TWI382051B - 改良的聚合物組成物 - Google Patents

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Description

改良的聚合物組成物
這發明係關於比其他物質更適合做為木材取代物的鹵化聚合物組成物。
鹵化聚合物,諸如,聚氯乙烯(“PVC”)等在多種應用中(諸如,建築物招牌,裝璜及裝飾用的鑄造研磨工程)應用作為取代木材之建材。對於“鹵化聚合物”,我們意指(1)含有超過80%的氯乙烯、氟乙烯、二氯乙烯(vinylidene chloride)、二氟乙烯(vinylidene fluoride)之均聚物或共聚物,以及(2)氯化的聚氯乙烯及氯化的聚乙烯。這些聚合物在工業上最常見者為PVC,因此我們的一般性描述將著重於以PVC及發泡(foamed)PVC作為例子。PVC泡沫也被用在招牌,船板,以及某些類型PVC管芯中。
通常使用連續擠製製程以製造該多種應用中的發泡PVC。最常見的擠製操作涉及來自鑄模(die)之自由發泡,接著進行某些類型的校準及塞盧卡(Celuka)或外層整合(integrated skin)製程。可於Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology,Ed.Klemper,D.,Sendijarevic,V.,2nd edition,Hanser Publishers,Munich,2004,chapter 9中找到這些PVC發泡製程及典型配方成分的描述。
發泡PVC配方的主成分為PVC、熱安定劑、潤滑劑、一種或多種發泡劑,以及(共)聚合物添加物,諸如,衝擊改質劑及製程助劑聚合物。製程助劑聚合物為可與PVC相容之材料,而且傾向為成分中含有高含量的甲基丙烯酸甲酯或其他可與PVC相容之組成物的共聚物,例如,苯乙烯丙烯腈共聚物。美國專利第2,646,417,3,975,315,5,206,296,以及6,765,033號和歐洲專利第1,153,936號描述了作為PVC製程助劑之聚合物組成物的種類。對於“相容”,我們意指在熱處理製程中,製程助劑聚合物均勻地混合或分散到PVC中。該混合物不一定要是光學透明的,但兩種經摻混聚合物只有單一玻璃轉化溫度,Tg通常較佳。至少若發現經摻混合聚合物有兩個各別的Tg,它們會藉由其他聚合物的存在而移動。
由於這些製程助劑聚合物的高分子量及與PVC的相容性,它們增加融化伸展性及強度。這因此有助於預防發泡過程中之不受控制的泡沫囊膨脹,以產生小尺寸的囊。高融化強度也有助於在冷卻擠製出之泡沫片時預防泡沫崩陷,而有助於固定於泡沫結構中。此外,高融化強度允許熱擠製出材料可被拉過尺寸化或校準設備。可將任何削切下來的材料磨輾,然後再使用於擠製製程中,這是因為發泡材料為熱塑性而非經交聯之熱固性材料。能以再研磨回收材料對經濟效益和廢棄物處理而言很重要。
這些製程助劑具有50萬到150萬範圍的重量平均分子量並非不常見的,材料分子量(MW)越高,效率則越佳(Haworth,B.,Chua L.,Thomas,NL.,Plastics,Rubber and Composites Processing and Applications,(1994),22,p.159)。取決於製程助劑的分子量、所希望的密度以及片厚度,PVC配方中製程助劑的使用濃度可落於每一百份中有0.5到20份。較低密度及較厚片需要使用較多的製程助劑。
另一種使用高分子量製程助劑以產生發泡的選擇是對基質聚合物使用交聯劑。交聯劑必須在類似於化學發泡劑降解的溫度及速率下固化,以固定泡沫。此處理方法係用於工業中以製造聚胺甲酸酯,環氧泡沫等(Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology,Ed. Klemper,D.,Sendijarevic,V.,2nd edition,Hanser Publishers,Munich,2004)。
這固化處理方式過去也曾用於鹵化聚合物,如PVC。在一典型的處理方法中,PVC、發泡劑及交聯劑被組合在一起並且置於加壓模型中。模型被加熱至能使發泡劑產生氣體的溫度,而壓力被釋放以造成在同樣時間範圍內產生發泡及固化。如此一來,泡沫結構被固定住,而且產生具有高熱抵抗性及對壓縮組件的抵抗性的熱固性材料,但確無法容易地再處理泡沫上削下來的碎料。由於固化傾向於發生在擠製機內,因此此類的處理方法並不適合擠製類型的發泡製程。
