CN1742045A - 冲击强度改进的聚合物组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冲击强度改进的导电聚酰胺组合物以及由所述组合物生产的模塑件,所述零件特别适合在线喷漆,还涉及在线喷漆的模塑件。
Description
技术领域
本发明涉及冲击强度改进的聚酰胺组合物以及由它生产的模塑件,它适合,特别是直接在线喷漆(Online-Lackierung)而不需要以导电底漆系统对模塑件预先处理,还涉及该在线喷漆的模塑件。
背景技术
DE-A 101 019 225一般地描述了含有聚酰胺、接枝聚合物、乙烯基(共)聚合物、相容促进剂和具有各向异性颗粒几何参数的超细矿物颗粒的聚合物组合物。在DE-A 101 019 225中,没有提到其文中所描述的组合物可以在线喷漆。
由聚酰胺、苯乙烯/丙烯腈共聚物和相容促进剂组成的聚合物共混物可从EP 0 202 214 A得知。一种由乙烯基芳族单体和丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸C1~C4烷基酯或丙烯酸C1~C4烷基酯按85∶15~15∶85重量比生成的共聚物被作为相容促进剂使用。通过该相容促进剂的使用,旨在达到冲击强度的提高。该印刷的出版物中描述的聚合物共混物的一项缺点是,它们对于薄壁用途来说表现出挺度过低和膨胀系数过高。
从JP 11 241 016.A2得知一种聚酰胺模塑组合物,它包含,除了聚酰胺之外,还有橡胶改性的苯乙烯聚合物、基于乙烯/丙烯橡胶的接枝聚合物以及粒度介于1μm~4μm的滑石。
EP-A 0 718 350描述一种聚合物共混物,由结晶和无定形或半结晶聚合物,还有2~7wt%导电碳(碳黑)组成,用于生产在进一步的步骤中进行静电涂漆的模塑、热塑性物品。在该文献中没有描述具有导电整理剂的热稳定性特别高的聚合物共混物。
热塑性和弹性体的、抗静电整理的组合物描述在US-A 5,965,206中。抗静电剂由聚醚、聚酯、聚酯醚酰胺、聚醚酯或者由这些物质形成的混合物和共聚物,还有有机或无机盐。开列了大量聚合物作为热塑性和弹性体的聚合物。然而,未提到本发明的组合物。再者,一种由聚醚酯酰胺和聚醚酯组成的抗静电组合物描述在WO 02/055411和EP-A 613 919中。
另外,细颗粒无机材料在某些聚合物组合物,特别是在聚碳酸酯组合物中的应用乃是众所周知的。该无机材料在此种组合物中被作为,例如,增强材料使用,旨在提高挺度和抗张强度,以便提高在温度波动情况下的尺寸稳定性,以改善表面性能或者——在阻燃材料中——也作为耐焰协同剂。无机材料与用合成方法制备的材料并用。例如,在US-A 5,714,537中,描述一种聚碳酸酯共混物,它包含某种无机填料,用于改善挺度和抑制线热膨胀。
适合在线喷漆、冲击强度改进的聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚碳酸酯共混物公开在WO 01/34703中。没有描述聚酰胺共混物。
以适用某种可直接在线/线上(inline)喷漆场合著称的是由通用电气塑料公司生产的NorylGTX(参见EP-A 685 527)。在此种情况下,它涉及一种含有聚酰胺和聚苯醚的共混物(PA/PPO共混物)。
一般而言,由塑料制成的车身外部零件必须喷漆。在被染成汽车颜色的塑料的情况下,由它生产的车身附加零件通常被罩涂一层或多层透明清漆。在尚未染成汽车颜色的塑料的情况下,由它生产的车身附加零件被涂以几层漆,其中至少一层是贡献颜色的(涂覆漆)。视塑料的热稳定性而定,这里在塑料附加零件被安装到车身外部零件上的时间不同的各种方法之间,须加以区分。如果塑料附加零件经过喷漆的全过程,就一般称作“在线”喷漆,这对于塑料的热稳定性提出最高的要求。在所谓“线上(inline)”喷漆的情况下,塑料附加零件在所谓阴极浸涂(KTL)以后就安装到车身外部零件上并引入到喷漆生产线中。在所谓“离线”喷漆的情况下,整个塑料附加零件在喷漆线以外在低温进行喷漆,只是在这以后才安装到车身外部零件上去。
“在线”方法乃是汽车工业优选的,因为它最大限度地简化了工作步骤,另外,还可获得塑料与金属板之间最佳颜色匹配。采用此种方法,温度最高可达205℃,因此对模塑件的热稳定性提出很高要求。
倘若能够改性塑料,以便使其比电阻率变得如此之低,以致可用于静电喷漆中而不需要预先以导电底漆系统处理,则将省掉一个生产步骤。
对于由塑料制成的车身附加零件的附加要求是良好挺度、低热膨胀以及后收缩、良好表面质量、良好涂漆性和良好耐化学侵蚀。另外,用于生产车身外部零件的模塑组合物必须在熔融状态表现出良好流动性。
发明内容
本发明的目的是提供表现出良好热稳定性、耐冲击和高断裂伸长,与此同时,良好加工表现的性能组合的低比电阻率聚酰胺模塑组合物。
这一目的由一种聚合物组合物达到,它包含:
(A)40~99,优选45~95,尤其优选50~85,特别是50~80重量份聚酰胺;
(B)0.5~50,优选1~40,尤其优选1~30,特别是5~25重量份接枝聚合物;
(C)0.1~30,优选1~20,尤其优选2~15,特别是4~13重量份矿物颗粒;
