CN102352108A - 聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物 - Google Patents
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Abstract
一种组合物包含冲击改性剂和聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物。该聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成。该聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量。
Description
本发明申请是基于申请日为2004年8月16日(最早的优先权日为2003年8月16日),申请号为200480030574.8(国际申请号为PCT/US2004/026587),发明名称为“聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物”的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用(如果可申请的话)
本申请要求2003年8月16日提出的美国临时申请号60/495357的优先权,其被引入作为参考。
技术领域
本公开涉及聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物。
背景技术
聚(亚芳基醚)/脂族聚酰胺组合物已得到广泛应用,该组合物的特征至少部分是聚(亚芳基醚)和聚酰胺的特征的结果。无论其应用如何广泛,采用脂族聚酰胺的组合物都会遇到诸如讨厌的低尺寸稳定性和高吸湿性的缺陷。已经试图通过改变聚酰胺结构使其包括芳族元素来改善其物理性能分布。采用这些脂族-芳族聚酰胺的组合物在诸如耐热性、尺寸稳定性和吸水性的许多物理性能上已得到改善,但损失了其他期望的性能。例如,许多脂族-芳族聚酰胺具有高于许多聚合物降解温度的熔化温度。因此这些脂族-芳族聚酰胺不能与许多聚合物掺和而不导致聚合物的至少部分降解。某些脂族-芳族聚酰胺虽然具有低于许多聚合物降解温度的熔化温度,但这些聚酰胺对于大部分应用要求的尺寸稳定性通常都不足,而且采用这种聚酰胺的掺和物的尺寸稳定性一般都较差。
另外,聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物一般具有至少两个不混溶的相,且该组合物的物理性能会受到这些相的形态学影响。例如,聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物在流动方向上可具有尺寸稳定性,而在非流动方向上的尺寸稳定性则不然。然而,相的形态学很难控制,且控制方法会根据聚酰胺而不同。
因此,需要这样的聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺组合物,该组合物将高耐热性、可加工性、在不存在填料的情况下在流动方向和非流动方向上具有可比的尺寸稳定性与低吸水率相结合。
发明内容
上述需要可通过包含冲击改性剂和聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物的组合物满足。该聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成。该聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量。当用该组合物形成制品时,聚(亚芳基醚)就作为颗粒分散在聚酰胺中,该聚(亚芳基醚)颗粒具有小于和等于0.6平方微米的平均颗粒面积。
在另一个实施方案中,组合物包含冲击改性剂和聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,且该脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量,而且更进一步的是,在不存在填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有根据ASTM D 3763测量的多轴值测定小于或等于0.30的多轴损耗(multi-axial loss)。
本发明包括以下内容:
实施方式1.一种组合物,包含:
冲击改性剂;和
聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol% 1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,且该脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量,且进一步的是,其中当该组合物成型时,聚(亚芳基醚)就作为颗粒分散在聚酰胺中,且该聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于0.6μm2的平均颗粒面积。
实施方式2.一种组合物,包含:
冲击改性剂;和
聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,且该脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量,而且更进一步的是,其中在不存在填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有用根据ASTM D 3763测量的多轴值确定小于或等于0.30的多轴损耗。
实施方式3.一种组合物,包含:
冲击改性剂;和
聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,且该脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量。
实施方式4.任何上述实施方式的组合物,其中以聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和冲击改性剂的结合重量计,聚(亚芳基醚)的含量为10-70重量%,脂族-芳族聚酰胺的含量为5-80重量%,冲击改性剂的含量为3-30重量%。
实施方式5.任何上述实施方式的组合物,其中聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物进一步包含脂族聚酰胺。
实施方式6.任何上述实施方式的组合物,其中聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物是聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺与选自下述物质的相容剂的反应产物:带有碳-碳双键和至少一个羧酸、酐、环氧、二酰亚胺、酰胺、酯基或其官能当量的多官能化合物;具有其中R是氢或烷基、芳基、酰基或羰基二氧基的通式(OR)代表的基,和选自羧酸、酰基卤、酐、酰基卤酐、酯、原酸酯、酰胺、亚氨基、氨基和它们的盐的至少两个相同或不同的基的多官能化合物;以及上述两种或多种多官能化合物的结合。
实施方式7.实施方式6的组合物,其中相容剂包含柠檬酸、富马酸、马来酐或上述两种或几种的结合。
实施方式8.任何上述实施方式的组合物,其中冲击改性剂包括链烯基芳族化合物与共轭二烯的嵌段共聚物、链烯基芳族化合物与共轭二烯的氢化嵌段共聚物、官能化弹性聚烯烃或上述两种或多种的结合。
实施方式9.任何上述实施方式的组合物,进一步包含抗氧化剂、阻燃剂、阻滴剂、染料、颜料、着色剂、稳定剂、小颗粒矿物质、增强剂、导电填料、抗静电剂、增塑剂、润滑剂、发泡剂或包含上述两种或多种的混合物。
实施方式10.任何上述实施方式的组合物,其中胺端基含量大于或等于50μmol。
实施方式11.任何上述实施方式的组合物,其中聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于0.5μm2的平均颗粒面积。
实施方式12.任何上述实施方式的组合物,其中聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于0.4μm2的平均颗粒面积。
实施方式13.一种组合物,包含:
冲击改性剂;
导电填料;和
聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,且该脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量,而且更进一步的是,其中在存在填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有根据ASTM D 3763测量的多轴值确定的小于或等于0.60的多轴损耗。
实施方式14.包含任何上述实施方式的组合物的制品。
附图说明
图1是用于透射式电子显微镜的截面的示意图。
图2-6是包含聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物的组合物的透射式电子显微照片。
图7和8是描述颗粒面积分布的图。
具体实施方式
本申请公开的组合物包含聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物以及冲击改性剂。该聚酰胺包含二元羧酸单元和二胺单元。至少60mol%的二元羧酸单元是对苯二酸单元,至少60mol%的二胺单元是1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元。芳族单元与9碳脂族单元的结合得到了具有熔化温度、低吸收性和尺寸稳定性的独特结合的聚酰胺,当在聚(亚芳基醚)/聚酰胺掺和物中采用这种聚酰胺时,会得到具有优异的尺寸稳定性、冲击强度和吸收性的组合物。然而令人吃惊的是,相容的聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺掺和物的流变学控制与相容的聚(亚芳基醚)/脂族聚酰胺掺和物的流变学控制不同。
显而易见的是,聚(亚芳基醚)相的尺寸及其分布与相容剂的类型、聚酰胺中存在的胺基团的数量,某些情况下还有相容方法有关。本申请描述的相容的聚(亚芳基醚)/聚酰胺掺和物具有包括良好的尺寸稳定性的物理性能的结合,这一点可通过低热膨胀系数(CTE)、低吸水率和高抗冲击性证明(甚至在低温下也如此)。
在一个实施方案中,在不含填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有6×10-5-9×10-5mm/mm.℃的热膨胀系数(CTE)(根据ISO 11359-2在23-60℃下测量)。在该范围内,CTE可大于或等于6.2×10-5mm/mm.℃,或更具体地是大于或等于6.4×10-5mm/mm.℃。同样在该范围内,CTE可小于或等于8.7×10-5mm/mm.℃,或更具体地小于或等于8.5×10-5mm/mm.℃。值得注意的是,包含冲击改性剂和聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺的组合物与包含聚(亚芳基醚)/脂族聚酰胺的组合物(23-60℃)比较,前者具有在更宽的温度范围(15-100℃)内基本保持恒定的CTE。在某些实施方案中,流动方向上的CTE与垂直于流动方向上的CTE的比值为0.90-1.10,更特别的是0.95-1.05。
