ITMI940871A1 - Resine poliammidiche con migliorate proprieta' reologiche - Google Patents
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Description
La presente invenzione riguarda resine poliammidiche avanti migliorate caratteristiche reologiche.
Le poliammidi quali poli - e - caprolattame e poliesametilenadipammide sono resine che hanno trovato larga applicazione in molti settori. In generale combinano elevata durezza e rigidità con buona resistenza termica ed all’abrasione. Sono inoltre caratterizzate da resistenza agli agenti chimici ed alla fiamma.
Le resine non presentano però proprietà reologiche soddisfacenti, tali da permetere una loro applicazione in campi in cui è richiesta una elevata viscosità dinamica del fuso in assenza di forze di taglio ed una minore viscosità sotto l'azione di dette forze.
A causa di questa bassa sensitività alle forze di taglio (shear sensitivity) le resine poliammidiche non sono processabili ad esempio mediante processi di estrusione e soffiaggio (extrusion blow molding)
In una precedente domanda di brevetto non ancora pubblicata sono state descritte leghe di resina poliestere con resine poliammidiche ottenute miscelando allo stato fuso le resine in presenza di una dianidride di un acido tetracarbossilico, preferibilmente dianidride piromellitica, e sottoponendo poi la miscela a reazione di poliaddizione allo stato solido. Le leghe ottenute sono dotate di eccelenti carretteristiche meccaniche. Il contenuto in resina poliammidica non supera il 60% in peso. Essenzialmente si tratta di leghe di resine poliestere modificate con proporzioni minori di una resina poliammidica.
DaH'USP 5,254,620 sono note resine poliammidiche modificate con proporzioni minori (0,5-5% in peso) di una resina poliestere elastomerica ottenuta da glicoli poliossialchilenici ad elevato peso molecolare, da glicoli a basso peso molecolare e da acidi bicarbossilici aromatici.
L'aggiunta della resina poliestere elastomerica migliora le caratteristiche di scorrimento della poliammide e la resistenza alla fiamma.
Dalla domanda europea A 143 875 sono note resine poliestere aventi migliorate caratteristiche di resistenza all'urto, ottenute miscelando alla resina poliestere una resina poliestereammidica in quantità da 3 a 40% in peso e sottoponendo poi la miscela a trattamento termico a temperature da 15° a 60°C inferiori al punto di fusione del poliestere.
Nella domanda giapponese 1272660 sono descritte composizioni di resine poliammidiche e di resine poliestere in quantità rispettivamente da 5 a 95% in peso contenenti una dianidride di un acido tetracarbossilico, preferibilmente anidride piromellitica o dell'acido 3, 3', 4, 4'- bifenil-tetracarbossilico. Le composizioni sono caratterizzate da basso assorbimento di acqua, e da buone proprietà meccaniche.
Nella domanda giapponese 46/035 377 sono descritte mescole di resina polammidica e poliestere ottenute per reazione di una resina poliammidica avente entrambi i gruppi terminali carbossilici. Le miscele sono adatte alla preparazione di fibre.
Si è ora inaspettatamente trovato che è possibile ottenere resine poliammidiche modificate aventi migliorati proprietà reologiche alla stato fuso (viscosità dinamica e viscoelasticità più elevate) sottoponendo a trattamento di policondensazione o poliaddizione allo stato solido a temperature inferiori al punto di fusione della resina e superiore a ca. 150°C una miscela della resina con una sostenza scelta tra:
a) un composto polifunzionale avente gruppi in grado di condensarsi o di addizionarsi ai gruppi terminali NH2 della resina poliammidica;
b) una resina poliestere in quantità fino a ca. 40% in peso sulla miscela del poliestere e della resina poliammidica.
Il trattamento alla stato solido viene protratto fino a che l'indice di sensistività alle forze di taglio (shear sensitivity) della resina è aumentato di almeno 3 volte rispetto ala valore della resina di partenza.
