CN111684004B - 纤维素酯以及聚合脂族聚酯组合物和制品 - Google Patents
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Abstract
提供了一种纤维素酯组合物,其包含至少一种纤维素酯以及至少一种聚合脂族聚酯(PAP)和任选的至少一种抗冲改性剂和/或至少一种单体增塑剂。还提供了生产纤维素酯组合物的方法以及使用这些组合物制成的制品。
Description
发明领域
本发明属于纤维素酯化学的领域,特别是包含聚合脂族聚酯(PAP)和任选的抗冲改性剂和/或单体增塑剂的纤维素酯。本发明还属于纤维素酯组合物领域,所述纤维素酯组合物包含至少一种PAP和任选的至少一种抗冲改性剂和/或至少一种单体增塑剂。还提供了生产这些纤维素酯组合物的方法以及使用这些组合物制成的塑料制品,如眼镜框架、汽车零件和玩具。
发明背景
纤维素酯组合物通常具有小于90℃的热变形温度(HDT)或玻璃化转变温度(Tg)。熔融加工成制品的市售纤维素酯通常含有显著量的单体增塑剂以允许加工并赋予模制品足够的韧性。但是,加入大量单体增塑剂可以具有缺点,因为其相对于基础纤维素酯可降低HDT并将纤维素酯材料的用途局限于可适应低于大约90℃的HDT的应用。用于纤维素酯模制品的常见单体增塑剂还会在加工和使用过程中经历增塑剂渗出。
有益的是能够提供没有这些缺点的可熔融加工的纤维素酯组合物。
发明概述
已经令人惊讶地发现,可制备具有大约110℃或120℃或更高的玻璃化转变温度(Tg’s)并具有良好澄清度和韧性的包括乙酸丙酸纤维素(CAP)的纤维素酯组合物。在本发明的实施方案中,这可通过在组合物中减少单体增塑剂的量并且在一些实施方案中完全消除单体增塑剂的使用实现。消除单体增塑剂可消除与使用过程中的单体增塑剂渗出相关的常见问题。但是,消除或减少单体增塑剂会降低这些高Tg纤维素组合物的韧性。已经令人惊讶地发现,CAP和聚琥珀酸丁二醇酯家族的聚合物(其可包括其它聚合脂族聚酯(例如聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇的琥珀酸酯、戊二酸酯或己二酸酯)并可包括不同的共聚单体或三元共聚单体(统称为PBS聚合物或PAP,如下文定义))的某些组合可恢复高Tg纤维素组合物的韧性,并提供适合用于更高温应用和保持长期尺寸稳定性的具有良好流动性质与良好澄清度的纤维素酯组合物。
在某些实施方案中,本发明涉及一种或多种PAPs,例如聚(琥珀酸丁二醇酯)(“PBS”)以足以改进纤维素酯组合物的机械和物理性质的量分散到纤维素酯组合物中。PAP(例如PBS)改性的纤维素酯根据本发明的实施方案具有可熔融加工、Tg’s明显高于市售的增塑纤维素酯热塑性塑料的独特性质,具有高模量、良好的抗冲性质和良好的抗载荷变形性。
在本发明的一个实施方案中,提供了一种纤维素酯组合物,其包含至少一种纤维素酯和至少一种PAP(例如PBS)。在一个实施方案中,纤维素酯选自含有基于聚合物的总重量计大约10至大约40重量%丙酰基的乙酸丙酸纤维素,且纤维素酯组合物具有至少120℃的Tg。在某些实施方案中,纤维素酯组合物具有至少140℃或至少150℃的Tg。
在本发明的另一实施方案中,提供了一种纤维素酯组合物,其包含至少一种纤维素酯和至少一种PAP和至少一种抗冲改性剂。在本发明的另一实施方案中,提供了一种纤维素酯组合物,其包含至少一种纤维素酯和至少一种PAP、至少一种抗冲改性剂和1重量%至小于5重量%的单体增塑剂。
在本发明的另一实施方案中,提供了一种生产纤维素酯组合物的方法,所述方法包括使至少一种纤维素酯、至少一种PAP和任选至少一种抗冲改性剂和/或单体增塑剂接触,并混合所述组合。在一个实施方案中,纤维素酯组合物包含以与不含单体增塑剂的类似组合物相比不会显著降低纤维素酯组合物的Tg的量存在的单体增塑剂。在实施方案中,由于包括单体增塑剂造成的Tg变化(例如降低)不大于10%、或5%、或2%。
在本发明的实施方案中,描述了纤维素酯组合物,其不含有单体增塑剂,但含有基于纤维素酯组合物的总重量计的1重量%至35重量%、或2.5重量%至30重量%、或5重量%至20重量%、或6重量%至18重量%、或7重量%至15重量%的PAP,并具有大于120℃、或至少140℃、或至少150℃的Tg值,并具有在23℃下大于80、或100、或110、或125、或150、或175、或200 J/m的缺口悬臂梁冲击强度值。
在本发明的另一实施方案中,提供了纤维素酯组合物,其不含有单体增塑剂,但可熔融加工。在实施方案中,可熔融加工的纤维素酯组合物含有基于纤维素酯组合物的总重量计1重量%至35重量%、或2.5重量%至30重量%、或5重量%至20重量%、或6重量%至18重量%、或7重量%至15重量%的PAP,并具有大于120℃、或至少140℃、或至少150℃的Tg值,在23℃下大于80、或100、或110、或125、或150、或175、或200 J/m的缺口悬臂梁冲击强度值和当使用本文所述的程序在240℃的机筒温度下测量时至少38厘米(15英寸)的螺旋流动值。
在另一实施方案中,以上所描述的可熔融加工的纤维素酯可以含有一些单体增塑剂。在实施方案中,单体增塑剂以与不含单体增塑剂的类似组合物相比不会显著降低纤维素酯组合物的Tg的量存在。在实施方案中,由于包含单体增塑剂造成的Tg变化(例如降低)不大于10%、或5%、或2%。
在本发明的一个实施方案中,提供了一种基于聚合物的树脂,其包含至少一种纤维素酯、至少一种PAP和任选的至少一种单体增塑剂,其中纤维素酯是CAP且PAP是PBS,并且其中树脂含有0重量%至5重量%、0至小于5重量%、0重量%至4重量%、0重量%至2重量%、或0重量%至1重量%单体增塑剂。在一个实施方案中,纤维素酯是CAP且树脂不含有单体增塑剂。在一个实施方案中,纤维素酯是CAP,PBS具有小于10的MFR(190℃,2.16 kg)和200%或更大的致断伸长,且树脂不含有单体增塑剂和小于10重量%或小于8重量%的任何其它添加剂。但是,在一些实施方案中,所述树脂还可包括用于不透明/着色应用的附加颜料或着色剂或光学添加剂,例如二氧化钛。
在某些实施方案中,根据ASTM试验方法D1238用2.16 kg载荷在190℃下测得的PAR的MFR小于30。
在某些实施方案中,纤维素酯树脂选自至少一种丙酸纤维素(CP)、丁酸纤维素(CB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、乙酸异丁酸纤维素(CAIB)、丙酸丁酸纤维素(CPB)、三丙酸纤维素(CTP)或三丁酸纤维素(CTB)。在某些实施方案中,树脂含有小于25、或小于20、或小于15、或小于10、或小于5重量%、或完全不含对树脂与纤维素酯的连续粘合剂相作出贡献的一种或多种任何其它聚合物。例如,在某些实施方案中,PAP(例如PBS)作为分散相存在于纤维素酯树脂内并且对树脂与纤维素酯的连续粘合剂相没有作出贡献。
在某些实施方案中,纤维素酯树脂选自至少一种丙酸纤维素(CP)、丁酸纤维素(CB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、乙酸异丁酸纤维素(CAIB)、丙酸丁酸纤维素(CPB)、三丙酸纤维素(CTP)或三丁酸纤维素(CTB),并且PAP(例如PBS)可混溶在纤维素酯树脂中,或在与纤维素酯粘合剂相相同的相中。在某些实施方案中,纤维素酯树脂和PAP(例如PBS)可混溶,并且纤维素酯组合物进一步包含抗冲改性剂。在一个实施方案中,抗冲改性剂是核壳抗冲改性剂。在一个实施方案中,抗冲改性剂是丙烯酸类核壳抗冲改性剂。
在某些实施方案中,提供了一种纤维素酯组合物,其包含至少一种纤维素酯和至少一种PAP、至少一种抗冲改性剂和1至小于5重量%的单体增塑剂。在实施方案中,PAP、抗冲改性剂和单体增塑剂以足以提供以下组合物的量存在,所述组合物能够模制并具有相对较高的Tg、良好韧性和抗蠕变(即载荷变形)性的平衡。在实施方案中,纤维素酯是CAP,PAP是PBS,抗冲改性剂是丙烯酸类核壳抗冲改性剂,且单体增塑剂是基于己二酸酯的单体增塑剂(例如DOA),且所述组合物包含2重量%至10重量%、或3重量%至8重量% 的PBS;2重量%至10重量%、或4重量%至8重量%的抗冲改性剂;和2重量%至小于5重量%的单体增塑剂。在一个实施方案中,单体增塑剂是DOA。
在某些实施方案中,对于上述任何实施方案,一种或多种PAP包括PBS或聚(琥珀酸丁二醇酯)和聚(己二酸丁二醇酯)的共聚物(PBSA)。在某些实施方案中,对于上述任何实施方案,PAP是PBS或PBSA。在某些实施方案中,对于上述任何实施方案,PAP是PBS。
在某些实施方案中,纤维素酯可选自含有基于聚合物的总重量计大约5至大约55重量%丁酰基的乙酸丁酸纤维素。在某些实施方案中,纤维素酯可选自含有基于聚合物的总重量计大约5至大约50重量%丙酰基的乙酸丙酸纤维素。
在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于聚合物的总重量计高于5重量%的丙酰基含量的乙酸丙酸纤维素(CAP)。在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于CAP聚合物的总重量计高于40%的丙酰基含量的乙酸丙酸纤维素(CAP)。在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于CAP聚合物的总重量计小于40%的丙酰基含量的乙酸丙酸纤维素(CAP)。
在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于聚合物的总重量计高于5重量%的丁酰基含量的乙酸丁酸纤维素(CAB)。在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于CAB聚合物的总重量计高于40%的丁酰基含量的乙酸丁酸纤维素(CAB)。在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于CAB聚合物的总重量计小于32%的丁酰基含量或15至32重量%的丁酰基含量的乙酸丁酸纤维素(CAB)。
详述
在本发明的一个实施方案中,提供了一种纤维素酯组合物,其包含至少一种纤维素酯、至少一种PAP和任选的至少一种抗冲改性剂和/或单体增塑剂。
在实施方案中,本发明中使用的纤维素酯可以是具有C3至C10酸的盐或酯部分,优选丙酸酯和/或丁酸酯部分的足够含量的任何纤维素酯。可用于本发明的纤维素酯通常包含具有以下结构的重复单元:
其中R1、R2和R3独立地选自氢或具有2至10个碳原子的直链烷酰基。对于纤维素酯,取代水平通常以取代度(DS)表示,其为非OH取代基/脱水葡萄糖单元(AGU)的平均数。通常,常规纤维素在各AGU单元中含有三个可被取代的羟基;因此,DS可具有0至3的值。但是,由于端基贡献,低分子量纤维素混合酯可具有略高于3的总取代度。天然纤维素是甚至在制浆和提纯后仍具有250 – 5,000的聚合度的大多糖,并且最大DS为3.0的假设因此是大致正确的。但是,随着聚合度降低,如在低分子量纤维素混合酯中那样,多糖主链的端基变得相对更显著,由此导致DS变动可能超过3.0。随后在本公开中更详细地论述了低分子量纤维素混合酯。由于DS是统计平均值,值为1不能确保每个AGU具有单个取代基。在一些情况下,可存在未取代的脱水葡萄糖单元,一些具有两个取代基,且一些具有三个取代基,并且该值通常不是整数。总DS被定义为所有取代基/脱水葡萄糖单元的平均数。取代度/AGU也可指特定取代基,例如羟基、乙酰基、丁酰基或丙酰基。
在实施方案中,所用纤维素酯可以是纤维素三酯或二型(secondary)纤维素酯。纤维素三酯的实例包括但不限于三丙酸纤维素或三丁酸纤维素。二型纤维素酯的实例包括乙酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素。
在本发明的一个实施方案中,纤维素酯可选自丙酸纤维素(CP)、丁酸纤维素(CB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、丙酸丁酸纤维素(CPB)、乙酸异丁酸纤维素(CAIB)、三丙酸纤维素(CTP)或三丁酸纤维素(CTB)等,或其组合。一些纤维素酯的实例描述在美国专利号1,698,049;1,683,347;1,880,808;1,880,560;1,984,147、2,129,052;和3,617,201中,它们以与本文中的叙述不矛盾的程度通过引用全文并入本文。在一个实施方案中,纤维素酯是CAP。
在本发明的一个实施方案中,纤维素酯可选自丙酸纤维素(CP)、丁酸纤维素(CB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、乙酸异丁酸纤维素(CAIB)、丙酸丁酸纤维素(CPB)、三丙酸纤维素(CTP)或三丁酸纤维素(CTB),但不选自乙酸纤维素(CA)。
