在表1中。实例示出通过添加增效剂到PA-2和PA-3中所获得的性能上的改善。
表1
*表1中所有实例使用T-2树脂。
熔体破裂消除测试–增效剂比率
实例4-10
PEG和PA-2的各自母料可如上述制备,使用聚乙二醇作为增效剂并且保持加工助剂和增效剂的总量(以ppm)恒定在1500ppm。在条件A下,MB降到用于熔体破裂消除测试的吹塑膜生产线的最终水平,不同的是使用新近镀镍的模具。结果列于表2中。
表2
CE7 | EX4 | EX5 | EX6 | EX7 | EX8 | CE8 | |
PA-2水平(ppm) | 1500 | 1350 | 1070 | 750 | 450 | 150 | 0 |
增效剂水平(ppm) | 0 | 150 | 430 | 750 | 1050 | 1350 | 1500 |
重量%增效剂(相比于总PPA+增效剂) | 0 | 10 | 29 | 50 | 70 | 90 | 100 |
时间(min) | |||||||
0 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
10 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
20 | 94 | 92 | 93 | 97 | 100 | 100 | 100 |
30 | 78 | 36 | 52 | 85 | 99 | 100 | 100 |
40 | 42 | 8 | 10 | 55 | 90 | 100 | 100 |
50 | 16 | 2 | 2 | 14 | 75 | 100 | 100 |
60 | 0 | 0 | 0.1 | 3 | 30 | 98 | 94 |
Claims (15)
1.一种组合物,其包含:
基于所述组合物的总重量计,50至99.99重量百分比的可熔融加工的热塑性烃聚合物;
含有机硅的聚合物加工助剂;和
增效剂;
其中基于所述增效剂和加工助剂的总量计,所述增效剂以10重量%至70重量%的量存在。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述烃聚合物选自:聚乙烯均聚物、聚丙烯均聚物、改性聚乙烯聚合物、改性聚丙烯聚合物、聚乙烯共聚物、聚丙烯共聚物以及它们的组合。
3.根据权利要求1或2所述的组合物,其中所述烃聚合物选自高密度聚合物和低密度聚合物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述烃聚合物是线性低密度聚乙烯。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述含有机硅的聚合物加工助剂是有机硅-聚氨酯。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物,其中所述含有机硅的加工助剂是有机硅-聚酰胺,所述有机硅-聚酰胺选自:
包含至少两个式I的重复单元的共聚物:
其中每个R1独立地选自:烷基基团、卤代烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧基基团和卤素;
每个Y独立地选自:亚烷基基团、亚芳烷基基团以及它们的组合;
G为二价基团;
每个B独立地选自:共价键、亚芳烷基基团、亚芳基基团、具有4至20个碳原子的亚烷基基团以及它们的组合;n为0至1500的整数;并且p为1至10的整数;并且
每个R3独立地选自:烷基基团、卤代烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧基基团和具有2个或更多个碳原子的亚烷基基团,所述碳原子形成包括R3基团、氮原子和G的杂环。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中基于所述组合物的总重量计,所述含有机硅的加工助剂以0.01重量%至3.0重量%的重量百分比存在。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中基于所述组合物的总重量计,所述加工助剂和所述增效剂的总重量为0.01重量%至5.0重量%。
9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中基于所述组合物的总重量计,所述烃聚合物以99.99重量%至95重量%的重量百分比存在。
10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述增效剂选自i)有机硅-聚醚共聚物;ii)脂族聚酯;iii)芳族聚酯;iv)聚醚多元醇;v)氧化胺;vi)羧酸;vii)脂肪酸酯;和vii)聚(氧化烯)聚合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述增效剂选自(a)聚乙二醇;和(b)聚己内酯。
12.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中所述增效剂是聚乙二醇。
13.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中基于所述增效剂和加工助剂的总量计,所述增效剂以10重量%至50重量%的量存在。
14.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其中基于所述增效剂和加工助剂的总量计,所述增效剂以10重量%至30重量%的量存在。
15.根据前述权利要求中任一项所述的组合物,其还包含受阻胺光稳定剂,所述受阻胺光稳定剂选自具有以下通式的化合物:
其中R2选自H和C1至C6烷基基团,z为1至5的整数,并且R1是化合价为z的有机部分。
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