CN118159586A - 阻燃的部分芳香族的聚酰胺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有聚酰胺单元AB/AC/AE/DB/DC/DE/F的固有耐火的部分芳香族的聚酰胺,其特征在于,除了聚酰胺单元AC之外,至少一种另外的聚酰胺单元选自由聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE和F构成的组,单体单元A、B、C、D、E和F衍生自酰胺键合地存在于聚酰胺X中的以下分子:A:脂肪族二胺;B:无磷芳香族二羧酸;C:根据式(1)、(2)和/或(3)的含磷芳香族二羧酸;D:具有芳香族结构单元的二胺;E:脂肪族二羧酸;F:氨基羧酸、内酰胺。本发明还涉及基于耐燃的聚酰胺的阻燃的模塑化合物以及由根据本发明的聚酰胺或聚酰胺模塑化合物构成的模塑件。
Description
技术领域
本发明涉及基于脂肪族二胺、芳香族二羧酸、部分含磷以及任选的其它形成聚酰胺的组分的固有耐火的部分芳香族的聚酰胺。本发明还涉及基于固有耐燃的部分芳香族聚酰胺的阻燃的模塑化合物。聚酰胺及其制成的模塑化合物均具有良好的耐燃性并表现出良好的机械性能。模塑化合物适合制造用于电气和电子工业的特别薄壁的模塑件,即例如壳体、壳体部件或连接器。本发明还涉及根据本发明的聚酰胺和聚酰胺模塑化合物用于制造模塑件、特别是用于电气和电子工业以及用于汽车工业的构件的用途。
背景技术
针对一些用途,对塑料的阻燃性能提出很高的要求。由于存在短路风险,塑料的阻燃配备尤其对于在电气或电子设备中使用至关重要。
除了本身耐燃(=固有阻燃)的且用阻燃剂覆层的塑料外,还使用具有反应性阻燃剂的塑料,即阻燃剂是塑料的组成部分,并在聚合期间化学键合到塑料处。对塑料进行阻燃配备的另一变型形式是复合阻燃添加剂。常见的添加剂例如是氮基化合物,例如三聚氰胺和尿素、溴化聚苯乙烯和有机磷化合物。
对塑料的另一基本要求是良好的机械性能,机械性能可以包括但不限于通过纤维增强等方式改进。在聚酰胺领域,在现有技术中存在玻璃纤维增强的、阻燃配备的模塑化合物的一些示例。对于玻璃纤维增强的聚酰胺模塑化合物,达到防火等级UL 94V0是特殊的挑战。
此外重要的是:耐燃配备的聚酰胺和聚酰胺模塑化合物可以良好地进行加工,例如在注塑机、熔体纺丝和挤出设施中加工,并且在此特别是不会因阻燃剂而在设施部件处出现腐蚀问题。
EP 1 613 698 A1涉及基于部分芳香族、部分结晶的聚酰胺的无卤素的阻燃的模塑材料,模塑化合物包含次膦酸盐作为阻燃剂。由于其在高温下的尺寸稳定性和适宜的防火性能,模塑化合物适合于制造电气和电子行业的薄壁的模塑件。然而,所使用的颗粒阻燃剂导致机械性能下降,特别是在断裂应力、断裂伸长率、冲击和缺口性能、表面质量恶化方面的机械性能下降,以及导致在用于制造和加工的设施部件处的腐蚀。
CN 101 735 455A描述一种在溶剂中由对苯二甲酸、肼和改性间苯二甲酸制备芳香族聚恶二唑的方法以及由其湿纺的耐火的、耐高温的纤维。改性间苯二甲酸具有氯氧化膦取代基、溴氧化膦取代基或二苯基氧化膦取代基或二苯基硫化膦取代基。
US 4,837,394涉及基于聚酯树脂的静电调色剂颗粒,聚酯树脂包括但不限于包含设有鏻取代基的间苯二甲酸二甲酯作为单体。季鏻基团充当调色剂颗粒中的电荷载体的作用。由于电荷载体的均匀分布,在10-9至10-4mol/g范围内的极低含量的季鏻基团已经足以实现静电成像方法。然而,借此并不能实现足够的防火保护。
US 3,108,991公开基于双(氨基烷基)烷基膦和脂肪族或芳香族二羧酸以及脂肪族二胺和双(羧基烷基)烷基氧化膦的线性聚酰胺。所描述的聚酰胺溶解在冷水或温水中并且具有低软化温度。
US2,646,420涉及基于聚合物链中包含磷的线性缩聚物的取向纤维。除了良好的可染色性外,纤维还表现出良好的机械性能,特别是高初始强度和良好的回弹能力。在示例中,双(羧基苯基)甲基氧化膦作为含磷单体,所述双(羧基苯基)甲基氧化膦与各种二醇或癸二胺缩合。
文献US 4,032,517 B还涉及纺织纤维领域,其包括包含0.5至7.5重量百分比磷作为聚合物链的整体部分的共聚酰胺。提出与己二胺和己二酸缩聚的双(羧乙基)烷基氧化膦作为含磷二羧酸。纤维应是永久抗静电的、调湿的和阻燃的。
WO 2018 071790A1公开在聚合物链中包含磷的耐燃配备的聚酰胺。用作含磷单体的双(4-甲氧基-羰基苯氧基)苯基氧化膦由对羟基苯甲酸甲酯和苯基膦酰二氯制备。描述了该含磷二羧酸与间苯二甲胺(MXDA)的反应。这种具有5重量百分比的含磷二羧酸的聚酰胺与MXD6相比具有增加的LOI值,并且在UL94防火测试中对于3.2mm厚的测试体达到V0等级。
JP11286545A描述具有高玻璃化转变温度的含磷的共聚酰胺,共聚酰胺可以通过在惰性溶剂中在50至200℃的温度下缩聚来制备。作为载磷单体,列举2,5-二羧基苯基膦酸、3,5-二羧基苯基次膦酸及其衍生物。基于所提到的二羧基苯基次膦酸和二胺4,4'-二苯胺和作为另外的二羧酸的间苯二甲酸的共聚酰胺具有240至276℃范围内的玻璃化转变温度。因此,所述聚酰胺不能在熔体中缩聚。
上述现有技术中的固有耐燃配备的聚酰胺耐化学性差,聚酰胺在聚合物链中包含磷,即使在冷水或温水中也可大量溶解,在聚合物链中包含“弱”C-P或C-O-P键,并且通常具有低软化温度,特别是低玻璃化转变温度,进而具有相当低的耐热尺寸稳定性。
发明内容
本发明的目的包括但不限于:避免现有技术中已知的这些缺点,并且提供固有耐燃配备的部分芳香族聚酰胺和由其制造的聚酰胺模塑化合物,其特征在于良好的机械和热学性能、良好的表面质量、耐高温和良好的阻燃性。对于厚度为0.35至3.2mm、特别是0.5mm的测试体,根据本发明的聚酰胺和聚酰胺模塑化合物应优选具有根据UL94的防火等级V0。
根据本发明,该目的一方面通过根据权利要求1的具有聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE和F的聚酰胺X来实现,其中除了聚酰胺单元AC之外,至少一种另外的聚酰胺单元选自由聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE和F构成的组,并且其中,单体单元A、B、C、D、E和F衍生自酰胺键合地存在于聚酰胺X中的以下分子:
A:脂肪族二胺;
B:无磷芳香族二羧酸;
C:根据式1、2和/或3的含磷芳香族二羧酸;
其中取代基R1、R2各自独立地为C1-C8烷基或芳基并且取代基R3、R4、R5各自独立地为H、烷基、芳基、F、Cl、Br或P(R1)(R2)O;
D:具有芳香族结构单元的二胺;
E:脂肪族二羧酸;
F:α,ω-氨基羧酸、内酰胺。
这意味着:在根据本发明的聚酰胺X中,除了聚酰胺单元AC之外,存在至少一种另外的聚酰胺单元,即必须存在至少两种聚酰胺单元,即例如与AB和AC或AC和F组合地存在,进而剩余的聚酰胺单元是任选的。
在此,组分B的芳香族二羧酸不同于组分C的二羧酸,特别是它们不含磷。
上述聚酰胺单元、例如聚酰胺单元AC或AB应被理解为聚酰胺X中的重复单元。在最简单的情况下,聚酰胺X因此是具有至少两种不同的重复单元,例如聚酰胺单元AC和AB的共聚酰胺。在该示例中,因此,除了脂肪族二胺A之外,在制备聚酰胺X时使用两种不同的芳香族二羧酸B和C。
该目的同样通过根据权利要求9的用于制造根据本发明的聚酰胺的方法来实现。
该目的还通过提供根据权利要求10的聚酰胺模塑化合物FM来实现,该聚酰胺模塑化合物包含之前描述的聚酰胺X以及至少一种填料和/或至少一种添加剂和/或至少一种不同于聚酰胺X的聚酰胺Y。
该目的还通过根据权利要求13的模塑件实现,该模塑件至少部分地由聚酰胺X或模塑化合物FM构成。
最后,该目的根据权利要求15通过根据本发明的聚酰胺X的用途以及通过根据本发明的聚酰胺模塑化合物FM的用途来实现。
术语定义
就本发明而言,术语“聚酰胺”(缩写PA)应被理解为如下的上位概念,上位概念包括均聚酰胺和共聚酰胺,无论其摩尔量或粘度如何。因此,上位概念聚酰胺包括少量高分子量的聚酰胺预缩合物(预缩聚物,pre-condensates)和高分子量的均聚酰胺和共聚酰胺。聚酰胺及其单体的所选则的符号和缩写对应于ISO标准16396-1(2015(D))中指定的符号和缩写。其中使用的缩写在下文中用作单体的IUPAC名称的同义词,特别是存在以下单体缩写:T或TPS代表对苯二甲酸,I或IPS代表间苯二甲酸,MACM代表双(4-氨基-3-甲基-环己基)甲烷(也称为3,3'-二甲基-4,4'-二氨基二环己基甲烷,CAS号6864-37-5),PACM表示双(4-氨基环己基)甲烷(也称为为4,4'-二氨基二环己基甲烷,CAS号1761-71-3),TMDC代表双(4-氨基-3,5-二甲基环己基)甲烷(也称为3,3',5,5'-四甲基-4,4'-二氨基二环己基甲烷,CAS号65962-45-0)。下面使用缩写HMDA来表示1,6-己二胺(也称为六亚甲基二胺)。