在本发明的某些实施方案中,纤维素酯具有基于纤维素酯聚合物的总重量计5至52%、或10至52%、或15至52%、或20至52%、或25至52%、或30至52%、或35至52%、或40至52%、或45至52%、或49至52%、或5至50%、或10至50%、或15至50%、或20至50%、或25至50%、或30至50%、或35至50%、或40至50%、或45至50%、或5至小于50%、或10至小于50%、或15至小于50%、或20至小于50%、或25至小于50%、或30至小于50%、或35至小于50%、或40至小于50%、或45至小于50%、或35至小于50%、或40至小于50%、或45至小于50%、或5至38%、或10至38%、或15至38%、或20至38%、或25至38%、或30至38%、或35至38%、或5至35%、或5至35%、或10至35%、或15至35%、或20至35%、或25至35%、或30至35%、或5至30%、或10至30%、或15至30%、或20至30%、或25至30%、或5至20%、或10至20%的丙酰基总重量百分比。
在本发明的某些实施方案中,纤维素酯具有基于纤维素酯聚合物的总重量计5至57%、或10至57%、或15至57%、或20至57%、或25至57%、或30至57%、或35至57%、或40至57%、或大于40至57%、或41至57%、或45至57%、或50至57%、或5至55%、或10至55%、或15至55%、或20至55%、或25至55%、或30至55%、或35至55%、或40至55%、或大于40至55%、或41至55%、或45至55%、或50至55%、或5至50%、或10至50%、或15至50%、或20至50%、或25至50%、或30至50%、或35至50%、或40至50%、或大于40至50%、或41至50%、或45至50%、或5至45%、或10至45%、或15至45%、或20至45%、或25至45%、或30至45%、或35至45%、或40至45%、或大于40至45%、或41至45%、或5至35%、或10至35%、或15至35%、或20至35%、或25至35%、或30至35%、或5至小于32%、或10至小于32%、或15至小于32%、或20至小于32%、或25至小于32%、或5至30%、或10至30%、或15至30%、或20至30%、或25至30%的丁酰基总重量百分比。
在某些实施方案中,纤维素酯是丙酸丁酸纤维素或乙酸丙酸丁酸纤维素,作为聚合物总重量的百分比的丙酰基(propionate)和丁酰基的组合含量在15%至55%、或15%至50%、或15%至45%、或15%至40%、或15%至35%、或15%至30%、或15%至25%、或15%至20%、或20%至55%、或20%至50%、或20%至45%、或20%至40%、或20%至35%、或20%至30%、或20%至25%、或25%至55%、或25%至50%、或25%至45%、或25%至40%、或25%至35%、或25%至30%、或30%至55%、或30%至50%、或30%至45%、或30%至40%、或30%至35%、或35%至55%、或35%至50%、或35%至45%、或35%至40%、40%至55%、或40%至50%、或40%至45%、或40%至55%、或40%至55%、或40%至55%、或40%至45%、或45%至55%、或45%至50%、或50%至55%的范围内。
纤维素酯可通过本领域中已知的任何方法生产。在Kirk-Othmer, Encyclopediaof Chemical Technology, 第5版, 第5卷, Wiley-Interscience, New York (2004), 第394-444页中教导了生产纤维素酯的方法的实例。纤维素——用于生产纤维素酯的原材料,可以不同等级和来源获得,如来自棉短绒、软木浆、硬木浆、玉米纤维和其它农业资源,和细菌纤维素等。
一种生产纤维素酯的方法是通过将纤维素与合适的有机酸、酸酐和催化剂混合将纤维素酯化。纤维素随后转化成纤维素三酯。然后通过将水-酸混合物添加到纤维素三酯中进行酯水解,然后可过滤以除去任何凝胶粒子或纤维。然后将水添加到该混合物中以使纤维素酯沉淀。然后可用水洗涤纤维素酯以除去反应副产物,接着脱水和干燥。
待水解的纤维素三酯可具有三个取代基,其独立地选自具有2至10个碳原子的烷酰基。纤维素三酯的实例包括三乙酸纤维素、三丙酸纤维素和三丁酸纤维素或混合纤维素三酯,如乙酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素。这些纤维素酯可通过本领域技术人员已知的许多方法制备。例如,纤维素酯可通过纤维素在羧酸和酸酐的混合物中在催化剂如H2SO4存在下的多相酰化制备。纤维素三酯也可通过溶解在合适溶剂如LiCl/DMAc或LiCl/NMP中的纤维素的均相酰化制备。
在纤维素酯化成三酯后,可通过水解或通过醇解除去一部分酰基取代基以产生二型纤维素酯。如上所述,根据所用的特定方法,酰基取代基的分布可以是无规或非无规的。也可通过使用有限量的酰化试剂在没有水解地情况下直接制备二型纤维素酯。当在溶解纤维素的溶剂中进行反应时,这种方法特别有用。所有这些方法都可用于获得可用于本发明的纤维素酯。
最常见的商业二型纤维素酯通过纤维素的初始酸催化的多相酰化以形成纤维素三酯制备。在获得纤维素三酯在相应羧酸中的均相溶液后,随后对纤维素三酯施以水解直至获得所需取代度。在分离后,获得无规二型纤维素酯。也就是说,在各羟基处的相对取代度(RDS)大致相等。
可用于本发明的各种实施方案的纤维素酯的一些实例可使用本领域中已知的技术制备,并可获自Eastman Chemical Company, Kingsport, TN, U.S.A.,例如Eastman™Cellulose Acetate Propionate CAP 482-20、Eastman™ Cellulose AcetatePropionate CAP 141-20、Eastman™ Cellulose Acetate Butyrate CAB381-20和Cellulose Acetate Butyrate CAB 171-15。一些常见纤维素酯的实例,与所示落球粘度值,列在下表1中。
表1 – 常见纤维素酯
CE标号 | 商业CE材料 | 粘度 | 乙酰基 重量% | 丙酰基 重量% | 丁酰基 重量% | OH 重量% |
1 | CAP 482-20 | 20 | 1.3 | 48 | 0 | 2.0 |
2 | CP520-7(CTP) | 7 | 0 | 50 | 0 | 0.6 |
3 | CAB 381-20 | 20 | 13.5 | 0 | 37 | 1.7 |
4 | CAP 141-3 | 3 | 29.1 | 14.7 | 0 | 2.3 |
5 | CAP 141-8 | 8 | 29.1 | 14.7 | 0 | 2.3 |
6 | CAP 141-20 | 20 | 29.1 | 14.7 | 0 | 2.3 |
7 | VM230 | 20 | 0 | 38 | 0 | 7.8 |
8 | CAP 202-29 | 29 | 24.48 | 18.07 | 0 | 3.3 |
9 | CA 398-3 | 3 | 39.8 | 0 | 0 | 3.6 |
10 | CA 398-10 | 10 | 39.8 | 0 | 0 | 3.6 |
11 | CA 398-30 | 30 | 39.8 | 0 | 0 | 3.6 |
12 | LA150 | 20 | 38 | 0 | 0 | 4.5 |
* Eastman Chemical Company制造的CE Materials。
在实施方案中,本发明中使用的纤维素酯还可含有化学官能,并在本文中描述为衍生的、改性的或官能化的纤维素酯。官能化的纤维素酯可通过使纤维素酯的游离羟基与双官能反应物反应制造,所述双官能反应物具有一个用于接枝到纤维素酯的连接基团和一个向纤维素酯提供新化学基团的官能团。此类双官能反应物的实例包括经酯键连接并提供酸官能的琥珀酸酐;经烷氧基硅烷键连接并提供巯基官能的巯基硅烷;和经氨基甲酸酯键连接并提供甲基丙烯酸酯官能的甲基丙烯酸异氰酸根合乙酯。
在本发明的一个实施方案中,官能化纤维素酯通过使纤维素酯的游离羟基与双官能反应物反应制造,以产生具有选自不饱和(双键)、羧酸、乙酰乙酸酯、乙酰乙酸酰亚胺酯(acetoacetate imide)、巯基、三聚氰胺和长烷基链的至少一个官能团的纤维素酯。
用于制造含有长烷基链官能的纤维素酯的双官能反应物描述在美国专利5,750,677中;其以与本文中的叙述不矛盾的程度通过引用并入本文。在一个实施方案中,含有长烷基链官能的纤维素酯通过使用含钛物类使纤维素在羧酰胺稀释剂或基于脲的稀释剂中与酰化试剂反应制造。含长烷基链官能的纤维素酯可选自乙酸己酸纤维素、乙酸壬酸纤维素、乙酸月桂酸纤维素、棕榈酸纤维素、乙酸硬脂酸纤维素、壬酸纤维素、己酸纤维素、己酸丙酸纤维素和壬酸丙酸纤维素。
在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于CAP聚合物的总重量计高于5%的丙酰基含量的乙酸丙酸纤维素(CAP)。在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于CAP聚合物的总重量计小于大约40%的丙酰基含量的乙酸丙酸纤维素(CAP)。
在本发明的某些实施方案中,纤维素酯具有基于纤维素酯聚合物的总重量计5至52%、或10至52%、或15至52%、或20至52%、或25至52%、或30至52%、或35至52%、或40至52%、或45至52%、或49至52%、或5至50%、或10至50%、或15至50%、或20至50%、或25至50%、或30至50%、或35至50%、或40至50%、或45至50%、或5至小于50%、或10至小于50%、或15至小于50%、或20至小于50%、或25至小于50%、或30至小于50%、或35至小于50%、或40至小于50%、或45至小于50%、或35至小于50%、或40至小于50%、或45至小于50%、或5至38%、或10至38%、或15至38%、或20至38%、或25至38%、或30至38%、或35至38%、或5至35%、或5至35%、或10至35%、或15至35%、或20至35%、或25至35%、或30至35%、或5至30%、或10至30%、或15至30%、或20至30%、或25至30%、或5至20%、或10至20%的丙酰基总重量百分比。
在某些实施方案中,纤维素酯是具有基于CAB聚合物的总重量计高于5%的丁酰基含量的乙酸丁酸纤维素(CAB)。在某些实施方案中,该纤维素酯是具有基于CAB聚合物的总重量计小于55%的丁酰基含量的乙酸丁酸纤维素(CAB)。
在本发明的某些实施方案中,纤维素酯具有基于纤维素酯聚合物的总重量计5至57%、或10至57%、或15至57%、或20至57%、或25至57%、或30至57%、或35至57%、或40至57%、或大于40至57%、或41至57%、或45至57%、或50至57%、或5至55%、或10至55%、或15至55%、或20至55%、或25至55%、或30至55%、或35至55%、或40至55%、或大于40至55%、或41至55%、或45至55%、或50至55%、或5至50%、或10至50%、或15至50%、或20至50%、或25至50%、或30至50%、或35至50%、或40至50%、或大于40至50%、或41至50%、或45至50%、或5至45%、或10至45%、或15至45%、或20至45%、或25至45%、或30至45%、或35至45%、或40至45%、或大于40至45%、或41至45%、或5至35%、或10至35%、或15至35%、或20至35%、或25至35%、或30至35%、或5至小于32%、或10至小于32%、或15至小于32%、或20至小于32%、或25至小于32%、或5至30%、或10至30%、或15至30%、或20至30%、或25至30%的丁酰基总重量百分比。
在某些实施方案中,纤维素酯是丙酸丁酸纤维素或乙酸丙酸丁酸纤维素,作为聚合物总重量百分比的组合丙酰基和丁酰基含量在以下范围内:15%至55%、或15%至50%、或15%至45%、或15%至40%、或15%至35%、或15%至30%、或15%至25%、或15%至20%、或20%至55%、或20%至50%、或20%至45%、或20%至40%、或20%至35%、或20%至30%、或20%至25%、或25%至55%、或25%至50%、或25%至45%、或25%至40%、或25%至35%、或25%至30%、或30%至55%、或30%至50%、或30%至45%、或30%至40%、或30%至35%、或35%至55%、或35%至50%、或35%至45%、或35%至40%、40%至55%、或40%至50%、或40%至45%、或40%至55%、或40%至55%、或40%至55%、或40%至45%、或45%至55%、或45%至50%、或50%至55%。
上文论述的任何纤维素酯还可含有至多10%的残余羟基单元,优选0.5%至5%。
在本发明的实施方案中,术语“PBS聚合物”可与聚合脂族聚酯(“PAP”)互换使用,其中PAP是包含一种或多种C2至C4烷烃二醇的残基和一种或多种C4至C8烷基二羧酸的残基、或包含开环内酯的残基的聚合脂族聚酯。在实施方案中,PAP包含C2至C4烷烃二醇的残基和C4至C6烷基二羧酸的残基。在实施方案中,PAP包含乙二醇或1,4-丁二醇的残基和琥珀酸、戊二酸或己二酸的残基。在实施方案中,PAP包含乙二醇或1,4-丁二醇的残基和琥珀酸的残基。在实施方案中,PAP选自聚(琥珀酸丁二醇酯)或聚(琥珀酸乙二醇酯)。在实施方案中,PAP选自聚(己二酸丁二醇酯)或聚(己二酸乙二醇酯)。在实施方案中,PAP是聚(琥珀酸丁二醇酯)(PBS)。在另一实施方案中,脂族聚酯包含内酯(环酯)如己内酯的开环的残基。在实施方案中,PAP可以是共聚物。在实施方案中,PAP具有大于2000、或3000或更高、或5000或更高、或7000或更高、或8000或更高、或9000或更高、或9500或更高、或10000或更高的数均分子量(Mn)。在实施方案中,PAP具有5000至20000、或8000至20000、或8000至15000、或9000至12000的数均分子量(Mn)。分子量(和Mn)可使用借助折光率检测器和聚苯乙烯标准品、用二氯甲烷溶剂的凝胶渗透色谱法(GPC)测定。在一个实施方案中,PAP是具有在5000至20000;或10000至20000;或15000至20000的范围内的Mn的聚(琥珀酸丁二醇酯)。
