TWI797536B - 改善高分子材料相容性的方法 - Google Patents

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本發明提供一種改善高分子材料相容性的方法，包含進行一混合步驟、提供一界面活性劑以及進行一添加步驟。混合步驟係將至少二高分子材料混合，以形成一高分子混合液，且至少二高分子材料的種類不相同。界面活性劑係一醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物，添加步驟係將界面活性劑添加至高分子混合液後攪拌均勻，以改善至少二高分子材料之間的相容性。藉此，本發明可改善高分子材料之間的分層及不相容的問題。

Description

改善高分子材料相容性的方法
本發明是有關於一種改善高分子材料相容性的方法，特別是有關於一種利用醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物來改善高分子材料相容性的方法。
現今，熱塑材料(Thermoplastic)發展成熟，且多已成功商品化，不同種類的熱塑材料有其固有特性，因此經常有共混共用的需求。
然而，各種高分子材料有其溶解度參數(Solubility parameter)，溶解度參數決定不同高分子之間的相容程度，為能否成功並用之重要依據，且兩種高分子材料的溶解度參數越相近，則共混共用效果越理想。理論上，如果兩種高分子材料的溶解度參數差值過大，則難以共混均勻，會在短時間內分層。
有鑑於此，如何解決高分子材料因溶解度參數的差異而導致材料不相容的問題，遂成為相關業者努力的目標。
本發明之一目的是提供一種改善高分子材料相容性的方法，其係藉由界面活性劑使兩種或兩種以上溶解度參數差異大的高分子材料能夠相容，以延後分層發生時間。
本發明之一實施方式提供一種改善高分子材料相容性的方法，包含進行一混合步驟、提供一界面活性劑以及進行一添加步驟。混合步驟係將至少二高分子材料混合，以形成一高分子混合液，且至少二高分子材料的種類不相同。界面活性劑係一醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物，添加步驟係將界面活性劑添加至高分子混合液後攪拌均勻，以改善至少二高分子材料之間的相容性。
依據前述實施方式之改善高分子材料相容性的方法，其中各高分子材料的溶解度參數可為7.0至11.7。
依據前述實施方式之改善高分子材料相容性的方法，其中一高分子材料與另一高分子材料之溶解度參數的差值可大於0.5。
依據前述實施方式之改善高分子材料相容性的方法，其中一高分子材料與另一高分子材料之添加比例可為50：1至1：50。
依據前述實施方式之改善高分子材料相容性的方法，其中界面活性劑的添加量可為0.01 phr至50 phr。
依據前述實施方式之改善高分子材料相容性的方法，其中醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的數量平均分子量可為1000至500000，重量平均分子量可為1000至500000。
依據前述實施方式之改善高分子材料相容性的方法，其中醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的製備可為將醋酸乙烯酯以及苯乙烯作為單體，並透過可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合之接續聚合而得。
依據前述實施方式之改善高分子材料相容性的方法，其中醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的製備可為將醋酸乙烯酯以及苯乙烯加入一自由基引發劑，並進行一機械性摻合方式而得，其中自由基引發劑可為偶氮化合物或有機過氧化物。
藉此，本發明之改善高分子材料相容性的方法係透過醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物作為界面活性劑，使兩種或兩種以上溶解度參數差異大的高分子材料能夠相容，成功解決其分層與不相容的問題。
下述將更詳細討論本發明各實施方式。然而，此實施方式可為各種發明概念的應用，可被具體實行在各種不同的特定範圍內。特定的實施方式是僅以說明為目的，且不受限於揭露的範圍。
請參閱第1圖，其係繪示本發明之一實施方式之一種改善高分子材料相容性的方法100的步驟流程圖。第1圖中，改善高分子材料相容性的方法100包含步驟110、步驟120以及步驟130。
步驟110為進行一混合步驟，其係將至少二高分子材料混合，以形成一高分子混合液，且至少二高分子材料的種類不相同，其中一高分子材料與另一高分子材料之添加比例可為50：1至1：50。詳細來說，高分子混合液為混合兩種或兩種以上的異類高分子材料，且各種高分子材料都有其溶解度參數，而溶解度參數為影響不同高分子材料之間的相容程度，常見高分子材料之溶解度參數如下表一所示。
表一
高分子材料 溶解度參數
聚乙烯 PE 8.1
聚丙烯 PP 8.4
聚苯乙烯 PS 8.5
聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 10.2
聚乙烯-醋酸乙烯 EVA 9.3
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ABS 9.5
尼龍6 PA6 13.6
聚甲醛 POM 10.8