(D)0~1.5重量份导电碳颗粒,
(E)0.1~15,优选1~12,尤其优选2~10重量份至少一种选自聚酯醚酰胺、聚酯/醚嵌段共聚物、聚酰胺/聚醚嵌段聚合物的聚合物。
该组合物可包含,作为进一步的组分的相容促进剂(组分F)和/或乙烯基(共)聚合物(组分G)、酚醛树脂(H)和传统聚合物添加剂(J)。
另外,本发明还提供可由上述组合物获得的在线喷漆模塑件。
现已发现,具有以上组成的塑料表现出优异热稳定性并且,正因为如此,能很好地用于“在线”喷漆方法中。另外,所述塑料表现出A-级表面、高挺度和卓越耐化学侵蚀。
另外,现已发现,导电碳黑与至少一种选自聚酯醚酰胺和聚醚/酯嵌段共聚物的聚合物的组合,非常适合该导电性整理。
下面通过举例方式详细说明适合本发明使用的聚合物组合物的诸组分。
组分A
适用于本发明的聚酰胺(组分A)是公知的或者可采用文献中公知的方法制备。
适合本发明的聚酰胺是公知的均聚酰胺、共聚酰胺和这些聚酰胺的混合物。它们可以是部分结晶和/或无定形的聚酰胺。适合作为部分结晶的聚酰胺的是聚酰胺6、聚酰胺66,由这些组分制成的混合物和对应共聚物。另外,部分结晶聚酰胺在考虑之列,其酸组分完全或部分地由对苯二甲酸和/或间苯二甲酸和/或辛二酸和/或癸二酸和/或壬二酸和/或己二酸和/或环己烷二羧酸组成,并且其二胺组分完全或部分地由间-和/或对-二甲苯二胺和/或六亚甲基二胺和/或2,2,4-三甲基六亚甲基二胺和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二胺和/或异佛尔酮二胺组成,并且其组成原则上是公知的。
另外,应提到这样的聚酰胺,它完全或部分地由环中具有7~12个碳原子的内酰胺制备,任选地伴随使用一种或多种上面提到的原料组分。
特别优选的部分结晶聚酰胺是聚酰胺6和聚酰胺66及其混合物。公知的产品可作为无定形聚酰胺使用。它们可通过二胺如乙二胺、六亚甲基二胺、十亚甲基二胺、2,2,4-和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、间-和/或对二甲苯二胺、双(4-氨基环己基)甲烷、双(4-氨基环己基)丙烷、3,3′-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷、3-氨甲基-3,5,5-三甲基环己基胺、2,5-和/或2,6-双(氨甲基)降冰片烷和/或1,4-二氨甲基环己烷,与二羧酸如草酸、己二酸、壬二酸、癸烷二羧酸、十七烷二羧酸、2,2,4-和/或2,4,4-三甲基己二酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸的缩聚来制取。
合适的还有通过几种单体的缩聚制取的共聚物;还有通过氨基羧酸如ε-氨基己酸、ω-氨基十一烷酸或ω-氨基月桂酸或其内酰胺的加成反应制备的共聚物。
特别合适的无定形聚酰胺是由间苯二甲酸、六亚甲基二胺和其它二胺如4,4-二氨基二环己基甲烷、异佛尔酮二胺、2,2,4-和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二胺、2,5-和/或2,6-双(氨甲基)降冰片烯;或者由间苯二甲酸、4,4′-二氨基二环己基甲烷和ε-己内酰胺;或间苯二甲酸、3,3′-二甲基-4,4’-二氨基二环己基甲烷和月桂内酰胺;或者由对苯二甲酸与2,2,4-和/或2,4,4-三甲基六亚甲基二胺的异构混合物,所制备的聚酰胺。
替代纯4,4′-二氨基二环己基甲烷,也可采用各种二氨基二环己基甲烷位置异构体的混合物,其由下列组成:
70~99mol% 4,4’-二氨基异构体,
1~30mol% 2,4′-二氨基异构体和
0~2mol% 2,2′-二氨基异构体,
任选地通过技术级二氨基二苯甲烷的氢化制取的较高度稠合的对应二胺。间苯二甲酸可按照最高30%比例的数量换成对苯二甲酸。
该聚酰胺优选表现出2.0~5.0,尤其优选2.5~4.0的相对粘度(相对于1wt%在间甲酚中的溶液在25℃测定)。
聚酰胺可单独或者以彼此的任意混合物形式存在于组分A中。
组分B
组分B包含一种或多种橡胶改性接枝聚合物。橡胶改性接枝聚合物B包含由乙烯基单体B.1,优选按照B.1.1和B.1.2的,生成的有规(statistisch)(共)聚合物,以及接枝上乙烯基单体,优选按照B.1.1和B.1.2的乙烯基单体的橡胶B.2。B的制备按照公知的方式通过自由基聚合,例如,按照乳液、本体或溶液或者本体-悬浮聚合方法实施,例如,描述在US-A 3,243,481、US-A 3,509,237、US-A3,660,535、US-A 4,221,833和US-A 4,239,863。特别合适的接枝橡胶还有ABS聚合物,可通过以由有机氢过氧化物和抗坏血酸组成的引发剂体系的氧化还原引发,按照US-A 4,937,285获得。
优选这样的一种或多种接枝聚合物,它们由5~95,优选20~90wt%至少一种乙烯基单体B.1接枝在95~5,优选80~10wt%一种或多种玻璃化转变温度低于10℃,优选低于-10℃的接枝基础B.2上组成。