這類處理方法的範例包括美國專利第3,261,785號,其中非聚合性聚官能性磺醯疊氮化物(sulfonazide)被用為PVC的交聯劑。在美國專利第4,956,222號中一起使用異氰酸酯固化劑及經塑化之PVC,其中PVC包含活性氧官能基,或將具有活性氧官能基的丙烯酸系聚合物與PVC摻混,然後以異氰酸酯固化。在歐洲聚合物期刊36(2000)第2235頁中描述了藉由使用過氧化物和三甲基丙烯酸酯單體而使PVC泡沫交聯。這些處理方法的限制是無法再加工碎料。由於控制固化速率以致材料不會在擠製機中固化及造成融化黏度問題的困難度,這類的處理去也適用於擠製類型的發泡製程。
業界要求能增加PVC泡沫(foam)板的片厚度超出可由現有高分子量製程助劑獲得者,業界也希望減少泡沫密度。也希望得到低光澤使外觀像木材而非閃亮塑膠。減少泡沫崩陷的(共)聚合添加物可使技術達到這些目標,而且一般會藉由改良泡沫結構而得到改良泡沫板。同時可在擠製及融化製程類型中再使用碎料為重要的。
我們已發現相較於製造成無下述官能基之製程助劑類似物來說,含有以下描述之官能基之高分子量製程助劑聚合物’其和鹵化聚合物(如PVC)的強烈交互作用,可減少發泡聚合物中的崩陷量。這證據為相較於含有無所述官能基之類似聚合物之配方,在聚合物泡沫中較低的密度及較厚的片厚度。我們也已發現這些製程助劑聚合物減少了發泡及非未發泡PVC物件兩者的光澤。
這發明為包括下列的一種配方(a)50至99%重量的一種或多種鹵化聚合物(A),該鹵化聚合物選自包含至少80%重量之一種或更多種選自下列單體之鹵化聚合物之均聚物或共聚物:氯乙烯、氟乙烯、二氯乙 烯以及二氟乙烯;以及氯化聚氯乙烯和氯化聚乙烯;(b)0.5至20%重量的一種或多種具重量平均分子量大於50萬的(共)聚合物(B),該聚合物(B)包括以聚合物重複單體單元計0.4至100莫耳%(較佳為0.8到40莫耳%,更佳為0.8到5莫耳%)之一種或更多種選自β-酮酯、β-酮醯胺、β-二酮、氰乙酸酯、丙二酸酯、硝基烷、β-硝基酯、磺醯疊氮化物、硫醇、硫醇-S-三以及胺之官能基的重複單體單元,其中該官能基係藉由將包含這些官能基的烯系不飽和單體聚合,或是藉由聚合後以另外反應進行聚合物的後官能基化而併入聚合物。
對於“(共)聚合物,我們表示均聚合物或共聚物。
經取代之烯系不飽和單體較佳係選自下列各者所組成之群組:β-酮酯及醯胺、β-二酮、氰乙酸酯、丙二酸酯、硝基烷及β-硝基酯。
較佳地,經取代之烯系不飽和單體係選自下列各者所組成之群組:(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧乙酯、(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧丙酯、(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧丁酯、(甲基)丙烯酸2,3-二(乙醯乙醯氧)丙基酯、乙醯乙醯氧乙基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸2-氰乙醯氧乙基酯、2-氰乙醯氧乙基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸N-氰乙醯基-N-甲基胺基乙基酯、N-(2-丙醯基乙醯氧丁基)(甲基)丙烯醯胺。
最佳地,經取代之烯系不飽和單體為(甲基)丙烯酸乙 醯乙醯氧乙酯。
這發明之配方視需要地進一步包含0.1至6重量%之發泡劑。
在一個實施例中,(共)聚合物(B)的Tg係介於0℃至150℃之間,較佳為介於55℃至150℃之間。
如上述,這發明亦為一種如上所述之擠製配方,較佳包含少於10%的膠含量。
我們相信在擠製製程中製程助劑聚合物的官能基與PVC之強烈交互反應為該PVC提供輕度交聯。以這種方式,於聚合物分子間形成一個鬆散的網絡,但仍可再處理材料,這是因為當材料擠製出時未形成大量的不溶膠。以這種方式,我們藉由將交聯官能基放入製程助劑聚合物中,並如下述以官能基濃度和類型限制交聯程度,而結合高分子量的製程助劑的特徵以及交聯系統的特徵。
可藉由將含有這些官能基之烯系不飽和單體及其他用以製造此製程助劑聚合物的烯系不飽和單體共聚化,而將這些官能基併入製程助劑聚合物中。聚合法可為藉由溶液、懸浮、乳化、或塊狀聚合法。彼類官能基為可涉及邁可加成反應(Michael addition reaction)的活化伸甲基或次甲基(methyne)。此類官能基包括β-酮酯和醯胺、β-二酮、氰乙酸酯、丙二酸酯、硝基烷及β-硝基酯。