在一个实施方案中,该组合物在24小时后具有通过ASTM D 570测量小于或等于0.3%的吸水率值,或更具体地说,24小时后小于或等于0.25%,或甚至更特别的在24小时后小于或等于0.2%。
抗冲击性可用Notched Izod(NI)试验根据ASTM D256和多轴冲击试验根据ASTM D3763测定。在一个实施方案中,该组合物具有大于或等于180焦耳/米(J/m),或更特别的大于或等于200,或甚至更特别的大于或等于210J/m的23℃下的NI值。另外,该组合物可具有大于或等于100J/m,或更特别的大于或等于110J/m,或甚至更特别的大于或等于120J/m的-30℃下的NI。
在一个实施方案中,该组合物具有大于或等于30焦耳(J),或更特别的大于或等于35,或甚至更特别的大于或等于40J的23℃下的多轴冲击值。另外,该组合物可具有大于或等于5J,或更特别的大于或等于7J,或甚至更特别的大于或等于10J的-30℃下的多轴冲击值。多轴冲击是最大受力下的能量(the energy at the energy at maximum force)。
在一个实施方案中,在不含填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有小于或等于0.30,或更特别的小于或等于0.27,或甚至更特别的小于或等于0.25的多轴损耗。多轴损耗通过(23℃下的多轴值--30℃下的多轴值)/23℃下的多轴值确定。
在另一个实施方案中,进一步包含填料和/或增强剂,特别是导电填料的组合物具有小于或等于0.60,或更特别的小于或等于0.67,或甚至更特别的小于或等于0.55的多轴损耗。
本申请所用“聚(亚芳基醚)”包含许多通式(I)的结构单元:
其中对于每个结构单元,每个Q1独立的是卤素、伯或仲低级烷基(例如含有1-7个碳原子的烷基)、苯基、卤烷基、氨烷基、链烯烷基、炔烷基、烃氧基,以及其中至少两个碳原子将卤素和氧原子分开的卤代烃氧基;而每个Q2独立的是氢、卤素、伯或仲低级烷基、苯基、卤烷基、氨烷基、链烯烷基、炔烷基、烃氧基、其中至少两个碳原子将卤素和氧原子分开的卤代烃氧基。在某些实施方案中,每个Q1独立的是烷基或苯基,例如C1-4烷基,而每个Q2独立的是氢或甲基。聚(亚芳基醚)可包含带有通常位于羟基的邻位的含氨烷基的端基的分子。同样经常存在的是4-羟基二苯基端基,通常由存在副产品二苯醌的反应混合物获得。
聚(亚芳基醚)可为例如包含亚芳基醚单元和衍生自链烯基芳族化合物的嵌段的均聚物、共聚物、接枝共聚物、离聚物、嵌段共聚物的形式;以及包含上述至少一种的结合。聚(亚芳基醚)包括含有非必需地与2,3,6-三甲基-1,4-亚苯基醚单元结合的2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚单元的聚亚苯基醚。
聚(亚芳基醚)可通过诸如2,6-二甲苯酚和/或2,3,6-三甲基苯酚的一羟基芳族化合物的氧化偶合制备。
这种偶合一般采用催化剂体系;它们可含有诸如铜、锰或钴化合物的重金属化合物,通常结合了诸如仲胺、叔胺、卤化物的各种其他材料或上述两种或多种的结合。
聚(亚芳基醚)可具有3000-40000原子质量单位(amu)的数均分子量和5000-80000amu的重均分子量,通过凝胶渗透色谱法测量。聚(亚芳基醚)可具有0.10-0.60分升每克(dl/g),或更特别的0.29-0.48dl/g的特性粘度,在25℃的氯仿中测量。可以将高特性粘度聚(亚芳基醚)与低特性粘度聚(亚芳基醚)结合。当采用两种特性粘度时,准确比例的确定将略微取决于所用聚(亚芳基醚)确切的特性粘度和要求的最终物理性能。
该组合物可含有以聚(亚芳基醚)、聚酰胺和冲击改性剂的总重量计为10-70%(重量)的聚(亚芳基醚)。在该范围内,聚(亚芳基醚)的含量可大于或等于15,或更特别的大于或等于20%(重量)。同样在该范围内,聚(亚芳基醚)的含量可小于或等于65,或更特别的小于或等于60%(重量)。
脂族-芳族聚酰胺包含衍生自一种或几种二元羧酸的单元和衍生自一种或几种二胺的单元。以二元羧酸单元的总摩尔数计,60-100mol%的二元羧酸单元衍生自对苯二酸。在该范围内,对苯二酸单元的含量可大于或等于75mol%,或更特别的大于或等于90mol%。聚酰胺也称为9T。
可采用的除对苯二酸单元外的其他二元羧酸单元的实例包括衍生自诸如丙二酸、二甲基丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸(malnic acid)、2-甲基己二酸、三甲基己二酸、庚二酸、2,2-二甲基戊二酸、3,3-二乙基琥珀酸、壬二酸、癸二酸和辛二酸的脂族二元羧酸;诸如1,3-环戊二羧酸和1,4-环己二羧酸的脂环二元羧酸;以及诸如间苯二酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、1,4-萘二羧酸、1,4-亚苯基二氧基-二乙酸、1,3-亚苯基二氧基-二乙酸、二苯酚、4,4’-氧代二苯甲酸、二苯基甲烷-4,4’-二羧酸、二苯基砜-4,4’-二羧酸和4,4’-二苯基二羧酸的芳族二元羧酸的单元。它们可单独使用或两种或多种类型结合使用。在一个实施方案中,二元羧酸单元(a)中这些其他二元羧酸单元的含量小于或等于25mol%,或庚具体的小于或等于10mol%。也可包含衍生自诸如1,2,4-苯三酸、1,3,5-苯三酸和1,2,4,5-苯四酸的多官能羧酸的单元,其含量应使组合物仍然能够熔融成型。
脂族-芳族聚酰胺包含衍生自一种或多种二胺的单元。以二胺单元的总摩尔数计,60-100mol%的二胺单元衍生自1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元。在该范围内,1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的量可大于或等于75mol%,或更特别的大于或等于90mol%。