优选的单体B.1.1是苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤素取代的或烷基-环上-取代的苯乙烯,例如,对甲基苯乙烯、对氯苯乙烯、(甲基)丙烯酸C1~C8烷基酯,例如,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸叔丁酯。优选的单体B.1.2是不饱和腈,例如,丙烯腈、甲基丙烯腈、(甲基)丙烯酸C1~C8烷基酯,例如,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁基、丙烯酸叔丁酯、不饱和羧酸的衍生物(例如,酸酐和酰亚胺),例如,马来酐和N-苯基马来酰亚胺或其混合物。
尤其优选的单体B.1.1是苯乙烯、α-甲基苯乙烯和/或甲基丙烯酸甲酯;尤其优选的单体B.1.2是丙烯腈、马来酐和/或甲基丙烯酸甲酯。
尤其优选的单体是B.1.1苯乙烯和B.1.2丙烯腈。
适合用于橡胶改性接枝聚合物B的橡胶B.2是,例如,二烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶和乙烯/醋酸乙烯橡胶。由各种所述橡胶制成的复合材料也适合作为接枝基础。
优选的橡胶B.2是二烯橡胶(例如,基于丁二烯、异戊二烯等)或者二烯橡胶的混合物或者二烯橡胶的共聚物或者其与其它可共聚乙烯基单体(例如,按照B.1.1和B.1.2)的混合物,条件是,组分B.2的玻璃化转变温度低于10℃,优选低于-10℃。尤其优选纯聚丁二烯橡胶。其它可共聚单体可以包含在橡胶基础中,其比例最高50wt%,优选最高30wt%,特别是最高20wt%(相对于橡胶基础B.2而言)。
适合聚合物B的丙烯酸酯橡胶B.2优选是由丙烯酸烷基酯生成的聚合物,任选地具有最高40wt%,相对于B.2而言,其它可聚合烯属不饱和单体。优选的可聚合丙烯酸酯包括C1~C8烷基酯,例如,甲基、乙基、丁基、正辛基和2-乙基己基的酯;卤代烷基酯,优选卤代C1~C8烷基酯,例如,丙烯酸氯乙酯,还有这些单体的混合物。
优选的“其它”可聚合烯属不饱和单体,即,除了丙烯酸酯之外还可任选地用于制备接枝基础B.2的,可以例如是丙烯腈、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酰胺、乙烯基C1~C6烷基醚、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯。优选的作为接枝基础B.2的丙烯酸酯橡胶是凝胶含量至少是60wt%的乳液聚合物。
另一种合适的接枝基础B.2是具有接枝活性点的硅橡胶,如描述在DE-A 3 704 657、DE-A 3 704 655、DE-A 3 631 540和DE-A 3 631539。
特别优选的是,本发明接枝聚合物不含基于乙丙橡胶(EPR)或乙烯/丙烯和非共轭二烯(EPDM)例如,在JP 11 24 10 16 A2中描述那些,的接枝基础(橡胶)。
接枝基础B.2的凝胶含量是在25℃、在适当溶剂中测定的(M.Hoffmann,H.Krmer,R.Kuhn,《聚合物分析I和II》,Georg Thieme出版社,斯图加特1977)。
平均粒度d50是这样的直径,该数值以上和以下各分布着50wt%颗粒。它可借助超离心测定法确定(W.Scholtan,H.Lange,《胶体与聚合物杂志》250(1972),782~1796)。
组分B,若要求的话,可以并且如果组分B.2的橡胶性能不因此受影响的话,另外包含少量,一般低于5wt%,优选低于2wt%,相对于B.2而言,具有交联作用的烯属不饱和单体。此种具有交联作用的单体的例子是3~8个碳原子不饱和单羧酸与3~12个碳原子不饱和一元醇的酯,或2~4个OH基团和2~20个碳原子的饱和多元醇的酯、多不饱和杂环化合物,多官能乙烯基化合物,例如,链烷二醇的二(甲基)丙烯酸酯、聚酯二(甲基)丙烯酸酯、二乙烯基苯、三乙烯基苯、氰脲酸三乙烯酯、氰脲酸三烯丙酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、马来酸二烯丙酯、富马酸二烯丙酯、磷酸三烯丙酯和邻苯二甲酸二烯丙酯。
优选的交联单体是甲基丙烯酸烯丙酯、乙二醇的二甲基丙烯酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯和具有至少3个烯属不饱和基团的杂环化合物。
在采用本体或溶液或本体-悬浮聚合制备的情况下,橡胶改性接枝聚合物B是通过50~99,优选65~98,尤其优选75~97重量份由50~99,优选60~95重量份B.1.1的单体与1~50,优选5~40重量份B.1.2的单体的组成的混合物,在1~50,优选2~35,尤其优选2~15,特别是2~13重量份橡胶组分B.2的存在下进行接枝聚合反应制取的。
接枝橡胶颗粒的平均颗粒直径d50一般表现为介于0.05μm~10μm,优选0.1μm~5μm,尤其优选0.2μm~1μm的数值。
可通过本体或溶液或本体-悬浮聚合方法制取的所获接枝橡胶颗粒的平均颗粒直径d50(通过对电镜照片的查点来确定)一般介于0.5μm~5μm,优选0.8μm~2.5μm的范围。