另外,藉由製造聚合物,然後接著以後續反應進行後官能基化,而將官能基併入(共)聚合物(B)中。例如,可藉由將含有羥基的聚合物以二乙烯酮進行後官能化,以製造 含有β-酮酯的聚合物。
含有此類官能基的一般實例為乙醯乙酸烯丙酯及乙醯乙酸乙烯酯。包括此類官能基的丙烯酸酯單體之實例(其中(甲基)意指丙烯酸酯也指甲基丙烯酸)為(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧烷基酯及醯胺。特殊範例包括(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧乙酯(“AAEM”)、(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧丙酯、(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧丁酯、(甲基)丙烯酸2,3-二(乙醯乙醯氧)丙基酯、乙醯乙醯氧乙基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸2-氰乙醯氧乙基酯、2-氰乙醯氧乙基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸N-氰乙醯基-N-甲基胺基乙基酯、N-(2丙醯基乙醯氧丁基)(甲基)丙烯醯胺等等。
另一個可併入單體中以用以聚合的額外有用官能基為磺醯疊氮化物(亦稱sulphonazide)。英國專利第1,138,929號提出如何製造這些含有磺醯疊氮化物的單體的範例。這些含有磺醯疊氮基的乙烯基、伸乙烯基、以及苯乙烯基化合物為此適合單體。英國專利第1,138,929號中此單體的特別有趣的實例為間-及對-甲基丙烯醯胺基苯基磺醯疊氮化物,間-及對-丙烯醯胺基苯基磺醯疊氮化物,以及1莫耳3-或4-磺醯疊氮苯基異氰酸酯與1莫耳包含羥基的乙烯基或伸乙烯基單體(例如,(甲基)丙烯酸羥基丙酯或(甲基)丙烯酸羥基乙酯)的反應產物。
其他藉由適合的單體或在聚合之後的聚合物之後官能基化而併入(共)聚合物(B)的反應官能基為硫醇,硫醇-S-三以及胺類官能基。
在(共)聚合物(B)中的官能基單體的使用量為0.4至100莫耳%,當配方中製程助劑的量為每百份(PHR)之11份時,官能單體的濃度較佳為0.8到5莫耳%。當泡沫配方中的製程助劑的使用濃度為11PHR時,在濃度約為9莫耳%,PVC變成固化到不能再加工之硬度,發泡聚合物包含高濃度的不溶膠(參見表3)。
為了以具有此官能基的濃度大於9莫耳%的製程助劑(共)聚合物(B)製造上述的可再處理的配方,需要較低含量的製程助劑。例如,基於使用如實施例4之含有2.37莫耳%的11PHR聚合物,需要含有30莫耳百分比之AAEM的0.896PHR之製程助劑((11×2.37)/30=0.896PHR)。為了維持類似的融化黏度,應加入如實施例1之無官能基製程助劑至含有0.896PHR之30莫耳%之官能基製程助劑的配方中,以使製程助劑的總量約為11PHR。可為高達100莫耳%的各式莫耳%的製程助劑作出類似的實例。
這些製程助劑聚合物為具有重量平均分子量大於50萬,較佳為100萬到1000萬的材料。在The Elements of Polymer Science and Engineering,Alfred Rudin,Academic Press,1982,p.42。可找到重量平均分子量的定義。下面實驗測試章節中有提到測量分子量之方法。
製程助劑聚合物(B)較佳具有大於0℃且低於150℃之Tg。更佳的範圍為55℃至150℃,因為這使得聚合物更容易以粉末或粒狀分離出來。“Tg”是聚合物相的“玻璃轉化溫度”。聚合物的轉化溫度為在該溫度時聚合物由溫度低於Tg時之堅硬及玻璃狀態轉化成溫度高於Tg時之流體或橡膠狀態之溫度。以示差掃瞄熱析計(DSC)使用熱流對溫度轉化的中點作為Tg值,以測量聚合物的Tg。為了這測量的目的,DSC測量的加熱速率為每分鐘攝氏20度。