与半结晶聚酰胺相比,无定形聚酰胺没有或仅具有非常低、几乎无法检测到的熔化热。在根据ISO 11357(2013)的动态差示扫描量热法(英文Differential ScanningCalorimetry,DSC)中,在20K/min的加热速率下,无定形聚酰胺优选表现出小于3J/g、更尤其优选0至1J/g的熔化热。无定形聚酰胺由于其无定形性质不具有熔点。
除了玻璃化转变温度之外,半结晶聚酰胺还具有显着的熔点,并且在动态差示扫描量热法(英文Differential Scanning Calorimetry,DSC)中根据ISO 11357(2013)在20K/min的加热速率下优选表现出至少15J/g的、更优选至少20J/g的、还更优选在25至80J/g的范围内的熔化热。
关于根据本发明的聚酰胺X,二羧酸组分和二胺组分以及可能使用的内酰胺/氨基羧酸或单官能调节剂的单体通过缩合构成酰胺形式的重复单元或端基基团,重复单元或端基基团衍生自相应的单体。重复单元或端基基团通常共计所有存在于聚酰胺中的所有重复单元和端基基团的至少95摩尔百分比,特别是至少99摩尔百分比。此外,聚酰胺还可以具有少量的其他的重复单元,重复单元可以由单体、例如二胺的降解或副反应产生。
聚酰胺X
根据本发明的聚酰胺是具有聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE和F的聚酰胺,其中除了聚酰胺单元AC之外必须存在至少一种另外的聚酰胺单元,其选自聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE和F。这意味着:不对应于AC和至少一种另外的聚酰胺单元的聚酰胺单元是任选的,并且在最简单的情况下,聚酰胺X仅包括两个聚酰胺单元。单体单元A、B、C、D、E和F衍生自以下双官能分子,即在聚酰胺X中酰胺键合的单体。
用于制造聚酰胺X的可能的单体包括组分A、B、C、D、E和F:
A脂肪族二胺,优选具有6至12个碳原子的脂肪族二胺;
B无磷芳香族二羧酸,优选间苯二甲酸、对苯二甲酸或其混合物;
C根据式1、2和/或3的C3含磷芳香族二羧酸,其中取代基R1、R2各自独立地为C1-C8烷基或芳基并且取代基R3、R4、R5各自独立地为H、烷基、芳基、F、Cl、Br或P(R1)(R2)O;
D:具有芳香族结构单元的二胺;
E:脂肪族二羧酸;
F:α,ω-氨基羧酸、内酰胺。
在此优选的是:聚酰胺X中总共使用的二胺和总共使用的二羧酸以1.06:1至1:1.06、尤其优选以1.03:1至1:1.03的摩尔比并且更优选地以1.01:1:1.01的摩尔比存在于聚酰胺X中。
根据一个优选的实施方式,脂肪族二胺A选自:2-甲基-1,5-戊二胺、己二胺,特别是1,6-己二胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、2,4,4-三甲基-1,6-六亚甲基二胺、壬二胺,特别是1,9-壬二胺、2-甲基-1,8-辛二胺、1,10-癸二胺、1,11-十一烷二胺、1,12-十二烷二胺、1,3-二氨基环己烷、1,4-二氨基环己烷二胺、异佛尔酮二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷(BAG)、1,4-双-(氨基甲基)环己烷、双-(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷(MACM)、双(4-氨基环己基)甲烷(PACM)、双(4-氨基-3,5-二甲基环己基)甲烷(TMDC)及其混合物。脂肪族二胺A更优选地选自具有6至12个碳原子的二胺,特别是1,6-己二胺、2-甲基-1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺,1,3-双(氨基甲基)环己烷及其混合物。
无磷芳香族二羧酸优选地选自以下物作为组分B:对苯二甲酸、间苯二甲酸、1,5-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸、4,4'-二苯基二甲酸、3,3'-二苯基二甲酸、4,4'-二苯醚二甲酸、4,4'-二苯基甲烷二甲酸、4,4'-二苯磺二甲酸、4,4'-二苯基异丙酮二甲酸、1,2-双(苯氧基)乙烷-4,4'-使用二羧酸、2,5-蒽二甲酸、4,4'-对三联苯二甲酸和2,5-吡啶二甲酸。芳香族二羧酸B更优选地选择为对苯二甲酸或由间苯二甲酸和对苯二甲酸构成的混合物。
根据另一优选的实施方式,含磷芳香族二羧酸C选自3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦、3,5-二羧基苯基二甲基氧化膦、3,5-二羧基苯基二乙基氧化膦、2,4-二羧基苯基二苯基氧化膦、2,4-二羧基苯基二甲基氧化膦、2,4-二羧基苯基二乙基氧化膦、更优选地选择为3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦。3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦是根据式1的二羧酸,其中取代基R1和R2是苯基并且取代基R3、R4和R5是氢。
本发明的另一优选的实施方式提出:二胺D选自由间苯二甲胺(MXDA)、对苯二甲胺(PXDA)及其混合物。二胺D更优选地选择为间苯二甲胺。
本发明的另一优选的实施方式提出:脂肪族二羧酸E选自:环己烷-1,3-二甲酸、环己烷-1,4-二甲酸、己二酸、1,7-庚二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸、1,10-癸二酸、1,11-十一烷二酸、1,12-十二烷二酸、1,13-十三烷二酸、1,14-十四烷二酸、1,15-十五烷二酸、1,16-十六烷二酸、1,17-十七烷二酸、1,18-十八烷二酸及其混合物。脂肪族二羧酸E更优选地选自:具有6至18个碳原子的二羧酸,特别是己二酸、1,10-癸二酸、1,12-十二烷二酸、1,14-十四烷二酸、1,16-十六烷二酸、环己烷-1,3-二甲酸、环己烷-1,4-二甲酸及其混合物。
根据本发明的另一个优选的实施方式,α,ω-氨基羧酸或内酰胺F选自:己内酰胺、十一内酰胺、月桂内酰胺、α,ω-氨基己酸、α,ω-氨基庚酸、α,ω-氨基辛酸、α,ω-氨基壬酸、α,ω-氨基癸酸、α,ω-氨基十一烷酸(AUA)和α,ω-氨基十二烷酸(ADA),更优选的是α,ω-氨基十一烷酸、己内酰胺和月桂内酰胺及其混合物。
此外,聚酰胺X可以以共聚方式包含至少一个单官能的羧酸G1或者单官能的胺G2作为单官能的调节剂G。在此,单官能的调节剂G用于对根据本发明制备的聚酰胺封端。原则上,能够在聚酰胺缩合的反应条件下与可用的氨基基团的至少一部分反应的所有一元羧酸G1都是合适的。合适的单羧酸G1是脂肪族单羧酸、脂环族单羧酸和芳香族单羧酸。属于此的是甲酸、乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸或叔丁酸、戊酸、三甲基乙酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、月桂酸、十三烷酸酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、新戊酸、环己烷甲酸、苯甲酸、甲基苯甲酸、α-萘甲酸、β-萘甲酸、苯乙酸、油酸、蓖麻油酸、亚油酸、亚麻酸、芥酸、丙烯酸、甲基丙烯酸及其混合物。一元羧酸G1更优选地选自:乙酸、丙酸、苯甲酸、硬脂酸及其混合物。在特殊的实施方案中,脂肪族聚酰胺(X)仅包包含共聚形式的聚合苯甲酸作为一元羧酸G1。
聚酰胺X可以以共聚的方式包含至少一种单胺G2。在此,单胺G2用于封端根据本发明生产的聚酰胺。原则上,能够在聚酰胺缩合的反应条件下与可用的羧酸基团反应的至少一部分反应的所有单胺都是合适的。优选的单胺G2是脂肪族单胺。属于此的是甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、己胺、庚胺、辛胺、癸胺、硬脂胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、环己胺、二环己胺及其混合物。