在本发明的实施方案中,PBS聚合物(或PAP)可以是任何聚(琥珀酸丁二醇酯)材料。在实施方案中,PBS聚合物(或PAP)可选自由以下获得的PBS无规共聚物:琥珀酸或琥珀酸酯、1,4-丁二醇和其它二羧酸或亚烷基二醇,如己二酸、戊二酸、具有取代侧基的琥珀酸、辛二酸、1,3-丙二醇和其它取代二醇。聚(琥珀酸丁二醇酯)材料的实例包括但不限于聚(琥珀酸丁二醇酯-共聚-己二酸丁二醇酯)(PBSA)、聚(琥珀酸丁二醇酯-共聚-对苯二甲酸丁二醇酯)、聚(琥珀酸丁二醇酯-共聚-琥珀酸丙二醇酯)、聚(琥珀酸丁二醇酯-共聚-甲基琥珀酸丁二醇酯)、聚(琥珀酸丁二醇酯-共聚-二甲基琥珀酸丁二醇酯)、聚(琥珀酸丁二醇酯-共聚-苯基琥珀酸丁二醇酯),以及含有聚(己二酸丁二醇酯)、聚(琥珀酸乙二醇酯)和/或聚(己二酸乙二醇酯)的聚(琥珀酸丁二醇酯)共混物。在一个实施方案中,PBS聚合物(或PAP)是聚(琥珀酸丁二醇酯)(PBS)。
在某些实施方案中,根据ASTM试验方法D1238用2.16 kg载荷在190℃下测得的PAP的MFR小于30、或小于25、或小于20、或小于15、或小于10、或小于6、或大约5或更小。在实施方案中,PAP具有至少0.5、或1、或2的MFR。
在实施方案中,PBS聚合物(或PAPs)具有在0.5-30、或0.5-25、或0.5-20、或0.5-15、或0.5-10、或0.5-6、或0.5-5的范围内的MFR(190℃,2.16 kg)。在实施方案中,PBS聚合物(或PAPs)具有100%或更大、或150%或更大、或200%或更大、或250%或更大的致断伸长。在一个实施方案中,纤维素酯组合物含有至少一种具有10或更小的MFR(190℃,2.16 kg)和100%或更大的致断伸长的PBS聚合物(或PAP)。在某些实施方案中,这样的PBS聚合物(或PAP)在纤维素酯组合物中的量为基于总纤维素酯组合物的0.5至40重量%、或1至35重量%、或2至30重量%、或2至20重量%、或2至10重量%、或2.5至30重量%、或5至30重量%、或5至25重量%、或5至20重量%、或5至15重量%、或7至18重量%、或8至12重量%。在某些实施方案中,组合物除PBS聚合物(或PAP)外还含有至少一种抗冲改性剂和/或至少一种单体增塑剂,并且PBS聚合物(或PAP)在纤维素酯组合物中的量为基于总纤维素酯组合物的0.5至40重量%、或1至35重量%、或2至30重量%、或2至20重量%、或2至10重量%、或3至10重量%、或3至8重量%、或3至7重量%、或4至8重量%;或4至7重量%。
在一个实施方案中,可包括与PBS聚合物(或PAPs)一起的一种或多种抗冲改性剂,并且在某些实施方案中,该抗冲改性剂可以是被归类为具有低于室温的玻璃化转变温度(Tg)的弹性体的任何聚合物材料。Tg可以例如根据ASTM D3418使用TA 2100 ThermalAnalyst Instrument采用20℃/分钟的扫描速率测量。几类抗冲改性剂符合这一描述。
在一个实施方案中,抗冲改性剂可选自被称为改性聚烯烃(或烯烃共聚物)的材料类别。在这一类别中,烯烃与附加单体共聚,所述附加单体限制聚合物的结晶,增加Tg低于室温的链的量并将模量降低到500 MPa以下。改性烯烃的实例包括乙烯丙烯酸甲酯(EMA)(实例包括Elvaloy 4051、Lotader 3410和Lotader 8900)、乙烯乙酸丁酯(EBA)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)(实例包括Levamelt 500、Levamelt 600、Levamelt 700、Levamelt 800、Elvax40W、Evatane 28-40、Evatane 40-55、Evatane 18-150、Bynel E418和Bynel 3101)、乙烯乙酸乙酯(EEA)、基于乙烯丙烯二烯单体的弹性体(EPDM)(实例包括Royaltuf 498)和乙烯丙烯橡胶弹性体(EPR)。
在一个实施方案中,抗冲改性剂可以是一种嵌段共聚物,其中该链的至少一个链段具有低于室温的Tg,被称为软链段,并且该链的至少一个链段具有高于室温的Tg或Tm,被称为硬链段。这些嵌段共聚物通常也被称为热塑性弹性体(TPEs)。这一类别的嵌段共聚物的实例包括苯乙烯类材料,如聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)和苯乙烯-异戊二烯-橡胶弹性体(SIS)(实例包括Kraton G1657MS、KratonFG1901 G和Kraton FG1924 G);热塑性聚氨酯(TPU)(实例包括Elastolan 1170Z、Estane2355、Estane ALR CL87A和Estane ALR 72A);聚酯-醚共聚物(实例包括Ecdel 9966和Hytrel 3078)或聚酰胺-醚共聚物(实例包括Pebax 5533)。
在一个实施方案中,抗冲改性剂可选自被称为核壳抗冲改性剂的乳液制备的材料类别。在一个实施方案中,抗冲改性剂是MBS核壳抗冲改性剂,如具有由丁二烯-苯乙烯共聚物制成的核和由甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物制成的壳的甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯。在另一实施方案中,抗冲改性剂是具有由丙烯酸类聚合物(如丙烯酸丁酯或苯乙烯-丙烯酸丁酯)制成的核和由聚甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物制成的壳的丙烯酸类核壳抗冲改性剂。
在实施方案中,MBS抗冲改性剂可包含接枝聚合物组合物,其包含10至70重量%的丁二烯的聚合物或共聚物和首先(甲基)丙烯酸甲酯和交联剂的接枝、且其次苯乙烯的接枝,和第三(甲基)丙烯酸甲酯与任选交联剂的接枝。
适合与共轭二烯烃,并优选与丁二烯聚合的单体可包括烯基芳族化合物,且优选乙烯基芳族化合物,如苯乙烯、二乙烯基苯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氢化苯乙烯;丙烯酸低级(CZ-Cu)烷基酯,如丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸Z-甲基丁酯、丙烯酸3-甲基丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸Z-乙基己酯;(甲基)丙烯酸低级(C2-C12)烷基酯;丙烯腈;烯烃;等等;或上述之中任何的组合。
合适的交联剂包括二乙烯基苯;二(甲基)丙烯酸酯;二丙烯酸酯,如单-、二-或聚乙二醇的二丙烯酸酯;它们的(甲基)丙烯酸酯;二乙烯基硫醚;二乙烯基醚;丙烯酸乙烯酯;(甲基)丙烯酸乙烯酯;三乙烯基苯;三羟甲基丙烷;三(甲基)丙烯酸酯;氰脲酸三烯丙酯和异氰脲酸三烯丙酯。
在一个实施方案中,MBS核壳抗冲改性剂可包含丁二烯和苯乙烯的共聚物,且最优选丁二烯、苯乙烯和二乙烯基苯的三元共聚物。尽管构成共聚物基质(copolymericsubstrate)的单体的相对量可变,但基于丁二烯、苯乙烯和二乙烯基苯的组合为100重量份计,丁二烯组分将通常构成大约30至100重量份,苯乙烯组分将构成0至大约70重量份,且二乙烯基苯组分将构成0至大约5重量份。在一个实施方案中,共聚物基质可在同样基础上包含大约50至大约90重量份的丁二烯、大约10至大约50重量份的苯乙烯和0至大约5重量份的二乙烯基苯,且最优选在同样基础上包含大约65至大约85重量份的丁二烯、大约15至大约35重量份的苯乙烯和大约0.5至大约2.0重量份的二乙烯基苯。
甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯核壳聚合物的实例是描述在专利US 4,446,585、US5,534,594和US 6,331580(但不限于此)中的那些。MBS核壳抗冲改性剂可作为Kane AceB564获自Kaneka、作为Clearstrength获自Arkema、作为Metablen C和Metablen E获自Mitsubishi Chemical、作为Paraloid获自Dow和作为Visiomer获自Evonik。
在本发明的一个实施方案中,核壳抗冲改性剂是丙烯酸类抗冲改性剂,其包含大约25至95重量%的由包含大约75至99.8重量%的丙烯酸(C1至C6)烷基酯、0.1至5重量%的交联单体和0.1至5重量%的接枝连接单体的单体体系聚合的第一弹性体相,以及大约75至5重量%的在所述弹性体相存在下聚合的不含环氧基团的最终刚性热塑性相。
可用的丙烯酸酯的实例是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯等。在一些实施方案中,该丙烯酸酯是丙烯酸正丁酯和丙烯酸乙酯。
接枝连接单体被定义为同时具有高反应性双键和较低反应性双键的多烯键式不饱和单体,以使高反应性双键倾向于在第一阶段单体聚合过程中聚合,留下剩余双键在下一阶段聚合过程中聚合,并由此接枝连接第一阶段与第二阶段聚合物。在一些实施方案中,接枝连接单体是甲基丙烯酸烯丙酯、丙烯酸烯丙酯和马来酸二烯丙酯。在一个实施方案中,基于第一阶段单体体系计,存在0.05至3%接枝连接单体。也优选存在交联单体,通常以基于第一阶段单体体系计大约0.05至3重量%的量存在,并且被定义为具有至少两个反应性大致相等的双键以导致在第一阶段聚合中交联的多烯键式不饱和单体。典型的交联单体的实例是二丙烯酸1,3-丁酯、二甲基丙烯酸1,3-丁酯、二乙烯基苯等。
“环氧官能”是指附在最终阶段聚合物侧方的环氧单元。在一些实施方案中,通过在最终阶段单体混合物中使用含环氧基的单体,如丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯而将环氧官能并入最终阶段聚合物中。
丙烯酸类核壳聚合物的实例是专利US 3,448,173、US 3,655,825和US 3,853,968(但不限于此)中描述的那些。合适的丙烯酸类抗冲改性剂的实例是来自Kaneka的Kane AceECO100和M570、来自Arkema的Durastrength、来自DuPont的Elvaloy和Elvaloy HP、来自Mitsubishi Chemical的Metablen W和来自Dow的Paraloid。
在这种实施方案的一类中,抗冲改性剂是具有由丁二烯-苯乙烯共聚物制成的核和由丙烯腈-苯乙烯共聚物制成的壳的ABS核壳抗冲改性剂。ABS核壳抗冲改性剂的实例包括来自Galata Chemicals的Blendex和来自Elix Polymers的Elix。
在这种实施方案的一类中,抗冲改性剂是具有由有机硅-丙烯酸类橡胶制成的核和由PMMA共聚物或甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物制成的壳的有机硅-丙烯酸类核壳抗冲改性剂。有机硅-丙烯酸类核壳抗冲改性剂的实例包括来自Mitsubishi Chemical Company的Metablen S。
在一个实施方案中,抗冲改性剂具有中性的酸度。相信这将有助于防止纤维素酯在该组合物的熔融加工过程中降解。
在一个实施方案中,抗冲改性剂可以是非反应性抗冲改性剂或反应性抗冲改性剂,或两者的组合。所用的抗冲改性剂还可改进纤维素酯组合物的机械和物理性质。
在使用非反应性抗冲改性剂的一个实施方案中,抗冲改性剂含有第一聚合物链链段,相比于另一聚合物链段所述第一聚合物链链段与纤维素酯的化学或物理相容性更高。在一个实施方案中,第一链段含有提供与纤维素酯的相容性的极性官能团,其包括但不限于诸如醚、酯、酰胺、醇、胺、酮和缩醛之类的极性官能团。相容性被定义为第一聚合物链段相对于第二链段优先与纤维素酯聚合物相互作用,并可以是指分子尺度或微观尺度的相互作用。第一链段可由下列低聚物或聚合物组成:纤维素酯;纤维素醚;聚氧化烯,如聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚氧丁烯;聚二醇,如聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇;聚酯,如聚己内酯、聚乳酸、脂族聚酯、脂族-芳族共聚酯;聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯;聚缩醛;聚乙烯基吡咯烷酮;聚乙烯-乙酸乙烯酯;聚乙酸乙烯酯;和聚乙烯醇。在一个实施方案中,第一链段是聚乙烯-乙酸乙烯酯;聚氧乙烯或聚乙烯醇。
在实施方案中,第二链段可以是饱和或不饱和烃基团,或含有饱和和不饱和的烃基团。第二链段可以是低聚物或聚合物。在本发明的一个实施方案中,非反应性抗冲改性剂的第二链段选自聚烯烃、聚二烯、聚芳族化合物和共聚物。聚芳族化合物第二链段的一个实例是聚苯乙烯。共聚物第二链段的一个实例是苯乙烯/丁二烯共聚物。