1,9-壬二胺单元与2-甲基-1,8-辛二胺单元的摩尔比可为100∶0-20∶80,或更特别的为100∶0-50∶50,或甚至更特别的为100∶0-50∶40。这可称为N/I比值。
除1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元外还可采用的其他二胺单元的实例包括1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,10-癸二胺、1,11-十一烷二胺和1,12-十二烷二胺的直链脂族二胺;诸如2-甲基-1,5-戊二胺、3-甲基-1,5-戊二胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、2,4,4-三甲基-1,6-己二胺和5-甲基-1,9-壬二胺的支链脂族二胺;诸如环己二胺、甲基环己二胺、异佛尔酮二胺、双(4-氨基环己基)甲烷、降冰片烷二甲基胺和三环癸烷二甲基胺的脂环二胺;和诸如对苯二胺、间苯二胺、邻亚二甲苯基二胺、对亚二甲苯基二胺、4,4’-二氨基二苯基砜和4,4’-二氨基二苯基醚的芳族二胺的单元。它们可单独使用或两种或多种类型结合使用。在又一个实施方案中,衍生自1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,10-癸二胺和/或1,12-十二烷二胺的单元与1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元结合。
脂族-芳族聚酰胺可通过用于制造晶体聚酰胺的任何公知方法制造。例如,可通过用酰基氯和二胺作为原材料的溶剂聚合或界面聚合,或通过用二元羧酸和二胺作为原材料的熔体聚合、固相聚合或熔融挤压聚合制造。
在30℃的浓硫酸中测量的脂族-芳族聚酰胺的特性粘度可以是0.4-3.0dl/g,或更特别的为0.5-2.0dl/g,或甚至更特别的为0.6-1.8dl/g。
在1000s-1的剪切率和330℃的温度下,通过毛细管测粘法测量的脂族-芳族聚酰胺的熔体粘度可为300-3500泊。在该范围内,熔体粘度可大于或等于325,或更特别的大于或等于350泊。同样在该范围内,熔体粘度可小于或等于3300,或更特别的小于或等于3100泊。
脂族-芳族聚酰胺具有大于或等于45μmol/g聚酰胺,或更特别的大于或等于50毫摩尔,或甚至更特别的大于或等于55μmol/g聚酰胺的胺端基含量。胺端基含量可通过将聚酰胺非必需地加热溶解在合适溶剂中来测定。聚酰胺溶液用合适的指示方法用0.01当量的盐酸(HCl)溶液滴定。胺端基的量基于加入试样中的HCl溶液的容积、用于空白的HCl容积、HCl溶液的摩尔浓度和聚酰胺试样的重量计算。
相容掺和物可另外包含诸如尼龙6、6/6、6/69、6/10、6/12、11、12、4/6、6/3、7、8、6T、改性6T、聚邻苯二酰胺(PPA)的脂族聚酰胺,以及上述两种或多种的结合。
该组合物可含有以聚(亚芳基醚)、聚酰胺和冲击改性剂的总重量计为5-80%(重量)的脂族-芳族聚酰胺。在该范围内,脂族-芳族聚酰胺的含量可大于或等于10,或更特别的大于或等于15%(重量)。同样在该范围内,脂族-芳族聚酰胺的含量可小于或等于70,或更特别的小于或等于60%(重量)。
相容的聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺掺和物用相容剂形成。本申请所用表述“相容剂”指与聚(亚芳基醚)、聚酰胺或二者相互作用的多官能化合物。这种相互作用可以是化学的(例如接枝)和/或物理的(例如影响分散相的表面特性)。在这两个例子中,所得相容的聚(亚芳基醚)/聚酰胺组合物表现出改进的相容性,特别是如增强的冲击强度、模塑针织线强度和/或伸长所证明的。本申请所用表述“相容的聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺掺和物”指已经用相容剂进行物理和/或化学相容化的那些组合物。
相容剂包含以下两种类型之一的多官能化合物。第一种类型的分子中具有(a)碳-碳双键和(b)至少一个羧酸、酐、环氧、二酰亚胺、酰胺、酯基或其官能当量。这种多官能化合物的实例包括马来酸、马来酐、富马酸、马来酸酰肼、二氯马来酐,以及不饱和二元羧酸(例如丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸叔乙酯、戊烯酸)。在一个实施方案中,相容剂包含马来酐和/或富马酸。
第二种类型的多官能相容剂化合物的特征在于其具有(a)通式(OR)代表的基,其中R是氢或烷基、芳基、酰基或羰基二氧基和(b)至少两个选自羧酸、酰基卤、酐、酰基卤酐、酯、原酸酯、酰胺、亚氨基、氨基和它们的盐。典型的此类相容剂是以下通式代表的脂族多羧酸、酸酯和酸酰胺:
(RIO)mR(COORII)n(CONRIIIRIV)s
其中R是带有2-20个,或更特别的2-10个碳原子的直链或支链饱和脂族烃;RI是氢或带有1-10个,或更特别的1-6个,或甚至更特别的1-4个碳原子的烷基、芳基、酰基或羰基二氧基;每个RII独立的是氢或带有1-20个,或更特别的1-10个碳原子的烷基或芳基;每个RIII和RIV独立的是氢或带有1-10个,或更特别的1-6个,或甚至更特别的1-4个碳原子的烷基或芳基;m等于1且(n+s)大于或等于2,或更特别的等于2或3,且n和s都大于或等于0,其中(ORI)是α-或β-羰基且至少两个羰基被2-6个碳原子分开。显然,当相应的取代基带有6个以下的碳原子时,RI、RII、RIII和RIV不能是芳基。