Per indice di sensitività (Is) alle forze di taglio, si intende la differenza, divisa per 100 rad/sec, tra le viscosità dinamiche allo stato fuso espressa in poises) misurate con un reometro a piatto-cono RHEOMETRICS RMS 800 rispettivamente con una frequenza di deformazione di 1 e 100 rad/sec e con deformazione di 0.04 rad per ogni oscillazione, operando a 270° C sotto azoto ed impiegando una distanza tra piatto e cono di 50 micron.
L'indice ha il valore di ca. 100 poises per rad/sec nel caso del nylon 6, mentre è superiore ad almeno 300 poises per rad/sec e può arrivare a valori di 600-800 e più poises per rad/sec nel caso delle poliammidi dell'invenzione.
Un’altra proprietà reologica caratteristica di un polimero fuso è la componente elastica G’ (espressa in dine/cmq) che nel caso delle resine poliammidiche dell'invenzione assume valori di almeno due volte superiori a quelli della resina di partenza.
Nel caso della compenente elastica G’ del nylon 6 modificato secondo l'invenzione la differenza, divisa per 100 rad/sec, tra il valore di G', misurato nelle condizioni più sopra indicate per la viscosità del fuso, in corripsondenza di una frequenza di deformazione rispettivamente di 1 e 100 rad/sec è di almeno 5000 e può arrivare a 10.000 e più dine/cmq per rad/sec; nel caso invece del nylon 6 t.q. la differenza è inferiore a ca. 2500 dine/cmq per rad/sec.
Questa differenza può essere considerata come un indice (Iv) della risposta viscoelastica del fuso alle deformazioni di taglio.
Il trattamento termico della resina allo stato solido viene effettuato di preferenza in reattori operanti in continuo in cui la resina in granulo viene alimentata in controcorrente con un gas inerte quale azoto, anidride carbonica. La temperatura è di preferenza scelta tra 170 e 210°C. Il tempo di permaneneza è in funzione dell’incremento desiderato delle proprietà reologiche. Le poliammidi utilizzabili nel processo dell’ invenzione sono il prodotto di policondensazione di un acido bicarbossilico saturo con 4 o 12 atomi di carbonio con una diammina con 4-14 atomi di carbonio o di policondensazione di un - amminoacido o di poliaddizione di un lattarne.
Esempi di poliammide sono la poliesametilenadipamide, poliesametilenazelaicammide, poliesametilensebacammade, poliesametilendodecammide, politetrametilenadipammide, e le poliammide ottenuti per apertura deH'anello di lattami quale il policaprolattame ed il polilaurolattame.
Particolare preferenza viene data al nylon 6, nylon 6,6, nylon 8, nylon Il e nylon 12.
Sono comprese nella definizione di resine poliammidiche anche le poliammidi ad elevato punto di fusione quali le copoliammidi dell' e - caprolattame, dell'esametilendiammina e dell'acido tereftalico o della tetrametilendiammina con l'acido adipico.
Le poliammidi hanno in genere peso molecolare medio ponderale superiore a 10.000 e compreso in genere tra 20.00 e 60.000.
Le resine poliestere utilizzabili comprendono il prodotto della policondensazione di un diolo con 2-12 atomi di carbonio con un acido bicarbossilico aromatico quale l'acido tereftalico, isoftalico, acidi 1,5 2,6 oppure 2,7 naftalenbicarbossilici. 1 preferiti sono l’acido teraftalico, isoftalico e gli acidi naftalenbicarbossilici e le loro miscele.
Sono compresi nella definizione anche copoliesteri elastomerici comprendenti nella catena blocchi derivanti da polialchilenglicoli con peso molecolare tra 400 e 4000 e blocchi derivanti da dioli con peso molecolare inferiore a 250.
I pesi molecolari qui citati sono pesi molecolari medi numerali.
Sono utilizzabili anche resine poliestere costituite dal prodotto di policondensazione di un diolo con 2-12 atomi di carbonio con un acido bicarbossilico alifatico quali gli acidi adipico, subarico, glutarico.