非反应性抗冲改性剂的第一和第二链段可为二嵌段、三嵌段、支化或梳状结构。非反应性抗冲改性剂的重均分子量(Mw)可为大约300至大约20,000或大约500至大约10,000或大约1,000至大约5,000。非反应性抗冲改性剂的链段比可为大约15至大约85%的极性第一链段/大约15至大约85%的非极性第二链段。
非反应性抗冲改性剂的实例包括但不限于乙氧基化醇、乙氧基化烷基酚、乙氧基化脂肪酸、聚乙烯-乙酸乙烯酯、环氧丙烷和环氧乙烷的嵌段聚合物、乙烯/丙烯三元共聚物、官能化聚烯烃、聚甘油酯、多糖酯和脱水山梨糖醇酯。乙氧基化醇的实例是C11-C15仲醇乙氧基化物、聚氧乙烯鲸蜡基醚、聚氧乙烯硬脂基醚和用环氧乙烷乙氧基化的C12-C14天然直链醇。C11-C15仲醇乙氧基化物可作为Dow Tergitol® 15S获自Dow Chemical Company。聚氧乙烯鲸蜡基醚和聚氧乙烯硬脂基醚可以以Brij®产品系列获自ICI Surfactants。用环氧乙烷乙氧基化的C12-C14天然直链醇可以以Genapol®产品系列获自Hoechst Celanese。乙氧基化烷基酚的实例包括辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇和壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇。辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇可作为Igepal® CA产品系列获自Rhodia,且壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇可作为Igepal CO产品系列获自Rhodia,或作为Tergitol® NP获自DowChemical Company。乙氧基化脂肪酸可包括聚乙二醇单硬脂酸酯或单月桂酸酯,其可以以Nopalcol®产品系列获自Henkel。环氧丙烷和环氧乙烷的嵌段聚合物可以以Pluronic®产品系列获自BASF。聚甘油酯可以以Drewpol®产品系列获自Stepan。多糖酯可以以Glucopon®产品系列获自Henkel,其为烷基聚葡糖苷。脱水山梨糖醇酯可以以Tween®产品系列获自ICI。
在本发明的另一实施方案中,非反应性抗冲改性剂可通过使纤维素酯相容性化合物反应而在纤维素酯组合物中原位合成。这些化合物可以是例如遥爪低聚物,其被定义为能够通过它们的反应性端基进入进一步聚合或其它反应的预聚物。在本发明的一个实施方案中,这些原位抗冲改性剂可具有大约10,000至大约1,000,000的较高重均分子量(Mw)。
在本发明的另一实施方案中,抗冲改性剂可以是反应性的。反应性抗冲改性剂可包含与组合物的一种组分相容的聚合物或低聚物以及能与组合物的另一组分反应的官能团。在实施方案中,可使用两种类型的反应性抗冲改性剂。第一种反应性抗冲改性剂具有与纤维素酯相容的烃链,且还具有能与纤维素酯反应的官能团。这样的官能团包括但不限于羧酸、酸酐、酰基氯、环氧化物和异氰酸酯。这种类型的反应性抗冲改性剂的具体实例包括但不限于:长链脂肪酸,如硬脂酸(十八烷酸);长链脂肪酰氯,如硬脂酰氯(十八烷酰氯);长链脂肪酸酐,如硬脂酸酐(十八烷酸酐);环氧化油和脂肪酯;苯乙烯马来酸酐共聚物;马来酸酐接枝的聚丙烯;马来酸酐与烯烃和/或丙烯酸酯的共聚物,例如乙烯、丙烯酸酯和马来酸酐的三元共聚物;以及甲基丙烯酸缩水甘油酯与烯烃和/或丙烯酸酯的共聚物,例如乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元共聚物。
反应性抗冲改性剂可作为以下获得:来自Sartomer/Cray Valley的SMA® 3000苯乙烯马来酸酐共聚物、来自Eastman Chemical Company的Eastman G-3015®马来酸酐接枝聚丙烯、获自Westlake Chemical的Epolene® E-43马来酸酐接枝聚丙烯、获自Arkema的Lotader® MAH 8200乙烯、丙烯酸酯和马来酸酐的无规三元共聚物、Lotader® GMA AX 8900乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规三元共聚物和Lotarder® GMA AX 8840乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规三元共聚物。
反应性聚烯烃抗冲改性剂可作为Lotader、Fusabond、Elvloy PTW、Lotryl、Elvaloy AC、InterLoy获得。
第二类型的反应性抗冲改性剂具有与纤维素酯相容的极性链,还具有能与纤维素酯反应的官能团。这些类型的反应性抗冲改性剂的实例包括具有烯烃或硫醇官能的纤维素酯或聚乙二醇。具有烯烃官能的反应性聚乙二醇抗冲改性剂包括但不限于聚乙二醇烯丙基醚和聚乙二醇丙烯酸酯。具有硫醇官能的反应性聚乙二醇抗冲改性剂的实例包括聚乙二醇硫醇。反应性纤维素酯抗冲改性剂的实例包括巯基乙酸纤维素酯。
在本发明的实施方案中,纤维素酯组合物中的抗冲改性剂的量可为基于纤维素酯组合物的重量计大约1重量%至大约15重量%、或大约2重量%至大约10重量%、或大约4重量%至大约10重量%、或大约4重量%至大约8重量%、或大约5重量%至大约10重量%。在某些实施方案中,纤维素酯组合物包含55至98重量%的至少一种纤维素酯,优选CAP;1至30重量%的至少一种PBS聚合物(或PAP),优选具有小于25的MFR(190℃,2.16 kg)和100%或更大的致断伸长的PBS;和1至15重量%的至少一种抗冲改性剂,优选丙烯酸类核壳抗冲改性剂。在含有抗冲改性剂的实施方案中,CAP含有按重量计大于10%、或大于20%、或大于30%、或大于40%、或大于45%的丙酰基。
在一个实施方案中,纤维素酯组合物是透明的,具有至少70%、或至少75%、或至少80%、或至少85%、或至少90%的光透射率,其根据ASTM D1003在249℃的机筒设定点和5分钟的停留时间下注射成型后使用3.2 mm板测得。在某些实施方案中,基于聚合物的树脂具有70%至95%、或75%至95%、或80%至95%、或85%至95%、或90%至95%、或70%至90%、或75%至90%、或80%至90%、或85%至90%的透射率,其根据ASTM D1003在249℃的机筒设定点和5分钟的停留时间下注射成型后使用3.2 mm板测得。在这种实施方案的一类中,包含PBS聚合物(或PAP)的纤维素酯组合物具有小于10%的雾度百分比。在实施方案中,包含PBS聚合物(或PAP)的纤维素酯组合物具有小于8%、或小于6%、或小于5%的雾度百分比。
在另一实施方案中,PBS聚合物(或PAP)的折射率(RI)足够接近一种或多种纤维素酯的折射率,以提供具有高透射率和低雾度的组合物。在一个实施方案中,PBS聚合物(或PAP)具有大约1.46至1.48的接近纤维素酯的RI的RI以提供清澈组合物。在实施方案中,PBS聚合物(或PAP)和纤维素酯组分具有大约0.006至大约-0.0006的折射率差值,RI(第二组分)- RI(第一组分)(例如CE的RI – PBS的RI),并且共混物具有至少75%的透射率百分比,和10%或更低,且更优选5%或更低的雾度。
在本发明的实施方案中,纤维素酯组合物中的PBS聚合物(或PAP)的量可为基于纤维素酯组合物的重量计大约0.5重量%至大约40重量%、或大约1重量%至大约35重量%、或2至30重量%、或2至20重量%、或2至10重量%、或大约2.5重量%至大约30重量%、或大约5重量%至大约25重量%、或大约5重量%至大约20重量%、或大约5重量%至大约15重量%、或大约5重量%至大约10重量%、或大约10重量%至大约30重量%、或大约10重量%至大约25重量%、或大约10重量%至大约20重量%、或大约10重量%至大约15重量%、或大于10重量%至大约30重量%、或大于10重量%至大约25重量%、或大于10重量%至大约20重量%、或大于10重量%至大约15重量%。在实施方案中,该组合物除PBS聚合物(或PAP)外还含有至少一种抗冲改性剂和/或至少一种单体增塑剂,并且PBS聚合物(或PAP)在纤维素酯组合物中的量为总纤维素酯组合物的0.5至40重量%、或1至35重量%、或2至30重量%、或2至20重量%、或2至10重量%、或3至10重量%、或3至8重量%、或3至7重量%、或4至8重量%;或4至7重量%。
在本发明的另一实施方案中,纤维素酯组合物进一步包含至少一种附加聚合物组分作为(与纤维素酯的)共混物,其量为基于全部纤维素酯组合物的5至95重量%。附加聚合物组分的合适实例包括但不限于尼龙;聚酯;聚酰胺;聚苯乙烯;其它纤维素酯、纤维素醚;聚苯乙烯共聚物;苯乙烯丙烯腈共聚物;聚烯烃;聚氨酯;丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物;聚(甲基丙烯酸甲酯);丙烯酸类共聚物;聚(醚-酰亚胺);聚苯醚;聚氯乙烯;聚苯硫醚;聚苯硫醚/砜(polyphenylene sulfide/sulfones);聚(酯-碳酸酯);聚碳酸酯;聚砜;聚乳酸;聚砜醚;和芳族二羟基化合物的聚(醚-酮);或任何上述聚合物的混合物。共混物可通过本领域中已知的常规加工技术制备,如熔融共混或溶液共混。在某些实施方案中,附加聚合物化合物(不包括PBS聚合物(或PAP))的总量为基于纤维素酯组合物的总重量计小于25重量%、或小于20重量%、或小于15重量%、或小于10重量%、或小于5重量%、或不存在。
在本发明的一个实施方案中,除PBS聚合物(或PAP)(和任选的抗冲改性剂)外,组合物还可含有单体增塑剂。在实施方案中,本发明中使用的单体增塑剂可以是本领域中已知的可降低纤维素酯的玻璃化转变温度和/或熔体粘度以改进熔融加工特性的任何单体增塑剂。单体增塑剂可以是适合与纤维素酯一起使用的任何单体增塑剂(其除该组合物中所含的PBS聚合物(或PAP)和抗冲改性剂外加入)。单体增塑剂含量应该低于常规/商业纤维素酯中所用的正常(或典型)单体增塑剂含量;以使组合物具有比完全塑化的纤维素酯组合物更高的Tg、良好的韧性和良好的流动。在实施方案中,单体增塑剂以与不含单体增塑剂的类似组合物相比不会显著降低纤维素酯组合物的Tg的量存在。在实施方案中,由于包含单体增塑剂而造成的Tg变化(例如降低)不大于20%、或15%、或10%、或5%、或2%。
单体增塑剂在结构上可以是单体或聚合的。在一个实施方案中,单体增塑剂是选自以下中的至少一种:芳族磷酸酯增塑剂、烷基磷酸酯增塑剂、二烷基醚二酯增塑剂、三羧酸酯增塑剂、聚合聚酯增塑剂、聚乙二醇二酯增塑剂、聚酯树脂增塑剂、芳族二酯增塑剂、芳族三酯增塑剂、脂族二酯增塑剂、碳酸酯增塑剂、环氧化酯增塑剂、环氧化油增塑剂、苯甲酸酯增塑剂、多元醇苯甲酸酯增塑剂、己二酸酯增塑剂、邻苯二甲酸酯增塑剂、羟基乙酸酯增塑剂、柠檬酸酯增塑剂、羟基官能增塑剂或固体非晶树脂增塑剂。
在本发明的一个实施方案中,单体增塑剂可选自下列的至少一种:磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸辛基二苯酯、磷酸二苯基联苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二-2-乙基己酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、邻苯二甲酸二苄酯、丁基邻苯二甲酰乙醇酸丁酯、乙基邻苯二甲酰乙醇酸乙酯、甲基邻苯二甲酰乙醇酸乙酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三正丁酯、乙酰基柠檬酸三乙基酯、乙酰基柠檬酸三正丁基酯和乙酰基柠檬酸三正(2-乙基己基)酯、二乙二醇二苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯或三乙二醇二苯甲酸酯。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂可选自下列至少一种:酯,其包括:(i)包含一种或多种下列残基的酸残基:邻苯二甲酸、己二酸、偏苯三酸、琥珀酸、苯甲酸、壬二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁酸、戊二酸、柠檬酸或磷酸;和(ii)醇残基,其包括含有至多大约20个碳原子的脂族、脂环族或芳族醇的一种或多种残基。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂可选自下列至少一种:酯,其包括:(i)选自邻苯二甲酸、己二酸、偏苯三酸、琥珀酸、苯甲酸、壬二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁酸、戊二酸、柠檬酸和磷酸的至少一种酸残基;和(ii) 选自含有至多大约20个碳原子的脂族、脂环族和芳族醇的至少一种醇残基。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂可包含醇残基,其中该醇残基是选自以下中的至少一种:硬脂醇、月桂醇、苯酚、苄醇、对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚、乙二醇、新戊二醇、1,4-环己烷二甲醇和二乙二醇。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂可选自下列至少一种:苯甲酸酯、邻苯二甲酸酯、磷酸酯、亚芳基-双(磷酸二芳酯)和间苯二甲酸酯。在另一实施方案中,单体增塑剂包含二乙二醇二苯甲酸酯,在本文中缩写为“DEGDB”。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂可选自包含C2-C10二酸残基,例如丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸和癸二酸;和C2-C10二醇残基的脂族化合物。
