CN112724643A - 热塑性树脂组合物和由其构成的成型品 - Google Patents

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Abstract

一种热塑性树脂组合物,其包含80至99.9质量份的热塑性树脂(I)和0.1至20质量份的有机硅‑丙烯酸类核‑壳树脂(II),热塑性树脂(I)和有机硅‑丙烯酸类核‑壳树脂(II)的总质量为100质量份,其中有机硅‑丙烯酸类核‑壳树脂(II)的核颗粒由有机聚硅氧烷(A)构成,且有机硅‑丙烯酸类核‑壳树脂(II)的壳层由聚(甲基)丙烯酸酯(B)构成,有机聚硅氧烷(A)与聚(甲基)丙烯酸酯(B)的质量比在40:60至90:10的范围内,且在有机硅‑丙烯酸类核‑壳树脂(II)中聚(甲基)丙烯酸酯所占的外周部分的长度(β)占据有机硅‑丙烯酸类核‑壳树脂(II)的整个外周长度(α)的至少90%。

Description

热塑性树脂组合物和由其构成的成型品
技术领域
本发明涉及含有有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的热塑性树脂组合物和由该热塑性树脂组合物构成的成型品。更具体地,所述成型品具有优异的摩擦性能和脱模性,同时保留了热塑性树脂的性能。
背景技术
热塑性树脂诸如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚氨酯、聚酯、ABS和AS在成型性、加工性、透明性和着色性方面极佳,并且价格便宜。因此,这些树脂通常大量地用作通用树脂以制备各种成型品,诸如膜和片材。然而,当加工成膜或片材时,软质树脂诸如聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯易于引起粘连,从而当卷绕的膜或片材退绕时会产生诸如嘎吱声的异常声音。还报道了片材之间的粘性。当涉及硬质树脂诸如聚苯乙烯和聚缩醛时,由这种树脂的组合物构成的成型品显示出不良的从模具的脱模性,因此需要改善加工性。这些树脂成型品的滑动性能差,从生产率和成型品本身的感觉的观点出发,需要改善滑动性能。
为了解决这些问题,已经将硅油添加到热塑性树脂中,硅油是化学和物理稳定性优异的润滑剂和脱模剂。但是,成型品表面附近的大部分硅油在短时间内渗出并损失。因此,尽管在早期获得了优异的滑动性能,但是不能在长时间内充分地保持滑动性能。另外,成型品的表面发粘,会损害其商业价值,这是另一个问题。
为了解决这个问题,提出了其中掺入完美球形的有机硅粉末(例如,参见JP-A-H1-18408、JP-A-H1-204950和JP-B-H7-39214)、掺入硅橡胶和聚四氟乙烯粉末(参见JP-A-H4-234450)、掺入硅油和聚偏二氟乙烯粉末(参见JP-A-H4-264152)的一些方法,或其中掺入了球形二氧化硅细颗粒的UV可固化树脂(参见JP-A-H7-102186)。尽管这些掺入粉末或球形细颗粒的方法是有效的,但仍不能令人满意。粉末或球形细颗粒的量相对较大,为2%质量或更高,这不适用于需要透明性的成型品诸如膜,并且在经济上也是不利的。固体润滑剂由于磨损而产生粉末,因此滑动性能逐渐劣化。
提出了获得光滑的膜或其他成型品的另一种方法,做法是将通过与基于有机硅的大分子单体共聚而获得的丙烯酸类树脂(接枝共聚物)掺入热塑性树脂中(JP-A-H1-214475、JP-A-H4-173869、JP-A-H6-100746)。有机硅接枝的丙烯酸类树脂与乙烯基树脂相容良好,因此分散良好。结果,少量的有机硅接枝的丙烯酸类树脂不足以获得所需效果。此外,因为有机硅接枝的丙烯酸类树脂本身是具有不规则形状的粉末,从而易于在成型品表面上引起摩擦,这是不利的。
现有文献
专利文献
[专利文献1]日本特开平1-18408号公报
[专利文献2]日本特开平1-204950号公报
[专利文献3]日本特公平7-39214号公报
[专利文献4]日本特开平4-234450号公报
[专利文献5]日本特开平4-264152号公报
[专利文献6]日本特开平7-102186号公报
[专利文献7]日本特开平1-214475号公报
[专利文献8]日本特开平4-173869号公报
[专利文献9]日本特开平6-100746号公报。
发明内容
本发明要解决的问题
因此,需要一种热塑性树脂组合物,其提供具有小的动态摩擦系数、良好的滑动性能和优异的抗粘连性能的成型品。
在上述情况下,本发明的目的是提供一种热塑性树脂组合物,其提供具有优异的脱模性和优异的耐磨性的成型品,以及提供这样的成型品。
解决问题的手段
作为广泛研究以实现上述目的的结果,本发明人发现,包含具有特定结构的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的热塑性树脂组合物提供了具有优异的脱模性和优异的耐磨性的成型品以解决上述问题。因此,完成了本发明。
本发明提供了一种热塑性树脂组合物,其包含:
80至99.9质量份的热塑性树脂(I)和0.1至20质量份的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II),热塑性树脂(I)和有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的总质量为100质量份,
其中有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的核颗粒由有机聚硅氧烷(A)构成,且有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的壳层由聚(甲基)丙烯酸酯(B)构成,有机聚硅氧烷(A)与聚(甲基)丙烯酸酯(B)的质量比在40:60至90:10的范围内,且在有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)中聚(甲基)丙烯酸酯所占的外周部分的长度(β)占据有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的整个外周长度(α)的至少90%。