合适的多羧酸包括例如柠檬酸、苹果酸、松蕈酸;包括其各种商品形式,例如无水酸和水合酸;以及包含上述一种或几种的结合。在一个实施方案中,相容剂包含柠檬酸。这里所用酯的例证包括例如柠檬酸乙酰酯和柠檬酸一-和/或二硬脂酰酯等。这里可用的合适的酰胺包括例如N,N’-二乙基柠檬酸酰胺;N-苯基柠檬酸酰胺;N-十二烷基柠檬酸酰胺;N,N’-二十二烷基柠檬酸酰胺和N-十二烷基苹果酸。衍生物包括它们的盐,包括与胺的盐以及碱和强碱金属盐。合适的盐的实例包括苹果酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钾和柠檬酸钾。
上述相容剂可直接加入熔融掺和物中,或与聚(亚芳基醚)和聚酰胺之一或二者预反应。在又一个实施方案中,至少部分相容剂在熔体中或在合适溶剂的溶液中与所有或部分聚(亚芳基醚)预反应。相信这种预反应会导致相容剂与聚合物反应,并最终官能化聚(亚芳基醚)。例如,聚(亚芳基醚)可与马来酐、富马酸和/或柠檬酸预反应,形成在与聚酰胺的相容性方面比未官能化的聚(亚苯基醚)改善的酐和/或酸官能化聚(亚苯基醚)。
相容剂的用量将取决于所选择的具体相容剂及其加入的具体聚合物体系。
在一个实施方案中,相容剂的用量为聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和冲击改性剂总重的0.05-2.0%(重量)。在该范围内,相容剂的用量可大于或等于0.1,或更特别的大于或等于0.2%(重量)。同样在该范围内,相容剂的用量可小于或等于1.75,或更特别的小于或等于1.5%(重量)。
该组合物进一步包含冲击改性剂。可用的冲击改性剂包括链烯基芳族化合物与共轭二烯的嵌段共聚物、链烯基芳族化合物与共轭二烯的氢化嵌段共聚物、官能化弹性聚烯烃,以及上述两种或多种的结合。
该嵌段共聚物是包含(A)至少一个衍生自链烯基芳族化合物的嵌段和(B)至少一个衍生自共轭二烯的嵌段的共聚物。氢化嵌段共聚物是其中嵌段(B)中脂族不饱和基的含量通过氢化而减少的嵌段共聚物。嵌段(A)和(B)的排列包括直链结构和所谓的具有支链的径向远嵌段结构(radial teleblock structure)。
结构的实例包括包含二嵌段(A-B嵌段)、三嵌段(A-B-A嵌段或B-A-B嵌段)、四嵌段(A-B-A-B嵌段)和五嵌段(A-B-A-B-A嵌段或B-A-B-A-B嵌段)结构的直链结构,以及在A和B中共含有6个或更多个嵌段的直链结构。在一个实施方案中,该结构是二嵌段、三嵌段、四嵌段或它们的结合,或更特别的是A-B二嵌段、A-B-A三嵌段或它们的结合。
提供嵌段(A)的链烯基芳族化合物用以下通式表示:
其中R2和R3各自独立的代表氢原子、C1-C8烷基、C2-C8链烯基等;R4和R8各自独立的代表氢原子、C1-C8烷基、氯原子、溴原子等;R5至R7各自独立的代表氢原子、C1-C8烷基、C2-C8链烯基等,或R4和R5与中心芳环一起形成萘基;或R5和R6与中心芳环一起形成萘基。
链烯基芳族化合物的具体实例包括苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基二甲苯、乙烯基甲苯、乙烯基萘、二乙烯基苯、溴苯乙烯、氯苯乙烯等,和包含至少一种上述链烯基芳族化合物的结合。在一个实施方案中,链烯基芳族化合物选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、乙烯基甲苯和乙烯基二甲苯。在另一个实施方案中,链烯基芳族化合物是苯乙烯。
共轭二烯的具体实例包括1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯等。
除共轭二烯外,氢化嵌段共聚物可含有小比例的诸如例如乙烯、丙烯、1-丁烯、二环戊二烯、非共轭二烯等的低级烯烃。
嵌段共聚物中衍生自链烯基芳族化合物的重复单元的含量没有具体限制。合适的链烯基芳族含量可为嵌段共聚物总重10-90%(重量)。在该范围内,链烯基芳族含量可大于或等于40%(重量),或更特别的大于或等于50%(重量),或甚至更特别的大于或等于55%(重量)。同样在该范围内,链烯基芳族含量可小于或等于85%(重量),或更特别的小于或等于75%(重量)。
氢化嵌段共聚物骨架中共轭二烯的结合形式没有具体限制。例如,当共轭二烯为1,3-丁二烯时,可掺入1-99%的1,2-结合,而剩下的是1,4-结合。
氢化嵌段共聚物可氢化到这样的程度,使衍生自该共轭二烯的脂链部分中50%以下,或更特别的20%以下,或甚至更特别的10%以下的不饱和键保持未还原。衍生自链烯基芳族化合物的芳族不饱和键可氢化到最多25%的程度。
氢化嵌段共聚物可具有5,000-500,000AMU的数均分子量,用聚苯乙烯标准通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量。在该范围内,数均分子量可至少为10,000AMU,或更特别的大于或等于30,000AMU,或甚至更特别的大于或等于45,000AMU。同样在该范围内,数均分子量可小于或等于300,000AMU,或更特别的小于或等于200,000AMU,或甚至更特别的小于或等于150,000AMU。
GPC测量的氢化嵌段共聚物的分子量分布没有具体限制。该共聚物可具有任何重均分子量与数均分子量比例。
氢化嵌段共聚物的实例是分别通过苯乙烯-丁二烯和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的氢化获得的苯乙烯-(乙烯-丁烯)二嵌段和苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物。
合适的氢化嵌段共聚物包括例如从Kraton Polymers(其前身是ShellChemical Company的一个部门)获得的G1650、G1651和G1652,以及从Asahi Chemical获得的H1041、H1043、H1052、H1062、H1141和H1272的商购共聚物。
