CN107001786B - 聚合材料 - Google Patents

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Abstract

一种组合物,其包含:(i)聚合材料(A),其具有下式的重复单元‑(O‑Ph)n‑O‑Ph‑O‑Ph‑CO‑Ph‑I和下式的重复单元‑O‑Ph‑Ph‑O‑Ph‑CO‑Ph‑II其中Ph表示亚苯基部分并且n表示0或1;和(ii)聚合添加剂,其包含以下各项中的一种或多种:(a)聚碳酸酯;和/或(b)聚合材料(B),其包括以下通式的重复单元
Figure DDA0001322881460000011
其中R1和R2独立地表示氢原子或任选地经取代的(优选地未经取代的)烷基,并且R3和R4独立地表示氢原子或任选地经取代的烷基、含酐部分或含烷氧基羰基部分。

Description

聚合材料
本发明涉及聚合材料并且尤其(但并非排他性地)涉及包含聚合材料的组合物。
聚醚醚酮(polyetheretherketone;PEEK)为极其熟知的市售高效热塑性聚合物。其具有极佳机械性质。此外,由于其高结晶度,其为高度耐化学性的。因此,其广泛用于具有挑战性的应用中,例如油工业和航空中。
对一些应用而言,期望由聚合材料制备极薄壁(例如厚度小于3mm或甚至小于1mm)零件。为达成此期望,所用热塑性聚合材料需要在其熔融处理温度下足够地流动(例如具有高熔融流动指数(MFI)),以填充经过配置以界定薄壁零件的模具。
PEEK的流动性可通过产生具有较低熔融粘度(MV)的PEEK来改良(即其MFI增加)。然而,降低PEEK的MV也导致PEEK的机械性质的逐渐恶化,直到达到最小MV,其中聚合物具有弱机械性质和/或为脆性的。
已知产生包含PEEK和添加剂的组合物意图降低PEEK的粘度并且进而改良其流动性。然而,包含添加剂的组合物与原始的PEEK的结晶度相比可具有降低的结晶度。因此,所述组合物可具有降低的耐化学性,意指它们不适用于或较不适用于具有挑战性的应用。另外,聚合材料的多种添加剂在PEEK的相对高处理温度下(PEEK具有343℃的熔融温度(Tm))分解或以其它方式不利地被影响,并且因此在任何情况下无法与PEEK熔融复合。
本发明的优选实施例的一个目标是解决上文所描述的问题。
本发明的优选实施例的一个目标是提供可用以制造具有极佳机械性质和耐化学性质的薄壁零件的组合物。
根据本发明的第一方面,提供一种组合物,其包含:
(i)聚合材料(A),其具有下式的重复单元
-(O-Ph)n-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式的重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分并且n表示0或1;和
(ii)聚合添加剂,其中所述聚合添加剂选自包含以下各项的群组:
(a)聚碳酸酯;和
(b)聚合材料(B),其包括以下通式的重复单元
Figure BDA0001322881450000021
其中R1和R2独立地表示氢原子或任选地经取代的(优选地未经取代的)烷基,并且R3和R4独立地表示氢原子或任选地经取代的烷基、含酐部分或含烷氧基羰基部分。
出人意料地发现如所描述的组合物与原始的聚合材料(A)的熔融粘度相比具有显著降低的熔融粘度,同时大体上维持聚合材料(A)的结晶度和机械性质。
所述聚合材料(A)优选地为半结晶。技术人员可容易地评估聚合物是否是半结晶,例如通过广角X射线衍射(还称为广角X射线散射或WAXS)或通过差示扫描热量测定(DSC)。一个优选方法描述于实例12中。
在一些实施例中组合物优选地包含至少60wt%聚合材料(A),更优选地至少70wt%聚合材料(A),甚至更优选地至少75wt%聚合材料(A),甚至更优选地至少78wt%聚合材料(A),最优选地至少80wt%聚合材料(A)。在一些实施例中组合物优选地包含至多99wt%聚合材料(A),更优选地至多95wt%聚合材料(A),更优选地至多90wt%聚合材料(A),甚至更优选地至多85wt%聚合材料(A),最优选地至多80wt%聚合材料(A)。这些优选值使得组合物的机械性质能够进一步改良。
在聚合材料(A)中,所述重复单元I和II的相对摩尔比例I:II优选地呈65:35至95:5、更优选地70:30至85:15。
每一重复单元I和II中的亚苯基部分(Ph)可独立地具有与其键结的原子的1,4-对位键或1,3-间位键。在亚苯基部分包括1,3-键的情况下,所述部分将在聚合物的非晶相中。结晶相将包括具有1,4-键的亚苯基部分。在许多应用中,聚合材料(A)优选地为高度结晶状,并且因此聚合材料(A)优选地包括高含量的具有1,4-键的亚苯基部分。
在一个优选实施例中,式I重复单元中的亚苯基部分(Ph)的数量的至少95%,优选地至少99%具有与其键结的部分的1,4-键。特别优选地,式I重复单元中的每一亚苯基部分具有与其键结的部分的1,4-键。
在一个优选实施例中,式II重复单元中亚苯基部分(Ph)数目的至少95%,优选地至少99%具有与其键结的部分的1,4-键。特别优选地,式II重复单元中的每一亚苯基部分具有与其键结的部分的1,4-键。
优选地,式I重复单元中的亚苯基部分未经取代。优选地,式II重复单元中的亚苯基部分未经取代。