此外,本发明提供了由所述热塑性树脂组合物构成的树脂成型品,特别是膜或片材。
发明效果
本发明的热塑性树脂组合物提供了动态摩擦系数小、滑动性能良好、耐磨性优异且脱模性优异的树脂成型品。因此,本发明的热塑性树脂组合物在成型品的生产中提供了优异的生产效率,并且由于不需要偶联剂而减轻了环境负担。
附图说明
图1示出了在实施例1中获得的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的透射电子显微镜(TEM)图像以及用来测定壳层厚度的图形数据。
图2是本发明的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的示意图。
具体实施方式
本发明是一种热塑性树脂组合物,其包含:
80至99.9质量份的热塑性树脂(I),和0.1至20质量份的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II),热塑性树脂(I)和有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的总质量为100质量份,
其中有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的核颗粒由有机聚硅氧烷(A)构成,且有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的壳层由聚(甲基)丙烯酸酯(B)构成,有机聚硅氧烷(A)与聚(甲基)丙烯酸酯(B)的质量比在40:60至90:10的范围内,且在有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)中聚(甲基)丙烯酸酯所占的外周部分的长度(β)占据有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的整个外周长度(α)的至少90%。
每个组分将在下面详细说明。
热塑性树脂(I)可以是任何已知的一种,优选聚氨酯树脂、氯乙烯树脂、丙烯酸类树脂、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈树脂、聚酯树脂、酰胺树脂、缩醛树脂或聚碳酸酯树脂。在此,热塑性树脂的肖氏A硬度优选为80或更大,且优选为95或更小。在本说明书中,肖氏A硬度根据JISK7215测定。
热塑性树脂(I)的量为80至99.9质量份,优选为90至95质量份,且有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的量为0.1至20质量份,优选为5至10质量份,其中热塑性树脂(I)和有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的总质量为100质量份。此外,基于树脂组合物的总量,所述热塑性树脂的量为80至99.9%质量,优选为90至95%质量。如果热塑性树脂(I)的量小于下限,则树脂成型品的耐磨性、特别是膜的耐磨性更差。如果它超过上限,则树脂成型品的表面不光滑且触感差。
在有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)中,核由有机聚硅氧烷(A)构成,且壳层由聚(甲基)丙烯酸酯(B)构成。组分(A)与组分(B)的质量比(A):(B)为40:60至90:10,优选50:50至85:15。
在本发明的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂中,聚(甲基)丙烯酸酯所占的外周部分的长度(β)占据有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的整个外周长度(α)的至少90%,优选为至少93%,更优选为至少95%,由此有机硅-丙烯酸类核-壳树脂可以良好地分散在基质热塑性树脂中。
在本发明中,覆盖率(Z)由下式定义:
覆盖率(Z)=[(β)/(α)]×100。
在此,使用TEM图像测定α和β。在核-壳颗粒的TEM图像上测量核-壳颗粒的直径,由此计算理论外周长度(α)。在TEM图像中,颗粒的深色部分被有机聚硅氧烷所占,而灰色部分被聚(甲基)丙烯酸酯所占。如果在颗粒外周上看到深色部分,则这意味着外周的这部分未被聚(甲基)丙烯酸酯覆盖。测量在颗粒外周上的深色部分(如果有的话)的长度(L)。则β=α-L。
当整个核颗粒被聚(甲基)丙烯酸酯覆盖时,则L的值为0且覆盖率(Z)为100%。
在图2中,(1)表示由有机聚硅氧烷构成的核;(2)表示由聚(甲基)丙烯酸酯构成的壳;(3)表示整个外周长度(α);且(4)表示在外周上被有机聚硅氧烷所占的深色部分的长度。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)优选通过核-壳聚合制备,即,使(甲基)丙烯酸酯单体(b)、以及需要时的可与(甲基)丙烯酸酯单体(b)共聚的含官能团的单体(c),在由以下通式(1)表示的有机聚硅氧烷(a)构成的核上反应:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
(1)。
在式(1)中,R1彼此独立地为芳基以外的具有1至20个碳原子的取代或未取代的一价烃基,且R2为苯基,X彼此独立地为具有1至20个碳原子的取代或未取代的一价烃基、具有1至20个碳原子的烷氧基、或羟基,且Y彼此独立地为针对X所定义的基团、或由-[O-Si (X)2] d-X表示的基团,条件是由X和Y表示的基团中的至少一个是羟基,其中a是0或更大的数,0.3 ≤ b/(a+b+c+e) ≤1, 0 ≤ c/(a+b+c+e) ≤0.6, 0 ≤ e/(a+b+c+e) ≤0.1,且d是0至10的数。