聚氯乙烯 PVC 9.8
聚碳酸酯 PC 9.7
聚氨酯 TPU 10
聚四氟乙烯 PTFE 6.2
聚三氟乙烯 PCTFE 7.6
聚異丁烯 PIB 8
聚醋酸乙烯酯 PVAc 10.2
聚乙烯醇縮丁醛 PVB 11
酚醛樹脂 PF 11.3
聚乙烯醇 PVA 13.4
聚丁二烯 PB 8.4
聚丙烯腈 PAN 11
聚乳酸 PLA 9.7
密胺樹脂 MF 9.9
聚對苯二甲酸乙二酯 PET 10.2
聚偏二氯乙烯 PVDC 11.1
三元乙丙橡膠 EPDM 8
天然橡膠 NR 8
異戊橡膠 IR 7.9
順丁橡膠 BR 8.1
丁基橡膠 IIR 8.4
丁苯橡膠 SBR 8.6
丁腈橡膠 NBR 9.5
氯丁橡膠 CR 8.9
氯磺化聚乙烯橡膠 CSM 8.9
聚胺酯橡膠 UR 10.3
矽橡膠 SR 7.3
環氧樹脂 EP 10.9
步驟120為提供一界面活性劑，其係一醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物，其中醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的數量平均分子量可為1000至500000，且重量平均分子量可為1000至500000。
詳細來說，本發明之醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的製備方式可包含兩種，第一種為搭配一可逆加成-斷裂鏈轉移劑(Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Agent, RAFT)，將醋酸乙烯酯以及苯乙烯作為單體，並進行可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合之接續聚合(Sequential polymerization)，而第二種為搭配一自由基引發劑，將醋酸乙烯酯以及苯乙烯進行一機械性摻合(Mechanical blending)的方式生成，其中自由基引發劑可為偶氮化合物或有機過氧化物，而醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的製備方式不以本揭示內容為限。
具體來說，常見的可逆加成-斷裂鏈轉移劑皆可用於本發明，其核心結構為硫代碳酸(-CS 2)官能團，包含如式(I)所示之一結構：
Figure 02_image001
式(I)；
其中，Z為-SR 1、-R 1、-OR 1、-NR 2R 3、含氮雜環基團或其衍生物，R、R 1、R 2及R 3係各自獨立為氫、脂肪族烴基、芳香族烴基、酯基、碳氰基或其衍生物。另外，常見的自由基引發劑皆可用於本發明，其可為但不限於偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二異戊腈(AMBN)、1,1’-偶氮(氰基環己烷)、過氧化新戊酸叔戊酯、過氧化新戊酸叔丁酯、過氧化雙(3,5,5-三甲基己醯)、過氧化十二醯、2,5-二甲基-2,5-雙(2-乙基己酸過氧化)己烷、過氧化-2-乙基己酸1,1,3,3-四甲基丁酯、過氧化叔戊基-2-乙基己酸酯、過氧化二苯甲醯、過氧(2-乙基己酸)叔丁酯或過氧化異丁酸叔丁酯。
步驟130為進行一添加步驟，其係將界面活性劑添加至高分子混合液後攪拌均勻，以改善高分子材料之間的相容性，其中界面活性劑的添加量可為0.01 phr至50 phr。
詳細來說，為了解決高分子材料因溶解度參數差異大而導致不相容的問題，本發明設計將兩種或兩種以上溶解度參數差異較大之高分子材料進行混合，其中各種高分子材料的溶解度參數可為7.0至11.7，且所混合之一高分子材料與另一高分子材料之溶解度參數的差值需大於0.5。接著，合成出同時具有兩種或兩種以上分子結構之高分子材料，其同時具有兩種或兩種以上分子結構之特性，因此可做為界面活性劑，用於溶解度參數差異大之高分子材料使用，而本發明選用醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物作為界面活性劑，以成功解決各高分子材料之間的分層及不相容的問題。
茲以下列具體實施例進一步示範說明本發明，用以有利於本發明所屬技術領域通常知識者，可在不需過度解讀的情形下完整利用並實踐本發明，而不應將這些實施例視為對本發明範圍的限制，但用於說明如何實施本發明的材料及方法。
＜實施例＞
本發明之實施例1至實施例20以及比較例1至比較例5係利用聚醋酸乙烯酯-聚苯乙烯共聚物作為界面活性劑，其中聚醋酸乙烯酯-聚苯乙烯共聚物的製備方式係將醋酸乙烯酯以及苯乙烯作為單體，並透過可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合之接續聚合而得，接著添加至高分子混合液中。
實施例1至實施例4以及比較例1係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚醋酸乙烯酯(Poly vinyl acetate, 溶解度參數為10.2)與聚苯乙烯(Poly styrene, 溶解度參數為8.5)的高分子混合液，其比例與結果如下表二所示。
表二
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例1 0 phr N/A N/A ＜1小時
實施例1 1 phr 12900 16100 2至3天
