CN108137911A - 抗冲击改性组合物、其制备方法和包含其的制品 - Google Patents
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Abstract
本文公开了抗冲击改性组合物,包含第一聚合物;和分散于所述第一聚合物中的第二聚合物;其中所述第一聚合物和所述第二聚合物在彼此存在下进行熔融聚合,在聚合之后彼此发生相分离;相互并不反应性结合;并且在聚合之前,所述第一聚合物的前体和所述第二聚合物的前体彼此可溶。本文中还公开了一种方法,包括第一单体和第二单体在彼此存在下进行熔融聚合从而形成第一聚合物和第二聚合物;其中所述第一单体和所述第二单体彼此可溶;其中第一聚合物和第二聚合物彼此发生相分离,所述第二聚合物分散于所述第一聚合物中;其中所述第一聚合物和所述第二聚合物并不彼此反应性结合。
Description
技术领域
本公开涉及抗冲击改性组合物,涉及制备这些组合物的方法,并涉及包含其的制品。
背景技术
与聚合物的抗冲击改性有关的技术已经充分确立。该项技术的一个主要领域涉及使用软或橡胶颗粒生成先进的增韧聚合物材料(advanced toughened polymermaterial)。两种常见的商用橡胶增韧聚合物(rubber toughened polymer)是高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。这两种橡胶增韧聚合物都包含至少一种刚性相(聚苯乙烯)和弹性体(橡胶)相(聚丁二烯)。通过熔体共混和接枝聚合将丁二烯橡胶引入这两种材料中。举例而言,已经经过橡胶增韧的其它聚合物包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA),聚氯乙烯(PVC),聚丙烯(PP)和环氧树脂。
这些材料的重要参数包括刚性相模量,橡胶相模量,橡胶颗粒尺寸,橡胶颗粒负载量,橡胶颗粒之间的距离,以及刚性相和橡胶相之间的附着力。对于这类材料而言,所述形态由嵌入更刚性的基质中的分散的橡胶颗粒构成。适合于有效的冲击性能的尺寸和浓度都是材料依赖性的。然而,对于广泛的系统已经确定了一般的浓度范围。通常而言,橡胶颗粒浓度据观察为1重量百分比(wt%)~20wt%。对于给定的浓度,所述粒径指示了所述颗粒间的距离。所述粒径也是材料依赖性的,但在区域尺寸(domain size)处于0.1微米(μm)~10μm的范围内时,大多数系统都会显示出最佳的性能。
已经充分确立的是软橡胶颗粒的正确分散能够显著提高聚合物断裂和失效时所吸收的能量。通过将所述失效模式从最初脆弱的模式改变成更具韧性(性质上,in nature)的模式而实现此目的。发生这种情况是因为所述颗粒使所述裂隙事件离域(delocalize),释放所述裂纹尖端附近的静水应力(hydrostatic stress),并使所述基质材料在更不受约束的应力状态下变形。在颗粒空化(cavitation)(缓解静水应力)之后,所述基质变形的微观机制包括裂纹,非弹性空隙生长(inelastic void growht),剪切成带(shear banding)和断裂。
也已经证明的是,橡胶颗粒和相似尺寸的空隙表现出类似的增韧过程。这种结果表明除了橡胶颗粒分散之外,能够通过形成空隙而实现增韧。
由单体熔融聚合的聚合物材料(例如,阴离子聚合的聚酰胺)的抗冲击改性比其它常见聚合物更复杂。抗冲击改性剂经过选择使其与所述现有的聚合化学相容。然而,橡胶颗粒在熔融聚合材料中的分散已经完成,包括过程粘度增加、颗粒聚集和均匀颗粒分散的问题都会降低这些产品的耐久性(viability)。