R1是除芳基以外的具有1至20个碳原子的取代或未取代的一价烃基,诸如烷基如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、环戊基、环己基和环庚基。取代的一价烃基包括被卤素原子取代的烷基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、羧基、烷氧基、烯基氧基、氨基或(甲基)丙烯酰氧基取代的氨基。R1优选为甲基。
X彼此独立地是具有1至20个碳原子的取代或未取代的烷基、具有6至20个碳原子的芳基、具有1至20个碳原子的烷氧基、或羟基。X的实例包括羟基、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、环戊基、环己基、环庚基、苯基、甲苯基、萘基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、癸氧基和十四烷氧基。此外,取代的烷基的实例包括与上述相同的基团。
Y彼此独立地是针对X所定义的基团、或如上所述由-[O-Si (X) 2] d-X表示的基团,其中d是0至10、优选0至5的数。
用于制备式(1)表示的有机聚硅氧烷(a)的方法没有特别限定。例如,可以通过环状有机硅氧烷的开环聚合来制备。环状有机硅氧烷的实例包括六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环五硅氧烷(D5)、十二甲基环六硅氧烷(D6)、1,1-二乙基六甲基环四硅氧烷、苯基七甲基环四硅氧烷、1,1-二苯基六甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四乙烯基四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四环己基四甲基环四硅氧烷、三(3,3,3-三氟丙基)三甲基环三硅氧烷、1,3,5,7-四(3-甲基丙烯酰氧基丙基)四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四(3-丙烯酰氧基丙基)四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四(3-羧基丙基)四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四(3-乙烯基氧基丙基)四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四(对乙烯基苯基)四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四[3-(对乙烯基苯基)丙基]四甲基环四硅氧烷、1,3,5,7-四(N-丙烯酰基-N-甲基-3-氨基丙基)四甲基环四硅氧烷和1,3,5,7-四(N,N-双(月桂酰基)-3-氨基丙基)四甲基环四硅氧烷。
用于环状有机硅氧烷的聚合的催化剂优选为强酸,诸如盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸、柠檬酸、乳酸和抗坏血酸。具有乳化能力的十二烷基苯磺酸是优选的。
在开环乳液聚合中,优选使用表面活性剂,诸如阴离子表面活性剂,例如十二烷基硫酸钠、月桂醇聚醚硫酸钠、N-酰基氨基酸盐、N-酰基牛磺酸盐、脂族皂和烷基磷酸酯(盐)。其中,优选易溶于水且不具有聚环氧乙烷链的那些,更优选N-酰基氨基酸盐、N-酰基牛磺酸盐、脂族皂和烷基磷酸酯,特别优选月桂酰基甲基牛磺酸钠和肉豆蔻酰基甲基牛磺酸钠。在表面活性剂的存在下在开环乳液聚合中获得由式(1)表示的有机聚硅氧烷构成的乳液颗粒。
环状有机硅氧烷的开环乳液聚合的温度优选为50至75℃。聚合时间优选为10小时或更久,更优选为15小时或更久。聚合后,优选将反应混合物在5至30℃下熟化10小时或更久。
本发明中的(甲基)丙烯酸酯(b)(以下有时称为丙烯酸类组分)是指不具有官能团(诸如羟基、酰胺基或羧基)的丙烯酸酯单体或甲基丙烯酸酯单体,优选具有具有1至10个碳原子的烷基的丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯。丙烯酸类单体的聚合物的玻璃化转变温度(以下有时称为Tg)优选为40℃或更高,更优选为60℃或更高。这样的单体的实例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸环己酯和丙烯酸丁酯。Tg的上限优选为200℃或更低,更优选为150℃或更低。玻璃化转变温度根据日本工业标准(JIS) K7121测定。
可与(甲基)丙烯酸酯(b)共聚的含官能团的单体(c)可以是具有羧基、酰胺基或羟基以及不饱和键(诸如乙烯基或烯丙基)的单体。其实例包括甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯和甲基丙烯酸2-羟丙酯。这些共聚单体改善了核-壳树脂与热塑性树脂之间的相容性。甲基丙烯酸、丙烯酸和甲基丙烯酸2-羟乙酯是特别优选的。
在有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的制备中,(甲基)丙烯酸酯(b)的量优选相对于100质量份有机聚硅氧烷(a)为 10至150质量份、更优选20至100质量份。如果组分(b)的量太少,则难以将产物转化成粉末形式。如果组分(b)的量过多,则成型品的滑动性不足。在掺入组分(c)的情况下,其量优选相对于100质量份组分(a) 为0.01至50质量份、更优选0.01至20质量份、进一步优选0.01至10质量份。如果组分(c)的量太大,则需要向热塑性树脂(I)中添加大量的所获得的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂,以获得成型品的足够的滑动性。