优选地,在所述聚合材料(A)中n=0。
式I的所述重复单元宜具有以下结构
Figure BDA0001322881450000031
式II的所述重复单元宜具有以下结构
Figure BDA0001322881450000032
所述聚合材料(A)可包括至少68mol%,优选地至少71mol%的式IV的重复单元。特别有利的聚合物可包括至少72mol%或尤其至少74mol%的式IV的重复单元。所述聚合材料(A)可包括少于90mol%、适合地82mol%或少于82mol%的式IV的重复单元。所述聚合材料(A)可包括68至82mol%、优选地70至80mol%、更优选地72至77mol%的式IV的单元。
所述聚合材料(A)可包括至少10mol%,优选地至少18mol%的式V的重复单元。所述聚合材料(A)可包括小于32mol%,优选地小于29mol%的式V的重复单元。特别有利的聚合物可包括28mol%或小于28mol%;或26mol%或小于26mol%的式V的重复单元。所述聚合材料(A)可包括18至32mol%、优选地20至30mol%、更优选地23至28mol%的式V的单元。
所述聚合材料(A)中式IV和V的单元的mol%的总和适合地为至少95mol%,优选地至少98mol%,更优选地至少99mol%并且尤其为约100mol%。
定义为式IV单元的mol%除以式V单元的mol%的比可在1.8至5.6范围内,适合地在2.3至4范围内,并且优选地在2.6至3.3范围内。
所述聚合材料(A)的Tm可小于330℃,适合地小于320℃,优选地小于310℃。在一些实施例中,Tm可小于306℃。Tm可大于280℃,或大于290℃、295℃或300℃。Tm优选地在300℃至310℃范围内。Tm可如实例12中所描述测量。
在一个优选实施例中,所述聚合材料(A)的Tg在145℃至155℃范围内,Tm在300℃至310℃范围内并且Tm与Tg之间的差在145℃至165℃范围内。Tg宜如实例12中所描述测定。
所述聚合材料(A)如在实例12中所描述测量可具有至少23%的结晶度。通过WAXS测量的结晶度(如Blundell和Osborn所描述,上文)也可为至少23%。
所述聚合材料(A)(如在实例9中所描述测量宜具有至少170Pa.s的熔融粘度(MV),优选地具有至少180Pa.s、更优选地至少190Pa.s、尤其至少200Pa.s的MV。MV可小于350Pa.s或小于300Pa.s。
所述聚合添加剂优选地为非结晶的。所述聚合添加剂优选地为非晶型。
所述聚合添加剂可具有至少100℃,优选地至少120℃的软化点(有时等于Tm,即使由于添加剂不为结晶的不存在渐变Tm)。软化点可小于200℃。所述聚合添加剂在200℃的温度下,例如在170℃下优选地为流体(即其流动)。
所述聚合添加剂根据ISO11358通过热解重量分析(TGA)或如在《聚合物的热分析-原理和应用(Thermal analysis of polymers-fundamentals&applications)》.编者Joseph D Menczel和R Bruce Prime,Wiley-Blackwell,第1版2009.中所描述测量,可具有小于400℃,例如小于390℃的分解温度。在所述聚合添加剂为如描述于(ii)(b)中的聚合材料(B)的情况下,所述聚合添加剂可具有小于350℃或甚至小于330℃的分解温度,分解的起始可小于380℃在所述聚合添加剂为如描述于(ii)(b)中的聚合材料(B)的情况下,所述聚合添加剂可在小于320℃或甚至小于300℃的温度下展示分解起始。
在一些实施例中,组合物优选地包含至少0.5wt%所述聚合添加剂,更优选地至少1wt%所述聚合添加剂,甚至更优选地至少5wt%所述聚合添加剂,甚至更优选地至少10wt%所述聚合添加剂,甚至更优选地至少15wt%所述聚合添加剂,最优选地至少20wt%所述聚合添加剂。组合物优选地包含至多40wt%所述聚合添加剂,更优选地至多30wt%所述聚合添加剂,甚至更优选地至多25wt%所述聚合添加剂,最优选地至多20wt%所述聚合添加剂。这些优选值使得组合物的亮度和机械性质能够进一步改良。
所述聚合材料(A)和所述聚合添加剂优选地为大致上不可混溶的。宜呈现至少两个Tg。
所述聚合添加剂优选地不包括任何氯原子。所述聚合添加剂优选地不包括任何氟原子。所述聚合添加剂优选地不包括任何卤素原子。
所述聚合添加剂优选地不包括任何氮原子。其优选地不包括任何硫原子。其优选地不包括任何硅原子。
优选地,所述聚合添加剂包括碳、氢和氧原子。优选地,包括于所述聚合添加剂中的仅有的原子为碳、氢和氧原子。
当所述聚合添加剂为如描述于(ii)(a)中的聚碳酸酯时,所述聚碳酸酯优选地为热塑性聚合物。其优选地为芳香族。其在其聚合物主链中优选地包括未经取代的苯基部分。其在聚合物主链中优选地包括键联到-O-C(O)-部分(即碳酸酯部分)的未经取代的苯基部分。其在聚合物主链中优选地包括二苯基部分。所述二苯基部分优选地为未经取代的。
所述聚碳酸酯宜衍生自与碳酸酯前驱体反应的二羟酚。优选地,所述聚碳酸酯衍生形成2,2-双(4-羟苯基)丙烷(即双酚A)。所述聚碳酸酯优选地包括下式的重复单元
Figure BDA0001322881450000051