因此,希望得到一种方法,藉此所述熔融聚合的聚合物材料能够经过适当地抗冲击改性,从而使其不会出现上述问题。
发明内容
本文公开了包含第一聚合物;和分散于所述第一聚合物中的第二聚合物的冲击改性组合物;其中所述第一聚合物和所述第二聚合物在彼此存在下进行熔融聚合,在聚合之后彼此发生相分离;并不相互反应性结合;并且其中在聚合之前所述第一聚合物的前体和第二聚合物的前体彼此可溶。
本文还公开了一种方法,包括第一单体和第二单体在彼此存在下进行熔融聚合从而形成第一聚合物和第二聚合物;其中所述第一单体和所述第二单体彼此可溶;其中所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此发生相分离,所述第二聚合物分散于所述第一聚合物中;其中所述第一聚合物和所述第二聚合物并不彼此反应性结合。
附图说明
图1(A)显示了描述不含D4的对照聚酰胺6的所述抗冲击改性组合物的冷冻断裂表面的形态的扫描电子显微镜显微照片;
图1(B)显示描述具有1wt%D4的聚酰胺6的抗冲击改性组合物的冷冻断裂表面的形态的扫描电子显微镜显微照片;
图1(C)显示描述具有2wt%D4的聚酰胺6的抗冲击改性组合物的冷冻断裂表面的形态的扫描电子显微镜显微照片;
图1(D)显示描述具有4wt%D4的聚酰胺6的抗冲击改性组合物的冷冻断裂表面的形态的扫描电子显微镜显微照片;
图2(A)显示了具有D4样品的所述聚酰胺6的DSC第一加热和冷却;
图2(B)显示具有D4样品的所述聚酰胺6的DSC第二加热和冷却;和
图3是显示150℃下具有20wt%D4的聚酰胺6以及样品和试剂的红外数据的图。
具体实施方式
正如本文所定义的所述术语“低聚物”或“低聚物的”是具有至多20个重复单元的聚合物。通常而言,所述低聚物具有小于10,000克/摩尔的数均分子量。所述低聚物可以是线性聚合物,支化聚合物或交联聚合物。
本文使用的所述术语“聚合物材料”是指经过离子聚合而形成所述聚合物的材料。
本文中公开了通过将两种单体同时熔融聚合成两种聚合物而制备的抗冲击改性的聚合物组合物(下文称为聚合物组合物),所述两种聚合物彼此发生相分离从而使所述相中之一分散于另一种中。所述方法包括使第一单体与第二单体共反应从而形成相分离的第一聚合物和第二聚合物。换句话说,所述方法包括使所述第一单体在所述第二单体存在下反应形成第一聚合物,所述第二单体也反应形成第二聚合物。所述第二单体可溶于所述第一单体中,优选在聚合之前当两者处于熔体状态时。一旦在所述熔体状态发生所述反应,则所述第二聚合物与所述第一聚合物就会发生相分离(即,所述第二聚合物不溶于所述第一聚合物中,反之亦然),并起到对所述第一聚合物抗冲击改性的作用。这种方法的优点在于所述反应期间所述反应物并不沸腾或产生挥发性产物。所述第一单体和所述第一聚合物在聚合期间都不与所述第二单体或所述第二聚合物发生反应,而所述第一聚合物和所述第二聚合物不形成互穿网络。
要注意的是,所述第一单体在化学上不同于所述第二单体,而所述第一聚合物在化学上也不同于所述第二聚合物。
使两种单体在彼此存在下反应从而形成两相分离的聚合物的方法会产生这样的组合物,与所述两种各自聚合物中的任一种的所述冲击性能相比,其显示出优异的抗冲击性能。实验室实验表明,通过在所述第一聚合物中掺入少量所述第二聚合物,断裂韧度有3~10,优选4~7倍增加。
所述熔融聚合的聚合物包括热塑性聚合物或交联聚合物(有时称为热固性聚合物)。包含所述熔融聚合的第一聚合物和第二聚合物的所得抗冲击改性组合物可以是热塑性组合物,热固性组合物,或热塑性组合物与热固性组合物的共混物。热塑性组合物和热固性组合物的共混物也可以用于所述冲击改性组合物中。