为了制备本发明的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II),将(甲基)丙烯酸酯(b)以及根据需要的可与之共聚的含官能团的单体(c)在由聚有机硅氧烷(a)构成的颗粒上以自由基方式聚合。具体地,在自由基引发剂存在下、在25至55℃的温度下、在2至8小时的预定时段内,将(甲基)丙烯酸酯(b)以及根据需要的可与之共聚的含官能团的单体(c)以连续方式或以2至10等份分批地滴加到由聚有机硅氧烷(a)构成的颗粒的乳液中。如果将组分(b)和(c)一次性进料,则可能不会形成核-壳颗粒。
自由基引发剂的实例包括过硫酸盐诸如过硫酸钾和过硫酸铵、过硫酸氢水溶液、叔丁基氢过氧化物和过氧化氢。根据需要,可以在反应体系中使用具有还原剂的氧化还原体系,所述还原剂诸如亚硫酸氢钠、雕白粉(Rongalite)、L-抗坏血酸、酒石酸、糖类和胺类。
可以将阴离子表面活性剂掺入反应体系中以改善反应体系的稳定性,所述阴离子表面活性剂诸如十二烷基硫酸钠、月桂醇聚醚硫酸钠、N-酰基氨基酸盐、N-酰基牛磺酸盐、脂族皂和烷基磷酸酯。可以掺入非离子乳化剂,诸如聚氧乙烯十二烷基醚和聚氧乙烯十三烷基醚(polyoxylene tridecyl ether)。
组分(b)和(如果有的话)(c)的聚合温度优选为25至55℃,更优选25至40℃。聚合时间优选为2至8小时,更优选为3至6小时。
此外,可以添加链转移剂以调节聚合物的分子量。
由此获得的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)包括由聚有机硅氧烷(a)构成的核和由组分(b)(和组分(c))的聚合物构成的壳层。在有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)中聚(甲基)丙烯酸酯所占的外周部分的长度(β)占据有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的整个外周长度(α)的至少90%,优选至少95%。更具体地,聚(甲基)丙烯酸酯附接到聚有机硅氧烷核的表面。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂乳液中的固体含量优选为35至50%质量。25℃下的粘度优选为500mPa·s或更小,更优选为50至500mPa·s。用旋转粘度计测定粘度。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的乳液颗粒的平均粒径优选为50至400nm。如下所述,使用TEM测量平均粒径。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的核的平均粒径优选为20至300nm,更优选为50至250nm。核的粒径是通过TEM获取的图像中的深色中央部分的直径。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的壳的厚度优选为1至50nm,更优选为5至30nm。壳的厚度是核的平均粒径与有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的平均粒径之间差值的一半。
热塑性树脂组合物可以进一步包含以下将描述的任选的组分。有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的量相对于100质量份热塑性树脂组合物为0.1至20质量份、优选0.5至10质量份。如果有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的量小于下限,则成型品的脱模性几乎没有观察到改善。如果有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的量大于上限,则成型品变白,并且滑动性能差,这不优选。
将所得的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的乳液盐析、干燥,优选喷雾干燥,以获得粉末。
然后通过例如辊、捏合机、班伯里密炼机、Plast磨机或挤出机,将所得粉末与热塑性树脂(I)干混并捏合,并挤出成型或注射成型为所需形状。热塑性树脂可以预先制成粒料或粉末的形式。成型温度可以是树脂组合物的熔融温度或更高。优选地,设定温度为180至250℃。例如,通过产自Toyo Seiki Co., Ltd. 的Labo Plast磨机的双螺杆挤出机的线料模头获得粒料。然后在180至250℃的温度下用80tf的小型注射成型机(产自Nissei ResinIndustries Co., Ltd.)将粒料注射成型为3cm×3cm×2mm的块。类似地,通过Labo Plast磨机的双螺杆挤出机将粒料通过T型模头成型成约200μm的膜。在此,树脂成型品需要良好的透明性。对于厚度为2mm的树脂成型品和厚度为200μm的树脂成型品二者,雾度值优选为至多85%。如果超过85%,则感受不到视觉透明性,例如可能根本看不到基材的颜色或图案。可以适当选择成型品的厚度。例如,成型品的厚度可以在10μm至10mm的范围内。
本发明的树脂成型品可以进一步包含抗氧化剂、着色剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、增塑剂、阻燃剂和其他树脂,只要成型品的性能不受到不利影响即可。
对本发明的树脂成型品没有特别限制,其可以是文具、玩具、家用电器、车用片材、家具、衣物、鞋子、行李箱、卫生用品和户外帐篷。
实施例
下面将参考一系列实施例和比较例进一步详细解释本发明。但是,本发明决不受这些实施例的限制。在以下实施例中,份和百分比分别表示质量份和质量百分比。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的制备