藉由乳化聚合法製造時,製程助劑聚合物可由單一階段被製成均勻的組成物材料,或類似美國專利第3,833,686號中描述之多重階段材料中之一個階段的方式,或如兩種以上不同Tg的製程助劑之摻混物,及/或組成物。當其中一種成分或階段之Tg低於55℃時,多重階段及摻混物處理方式特別有用。藉由使最後階段具有大於55℃之Tg或與具高於55℃ Tg的第二聚合物摻混,以乳化或懸浮聚合法製造的聚合物更易藉由乾燥成粉末或粒狀(自由流動者)而分離。
製程助劑聚合物(B)需要與將發泡的基體鹵化聚合物相容。對於“相容”,我們表示在熱製程中,製程助劑聚合物均勻地混合或分散至基體聚合物中。該混合物不一定是光學透明的,但經摻混的兩聚合物通常只發現有單一玻璃轉化溫度Tg。至少,若經混合的聚合物有兩個各別的Tg,他們會在存在其他聚合物時轉移。
製程助劑聚合物(B)含官能基集團,具有Tg大於0℃,而且與習知由烯系不飽和單體聚合而成之發泡聚合物相容。
適用於製程助劑聚合物(B)之共單體(具上述之官能基單體)為單烯系不飽和單體,諸如,丙烯酸烷基酯,其中烷基含有不超過18個,最好不超過8個的碳原子;甲基丙烯酸烷基酯,其中烷基部分含有不超過18個,最好不超過8個的碳原子;丙烯腈;甲基丙烯腈;丙烯酸;甲基丙烯酸;苯乙烯;以及經取代之苯乙烯,特別是經烷基取代之苯乙烯,其中烷基含有不超過14個的碳原子;以及其他乙烯單體,例如,氯乙烯、乙烯、乙酸乙烯以及各種叔碳酸乙烯酯(vinyl versitate)。典型適合的共單體為丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸第三丁酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸羥基乙酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、鄰-氯苯乙烯以及α-甲基苯乙烯。苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯為較佳的單體。同樣地,官能基能被聚合入聚乙烯的共聚物中,該共聚物然後被氯化以製造可與PVC或其他鹵化的聚合物相容的製程助劑聚合物。
通常單離出製程助劑聚合物以形成自由流動粉末或粒狀物,該等粉末顆粒的平均直徑為50至500微米。然後,將製程助劑聚合物加入熱塑性泡沫配方中。
製造發泡塑膠的關鍵組成物是發泡劑。化學發泡劑可為在熱分解時釋放出氣體的多種化學發泡劑中之任何一種。發泡劑或試劑的混合物可選自含有可分解基團(諸如,偶氮、N-亞硝基、羧酸鹽、碳酸鹽、含氮雜環及磺醯肼基團)的化學物。一般而言,它們為加熱而藉由化學反應或分解而釋出氣體的固體材料。代表性化合物包括偶氮二甲醯胺及衍生物、重碳酸鹽、聯胺衍生物、胺脲(semicarbazides)、四唑、苯并、以及硼氫化物,如Plastic Additives Handbook,eds. R. Gachter,H. Muller,and P.P. Klemchuk,Hanser Gardner Publishers,Cincinnati,1996,Chp. 16中列出者。這些發泡劑的實例為偶氮二甲醯胺、4,4-氧代雙(雙苯磺醯肼)(4,4’-oxybis(benzensulfohydrazide))、二苯基碸-3,3-二磺醯肼、三聯胺三、對-伸甲苯磺醯基胺脲(p-toluylenesulfonyl semicarbazide)、5-苯基四唑、靛紅衍酸酐、重碳酸鈉以及硼氫化鈉。除了化學發泡劑外,也可使用物理發泡劑,諸如,氣體及揮發液體。可藉由注入擠製機之超臨界氣體,如二氧化碳等而產生泡沫。
對於熟悉技術者而言知道可將發泡劑以多種不同的方式加入聚合物中,例如,在樹脂仍在融化狀態時,藉由將固體粉末、液體或氣體試劑直接加入擠製機之樹脂中,以在融化的塑膠中得到均勻分散的試劑。較佳地,在擠製製程前加入,且為固體形式的發泡劑。取決於所使用的發泡劑種類及量,本發明之可發泡組成物之用以提供發泡組成物之處理溫度及壓力會大幅度變化。
除了基質鹵化聚合物(A)、官能性聚合物製程助劑及發泡劑之外,配方可包括熱安定劑、光安定劑、抗氧化劑、衝擊調節劑(impact modifier)、潤滑劑、蠟、塑化劑、填充劑、纖維、色素、習知或非官能性製程助劑聚合物,以及其他常見添加物。
如下方式藉由尺寸排除層析法(SEC)而測量分子量。於乙醯乙酸乙酯中製備濃度為0.5毫克/毫升(mg/mL)之樣本。將樣本於搖動器上室溫搖動至少過夜。將樣本置於室溫七天,接著置於160℃,30分鐘,並且於測試之前降溫至室溫。在SEC分析前,使用1微米(μm)的PTFE濾紙過濾樣本溶液。