由熔融聚合获得的所述第一聚合物包括低聚物,均聚物,共聚物,嵌段共聚物,交替嵌段共聚物,无规聚合物,无规共聚物,无规嵌段共聚物,接枝共聚物,星形嵌段共聚物,树枝状聚合物,聚电解质(具有包含电解质的一些重复基团的聚合物),聚两性电解质(polyampholyte)(具有阳离子和阴离子重复基团两者的聚电解质),离聚物等,或包含至少一种前述有机聚合物的组合。
适用于所述聚合物组合物的所述热塑性熔融聚合的第一聚合物的实例有聚缩醛,聚烯烃,聚丙烯酸类,聚碳酸酯,聚苯乙烯,聚酯,聚酰胺,聚酰胺酰亚胺,聚芳酯,聚芳砜,聚醚砜,聚苯硫醚,聚氯乙烯,聚砜,聚酰亚胺,聚醚酰亚胺,聚氟乙烯,聚醚酮,聚醚醚酮,聚醚酮酮,聚苯并噁唑,聚苯酞,聚缩醛,聚酸酐,聚乙烯基醚,聚乙烯基硫醚,聚乙烯醇,聚乙烯酮,聚卤乙烯,聚乙烯腈,聚乙烯酯,聚磺酸酯,聚硫醚(polysulfide),聚硫酯,聚砜,聚磺酰胺,聚脲,聚磷腈,聚硅氮烷等或其组合。
适用于所述聚合物组合物的热固性第一聚合物的实例包括环氧聚合物,不饱和聚酯聚合物,聚酰亚胺聚合物,双马来酰亚胺聚合物,双马来酰亚胺三嗪聚合物,氰酸酯聚合物,乙烯基聚合物,苯并噁嗪聚合物,苯并环丁烯聚合物,丙烯酸类,醇酸树脂(alkyd),苯酚-甲醛聚合物,酚醛清漆,甲阶酚醛树脂(resole),三聚氰胺-甲醛聚合物,脲-甲醛聚合物,羟甲基呋喃,异氰酸酯,苯二甲酸二烯丙酯,氰尿酸三烯丙酯,异氰脲酸三烯丙酯,不饱和聚酯酰亚胺等,或包含至少一种前述热固性聚合物的组合。
示例性的第一聚合物是热塑性聚酰胺。在一个实施方式中,所述聚酰胺的熔融聚合通过离子聚合而实现。所述聚酰胺通过阴离子或阳离子聚合,优选阴离子聚合而获得。
对于所述聚酰胺合乎需要的是由环状内酰胺进行熔融聚合。在这种方法中,高分子量聚酰胺由内酰胺环中含有3~14个或更多个碳原子的内酰胺聚合而成。这种内酰胺包括吡咯烷酮,哌啶酮,己内酰胺,庚内酰胺,辛内酰胺和月桂内酰胺。通常在助催化剂(活化剂)存在下,内酰胺的阴离子聚合过程在高于所述内酰胺单体熔点但低于所获得的聚酰胺熔点的温度下进行。通常而言,所述温度为25~220℃,这取决于所使用的具体内酰胺。对于在所述内酰胺环中含有少于6个碳原子的内酰胺,聚合的优选温度低于190℃。己内酰胺易于在100~220℃的温度下聚合,而160℃是方便的操作温度。在制备聚酰胺时,首先通过碱与内酰胺的所述反应制备亚胺鎓盐(iminiumsalt)。通常而言,要聚合的所述内酰胺适用于制备所述阴离子催化剂;但是如果需要,所述阴离子催化剂可以由另一种内酰胺制成。
用于形成所述阴离子催化剂的所述物质可以是碱金属,碱土金属,铝,或这些金属之一的碱性衍生物,如氢氧化物,醇盐,氢化物,芳基,酰胺或有机酸盐。所有这些物质都足够强以将所述内酰胺转化为其亚胺鎓盐。因此,氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶、氢化锂、氢化钠、甲醇钠、乙醇钠、苯酚钠、β-萘酚钠、氨基钠、硬脂酸钠、氢化铝锂、丙醇铝等或其组合是用于制备所述阴离子催化剂的合适物质。这种阴离子催化剂,即内酰胺碱盐(lactam-base salt),通过在25~220℃的温度下加热所述内酰胺与上述物质而制备。上述物质能够加入要聚合的所述全部内酰胺中或其一部分中从而制备所述阴离子催化剂。
后者可以随后加入所述内酰胺的其余部分。在制备所述阴离子催化剂期间很少或不发生聚合反应。用于制备所述阴离子催化剂的时间取决于所用物质的性质,所添加的量和所选的温度,并一般可以从几秒到几小时不等。优选所述内酰胺基本上应该与所添加的物质一样无水。待加入的所述物质的比例通常为基于所述内酰胺0.1mol%~10mol%,这对于进行聚合是理想的。所述活化剂与内酰胺的比例越高,能够获得的所述聚酰胺的分子量越低。因此,基于内酰胺和催化剂的总摩尔数,为了大多数目的的最佳比例为约0.1mol%~约5mol%。