适合地,所述聚碳酸酯包括至少50wt%、优选地至少75wt%、更优选地至少90wt%、尤其至少95wt%的式VI的重复单元。所述聚碳酸酯优选地基本上由式VI的重复单元组成。
所述聚碳酸酯的分子量(MW)可为至少20,000,优选地至少25,000。分子量可小于100,000,例如小于50,000或小于40,000。
所述聚碳酸酯根据ISO1133可具有至少3cm3/10mins,优选地至少5cm3/10mins的熔融体积-流动速率(MVR)(300℃/1.2kg)。MVR可小于10cm3/10mins,例如小于8cm3/10mins。
所述聚碳酸酯根据ISO11357-1/-2可具有至少130℃、例如至少140℃的Tg(10℃/min)。Tg可小于165℃。
所述聚碳酸酯根据ISO306可具有至少135℃、例如至少145℃的维卡软化温度(Vicat Softening temperature)(50℃/h,50N)维卡软化温度可小于180℃或小于160℃。
当所述聚合添加剂为如描述于(ii)(b)中的聚合材料(B)时,所述聚合添加剂可具有小于0℃、优选地小于-20℃、例如小于-40℃的Tg。
如描述于(ii)(b)中的所述聚合材料(B)可具有大于100℃的软化点。软化点可小于160℃。
所述聚合材料(B)的断裂伸长率可大于450%。
所述聚合材料(B)的拉伸强度可大于9000KPa。
在所述聚合材料(B)的通式III的所述重复单元中,R1和R2可独立地选自氢原子和C1-4,优选地C1-2未经取代的烷基部分。优选地,R1和R2两者均表示氢原子。
适合地,R3和R4独立地表示氢原子、未经取代的C1-10烷基、含烷氧基羰基部分(例如含C1-4烷氧基羰基部分)或含酐部分(例如含环状酐部分)。
适合地,R3表示氢原子或C1-4烷基,其优选地为未经取代的。
适合地,R4表示C1-10烷基或含烷氧基羰基部分。当其为含烷氧基羰基部分时,所述羰基部分优选地直接共价键结到式III中的-CR3R4-部分中的碳原子。当其为含烷氧基羰基部分时,所述部分可具有下式
Figure BDA0001322881450000061
其中星形碳原子表示共价键结到-CR3R4-部分中的碳原子的原子。
R6可表示C1-10烷基部分(尤其未经取代的部分),优选地C1-6烷基部分(尤其未经取代的部分),更优选地C1-4烷基部分(尤其未经取代的部分)。
在一个实施例中,R6可表示丁基;在另一实施例中,其可表示甲基。
当R4为例如如所描述的式VII的含烷氧基羰基部分时,所述聚合材料(B)可为丙烯酸酯核壳型聚合物。其可包括核,所述核包含聚丙烯酸烷基酯。适合地,所述聚丙烯酸烷基酯中的烷基部分为C1-6、例如C2-5、尤其C3-4未经取代的烷基部分。核可包含聚丙烯酸丁酯。核可包括下式的重复单元(在重复单元的任何交联之前)
Figure BDA0001322881450000062
适合地,其中R6如所描述,但优选地为未经取代的丁基,并且R3可如所描述,但优选地为氢原子。
当所述聚合材料(B)为核壳型聚合物时,核可如所描述并且壳可具有式VIII,其中优选地,R6表示C1-4、更优选地C1-2未经取代的烷基部分并且R3表示氢原子或C1-2基团,尤其甲基。
所述聚合材料(B)可包括70至90wt%(优选地76至84wt%)的所述核和10至30wt%(优选地16至24wt%)的所述壳。
在一个实施例(I)中,聚合材料(B)可包含核壳聚合物,其中核包含丙烯酸烷基酯(尤其丙烯酸丁酯)并且壳包含丙烯酸烷基酯(尤其聚甲基丙烯酸甲酯)。
在一个实施例(II)中,R4可表示含酐部分。含酐部分可为环状酐,例如5或6元环的一部分。其优选地包含顺丁烯二酸酐部分。
在一实施例(III)中,所述聚合材料(B)可包含共聚物,所述共聚物可包括通式III的第一重复单元和通式III的第二重复单元。
通式III的所述第一重复单元可包括R4基团,其表示含酐部分。含酐部分可为环状酐,例如5或6元环的一部分。R4优选地包含顺丁烯二酸酐部分。酐部分可直接共价键结到在以下-C*R3R4-部分为星形的碳原子。
在所述第一重复单元中,R1、R2和R3可如本文所描述。优选地,其独立地选自氢原子和C1-4、尤其C1-2未经取代的烷基。优选地,在所述第一重复单元中R1、R2和R3表示氢原子。
在所述实施例(III)的通式III的所述第二重复单元中,R4可包含任选地经取代的,优选地未经取代的C2-14(例如C2-8)烷基、烯基或炔基。优选地,R4表示未经取代的C2-12(例如C2-8)烷基。更优选地,R4表示未经取代的C3-12(例如C4-8)烷基。优选烷基为直链。在一个尤其优选实施例中,R4表示C5-7、尤其C6烷基。
在所述第二重复单元中,R1、R2和R3可如本文所描述。优选地,其独立地选自氢原子和C1-4、尤其C1-2未经取代的烷基。优选地,在所述第一重复单元中R1、R2和R3表示氢原子。
在所述实施例(III)中,所述第一重复单元可包含:
Figure BDA0001322881450000071
在所述实施例(III)中,辅助第二重复单元可包含:
Figure BDA0001322881450000072
在所述组合物中,所述聚合材料(A)的wt%除以所述组合物中所有聚合材料的wt%的比优选地为至少0.75,优选地至少0.82,更优选地至少0.87。所述比可小于0.98或小于0.94。