接枝共聚物可单独或者以彼此的任意混合物形式被包含在组分B中。
组分B在本发明聚合物组合物中的含量优选介于0.5~50重量份,尤其优选1~40重量份,特别优选1~35重量份。
组分C
适合本发明的矿物颗粒是具有鳞片状或层状以及微丝(faser)形状的特征的无机材料,例如,滑石、云母/粘土-排(Tonschicht)矿物、蒙脱石,后者也可以是通过离子交换而改性的亲有机的形式,再有高岭土、蛭石和硅灰石。
滑石和硅灰石特别优选。
术语“滑石”指的是天然存在或合成制备的滑石。纯滑石具有化学组成3MgO.4SiO2.H2O,并因此MgO含量是31.9wt%,SiO2含量是63.4wt%,并且化学结合水的含量是4.8wt%。它涉及是具有层状结构的硅酸盐的。
特别优选高纯度滑石类型。后者含有,例如,28~35wt%,优选30~33wt%,尤其优选30.5~32wt%MgO含量,和55~65wt%,优选58~64wt%,尤其优选60~62.5wt%SiO2含量。优选的滑石类型另外还以Al2O3含量<5wt%,尤其优选<1wt%,特别是<0.7wt%为特征。
优选的矿物颗粒另外还有,具有各向异性颗粒几何参数的那些。这应理解为这样的颗粒,其所谓的纵横比——最大和最小颗粒直径之比——大于1,优选大于2,尤其优选大于约5。此种颗粒,至少在广义上是层状或微丝形式的。此种材料包括,例如,具有层状或纤维几何形状的某些滑石和某些(铝)硅酸盐,例如,膨润土、硅灰石、云母、高岭土、水滑石、水辉石或蒙脱石。
也有利的特别是,采用精细研磨类型形式的滑石,平均粒度d50<10μm,尤其是<5μm,尤其优选<2.5μm,特别优选小于或等于1.5μm。特别优选使用平均粒度d50介于350nm~1.5μm的滑石。
优选的硅灰石具有>6,特别是大于或等于7的平均纵横比,和1μm~15μm,尤其优选2μm~10μm,特别是4μm~8μm的平均纤维直径。
就本发明意义上,平均纵横比是纤维的平均长度与平均直径的比值。
就本发明意义上,粒度和颗粒直径是指平均颗粒直径d50,通过超离心测定法确定,按照W.Scholtan等人《胶体与聚合物杂志》250(1972),pp.782~796。
再有,矿物颗粒可用有机分子进行表面改性,例如,硅烷化,以达到与聚合物更好地相容。按此方式,可以产生疏水或亲水表面。
如同在US-A5,091,461中所述,特别是具有规定小颗粒的狭长或片状材料比微丝状或球形填料更适合。高度优选含有平均直径/厚度比(D/T),按照US-A 5,714,537中描述的方法测定,至少是4,优选至少是6,更优选至少是7的颗粒的那些组合物。关于比值D/T的最大值,现已发现可心的是,具有最高并包括30,优选最高并包括24,更优选最高并包括18,进一步优选最高并包括13,最优选最高并包括10的数值。
矿物颗粒可以粉末、膏体、溶胶、分散体或悬浮体的形式存在。粉末可由分散体、溶胶或悬浮体经沉淀获得。
材料也可按照传统方法加工成热塑性模塑组合物,例如,通过模塑组合物和超细-颗粒无机粉末的直接捏合或挤塑。优选的方法包括母料的生产,例如,呈耐焰添加剂与至少一种本发明模塑组合物的组分在单体或溶剂中的形式,或者一种热塑性组分与超细颗粒无机粉末的共沉淀,例如,通过一种水乳液和超细颗粒无机粉末,任选地以超细颗粒无机材料的分散体、悬浮体、膏体或溶胶的形式的共沉淀。
优选作为矿物颗粒用于本发明的物质的例子是Tremin939-300EST,由Quarzwerke公司(Frechen,德国)供应(氨基硅烷-包衣的硅灰石,平均针状物直径3μm),FinntalcM30SL,由Omya公司(Kln,德国)生产(未涂布的滑石,粒度d50=8.5μm),Wicroll40PA,由Omya公司(Kln,德国)生产(硅烷化硅灰石,粒度d50=1.3μm),以及还有Burgess2211,由Omya公司(Kln,德国)生产(氨基硅烷-包衣的硅酸铝,粒度d50=1.3μm),Naintsch A3(参见实例,组分C1),Nyglos4-10013(参见实例C2)。
组分C的矿物颗粒在本发明组合物中的含量可以优选最高30重量份,尤其优选最高20重量份,并且如果包括的话,优选1.5~13重量份。
组分D
作为组分D),该组合物包含,按照本发明,粒状碳化合物,例如,碳黑,它适合提供导电性,而本领域技术人员也称其为导电碳黑,石墨粉和/或碳纳米微丝。
按照本发明,在石墨粉的情况下,它涉及的是磨碎的石墨。本领域技术人员懂得石墨是一种碳的变种,正如,例如描述在A.F.Hollemann,E.Wieberg,N.Wieberg,《无机化学教程》第91~100版,pp.701~702。石墨由彼此平行、上下重叠排列的碳层组成。按照本发明,石墨例如可通过研磨磨碎。粒度介于最高0.1μm~1mm,优选介于1μm~300μm范围,最优选介于2μm~20μm的范围。
在按照本发明的导电碳黑的情况下,一次粒度介于0.005μm~0.2μm,优选介于0.01μm~0.1μm。导电碳黑的邻苯二甲酸二丁酯的吸收介于40mL~1000mL每100g碳黑,优选介于90mL~600mL每100g碳黑。大量带氧基团,例如,羧基、乳酰、苯酚基团、醌型羰基基团和/或吡喃酮结构,可位于碳黑表面上。