基于所述内酰胺,可以以约0.1mol%~约5mol%的比例使用助催化剂。在需要聚合的任何时候,能够将所述助催化剂加入到含有所述阴离子催化剂的内酰胺中。否则,所述阴离子催化剂和助催化剂能够单独地溶解于所述总内酰胺的两部分中,并随后混合至一起。为了获得最佳的操作,在反应期间可以将惰性气体如氮气引入所述熔体内酰胺的表面之上从而防止氧化。
在一个实施方式中,熔融聚合所述第一单体的过程在第二单体存在下进行。所述第二单体也可以进行聚合从而形成最终(end up)分散于所述第一聚合物中的第二聚合物。所述第二聚合物是可以是低聚物或均聚物的无定形聚合物。它处于高于其玻璃化转变温度(室温下)。它可以是热塑性聚合物或交联聚合物。所述第一聚合物和所述第二聚合物也不是互穿网络的形式。所述第二种聚合物是均聚物。它不是共聚物。
所述第二聚合物不含活性端基(活性端基团),不与所述第一聚合物共价结合。在所述第二聚合物和它分散于其中的所述第一聚合物之间没有共价或离子反应。
所述第二聚合物通常包含弹性体,如聚丁二烯,聚异戊二烯,聚二有机硅氧烷,聚氯丁二烯(polychloroprene),或其组合。
示例性的第二聚合物是聚二有机硅氧烷。所述聚二有机硅氧烷可以具有环状结构或线性结构。以下所述式(1)中显示了环状聚二有机硅氧烷和线性聚二有机硅氧烷。所述共聚物的聚二有机硅氧烷(在本文中也称为“聚硅氧烷”)嵌段包含如式(1)中的重复二有机硅氧烷单元,
其中每个R独立地是C1-13单价有机基团。例如,R能够是C1-C13烷基,C2-C13烯基,C3-C6环烷基,C6-C14芳基,C7-C13芳烷基或C7-C13烷芳基,或其组合。
式(1)中E的值小于30,优选2~18,更优选3~10。在一个示例性实施方式中,所述聚二有机硅氧烷为环状并具有3~6个重复单元。所述重复单元的数目由字母D的下标表示。例如,具有E=4的环状聚二甲基硅氧烷被称为D4,而具有E=8的环状聚硅氧烷被称为D8。
在一个实施方式中,所述第二聚合物是具有至多40个重复单元,优选至多30个重复单元,优选至多20个重复单元,并且优选至少4个重复单元的聚二有机硅氧烷(例如,聚二甲基硅氧烷)低聚物。
在另一个实施方式中,所述第二聚合物可以是交联的。换句话说,所述第二聚合物能够是交联的聚二有机硅氧烷。
能够产生所述聚二有机硅氧烷的有机硅氧烷的实例是六甲基环三硅氧烷,八甲基环四硅氧烷,十甲基环五硅氧烷,八苯基环四硅氧烷,1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲氧基硅烷,(3,3,3-三氟丙基)甲基环三硅氧烷,及其组合。
在一个实施方式中,基于所述抗冲击改性组合物的总重量,所述组合物包含12wt%或更少,具体而言7wt%或更少,更具体而言5wt%或更少的所述第二聚合物。
在一个实施方式中,在制备所述聚合物组合物的一种方式中,所述第一单体和所述第二单体以及任何所需的添加剂和填料通常可以置于反应容器中并使用上面详述的催化剂进行聚合。所述抗冲击改性的聚合物组合物可以通过熔体共混以间歇式连续式方法进行生产。
所述抗冲击改性组合物的熔体共混涉及使用剪切力,拉伸力(extensionalforce),压缩力,超声波能量,电磁能量,热能或包括上述力或能量形式中的至少一种的组合,并且在其中前述力或能量形式通过单螺杆,多螺杆,啮合(intermeshing)同向旋转或反向旋转螺杆,非啮合(non-intermeshing)同向或反向旋转螺杆,往复式螺杆,具有销钉的螺杆,具有筛网的螺杆,具有销的桶(barrel)、辊、滑枕(ram)、螺旋转子,或包括前述至少一种的组合施加的处理装置中进行。