在另一实施方案中,单体增塑剂可包含二醇残基,其可以是下列C2-C10二醇中的至少一种的残基:乙二醇、二乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,5-戊二醇、三乙二醇和四乙二醇。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂包含下列至少一种:Resoflex® R296增塑剂、Resoflex® 804 plastocizer、SHP(山梨糖醇六丙酸酯)、XPP(木糖醇五丙酸酯)、XPA(木糖醇五乙酸酯)、GPP(葡萄糖五乙酸酯)、GPA(葡萄糖五丙酸酯)和APP(阿拉伯糖醇五丙酸酯)。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂包含下列中的一种或多种:A) 大约5至大约95重量%的C2-C12碳水化合物有机酯,其中该碳水化合物包含大约1至大约3个单糖单元;和B) 大约5至大约95重量%的C2 –C12多元醇酯,其中该多元醇衍生自C5或C6碳水化合物。在一个实施方案中,多元醇酯不包含或含有一种或多种多元醇乙酸酯。
在另一实施方案中,单体增塑剂包含至少一种碳水化合物酯,并且该碳水化合物酯的碳水化合物部分衍生自选自葡萄糖、半乳糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、乳糖、果糖、山梨糖、蔗糖、纤维二糖、纤维三糖和棉子糖的一种或多种化合物。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂包含至少一种碳水化合物酯,并且该碳水化合物酯的碳水化合物部分包含α-葡萄糖五乙酸酯、β-葡萄糖五乙酸酯、α-葡萄糖五丙酸酯、β-葡萄糖五丙酸酯、α-葡萄糖五丁酸酯和β-葡萄糖五丁酸酯的一种或多种。
在另一实施方案中,单体增塑剂包含至少一种碳水化合物酯,并且该碳水化合物酯的碳水化合物部分包含α-端基异构体、β-端基异构体或其混合物。
在另一实施方案中,单体增塑剂可选自下列至少一种:丙二醇二苯甲酸酯、甘油三苯甲酸酯、二乙二醇二苯甲酸酯、三乙二醇二苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯和聚乙二醇二苯甲酸酯。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂可以是固体非晶树脂。这些树脂可含有一定量的芳族或极性官能,并可降低纤维素酯的熔体粘度。在本发明的一个实施方案中,单体增塑剂可以是固体非晶化合物(树脂),如例如松香;氢化松香;稳定化松香,以及它们的单官能醇酯或多元醇酯;改性松香,包括但不限于马来酸系-和酚-改性的松香及其酯;萜烯树脂;酚改性萜烯树脂;香豆素-茚树脂;酚树脂(phenolic resins);烷基酚-乙炔树脂;和酚醛树脂(phenol-formaldehyde resins)。
在本发明的另一实施方案中,单体增塑剂是选自以下的至少一种单体增塑剂:三乙酸甘油酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三甲酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三丁酯、邻乙酰基柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二芳基酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二-2-甲氧基乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、酒石酸二丁酯、邻苯甲酰基苯甲酸乙酯、乙基邻苯二甲酰乙醇酸乙酯、甲基邻苯二甲酰乙醇酸乙酯、n-乙基甲苯磺酰胺、邻甲苯磺酸对甲苯酯、芳族二醇、取代的芳族二醇、芳族醚、三丙酸甘油酯、三苯偶姻、聚己内酯、甘油、甘油酯、二乙酸甘油酯、甘油乙酸苯甲酸酯、聚乙二醇、聚乙二醇酯、聚乙二醇二酯、二-2-乙基己基聚乙二醇酯、三乙二醇双-2-乙基己酸甘油酯、二乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇二缩水甘油醚、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、C1-C20二羧酸酯、己二酸二甲酯、马来酸二丁酯、马来酸二辛酯、单乙酸间苯二酚酯、邻苯二酚、邻苯二酚酯、酚类、环氧化大豆油、蓖麻油、亚麻油、环氧化亚麻油、其它植物油、其它种子油、基于聚乙二醇的双官能缩水甘油醚、γ-戊内酯、烷基磷酸酯、芳基磷酸酯、磷脂、丁子香酚、肉桂醇、樟脑、甲氧基羟基苯乙酮、香草醛、乙基香草醛、2-苯氧基乙醇、二醇醚、二醇酯、二醇酯醚、聚二醇醚、聚二醇酯、乙二醇醚、丙二醇醚、乙二醇酯、丙二醇酯、聚丙二醇酯、乙酰水杨酸、对乙酰氨基酚、萘普生、咪唑、三乙醇胺、苯甲酸、苯甲酸苄酯、水杨酸、4-羟基苯甲酸、4-羟基苯甲酸丙酯、4-羟基苯甲酸甲酯、4-羟基苯甲酸乙酯、4-羟基苯甲酸苄酯、二乙二醇二苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、三乙二醇二苯甲酸酯、丁基化羟甲苯、丁基化羟基茴香醚、山梨糖醇、木糖醇、乙二胺、哌啶、哌嗪、六亚甲基二胺、三嗪、三唑、吡咯和它们的任何组合。
在本发明的另一实施方案中,组合物不含有单体增塑剂。纤维素酯组合物中的单体增塑剂的量可为基于纤维素酯组合物的重量计大于0至大约15重量%,例如取决于所用纤维素酯的类型。在一个实施方案中,量可为基于纤维素酯组合物的重量计至多大约15重量%。在另一实施方案中,量可为基于纤维素酯组合物的重量计至多大约10重量%。在另一实施方案中,量可为基于纤维素酯组合物的重量计至多大约5重量%,或基于纤维素酯组合物的重量计小于5重量%、或至多大约4重量%、或小于大约3重量%的量。
在本发明的一个实施方案中,纤维素酯组合物可进一步包含选自一种或多种聚二醇,例如聚乙二醇、聚丙二醇和聚丁二醇的增塑剂(除单体增塑剂外或代替单体增塑剂)。这些可为低分子量二聚物和三聚物至高分子量低聚物和聚合物。在一个实施方案中,聚二醇的重均分子量(Mw)可为大约200至大约2000。
在本发明的另一实施方案中,组合物不含有单体增塑剂。在实施方案中,应该理解的是,纤维素酯组合物可含有属于通常已知为或在本文中被描述为单体增塑剂目的的材料类别,但不认为是用于本发明的单体增塑剂的材料,只要该材料为特定类型或以提供(或有助于)(除增塑剂功能外)其它功能但对降低Tg或降低熔体流动粘度具有极小影响(例如这些性质的变化小于1%或小于0.5%)的量包含。例如,环氧化大豆油(例如Vikoflex 7170)可少量(例如基于组合物计1重量%或更少)加入以充当酸清除剂以稳定组合物,并且尽管环氧化油或环氧化大豆油通常可为单体增塑剂类别,但这样的材料不应被视为单体增塑剂(如果其不含充当增塑剂的其它材料)并且应该排除在(根据本文中公开的各种实施方案)指定的单体增塑剂范围外,并且尽管含有这样的材料但组合物仍可以被认为不含有单体增塑剂(如果其不含会用作单体增塑剂的其他材料)。
在实施方案中,组合物不含聚醚酯化合物。在实施方案中,组合物不含己二酸化合物。在实施方案中,组合物不含妥尔油脂肪酸酯。在实施方案中,组合物不含芳族脂肪酸酯。在实施方案中,组合物不含酰化的加酚的脂肪酸酯或二酯。在实施方案中,组合物不含柠檬酸三乙酯。
在实施方案中,组合物含有0至2重量%、或0至1.5重量%、或0至1重量%的脂肪酸酯。在实施方案中,组合物含有0至2重量%、或0至1.5重量%、或0至1重量%的环氧化脂肪酸酯,例如环氧化大豆油。在实施方案中,组合物含有0.1至2重量%、或0.1至1.5重量%、或0.1至1重量%的环氧化脂肪酸酯。在实施方案中,组合物含有0.1至2重量%、或0.1至1.5重量%、或0.1至1重量%的环氧化大豆油。在实施方案中,组合物含有0.1至2重量%、或0.1至1.5重量%、或0.1至1重量%的环氧化脂肪酸酯并且不含其它单体增塑剂。在实施方案中,组合物含有0.1至2重量%、或0.1至1.5重量%、或0.1至1重量%的环氧化大豆油并不含其它单体增塑剂。
在某些实施方案中,纤维素酯组合物包含基于纤维素酯组合物的总重量计65重量%至99重量%的一种或多种纤维素酯、1重量%至35重量%的一种或多种PBS聚合物(或PAPs)和小于10重量%的全部其它组分。在某些实施方案中,这样的其它组分不包括单体增塑剂、聚醚酯化合物或己二酸化合物。在某些实施方案中,纤维素酯组合物不含聚醚酯化合物或樟脑增塑剂。
在本发明的另一些实施方案中,纤维素酯组合物包含至少一种纤维素酯、至少一种PBS聚合物(或PAP)(或PAP)、至少一种抗冲改性剂和至少一种单体增塑剂。在实施方案中,纤维素酯是CAP(例如来自Eastman的CAP 482-20),抗冲改性剂是丙烯酸类核壳抗冲改性剂(例如来自Kaneka的Kane Ace M570抗冲改性剂),PBS聚合物(或PAP)是聚(琥珀酸丁二醇酯)(例如来自表2的PBS标号C或D),且单体增塑剂是己二酸二辛酯(DOA),其中单体增塑剂的总量为基于总纤维素酯组合物计5重量%或更少、或小于5重量%(例如2至小于5重量%、或2至4重量%)的量。在实施方案中,PBS聚合物(或PAP)、抗冲改性剂和单体增塑剂以足以提供具有至少110℃或至少120℃的Tg、良好冲击强度性质和良好蠕变(抗载荷变形性)的纤维素酯组合物的量存在。在实施方案中,PBS聚合物(或PAP)以2至10重量%、或3至8重量%、或3至7重量%的量存在;抗冲改性剂以2至10重量%、或4至8重量%的量存在;单体增塑剂以1至5重量%、或1至小于5重量%、或2至4重量%的量存在;都基于纤维素组合物的总重量计。在实施方案中,PBS聚合物(或PAP)、抗冲改性剂和单体增塑剂的合计总量为基于全部纤维素酯组合物的10至18重量%、或12至17重量%、或13至16重量%。
在本发明的另一实施方案中,组合物可熔融加工。可熔融加工性通常是指在它们的降解温度以下热加工该材料以获得均匀丸粒或塑料制品的能力。例如,所述组合物可在Werner & Pflerderer 30 mm双螺杆挤出机上以35磅/小时的生产量采用250 rpm的螺杆速度和240℃的机筒温度熔融挤出和/或在Toyo 110注射成型机上采用240℃的机筒温度和160℉的模具温度注射成型,而具有极小分子量降低(例如从初始MW降低小于5%的MW)或颜色退化(例如基于量表或0至100%,小于5%的雾度提高或小于5%的透射率降低)。
在本发明的一个实施方案中,提供了一种可熔融加工的纤维素酯组合物,其包含1重量%至35重量%、或2.5重量%至30重量%、5重量%至15重量%的PBS聚合物(或PAPs)且不含单体增塑剂,并且具有至少120℃的玻璃化转变温度(Tg)(如本文中进一步描述根据ASTMD3418在20℃/min下测量)和大于80、或100、或125、或150 J/m的缺口悬臂梁冲击强度值(根据ASTM D256在3.2mm厚的样条上在23℃下测量)和当使用本文所述的程序在240℃的机筒温度下测量时至少38厘米(15英寸)的螺旋流动值。除非另行规定,在模制样条上在根据ASTM方法D256切口后,在23℃和50% RH下调理48小时后,在3.2mm厚的样条上在23℃下进行缺口悬臂梁冲击强度测试。
根据如下测定螺旋流动:使用往复式螺杆注射成型机,其具有110吨夹紧力,32 mm的螺杆直径,配有水冷的冷流道模具,具有尺寸为0.50"宽 x 0.030"深 x 60.00"长的螺旋形空腔。经由具有标称0.400 "直径和3度锥度的3.5"长的冷注口、接着具有0.30"标称直径的1.0 "长的冷流道、接着0.25 "宽 x 0.030"厚 x 0.10 "长的矩形浇口向该空腔进料。为实验范围控制的变量包括树脂干燥、注射单元机筒温度、模具温度、初始注射速度、注射压力限制、螺杆旋转速度和在螺杆回退时的背压、注射时间和周期时间。对于变量每种组合,响应包括实际熔体温度和熔体在螺旋形空腔中的行进距离,不包括流道和浇口。允许注射过程在每组条件下稳定 - 通常10至15次注射 - 然后对于平均的报告流程长度收集10个模制试样。所有材料使用压力控制、用120℉的模具温度、1 in/s的初始注射速度、2000 psi的注射单元压力限制、5 s的注射时间、32 s的周期时间、0.2"的最大缓冲(maximumcushion)、150 rpm的螺杆回退旋转速度和100 psi的螺杆回退背压模制。