Le resine poliestere preferite sono il polietilentereftalato, il polibutilentereftalato, i polietilenaftatalenati, i copolimeri polietilentereftalici in cui fino a ca. il 25% delle unità derivanti dall'acido tereftalico sono sostituite con unità derivanti dall'acido isoftalico.
La viscosità intrinseca è preferibilmente superiore a 0.5 dl/g ed in genere compresa tra 0.6 e 1.8 dl/g (la viscosità viene misurata in soluzione al 60/40 in peso di fenolo e tetracloroetano operando secondo la ASTM D-4603-86). Le resine poliestere sono terminate con gruppi OH e COOH.
Come già indicato, la resina polietstere viene impiegata in quantità fino a ca. 40% in peso sulla miscela, preferibilmente in quantità da 5 a 20% in peso.
I composti polifunzionali sono scelti di preferenza tra le dianidridi di acidi aromatici tetracarbossilici.
La dianidride piromellitica è il composto preferito.
Esempi di altre dianidridi utilizzabili sono le dianidride degli acidi 3,3' 4,4' difeniltetracrbossilico, bis (3,4- dicarbossifenil) etere, 3,3' 4,4'- tetracarbossiacetofenone, bis (3,4 dicarbossifenil) solfossido, bisfenolo A bis etere dianidride.
Altri composti polifunzionali particolarmente adatti sono la 1,3 - fenilene -bis 2 - ossazolina ed i suoi derivati alchil sostituiti nell'anello benzenico. I composti polifunzionali vengono impiegati in quantità da 0.05 a 2% in peso, preferibilmente da 0.2 a 1 % in peso.
La miscelazione della resina poliammidica con il composto polifunzionale o con la resina poliestere viene effettuata di preferenza in estrusori bivite corotanti o controrotanti intersecanti o non intersecanti a temperature comprese fra ca. 200° e 350° C in funzione del punto di fusione della resina poliammidica.
Estrusori controrotanti e intersecanti sono preferiti.
I tempi di permanenza nell’estrusore sono in genere compresi tra 10 e 120 sec. preferibilmente 15-30 sec.
Al fine di evitare concentrazioni localizzate dell’additivo è conveniente diluire l'additivo con una resina poliestere granulare (ad esempio una parte di additivo per 10 parti di resina).
Come già indicato, le resine poliammidiche dell'invenzione, grazie alle loro favorevoli proprietà reologiche allo stato fuso, in particolare grazie alle elevate sensitività alle forze di taglio ed alle proprietà viscoelastiche, sono particolarmente adatte per l'estrusione per soffiaggio (extrusion blow molding) per la preparazione di materiali espansi, film tubolari e simili articoli formati.
Le resine sono inoltre dotate di eccelenti proprietà meccaniche che le rendono adatte ad applicazioni come tecnopolimeri ed alla preparazione di libre e film.
Le resine possono contenere gli additivi normalmente impiegati nel settore quali stabilizzanti, UV assorbitori, coloranti e pigmenti, agenti di rilascio dagli stampi, cariche rinforzanti, agenti nucleanti, plastificanti.
1 seguenti esempi vengono forniti a titolo illustrativo e non limitativo dell' invenzione.
Esempio 1
2 kg/h di nylon 6 con punto di fusione di 223 °C sono alimentati in continuo ad un estrusore a doppia vite conico controrotante lungo 340mm fornito di dispositivo per il degasaggio.
Ossazolina (1,3 - fenilene - bis 2 - ossazolina) in polvere è alimentata in continuo all'estrusore impiegando un appropriato dosatore.
Le condizioni di miscelazione sono le seguenti:
ossazolina = 0,5% in peso
tempo medio di permanenza = 18-23 sec.
temperatura del cilindro = 260°C
temperatura del fuso = 265 °C
Uno stampo ad un foro venne impiegato per l'estrusione (diametro del foro = 2mm). Lo spaghetto ottenuto viene raffreddato in acqua e pellettizzato. Parte dei granuli è poi trattata a 190°C sotto azoto per 6 ore in un reattore agitato.