涉及上述力的熔体共混可以在诸如单螺杆挤出机或多螺杆挤出机,Buss捏合机,Henschel,螺杆机(helicone),Ross混合机,Banbury,辊磨机,诸如注塑成型机,真空成型机,吹塑成型机的模塑成型机等,或包括前述机器中至少一种的组合的机器中进行实施。
正如上所述,当制备抗冲击改性聚酰胺-聚硅氧烷组合物时,共混包括将含所述阴离子催化剂的所述内酰胺溶液和含有所述助催化剂的内酰胺溶液的第二部分混合,和随后将所获得的溶液浇铸到模具中。所述第二单体可以添加到含所述阴离子催化剂的所述内酰胺溶液和含所述助催化剂的所述内酰胺溶液的第二部分中,随后将所述溶液置于模具中从而形成冲击改性组合物。
通过凝胶渗透色谱法测定,所述聚合物组合物的离子聚合的第一聚合物能够具有2,000~100,000道尔顿,具体而言5,000~50,000道尔顿的重均分子量。基于所述抗冲击改性组合物的总重量,所述第一聚合物以80wt%~99wt%,优选85wt%~98wt%,更优选95wt%~97wt%的量存在于所述抗冲击改性组合物中。
所述方法能够在各种添加剂的存在下进行。因此,如果需要,能够浸渍玻璃垫(mat)或合成纤维垫,并随后聚合。类似地,细分的(finely-divided)填料能够悬浮于所述聚合混合物中从而获得填充的聚酰胺。抗氧化剂、发泡剂、增塑剂、其它树脂(例如,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚缩醛,聚酯等)、着色剂等也能够用作添加剂。
所述第二聚合物的添加对于所述第一聚合物(例如,聚酰胺)的性能并没有明显的损害。它并未负面地改变所述第一聚合物的结晶行为,并且没有显著影响所述聚合物的其它机械性能(包括弹性模量和屈服强度)。向所述第一聚合物添加所述第二聚合物提高了抗冲击改性聚合物组合物的阻燃性和润滑性。
在所述抗冲击改性聚酰胺-聚硅氧烷共聚物的情况下,由内酰胺阴离子聚合和环状或单体硅氧烷的聚合生成的组合物具有微相分离的形态,并显示出显著增大的断裂韧性,而并未牺牲刚度或屈服强度(yield)。所述反应混合物的组分包括所述第一单体,所述第二单体,活化剂和各自的催化剂(或如果它可以聚合所述第一单体和所述第二单体,则就是单一催化剂)。所述第一单体可以由用于通过聚酰胺14生产聚酰胺4的环状内酰胺构成。所述第二单体包含可溶于所述己内酰胺熔体中的低分子量(单体或环状)有机硅氧烷。活化剂通常包含乙酰基官能化的内酰胺衍生物。催化剂包含通常基于钠、锂或镁的阴离子盐。所述聚合在所有化学品的熔体混合物中进行,并且所述温度可以从90℃至220℃变化。
在惰性气氛中进行聚合以防止催化剂被水或其它杂质污染(fouling)。在所述熔体内酰胺聚合期间,环状内酰胺化学品转化为固体聚酰胺聚合物。所述有机硅氧烷单体可溶于所述内酰胺中并且不溶于所述聚酰胺中。随着所述阴离子聚合的进行,所述有机硅氧烷反应从而形成聚二有机硅氧烷,其由于熔体内酰胺的消耗而发生相分离。在高粘度下发生相分离,产生均匀分散的微相分离形态。这些相分离的区域(domain)主要由所述聚二有机硅氧烷组成。另外,所述聚二有机硅氧烷添加剂在相分离后发生反应从而可以生产高分子量的粘性液体或渗透的(percolated)交联网络。
所述方法的优点在于,熔体阴离子聚合的聚酰胺已被证明在机械方面优于已经由熔体水解聚合或模塑而成的聚酰胺。通过所述阴离子聚合方法获得更高的结晶度(通过熔融方法会损失结晶度)。由内酰胺的所述阴离子聚合生成的聚酰胺具有比熔体加工的聚酰胺在机械方面理想得多的晶体结构。阴离子聚合对杂质非常敏感,以至于潜在的填料和增强剂基于其与所述催化剂的相互作用而受到限制。