制备例1
将600克八甲基环四硅氧烷、6 g十二烷基硫酸钠在54 g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐(dodecylbenzenesulfonate)在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2升(以下简称为“2L”)的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。在105℃下干燥3小时后,乳液的非挥发物含量(固体含量)为44.8%。有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,并且R1是甲基。
向乳液中加入125 g离子交换水,然后经3至5小时滴加232 g甲基丙烯酸甲酯(MMA),同时在30℃下在过氧化物和还原剂的存在下进行氧化还原反应,以在有机硅乳液颗粒的表面上形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层,使得获得固体含量为45.2%的乳液。将其喷雾干燥以除去挥发物,直到挥发物含量为1.2%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的粉末。
如下所述测定固体含量。
制备例2
将600克八甲基环四硅氧烷、6 g十二烷基硫酸钠在54 g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。乳液在105℃下干燥3小时后,非挥发物含量(固体含量)为44.8%,且有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,并且R1是甲基。
向乳液中加入50 g离子交换水,然后经3至5小时滴加95 g甲基丙烯酸甲酯(MMA),同时在30℃下在过氧化物和还原剂的存在下进行氧化还原反应,以在有机硅乳液颗粒的表面上形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层,使得获得固体含量为45.0%的乳液。将其喷雾干燥以除去挥发物,直到挥发物含量为1.1%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的粉末。
如下所述测定固体含量。
制备例3
将600克八甲基环四硅氧烷、6 g十二烷基硫酸钠在54 g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。乳液在105℃下干燥3小时后,非挥发物含量(固体含量)为44.8%,且有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,并且R1是甲基。
向乳液中加入442 g离子交换水,然后经3至5小时滴加807 g甲基丙烯酸甲酯(MMA),同时在30℃下在过氧化物和还原剂的存在下进行氧化还原反应,以在有机硅乳液颗粒的表面上形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层,使得获得固体含量为45.3%的乳液。将其喷雾干燥以除去挥发物,直到挥发物含量为1.2%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的粉末。
如下所述测定固体含量。
制备例4
将300克八甲基环四硅氧烷、300 g二苯基二甲基硅氧烷 (KF-54, 产自Shin-EtsuChemical Industry Co., Ltd.)、24g 50%的烷基二苯基醚二磺酸钠(PELEX SS-L, 产自Kao Co., Ltd.)在45g纯水中的溶液和6g十二烷基苯磺酸盐在54g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入490 g水进行稀释,并在300kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在55℃下聚合10至20小时,然后在10℃下熟化10至20小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。乳液在105℃下干燥3小时后,非挥发物含量(固体含量)为47.5%,且有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,R1是甲基且R2是苯基。
向乳液中加入167 g离子交换水,然后经3至5小时滴加249 g甲基丙烯酸甲酯(MMA),同时在30℃下在过氧化物和还原剂的存在下进行氧化还原反应,以在有机硅乳液颗粒的表面上形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层,使得获得固体含量为45.6%的乳液。将其喷雾干燥以除去挥发物,直到挥发物含量为1.0%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的粉末。
如下所述测定固体含量。
制备例5
将600克八甲基环四硅氧烷、1 g 六甲基二硅氧烷(M2)、6 g十二烷基硫酸钠在54g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。乳液在105℃下干燥3小时后,非挥发物含量(固体含量)为45.4%,且有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE006
其中R1是甲基且所有X是甲基。