导电碳黑,例如可由乙炔、由合成气生产,或者按照炉法由油、载气和空气来生产。生产方法描述在,例如,R.G.Gilg,“Ruβ fürleitfhige Kunststoffe”in:Elektrisch leitende Kunststoffe,Hrsg.:H.J.Mair,S.Roth,2.Aufl.Carl Hanser Verlag,1989,München,Wien,S.21-36以及其中所援引的文献中。
按照本发明,碳黑和/或石墨的加入可在单体聚合生成组分A)的热塑性塑料之前、期间或以后实施。如果按照本发明的碳黑和/或石墨的加入在聚合以后实施,则优选通过加入到挤塑机或捏合机中的热塑性熔体中来实施。按照本发明,碳黑和/或石墨以计量数量的在热塑性塑料中的高浓度母料形式加入,其中热塑性塑料优选地选自作为组分A)使用的热塑性塑料。碳黑和/或石墨在母料中的浓度介于5~70,优选8~50,尤其优选12~30wt%范围内,相对于母料而言。按照本发明,碳黑和/或石墨,为了更好地计量的目的,也可加入到粘结剂,例如,蜡、脂肪酸酯或聚烯烃中。按照本发明,碳黑和/或石墨也可切片或造粒,可加或不加附加的粘结剂,例如,通过压塑或压制的方法,这同样也可起到更好地计量的目的。
按照本发明的碳纳米微丝一般具有管子的形式,由石墨层构成。石墨层同心地围绕着圆筒的轴线配置。
碳纳米微丝的长径比至少是5,优选至少是100,尤其优选至少是1000。纳米微丝的直径一般地介于0.003μm~0.5μm的范围,优选在0.005μm~0.08μm范围,尤其优选在0.006μm~0.05μm范围内。碳纳米微丝的长度一般在0.5μm~1000μm,优选0.8μm~100μm,尤其优选1μm~10μm。碳纳米微丝具有中空圆柱芯,其周围形式上缠绕着石墨层。此种中空空间一般具有0.001μm~0.1μm的直径,优选0.008μm~0.015μm的直径。在典型碳纳米微丝的实施方案中,围绕中空空间的微丝壁由,例如,8个石墨层组成。碳纳米微丝,在此种情况下,以直径最高1000μm,优选直径最高500μm的聚集体形式存在,由若干纳米微丝组成。该聚集体可具有鸟巢、精梳纱或者稀松网结构的形式。
碳纳米微丝的加入可在单体聚合生成组分A)的热塑性塑料之前、期间或以后实施。如果本发明纳米微丝的加入在聚合以后实施,则优选通过加入到在挤塑机或捏合机中的热塑性熔体来实施。由于在捏合机或挤塑机中混炼处理的结果,特别是上面所描述的聚集体将基本上或完全被均匀地粉碎,于是碳纳米微丝可分散在热塑性基质中。
在优选的实施方案中,碳纳米微丝以计量数量的在热塑性塑料中的高浓度母料形式加入,其中热塑性塑料优选地选自作为组分A)使用的热塑性塑料。碳纳米微丝在母料中的浓度介于5~50,优选8~30,尤其优选12~22wt%范围内。母料的生产,例如,在US-A 5,643,502中做了描述。通过母料的采用,特别是聚集体的粉碎可得到改善。由于要加工制成模塑组合物或模塑制品,故碳纳米微丝可表现为在模塑组合物或在模塑制品中比原来采用的更短的长度分布。
在优选的实施方案中,也可采用各个组分的混合物。
按照本发明的导电碳黑,例如,可按照商品名Ketjenblack从FaAKZO Nobel,以商品名Vulcan从Fa Cabot,或者以商品名Printex从Fa Degussa购得。
按照本发明的石墨可以粉末的形式购得,例如,从Fa Vogel&Prenner Nachf.,Wiesbaden,德国购得。
碳纳米微丝可从,例如,Fa Hyperion Catalysis或者从FaApplied Sciences公司购得。碳纳米微丝的合成例如,可在装有含碳气体和金属催化剂的反应器中按照,例如,US-A 5,643,502中描述的方式来实施。
组分E
优选的聚酯/醚嵌段共聚物含有乙二醇、对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和聚乙二醇的反应产物。聚酯/醚共聚物描述在,例如,《聚合物科学与工程百科全书》卷12,John Wiley&Sons公司,纽约,1988,pp.49~52中。
优选的聚醚酯酰胺是这样的嵌段共聚物,其中聚醚链段是分子量Mn介于200~6000道尔顿的聚乙二醇单元,而聚酰胺链段表现出分子量Mn一般介于200~6000道尔顿。该嵌段共聚物优选含有4~14个聚酰胺链段。合适的聚醚酯酰胺例如描述在EP-A 613 919中。在有关组分A)的描述中提到的聚酰胺被考虑作为聚酰胺链段。
按照组分E)的聚合物优选地以抗静电制剂的形式使用,例如,可另外含有无机或有机盐。此种抗静电制剂或抗静电剂特别描述在WO02/055411和US-A 5,965,206以及其中所援引的文献中。
WO 02/055411和US-A 5,965,206的公开内容在此明确地收入本文作为参考。
此类抗静电组合物可由,例如,汽巴特种化学品公司以商品名IrgastatP18和IrgastatP22购得。