所述方法在直接由内酰胺快速制备任何尺寸和形状的浇铸制品方面是有用的。浇铸制品的示例性方法是通过反应注塑成型。当用于制作大型模塑制品时,所述方法具有优点,因为注塑成型或类似工艺会使用高温和高压进行操作。因此,能够采用更简单和更轻重量的模具,并在大型成型的制品的制作中通常可以获得更快的循环。整个过程能够在所述模具中进行,或如果需要,含有阴离子催化剂的内酰胺溶液和含有助催化剂的所述内酰胺溶液的第二部分能够进行混合,并随后立即通过类似于转移模塑法的那些的步骤浇铸于所述模具中从而以非常高的速率获得任何尺寸的所需的成形制品。所述模塑制品是聚酰胺。
类似地,有可能在许多挤出型操作中使用所述方法,其中含有所述阴离子催化剂的内酰胺和含有所述助催化剂的内酰胺的其他部分充分混合,随后在提供获得挤出物的条件下挤出(在所述聚合过程之后立即形成所述挤出物)。所述挤出物是聚酰胺。
通过以下非限制性实施例举例说明制备所述抗冲击改性组合物的方法和本文详述的方法。
实施例
实施该实施例是为了展示抗冲击改性组合物能够通过上述方法制成,其中低聚物添加到含有聚合形成聚酰胺的内酰胺的所述反应混合物中。
使用ε-己内酰胺作为单体,Bruggolen C20作为活化剂,Burggolen C10作为催化剂和八甲基四硅氧烷(D4)作为所述硅氧烷添加剂,在N2气氛中130℃下进行预备工作(preliminary work)。据观察,其它硅氧烷添加剂(包括线型和环状低聚物),性能上类似于D4。使用扫描电子显微镜(SEM),差示扫描量热仪(DSC),密度,压缩测试和紧凑拉伸断裂测试(compact tension fracture testing),衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)对所述抗冲击改性材料进行表征。各种反应物和聚酰胺产物的结构如下所示。
对于相分离和反应速率的指示目视观察所述反应。凝胶化时间定义为从加入催化剂到所述搅拌棒混合所述反应混合物停止旋转的时间。对于所述混合物在130℃下观察到胶凝化时间约200秒,而在150℃下约45秒。由于所述放热聚合,加入催化剂后反应温度就观察到升高至40℃。在凝胶化之前,均聚物反应混合物目视观察是透明的,而在反应完成时呈淡黄色。含有所述聚二有机硅氧烷添加剂的反应混合物目视观察是清澈的,直到相分离时所述混合物变浑浊并变白色随后在反应完成时呈黄白色。
如图1(A)-图1(D)中所示,实施扫描电子显微术(SEM)(ASTM F1877)以观察低温断裂表面的形态。观察到空隙或颗粒均匀分布于整个样品中,并且在含有1wt%D4和2wt%D4的样品中是相对单分散的。图1(A)是显示未经抗冲击改性的样品的照片。图1(B)是显示包含1wt%D4的破裂样品表面的照片。图1(C)显示含有2wt%D4的破裂样品表面。图1(D)显示了含有4wt%D4的破裂样品表面。对于1wt%的D4,手工测量的空隙直径平均为0.7微米(μm),对于2wt%的D4则为0.3μm,对于4wt%的D4则为0.5μm。对于1wt%的D4,所述起空隙的面积分数为0.04,而对于2wt%的D4则为0.04,对于4wt%的D4则为0.11。所有图1(A)~图1(D)中的所述聚合物都是聚酰胺6。
总之,含有所述D4的样品具有0.2~2,优选0.3~1.0,更优选0.4~0.8微米的空隙直径。当在低于其玻璃化转变温度的温度下断裂时,基于断裂表面的总截面积,由扫描电子显微镜测定的所述面积空隙分数(area void fraction)为0.02%~0.15%,优选0.03%~0.13%,更优选0.04%~0.11%。