向乳液中加入133 g离子交换水,然后经3至5小时滴加160 g甲基丙烯酸甲酯(MMA)和74 g丙烯酸丁酯(BA),同时在30℃下在过氧化物和还原剂的存在下进行氧化还原反应,以在有机硅乳液颗粒的表面上形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层,使得获得固体含量为44.9%的乳液。将其喷雾干燥以除去挥发物,直到挥发物含量为1.2%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的粉末。
比较制备例1
将600克八甲基环四硅氧烷、6 g十二烷基硫酸钠在54 g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。乳液在105℃下干燥3小时后,非挥发物含量(固体含量)为44.8%,且有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,并且R1是甲基。
向乳液中加入125 g离子交换水,然后一次性加入232 g甲基丙烯酸甲酯(MMA)并搅拌1小时,随后通过在30℃下经3至5小时滴加过氧化物和还原剂进行氧化还原反应。没有充分形成壳层并且大多数甲基丙烯酸甲酯(MMA)进入了核。即,在具有45.4%的固体含量的所得乳液中,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)被引入到乳液颗粒中。如下所述测定,乳液颗粒的覆盖率为20%。将乳液喷雾干燥以除去挥发物,直至挥发物含量为1.2%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(暂时如此称呼)的粉末。
比较制备例2
将600克八甲基环四硅氧烷、6 g十二烷基硫酸钠在54 g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。在105℃下干燥3小时后,乳液的非挥发物含量(固体含量)为44.8%,且乳液中的有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,并且R1是甲基。
向乳液中加入689 g离子交换水,然后经3至5小时滴加1256 g甲基丙烯酸甲酯(MMA),同时在30℃下在过氧化物和还原剂的存在下进行氧化还原反应,以在有机硅乳液颗粒的表面上形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层,使得获得固体含量为45.2%的乳液。将其喷雾干燥以除去挥发物,直至挥发物含量为1.2%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的粉末。
如下所述测定固体含量。
比较制备例3
将600克八甲基环四硅氧烷、6 g十二烷基硫酸钠在54 g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g 10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。乳液在105℃下干燥3小时后,非挥发物含量(固体含量)为44.8%,且乳液中的有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下。乳液颗粒在表面上没有壳层,并且有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。因此,不可能通过喷雾干燥将它们转化成粉末。
Figure DEST_PATH_IMAGE009
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,并且R1是甲基。
比较制备例4
在比较制备例4中,进一步加入常规的硅烷偶联剂(3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷,KBM-502,产自Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd. )。将具有f单元的有机聚硅氧烷和甲基丙烯酸甲酯进行乳液接枝聚合,f单元具有甲基丙烯酰氧基丙基。
将599.4克八甲基环四硅氧烷、0.6 g KBM-502、6 g十二烷基硫酸钠在54 g纯水中的溶液和6 g十二烷基苯磺酸盐在54 g纯水中的溶液置于由聚乙烯制成的2L的烧杯中,并用均混器均匀乳化,然后逐渐地加入470 g水进行稀释,并在300 kgf/cm2的压力下两次通过高压均质机以获得均匀的乳白色乳液。将乳液转移至装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的2L玻璃烧瓶中,并在50至60℃下聚合24小时,然后在10至20℃下熟化24小时并用12 g10%的碳酸钠水溶液中和至接近中性点以获得乳液。乳液在105℃下干燥3小时后,非挥发物含量(固体含量)为45.3%,且乳液中的有机聚硅氧烷处于不可流动的软凝胶状态。
乳液中的有机聚硅氧烷的结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE010
其中X中的两个是甲基,X中的一个是羟基,R1是甲基,R3是甲基丙烯酰氧基丙基,且Z是甲基。
向乳液中加入125 g离子交换水,然后经3至5小时滴加232 g甲基丙烯酸甲酯(MMA),同时在30℃下在过氧化物和还原剂的存在下进行氧化还原反应,以在有机硅乳液颗粒的表面上形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壳层,使得获得固体含量为45.1%的乳液。将其喷雾干燥以除去挥发物,直至挥发物含量为1.2%,以获得有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的粉末。
如下所述测定固体含量。
覆盖率的测定