在室溫下於由PerkinElmer 200系列泵及自動取樣機及Waters型號410折射率(RI)偵測器(麻州密爾福特)所組成的液體層析儀進行分離。在下列情況下操作偵測器:靈敏度128,比例因子(scale factor)20,溫度=40℃。以3.0版的軟體(Polymer Laboratories,Church Stretton,UK)進行系統控制、數據擷取以及數據處理。
在SEC分離以0.5mL/分鐘的速率於乙醯乙酸乙酯中進行,使用一個自Shoko America,Inc.(La Jolla,CA,USA)購得之聚苯乙烯-二乙烯基苯膠填充的Shodex KF840管柱(300x7.5公釐的內部半徑)。將濃度約為0.5mg/mL的100μL樣本溶液進行SEC分離。記錄每個樣本的重量平均及數目平均分子量。
校準:使用具有Mp於介於1960至1,944,000公克/莫耳(g/mol)範圍的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)於0.5mg/mL的乙醯乙酸乙酯中以建構9點校正曲線(第三級),以評估被分析的樣本相對分子量(M)。
我們也將本發明之某些實施例及比較例報告如下。於下列實施例中使用之縮寫為:
MMA=甲基丙烯酸甲酯
BA=丙烯酸丁脂
BMA=甲基丙烯酸丁脂
AAEM=甲基丙烯酸乙醯乙醯氧乙酯
實施例1:AAEM濃度為0重量%(0莫耳%)的比較例
將攪拌器、溫度控制器、氮氣線及濃縮器安裝在一個5公升(L)的圓底錐形瓶上。將2250g去離子水及0.59g冰醋酸填入錐形瓶中。將混合物加溫至33℃,伴隨每200(rpm)攪拌並且噴氮氣。將噴灑器切換成氮氣掃掠,然後將45.72g的Dowfax 2A1(51%)填入錐形瓶中,以20.25g水潤洗。製備含1069.74g MMA、50.94g BMA以及152.82g BA之單體混合物,接著加入反應錐形瓶中超過1分鐘,然後以90.0g水潤洗。接著,將0.01g FeSO4 ,0.08g ETDA以及6.16g水之溶液加入反應器中。接著,加入5.01g第三丁基過氧化物(5%),以13.5g水潤洗之,然後添加溶於13.50g水中之0.22g次硫酸甲醛鈉。觀察到反應溫度於90分鐘內增加至83℃。將反應以最高溫度進行10分鐘。接著,加入1.67g第三丁基過氧化物(5%),以4.5g水潤洗,加入溶於4.50g水中之0.07g次硫酸甲醛鈉。接著,將所產生的乳膠逐漸冷卻至<40℃,並且通過篩網織物過濾(34.4%固體)。
實施例2:AAEM濃度=1.0重量%(0.46莫耳%)
將攪拌器、溫度控制器、氮氣線及濃縮器安裝在一個1L的圓底錐形瓶上。將500g去離子水及0.131g冰醋酸填入錐形瓶中。將混合物加溫至32℃,伴隨255rpm攪拌並且噴灑氮氣。將噴灑器切換至氮氣掃掠,然後將10.159g 的Dowfax 2A1(51%)填入錐形瓶中,以4.5g水潤洗。製備含235.37g MMA、11.21g BMA、33.62g BA以及2.8g AAEM的單體混合物,然後添加至反應錐形瓶中超過1分鐘,接著以20.0g冰潤洗。然後將含有0.002g FeSO4 、0.017g EDTA以及1.368g水之溶液加入反應器中。接著,加入1.113g第三丁基過氧化物(5%),以3.00g水潤洗,然後加入溶於3.00g水中之0.048g次硫酸甲醛鈉。觀察到反應溫度於105分鐘內增加至78℃。將反應以最高溫度進行10分鐘。接著,加入0.371g第三丁基過氧化物(5%),以1.00g水潤洗,加入溶於1.00g水中之0.016g次硫酸甲醛鈉。接著,將所產生的乳膠逐漸冷卻至<40℃,然後通過篩網織物過濾(34.4%固體)。
實施例3:AAEM濃度為2.0重量%(0.96莫耳%)
將攪拌器、溫度控制器、氮氣線及濃縮器安裝在一個1L的圓底錐形瓶上。將500g去離子水及0.131g冰醋酸填入錐形瓶中。將混合物加溫至31℃,伴隨255rpm攪拌並且噴灑氮氣。將噴灑器切換至氮氣掃掠,然後將10.159g的Dowfax 2A1(51%)填入錐形瓶中,以4.5g水潤洗。製備含237.72g MMA、11.32g BMA、33.96g BA以及5.66g AAEM的單體混合物,然後添加至反應錐形瓶中超過1分鐘,接著以20.0g水潤洗。然後將含有0.002g FeSO4 、0.017g EDTA以及1.368g水之溶液加入反應器中。接著,加入1.113g第三丁基過氧化物(5%),以3.00g水潤洗,然後加入溶於3.00g水中之0.048g次硫酸甲醛鈉。觀察到反應溫度於90分鐘內增加至78℃。將反應以最高溫度進行20分鐘。接著,加入0.371g第三丁基過氧化物(5%),以1.00g水潤洗,加入溶於1.00g水中之0.016g次硫酸甲醛鈉。接著,將所產生的乳膠逐漸冷卻至<40℃,然後通過篩網織物過濾(34.2%固體)。