优选的是如下聚酰胺X,其中,分别以聚酰胺单元AC和至少一种另外的聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE、F的总和计,聚酰胺单元AC的含量为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选10至60摩尔百分比,并且至少一种另外的聚酰胺单元的含量为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选40至90摩尔百分比。
此外,优选的是如下聚酰胺X,其中,关于组分A至F选择以下选择组中的至少一个,更优选地为组分A、B和C或A、B、C和E,选择组选自并且更优选地所有选择组同时选自:
A:脂肪族二胺,选自1,6-己二胺、2-甲基-1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二烷二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷(BAC);
B:无磷芳香族二羧酸选自:对苯二甲酸、间苯二甲酸及其混合物;
C:含磷芳香族二羧酸选自:3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦、3,5-二羧基苯基二甲基氧化膦、3,5-二羧基苯基二乙基氧化膦、2,4-二羧基苯基二苯基氧化膦、2,4-二羧基苯基二甲基氧化膦,2,4-二羧基苯基二乙基氧化膦,优选地选自3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦、3,5-二羧基苯基二甲基氧化膦或3,5-二羧基苯基二乙基氧化膦,更优选地选自3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦;
D:具有芳香族结构单元的二胺,选自:间苯二甲胺、对苯二甲胺及其混合物;
E:脂肪族二羧酸,选自:己二酸、1,10-癸二酸、1,12-十二烷二酸、1,14-十四烷二酸、1,16-十六烷二酸、环己烷-1,3-二羧酸、环己烷-1,4-二羧酸及其混合物;
F:α,ω-氨基羧酸或内酰胺F,选自:α,ω-氨基十一烷酸、己内酰胺和月桂内酰胺及其混合物。
在一个优选的实施方式中,聚酰胺X为如下聚酰胺,其中至少一种另外的聚酰胺单元选自组AB、AE和F,其中,分别以聚酰胺单元AB、AC、AE和F的总和计,聚酰胺单元AC的含量为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选10至60摩尔百分比,并且其中聚酰胺单元AB、AE和F的含量之和为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选40至90摩尔百分比。
此外,优选的是如下聚酰胺X,所述聚酰胺包括至少一个聚酰胺单元AB和AC,并且其中分别以聚酰胺单元AB和AC的总和计,聚酰胺单元AB的含量为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选40至90摩尔百分比,并且其中聚酰胺单元AC的含量为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选10至60摩尔百分比。
同样优选的是如下聚酰胺X,所述聚酰胺包括至少一个聚酰胺单元AB、AC和AE,并且其中分别以聚酰胺单元AB、AC和AE的总和计,聚酰胺单元AC的含量为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选10至60摩尔百分比,并且其中聚酰胺单元AB或AB和AE的含量为1至99摩尔百分比,优选10至90摩尔百分比,更优选40至90摩尔百分比。
在一个优选的实施方式中,聚酰胺X是如下聚酰胺,所述聚酰胺至少包括聚酰胺单元AB和AC,并且其中单体单元A、B和C优选衍生自在聚酰胺X中酰胺键合存在的以下分子:
A:无环脂肪族二胺,选自1,6-己二胺、1,10-癸二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷(BAC);
B:无磷芳香族二羧酸,选自对苯二甲酸、间苯二甲酸及其混合物;
C:含磷芳香族二羧酸,选自3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦、3,5-二羧基苯基二甲基氧化膦、3,5-二羧基苯基二乙基氧化膦、2,4-二羧基苯基二苯基氧化膦、2,4-二羧基苯基二甲基氧化膦、2,4-二羧基苯基二乙基氧化膦。
此外,优选如下聚酰胺X,其中无磷芳香族二羧酸B选自:对苯二甲酸或由对苯二甲酸与间苯二甲酸构成的混合物。
同样优选的是如下聚酰胺X,其中聚酰胺单元AB选自聚酰胺单元6I、6T、8I、8T、9I、9T、10I、10T、12I、12T、6T/6I、9T/9I、10T/10I、12T/12I、6T/10T、6T/9T、6T/8T、BACI、BACT、BACT/BACI、BACT/6T、BACT/10T;和/或聚酰胺单元AE选自:聚酰胺单元66、610、611、612、614、616、618、106、1010、1011、1012、1014、1016、1018、BAC6、BAC10、BAC11、BAC12、BAC14、BAC16。
特别地,优选的是如下聚酰胺X,聚酰胺至少包括聚酰胺单元AB和AC并且其中聚酰胺单元AB由以下物构成:
(a1)60至100重量份、优选60至80重量份、更优选67重量份的聚酰胺单元AB,所述聚酰胺单元AB衍生自对苯二甲酸与六亚甲基二胺、1,3-双衍生(氨基甲基)环己烷和/或1,10-癸二胺的组合;
(a2)0至40重量份、优选20至40重量份、更优选33重量份的聚酰胺单元AB,所述聚酰胺单元AB衍生自间苯二甲酸与六亚甲基二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷或1,10-癸二胺的组合,
其中组分(a1)和(a2)的重量份以聚酰胺单元AB计算共计100重量份。
此外,优选的是如下聚酰胺X,所述聚酰胺除了组分A至F之外还可以包含单官能调节剂G作为其它组分。
此外,优选的是:聚酰胺X仅由聚酰胺单元AC和AB和/或AE构成。在此,聚酰胺X因此为还可以包含单官能调节剂G作为其他组分的体系AB/AC、AC/AE或AB/AC/AE。在此,分别以聚酰胺单元AB、AC和AE的总和计,聚酰胺单元AC的含量优选为1至99摩尔百分比,更优选10至90摩尔百分比,并且更优选10至60摩尔百分比,并且聚酰胺单元AB和/或AE的含量优选为1至99摩尔百分比,更优选10至90摩尔百分比并且更优选10至40摩尔百分比。
更优选的是仅包含聚酰胺单元AB和AC或仅包含聚酰胺单元AC和AE的聚酰胺X。
此外,更优选的是如下聚酰胺,所述聚酰胺仅包含聚酰胺单元AB和AC,并且其中脂肪族二胺A选择为1,6-己二胺、1,10-癸二胺以及其混合物,芳香族二羧酸B选择为对苯二甲酸或对苯二甲酸和间苯二甲酸的混合物,并且含磷芳香族二羧酸C选自3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦、3,5-二羧基苯基-二甲基氧化膦、3,5-二羧基苯基-二乙基氧化膦以及其混合物。
聚酰胺X优选为部分结晶的聚酰胺,所述聚酰胺具有至少15J/g、尤其优选至少20J/g的熔化焓。
优选地,预缩合物形式的聚酰胺X具有在1.08至1.39的范围内的、更优选在1.10至1.35的范围内的、特别是在1.12至1.30的范围内的溶液粘度ηrel,所述溶液粘度根据ISO307:2007在20℃下使用0.5g聚合物颗粒在100ml间甲酚中的溶液中确定。
优选地,高分子量或后缩合形式的聚酰胺X具有在1.40至2.50的范围内的、更优选在1.45至2.20的范围内的、特别是在1.50至2.00的范围内的溶液粘度ηrel,所述溶液粘度根据ISO307:2007在20℃下使用0.5g聚合物颗粒在100ml间甲酚中的溶液中确定。
优选地,聚酰胺X具有至少1.0重量百分比的磷含量,更优选地具有1.5至7重量百分比并且更优选1.7至4.0重量百分比范围内的磷含量。
根据本发明的聚酰胺具有良好的阻燃性并且优选具有阻燃性等级V0,所述阻燃等级根据UL94(Underwriters Laboratories美国保险商实验室“Tests for Flammabilityof Plastic Materials for Parts in Devices and Applications设备和应用中的部件的塑料材料的可燃性测试”)在尺寸为127×12.7×0.35mm、127×12.7×0.5mm、127×12.7×0.75mm、127×12.7×1.5mm和127×12.7×3.0mm的测试体处确定,所述测试体预先在23℃和50%相对湿度的标准气候下储存48小时或在70℃的对流烘箱中储存7天。