在所述组合物中,所述聚合材料(A)的wt%除以所述聚合材料(A)和所述聚合添加剂的wt%的总和的比优选地至少为0.75,优选地至少为0.82,更优选地至少为0.87。所述比可小于0.98或小于0.94。
在所述组合物中的一些实施例中,所述聚合材料(A)和所述聚合添加剂的wt%的总和优选地表示所述组合物的至少90wt%、更优选地至少95wt%、尤其至少99wt%。因此,所述组合物可主要由聚合材料(A)和所述聚合添加剂组成。在一些优选实施例中,所述组合物可由聚合材料(A)和所述聚合添加剂组成。
所述组合物优选地包括如(ii)(a)中所描述的聚碳酸酯或如(ii)(b)中所描述的聚合材料(B)。优选地,所述组合物不包括如(ii)(a)中所描述的聚碳酸酯和如(ii)(b)中所描述的聚合材料(B)两者。所述聚合添加剂优选地由如(ii)(b)中所描述的聚合材料(B)组成。
所述组合物优选地仅包括两种热塑性材料-所述聚合材料(A)和选自所述聚碳酸酯和所述聚合材料(B)的一种化合物。为避免疑问,所述聚合材料(B)可为如所描述的核壳聚合物。
所述组合物优选地包括所述聚合材料(B)。尤其优选的聚合材料(B)为所述实施例(III)的所述聚合材料(B)。
所述组合物如实例12中所描述测量可具有至少20%、优选地至少22%、更优选地至少24%的结晶度。结晶度可小于30%。
所述组合物根据ISO527测量可具有至少65MPa,优选地至少70MPa的拉伸强度。拉伸强度优选地在70-90MPa范围内。
所述组合物根据ISO178测量可具有至少110MPa的挠曲强度。挠曲强度优选地在115-145MPa范围内,更优选地在115-140MPa范围内。
所述组合物根据ISO178测量可具有至少2GPa,优选地至少2.5GPa的挠曲模数。挠曲模数优选地在2.5-4GPa范围内
所述组合物如实例9中所描述测量宜具有小于225Pa.s、优选地小于205Pa.s、更优选地小于190Pa.s、甚至更优选地小于185Pa.s的熔融粘度。
所述组合物和所述聚合材料(A)的MV之间的差优选地至少为30Pa.s。
所述组合物的结晶度减去所述聚合材料(A)的结晶度宜大于-3,优选地大于-2。
有利的是,发现所述组合物较亮(即如实例10中所描述测量具有较高L*。因此,所述组合物当如上所述测量时可具有至少75,优选地至少80的L*。所述组合物的L*除以所述聚合材料(A)的L*的比优选地至少为1.05,更优选地至少为1.10,尤其至少1.12。
所述组合物优选地包含所述聚合材料(A)和所述聚合添加剂的均匀掺合物。所述掺合物可通过熔融处理,例如通过挤压制备。
所述组合物可呈丸粒或颗粒的形式提供。所述丸粒或颗粒宜包含所述组合物的至少90wt%,优选地至少95wt%,尤其至少99wt%。丸粒或颗粒可具有小于10mm、优选地小于7.5mm、更优选地小于5.0mm的最大尺寸。
在一个实施例中,所述组合物可为可包括所述组合物和填料的复合材料的一部分。所述填料可包括纤维填料或非纤维填料。所述填料可包括纤维填料和非纤维填料两者。所述纤维填料可为连续或不连续的。
所述纤维填料可选自无机纤维材料、非熔融和高熔点有机纤维材料,如芳纶纤维和碳纤维。
所述纤维填料可选自玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、氟碳树脂纤维和钛酸钾纤维。优选纤维填料为玻璃纤维和碳纤维。
纤维填料可包含纳米纤维。
所述非纤维填料可选自云母、硅石、滑石、氧化铝、高岭土、硫酸钙、碳酸钙、氧化钛、铁氧体、粘土、玻璃粉末、氧化锌、碳酸镍、氧化铁、石英粉末、碳酸镁、氟碳树脂、石墨、碳粉末、纳米管和硫酸钡。非纤维填料可呈粉末或片状粒子形式引入。
优选地,所述填料包含一种或多种选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳黑和氟碳树脂的填料。更优选地,所述填料包含玻璃纤维或碳纤维。所述填料优选地包含玻璃纤维。
如所描述的复合材料可包括至少40wt%、或至少50wt%的填料。所述复合材料可包括70wt%或低于70wt%、或60wt%或低于60wt%的填料。
在一些实施例中,所述组合物可优选地进一步包含一种或多种抗氧化剂,如酚系抗氧化剂(例如十八基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)-丙酸酯)、有机亚磷酸酯类抗氧化剂(例如三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)和/或仲芳香族胺抗氧化剂。在一些优选实施例中,所述组合物可包含聚合材料(A)、所述聚合添加剂(优选地如(ii)(b)中所描述的聚合材料(B))以及一种或多种抗氧化剂。在一些优选实施例中,所述组合物可由聚合材料(A)、所述聚合添加剂(优选地如(ii)(b)中所描述的聚合材料(B))以及一种或多种抗氧化剂组成。
在一些实施例中,所述组合物可为复合材料的一部分,所述复合材料可包括所述组合物和以下各项中的一种或多种:稳定剂,如光稳定剂和热稳定剂;处理助剂;颜料;UV吸收剂;润滑剂;塑化剂;流动调节剂;阻燃剂;染料;着色剂;抗静电剂;增量剂;金属去活化剂;导电性添加剂,如碳黑和碳纳米纤维。
根据本发明的第二方面,提供制备根据第一方面的组合物的方法,所述方法包含:
(a)选择根据第一方面的聚合材料(A);
(b)选择根据第一方面的聚合添加剂;
(c)在熔融处理设备中熔融处理所述聚合材料(A)和聚合添加剂,进而产生所述组合物,其中,所述聚合材料(A)和所述聚合添加剂宜均匀地混合。
在所述方法中,聚合添加剂优选地不经历大于330℃的温度。优选地,在所述方法中所述聚合添加剂的温度不超过330℃。
在步骤(a)中选择的所述聚合材料(A)优选地具有至少20%,优选地至少23%的结晶度,或可结晶以具有至少20%,优选地至少23%的结晶度。
第二方面的本发明延伸至制备如所描述的组合物的方法,所述组合物与所述聚合材料(A)的L*相比具有增加的L*,适合地当L*如下文所描述评估时。本发明宜包含如所描述的步骤(a)、(b)和(c)。L*可增加了至少7个或至少10个单位。所述方法可包含制备如所描述的组合物,所述组合物具有至少75,优选地至少80的L*。
本发明延伸至制备组合物的方法,所述组合物包含根据第一方面的聚合材料(A)且其如实例9中所描述测量具有小于225Pa.s、优选地小于205Pa.s、更优选地小于190Pa.s的MV,其中所述方法包含所述第二方面的步骤(a)、(b)和(c)。
所述方法可进一步包含达成如所描述的所述MV以及所述组合物的至少20%、优选地至少22%、更优选地至少24%的结晶度。
在第二方面的方法中,可制备如描述于第一方面中的丸粒或颗粒。
本发明在第三方面中延伸至包含如描述于第一方面中或在第二方面的方法中制备的组合物和/或丸粒或颗粒的封装。
所述封装可包括至少1kg、适合地至少5kg、优选地至少10kg、更优选地至少14kg的所述组合物的材料。所述封装可包括1000kg或小于1000kg,优选地500kg或小于500kg的所述组合物。优选的封装包括10至500kg的所述组合物。
所述封装中的所述组合物可呈粉末或颗粒形式。
所述封装可包含封装材料(其意图丢弃或再使用)和所期望材料(其宜包含所述组合物)。所述封装材料优选地大体上完全包封所述所期望材料。所述封装材料可包含第一收纳器,例如柔性收纳器,如塑料袋,其中布置所述所期望材料。第一收纳器可含于第二收纳器内,例如在如纸板盒的盒中。
本发明在第四方面中延伸至组件,所述组件包含,优选地基本上由根据第一方面或在所描述的方法中制备的组合物组成。所述组件可为射出成型组件或挤压组件。
本发明在第五方面中延伸至制备如所描述的组件的方法,所述方法包含选择根据第一方面的组合物和例如通过射出成型或挤压熔融处理所述组合物以界定组件。组件可如第四方面中所描述。
根据本发明的第六方面,提供一种组合物,其包含:
(i)聚合材料(A),其具有下式的重复单元
-(O-Ph)n-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式的重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分并且n表示0或1;和
(ii)聚合添加剂,其包含以下各项中的一种或多种:
(a)聚碳酸酯;和/或
(b)聚合材料(B),其包括以下通式的重复单元
Figure BDA0001322881450000111
其中R1和R2独立地表示氢原子或任选地经取代的(优选地未经取代的)烷基,并且R3和R4独立地表示氢原子或任选地经取代的烷基、含酐部分或含烷氧基羰基部分。
根据本发明的第七方面,提供一种组合物,其包含:
(i)聚合材料(A),其具有下式的重复单元
-(O-Ph)n-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式的重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分并且n表示0或1;和
(ii)含硅聚合材料。
出人意料地发现如所描述的组合物与原始的聚合材料(A)和在本申请中测试的其它样品相比具有显著较高的拉伸伸长率和缺口冲击性强度(Notched Izod ImpactStrength)性质。
所述组合物可具有第一方面的组合物的任何特征。举例来说,第七方面的聚合材料(A)可具有第一方面的聚合材料(A)的任何特征。
优选地含硅聚合材料包含有含硅接枝共聚物。优选地含硅接枝共聚物为核壳型共聚物。在本发明的上下文中核壳型聚合物或共聚物配置成具有最内层(核)和一个或多个覆盖核的层(壳)。核壳型共聚物一般通过将作为壳的可共聚单体组分与核的聚合组分接枝共聚合而获得。
优选地含硅接枝共聚物包含聚有机硅氧烷组分。所述聚有机硅氧烷组分可有利地包含聚有机硅氧烷橡胶。
聚有机硅氧烷组分可通过使有机硅氧烷与多官能交联剂在乳液聚合方法中反应来制备。也有可能通过添加合适的不饱和有机硅氧烷将接枝活性部位插入至含硅聚合材料中。有机硅氧烷一般为环状的,环结构优选地含有3至6个Si原子。实例包括六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、三甲基三苯基环三硅氧烷、四甲基四苯基环四硅氧烷、八苯基环四硅氧烷,其可单独或呈两个或多于两个此类化合物的混合物的形式使用。以含硅聚合材料的重量计,有机硅氧烷组分可在含硅聚合材料中以至少70wt%,优选地至少75wt%的量存在。
合适的交联剂为三或四官能硅烷化合物。优选实例包括三甲氧基甲基硅烷、三乙氧基苯基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷。