實施例4:AAEM濃度為4.8重量%(2.37莫耳%)
將攪拌器、溫度控制器、氮氣線及濃縮器安裝在一個1L的圓底錐形瓶上。將500g去離子水及0.131g冰醋酸填入錐形瓶中。將混合物加溫至31℃,伴隨255rpm攪拌並且噴灑氮氣。將噴灑器切換至氮氣掃掠,然後將10.159g的Dowfax 2A1(51%)填入錐形瓶中,以4.5g水潤洗。製備含237.72g MMA、11.32g BMA、33.96g BA以及14.15g AAEM的單體混合物,然後添加至反應錐形瓶中超過1分鐘,接著以20.0g水潤洗。然後將含有0.002g FeSO4 、0.017g EDTA以及1.368g水之溶液加入反應器中。接著,加入1.113g第三丁基過氧化物(5%),以3.00g水潤洗,然後加入溶於3.00g水中之0.048g次硫酸甲醛鈉。觀察到反應溫度於105分鐘內增加至78℃。將反應以最高溫度進行10分鐘。接著,加入0.371g第三丁基過氧化物(5%),以1.00g水潤洗,加入溶於1.00g水中之0.016g次硫酸甲醛鈉。接著,將所產生的乳膠逐漸冷卻至<40℃,然後通過篩網織物過濾(33.2%固體)。
實施例5:AAEM濃度為9.1重量%(4.63莫耳%)
將攪拌器、溫度控制器、氮氣線及濃縮器安裝在一個1L的圓底錐形瓶上。將500g去離子水及0.131g冰醋酸填入錐形瓶中。將混合物加溫至32℃,伴隨255rpm攪拌並且噴灑氮氣。將噴灑器切換至氮氣掃掠,然後將10.159g的Dowfax 2A1(51%)填入錐形瓶中,以4.5g水潤洗。製備含216.11g MMA、10.29g BMA、30.87g BA以及25.73g AAEM的單體混合物,然後添加至反應錐形瓶中超過1分鐘,接著以20.0g水潤洗。然後將含有0.002g FeSO4 、0.017g EDTA以及1.368g水之溶液加入反應器中。接著,加入1.113g第三丁基過氧化物(5%),以3.00g水潤洗,然後加入溶於3.00g水中之0.048g次硫酸甲醛鈉。觀察到反應溫度於100分鐘內增加至78℃。將反應以最高溫度進行10分鐘。接著,加入0.371g第三丁基過氧化物(5%),以1.00g水潤洗,加入溶於1.00g水中之0.016g次硫酸甲醛鈉。接著,將所產生的乳膠逐漸冷卻至<40℃,然後通過篩網織物過濾(33.4%固體)。
實施例6:AAEM濃度為4.8重量%低MW系統(2.37莫耳%)
將攪拌器、溫度控制器、氮氣線及濃縮器安裝在一個5L的圓底錐形瓶上。將2250g去離子水及0.59g冰醋酸填入錐形瓶中。將混合物加溫至33℃,伴隨200rpm攪拌並且噴灑氮氣。將噴灑器切換至氮氣掃掠,然後將45.72g的Dowfax 2A1(51%)填入錐形瓶中,以20.25g水潤洗。製備含1069.74g MMA、50.94g BMA、152.82g BA、63.68g AAEM以及0.310gBMP的單體混合物,然後添加至反應錐形瓶中超過1分鐘,接著以90.0g水潤洗。然後將含有0.01g FeSO4 、0.08g EDTA以及6.16g水之溶液加入反應器中。接著,加入5.01g第三丁基過氧化物(5%),以13.50g水潤洗,然後加入溶於13.50g水中之0.22g次硫酸甲醛鈉。觀察到反應溫度於120分鐘內增加至83℃。將反應以最高溫度進行10分鐘。接著,加入1.67g第三丁基過氧化物(5%),以4.50g水潤洗,加入溶於4.50g水中之0.07g次硫酸甲醛鈉。接著,將所產生的乳膠逐漸冷卻至<40℃,然後通過篩網織物過濾(34.8%固體)。實施例7:AAEM濃度為16.6重量%(8.81莫耳%)