非氢化嵌段共聚物的实例包括聚苯乙烯-聚丁二烯、聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)、聚苯乙烯-聚异戊烯、聚(α-甲基苯乙烯)-聚丁二烯、聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯(SBS)、聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-聚苯乙烯、聚苯乙烯-聚异戊烯-聚苯乙烯和聚(α-甲基苯乙烯)-聚丁二烯-聚(α-甲基苯乙烯),以及它们的结合。
合适的非氢化嵌段共聚物可从许多来源商购,包括Phillips Petroleum的商标SOLPRENE、Shell Chemical Co.的商标KRATON、Dexco的商标VECTOR和Kuraray的商标SEPTON。
其他可用的冲击改性剂包括含有至少一个选自羧酸基、酯、酸酐、环氧基、唑啉基、碳化二亚胺基、异氰酸酯基、硅烷醇基、羧酸酯的官能团,以及两个或多个上述官能团的结合的官能化弹性聚烯烃。弹性聚烯烃是可与聚酰胺混溶的聚烯烃,包括直链无规共聚物、直链嵌段共聚物,以及其中壳可与聚酰胺混溶并包含可与聚酰胺反应的官能团的核-壳型共聚物。聚烯烃的实例包括聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物,或乙烯-丙烯-二烯三聚物。包含该官能团的单体可与聚烯烃接枝聚合或与聚烯烃单体共聚合。在一个实施方案中,弹性聚烯烃的结构单元衍生自乙烯和诸如丙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯的至少一种C3-8烯烃。
合适的官能化弹性聚烯烃可从包括DuPont的商标ELVALOY的许多来源商购。
冲击改性剂或几种冲击改性剂的结合的选择可至少部分基于聚酰胺的熔化温度和冲击改性剂的温度图谱。
该组合物可包含以聚(亚芳基醚)、聚酰胺和冲击改性剂的结合重量计为3-30%(重量)的量的冲击改性剂。在该范围内,冲击改性剂的含量可大于或等于4%,或更特别的大于或等于5%(重量)。同样在该范围内,冲击改性剂的含量可小于或等于25%,或更特别的小于或等于20%(重量)。
该组合物可通过熔体混合或干掺和与熔体混合结合制备。熔体混合可在单螺杆或双螺杆型挤压机或可对各成分施加剪切力的类似混合装置中进行。
所有成分都可在开始时加入加工系统中。在一个实施方案中,可将聚(亚芳基醚)、非必需的诸如冲击改性剂的其他成分,以及非必需的部分聚酰胺与相容剂预先混合。在某些实施方案中,可将预先混合的成分造粒,然后与组合物的剩余成分结合。当聚酰胺分成两部分加入时,剩余部分聚酰胺在第一成分已经混合后加入。当使用挤压机时,第二部分聚酰胺可通过下游进料口喂料。尽管可用分开的挤压机加工,但采用其长度方向上有多个喂料口的单台挤压机,以容纳其余的各种成分来制备,可简化加工过程。通常有益的是通过挤压机的一个或几个排气口向熔体施加真空,以除去组合物中的挥发性杂质。在包含诸如填料或增强剂的添加剂的某些实施方案中,有益的是在组合物的其他成分中引入添加剂作为母炼胶的一部分。例如,经常有用的是将导电填料与聚酰胺熔融混合,形成导电母炼胶,并将该导电母炼胶加入剩余成分中,通常在挤压机喂料口下游加入。
一般在离开挤压机后将该组合物造粒,这些颗粒可接着用诸如注塑成型、压缩成型、吹塑和外形挤压的低剪切或高剪切成型方法制成制品。一旦用高剪切或低剪切成型方法形成,聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于0.6μm2,或更准确地说,小于或等于0.5μm2,或甚至更准确地说,小于或等于0.4μm2的平均颗粒面积。颗粒中可存在或不存在这种形态学。
在一个实施方案中,该组合物一旦成型后,聚(亚芳基醚)颗粒就分散在聚酰胺中,且至少99%的聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于1.5μm2的平均颗粒面积。
颗粒面积通过透射式电子显微镜测定。将组合物以305℃的熔体温度在120℃的模具温度下注射成型成ASTM拉伸棒。从棒中部取下2mm×2mm的试样,并用超薄切片机从试样切下厚度100nm的薄片。切片时使薄片的长度或高度方向,而不是厚度方向与流动方向平行。图1表示长度5与流动方向10平行的切片。用新制备的氧化钌溶液对该切片进行蒸汽染色30秒。现在参考图2,浅灰度区域(例如15)对应聚酰胺,而较暗区域(例如20)对应聚(亚芳基醚)。参照标度棒(scale bar)校正图像,聚(亚芳基醚)颗粒通过对比度增强更清楚地描绘。然后用适当的图像分析软件,例如Clemex Vision PE分析粒径分布,以确定平均颗粒面积。
该组合物可进一步包含有效量的至少一种选自抗氧化剂、阻燃剂、阻滴剂、染料、颜料、着色剂、稳定剂;诸如粘土、云母和滑石的小颗粒矿物质;诸如切断玻璃和玻璃纤维的增强剂;诸如导电炭黑、碳纤丝、碳纤维和碳纳米管的导电填料;抗静电剂、增塑剂、润滑剂、发泡剂,以及它们的混合物的添加剂。这些添加剂的有效用量和掺入方法是本领域公知的。添加剂的有效用量范围很大,但通常可高达整个组合物重量的50%(重量)或以上。诸如受阻酚、硫代化合物和衍生自各种脂肪酸的酰胺的某些添加剂的含量通常为组合物总重的2%(重量)。
阻燃剂的实例包括卤化阻燃剂;包括环状磷酸盐的有机磷酸盐;诸如phosphonitrilic chloride、磷酯酰胺的含磷-氮键化合物;磷酸酰胺、膦酸酰胺、次膦酸酰胺、三(吖丙啶基)氧膦;四(羟甲基)氯化鏻;一次膦酸盐、二次膦酸盐和聚合物次膦酸盐、氢氧化镁、碳酸镁、红磷;蜜胺多磷酸盐;蜜勒胺磷酸盐、蜜白胺磷酸盐;蜜胺焦磷酸盐;蜜胺;蜜胺氰尿酸盐;诸如硼酸锌的锌化合物;以及包含以上至少一种的结合。阻燃剂的用量一般应能给该组合物提供足够的阻燃性,以通过诸如Underwriter’s Laboratory Bulletin 94标题为“Tests for Flammability ofPlastic Materials,UL 94”的强制阻燃性标准。相关阻燃性标准可由最终申请确定。