實施例2 3 phr 12900 16100 3至4天
實施例3 1 phr 29400 41600 6至7天
實施例4 3 phr 29400 41600 ＞7天
實施例5至實施例8以及比較例2係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚甲基丙烯酸甲酯(Poly methyl methacrylate, 溶解度參數為10.2)與聚苯乙烯的高分子混合液，其比例與結果如下表三所示。
表三
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例2 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例5 1 phr 12900 16100 1至3天
實施例6 3 phr 12900 16100 3至5天
實施例7 1 phr 29400 41600 6至7天
實施例8 3 phr 29400 41600 ＞7天
實施例9至實施例12以及比較例3係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚乙烯-醋酸乙烯(Poly ethylene vinyl acetate, 溶解度參數為9.3)與聚苯乙烯的高分子混合液，其比例與結果如下表四所示。
表四
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例3 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例9 1 phr 12900 16100 2至4天
實施例10 3 phr 12900 16100 4至5天
實施例11 1 phr 29400 41600 7至9天
實施例12 3 phr 29400 41600 ＞10天
實施例13至實施例16以及比較例4係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, 溶解度參數為10.2)與聚丁二烯(Poly butadiene, 溶解度參數為8.4)的高分子混合液，其比例與結果如下表五所示。
表五
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例4 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例13 1 phr 12900 16100 2至3天
實施例14 3 phr 12900 16100 4至5天
實施例15 1 phr 29400 41600 7至10天
實施例16 3 phr 29400 41600 ＞10天
實施例17至實施例20以及比較例5係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚氨酯(Polyurethane, 溶解度參數為10)與聚丙烯(Polypropylene, 溶解度參數為8.4)的高分子混合液，其比例與結果如下表六所示。
表六
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例5 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例17 1 phr 12900 16100 2至3天
實施例18 3 phr 12900 16100 3至4天
實施例19 1 phr 29400 41600 4至5天
實施例20 3 phr 29400 41600 ＞6天
本發明之實施例21至實施例40以及比較例6至比較例10係利用聚醋酸乙烯酯-聚苯乙烯共聚物作為界面活性劑，其中聚醋酸乙烯酯-聚苯乙烯共聚物的製備方式係將醋酸乙烯酯以及苯乙烯加入一自由基引發劑，並進行一機械性摻合方式而得，接著添加至高分子混合液中。
實施例21至實施例24以及比較例6係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚醋酸乙烯酯與聚苯乙烯的高分子混合液，其比例與結果如下表七所示。
表七
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例6 0 phr N/A N/A ＜1小時
實施例21 1 phr 17200 28600 2至3天
實施例22 3 phr 17200 28600 3至4天
實施例23 1 phr 22600 48900 6至7天
實施例24 3 phr 22600 48900 ＞7天
實施例25至實施例28以及比較例7係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯的高分子混合液，其比例與結果如下表八所示。
表八
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例7 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例25 1 phr 17200 28600 2至4天
實施例26 3 phr 17200 28600 4至6天
實施例27 1 phr 22600 48900 6至8天
實施例28 3 phr 22600 48900 ＞10天