抗静电混合物或制剂优选地含有选自下列的无机盐:LiClO4,LiCF3SO3,NaClO4,LiBF4,NaBF4,KBF4,NaCF3SO3,KClO4,KPF6,KCF3SO3,KC4F9SO3,Ca(ClO4)2,Ca(PF6)2,Mg(ClO4)2,Mg(CF3SO3)2,Zn(ClO4)2,Zn(PF6)2或Ca(CF3SO3)2,它们一般以在聚醚酯酰胺、聚醚/酯嵌段共聚物或聚酰胺/聚醚嵌段共聚物或者这些物质的混合物中的络合或溶剂化的形式存在。
合适的有机盐优选地选自下列有机盐:锌、钡、镉、铝、钙、镁或稀土金属,与脂族饱和C2~C22羧酸的,与脂族不饱和C3~C22羧酸的盐;与脂族C2~C22羧酸的盐,其中取代上至少一个羟基基团或者其链被至少一个氧原子隔断;还有与环状或双环的C5~C22羧酸的盐,每种情况都可以是未取代的或者取代上至少一个羟基基团和/或C1~C16烷基的苯基羧酸酯、苯基C1~C16烷基的羧酸盐、萘基C1~C16烷基羧酸盐,或者未取代的或取代上C1~C12烷基的酚盐。这些盐的混合物也适合。
特别优选的抗静电制剂是包含下列组分的混合物:
1、有机微丝形式或成纤聚合物,如聚酰胺、共聚酰胺、聚酯、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、改性纤维素,另外还有US-A5,965,206,列6,行10~17中列出的那些。聚酯、聚酰胺46、聚酰胺66、聚酰胺6或共聚酰胺6/66优选被用作微丝形式材料;
2、被作为组分E)给出的共聚物,以及
3、上面提到的有机或无机盐或其混合物。
组分F
具有极性基团的热塑性聚合物优选地被用作相容促进剂。
按照本发明,相应地可采用含有下列单体的化合物:
F.1乙烯基芳族单体,
F.2至少一种单体,选自甲基丙烯酸C2~C12烷基酯、丙烯酸C2~C12烷基酯、甲基丙烯腈和丙烯腈,以及
F.3含有二羧酸酐的α,β-不饱和组分。
苯乙烯特别优选作为乙烯基芳族单体F.1。
丙烯腈特别优选作为组分F.2。
马来酐特别优选作为含有二羧酸酐的α,β-不饱和组分F.3。
所述单体的三元共聚物优选被用作组分F.1、F.2和F.3。于是,优选地使用苯乙烯、丙烯腈和马来酐的三元共聚物。这些三元共聚物,尤其是对于改善机械性能如抗张强度和断裂伸长做出贡献。三元共聚物中的马来酐的含量可在宽范围内波动。该含量优选地介于0.2~5mol%。尤其优选介于0.5~1.5mol%的含量。在此范围内,将取得在抗张强度和断裂伸长方面特别好的机械性能。
三元共聚物可按照本身已知的方式制备。一种合适的方法是,将三元共聚物的单体组分,例如,苯乙烯、马来酐或丙烯腈,溶解在适当溶剂如丁酮(MEK)中。向该溶液中加入一种或者,任选地,多种化学引发剂。合适的引发剂例如是过氧化物。随后,混合物在高温聚合几个小时。随后按照本身已知的方式移出溶剂和未反应单体。
组分F.1(乙烯基芳族单体)与组分F.2,例如,丙烯腈单体,在三元共聚物中的比例优选介于80∶20~50∶50。为了改善三元共聚物与接枝共聚物B的混溶性,乙烯基芳族单体F.1的用量优选地选择为对应于接枝共聚物B中的乙烯基单体B.1的用量。
可用于本发明的相容促进剂F的例子描述在EP-A 785 234和EP-A202 214中。按照本发明尤其优选EP-A 785 234中举出的聚合物。
相容促进剂在组分F中可单独也可以彼此的任意混合物形式存在。
另一种特别优选作为相容促进剂的物质是苯乙烯和丙烯腈按照2.1∶1的重量比,另外含1mol%马来酐的三元共聚物。
本发明聚合物组合物中组分F的含量优选介于0.5~30重量份,特别是1~20重量份,尤其优选2~10重量份。最优选的含量介于3~7重量份。
组分G
组分G包含一种或多种热塑性乙烯基(共)聚合物。
适合作为组分G的乙烯基(共)聚合物是至少一种选自下列单体的聚合物:乙烯基芳烃、乙烯基氰(不饱和腈)、(甲基)丙烯酸(C1~C8)烷基酯、不饱和羧酸以及不饱和羧酸的衍生物(例如,酸酐和酰亚胺)。特别合适的是由下列单体生成的(共)聚合物:
G.1 50~99,优选60~80重量份乙烯基芳烃和/或环上取代的乙烯基芳烃(例如,苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对氯苯乙烯)和/或甲基丙烯酸(C1~C8)烷基酯(例如,甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯),以及
G.2 1~50,优选20~40重量份乙烯基氰(不饱和腈)例如,丙烯腈和甲基丙烯腈和/或(甲基)丙烯酸(C1~C8)烷基酯(例如,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯)和/或不饱和羧酸的酰亚胺(例如,N-苯基马来酰亚胺)。
(共)聚合物G是树脂状、热塑性和不含橡胶的。
特别优选由G.1苯乙烯和G.2丙烯腈生成的共聚物。
(共)聚合物G是公知的并且可按照自由基聚合制备,特别是通过乳液、悬浮、溶液或本体聚合。(共)聚合物优选地具有15,000~200,000的平均分子量Mw(重均,采用光散射或沉降法测定)。
乙烯基(共)聚合物可单独或者可以彼此的任意混合物形式存在于组分G中。
组分G在聚合物组合物中的含量优选介于0~30重量份,特别是0~25重量份,尤其优选0~20重量份,特别是0.5~10重量份。