在一个实施方案中,除PBS聚合物(或PAP)外,可熔融加工的纤维素酯组合物还包含0至15重量%的抗冲改性剂、0至15重量%的单体增塑剂并具有大于120℃的Tg。在一个实施方案中,除PBS聚合物(或PAP)外,可熔融加工的纤维素酯组合物还包含1至8重量%、或1至5重量%、或1至小于5重量%单体增塑剂,并具有大于110℃的Tg。在另一实施方案中,可熔融加工的纤维素酯组合物包含0至15重量%的抗冲改性剂、0至10重量%的单体增塑剂,并具有大于130℃的Tg。在再一实施方案中,可熔融加工的纤维素酯组合物包含0至10重量%的抗冲改性剂、0至10重量%的单体增塑剂,并具有大于140℃的Tg。在另一实施方案中,可熔融加工的纤维素酯组合物包含0至10重量%的抗冲改性剂、0至5重量%的单体增塑剂,并具有大于140℃的Tg。在一个实施方案中,抗冲改性剂是核壳抗冲改性剂。在一个实施方案中,抗冲改性剂是丙烯酸类核壳抗冲改性剂。
在本发明的实施方案中,基于聚合物的树脂具有大于100℃、或大于110℃、或大于120℃的Tg。在某些实施方案中,基于聚合物的树脂具有至少120℃、或至少125℃、或至少130℃、或至少135℃、或至少140℃、或至少145℃、或至少150℃、或至少155℃、或至少160℃的Tg。在某些实施方案中,基于聚合物的树脂具有100℃至190℃、100℃至185℃、100℃至180℃、100℃至175℃、100℃至170℃、110℃至190℃、110℃至185℃、115℃至190℃、115℃至185℃、120℃至190℃、120℃至185℃、125℃至190℃、125℃至185℃、130℃至190℃、130℃至185℃、135℃至190℃、135℃至185℃、140℃至190℃、140℃至185℃、或145℃至190℃的Tg。
在本发明的实施方案中,基于聚合物的树脂具有如根据ASTM D256使用已在23℃下经受50%相对湿度48小时的3.2 mm厚的样条测得的至少80 J/m、或至少90 J/m、或至少100 J/m、或至少110 J/m、或至少120 J/m、或至少130 J/m、或至少140 J/m、或至少150 J/m、或至少160 J/m、或至少170 J/m、或至少180 J/m、或至少190 J/m、或至少200 J/m的缺口悬臂梁冲击强度。在某些实施方案中,基于聚合物的树脂具有如根据ASTM D256使用已在23℃下经受50%相对湿度48小时的3.2 mm厚的样条测得的在大约80 J/m至大约500 J/m、大约80 J/m至大约400 J/m、大约80 J/m至大约300 J/m、大约80 J/m至大约200 J/m、大约100J/m至大约500 J/m、大约100 J/m至大约400 J/m、大约100 J/m至大约300 J/m、大约100 J/m至大约200 J/m、大约120 J/m至大约500 J/m、大约120 J/m至大约400 J/m、大约120 J/m至大约300 J/m、大约120 J/m至大约200 J/m、大约150 J/m至大约500 J/m、大约150 J/m至大约400 J/m、大约150 J/m至大约300 J/m、大约150 J/m至大约200 J/m、大约170 J/m至大约500 J/m、大约170 J/m至大约400 J/m、大约170 J/m至大约300 J/m、大约170 J/m至大约200 J/m、180 J/m至大约500 J/m、大约180 J/m至大约400 J/m、大约180 J/m至大约300 J/m、大约180 J/m至大约200 J/m、190 J/m至大约500 J/m、大约190 J/m至大约400 J/m、大约190 J/m至大约300 J/m、大约190 J/m至大约200 J/m、200 J/m至大约500 J/m、大约200 J/m至大约400 J/m、或大约200 J/m至大约300 J/m的范围内的缺口悬臂梁冲击强度。
在本发明的某些实施方案中,基于聚合物的树脂的3.2 mm厚的板在通过根据ASTMD3763的仪器化冲击测试时表现出如ASTM D3763的章节X1.8中定义的延性破坏。
在本发明的实施方案中,基于聚合物的树脂具有如根据ASTM D790使用已在23℃下经受50%相对湿度48小时的3.2 mm厚的样条测得的大于1600 MPa的弯曲模量。在某些实施方案中,基于聚合物的树脂具有如根据ASTM D790使用已在23℃下经受50%相对湿度48小时的3.2 mm厚的样条测得的至少1700、至少1800、至少1900 MPa、至少2000 MPa、至少2100MPa、至少2200 MPa、至少2300MPa、或至少2400 MPa的弯曲模量。在某些实施方案中,基于聚合物的树脂具有如根据ASTM D790使用已在23℃下经受50%相对湿度48小时的3.2 mm厚的样条测得的在大约1600至大约3000 MPa、大约1700至大约3000、大约1800至大约3000、大约1900至大约3000 MPa、大约2000至大约3000 MPa、大约2100至大约3000 MPa、大约2200至大约3000 MPa、大约2300至大约3000 MPa、大约2400至大约3000 MPa、或大约2500至大约3000MPa的范围内的弯曲模量。在某些实施方案中,基于聚合物的树脂具有如根据ASTM D790使用已在23℃下经受50%相对湿度48小时的3.2 mm厚的样条测得的在大约1600至大约2500MPa、大约1700至大约2500 MPa、大约1700至大约2500 MPa、大约1900至大约2500 MPa、大约1900至大约2800 MPa、或大约1900至大约3000 MPa的范围内的弯曲模量。
在本发明的某些实施方案中,纤维素酯组合物含有基于纤维素酯组合物的总重量计2.5重量%至30重量% PBS聚合物(或PAP),具有大于120℃的Tg值、大于80、或100、或125、或150、或175、或200 J/m的缺口悬臂梁冲击强度值和大于80%、或至少85%、或至少90%的光透射值,根据ASTM D1003在249℃的机筒设定点和5分钟的停留时间下注射成型后使用3.2mm板测得。
当在螺杆塑化注射成型机上熔融加工不含或含有低含量单体增塑剂的纤维素酯时可能发生的一个问题在于螺杆可能难以顺利回退,以造成材料进料不良和“吱吱声”。已经令人惊讶地发现,根据本发明的实施方案的PBS聚合物(或PAPs)的加入可消除注射成型过程中的这些问题。
在本发明的某些实施方案中,纤维素酯组合物含有基于纤维素酯组合物的总重量计2.5重量%至30重量% 的PBS聚合物(或PAP),具有大于120℃的Tg值、大于80、或100、或125、或150、或175、或200 J/m的缺口悬臂梁冲击强度值并且在249℃的机筒设定点下注射成型的过程中没有吱吱声或没有螺杆回退问题。
在本发明的某些实施方案中,纤维素酯组合物含有基于纤维素酯组合物的总重量计2.5重量%至30重量%的PBS聚合物(或PAP),具有大于120℃的Tg值、大于150或200 J/m的缺口悬臂梁冲击强度值和大于80%、或至少85%、或至少90%的光透射值,根据ASTM D1003在249℃的机筒设定点和5分钟的停留时间下注射成型后使用3.2 mm板测得。
在本发明的某些实施方案中,含有基于纤维素酯组合物的总重量计2.5重量%至30重量%的PBS聚合物(或PAP)的纤维素酯组合物的3.2 mm厚的板在通过根据ASTM D3763的仪器化冲击测试时表现出如ASTM D3763的章节X1.8中定义的延性破坏,并具有大于120℃的Tg值。
在本发明的另一实施方案中,纤维素酯组合物进一步包含选自抗氧化剂、热稳定剂、脱模剂、抗静电剂、增白剂、着色剂、流动助剂、加工助剂、防雾添加剂、矿物、UV稳定剂、润滑剂、扩链剂、成核剂、增强填料、木质或粉状填料、玻璃纤维、碳纤维、阻燃剂、染料、颜料、着色剂、附加树脂及其组合中的至少一种添加剂。
在某些实施方案中,除(本文中论述的)PAP,例如PBS和任选的抗冲改性剂和/或单体增塑剂外,纤维素酯组合物还包含选自第二抗氧化剂、酸清除剂或其组合的稳定剂。在某些实施方案中,除(本文中论述的)PAP,例如PBS和任选的抗冲改性剂和/或单体增塑剂外,纤维素酯组合物还包含基于组合物的总重量计大约0.1至大约0.8重量%的第二抗氧化剂。在某些实施方案中,除(本文中论述的)PAP,例如PBS和任选的抗冲改性剂和/或单体增塑剂外,纤维素酯组合物还包含基于组合物的总重量计大约0.2至大约2.0重量%的酸清除剂。在一个实施方案中,除(本文中论述的)PAP,例如PBS和任选地,抗冲改性剂和/或单体增塑剂外,纤维素酯组合物还包含基于组合物的总重量计大约0.1至大约0.8重量%的第二抗氧化剂和大约0.2至大约2.0重量%的酸清除剂。在一个实施方案中,第二抗氧化剂是3,9-双(2,4-二叔丁基苯氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺环[5.5]十一烷。在一个实施方案中,酸清除剂是环氧化脂肪酸酯。在一个实施方案中,纤维素酯组合物还包含盐稳定剂,例如在基于组合物的总重量计大约0.1至大约0.5重量%的范围内。在一个实施方案中,除(本文中论述的)纤维素酯、PAP,例如PBS和稳定剂外,纤维素酯组合物还含有基于组合物的总重量计总共小于10重量%、或小于8重量%、或小于5重量%、或小于2重量%的任何其它组分。
在本发明的另一实施方案中,提供了一种生产纤维素酯组合物的方法。该方法包括使至少一种纤维素酯、至少一种PBS聚合物(或PAP)和任选的至少一种抗冲改性剂和/或单体增塑剂接触。在本公开中先前论述了纤维素酯、抗冲改性剂、单体增塑剂和PBS聚合物(或PAPs)。在一个实施方案中,纤维素酯、PBS聚合物(或PAPs)和任选的抗冲改性剂和/或单体增塑剂可以任何添加顺序混合。
在本发明的另一实施方案中,提供了一种生产纤维素酯组合物的方法,其包括:a)以足够的时间和温度混合至少一种PBS聚合物(或PAP)、至少一种纤维素酯和任选的至少一种抗冲改性剂和/或单体增塑剂以分散PBS聚合物(或PAP)从而产生纤维素酯组合物。足够的温度被定义为纤维素酯的流动温度,其通常比纤维素酯的Tg高大约50℃。在另一实施方案中,该温度比纤维素酯的Tg高大约80℃。在实施方案中,混合温度的上限由PBS聚合物(或PAP)的加工温度限定且下限由纤维素酯组合物的最高使用温度限定。
混合两种或更多种粘弹性材料的效率可取决于粘弹性材料的粘度比。在一个实施方案中,对于给定的混合设备和剪切速率范围,分散相(PBS聚合物(或PAP))和连续相(纤维素酯)的粘度比应该在用于获得足够粒度的指定界限内。
在实施方案中,PBS聚合物(或PAPs)、纤维素酯和任选的抗冲改性剂和/或单体增塑剂和任何添加剂的混合可通过本领域中已知的足以将PBS聚合物(或PAPs)、抗冲改性剂、单体增塑剂和添加剂分散到纤维素酯中的任何方法实现。混合设备的实例包括但不限于班伯里密炼机、布拉德混合器(Brabender mixer)、辊磨机和挤出机(单螺杆或双螺杆)。混合过程中的剪切能量取决于设备、叶片设计、转速(rpm)和混合时间的组合。剪切能量应足以将PBS聚合物(或PAP)和任选抗冲改性剂分散遍布于纤维素酯。
在实施方案中,纤维素酯、PBS聚合物(或PAP)、抗冲改性剂、单体增塑剂和添加剂可在该工艺过程中以任何顺序组合。在一个实施方案中,纤维素酯以及PBS聚合物(或PAP)、抗冲改性剂和/或单体增塑剂预混合。含有PBS聚合物(或PAP)、抗冲改性剂和/或单体增塑剂的纤维素酯随后与添加剂混合。在本发明的另一实施方案中,当使用反应性抗冲改性剂时,该反应性抗冲改性剂可以首先与纤维素酯混合,并随后加入其它组分。
本发明的组合物可用作模制塑料部件或固体塑料物体。该组合物适用于需要硬质清澈塑料的任何应用。这样的部件的实例包括一次性刀、叉、勺、盘、杯、吸管以及眼镜框架、牙刷柄、玩具、汽车装饰、工具手柄、相机部件、电子设备的部件、剃刀部件、墨水笔筒(inkpen barrels)、一次性注射器、瓶子等。在一个实施方案中,本发明的组合物可用作塑料、薄膜、纤维(包括熔纺纤维和溶剂纺丝纤维(solvent spinning fiber))和片材。在一个实施方案中,组合物可用作塑料以制造瓶子、瓶盖、化妆品包装、眼镜框架、餐具、一次性餐具、餐具手柄、搁架、搁架分隔物、电子装备外壳、电子设备盒、计算机监视器、打印机、键盘、管道、汽车部件、汽车内饰件、汽车装饰、指示牌、热成型字母、壁板、玩具、导热塑料、镜片、工具、工具手柄、器皿。在另一实施方案中,本发明的组合物适合用作薄膜、片材、纤维、模制品、医疗器材、包装、瓶子、瓶盖、眼镜框架、餐具、一次性餐具、餐具手柄、搁架、搁架分隔物、家具组件、电子装备外壳、电子设备盒、计算机监视器、打印机、键盘、管道、牙刷柄、汽车部件、汽车内饰件、汽车装饰、指示牌、户外指示牌、天窗、多层膜、热成型字母、壁板、玩具、玩具部件、导热塑料、镜片和框架、工具、工具手柄和器皿、保健用品(healthcare supply)、商业餐饮服务产品、盒子、用于图形艺术应用的膜、以及用于塑料玻璃层合件的塑料膜。
本纤维素酯组合物可用于形成纤维、薄膜、模制品和片材。将纤维素酯组合物成型为纤维、薄膜、模制品和片材的方法可根据本领域中已知的方法。潜在的模制品的实例包括但不限于:医疗器材、医疗包装、保健用品、商业餐饮服务产品,如餐盘、口杯和储物盒、瓶子、食品加工机、搅拌机和混合碗、器皿、水瓶、保鲜盒(crisper trays)、洗衣机前面板、真空吸尘器部件和玩具。其它潜在的模制品可包括镜片和框架。
本发明进一步涉及包括一个或多个含有本文所述的纤维素酯组合物的薄膜和/或片材的制品。在实施方案中,本发明的薄膜和/或片材可具有对任何本领域普通技术人员显而易见的任何厚度。