以下非限定性实施例进一步说明上文描述的各种实施方案。
实施例
以下实施例用表I所示材料制备。该实施例还含有少于1%(重量)的稳定剂和抗氧化剂。表II和III中所示用量为重量百分比。实施例中所用重量百分比基于组合物总重确定。
表I
该实施例用ASTM D256(Notched Izod,NI)和ASTM D3763(多轴冲击,MAI)在23℃和-30℃下试验冲击强度。Notched Izod值以焦耳/米报导。多轴冲击值以焦耳报导。PA9T的熔体粘度通过毛细管测粘法确定。多轴损耗(Multi-axial loss)通过(23℃下的多轴冲击值--30℃下的多轴冲击值)/23℃下的多轴冲击值确定。吸湿和热膨胀系数(CTE)如上文所述确定。CTE值以mm/mm.℃表示,吸湿值以%报导。平均颗粒面积如上文所述确定。用透射式电子显微镜或扫描电子显微镜确定是否相分散或共连续。
实施例1-15
将聚(亚芳基醚)、冲击改性剂,以及柠檬酸、富马酸或马来酐(如表II所示)加入30mm Werner and Pfleider双螺杆挤压机的喂料口中,以350rpm的螺杆速度、13.6kg/hr的喂料速度和305℃温度熔融混合。在下游加入聚酰胺。将这些材料造粒并注塑成型形成小片,试验Notched Izod冲击强度和Multi-axial冲击强度。通过电子显微镜检查形态学,并目测确定聚(亚芳基醚)相与聚酰胺相之间的关系(共连续的或分散的),以及聚(亚芳基醚)的粒径。配方和结果示于表II。
实施例1-3表明,包含具有良好物理性能和小聚(亚芳基醚)粒径的相容聚(亚芳基醚)/脂族聚酰胺掺和物的组合物可用一系列相容剂制备,且相容剂的种类很少与组合物的流变学和物理性能冲突。
实施例4-6表明,用低胺端基含量的脂族-芳族聚酰胺制成的组合物的物理性能较差。该组合物一旦注塑成型后就表现出脱层。
实施例7-10采用高熔体粘度的脂族-芳族聚酰胺。特别是实施例7和9采用柠檬酸作为相容剂并具有共连续形态学,而实施例8和10采用富马酸作为相容剂并具有分散的形态学。形态学的重要性在冲击数据,特别是低温冲击数据中可见,其中作为比较的富马酸相容的实施例具有比柠檬酸相容的实施例至少高30%的冲击强度。另外,富马酸相容的实施例的多轴冲击损耗显著低于柠檬酸相容的实施例的多轴冲击损耗。
实施例11-15采用低熔体粘度脂族-芳族聚酰胺。对采用不同相容剂的实施例的多轴冲击损耗的比较吃惊地表明,相容剂的选择对多轴冲击损耗有显著影响,并能降低50%或更多的多轴冲击损耗。更令人吃惊的是因为采用脂族聚酰胺的实施例1-3中未见类似现象。
相容剂、形态学和物理性能的相关性通过实施例11和12的比较进一步说明。实施例11采用柠檬酸作为相容剂,而实施例12采用富马酸。实施例11的形态学通过图3和4所示透射式电子显微照片说明。图4是图像分析后的图3所示显微照片。实施例12的形态学通过图5和6所示透射式电子显微照片说明。图6是图像分析后的图5所示显微照片。图4和6的图像分析的概述示于表III。所有颗粒面积以μm2表示。所分析的总面积为77.90.6μm2。图7是表示实施例11的颗粒面积分布的图。图8是表示实施例12的颗粒面积分布的图。
表III
实施例11 | 实施例12 | |
计数的最小颗粒面积 | 0.1 | 0.05 |
计数的最大颗粒面积 | 3.3 | 1.5 |
平均颗粒面积 | 0.7 | 0.35 |
标准偏差 | 0.6 | 0.27 |
所有颗粒面积之和 | 36.8 | 27.9 |
计数颗粒数 | 51 | 79 |
实施例11具有大于0.6μm2的平均颗粒面积,并表现出两倍于平均颗粒面积小于0.6μm2的实施例12的多轴冲击损耗。此外,大于或等于99%的实施例12的颗粒具有小于或等于1.5μm2的颗粒面积。
实施例16
用实施例11的配方制备组合物,但将聚(亚芳基醚)与柠檬酸熔融混合制备改性的聚(亚芳基醚)然后造粒。然后将粒化的改性聚(亚芳基醚)与剩下的成分加入喂料口中并熔融混合。当检查注塑成型物品的形态学时发现,聚(亚芳基醚)颗粒的粒径显著缩小,且99%以上的颗粒具有小于或等于1.5μm2的颗粒面积。
实施例17-20
将聚(亚芳基醚)、冲击改性剂,以及柠檬酸或富马酸(如表IV所示)加入28mm Werner and Pfleider双螺杆挤压机的喂料口中,以300rpm的螺杆速度、10kg/hr的喂料速度和310℃温度熔融混合。该挤压机有2个下游喂料位置。在挤压机的第一个下游喂料位置加入聚酰胺,在第二个下游喂料位置加入1.8%(重量)的导电炭黑。将该材料造粒并注塑成型成小片,试验其Notched Izod冲击强度和多轴冲击强度。结果示于表IV。
表IV
成分 | 17* | 18* | 19 | 20 |
PPE II | 34.09 | - | 34.29 | - |
PPE III | - | 35 | - | 35.2 |
PA9T IV | - | - | - | 48 |
PA9T V | - | - | 48 | 50 |
PA 6 | 10 | 10 | ||
PA6,6 | 38 | 38 | 50 | - |
SEBS II | 7 | 7 | 7 | 7 |
SEP | 8 | 7 | 8 | 7 |
柠檬酸 | 0.7 | 0.7 | - | - |
富马酸 | - | - | 0.5 | 0.5 |
Notched Izod:23℃ | 19 | 17 | 26 | 15 |
Notched Izod:-30℃ | 11 | 9 | 8 | 8 |
多轴冲击试验:23℃ | 62.8 | 54.3 | 57.96 | 38.9 |