优选地含硅接枝共聚物的所述核包含聚有机硅氧烷组分。所述核优选地进一步包含以下各项中的一种或多种:聚丁二烯、聚异戊二烯、聚(丙烯酸烷基酯)(如聚(丙烯酸丁酯)、聚(丙烯酸2-乙基己酯)和丙烯酸丁酯/丙烯酸2-乙基己酯共聚物)、丁二烯/丙烯酸复合物、苯乙烯/丁二烯共聚物、乙烯/α-烯烃共聚物(如乙烯/丙烯共聚物、乙烯/丁烯共聚物和乙烯/辛烯共聚物)、乙烯/丙烯酸共聚物、和/或氟橡胶。
在一些优选实施例中,所述核替代地或另外包含穿插聚合物网络(IPN;interpenetrating polymer network)类型复合橡胶。优选地所述复合类型橡胶包含聚有机硅氧烷橡胶和聚(丙烯酸烷基酯)橡胶。
优选地含硅接枝共聚物的所述壳包含一种或多种聚合组分,所述聚合组分经由含硅接枝共聚物的核的聚合组分与一种或多种化合物接枝共聚合而形成。优选地含硅接枝共聚物的所述壳包含以下各项中的一种或多种:聚合芳香族乙烯基化合物、聚合乙烯基氰化合物、聚合(甲基)丙烯酸酯化合物、聚合(甲基)丙烯酸化合物、和聚合含环氧树脂基团(甲基)丙烯酸酯化合物,如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯;聚合顺丁烯二酰亚胺化合物,如顺丁烯二酰亚胺、N-甲基顺丁烯二酰亚胺和N-苯基顺丁烯二酰亚胺;和/或聚合α,β-不饱和羧酸化合物,如顺丁烯二酸、反丁烯二酸和衣康酸(itaconic acid),和其酐(例如,顺丁烯二酸酐)。更优选地含硅接枝共聚物的所述壳包含以下各项中的一种或多种:聚合芳香族乙烯基化合物、聚合乙烯基氰化合物、聚合(甲基)丙烯酸酯化合物以及聚合(甲基)丙烯酸化合物。最优选地为聚合(甲基)丙烯酸酯化合物。(甲基)丙烯酸酯化合物的实例包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯以及(甲基)丙烯酸辛酯。其中优选的为(甲基)丙烯酸甲酯和(甲基)丙烯酸乙酯并且最优选的为(甲基)丙烯酸甲酯。如本文所使用的术语“(甲基)丙烯酸”或“(甲基)丙烯酸酯”包含地意指“丙烯酸”和“甲基丙烯酸”或包含地意指“丙烯酸酯”和“甲基丙烯酸酯”。
在一些实施例中,以组合物的总重量计,优选地组合物包含至少0.5wt%所述含硅聚合材料,更优选地至少1wt%所述含硅聚合材料,甚至更优选地至少5wt%所述含硅聚合材料,甚至更优选地至少10wt%所述含硅聚合材料,甚至更优选地至少15wt%所述含硅聚合材料,最优选地至少20wt%所述含硅聚合材料。优选地,以组合物的总重量计,组合物包含至多40wt%所述含硅聚合材料,更优选地至多30wt%所述含硅聚合材料,甚至更优选地至多25wt%所述含硅聚合材料,最优选地至多20wt%所述含硅聚合材料。这些优选值使得组合物的亮度和机械性质能够进一步改良。
现将借助于实例描述本发明的具体实施例。
下文中提及以下材料:
化合物B-指的是获自陶氏化学(Dow Chemicals)的Paraloid EXL3361(商标)甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)核壳共聚物。
化合物C-指的是获自陶氏化学的Paraloid EXL3808(商标)顺丁烯二酸酐官能化乙烯辛烷共聚物。
化合物D-指的是获自拜耳(Bayer)的Makrolon 3108(商标)聚碳酸酯。
化合物E-指的是获自BASF的PPSU,即Ultrason P3010(商标)。
化合物F-指的是获自Kaneka的Kane Ace(商标)MR01。
化合物G-指的是获自Kaneka的Kane Ace(商标)MR02。
添加剂A=工艺和热稳定剂,Irgafos 168(商标)(获自BASF)。
添加剂B=工艺和热稳定剂,Irganox 1076(商标)(获自BASF)。
在以下描述中,实例1描述制备共聚物。实例2至14描述制备用于测试的组合物任选地包括共聚物,并且实例15描述所述组合物的射出成型。实例16至19描述在组合物和/或由其制备的零件上进行的评估。
实例1-制备聚醚醚酮(PEEK)-聚醚二苯基醚酮(PEDEK)共聚物
向装配有盖子、搅拌器/搅拌器引导件、氮气入口和出口的300升容器中装入二苯砜(125.52kg)并且加热到150℃。在充分熔融后,将4,4'-二氟二苯甲酮(44.82kg,205.4mol)、1,4-二羟基苯(16.518kg,150mol)和4,4'-二羟基二苯(9.311kg,50mol)装入容器中。随后将内含物加热到160℃。在维持氮气层的同时,添加均经由具有500微米筛孔的筛网筛分的干燥碳酸钠(21.368kg,201.6mol)和碳酸钾(1.106kg,8mol)。碳酸钠的D50为98.7μm。温度以1℃/min升高到180℃并且保持100分钟。温度以1℃/min升高到200℃并且保持20分钟。温度以1℃/分钟升高到305℃并且保持直到达到所期望熔融粘度,如通过搅拌器的扭矩升高来确定。所需扭矩升高从扭矩升高对MV的校准图确定。经由带式浇注机将反应混合物倾入水浴中,使其冷却,研磨并且用丙酮和水洗涤。所得聚合物粉末在转筒式干燥器中干燥直到内含物温度测量为112℃。所得聚合物在340℃下根据实例13测量的MV为225Pa.s,并且根据实例19测量的结晶度为24%。