將攪拌器、溫度控制器、氮氣線及濃縮器安裝在一個5L的圓底錐形瓶上。將2250g去離子水及0.59g冰醋酸填入錐形瓶中。將混合物加溫至33℃,伴隨200rpm攪拌並且噴灑氮氣。將噴灑器切換至氮氣掃掠,然後將45.72g的Dowfax 2A1(51%)填入錐形瓶中,以20.25g水潤洗。製備含891.45g MMA、51.00g BMA、127.35g BA以及212.25g AAEM的單體混合物,然後添加至反應錐形瓶中超過1分鐘,接著以90.0g水潤洗。然後將含有0.01g FeSO4 、0.08g EDTA以及6.16g水之溶液加入反應器中。接著,加入5.01g第三丁基過氧化物(5%),以13.50g水潤洗,然後加入溶於13.50g水中之0.22g次硫酸甲醛鈉。觀察到反應溫度於100分鐘內增加至74℃。將反應以最高溫度進行10分鐘。接著,加入1.67g第三丁基過氧化物(5%),以4.50g水潤洗,加入溶於4.50g水中之0.07g次硫酸甲醛鈉。接著,將所產生的乳膠逐漸冷卻至<40℃,然後通過篩網織物過濾(34.1%固體)。
測試
在60℃的烘箱將事先藉由冷凍凝固之乳化物轉化成粉末。同樣地,乳化物可藉由本領域中任何其他熟知技術的方法乾燥,例如,噴霧乾燥、液體床乾燥、凝固然後乾燥等。
用於母料製作的摻混組成物
於亨謝爾混合器(Henschel blender)中將這些成分摻混以製造母料。在注入PVC及葉片開始轉動之後,因摩擦所產生的熱使混合器溫度增加的速率約為3至5℃/分鐘。注入PVC之後,當溫度達到下述的溫度時,將剩餘的成分通過添加口加入。
在25℃時將PVC加入混合器中並蓋上蓋子。開啟混合葉片,使其轉速約為1000rpm。監測溫度。無冷卻。在52℃時加入AdvastabTM TM-181安定劑。在66℃時加入Advalube B3310、石蠟、XL-165、AC-629A,以及硬脂酸鈣。在77℃時加入潤滑製程助劑、ParalodTM K175及發泡劑、Ficel ES55 HVC。在90℃時加入二氧化鈦及碳酸鈣。在100℃時開始使用冷卻水流。將葉片的速度降至最小(約200rpm)。冷卻至45℃,關掉葉片,將母料粉由混合器上移開。
之後以每100份PVC加入11份(PHR)的實施例的製程助劑,然後藉由在袋中搖晃的方式混合,以製造實例配方。
在哈克聚合實驗室(Haake,Polylab)雙螺桿反向轉動擠製器上擠出配製的PVC。第一階段被設定在160℃。第二階段被設定在180℃。第三階段被設定在190℃。鑄模為一具有50mm寬之開口及邊緣間隙為1mm的掛鉤型鑄模。鑄模溫度被設定在160℃。以45rpm運轉擠製機,以重力將PVC粉末饋入擠製機的管狀通道中。發泡PVC由擠製機出來時,經過設定在20℃的3滾輪堆疊冷卻裝置中。冷卻滾輪的間隙為2.79mm。
於切割成0.75吋×1.25吋的被擠製的發泡條狀物測量密度。使用ASTM D729方法決定密度。
使用數位校準器測量條狀物的最大厚度以決定發泡條狀物的厚度。以來自高登納(Gardner)的75度微光澤尺測量光澤。
下面表2表示實施例的結果。
隨著AAEM濃度增加,泡沫密度減少,而且泡沫片厚度也增加。這表示製程助劑組成物中的AAEM有助於安定泡沫使其不崩壞。作為參考,實施例G以及H顯示配方中沒有任何起泡劑時,PVC密度為何。對於這兩個配方,製造母料時無加入Ficel發泡劑。
實施例F顯示高分子量的優點。實施例F中較低之Mn 顯示其比其他樣品含有更多低分子量尾。在實施例6中的分子量,必須使用高濃度製程助劑以在所列出之處理狀況下產生穩定的泡沫。由鑄模中出來時震盪泡沫,得到厚薄泡沫片段。也注意在非官能性製程助劑(實施例A)及官能基製程助劑(實施範例D)間光澤的減少。
再加工性
使用母料製造I至M的PVC配方,但無加入發泡劑。使用11PHR的製程助劑。擠製機之第一階段設定在160℃,第二階段被設定在180℃。第三階段被設定在190℃。內半徑為0.5吋,長為4.25吋,擁有3/16吋孔徑的圓柱鑄模被設定在190℃。將擠製機之rpm設在45,以及將配方以30g/分鐘的速率擠進擠製機的管狀通道中。樣本被擠製以產生股,其被切成粒狀物。然後,讓粒狀物第二次經過擠製機。第二次材料仍然產生具有平滑外表面及均勻直徑的股,且第二次通過者視為具再加工性。由於太多PVC的交聯,具有粗糙及崎嶇表面,而且股的半徑變化相當大的材料被認為不具再加工性。
不溶膠含量:
另一個材料已交聯至成不具再加工性的程度的指標為擠製材料中不可溶膠的含量。將得自實施例I到M中的粒狀物置於THF溶劑中搖動18小時以影響溶液(0.75g粒狀物溶於14.25g THF中)。使用布赫納漏斗(Buchner funnel)將THF中的材料以華特曼四號濾紙過濾,將濾紙乾燥以移去殘留的溶劑。使用下列計算決定實施方式中膠的含量:不溶材料百分比(%)=(最後紙重量-最初紙重量)x100/(0.75公克)。