进行差示扫描量热法(DSC)(ASTM D3418)以验证所述聚酰胺6晶体结构的完整性和百分比结晶度。所述数据显示于图2和表1中。图2显示了具有D4样品的所述聚酰胺6的DSC第一加热和冷却(左),具有D4样品的所述聚酰胺6的第二加热和冷却。
表1
在所有样品的所述第一熔融吸热中验证了所述阴离子聚合的聚酰胺6结构。尽管如上表1所示添加了添加剂质量,在包含D4的样品中观察到更高的结晶度。该结果表明D4的存在增强了合成期间所述聚酰胺6的结晶过程。结晶度的增加可能导致所述最终材料的模量和屈服强度的改进。
密度(ASTM D792)通过如表2中所列出的排水比重瓶法(water displacementpycnometer method)进行测量。由于所述硅氧烷相,观察到如预期的密度下降。
表2
样品 | 密度(g/cm3) |
对照 | 1.149 |
1wt%D4 | 1.142 |
2wt%D4 | 1.141 |
4wt%D4 | 1.133 |
进行压缩(ASTM D695)样品以测定如表3中概述的所述材料的模量和屈服强度。压缩样品由所述样品本体以1:1的高宽比机加工的圆柱体构成并以应变率(strain rate)0.001进行测试。在含有D4的样品中观察到模量或屈服应力的极小损失。
如表4中所示,实施紧凑拉伸断裂韧性测试(compact tension fracturetoughness test)(ASTM 5045)以测定断裂韧性。紧凑拉伸样品由所述样品本体机加工而成。使用非线性断裂韧度计算以计算出每个样品的所述断裂韧性。在一些含有D4的样品中观察到断裂韧性五倍增加。
表3:具有D4样品的所述聚酰胺6的压缩模量和屈服应力
样品 | 模量(MPa) | 屈服应力(MPa) |
aPA6对照 | 3100 | 92 |
1%D4 | 3000 | 94 |
2%D4 | 3100 | 91 |
4%D4 | 2800 | 89 |
表4:具有D4样品的所述聚酰胺6的非线性断裂韧性
样品 | Jq(kJ/m) |
对照 | 9 |
1%D4 | 43 |
2%D4 | 53 |
4%D4 | 37 |
从表3和4可以看出,所述抗冲击改性组合物具有2500~3500MPa,优选2700~3300MPa的压缩模量和85~100,优选88~95MPa的屈服应力。所述断裂韧度为10~100千焦/米,优选35~60千焦/米。
如图3所示,实施衰减全反射率-红外(ATR-IR)(ASTM E1252)光谱分析以分析所述材料化学。图3是显示150℃下具有20wt%的D4的聚酰胺6以及样品和试剂的红外数据的图。清楚地观察到D4向PDMS的转化,并通过与所述混合物中存在的阴离子物质的相互作用进行解释。
应该注意的是,本文中详述的所有范围都包括端点。来自不同范围的数值是可组合的。
所述过渡术语包括涵盖所述过渡术语“由...组成”和“基本上由......组成”。
所述术语“和/或”包括“和”以及“或”两者。例如,“A和/或B”被解释为A,B,或A和B。
虽然已经参考一些实施方式描述了本发明,但本领域技术人员应该理解的是,在不脱离本发明的范围的情况下,可以进行各种改变和可以用等同物替换其元件。另外,在不脱离本发明的基本范围的情况下,可以进行许多修改从而使具体情况或材料适应于本发明的教导。因此,这旨在使本发明不限于作为设想用于实施本发明的最佳模式而公开的具体实施方式,本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。
Claims (16)
1.一种抗冲击改性组合物,包含:
第一聚合物;和
