CN1180717A - 具有改善的滑动性和防粘性的聚酰胺母料及其应用 - Google Patents

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Abstract

基于聚酰胺,尤其共聚酰胺PA6/12的母料,用于制造具有改善的滑动性和防粘性的聚酰胺薄膜和成型制品。薄膜尤其适用于自动包装机械中,以便在食品包装领域提高循环频率。

Description

具有改善的滑动性和防粘性 的聚酰胺母料及其应用
本发明涉及基于聚酰胺的母料及其应用。
在塑料加工工业中,母料的用途因能达到令人满意的性能而广为所知,比如颜料着色、抗静电、防粘功能、流动性促进等。
与纯添加剂相比,母料的应用本身可提供一系列优点,如清洁处理、精确计量、明显地减少分层风险、各种添加剂的简单结合和在聚合物配混料中添加剂的快速均匀分布。
通常作为母料中添加剂的载体材料可使用基础材料(考虑到基于聚酰胺的母料),或者与基础材料相容的材料。
虽然母料在加工聚酰胺中也被广泛应用,并且对部分问题提供了满意的解决方法,但是直到目前还没能制备出能够在单个母料中满足下列问题解决办法和市场需求的基于聚酰胺的母料:
a)载体材料和基础材料相同和相容
b)防粘功能
c)制品提高的滑动性(提高的表面滑动性)
d)耐灭菌作用的添加剂。
到目前为止,由US 5,109,049(American National Can Company)已知的聚酰胺母料,提供了防粘功能,但没能提供就滑动性而言的优点。
由Hoechst公司在EP0662534A1中述了一种特殊的聚酰胺母料,能更好地适用于着色芳香族聚酰胺纤维和成形结构体。
直到目前为止也没能发现市场上有单一母料特别适合薄膜制造,并把下列性质统一于一种单一的产品中:
——在不削弱薄膜最重要的性质,如机械强度、阻隔作用、光学性质的情况下,与基础材料和混合物非常好的相容性
——薄膜的均匀结晶度
——薄膜的突出滑动性
——确保的防粘性
——耐灭菌作用
——允许用于食品。
在薄膜提高的滑动性方面,市场更迫切需要这些性质,因为新的自动包装机械(尤其适用于包装肉类和奶酪的机械)要求高的滑动性以增加机械循环频率。在新的自动包装机械中(深冲压系统),薄膜的运行或滑动能力预先决定了最大可能的循环频率。
要包装的肉类和奶酪分装体还变得越来越大而且重,这对包装薄膜有了更多的要求。
按照DIN53375,市场要求包装薄膜的聚酰胺层的动态摩擦系数(COF)测试值为0.2。
除如此低的摩擦系数外,市场还要求所有另外的上述性质也包括在单批母料中。
如果全部所要求的性质谱由各种母料结合或也与添加剂结合,这必然非常复杂,往往不可能,但必定更加提高成本,因为这要求生产系统的相应设计的基础结构。
对包装工业,尤其对包装薄膜的制造商来说非常需要的是为生产聚酰胺薄膜,有可以制造出具备下面优点的薄膜的单一母料。
——由于更良好的滑动性能和包装机械上更短的包装周期,在薄膜深加工中有明显的优点,
——薄膜没有粘连的趋势,尤其对易于粘附的共聚酰胺来说,
——灭菌作用中绝对可靠性,没有失控的喷霜,
——所要求的薄膜性能的控制依赖于所加母料的量,
——母料的配方对食品可靠。
由此看出,本发明的目的是推出一种新母料,尤其与基材有好的相容性,并在制品中产生有增加的滑动性。制品还应具有防粘功能。还希望产品有耐灭菌作用。
就母料而言,由权利要求1说明的特征,和就基于聚酰胺的母料而言由权利要求9和10的特征达到了这一目的。从属权利要求揭示了有益的进一步的改进。
于是,本发明的母料包含60~95%(重量)的聚酰胺载体材料和2~20%的N,N’亚乙基—双—脂肪酰胺,及相对于100%(重量)的余量的添加材料。
由上述配方得到的最终产物惊人地发现,能获得所希望的性质如表面光滑性膜、可消毒的薄膜和防粘性。而且,本领域熟练人员不能预见的一个因素是,所有的性能都能同时实现。本发明母料在各种性能方面第一次有可能以可控方式有利地影响最终产物。
所有目前可购买到的聚酰胺类型本身可用作聚酰胺载体材料。优选地共聚酰胺PA 6/12、聚酰胺6、聚酰胺12或非晶聚酰胺如聚酰胺6I/6T用作聚酰胺载体材料。熔化温度为130~150℃的共聚酰胺PA6/12用作聚酰胺载体材料被证明特别适合。这种共聚酰胺6/12的确定的优点是,在这些聚合物中熔点可通过己内酰胺和月桂内酰胺的关系在一个很宽的范围内调整,从而可达到使用的广度。
本申请要点中的一个主要因素是,60~95%(重量百分比)的上述聚酰胺载体材料,独特地与特别选择的改性的合成脂肪酰胺蜡,即与2~20%(重量)的N,N’亚乙基—双—脂肪酰胺结合。如果使用其中C18脂肪酸比例为至少60%优选至少90%的N,N’亚乙基—双—脂肪酰胺,则证明更加有益。只有用此方法才可能使由本发明母料制备的薄膜具有突出的滑动性。
如上所述本发明的母料配方,另外还包括相对于100%(重量)的余量的添加材料,例如成核剂、防粘剂、抗氧化剂和素炼剂。在这种情况下优选应用1.5~10%的Microtalk作为成核剂,和1.5~10%碳酸钙作为防粘剂。