聚酰胺X的制备优选地包括在如下之间的缩聚反应:即在至少一种芳香族二羧酸B和/或脂肪族二羧酸E、根据式1、2和/或3的至少一种含磷芳香族二羧酸C之间的缩聚反应,其中取代基R1、R2各自独立地为C1-C8烷基或芳基并且取代基R3、R4、R5各自独立地为H、烷基、芳基、F、Cl、Br或P(R1)(R2)O,和至少一种脂肪族二胺A以及任选地另外的单体D和F,任选地在单官能调节剂G和/或加工辅助材料的存在下。
优选的加工辅助材料是无机和有机稳定剂、催化剂以及消泡剂。优选的催化剂是磷化合物,即例如磷酸、亚磷酸、次磷酸、苯基膦酸、苯基次膦酸和/或它们与一价至三价阳离子(例如Na、K、Mg、Ca、Zn或Al)的盐,和/或它们的酯,即例如磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯或亚磷酸三(壬基苯基)酯。更优选的催化剂是次磷酸及其盐,即例如次磷酸钠。
在此,可以将聚酰胺X始于单体A至F在压力容器中缩聚成高分子量的聚合物,所述聚合物具有大于3000g/mol、更优选4000至20,000g/mol的范围内的优选的数均摩尔量(Mn),或者缩聚成具有更低数均摩尔量(Mn)的所谓的预缩合物,所述预缩合物的数均摩尔量优选低于3000g/mol,更优选在800至2500g/mol的范围内。预缩合物可以在随后阶段中通过固相和/或熔融后缩合转化成高分子量的聚合物,其具有大于3000g/mol,更优选大于4000g/mol,特别是在4000至20,000g/mol的范围内的优选的数均摩尔量(Mn)。
在此,优选地在压力容器中实施用于制备聚酰胺X的方法,所述聚酰胺至少包括聚酰胺单元AC以及至少一种另外的聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE或F,其中在将组分A、C和至少一种另外的组分B、D、E、F以及任选的单官能调节剂G和加工辅助材料以及水混合之后,在240℃至330℃下进行压力阶段,随后在240℃至320℃下进行膨胀,随后在240℃至320℃下进行脱气,以及将聚酰胺以线材形式或粉末形式排出,冷却,将线材造粒并干燥颗粒或粉末。
预缩合物根据其熔点或其玻璃化转变温度可以在150至300℃的温度范围内以固相进行后缩合。熔融后缩合优选在挤出机中在300至400℃的温度下进行。两种或更多种不同预缩合物的混合物还可以优选通过后缩合转化成高分子量的聚酰胺。在此,根据本发明的聚酰胺X可以将预缩合物还有不包含聚酰胺单元AC的其他预缩合物一起后缩合成高分子量的聚酰胺X。
此外,本发明还包括提供聚酰胺模塑化合物FM,其包含聚酰胺X和至少一种填料和/或至少一种添加剂和/或至少一种不同于聚酰胺X的聚酰胺Y。
优选地,聚酰胺Y选自:聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺616、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1014、聚酰胺1016、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺6/12、聚酰胺6I、聚酰胺9T、聚酰胺10T、聚酰胺6T/6I、聚酰胺6T/66、聚酰胺6T/10T或其混合物。聚酰胺6T/6I、6T/66、6T/10T及其混合物还更优选作为聚酰胺Y。
在一个优选的实施方式中,聚酰胺模塑化合物FM包含以下组分或优选由以下组分组成:
25至99.99重量百分比的聚酰胺X;
0至70重量百分比的至少一种填料T;
0.01至50重量百分比的至少一种不同于X和T的添加剂S;
其中组分S、T和X一起共计100重量百分比。
在本发明的一个更优选的实施方式中,聚酰胺模塑化合物FM包含以下组分或优选由以下组分构成:
25至100重量百分比的聚合物混合物P包含以下物质或优选由以下物质组成:
20至80重量百分比的聚酰胺X,和
20至80重量百分比的、不同于聚酰胺X的聚酰胺Y,所述聚酰胺Y优选地选自:聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺616、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1014、聚酰胺1016、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺6/12、聚酰胺6I、聚酰胺9T、聚酰胺10T、聚酰胺6T/6I、聚酰胺6T/66、聚酰胺6T/10T或其混合物,
其中X和Y之和共计聚合物混合物P的100重量百分比;
0至70重量百分比的至少一种填料T;
0至50重量百分比的至少一种不同于X、Y和T的添加剂S;
其中组分P、S和T一起共计100重量百分比。
更优选地,聚合物混合物P仅由组分X和Y构成。
聚酰胺Y为不含聚酰胺单元AC和DC、即不包含组分C的聚酰胺。优选地,聚酰胺包含聚酰胺单元AB、AE、DB、DE、F中的至少一种。在一个优选的实施方式中,聚酰胺Y仅包含聚酰胺单元AE和/或F,即其在此优选为脂肪族聚酰胺。在此,更优选的是:聚酰胺Y选自:聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺616、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1014、聚酰胺1016、聚酰胺11、聚酰胺。12、聚酰胺6/12、聚酰胺6I、聚酰胺9T、聚酰胺10T、聚酰胺6T/6I、聚酰胺6T/66、聚酰胺6T/10T或其混合物。
根据本发明的聚酰胺模塑化合物FM包含组分X和S或X、T和S或P或P和S或P、T和S或优选仅由组分X和S或X、T和S或P或者P和S或P、T和S构成,其中附加规定是:组分X、T、S或P、T、S总计补充为100重量百分比。各个组分X、T、S或P、T、S的量数据的所确定的范围可以理解为,使得只要满足所有组分X、T、S或P、T、S的总和共计100重量百分比的严格规定,就可以在预设范围内为每个单独组分选择任意的量。
优选地,聚合物混合物P的磷含量处于0.8至6.0重量百分比的范围内,更优选处于1.2至4.5重量百分比的范围内,并且更优选处于1.5至3.5重量百分比的范围内。
组分T是聚酰胺模塑化合物FM中包含0至70重量百分比的填料。填料可以是纤维状的和微粒状的,可以单独存在,也可以以混合物存在。因此,组分T可以包含纤维形的填料(增强剂)或颗粒填料或还有增强剂和颗粒填料的混合物。
根据本发明的一个优选实施方式,在聚酰胺模塑化合物FM中包含10至60重量百分比,更优选20至55重量百分比,并且更优选25至50重量百分比的组分T,其中所述量数据以组分X、T、S的总和计或以组分P、T、S的总和计或以聚酰胺模塑化合物FM的总重量计。
特别地优选的是:组分T仅由选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳香族聚酰胺纤维、玄武岩纤维及其混合物的增强剂构成。按照根据本发明的聚酰胺模塑化合物的一个优选的实施方式,组分T完全由玻璃纤维形成。
所使用的玻璃纤维具有圆形的(或同义圆的)或非圆形的(或同义扁平的)横截面,其中在后一种情况下主横截面轴线与次横截面轴线的尺寸比至少为2,优选在2至6的范围内。
借助玻璃纤维的增强可以借助短纤维(例如长度为2至50毫米的短纤维)或连续纤维(长玻璃或粗纱)来进行。在一个优选的实施方式中,根据本发明使用的玻璃纤维是直径在6μm至20μm、优选9μm至12μm范围内的短玻璃纤维。玻璃纤维呈长度为2至50毫米的切割玻璃的形式。特别地,根据本发明使用E和/或S玻璃纤维。但是,也可以使用所有其他类型的玻璃纤维,即例如A、C、D、M、R玻璃纤维或其任意的混合物或与E和/或S玻璃纤维的混合物。使用对于聚酰胺的常用的浆液、即例如各种氨基硅烷浆液,其中优选高温稳定的浆液。
在扁平玻璃纤维,即具有非圆形横截面的玻璃纤维的情况下,主横截面轴与垂直于其的次横截面轴的尺寸比为至少2、优选2.5至4.5、尤其3至4的这种玻璃纤维。这些所谓的扁平玻璃纤维具有卵形、椭圆形、设有(多个)收缩部的椭圆形(所谓的茧形或茧形纤维)、多边形、矩形或近似矩形的横截面。所使用的扁平玻璃纤维的另一特征在于,主横截面轴线的长度优选在6至40μm的范围内,特别是在15至30μm的范围内,并且次横截面轴线的长度在3至20μm的范围内,特别是在4至10μm的范围内。