实例2至14-制备组合物
将表1和表2中提及的原料翻转掺合并且接着使用ZSK双螺杆挤压机,在315℃的机筒温度、320℃的模具温度和300rpm的螺杆速度下操作来复合。在不同情况下输送量为13-14kg/小时。
Figure BDA0001322881450000141
表1
Figure BDA0001322881450000142
表2
实例15-制备测试棒
标准类型1A ISO测试棒(ISO 3167)使用实例2至14的组合物中的每一个在Arburg射出成型机器上在320℃-335℃的机筒温度、335℃的喷嘴温度和160℃的工具温度下射出成型。
组合物和/或测试棒如实例16至19中所描述评估。
实例16-测定聚合物的熔融粘度(MV)
除非本文另行说明,否则此使用Bohlin Instruments RH2000毛细管流变仪根据ISO 11443测量,在340℃和1000s-1的剪切速率下使用0.5mm(毛细管直径)×8.0mm(毛细管长度)模具在入口角度180℃下操作。
将颗粒装入机筒中并且保持预热10分钟。当达到并且保持稳定状态条件时测量粘度,标称测试起始之后5分钟。
实例17-颜色测量
除非本文另行说明,否则颜色测量在如实例15中所描述制备的射出成型ISO测试棒上进行。测量使用具有DP400数据处理器的Konica Minolta Chromameter在360nm至750nm光谱范围上操作来进行。用D65(天然白天)光源进行白色板校准。颜色测量值表示在如通过CIE 1976(Nassau,K.Kirk-Othmer Encyclopaedia of Chemical Technology,第7章,第303-341页,2004)定义的L*、a*和b*坐标下。由ISO测试棒上的单个点测定值。
实例18-机械性质
实例2至14的组合物的机械性质根据ISO标准使用1A类型(ISO 3167)测试棒在23℃下测试。
实例19-实例2至14的组合物的差示扫描热量测定评估
本文所描述的结晶度可通过数种方法,例如通过密度、通过IR光谱分析、通过x射线衍射或通过差示扫描热量测定(DSC)评估。DSC方法已用于使用具有FRS5传感器的Mettler Toledo DSC1星形系统来评估实例1和2的聚合物中所产生的结晶度。
使用以下DSC方法测定聚合物的玻璃转化温度(Tg)、熔融温度(Tm)以及熔体熔化热(ΔHm)。
每一聚合物组合物的8mg样品借助于锋利的刀具从模制测试棒中的每一个去除。来自每一个测试棒的样品如下通过DSC扫描:
步骤1通过以20℃/min将样品从30℃加热到400℃来进行和记录初步热循环。
步骤2保持5分钟。
步骤3以20℃/min冷却至30℃并且保持5分钟。
步骤4以20℃/min从30℃再加热到400℃,记录Tg、Tn、Tm、ΔHn和ΔHm。
在冷却循环(步骤3)上测量Tc并且其是结晶放热达到最小的温度。
从产生于步骤4中的扫描的DSC轨迹来看,当沿预转化基线所绘制的线相交时获得Tg的起始,并且在转化期间获得沿最大斜度所绘制的线。Tn为冷结晶放热曲线的主峰达到最大值时的温度。Tm为熔融吸热曲线主峰达到最大值时的温度。
熔融的熔化热(ΔHm)通过连接熔融吸热曲线自相对直基线偏离的两点来获得。吸热曲线下随时间而变的积分区域产生熔融转化的焓(mJ):通过焓除以样品质量来计算质量标准化的熔化热(J/g)。结晶程度(X(%))通过样品的熔化热除以全部结晶聚合物的熔化热来确定,所述全部结晶聚合物的熔化热对于PEEK-PEDEK共聚物为130J/g并且对于实例3-6为117J/g并且对于实例7为91J/g。添加剂为非晶型的并且不影响DSC轨迹中的结晶峰。117J/g的值是基于含有10wt%的添加剂和90wt%的PEEK-PEDEK的掺合物。因此,熔化热是90%×130J/g=117J/g。91J/g的值是基于含有30wt%的PPSU和70wt%的PEEK-PEDEK的掺合物。因此,熔化热是70%×130J/g=91J/g。
实例2至14的组合物和/或由其制备的测试棒在实例16至19的测试中评估。另外,评估测试棒的固化使得其可从射出成型机器射出的时间,并且称为以秒为单位的“冷却时间”。在表3和4中提供结果。
Figure BDA0001322881450000161
表3
Figure BDA0001322881450000162
表4
由表3和4中的结果应注意以下各项:
(a)实例3至6和8至12的组合物的熔融粘度显著小于为比较实例的实例2,其包含原始的PEEK-PEDEK共聚物(即无任何添加剂)。实例3至6和8至12熔融粘度也显著小于为比较实例的实例7,其包括PPSU作为添加剂。
实例3至6和8至12的组合物的低熔融粘度意指它们可有利地用于产生薄壁零件。其还可用于产生高度填充零件(例如具有大于40wt%的填料负载)。
(b)实例3至6的组合物的结晶度有利地极少经由包括添加剂而影响。因此,组合物的耐化学性将与实例2的原始的聚合物的耐化学性类似。所属领域的技术人员将预计实例8-14的组合物的结晶度与实例3-6的那些类似。
(c)由实例3至6和8至14的组合物制备的零件的机械性质仍然为高的,即使包括添加剂。实际上,在拉伸伸长率和缺口冲击性强度的性质的情形下,实例3至6和8至14远比比较实例表现得好。实例12-14尤其呈现极高拉伸伸长率和缺口冲击性强度值。