特别优选的母料配方包括80~85%(重量)PA6/12、5~10%(重量)的N,N’亚乙基—双—脂肪酰胺、5%(重量)Microtalk和5%(重量)的碳酸钙。上述配方尤其能够生产出具备所有要求的性质的产品。
用市售的双螺杆挤出机,如德国Wemer+Pfleiderer公司的产品生产母料。低熔点PA 6/12载体材料-要求比具有较高熔点聚酰胺显然低些的挤出温度-证明特别适合。这导致混合添加剂的低的热应力,以便保持它们最大程度的效能。
实施例:母料的制备:
用Wemer+Pfleiderer公司出售的双螺杆挤出机(ZSK30)制备母料。聚酰胺载体材料直接加入到进料口,同时经侧喂料机在第三区段计量加预混添加剂。选择这一方案是为了使添加剂受到尽可能小的热应力。低熔点共聚酰胺6/12用作载体材料证明特别有益,因为它们可在很低的挤出温度160~180℃情况下被加工。
用于制备各种薄膜的母料的精确组成和结果测试都列于表1中。薄膜后面的名称与所用母料的名称相对应。表1:
用于制备测试薄膜的母料配方
  组成     配方(重量百分比)
聚酰胺6/12聚酰胺6N,N’亚乙基-双-硬脂酰胺Microtalk碳酸钙   B     C      D      E80    85    94.5    --     -      -     8010    5     2.5    105     5     1.5    55     5     1.5    5
当PA-6用作载体材料时,惯用的加工温度为250~270℃。单平膜的制备:
根据本发明制备的母料以相对于PA 6(Grilon F34,EMS-CHEMIE AG)的浓度1~8%添加,PA6和母料通常相加为100%。
优选组成为98%的PA基础材料和2%的母料。
在平膜挤出机(the firm Collin的30-平膜挤出机,D=30mm,L/D=25)上加工混合物,下面列出加工参数。
——筒体温度:260~270℃
——转动速度:40~60rpm
——质量压力:50bar
——出料速度:5~10m/min
——冷硬轧辊温度:95℃
制备下面的PA6薄膜用于比较测试结果:
A  2%市售母料Reed Spectrum of the Compary Reed Spectrum,Holden,MA-01520-1849 USA
B 2%本发明母料,根据母料配方B
C 2%本发明母料,根据母料配方C
D 2%本发明母料,根据母料配方D
E 2%本发明母料,根据母料配方E
F  没有加入母料
所有的薄膜都在相同条件下生产。结果:
滑动性:
根据DIN 53375确定滑动性。据此规则,100mm×100mm的薄膜部分在具有特定粗糙度的钢板上,以100mm/min的不变速度拉伸。测量50μm平膜:冷硬轧辊温度95℃,温度从260℃调整到270℃。所要求的张力于是转变成无量纲的相关摩擦系数。
图1给出了测试结果。
结果清楚地表明,由自动包装机械工业所要求的薄膜约0.2的低摩擦系数,只能由薄膜B达到,该膜B是用2%的本发明母料制备。结果还显示母料中N,N’亚乙基—双—硬脂酰胺对摩擦系数的影响。随着母料中NN’亚乙基—双—硬脂酰胺的数量减少,摩擦系数也相应地受到损害。
耐灭菌作用:
本发明所用滑动剂,NN’亚乙基—双—硬脂酰胺,熔点约为140℃。完成惯常的灭菌条件为121℃蒸气中30分钟。
本发明制备的灭菌薄膜没有显示喷霜。
防粘功能:
为了测试防粘性质,在Collin平膜体系和Alpine公司的三层吹胀薄膜体系上,用本发明的母料类型B制造各种聚酰胺和共聚多酰胺薄膜。
表2显示母料浓度对各种聚酰胺薄膜的必要性,能够容易地生产。
表2:
用于制备各种PA薄膜的所要求的防粘性母料的浓度。
    聚酰胺薄膜类型     所要求的母料浓度
    PA6PA6/12     1-2%3-4%
表2中的结果显示,所需母料添加剂的量依赖于所要制备的聚酰胺薄膜的类型。共聚酰胺薄膜的制备比均聚酰胺6要求更高的母料添加量。
相容性:
为了测试相容性,关于机械性质和氧气渗透值的比较测试在薄膜B、E和F上进行。从表3的结果可看出,本发明母料添加剂在任何情况下对性质上都没有负面影响。
关于薄膜的透明度和氧阻隔值,事实上可以观察出它们的改进。提高的透明度可由更加均一的结晶性解释。
表3:
本发明母料添加剂对PA-6薄膜氧渗透性的机械性能的影响。
    薄膜性质     单位 薄膜B(有2%母料) 薄膜E(有2%母料) 薄膜F(无母料)
  撕裂强度撕裂伸长氧阻隔值(23℃/85%r.F.)   N/mm2%cm3/m324h bar     10145842     10246045     10046070
测试标准
撕裂强度和撕裂伸长根据ISO 1184来测定。氧渗透性依据ASTMD 3985来测量。