为了增强根据本发明的模塑化合物,还可以使用具有圆形和非圆形横截面的玻璃纤维的混合物,其中扁平玻璃纤维的份额优选占主导地位,即占纤维总重量的50重量百分比以上。玻璃纤维可设有适合于热塑性塑料、特别是聚酰胺的浆液,浆液包含基于氨基或环氧硅烷化合物的增附剂。
在此,组分T的扁平玻璃纤维例如优选地选择为根据ASTMD578-00的具有非圆形横截面的E-玻璃纤维,其优选具有52%至62%的二氧化硅、12%至16%的铝、16至25%的氧化钙、0至10%的硼砂、0至5%的氧化镁、0至2%的碱金属氧化物、0至1.5%的二氧化钛和0至0.3%的氧化铁构成的组合物。组分(T)的玻璃纤维作为扁平E-玻璃纤维优选具有2.54至2.62g/cm3的密度、70至75GPa的拉伸弹性模量、3000至3500MPa的拉伸强度和为4.5%至4.8%的断裂伸长率,其中机械性能在23℃和50%相对空格去湿度下对直径为10μm、长度为12.7mm的单根纤维确定。
组分T还可以包含颗粒填料,任选地呈表面处理过的形式,其选自:高岭土、煅烧高岭土、氧化铝、滑石、云母、硅酸盐、石英、硅灰石、无定形二氧化硅、碳酸镁、氢氧化镁、白垩、石灰、长石、实心或空心玻璃球或磨砂玻璃,尤其是磨砂玻璃纤维以及来自该组元素的混合物。平均直径在5μm至100μm范围内的微玻璃球更优选作为填料,因为它们趋于赋予模制部件各向同性性质进而允许制造具有低变形的模制部件。
根据本发明的一个优选的实施方式,组分T仅由选自玻璃纤维、研磨玻璃纤维、玻璃颗粒、玻璃片、玻璃球、空心玻璃球或前述组合的玻璃填料构成。如果选择玻璃球或玻璃颗粒作为组分T,则它们的平均直径为0.3至100μm,优选0.7至30μm,更优选1至10μm。
本发明的另一个优选实施方式规定:组分T的玻璃类型选自:E玻璃、ECR玻璃、S玻璃、A玻璃、AR玻璃和R玻璃,特别是E玻璃和S玻璃,以及这些类型玻璃的混合物。
根据一个优选的实施方式,组分T是高强度玻璃纤维或所谓的S-玻璃纤维。其优选基于三元体系二氧化硅-氧化铝-氧化镁或基于四元体系二氧化硅-氧化铝-氧化镁-氧化钙,其中优选58至70重量百分比的二氧化硅(SiO2),15至30重量百分比的氧化铝(Al2O3)、5至15重量百分比的氧化镁(MgO)、0至10重量百分比的氧化钙(CaO)以及0至2重量百分比的其他氧化物的组合物,所述其他氧化物例如是二氧化锆(ZrO2)、氧化硼(B2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钠、氧化钾或氧化锂(Li2O)。
更优选的是:高强度玻璃纤维具有以下组合物:62至66重量百分比的二氧化硅(SiO2)、22至27重量百分比的氧化铝(Al2O3)、8至12重量百分比氧化镁(MgO)、0至5重量百分比的氧化钙(CaO)、0至1重量百分比的其他氧化物,即例如二氧化锆(ZrO2)、氧化硼(B2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钠、氧化钾或氧化锂(Li2O)。
高强度的玻璃纤维(S-玻璃纤维)优选具有至少3700MPa、优选至少3800或4000MPa的拉伸强度,和/或至少4.8%、优选至少4.9或5.0%的断裂伸长率和/或大于75GPa,优选大于78或80GPa的拉伸弹性模量,其中所述玻璃性能在23℃的温度和50%的相对空气湿度下载直径为10μm且长度为12.7mm的单根纤维(pristine single filaments)处确定。
根据本发明的聚酰胺模塑化合物FM包含0至50重量百分比的至少一种添加剂作为组分S,所述组分不同于组分X、T和Y。
根据一个优选的实施方式,根据本发明的聚酰胺模塑化合物FM包含0.01至50重量百分比或0.01至30重量百分比且更优选0.02至20重量百分比的至少一种添加剂作为组分S,其中所述量数据以组分X、T、S的总和计或以组分P、T、S的总和计或以聚酰胺模塑化合物FM的总重量计。
根据一个优选的实施方式,组分S选自:润滑剂、热稳定剂、加工稳定剂、加工辅助材料、粘度调节剂、抗氧化剂、抗热分解剂和紫外线分解剂、UV阻断剂、润滑剂和脱模剂、着色剂、特别是染料、无机颜料、有机颜料、增塑剂、阻燃剂、抗冲改性剂及其混合物。
为了改进阻燃性能,聚酰胺模塑化合物FM还可以包含阻燃剂作为添加剂,其中阻燃添加剂优选不含卤素。优选的阻燃剂添加剂是次膦酸盐和/或二次膦酸盐,所述优选与增效剂、特别是含氮增效剂和/或含氮和磷的阻燃剂、优选三聚氰胺或三聚氰胺的缩合产物一起使用,即更优选地选自:密勒胺、蜜白胺、蜜胺、三聚氰胺与多磷酸的反应产物、即例如三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺的缩合产物与多磷酸的反应产物或其混合物。在次膦酸盐中,更优选烷基次膦酸或二烷基次膦酸的铝盐、钙盐或锌盐,特别是二乙基次膦酸铝。
在另一实施方式中,增效剂优选地选择为含氧、含氮或含硫的金属化合物。在此,优选的金属是铝、钙、镁、钡、钠、钾和锌。合适的化合物选自:氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锡酸盐、醇盐、羧酸盐以及所述化合物的组合或混合物,即例如氧化物-氢氧化物或氧化物-氢氧化物-碳酸盐。示例为氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化锌、碳酸钡、氢氧化镁、氢氧化铝、勃姆石、拟勃姆石、二氢滑石、水铝钙石、氢氧化钙、羟基磷灰石、氧化锡水合物、氢氧化锌、硼酸锌、硫化锌、磷酸锌、碳酸钠、碳酸钙、磷酸钙、碳酸镁、碱式硅酸锌、锡酸锌。诸如硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钡、棕榈酸钾、山嵛酸镁的体系也是可行的。
适用于制备本发明次膦酸盐的次膦酸例如为二甲基次膦酸、乙基甲基次膦酸、二乙基次膦酸、甲基-正丙基次膦酸、甲烷-二(甲基次膦酸)、乙烷-1,2-二(甲基次膦酸)、己烷-1,6-二(甲基次膦酸)、苯-1,4-二(甲基次膦酸)、甲基苯基次膦酸、二苯基次膦酸。次膦酸盐可以例如通过以下方式来制备:即使次膦酸在水溶液中与金属碳酸盐、金属氢氧化物或金属氧化物反应,其中基本上形成单体的次膦酸盐,并且根据反应条件可能还形成聚合的次膦酸盐。
分别以总模塑化合物FM计,组分S的所述无卤素的阻燃添加剂的含量优选最大为10重量百分比,更优选最大为5重量百分比,并且更优选地模塑化合物FM不含阻燃添加剂S。
根据一个更优选的实施方式,聚酰胺模塑化合物FM包含至少一种润滑剂作为组分S,其中优选分别以组分X、T、S或P、T、S或模塑化合物FM的总重量计包含0至2重量百分比,更优选0.01至2.0重量百分比,更优选0.01至1.5重量百分比并且最优选0.02至1.0重量百分比的份额的所述聚酰胺模塑化合物。在此,优选的是具有10至44个碳原子并且优选具有14至44个碳原子的脂肪酸的铝盐、碱金属盐、碱土金属盐、酯或酰胺,其中优选金属离子Na、Mg、Ca和Al并且Ca或Mg是更优选的是。更优选的金属盐是硬脂酸钙和褐煤酸钙以及硬脂酸铝。脂肪酸可以是1价或2价的。作为示例列举壬酸、棕榈酸、月桂酸、十七烷二酸、十二烷二酸、山萮酸和更优选的硬脂酸、癸酸以及褐煤酸(具有30至40个碳原子的脂肪酸的混合物)。
此外,可以是1至4价的脂肪醇优选作为润滑剂。所述醇优选地选自:正丁醇、正辛醇、硬脂醇、乙二醇、丙二醇、新戊二醇、甘油、季戊四醇及其混合物,其中优选甘油和季戊四醇。
此外,可以是1至3价的脂肪族胺是优选的润滑剂。优选的胺选自:硬脂胺、乙二胺、丙二胺、六亚甲基二胺、二(6-氨基己基)胺及其混合物,其中更优选乙二胺和六亚甲基二胺。
脂肪酸的优选的酯或酰胺选自甘油二硬脂酸酯、甘油三硬脂酸酯、乙二胺二硬脂酸酯、甘油单棕榈酸酯、甘油三月桂酸酯、甘油单山嵛酸酯、季戊四醇四硬脂酸酯及其混合物,或者由它们构成。此外,还可以替代地或附加地使用白油或硅油。
根据另一优选的实施方式,聚酰胺模塑化合物FM包含至少一种热稳定剂作为组分S,其中分别以组分X、T、S或P、T、S或模塑化合物FM的总重量计,优选地包含0至3重量百分比,更优选0.02至2.0重量百分比的热稳定剂。
根据一个优选的实施方式,热稳定剂选自以下:
·一价或二价铜的化合物,例如一价或二价铜的盐与无机或有机酸或一价或二价酚的化合物,一价或二价铜的氧化物,或铜盐与氨、胺、酰胺、内酰胺、氰化物或膦、优选氢卤酸的、氢氰酸的Cu(I)或Cu(II)盐、或脂肪族羧酸的铜盐。更优选的是一价铜化合物CuCl、CuBr、Cul、CuCN和Cu2O,以及二价铜化合物CuCl2、CuSO4、CuO、乙酸铜(II)或硬脂酸铜(II)。铜化合物有利地与其他金属卤化物,特别是碱金属卤化物,例如Nal、KI、NaBr、KBr或卤化铵组合地使用,其中金属卤化物与卤化铜的摩尔比为0.5至20,优选1至10,并且更优选为3至7。
·选自以下的镧系元素化合物:乙酸盐、氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、卤化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、铬酸盐、高氯酸盐、草酸盐、硫、硒和碲的单硫属化物、碳酸盐、氢氧化物、氧化物、三氟甲磺酸盐、镧系元素镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥的乙酰丙酮化物、醇化物、2-乙基己酸盐以及——所提及的盐的水合物以及——所提到的化合物的混合物。更优选铈或镧化合物,并且在此更优选使用氢氧化镧(III)、氢氧化氧化镧(III)和四氢氧化镧。此外,优选的是:镧系化合物的阳离子具有+III或+IV的氧化数。镧系化合物优选与碱金属卤化物、碱土金属卤化物和/或上述铜化合物组合地使用。
·基于芳香族仲胺的稳定剂,其中所述稳定剂优选以0.2至2重量百分比、优选0.2至1.5重量百分比的量存在,
·基于位阻酚的稳定剂,其中所述稳定剂优选以0.1至1.5重量百分比、优选0.2至1.0重量百分比的量存在,和
·亚磷酸盐和亚膦酸盐,以及
·上述稳定剂的混合物。
可以根据本发明使用的、基于芳香族仲胺的稳定剂的更优选的示例是苯二胺与丙酮构成的加合物(Naugard A)、苯二胺与亚麻酸构成的加合物、Naugard 445、N,N'-二萘基-对苯二胺、N-苯基-N'-环己基-对苯二胺或其两种或更多种的混合物。
原则上,所有具有酚结构的且在酚环处具有至少一个空间要求基团的化合物都适合作为空间位阻酚。可根据本发明使用的、基于空间位阻酚的稳定剂的优选的示例是N,N'-六亚甲基-双-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酰胺、双-(3,3-双-(4'-羟基-3'-叔丁基苯基)-丁酸)二醇酯、2,1'-硫代-乙基双-(3-(3,5-二叔丁基-4)-羟苯基)-丙酸酯、4-4'-亚丁基-双-(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、三甘醇3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯或两种或多种这些稳定剂的混合物。
优选的亚磷酸酯和亚磷酸酯是亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯烷基酯、亚磷酸苯基二烷基酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三月桂酯、亚磷酸三十八烷基酯、二硬脂基苯季戊四醇二亚磷酸酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、二异癸基季戊四醇二亚磷酸酯、(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)-季戊四醇二亚磷酸酯、二异癸氧基季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基-6-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4,6-三-(叔丁基苯基))季戊四醇二亚磷酸酯、三硬脂基山梨醇三亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4'-亚联苯基二磷酸酯-亚膦酸盐,6-异辛氧基-2,4,8,10-四叔丁基-12H-二苯并-[d,g]-1,3,2-二氧杂磷霉素、6-氟-2,4,8,10-四叔丁基-12-甲基-二苯并[d,g]-1,3,2-二氧杂膦酸、双(2,4-二叔丁基-6-甲基苯基)甲基亚磷酸酯和双(2,4-二叔丁基-6-甲基苯基)乙基亚磷酸酯。特别地,优选的是三[2-叔丁基-4-硫代(2'-甲基-4'-羟基-5'-叔丁基)苯基-5-甲基]苯基亚磷酸酯和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(Irgafos 168)。
热稳定剂的优选的实施方式在于:有机热稳定剂(特别是Irgafos 168和Irganox1010)、基于双酚A的环氧树脂(特别是Epikote 1001)和基于Cul和KI的铜稳定剂的组合构成。由有机稳定剂和环氧化物构成的、市售的稳定剂混合物例如是Irgatec NC66或Recylobyk 4371。仅基于Cul和KI的热稳定化是更优选的。
作为氧化阻滞剂和热稳定剂的示例列举:亚磷酸酯和其他胺(例如TAD)、氢醌、所述基团的各种取代的代表以及它们的混合物,其浓度以组分X、T、S和P、T、S或模塑化合物FM的总重量计为直至1重量百分比。
作为通常以聚酰胺模塑化合物FM的重量计以直至2重量百分比的量使用的UV稳定剂,可以列举各种取代的间苯二酚、水杨酸酯、苯并三唑和二苯甲酮。
作为着色剂可以添加无机颜料、例如二氧化钛、硫酸钡、氧化锌、群青、氧化铁和烟灰和/或石墨,以及有机颜料、例如酞菁、喹吖啶酮、苝、以及染料、例如苯胺黑和蒽醌。
组分S还可以包括抗冲改性剂,所述抗冲改性剂优选地选自:聚烯烃、聚烯烃共聚物、苯乙烯共聚物、苯乙烯嵌段共聚物、离子乙烯共聚物和它们的混合物,其中可以通过金属离子部分中和所述离子乙烯共聚物。抗冲改性剂优选以官能化的方式存在。聚酰胺模塑化合物FM优选包含0至35重量百分比、更优选5至20重量百分比的抗冲改性剂。
根据本发明的一个优选的实施方式,组分S的抗冲改性剂的官能化通过共聚和/或通过接枝进行。为此,更优选使用选自如下的化合物:不饱和羧酸、不饱和羧酸衍生物及其混合物和/或不饱和缩水甘油基化合物。更优选地,所述化合物选自:不饱和羧酸酯,特别是丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯,不饱和羧酸酐,特别是马来酸酐,丙烯酸缩水甘油酯,甲基丙烯酸缩水甘油酯,α-乙基丙烯酸,马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、乌头酸、四氢邻苯二甲酸、丁烯基琥珀酸以及它们的混合物。
如果抗冲改性剂通过共聚进行官能化,则用于官能化的各单独化合物的重量份额分别以官能化抗冲改性剂S的总重量计处于3至25重量百分比,更优选4至20重量百分比,并且更优选4.5至15重量百分比。
如果抗冲改性剂的官能化通过接枝进行,则用于官能化的各单独化合物的重量份额分别以官能化抗冲改性剂S的总重量计优选处于0.3至2.5重量百分比,更优选0.4至2.0重量百分比,并且更优选0.5至1.9重量百分比的范围内。
作为抗冲改性剂优选地选自出自如下的聚烯烃或聚烯烃共聚物:聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯-α-烯烃共聚物、丙烯-α-烯烃共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯共聚物及其混合物,其中α-烯烃优选具有3至18个碳原子。α-烯烃更优选地选自:丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯及其混合物。在乙烯-α-烯烃共聚物中,优选乙烯-丙烯共聚物、乙烯-1-丁烯共聚物或乙烯-丙烯-1-丁烯共聚物。
苯乙烯共聚物优选为具有选自如下的共聚单体的苯乙烯共聚物:丁二烯、异戊二烯、丙烯酸酯及其混合物。苯乙烯嵌段共聚物优选地选自:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEPS)及其混合物。
苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物是由一个乙烯/丁烯嵌段和两个苯乙烯嵌段构成的线性三嵌段共聚物。苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯三嵌段共聚物是由1个乙烯/丙烯嵌段和2个苯乙烯嵌段构成的线型三嵌段共聚物。
苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯三嵌段共聚物中的苯乙烯份额优选为20至45重量百分比,更优选25至40重量百分比,并且还更优选25至35重量百分比。
离子乙烯共聚物优选由选自以下的单体构成:乙烯、丙烯、丁烯、丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯及其混合物,其中酸基团被金属离子部分中和;其中酸基团被金属离子部分中和的乙烯-甲基丙烯酸共聚物或者乙烯-甲基丙烯酸-丙烯酸酯共聚物是尤其优选的。用于中和的金属离子优选为钠、锌离子、钾离子、锂离子、镁离子及其混合物;更优选钠离子、锌离子和镁离子。
此外,本发明包括由根据本发明的聚酰胺X或聚酰胺模塑化合物FM制成的模塑件,或具有至少一个由聚酰胺X或由聚酰胺模塑化合物FM构成的至少一个区域,所述模塑件优选地通过注射成型、注射吹塑、注射压缩成型、拉挤成型、熔体纺丝、挤出或吹塑成型来制造。
模塑件优选地选自:纤维、薄膜、型材、硬管、容器、半成品、成品部件或中空体、壳体、壳体部件、框架、保护壳体、覆盖件或包覆元件,特别是用于电气设备、电子设备、电光设备、电光构件、连接器、风扇,特别是风扇轮、办公自动化设备、消费电子产品、车辆领域的构件,特别是在气缸盖罩、发动机覆盖件、中间冷却器的壳体、中间冷却器风门、吸入管、吸入歧管、连接器、齿轮、风扇轮、中间冷却器、前照灯壳体、反光镜、自适应前照灯调节装置、齿轮、插接连接装置、连接器,包括汽油、柴油、尿素和压缩空气管线的连接器、电动车辆的构件、型材、薄膜或多层薄膜层、电子构件、电子构件的壳体、工具、用于连接软管或硬管的接管或配件、电气或电子构件、电路板、电路板的一部分、壳体组成部分、薄膜、线路,特别是呈开关、分配器、继电器、电阻器、电容器、线圈、灯、二极管、LED、晶体管、连接器、调节器、存储器和/或传感器的形式。
最后,本发明还包括根据权利要求1至8中任一项的聚酰胺X或者根据权利要求10至12中任一项的聚酰胺模塑化合物FM的用途,用于制造之前描述的模塑件、特别是呈纤维、薄膜、型材、硬管、容器、半成品、成品部件或中空体的形式的模塑件,以及用于对模塑件覆层。
具体实施方式
测量方法:
相对粘度(溶液粘度ηrel)
相对粘度根据ISO 307(2007)在20℃下确定。为此,将0.5g聚合物颗粒溶解在100ml间甲酚中;根据RV=t/t0计算相对粘度(RV)基于标准的第11节进行。
熔点Tm和熔化焓ΔHm
根据ISO 11357-3(2013)确定颗粒的熔点和熔化焓。DSC(差示扫描量热法)测量以20K/min的加热速率执行。
玻璃化转变温度Tg
根据ISO 11357-2(2013),借助于差示扫描量热法(DSC)对颗粒确定玻璃化转变温度Tg。第二次加热后,将样品在干冰中骤冷。在第三次加热时确定玻璃化转变温度(Tg),所述第三次加热以20K/min的加热速率执行。玻璃化转变区域的中点(所述中点视作为玻璃化转变温度)根据“半高”法求出。
端基基团(氨基和羧基端基团)
借助于电位滴定法确定氨基(NH2)和酸(COOH)端基基团浓度。为此,对于氨基端基基团,将0.2至1.0g聚酰胺在50至90℃下溶解在50ml间甲酚和25ml异丙醇构成的混合物中,并在加入氨基己酸后,用0.05摩尔高氯酸溶液滴定。为了确定COOH端基基团,根据溶解度,将0.2至1.0g待确定的样品在100℃下溶解在苯甲醇中或由邻甲酚和苯甲醇构成的混合物中,并且加入苯甲酸后,用0.1摩尔四正丁基氢氧化铵溶液滴定。
数均和重均摩尔量(Mn,Mw)
聚酰胺的数均摩尔量和重均摩尔量借助凝胶渗透色谱法(GPC)与通用聚(甲基丙烯酸甲酯)校准来求出。GPC分析通过以下方式执行:将2-4mg聚酰胺颗粒溶解在1mL的六氟异丙醇(HFIP)中,并且将溶液引导通过Agilent的配备三重探测器(折射率探测器、粘度计和光散射探测器)的1260Infinity II高温GPC系统。借助于PL HFIP凝胶(9μm粒径)双柱系统在以下测量条件下执行测量:柱温40℃,具有20mmol三氟乙酸钠为溶剂的HFIP,流速1ml/min,进样体积100μl。
测试体的制造和UL 94测试(阻燃等级)
可燃性根据UL-94VB按照IEC 60695-11-10对尺寸为127×12.7×0.5mm的测试体通过垂直燃烧试验来测试。测试体以模压法(Lindenberg热压机,320-330℃)制造。在燃烧试验之前,测试体在23℃和50%的相对湿度50%下在标准气候下时效处理48小时。
示例
聚酰胺PA-1-NK、PA-2-NK、PA-3-NK和PA-4-NK分两步缩聚。在此,低摩尔量预缩合物(VK)首先由二胺和二羧酸在水存在下制备,所述低摩尔量预缩合物然后单独或与另一预缩合物混合地通过固相和熔融后缩合转化为高分子量聚酰胺(NK)。
示例PA-1-VK至PA-4-VK
将二胺(组分A)和二羧酸(组分B、C、E)与以总装料计15重量百分比的水一起填入200ml高压釜中,其中根据表1中说明的组合物选择各个量,使得得到约100克的总装料。将该装料加热至260℃的温度,并且然后在压力阶段中在此温度下保持2.5小时。然后将所形成的低摩尔量缩聚物与蒸汽一起经由开口从高压釜中排出。在预缩合物经受后缩合之前,将所述预缩合物在110℃和30毫巴的真空下干燥24小时。
示例PA-1-NK至PA-4-NK
在示例PA-1-NK、PA-2-NK和PA-3-NK中,将相应的预缩合物单独地(PA-1-VK、PA-2-VK、PA-3-VK)并且在示例PA-4-NK中将两种聚酰胺预缩合物(PA-4-VK和PA-5-VK,重量比为1:1)的混合物以如下描述的方式分两个阶段进行后缩合。
在第一阶段中,在预缩合物随后在第二阶段中在微配混机中(Xplore MC 15HT)在300至330℃下进一步缩聚之前,将预缩合物在Binder VDL53真空烘箱中在200℃和30mbar下在固相中进行24至120小时的后缩合。微型挤出机配备有两个阀和一个加热通道,材料可以经由所述加热通道引导回到微型挤出机的上端部中。通过这种循环运行,尽管螺杆长度短,但仍可实现几分钟的停留时间。在这些示例中的平均停留时间为5分钟,螺杆转速为50rpm,螺杆扭矩为40Nm,缸温度为330℃,挤出的熔体的温度为322℃。将聚酰胺倒入金属托盘中并在空气气氛下冷却至环境温度。然后将聚合物样品造粒(Hellweg M50/80)并将颗粒在110℃下在减小的压力(30毫巴)下干燥24小时。
表1.预缩合物和后缩合物的组合物和性能
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*第二次加热的值,**第三次加热的值。
Claims (15)
1.一种具有聚酰胺单元AB/AC/AE/DB/DC/DE/F的聚酰胺X,其特征在于,除了聚酰胺单元AC之外,至少一种另外的聚酰胺单元选自由聚酰胺单元AB、AE、DB、DC、DE和F构成的组,单体单元A、B、C、D、E和F衍生自酰胺键合地存在于所述聚酰胺X中的以下分子:
A:脂肪族二胺;
B:无磷芳香族二羧酸;
C:根据式1、2和/或3的含磷芳香族二羧酸;
其中,取代基R1、R2各自独立地为C1-C8烷基或芳基,并且取代基R3、R4、R5各自独立地为H、烷基、芳基、F、Cl、Br或P(R1)(R2)O;
D:具有芳香族结构单元的二胺;
E:脂肪族二羧酸;
F:α,ω-氨基羧酸、内酰胺。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺,其特征在于,
分别基于所述聚酰胺单元AC和所述至少一种另外的聚酰胺单元的总和,
所述聚酰胺单元AC的含量为1摩尔百分比至99摩尔百分比,优选为10摩尔百分比至90摩尔百分比,更优选为10摩尔百分比至60摩尔百分比,
并且所述至少一种另外的聚酰胺单元的含量为1摩尔百分比至99摩尔百分比,优选为10摩尔百分比至90摩尔百分比,更优选为40摩尔百分比至90摩尔百分比。
3.根据前述权利要求中任一项所述的聚酰胺,其特征在于,针对组分
A至F选择以下选择组中的至少一个,优选针对组分A、B和C或针对组分A、B、C和E选择所述选择组,并且特别优选地同时选择全部选择组:
A:所述脂肪族二胺选自由1,6-己二胺、1,8-辛二胺、2-甲基-1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二烷二胺、1,3-二氨基环己烷、1,4-二氨基环己烷二胺、异佛尔酮二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷构成的组,优选地选自1,6-己二胺或1,10-癸二胺;
B:所述无磷芳香族二羧酸选自由对苯二甲酸、间苯二甲酸及其混合物构成的组;