如上所述计算覆盖率。使用的TEM是产自JEOL Ltd.的JEM-2100TM。覆盖率(Z)由下式定义:
覆盖率(Z) = [(β)/ (α)] × 100。
在此,使用TEM图像测定α和β。在核-壳颗粒的TEM图像上测量核-壳颗粒的直径,由此计算理论外周长度(α)。在外周上测量颗粒的深色部分的长度(L)。则β=α-L。
当整个核颗粒被聚(甲基)丙烯酸酯覆盖时,则L的值为0且覆盖率(Z)为100%。
测量TEM图像上的至少十个颗粒的长度,并采取以获得平均值。
固体含量的测定
将实施例和比较例中获得的每种有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(样品)约1 g放入尺寸为直径70mm x高度12mm的铝箔盘中,并精确称重,放置在保持约105℃的干燥器中,放置1小时,然后从干燥器中取出,让其在保干器中冷却,并称重。固体含量通过下式计算:
Figure DEST_PATH_IMAGE011
R:固体含量(%)
W:铝箔盘和未干燥样品的质量(克)
L:铝箔盘的质量(克)
T:铝箔盘和干燥样品的质量(克)。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的平均粒径的测定
如上所述,在由产自JEOL Ltd.的TEM即JEM-2100TM获取的图像上测量颗粒直径。
壳厚度的测定
将有机硅-丙烯酸类核-壳树脂乳液稀释5000倍,施用在网格上,然后在室温下干燥,然后用产自JEOL Ltd.的TEM即JEM-2100TM获取其图像。壳的厚度是核的平均粒径与有机硅-丙烯酸类核-壳树脂颗粒的平均粒径之间差值的一半。对TEM图像上的至少十个颗粒(N=10)进行测定,并采取以获得平均值。
图1示出了实施例1的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的TEM图像。该数据是十次测定(N = 10)之一。壳层的厚度为13.5 nm。N = 10的平均值为15 nm。
下表1中总结了乳液中所包含的有机聚硅氧烷的以质量份表示的组成和物理性质。表中所示的pH是在25℃下乳液中分散介质的pH。重均分子量Mw通过凝胶渗透色谱法(GPC)以THF作为溶剂在25℃下测定,并换算为聚苯乙烯。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE013
※ D4是八甲基环四硅氧烷,KF-54是二苯基二甲基硅氧烷且M2是六甲基二硅氧烷。
有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的以质量份表示的组成和性质示于下表2中。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE015
热塑性树脂组合物的制备与评价
实施例1-7、比较例1-4和参考例5
在200℃的温度下,将热塑性聚氨酯树脂和在上述制备例或比较制备例中获得的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂粉末通过具有线料模头的Labo Plastomil (产自Toyo SeikiCo., Ltd.)以下表3或4中所述的量混合,并挤出成粒料。将粒料加热并通过具有2cm×2cm×2mm的模具的小型注射成型机成型以获得树脂成型品。
在各实施例、各比较例和各参考例中使用的热塑性聚氨酯树脂如下:
・ Elastollan ET-597-10
热塑性聚氨酯(聚酯型),肖氏A硬度为97,产自BASF
・ Miractran XN-2000
热塑性聚氨酯(聚碳酸酯型),肖氏A硬度为85,产自Tosoh Co.。
脱模性
在成型步骤结束时,将模具冷却至60℃的温度,并通过顶杆推动将成型品从模具中取出。顶杆安装在模具中。该成型-顶出过程进行10次。每10次成型-顶出试验的成功顶出次数的比例表示脱模性,在表3和表4中以“%”表示。例如,如果脱模成功8次,则脱模性为80%。如果顶出成功10次,则脱模性为100%。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表4
Figure DEST_PATH_IMAGE019
如表4所示,在由包含比较制备例2的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的热塑性树脂组合物获得的成型品中观察到较差的成型性,该有机硅-丙烯酸类核-壳树脂不满足所需的质量比(比较例4)。此外,在由包含比较制备例1的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的热塑性树脂组合物获得的成型品中观察到较差的成型性,该有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的覆盖率太小(比较例3)。
相比之下,由本发明的热塑性树脂组合物获得的所有成型品均显示优异的脱模性(实施例1至7)。由本发明的热塑性树脂组合物获得的成型品不包含硅烷偶联剂,但它们的脱模性与由包含常规硅烷偶联剂的热塑性树脂组合物所获得的成型品的脱模性相当(参考例5)。
实施例2、8至12、比较例6至9和参考例10
在200℃的温度下,将热塑性聚氨酯树脂和在上述制备例或比较制备例中获得的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂粉末通过具有T型模头的Labo Plastomil (产自Toyo SeikiCo., Ltd.)以下表5或6中所述的量混合,并挤出成厚度为约200μm的膜。
所用的热塑性聚氨酯是上述的Elastollan ET-597-10和Miractran XN-2000。
静态/动态摩擦系数
使用HEIDON TYPE-R(产自Shin-To Scientific Co. Ltd.)测定摩擦力,其中使200g重量的金属压物与膜垂直接触并以3 cm/min的速度移动以确定摩擦力。以常规方式由摩擦力计算摩擦系数。