Claims (10)

1、基于聚酰胺的含有滑动添加剂和诸如成核剂、防粘剂、抗氧化剂及素炼剂的添加剂的母料,其特征在于,它包含60~95%的聚酰胺载体材料和2~20%作为滑动添加剂的NN’亚乙基—双—脂肪酸酰胺,及相对于100%(重量)的余量添加材料。
2、根据权利要求1的母料,其特征在于,它包含80~85%的聚酰胺载体材料和5~10%的滑动添加剂。
3、根据权利要求1或2的母料,其特征在于,聚酰胺载体材料是共聚酰胺PA 6/12,聚酰胺6、聚酰胺12或非晶聚酰胺类如聚酰胺6I/6T。
4、根据权利要求3的母料,其特征在于,共聚酰胺PA 6/12熔化温度是130~150℃。
5、根据权利要求1到4中至少一项的母料,其特征在于,滑动剂是其中C18脂肪酸比例至少为60%、优选至少90%的NN’亚乙基—双—脂肪酸酰胺。
6、根据权利要求1到5中至少一项的母料,其特征在于,它包含1.5~10%(重量)的Microtalk作为成核剂。
7、根据权利要求1到6中至少一项的母料,其特征在于,它包含1.5~10%(重量)的碳酸钙作为防粘剂。
8、根据权利要求1到7中至少一项的母料,其特征在于,它包含80~85%(重量)的PA6/12,5~10%的NN’亚乙基—双—脂肪酸酰胺,5%的Microtalk和5%的碳酸钙。
9、根据权利要求1到8中至少一项的母料的应用,其特征在于,它被用于制造平膜、吹塑膜、管、吹塑和注塑制件。
10、根据权利要求1到8中至少一项的母料的应用,其特征在于,它被用于制造单层膜和多层膜。
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