分散于所述第一聚合物中的第二聚合物;其中所述第一聚合物和所述第二聚合物在彼此存在下进行熔融聚合,在聚合之后彼此发生相分离;不相互反应性结合;并且其中在聚合之前,所述第一聚合物的前体和所述第二聚合物的前体彼此可溶。
2.根据权利要求1所述的组合物,具有2500~3500MPa的压缩模量,85~100的屈服应力和10~100千焦/米的断裂韧性。
3.根据权利要求1所述的组合物,具有35~60千焦/米的断裂韧性。
4.根据权利要求1所述的组合物,具有0.01~10微米的空隙直径,并且其中在低于其玻璃化转变温度的温度下断裂时,基于所述组合物的断裂表面的总截面积,由扫描电子显微术测定的面积空隙分数为0.02~0.15。
5.根据权利要求1所述的组合物,其中所述第一聚合物是阴离子聚合的。
6.根据权利要求1所述的组合物,其中所述第一聚合物是热塑性聚合物或热固性聚合物。
7.根据权利要求6所述的组合物,其中所述热塑性聚合物是聚缩醛、聚烯烃、聚丙烯酸类、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并噁唑、聚苯酞、聚缩醛、聚酐、聚乙烯基醚、聚乙烯基硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚卤乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚硫醚、聚硫代酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、或包含前述热塑性聚合物中至少一种的组合,并且其中所述热固性聚合物是环氧聚合物、不饱和聚酯聚合物、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、苯并噁嗪聚合物、苯并环丁烯聚合物、丙烯酸类、醇酸树脂、苯酚-甲醛聚合物、酚醛清漆、甲阶酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛聚合物、脲-甲醛聚合物、羟甲基呋喃、异氰酸酯、苯二甲酸二烯丙酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、不饱和聚酯酰亚胺、或包含前述热固性聚合物中至少一种的组合。
8.根据权利要求1所述的组合物,其中所述第二聚合物是具有少于30个重复单元的低聚物。
9.根据权利要求1所述的组合物,其中所述第二聚合物是弹性体;其中所述弹性体是聚丁二烯、聚异戊二烯、聚二有机硅氧烷、聚氯丁二烯、或它们的组合。
10.根据权利要求1所述的组合物,其中所述第一聚合物是聚酰胺,并且其中所述第二聚合物是聚二有机硅氧烷。
11.根据权利要求1所述的组合物,其中基于所述抗冲击改性组合物的总重量,所述第二聚合物以0.1wt%~20wt%的量存在。
12.根据权利要求11所述的组合物,其中基于所述抗冲击改性组合物的总重量,所述第二聚合物以1wt%~4wt%的量存在。
13.一种由权利要求1所述的组合物制成的制品。
14.一种方法,包括:
熔融聚合在彼此存在下的第一单体和第二单体从而形成第一聚合物和第二聚合物;
其中所述第一单体和所述第二单体彼此可溶;
其中第一聚合物和第二聚合物彼此发生相分离,所述第二聚合物分散于所述第一聚合物中;其中所述第一聚合物和所述第二聚合物彼此并不反应性结合。
15.根据权利要求14所述的方法,进一步包括模制抗冲击改性组合物。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述模制是反应性注塑模制。
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