本发明进一步涉及本文所述的一个或多个薄膜和/或片材。将纤维素酯组合物成型为一个或多个薄膜和/或片材的方法可包括本领域中已知的方法。本发明的一个或多个薄膜和/或片材的实例包括但不限于一个或多个挤出薄膜和/或片材、压延薄膜和/或片材、压缩模塑薄膜和/或片材、溶液浇铸薄膜和/或片材。制造薄膜和/或片材的方法包括但不限于挤出、压延、压缩模塑、湿块料加工(wet block processing)、干块料加工(dry blockprocessing)和溶液浇铸。
本发明进一步涉及本文所述的模制品。将纤维素酯组合物成型为模制品的方法可包括本领域中已知的方法。本发明的模制品的实例包括但不限于注射成型制品、挤出成型制品、注射吹塑制品、注射拉伸吹塑制品和挤出吹塑制品。制造模制品的方法包括但不限于注射成型、挤出、注射吹塑、注射拉伸吹塑和挤出吹塑。本发明的方法可包括本领域中已知的任何吹塑方法,包括但不限于,挤出吹塑、挤出拉伸吹塑、注射吹塑和注射拉伸吹塑。
本发明包括本领域中已知的任何注射吹塑制造方法。尽管不限于此,但注射吹塑(IBM)制造方法的典型描述涉及:1) 在往复式螺杆挤出机中熔融组合物;2) 将熔融组合物注入注塑模具以形成在一端封闭的部分冷却管(即预制件);3) 将预制件移动到包围预制件的具有所需成品形状的吹塑模具中并关闭包围预制件的吹塑模具;4) 将空气吹入预制件,以使预制件拉伸并膨胀以填充模具;5) 冷却模制品;6) 从模具中推出制品。
本发明包括本领域中已知的任何注射拉伸吹塑制造方法。尽管不限于此,但注射拉伸吹塑(ISBM)制造方法的典型描述涉及:1) 在往复式螺杆挤出机中熔融组合物;2) 将熔融组合物注入注塑模具以形成在一端封闭的部分冷却管(即预制件);3) 将预制件移动到包围预制件的具有所需成品形状的吹塑模具中并关闭包围预制件的吹塑模具;4) 使用内部拉伸杆拉伸预制件,并将空气吹入预制件,以使预制件拉伸并膨胀以填充模具;5) 冷却模制品;6) 从模具中推出制品。
本发明包括本领域中已知的任何挤出吹塑制造方法。尽管不限于此,但挤出吹塑制造方法的典型描述包括:1) 在挤出机中熔融组合物;2) 经模头挤出熔融组合物以形成熔融聚合物的管(即型坯);3) 围绕型坯夹紧具有所需成品形状的模具;4) 将空气吹入型坯,以使挤出物拉伸并膨胀以填充模具;5) 冷却模制品;6) 从模具中推出制品;和7) 从制品上除去多余的塑料(通常被称为飞边)。
在某些方面中,提供了可用于声学应用的制品,其可包含本文中公开的任何纤维素酯组合物。在某些实施方案中,声学制品含有包括至少一种纤维素酯和至少一种PBS聚合物(或PAP)的纤维素酯组合物。在实施方案中,纤维素酯选自CAP或CAB,且PBS聚合物(或PAP)以基于全部组合物计大约1至25重量%、或大约2至20重量%、或大约2至15重量%、或大约2至10重量%的量存在。
在某些实施方案中,声学制品包含含有至少一种纤维素酯、至少一种PBS聚合物(或PAP)和至少一种抗冲改性剂(如本文中描述)的纤维素酯组合物。在实施方案中,纤维素酯选自CAP或CAB;PBS聚合物(或PAP)(例如PBS)以基于全部组合物计大约1至25重量%、或大约2至20重量%、或大约2至15重量%、或大约2至10重量%的量存在;且抗冲改性剂以基于全部组合物计大约1至25重量%、或大约2至20重量%、或大约2至15重量%、或大约2至10重量%的量存在。在实施方案中,抗冲改性剂是核壳抗冲改性剂,例如丙烯酸类核壳抗冲改性剂,如M-570。
在某些实施方案中,声学制品包含含有至少一种纤维素酯、至少一种PBS聚合物(或PAP)和至少一种单体增塑剂(如本文中描述)的纤维素酯组合物。在实施方案中,纤维素酯选自CAP或CAB;PBS聚合物(或PAP)(例如PBS)以基于全部组合物计大约1至25重量%、或大约2至20重量%、或大约2至15重量%、或大约2至10重量%的量存在;且单体增塑剂以基于全部组合物计大约0.1至8重量%、或大约1至6重量%、或大约1至5重量%、或大约1至小于5重量%、或大约2至4重量%的量存在。在实施方案中,单体增塑剂是己二酸酯单体增塑剂,例如DOA。
在某些实施方案中,声学制品包含含有至少一种纤维素酯、至少一种PBS聚合物(或PAP)、至少一种(如本文中描述的)抗冲改性剂和至少一种(如本文中描述的)单体增塑剂的纤维素酯组合物。在实施方案中,纤维素酯选自CAP或CAB;PBS聚合物(或PAP)(例如PBS)以基于全部组合物计大约1至25重量%、或大约2至20重量%、或大约2至15重量%、或大约2至10重量%的量存在;抗冲改性剂以基于全部组合物计大约1至25重量%、或大约2至20重量%、或大约2至15重量%、或大约2至10重量%的量存在;且单体增塑剂以基于全部组合物计大约0.1至8重量%、或大约1至6重量%、或大约1至5重量%、或大约1至小于5重量%、或大约2至4重量%的量存在。在实施方案中,抗冲改性剂是核壳抗冲改性剂,例如丙烯酸类核壳抗冲改性剂,如M-570,且单体增塑剂是己二酸酯增塑剂,例如DOA。
在某些实施方案中,纤维素酯组合物提供与由其它可热成型的塑料(具有一种或多种其它类似的物理性质),如ABS、PC、聚酯或尼龙制成的类似制品相比具有改进的振动(和/或声音)阻尼的声学制品。在实施方案中,该制品与由其它这样可热成型的塑料制成的类似制品相比具有较低的总谐波失真(THD)。在实施方案中,与由其它这样可热成型的塑料制成的类似制品相比,较低的THD可为在20 Hz至20KHz、或20 Hz至10KHz、或100 Hz至10KHz、或20 Hz至500 Hz、或3000 Hz至20 KHz、或3000 Hz至10 KHz的频率范围内的较低的平均THD的形式。在实施方案中,当比较与由其它这样可热成型的塑料制成的类似制品相比的纤维素酯组合物制品在作为频率的函数的THD图中的最高THD峰时,较低的THD可以为较低的THD峰的形式,所述频率在20 Hz至20KHz、或20 Hz至10KHz、或20 Hz至500 Hz、或3000 Hz至20 KHz、或3000 Hz至10 KHz的频率范围内。
在某些实施方案中,(由本文所述的纤维素酯组合物制成的)制品具有如通过已知方法测得的在20至500 Hz的频率范围内小于0.3%、或在3至10KHz的频率内小于0.2%、或在100 Hz至10KHz或100 Hz至20 KHz的频率内小于0.6%的总谐波失真(THD)。
在某些实施方案中,提供了一种纤维素酯组合物,其具有高振动阻尼性质,其包含CAP,例如CAP 482-20(来自Eastman Chemical Company),和抗冲改性剂和PBS聚合物(或PAP)的组合,其中该组合物含有2至15重量%、或3至10重量%、或4至8重量%的如本文中描述的抗冲改性剂,例如丙烯酸类核壳抗冲改性剂,如M-570,且还含有2至15重量%、或3至10重量%、或4至8重量%的(如本文中描述的)PBS聚合物(或PAP)。
在某些实施方案中,提供了一种具有高振动阻尼性质的纤维素酯组合物,其包含CAP,例如CAP 482-20(来自Eastman Chemical Company),和抗冲改性剂、PBS聚合物(或PAP)和单体增塑剂的组合,其中该组合物含有2至15重量%、或3至10重量%、或4至8重量%的如本文中描述的抗冲改性剂,例如丙烯酸类核壳抗冲改性剂,如M-570;还含有2至15重量%、或3至10重量%、或4至8重量%的(如本文中描述的)PBS聚合物(或PAP);且还含有2至6重量%、或2至5重量%、或2至小于5重量%、或2至4重量%的如本文中描述的单体增塑剂,例如DOA增塑剂。在实施方案中,纤维素酯组合物含有4至8重量%的如本文中描述的抗冲改性剂,例如丙烯酸类核壳抗冲改性剂,如M-570;且还含有4至8重量%的(如本文中描述的)PBS聚合物(或PAP);且还含有2至小于5重量%、或2至4重量%的如本文中描述的单体增塑剂,例如DOA增塑剂。
在实施方案中,具有高(或改进的)振动(或声音)阻尼的纤维素酯组合物还可具有一种或多种本文中描述的其它物理性质。在实施方案中,所述一种或多种其它物理性质选自相对较高的Tg(例如110℃、或120℃或更高的Tg)、高模量、良好的抗冲性质和良好的抗载荷变形性(这些性质如本文中更详细地描述)。
在实施方案中,纤维素酯组合物具有优异的振动阻尼性质、高弯曲模量和优异的耐冲击性,并可通过使用各种模具加工方法,如注射成型、挤出成型或热成型而合适地用于制成品,如音频设备、电器、施工/建筑材料和工业设备,或其部件或外壳。此外,由于本发明的纤维素酯组合物具有相对较高的弯曲模量、优异的振动阻尼性质和充分保持其形状的能力,该纤维素酯组合物可在用于交通工具如汽车、轨道车辆和飞机,或其部件或外壳的希望轻重量的制成品中使用。
本发明的纤维素酯组合物用于制成品,如音频设备、电器、交通工具、施工/建筑材料和工业设备、或其部件或外壳的应用可根据制造该部件、外壳、装置和设备的方法、应用的部件(applied parts)和预期用途适当设定,并且该组合物可根据本领域中的常规方法使用。换言之,可通过根据已知方法模制本发明的纤维素酯树脂组合物来获得制成品,如音频设备、电器、交通工具、施工/建筑材料和工业设备、或其部件或外壳。
在实施方案中,本发明的纤维素酯树脂组合物可作为音频设备外壳的材料用于扬声器、电视机、收放机(radio cassette player)、耳机、音频组件、麦克风等;作为具有电动马达的电器的部件和外壳的材料用于其它电动工具,如电动钻头和电动起子(electromotive drivers)、具有冷却风扇的电器,如计算机、投影仪、服务器和POS系统、洗衣机、干衣机、空调室内机、缝纫机、洗碗机、暖风机、多功能复印机、打印机、扫描仪、硬盘驱动器、摄像机等;作为含振动源的电器的部件和外壳的材料用于电动牙刷、电动剃须、按摩机等;作为具有电机的电器的部件和外壳的材料用于发电机、气体发生器等;作为具有压缩机的电器的部件和外壳的材料用于冰箱、自动售货机、空调外机、除湿器和家用发电机;作为汽车部件的材料用于内饰材料,如仪器板(dash board)、仪表板、地板、门和顶篷,和与发动机相关的材料,如油底壳、前盖和储物箱盖等;作为轨道车辆部件的材料用于内饰材料,如地板、墙壁、侧板、顶棚、门、椅子和桌子、与发动机相关的区域的外壳或部件、各种防护罩等;作为飞机部件的材料用于内饰材料,如地板、墙壁、侧板、顶棚、椅子和桌子、发动机相关部件中的外壳或部件等;作为船舶部件的材料用于发动机室的外壳或墙壁材料、仪器测量室的外壳或墙壁材料;作为建筑材料用于墙壁、顶棚、地板、隔板、隔音墙、百叶窗、窗帘导轨、管渠、楼梯、门等;作为工业设备部件的材料用于射芯机(shooters)、升降机(电梯)、自动扶梯、输送机、拖拉机、推土机、割草机等。
在实施方案中,声学制品(例如具有高振动阻尼或低THD的制品)可选自集成音频设备,包括汽车、电视和智能手机中的扬声器;独立式扬声器(有线或无线)、家庭影院系统,包括条形音箱、低音音箱和电视机(under television);智能扬声器,包括WiFi流媒体(WiFi streaming),和虚拟个人助理;和耳机、耳塞和其它可穿戴扬声器。在实施方案中,声学制品也可以是任何这些设备的组件或部件,如外壳、附件、扬声器组件、麦克风组件、头带、腕带、夹子、手柄等。
在实施方案中,包含纤维素酯组合物的制品可以是产生声音或受到振动的可穿戴制品或接触身体的制品,并可选自眼镜框架、眼镜镜片、太阳镜框架、太阳镜镜片、护目镜、可穿戴电子产品、耳机、耳塞、手表、个人设备、个人电子设备、医疗器材、医疗包装、保健用品、个人防护设备、安全设备、水上运动用品或其组件。在一个实施方案中,包含纤维素酯组合物的制品是眼用制品,例如眼镜或护目用具。在实施方案中,眼用制品可选自眼镜框架、眼镜镜片、太阳镜框架、太阳镜镜片、安全眼镜和/或镜片、护目镜或面罩。
在实施方案中,包含纤维素酯组合物的制品可以是产生声音或受到振动的家用制品或一般消费品,并可选自厨房用具、酒吧酒具、户外家具、室内家具、家具组件、搁架、搁架分隔物、板条墙、玩具、体育用品、行李箱、家用电器、小家电、储存容器、办公用品、浴室设备或固定装置、工具、家用电子产品、商业餐饮服务产品,如食品盘、口杯和储物盒、瓶子、食品加工机、搅拌机和混合碗、器皿、水瓶、保鲜盒、洗衣机前板、真空吸尘器部件或其组件。
本发明可以通过其优选实施方案的下列实施例进一步例示,但是要理解的是,除非另行明确规定,这些实施例仅以举例说明为目的包括,并且无意限制本发明的范围。
实施例
通过将所选纤维素酯以及PBS聚合物、抗冲改性剂和/或单体增塑剂配混,制备纤维素酯组合物。除非另行规定,在Leistritz 18 mm(50:1 L/D比)双螺杆挤出机上以18磅/小时的生产量采用250 rpm的螺杆速度和220℃的机筒温度进行纤维素酯组合物的配混。用于配混基于CA和CAP141-20的组合物的机筒温度为230℃。上文在表1中指明下列实施例中使用的纤维素酯标号。
在下表2中指明实施例中使用的PBS聚合物。
表2 – PBS聚合物
PBS标号 | 商业PBS材料 | MFR (190℃,2.16 kg) | PSeq Mn 道尔顿 | 致断伸长(%) |
A | FD91 | 5 | 18744 | 210 |
B | FZ71 | 22 | 17203 | 170 |
C | FD92PM | 4 | 17948 | 380 |
D | TH803S | 20 | 15744 | 300 |
FD91、FZ71和FD92PM获自PTT MCC Biochem。TH803S获自Blue Ridge tunhe。