结果如表5和6所示。
表5
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表6
Figure DEST_PATH_IMAGE023
实施例13至17、比较例11至13和参考例14
将100质量份的聚合度为1300的聚氯乙烯树脂(PVC)、65质量份的增塑剂(DINP)和稳定剂通过具有线料模头的Labo Plastomil (产自Toyo Seiki Co., Ltd.)混合,并挤出成粒料(以下称为PVC配混物)。在140℃的温度下,将粒料和在上述制备例或比较制备例中制备的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂粉末之一通过具有T型模头的Labo Plastomil(产自Toyo Seiki Co., Ltd.)以下表7或8中所述的量混合,并挤出成厚度为约200μm的膜。
表7
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表8
Figure DEST_PATH_IMAGE027
如表5和表7所示,与由不包含本发明的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂粉末的组合物获得的比较例的成型品相比,由本发明的热塑性树脂组合物获得的成型品具有小的摩擦系数,因此具有优异的耐磨性(实施例2和8至11 对比比较例6;实施例12 对比比较例7;和实施例13至17 对比比较例11)。由本发明的热塑性树脂组合物获得的成型品不包含硅烷偶联剂,但它们的摩擦系数与由包含常规硅烷偶联剂的热塑性树脂组合物获得的成型品(参考例10和14)相当。
在由包含比较制备例2的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的热塑性树脂组合物获得的成型品中观察到大的摩擦系数,因此耐磨性较差,该有机硅-丙烯酸类核-壳树脂不满足所需的质量比(比较例9和13)。此外,在由包含比较制备例1的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂的热塑性树脂组合物获得的成型品中观察到大的摩擦系数,因此耐磨性较差,该有机硅-丙烯酸类核-壳树脂覆盖率太小(比较例8和12)。
图2中的符号说明
(1):核颗粒(有机聚硅氧烷)
(2):壳层(聚(甲基)丙烯酸酯)
(3):壳层的外周
(4):不存在壳层的外周部分的长度。

Claims (6)

1.一种热塑性树脂组合物,其包含:
80至99.9质量份的热塑性树脂(I),和0.1至20质量份的有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II),热塑性树脂(I)和有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的总质量为100质量份,
其中有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的核颗粒由有机聚硅氧烷(A)构成,且有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的壳层由聚(甲基)丙烯酸酯(B)构成,有机聚硅氧烷(A)与聚(甲基)丙烯酸酯(B)的质量比在40:60至90:10的范围内,且在有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)中聚(甲基)丙烯酸酯所占的外周部分的长度(β)占据有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)的整个外周长度(α)的至少90%。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂组合物,其中所述核颗粒由以下通式(1)的有机聚硅氧烷(a)构成,且所述壳层由(甲基)丙烯酸酯单体(b)的聚合物构成,
Figure DEST_PATH_IMAGE001
(1)
其中R1彼此独立地为芳基以外的具有1至20个碳原子的取代或未取代的一价烃基,R2为苯基,X彼此独立地为具有1至20个碳原子的取代或未取代的一价烃基、具有1至20个碳原子的烷氧基、或羟基,且Y彼此独立地为针对X所定义的基团、或由-[O-Si (X) 2] d-X表示的基团,条件是由X和Y表示的基团中的至少一个是羟基,其中a是0或更大的数,0.3 ≤ b/(a+b+c+e) ≤1,0 ≤ c/(a+b+c+e) ≤0.6,0 ≤ e/(a+b+c+e) ≤0.1,且d是0至10的数,
其中所述有机聚硅氧烷(a)与所述(甲基)丙烯酸酯单体(b)的聚合物的质量比在40:60至90:10的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性树脂组合物,其中所述有机硅-丙烯酸类核-壳树脂(II)中的壳层的厚度为1 nm至50 nm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热塑性树脂组合物,其中所述热塑性树脂(I)是选自聚氨酯树脂、氯乙烯树脂、丙烯酸类树脂、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈树脂、聚酯树脂、酰胺树脂、缩醛树脂和聚碳酸酯树脂中的至少一种。
5.一种通过注射成型或挤出成型形成的树脂成型品,其由根据权利要求1至4中任一项所述的热塑性树脂组合物构成。
6.根据权利要求5所述的树脂成型品,其中所述树脂成型品是膜或片材。
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