實施例29至實施例32以及比較例8係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚乙烯-醋酸乙烯與聚苯乙烯的高分子混合液，其比例與結果如下表九所示。
表九
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例8 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例29 1 phr 17200 28600 4至6天
實施例30 3 phr 17200 28600 6至8天
實施例31 1 phr 22600 48900 8至10天
實施例32 3 phr 22600 48900 ＞14天
實施例33至實施例36以及比較例9係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚對苯二甲酸乙二酯與聚丁二烯的高分子混合液，其比例與結果如下表十所示。
表十
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例9 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例33 1 phr 17200 28600 2至3天
實施例34 3 phr 17200 28600 3至8天
實施例35 1 phr 22600 48900 7至10天
實施例36 3 phr 22600 48900 ＞10天
實施例37至實施例40以及比較例10係將界面活性劑添加至以1：1混合之聚氨酯與聚丙烯的高分子混合液，其比例與結果如下表十一所示。
表十一
  界面活性劑添加量 數量平均分子量 重量平均分子量 分層 時間
比較例10 0 phr N/A N/A ＜24小時
實施例37 1 phr 17200 28600 2至3天
實施例38 3 phr 17200 28600 3至5天
實施例39 1 phr 22600 48900 4至6天
實施例40 3 phr 22600 48900 ＞8天
由上述表二至表十一的結果來看，添加醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物可延後溶解度參數差異大之高分子材料的分層發生時間至3小時到1個月不等，而分層時間與界面活性劑的添加量成正相關，且分層時間亦與數量平均分子量以及重量平均分子量成正相關。
綜上所述，本發明之改善高分子材料相容性的方法係藉由添加醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物作為界面活性劑，能有效提升溶解度參數差異大之高分子材料之間的相容性，並且可延後高分子材料之間產生分層的時間，以解決高分子材料分層及不相容的問題。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:改善高分子材料相容性的方法 110,120,130:步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖係繪示本發明之一實施方式之一種改善高分子材料相容性的方法的步驟流程圖。
100:改善高分子材料相容性的方法
110,120,130:步驟

Claims (8)

  1. 一種改善高分子材料相容性的方法，包含：進行一混合步驟，其係將至少二高分子材料混合，以形成一高分子混合液，且該至少二高分子材料的種類不相同；提供一界面活性劑，其係一醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物；以及進行一添加步驟，其係將該界面活性劑添加至該高分子混合液後攪拌均勻，以改善該至少二高分子材料之間的相容性；其中，各該高分子材料的溶解度參數為7.0至11.7，且一該高分子材料與另一該高分子材料之溶解度參數的差值大於0.5。
  2. 如請求項1所述之改善高分子材料相容性的方法，其中該一高分子材料與該另一高分子材料之添加比例為50：1至1：50。
  3. 如請求項1所述之改善高分子材料相容性的方法，其中該界面活性劑的添加量為0.01phr至50phr。
  4. 如請求項1所述之改善高分子材料相容性的方法，其中該醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的數量平均分子 量為1000至500000。
  5. 如請求項1所述之改善高分子材料相容性的方法，其中該醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的重量平均分子量為1000至500000。
  6. 如請求項1所述之改善高分子材料相容性的方法，其中該醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的製備係將醋酸乙烯酯以及苯乙烯作為單體，並透過可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合之接續聚合而得。
  7. 如請求項1所述之改善高分子材料相容性的方法，其中該醋酸乙烯酯與苯乙烯共聚物的製備係將醋酸乙烯酯以及苯乙烯加入一自由基引發劑，並進行一機械性摻合方式而得。
  8. 如請求項7所述之改善高分子材料相容性的方法，其中該自由基引發劑為偶氮化合物或有機過氧化物。
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