组分H
符合本发明的酚醛树脂通过酚类与醛类,优选甲醛的缩合反应,通过如此生成的缩合物的衍生或者通过将酚类加成到不饱和化合物如乙炔、萜烯等上来制备。
就此而论,缩合可在酸性或碱性范围内实施,并且醛对酚的摩尔比可介于1∶0.4~1∶2.0。在此种情况下,生成摩尔质量介于150~5000g/mol的低聚物或聚合物。该树脂是公知的或者可按照文献中公知的方法制备。
该组合物优选地含有酚醛树脂,其加入量一般最高15重量份,优选1~12,特别是2~8重量份。
组分J
按照本发明的聚合物组合物可含有传统添加剂,例如,耐焰剂、防滴剂、填料和不同于组分C和D的增强材料,润滑剂、脱模剂、成核剂、不同于组分E的抗静电剂、稳定剂以及染料和颜料。
本发明组合物一般可还有0.01~20重量%,相对于整个组合物而言,耐焰剂。作为例子可举出的耐燃剂是有机卤素化合物如十溴联二苯基醚、四溴双酚,无机卤素化合物如溴化铵、氮化合物如三聚氰胺、蜜胺甲醛树脂,无机氢氧化物如氢氧化Mg-Al、无机化合物如氧化铝、二氧化钛、氧化锑、偏硼酸钡、六氢锑酸盐、氧化锆、氢氧化锆、氧化钼、钼酸铵、硼酸锡、硼酸铵和氧化锡以及硅氧烷化合物。
作为耐燃化合物,还可采用磷化合物,如描述在EP-A 363 608、EP-A 345 522和/或EP-A 640 655中。
作为进一步的填料和增强材料,可考虑例如玻璃纤维,任选地切断或磨碎的,玻璃珠和玻璃泡。
在本申请中,所有涉及重量份的数据都应规格化到以全部组分的重量份之和为100重量份。
本发明组合物是通过各个组分按照公知的方式混合并在传统装置如密炼机、挤塑机和双螺杆挤塑机中在200~300℃的温度熔融混炼并熔融挤出而制成的,其中采用凝固混合物形式的脱模剂。
各个组分的混合可按照公知的方式顺序或同时地在约20℃(室温)和在较高温度实施。
本发明聚合物组合物可用于生产任何类型模塑件。具体地说,模塑件可采用注塑生产。模塑件的例子是:任何类型的外壳零件,例如,家用电器如电动剃须刀、平板屏幕、显示器、打印机、复印机,或者建筑工业用的面板,以及机动车和轨道车辆零件。另外,它们可用于电气工程领域,因为它们具有非常好的电气性能。
再者,本发明聚合物组合物例如可用于生产下列模塑件:
轨道车辆、船舶、公共汽车、其它机动车和飞机的内部装饰零件,车轮盖子、装有小变压器的电气设备外壳,信息传播和传送用仪器的外壳,平板墙壁元件、安全装置外壳、尾部扰流板和其它汽车车身零件,热绝缘运送容器、保持或豢养小动物的装置、通风口篦子、别墅和工具棚用模塑件和,园艺器具外壳。
另一种加工形式是由预先生产的片材或薄膜通过热成形生产模塑件。
因此,本发明还提供本发明组合物在生产任何类型模塑件,优选上面提到的那些方面的应用,以及由本发明组合物构成的模塑件。
由于优异的在线可喷漆性,本发明还提供在线喷漆的模塑件,优选在线喷漆的汽车外部零件,例如,车轮罩盖、翼、后视镜外壳等。
下面的实例用于进一步说明本发明。
具体实施方式
实例
按照表1的数据生产组合物,并进一步加工成试样和进行试验。
组分A1
聚酰胺66(Ultramid A3,BASF,Ludwigshafen)。
组分A2
NorylGTX974,通用电气塑料公司,Bergen op Zoomen,荷兰。
组分B
接枝聚合物,由40重量份由苯乙烯和丙烯腈按照73∶27比例的共聚物,接枝在60重量份粒状、交联的聚丁二烯橡胶(平均颗粒直径d50=0.28μm)上组成,采用乳液聚合生产。
组分C1
Naintsch A3(Naintsch Mineralwerke公司,Graz,奥地利)。滑石,平均颗粒直径(d50),按照制造商数据,1.2μm。
组分C2
Nyglos4-10013(硅烷化的硅灰石,粒度,按照制造商数据,4.8μm)NYCO矿物公司,Willsboro,纽约,USA。
组分D
KetjenblackEC 600(Akzo Nobel,Verkaufsbüro Düren,52349Düren,德国)(导电碳黑)。
组分E
IrgastatP22,汽巴特种化学品公司,瑞士。
组分F
三元共聚物,由苯乙烯和丙烯腈按照2.1∶1的重量比另外含有1mol%马来酐组成。
组分G
苯乙烯/丙烯腈共聚物,其中苯乙烯/丙烯腈重量比72∶28,特性粘度0.55dl/g(在二甲基甲酰胺中在20℃测定)。
组分H
RhenosinRB(酚醛树脂),Rhein化学Rheinau公司,Mannheim。
组分J
关于添加剂,参见表1。
本发明模塑组合物的生产和试验
组合物的诸组分的混合采用3L密炼机实施。模塑制品在型号Arburg 270E的注塑机在280℃生产。
维卡B热稳定性的确定是按照ISO 306针对尺寸为80×10×4mm的试样棒进行的。
冲击强度an是按照ISO 180/1U测定的。
MVR(熔体体积速率)是按照ISO 1133在280℃采用5kg柱塞载荷测定的。
表面电阻率是按照DIN IEC 60167测定的。
断裂伸长是在按照ISO 527的抗张试验中确定的。
各个试验的结果总括在表1中。
表1组合物和性能(数据单位,重量份)
实例/组分 | 1 | 2 | 3 | 对比例1 | 对比例2 | |