多轴冲击试验:-30℃ | 5.12 | 0.32 | 26.88 | 17.9 |
多轴冲击损耗 | 0.92 | 0.93 | 0.53 | 0.53 |
*比较例
实施例19和20分别与实施例17和18比较时表现出,包含聚(亚芳基醚)/脂族-芳族聚酰胺和导电填料的相容掺和物的组合物表现出低于包含聚(亚芳基醚)/脂族聚酰胺的相容掺和物的可比组合物的多轴冲击损耗。
虽然本发明已参考各种实施方案描述,但本领域普通技术人员应该理解的是,可作出各种变化,也可用等价物代替相应的元素,而不脱离本发明的范围。另外,可根据本发明的教导进行许多修改以适应具体形势或材料,而不脱离本发明的基本范围。因此,本发明并不限于作为试图实施本发明的最佳方式的具体实施方案,但本发明将包括落在附属权利要求范围内的所有实施方案。
Claims (12)
1.一种组合物,包含:
冲击改性剂;和
聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量和脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,其中以聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和冲击改性剂的结合重量计,聚(亚芳基醚)的含量为10-70重量%,脂族-芳族聚酰胺的含量为5-80重量%,冲击改性剂的含量为3-30重量%,而且更进一步的是,其中在不存在填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有用根据ASTM D 3763测量的多轴值确定小于或等于0.27的多轴损耗,其中当该组合物成型时,聚(亚芳基醚)就作为颗粒分散在聚酰胺中,且该聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于0.6μm2的平均颗粒面积。
2.权利要求1的组合物,其中聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物进一步包含脂族聚酰胺。
3.权利要求1的组合物,其中聚(亚芳基醚)和脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物是聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺与选自下述物质的相容剂的反应产物:带有碳-碳双键和至少一个羧酸、酐、环氧、酰亚胺、酰胺、酯基或其官能等价物的多官能化合物;具有其中R是氢或烷基、芳基、酰基或羰基二氧基的通式OR代表的基团,和选自羧酸、酰基卤、酐、酰基卤酐、酯、原酸酯、酰胺、亚氨基、氨基和它们的盐的至少两个相同或不同的基团的多官能化合物;以及上述两种或多种多官能化合物的结合。
4.权利要求3的组合物,其中相容剂包含柠檬酸、富马酸、马来酐或上述两种或更多种的组合。
5.权利要求1的组合物,其中冲击改性剂包括链烯基芳族化合物与共轭二烯的嵌段共聚物、链烯基芳族化合物与共轭二烯的氢化嵌段共聚物、官能化弹性聚烯烃或上述两种或更多种的组合。
6.权利要求1的组合物,进一步包含抗氧化剂、阻燃剂、阻滴剂、染料、颜料、着色剂、稳定剂、小颗粒矿物质、增强剂、导电填料、抗静电剂、增塑剂、润滑剂、发泡剂或包含上述两种或更多种的混合物。
7.权利要求1的组合物,其中胺端基含量大于或等于50μmol/g。
8.权利要求1的组合物,其中聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于0.5μm2的平均颗粒面积。
9.权利要求1的组合物,其中聚(亚芳基醚)颗粒具有小于或等于0.4μm2的平均颗粒面积。
10.一种组合物,包含:
冲击改性剂;
导电填料;和
聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中在成型相容掺和物之前,脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,且该脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量,其中以聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和冲击改性剂的结合重量计,聚(亚芳基醚)的含量为10-70重量%,脂族-芳族聚酰胺的含量为5-80重量%,冲击改性剂的含量为3-30重量%,导电填料的含量是基于该组合物总重量的至多50重量%,而且更进一步的是,其中在存在填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有根据ASTM D 3763测量的多轴值确定的小于或等于0.60的多轴损耗。
11.包含权利要求1或10的组合物的制品。
12.一种组合物,包含:
冲击改性剂;和
聚(亚芳基醚)与脂族-芳族聚酰胺的相容掺和物,其中脂族-芳族聚酰胺具有大于45μmol/g聚酰胺的胺端基含量和脂族-芳族聚酰胺由包含60-100mol%对苯二酸单元的二元羧酸单元和包含60-100mol%1,9-壬二胺单元和/或2-甲基-1,8-辛二胺单元的二胺单元组成,其中以聚(亚芳基醚)、脂族-芳族聚酰胺和冲击改性剂的结合重量计,聚(亚芳基醚)的含量为10-70重量%,脂族-芳族聚酰胺的含量为5-80重量%,冲击改性剂的含量为3-30重量%,而且更进一步的是,其中在不存在填料和/或增强剂的情况下,该组合物具有用根据ASTM D 3763测量的多轴值确定小于或等于0.27的多轴损耗,和大于或等于210J/m的23℃下的缺口伊佐德值。
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