实施例包括在注射成型板和样条上测试。除非另行规定,在Toyo注射成型机上用240℃(460℉)的机筒温度和70℃(160℉)的模具温度完成模制。除非另行规定,如下文论述测量/测定Tg、雾度、光透射率、澄清度、熔体粘度和缺口悬臂梁冲击强度。
根据ASTM标准方法D3418测量玻璃化转变温度(Tg),其中从-100℃以20℃/分钟的加热速率加热样品。材料共混物的DSC扫描可显示多个Tg转变。如果在扫描过程中测定超过一个Tg转变,则基质的玻璃化转变被定义为在扫描过程中测得的最高Tg。
根据ASTM D1003在102mm x 102mm x 3.2mm注射成型板上测量雾度和光透射百分比。在实施例中,在提供澄清度等级的情况下,通过目视检查确定该等级,其中清澈等级相当于小于大约10%的%雾度,轻微浑浊等级相当于大于大约10%或大于大约15%并小于大约25%的%雾度,并且浑浊或模糊等级相当于大于大约25%的%雾度。
在根据ASTM方法D256切口后,在23℃和50% RH下调理样条48小时后,在3.2mm厚的模制样条上在23℃下进行缺口悬臂梁冲击强度测试。
实施例1 – 含有和不含单体增塑剂的CAP
不含任何单体增塑剂(Ex. 1-1)和含10% DOA增塑剂(Ex. 1-2)的来自表1的CAP编号各自在Toyo 110 Ton注射成型机上用240℃的机筒温度和70℃的模具温度注射成型为3.2mm厚x 12.8mm宽的样条。
测定各样品的澄清度、熔体粘度、Tg和悬臂梁冲击强度。实施例1-1和1-2的材料的组成和性质列在下表3中。
表3: 含有和不含单体增塑剂的清澈CAP材料
实施例 1 | CE 编号 | 单体增塑剂 编号 | 单体增塑剂% | 澄清度 | Tg(℃) | 弯曲模量 | 在23℃下的缺口悬臂梁冲击强度,J/m |
1 | 482-20 | 0 | 清澈 | 147 | 2100 | 70.9 | |
2 | 482-20 | DOA | 10 | 清澈 | 108 | 1200 | 312 |
3 | 141-20 | 0 | 清澈 | 174 | 3100 | 45.5 |
表3显示不与单体增塑剂共混的CAP 482-20(Ex 1-1)和与单体增塑剂共混的CAP482-20(Ex 1-2)以及无单体增塑剂的CAP 141-20(Ex. 1-3)的性质。对该表的回顾表明塑料保持澄清。无单体增塑剂的CAP塑料具有相对较高的玻璃化转变温度但较低的耐冲击水平。相反,增塑的CAP化合物具有更高的冲击强度水平,但较低的Tg。希望具有同时具有高Tg和良好耐冲击性的优点的纤维素酯组合物。
实施例2 – CE和PBS共混物
将不同纤维素酯编号(来自表1)与不同编号和不同量的PBS聚合物共混并在Toyo110 Ton注射成型机上用240℃的机筒温度和70℃的模具温度注射成型为3.2mm厚x 12.8mm宽的样条。
测定各样品的澄清度、弯曲模量、Tg和缺口悬臂梁冲击强度。实施例2的材料的组成和性质列在下表4中。
表4: CE和PBS聚合物共混物
实施例2 | CE 编号 | PBS 编号 | % PBS | 澄清度 | Tg | 弯曲模量 | 在23℃下的缺口悬臂梁冲击强度,J/m |
1 | 482-20 | FD92 | 10 | 清澈 | 120 | 2102 | 140 |
2 | 482-20 | 803S | 10 | 清澈 | 120 | 2032 | 97 |
3 | 482-20 | 803S | 20 | 清澈 | 83 | X | 215.8 |
4 | 141-20 | FD91 | 5 | 清澈 | 172 | 2983 | 116 |
5 | 141-20 | FD91 | 10 | 清澈 | 168 | 3026 | 98 |
6 | 141-20 | FD91 | 15 | 清澈 | 162 | 2660 | 112 |
7 | 141-20 | FZ71 | 5 | 清澈 | 161 | 2802 | 112 |
8 | 141-20 | FZ71 | 10 | 清澈 | 166 | 3191 | 110 |
9 | 141-20 | FZ71 | 15 | 清澈 | 161 | 2445 | 114 |
10 | 141-20 | 803S | 10 | 清澈 | 172 | 2835 | 116 |
11 | 141-3 | FD92 | 10 | 清澈 | 172 | 2632 | 196 |
12 | 141-8 | FD92 | 10 | 清澈 | 172 | 2781 | 211 |
13 | 141-20 | FD92 | 10 | 清澈 | 172 | 2983 | 212 |
14 | 141-20 | 803S | 25 | 清澈 | 149 | X | X |
15 | VM230 | FD92 | 10 | 清澈 | 182 | 2483 | 126 |
16 | CAP202 | 803S | 25 | 清澈 | 163 | 1793 | 251 |
表4的回顾揭示了CE/PBS化合物具有比来自表3的实施例1-2更高的Tg。进一步表明,对于CAP 141-20,当加入PBS聚合物时,产生既有高Tg又有提高的韧性(即冲击强度大于96 J/m)的配制物,并且FD92编号的PBS产生最高的冲击强度。
实施例3: CE、PBS聚合物和抗冲改性剂共混物
将CAP 482-20纤维素酯编号与不同编号的PBS聚合物和抗冲改性剂共混并在Toyo110 Ton注射成型机上用240℃的机筒温度和70℃的模具温度注射成型为3.2mm厚x 12.8mm宽的样条。
测定各样品的澄清度、弯曲模量和悬臂梁冲击强度。实施例3的材料的组成和性质列在下表5中。
表5: CE、PBS和抗冲改性剂的共混物
实施例 3 | PBS 编号 | PBS 重量% | 抗冲改性剂 | IM 重量% | 澄清度 | 仪器冲击破坏 | 弯曲模量(MPa) | 在23℃下的缺口悬臂梁冲击强度,J/m |
1 | 803S | 10% | M570 | 6% | 清澈 | 韧性 | 1828 | 251 |
2 | FD92 | 10% | M570 | 6% | 清澈 | 韧性 | 1738 | 211 |
3 | FD92 | 10% | Blendex338 | 10% | 不透明 | 韧性 | 1666 | 204 |
4 | FD92 | 10% | MBS | 6% | 清澈 | 韧性 | 1762 | 232 |
Kane Ace M570丙烯酸类树脂和B564 MBS核壳抗冲改性剂获自Kaneka。Blendex338 ABS核壳抗冲改性剂获自Galata Chemicals。
表5的回顾揭示了将丙烯酸类核壳抗冲改性剂和PBS与CAP共混除具有良好的澄清度外还导致韧性高于类似量的仅丙烯酸类核壳抗冲改性剂或仅PBS(实施例2-2)。所选材料也在Toyo 110 Ton注射成型机上用240℃的机筒温度和70℃的模具温度注射成型为3.2mm厚x 102mm x 102mm宽的板以根据ASTM D 3763进行仪器化冲击测试。在试样在断裂前塑性变形而没有从冲击点的中心辐射大于10 mm的裂纹的情况下,给出延性破坏模式。在试样受试区域断裂成两块或更多块、具有锐边并且几乎没有表现出塑性流动(plastic flow)的情况下,给出脆性破坏模式。在表5中,对冲击破坏韧性是指延性破坏。
本公开的实施方案的上文的详述意在足够详细地描述本发明的各个方面以使本领域技术人员能够实施本发明。可以采用其它实施方案,并可作出改变而不背离本发明的范围。因此不以限制意义采取上文的详述。本发明的范围仅由随后的正常发明专利申请中给出的权利要求以及这些权利要求有权享有的等同物完整范围限定。
在本说明书中,提到“一个实施方案”、“一实施方案”或“实施方案”是指提到的一个或多个特征包括在该技术的至少一个实施方案中。在本说明书中单独提到“一个实施方案”、“一实施方案”或“实施方案”不一定是指同一实施方案并且也不互相排斥,除非这样规定和/或除非本领域技术人员将从说明书中显而易见。例如,一个实施方案中描述的特征、步骤等也可能包括在另一些实施方案中,但不一定包括。因此,本技术可包括本文中描述的实施方案的各种组合和/或整合。
Claims (21)
1.一种纤维素酯组合物,其包含至少一种纤维素酯、至少一种聚合脂族聚酯(PAP)、至少一种抗冲改性剂和任选至少一种单体增塑剂,
其中所述至少一种纤维素酯选自丙酸纤维素(CP)、丁酸纤维素(CB)、乙酸丙酸纤维素(CAP)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、丙酸丁酸纤维素(CPB)、三丙酸纤维素(CTP)或三丁酸纤维素(CTB);
其中所述至少一种PAP是聚(琥珀酸丁二醇酯)(PBS)或聚(琥珀酸丁二醇酯)和聚(己二酸丁二醇酯)的共聚物(PBSA);
其中所述至少一种抗冲改性剂包括丙烯酸类核壳抗冲改性剂;
其中所述纤维素酯组合物具有至少120℃的Tg和至少80J/m的缺口悬臂梁冲击强度,其根据ASTM方法D256在23℃下使用3.2mm样条、在将所述样条在23℃和50%RH下调理48小时后测得。
2.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述组合物包含至少一种单体增塑剂。
3.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述组合物包含65-95重量%的所述纤维素酯和2-15重量%的所述PAP和2至15重量%的所述抗冲改性剂。
4.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述纤维素酯选自乙酸丙酸纤维素(CAP)或乙酸丁酸纤维素(CAB)。
5.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述PAP是具有小于25的在190℃和2.16kg下测量的MFR的PBS或PBSA。
6.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述PAP是具有250%或更大的致断伸长的PBS或PBSA。
7.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述PAP是具有大于15,000的聚苯乙烯(PS)当量数均分子量(Mn)的PBS或PBSA。
8.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述纤维素酯是含有10至40重量%的丙酰基的乙酸丙酸纤维素(CAP)。
9.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述纤维素酯组合物具有至少200J/m的缺口悬臂梁冲击强度,其根据ASTM方法D256在23℃下使用3.2mm样条、在将所述样条在23℃和50%RH下调理48小时后测得。
10.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述组合物进一步包含选自抗氧化剂、热稳定剂、脱模剂、抗静电剂、增白剂、着色剂、UV稳定剂、润滑剂、成核剂、增强填料、阻燃剂、附加树脂及其组合的至少一种添加剂。
11.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述组合物进一步包含选自矿物、玻璃纤维、染料及其组合的至少一种添加剂。
12.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,其中所述组合物进一步包含选自颜料的至少一种添加剂。
13.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,所述组合物进一步包含至少一种聚合物组分作为共混物,其中所述聚合物选自:不包括PAP的聚酯;聚酰胺;其它纤维素酯、纤维素醚;聚烯烃;丙烯酸类共聚物;聚(醚-酰亚胺);聚苯醚;聚砜;和芳族二羟基化合物的聚(醚-酮);及其组合。
14.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,所述组合物进一步包含至少一种聚合物组分作为共混物,其中所述聚合物选自聚苯乙烯;聚氨酯;聚氯乙烯;聚苯硫醚;聚碳酸酯;聚乳酸;聚砜醚;及其组合。
15.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,所述组合物进一步包含至少一种聚合物组分作为共混物,其中所述聚合物选自聚苯乙烯共聚物;聚(甲基丙烯酸甲酯);聚苯硫醚/砜;聚(酯-碳酸酯);及其组合。
16.根据权利要求1所述的纤维素酯组合物,所述组合物进一步包含至少一种聚合物组分作为共混物,其中所述聚合物选自苯乙烯丙烯腈共聚物;丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物;及其组合。
17.一种制品,其包含权利要求1所述的纤维素酯组合物。
18.根据权利要求17所述的制品,其中所述制品选自注射成型制品、挤出成型制品、注射吹塑制品、注射拉伸吹塑制品、挤出吹塑制品或压缩成型制品。
19.根据权利要求17所述的制品,其中所述制品是注射模制制品。
20.根据权利要求17所述的制品,其中所述制品选自声学制品、可穿戴制品、汽车部件、电器、玩具或其组件。
21.一种薄膜或片材,其包含根据权利要求1的纤维素酯组合物。
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