A1 | 聚酰胺66 | 57.47 | 55.15 | 56.77 | 57.65 | 59.32 |
B | 接枝聚合物 | 17.49 | 17.14 | 17.29 | 17.11 | 18.61 |
C1 | 滑石 | 7.32 | 8.07 | 7.79 | 7.79 | |
C2 | 硅灰石 | - | - | 8.35 | - | - |
D | 碳黑 | 1.32 | 1.39 | 5 | 1.84 | |
E | 抗静电添加剂 | 4.70 | 0.09 | 4.64 | - | - |
F | 相容促进剂 | 4.51 | 4.19 | 4.46 | 4.8 | 4.8 |
G | 苯乙烯/丙烯腈共聚物 | 2.48 | 1.79 | 2.45 | 2.64 | 2.64 |
H | 酚醛树脂 | 3.23 | 3.22 | 3.20 | 3.45 | 3.45 |
J1 | 脱模剂 | 0.24 | 0.22 | 0.22 | 0.24 | 0.24 |
J2 | 稳定剂 | 1.24 | 1.32 | 1.23 | 1.32 | 1.32 |
性能 | ||||||
断裂伸长 | % | 15.2 | 19.5 | 15.2 | 11.3 | 18.7 |
an (RT) | KJ/m2 | 64.4 | 69.3 | 66.2 | 44.3 | 56.8 |
(-30℃) | KJ/m2 | 47 | 54.2 | 44.5 | 31.6 | 29.2 |
表面电阻率 | Ω | 2.9E+11 | 3.9E+11 | 1.8E+12 | 2.8E+5 | 1.1E+16 |
MVR | cm3/(10分钟) | 13 | 14 | 14 | n.m.1) | 1.2 |
维卡B | ℃ | 156 | 152 | 153 | 158 | 156 |
1)n.m.:无法测定
组分E的使用显示出对模塑组合物韧性和流动行为的正面影响。在实例1中,E和D的组合具有正面作用。虽然非常好的表面电阻率在采用数量与实例1中的组分E不相上下的碳黑的情况下(对比例1)获得了,但其MVR值却大大下降,以致在给定条件下不再能测定。在减少碳黑的情况下(对比例2),表面电阻率非常高并且,另外,MVR值明显低于按照本发明的实例1和2中的情况。
像在实例1中这样有利的性能也出现在以硅灰石作为填料的情况下(实例3)。
在实例1、2和3中的表面电阻率值足以满足模塑件静电涂漆的要求,而不需要以导电底漆进行预处理。
Claims (15)
1.一种聚合物组合物,其包含:
A)40~99重量份聚酰胺,
B)0.5~50重量份接枝聚合物,
C)0.1~30重量份矿物颗粒,
D)0~1.5重量份导电碳颗粒,
E)0.1~15重量份至少一种选自聚酯醚酰胺、聚酯/醚嵌段共聚物和聚酰胺/聚酯嵌段共聚物的聚合物。
2.权利要求1的组合物,其含有作为进一步的组分的、选自相容促进剂、乙烯基(共)聚合物、酚醛树脂和聚合物添加剂中的至少一种。
3.权利要求1的组合物,其含有50~85重量份聚酰胺A),1~30重量份接枝聚合物B),1~20重量份矿物颗粒C)和1~12重量份至少一种选自聚酯醚酰胺、聚醚/酯嵌段共聚物和聚酰胺/聚酯嵌段共聚物的聚合物。
4.权利要求1的组合物,其含有最高30重量份由下列单体组成的乙烯基(共)聚合物:
F.1乙烯基芳族单体,
F.2至少一种单体,选自甲基丙烯酸C2~C12烷基酯、丙烯酸C2~C12烷基酯、甲基丙烯腈和丙烯腈,以及
F.3含有二羧酸酐的α,β-不饱和组分。
5.权利要求1的组合物,其含有一种接枝聚合物,它由至少一种选自下列的单体,
B.1.1苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤素取代的或烷基-环上取代的苯乙烯、(甲基)丙烯酸C1~C8烷基酯和
B.1.2不饱和腈、(甲基)丙烯酸C1~C8烷基酯和不饱和羧酸的衍生物,接枝在
一种玻璃化转变温度小于或等于10℃的接枝基础上构成。
6.权利要求5的组合物,其中接枝基础是选自二烯橡胶、二烯橡胶的共聚物、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯/硅橡胶、氯丁橡胶和乙烯/醋酸乙烯橡胶中的至少一种橡胶。
7.权利要求5的组合物,其中接枝基础是选自二烯橡胶、二烯橡胶的共聚物和丙烯酸酯橡胶中的至少一种橡胶,但其中乙烯/丙烯橡胶除外。
8.权利要求7的组合物,其中接枝基础是聚丁二烯。
9.权利要求1的组合物,其中导电碳颗粒选自碳黑、石墨和碳纳米微丝中的至少一种。
10.权利要求1的组合物,其中矿物颗粒选自滑石、云母、粘土-排矿物、蒙脱石、高岭土、蛭石和硅灰石中的至少一种。
11.权利要求10的组合物,其含有滑石或硅灰石。
12.权利要求1的组合物,其含有1~12重量份酚醛树脂。
13.权利要求1的组合物用于生产模塑件的应用。
14.包含权利要求1的组合物的模塑件。
15.包含权利要求1的组合物的在线喷漆模塑件。
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