C:所述含磷芳香族二羧酸选自由3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦、3,5-二羧基苯基二甲基氧化膦、3,5-二羧基苯基二乙基氧化膦、2,4-二羧基苯基二苯基氧化膦、2,4-二羧基苯基二甲基氧化膦、2,4-二羧基苯基二乙基氧化膦构成的组,优选地选自3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦、3,5-二羧基苯基二甲基氧化膦或3,5-二羧基苯基二乙基氧化膦,更优选地选自3,5-二羧基苯基二苯基氧化膦;
D:所述具有芳香族结构单元的二胺选自由间苯二甲胺、对苯二甲胺及其混合物构成的组;
E:所述脂肪族二羧酸选自由己二酸、1,10-癸二酸、1,12-十二烷二酸、1,14-十四烷二酸、1,16-十六烷二酸、环己烷-1,3-二羧酸、环己烷-1,4-二羧酸及其混合物构成的组;
F:所述α,ω-氨基羧酸或所述内酰胺F选自由α,ω-氨基十一烷酸、己内酰胺和月桂内酰胺及其混合物构成的组。
4.根据前述权利要求中任一项所述的聚酰胺,其特征在于,所述至少一种另外的聚酰胺单元选自组AB、AE和F,分别基于聚酰胺单元AB、AC、AE和F的总和,所述聚酰胺单元AC的含量为1摩尔百分比至99摩尔百分比,优选为10摩尔百分比至90摩尔百分比,特别优选为10摩尔百分比至60摩尔百分比,并且其中,聚酰胺单元AB、AE和F的含量之和为1摩尔百分比至99摩尔百分比,优选为10至90摩尔百分比,特别优选为40摩尔百分比至90摩尔百分比。
5.根据前述权利要求中任一项所述的聚酰胺,其特征在于,芳香族二羧酸B选自由对苯二甲酸或对苯二甲酸与间苯二甲酸的混合物构成的组。
6.根据前述权利要求中任一项所述的聚酰胺,其特征在于,
聚酰胺单元AB选自由聚酰胺单元6I、6T、8I、8T、9I、9T、10I、10T、12I、12T、6T/6I、9T/9I、10T/10I、12T/12I、6T/10T、6T/9T、6T/8T、BACI、BACT、BACT/BACI、BACT/6T、BACT/10T构成的组;
或者
聚酰胺单元AB由以下物构成:
a1 60重量份至100重量份、优选55重量份至85重量份、尤其优选60重量份至80重量份的聚酰胺单元AB,所述聚酰胺单元AB衍生自对苯二甲酸与六亚甲基二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷和/或1,10-癸二胺的组合;
a2 0至40重量份、优选15重量份至45重量份、更优选20重量份至40重量份的聚酰胺单元AB,所述聚酰胺单元AB衍生自间苯二甲酸与六亚甲基二胺、1,3-双(氨基甲基)环己烷或1,10-癸二胺的组合;
并且其中,组分a1和组分a2的重量份合计为100重量份;
和/或
聚酰胺单元AE选自由聚酰胺单元66、610、611、612、614、616、618、106、1010、1011、1012、1014、1016、1018、BAC6、BAC10、BAC11、BAC12、BAC14、BAC16构成的组。
7.根据前述权利要求中任一项所述的聚酰胺,其特征在于,所述聚酰胺X仅由聚酰胺单元AB、AC和AE构成,优选仅由聚酰胺单元AB和AC或仅由聚酰胺单元AC和AE构成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的聚酰胺,其特征在于,
预缩合物形式的聚酰胺X具有在1.08至1.39的范围内、尤其优选在1.10至1.35的范围内、特别是在1.12至1.30的范围内的溶液粘度ηrel,根据ISO307:2007在20℃使用0.5g聚合物颗粒在100ml间甲酚中的溶液确定所述溶液粘度;
和/或
高分子量或后缩合形式的聚酰胺X具有在1.40至2.50的范围内、尤其优选在1.45至2.20的范围内、特别是在1.50至2.00的范围内的溶液粘度ηrel,根据ISO307:2007在20℃使用0.5g聚合物颗粒在100ml间甲酚中的溶液确定所述溶液粘度;
和/或
所述聚酰胺X具有阻燃等级V0,根据UL94在尺寸为127×12.7×0.35mm、127×12.7×0.5mm、127×12.7×0.75mm、127×12.7×1.5mm和127×12.7×3.0mm的测试体上确定所述阻燃等级,所述测试体被预先在23℃和50%相对湿度的标准气候中调制48小时或在对流烘箱中在70℃储存7天。
9.一种用于制备根据权利要求1至8中任一项所述的聚酰胺的方法,其特征在于,所述方法包括在以下物之间的缩聚反应:
至少一种芳香族二羧酸B和/或脂肪族二羧酸E,
根据式1和/或式2的至少一种含磷芳香族二羧酸C,其中,取代基R1、R2各自独立地为C1-C8烷基或芳基,并且取代基R3、R4、R5各自独立地为H、烷基、芳基、F、Cl、Br或P(R1)(R2)O;
和至少一种脂肪族二胺A;
以及可能在存在单官能调节剂G和/或加工辅助材料的情况下任选地另外的单体D和F。
10.一种聚酰胺模塑化合物FM,包含根据权利要求1至8中任一项所述的聚酰胺X并且包含至少一种填料和/或至少一种添加剂和/或至少一种不同于聚酰胺X的聚酰胺Y。
11.根据权利要求10所述的聚酰胺模塑化合物FM,其特征在于,所述聚酰胺模塑化合物FM包含以下组分或者优选由以下组分构成:
25重量百分比至99.99重量百分比的聚酰胺X;
0至70重量百分比的至少一种填料T;
0.01重量百分比至50重量百分比的不同于X和T的至少一种添加剂S;
其中,组分S、T和X共计为100重量百分比。
12.根据权利要求10所述的聚酰胺模塑化合物FM,其特征在于,所述聚酰胺模塑化合物FM包含以下组分或者优选由以下组分构成:
25重量百分比至100重量百分比的聚合物混合物P,所述聚合物混合物P包含以下物或优选由以下物构成,
20重量百分比至80重量百分比的聚酰胺X,和
20重量百分比至80重量百分比的不同于聚酰胺X的聚酰胺Y,所述聚酰胺Y优选地选自由聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺616、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1014、聚酰胺1016、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺6/12、聚酰胺6I、聚酰胺9T、聚酰胺10T、聚酰胺6T/6I、聚酰胺6T/66、聚酰胺6T/10T或其混合物构成的组,
其中,X和Y之和为100重量百分比的聚合物混合物P;
0至70重量百分比的至少一种填料T;
0至50重量百分比的至少一种不同于X、Y和T的添加剂S;
其中,组分P、S和T共计为100重量百分比。
13.一种模塑件,所述模塑件由根据权利要求1至8中任一项所述的聚酰胺X构成,或者由根据权利要求10至12中任一项所述的聚酰胺模塑化合物FM构成,或者具有由根据权利要求1至8中任一项所述的聚酰胺X构成的至少一个区域或覆层,或者由根据权利要求10至12中任一项所述的聚酰胺模塑化合物构成,优选地通过注射成型、注射吹塑、注射压缩成型、拉挤、熔体纺丝、挤出或吹塑成型来制造所述模塑件。
14.根据权利要求13所述的模塑件,其特征在于,所述模塑件选自由以下物构成的组:纤维、薄膜、型材、硬管、容器、半成品、成品部件或中空体、壳体、壳体部件、框架、保护壳体、覆盖件或包覆元件,特别是用于电气设备、电子设备、电光设备、电光构件、连接器、风扇,特别是风扇轮、办公自动化设备、消费电子产品、车辆领域的构件,特别是选自气缸盖罩、发动机覆盖件、中间冷却器的壳体、中间冷却器风门、吸入管、吸入歧管、连接件、齿轮、风扇轮件、中间冷却器、前照灯壳体、反光镜、自适应前照灯调节装置、齿轮件、插接连接装置、连接装置,包括用于汽油、柴油、尿素和压缩空气管线的连接装置、电动车辆的构件、型材件、薄膜或多层薄膜层、电子构件、电子构件的壳体、工具、用于连接软管或硬管的接管和配件、电气或电子构件、电路板、电路板的一部分、壳体组成部分、薄膜件、线路,特别是呈开关、分配器、继电器、电阻器、电容器、线圈、灯、二极管、LED、晶体管、连接器件、调节器、存储器和/或传感器的形式。
15.一种根据权利要求1至8中任一项所述的聚酰胺X或者根据权利要求10至12中任一项所述的聚酰胺模塑化合物FM的用途,用于制造根据权利要求13和14所述的模塑件、特别是纤维、薄膜、型材、硬管、容器、半成品、成品部件或中空体,以及用于对模塑件覆层。
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