Campioni della resina così ottenuta vengono sottoposti alla determinazione della viscosità dinamica del fuso ed alla componente elastica G' impiegando un reometro piatto-cono Rheometrics RMS 800 operando a 250°C sotto azoto con intervallo di frequenza dalla deformazione da 1 a 100 rad/sec e con deformazione di 0.04 rad per ogni oscillazione. La distanza tra piatto e cono è di 50 micron.
I campioni sono stati essicati a 100° - 105°C sotto vuoto per almeno 12 ore prima della misura.
Determinazioni sono state pure effettuate in campioni non sottopposti a trattamento termico.
I valori delle viscosità complessa e della componente elastica G' sono riportati in tabella 1.
In tabella 1 sono pure riportate le proprietà meccaniche determinate su cast film con strumento INSTRON tensile tester (mod. 4505) operando secondo la norma ASTM - D - 882 per il carico di rottura (tensile strength) e determinando il modulo elastico dalla pendenza iniziale della curva stress-strain. Esempio2
Le condizioni dell’esempio 1 sono state ripetute impiegando poi ietilentereftalato (PET) in granulo con viscosità intrinseca = 0.63 dl/g in quantità del 10% in peso sulla miscela, al posto della ossazolina. La temperatura del cilindro era di 170°C e quella del fuso di 280°C.
II PET usato era stato ottenuto da acido tereftalico impiegando ossido di antimonio come catalizzatore; non sonoo stati impiegati composti di cobalto o catalizzatori di transtesterificazione.
Le misure reologiche sono state effettuate a 270°C; i risultati sono riportati in tabella 1 dove sono pure riportate le proprietà meccaniche del cast film..
Esempio 3
Le condizioni dell'esempio 2 sono state ripetute impiegando il PET dell'esempio 2 addizionato con lo 0.3% in peso di dianidride piromellitica (PMDA).
Il quantitativo di PET/PMDA era del 10% in peso sulla miscela.
La temperatura del cilindro era di 270° C e quella del fuso di 280° C.
I risultati delle misurazioni reologiche effettuate a 270° C ed i dati delle proprietà meccaniche sono riportati in tabella 1 dove sono pure riportati i dati relativi alle misure sul Nylon 6.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Resine poliammidiche caratterizzate da indice Is di sensitività alle forze di taglio allo stato fuso superiore a 200 poises / rad/sec e da indice Iv di viscoelasticità superiore a 5000 dine/cmq per rad/sec.
- 2. Nylon 6 con indice Is superiore a 300 poises rad/sec e indice Iv superiore a 8000 dine/cmq per rad/sec.
- 3. Resine poliammidiche secondo le rivendicazioni 1 e 2 ottenute per trattamento termico di policondensazione o poliaddizione allo stato solido in presenza di un composto polifunzionale capace di reazioni di condensazione o addizione con i gruppi terminali della resina e/o di una resina poliestere impiegata in quantità fino a ca. 40 % in peso sulla miscela finale.
- 4. Resine secondo le rivendicazioni 3 in cui il composto polifunzionale è scelto tra le dianidridi di acidi aromatici tetrcarbossilici, preferibilmente dianidride piromellitica o tra le ossazoline.
- 5. Resine secondo la rivendicazione 3 in cui la resina poliestere è scelta tra le resine poliestere aromatiche, preferbilmente polietilentereftalato.
- 6. Resine secondo le rivendicazioni 3, 4 o 5 in cui il trattamento termico di policondensazione / poliaddizione viene effettuate a temperatura inferiore al punto di fusione della resina poliammidica e superiore a 150°C.
- 7. Nylon 6, Nylon 6,6, Nylon 8. Nylon 11 e Nylon 12 ottenuti secondo le rivendicazioni 3, 4, 5 o 6.
- 8. Articoli formati ottenuti dalle resine poliammidiche delle rivendicazioni precedenti.
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