膠=%不溶材料-實施例I中之%不溶材料(無AAEM的對照組)
可由上表發現,實施例M不具可再加工性,這是因為其含有高濃度的膠,表示過多的交聯材料可能是不能再處理原因。如上指出,當根據這技術評估時,本發明之擠製組成物的膠含量低於約5%。更明確地,使用此技術時,每個範例中的對照組和發明組成物相同,除了對照組在製程助劑共聚物中缺少經取代之烯系不飽和單體。
表4顯示了未發泡PVC中包含AAEM的官能基製程助劑的光澤減少的特徵。配方和表3中所用之實施例一樣,無使用發泡劑,而且使用同一個製造泡沫片的鑄模裝置。

Claims (10)

  1. 一種配方,包括:(a)20至99重量%的一種或多種鹵化聚合物(A),該一種或多種鹵化聚合物(A)選自包括至少80重量%之一種或更多種選自下列之單體的鹵化聚合物的均聚合物或共聚物:氯乙烯、氟乙烯、二氯乙烯,以及二氟乙烯,以及氯化聚氯乙烯和氯化聚乙烯;(b)0.5至20%重量的一種或更多種具重量平均分子量大於50萬的(共)聚合物(B),該聚合物(B)包括以聚合物重複單體單元計,0.4至100莫耳%之一種或更多種選自β-酮酯、β-酮醯胺、β-二酮、氰乙酸酯、丙二酸酯、硝基烷、β-硝基酯、磺醯疊氮化物、硫醇、硫醇-s-三以及胺之官能基的重複單體單元,其中彼等官能基係藉由將包含彼等官能基的烯系不飽和單體聚合,或是藉由聚合後於另一反應進行聚合物的後官能基化而併入聚合物中,其中,該(共)聚合物(B)與該鹵化聚合物(A)相容。
  2. 如申請專利範圍第1項的配方,其中,以(共)聚合物(B)重複單體單位計,該等官能基包括0.8至40莫耳%。
  3. 如申請專利範圍第1項的配方,其中,以(共)聚合物(B)重複單體單位計,該等官能基包括0.8至5莫耳%。
  4. 如申請專利範圍第1項的配方,其中,該經取代之烯系不飽和單體係選自β-酮酯及醯胺、β-乙二酮、氰乙酸酯、丙二酸酯、硝基烷及β-硝基酯所組成之群組。
  5. 如申請專利範圍第1項的配方,其中,該經取代之烯系不飽和單體係選自(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧乙酯、(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧丙酯、(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧丁酯、(甲基)丙烯酸2,3-二(乙醯乙醯氧)丙基酯、乙醯乙醯氧乙基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸2-氰乙醯氧乙基酯、2-氰乙醯氧乙基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸N-氰乙醯基-N-甲基胺基乙基酯、N-(2-丙醯基乙醯氧丁基)(甲基)丙烯醯胺所組成之群組。
  6. 如申請專利範圍第1項的配方,其中,該經取代之烯系不飽和單體係(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧乙酯。
  7. 如申請專利範圍第1項的配方,進一步包含0.1至6重量%的發泡劑。
  8. 如申請專利範圍第1項的配方,其中,(共)聚物(B)的Tg係介於0℃至150℃間。
  9. 如申請專利範圍第1項的配方,其中,(共)聚物(B)的Tg係介於55℃至150℃間。
  10. 一個擠製的配方,包括:(a)20至99重量%的一種或多種鹵化聚合物,該一種或多種鹵化聚合物選自包括至少80重量%之一種或更多種選自下列之單體的鹵化聚合物的均聚合物或共聚物:氯乙烯、氟乙烯、二氯乙烯,以及二氟乙烯;以及氯化聚氯乙烯和氯化聚乙烯;(b)0.5至20%重量的一種或更多種具重量平均分子量大於50萬的(共)聚合物,該聚合物包括以聚合物 重複單元計,0.4至100莫耳%之一種或更多種選自β-酮酯、β-酮醯胺、β-二酮、氰乙酸酯、丙二酸酯、硝基烷、β-硝基酯、磺醯疊氮化物、硫醇、硫醇-s-三以及胺之官能基的重複單元,其中,(b)之該聚合物與(a)之該鹵化聚合物相容。
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