(d)实例3至5和8至14的组合物的颜色与原始的聚合物(实例2)的颜色相比为显著改良的。有利的是,组合物与使用原始的聚合物相比可为更加美观性上可接受的,因为一般来说白色聚合物和由其制备的较白零件为所期望的-白度意指较高纯度和品质。另外,与实例2聚合物或原始的PEEK的浅棕色/米色相比,其更容易调整颜色和/或匹配(例如通过添加着色剂)较亮聚合物。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附权利要求书、摘要以及附图)中所公开的特征的任何新颖特征或任何新颖组合,或延伸至如此公开的任何方式或方法的步骤的任何新颖步骤或任何新颖组合。

Claims (22)

1.一种组合物,其包含:
(i)聚合材料(A),其具有下式的重复单元
-(O-Ph)n-O-Ph-O-Ph-CO-Ph- I
和下式的重复单元
-O-Ph-Ph-O-Ph-CO-Ph- II
其中Ph表示亚苯基部分并且n表示0或1;和
(ii)聚合添加剂,其中所述聚合添加剂选自包含以下各项的群组中的一项或多项:
(a)聚碳酸酯,其由以下通式的重复单元构成
Figure FDF0000011387560000011
其中,所述聚碳酸酯的重均分子量至少为20,000,且小于100,000;所述聚碳酸酯的熔融体积-流动速率至少3cm3/10mins,且小于10cm3/10mins;和
(b)聚合材料(B),其包括以下通式的重复单元
Figure FDF0000011387560000012
其中R1和R2独立地表示氢原子或任选地经取代的烷基,并且R3和R4表示氢原子或任选地经取代的烷基、含酐部分或含烷氧基羰基部分,其中所述聚合材料(B)包含共聚物,所述共聚物包括所述通式(III)的第一重复单元和所述通式(III)的第二重复单元,所述第一重复单元包含:
Figure FDF0000011387560000013
并且所述第二重复单元包含:
Figure FDF0000011387560000014
其中,所述聚合添加剂占所述组合物的重量百分比为至少5wt%,且至多20wt%,所述组合物的熔融粘度小于所述聚合材料(A)的熔融粘度。
2.根据权利要求1所述的组合物,其中所述重复单元I和II的相对摩尔比例I:II呈65:35至95:5。
3.根据权利要求1或2所述的组合物,其中在所述聚合材料(A)中n=0。
4.根据权利要求1所述的组合物,其中式I的所述重复单元具有以下结构
Figure FDF0000011387560000021
并且
式II的所述重复单元具有以下结构
Figure FDF0000011387560000022
5.根据权利要求4所述的组合物,其中所述聚合材料(A)包括至少65mol%的式IV的重复单元并且包括小于90mol%的式IV的重复单元,并且其中所述聚合材料(A)包括至少10mol%的式V的重复单元;并且小于36mol%的式V的重复单元。
6.根据权利要求5所述的组合物,其中所述聚合材料(A)包括至少18mol%的式V的重复单元;并且小于29mol%的式V的重复单元。
7.根据权利要求1所述的组合物,其中所述聚合材料(A)的Tm小于330℃。
8.根据权利要求7所述的组合物,其中所述聚合材料(A)的Tm小于310℃。
9.根据权利要求1所述的组合物,其中所述聚合材料(A)的结晶度为至少23%。
10.根据权利要求1所述的组合物,其中所述聚合材料(A)的熔融粘度为至少170Pa.s;并且熔融粘度小于350Pa.s。
11.根据权利要求1 所述 的组合物,其中所述聚合添加剂的软化点为至少100℃。
12.根据权利要求11 所述 的组合物,其中所述聚合添加剂的软化点为至少200℃。
13.根据权利要求1所述的组合物,其中所述聚合添加剂的分解温度通过热解重量分析测量为小于400℃。
14.根据权利要求13所述的组合物,其中所述聚合添加剂的分解温度通过热解重量分析测量为小于330℃。
15.根据权利要求1所述的组合物,其中所述组合物的熔融粘度小于225Pa.s。
16.根据权利要求15所述的组合物,其中所述组合物的熔融粘度小于190Pa.s。
17.根据权利要求1 所述 的组合物,其中所述组合物的颜色L*为至少75。
18.根据权利要求1 所述 的组合物,其中所述组合物的颜色L*除以所述聚合材料(A)的颜色L*的比为至少1.05。
19.一种制备根据任一前述权利要求所述的组合物的方法,所述方法包含:
(a)选择根据任一前述权利要求所述的聚合材料(A);
(b)选择根据任一前述权利要求所述的聚合添加剂;
(c)在熔融处理设备中熔融处理所述聚合材料(A)和聚合添加剂,进而产生所述组合物,其中,所述聚合材料(A)和所述聚合添加剂均匀地混合。
20.根据权利要求19所述的方法,其中在所述方法中所述聚合添加剂不经历大于330℃的温度。
21.根据权利要求19或20所述的方法,其包含制备与所述聚合材料(A)的颜色L*相比具有增加的颜色L*的组合物;并且所述方法包含制备颜色L*为至少75的组合物。
22.根据权利要求21所述的方法,其中所述组合物的颜色L*增加了至少7个或至少10个单位。
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