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CN102675808A - 用于外壳的疏水性abs塑料材料 - Google Patents

用于外壳的疏水性abs塑料材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包含有机硅添加剂的疏水性ABS塑料材料及其制备方法和作为外壳材料的用途，还涉及由该材料制造的电子设备。

Description

用于外壳的疏水性ABS塑料材料
技术领域
本发明涉及疏水性ABS塑料材料及其制备方法和作为外壳材料的用途，还涉及由该材料制造的电子设备。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylnitril-Butadien-Styrol Copolymerisat，缩写为ABS)是具有高表面硬度的塑料，其用于防刮和哑色表面，并耐冲击性好。它用于制造外壳，具体是电子设备的外壳。
电子设备，例如助听器、手机等在日常使用中暴露在污垢、水分和汗水中。渗入设备和接触到电子零件的水分将引起腐蚀和最终导致损坏零件，且甚至会导致设备故障。因此已知的是可以在整个外壳或单独的设备组件的表面上提供湿度和/或污垢防护层。当给所有的外壳组分提供这种类型表面时，将获得最好的效果。
由于设备外壳大多包括多种塑料部件，液体可以渗入外壳件之间的接合处，以及在毛细管力作用下进入设备中。外壳材料的润湿性可以通过水接触角(water contact angle，WCA)和后退接触角(water contact angle，RCA)进行说明。如果表面的水接触角较小(例如0至45°)时，则称为亲水性的，如果水接触角约为90°时，称为疏水性的，如果接触角甚至更大时，称为超疏水性的。接触角可以通过表面处理而改变。后退接触角可以被认为是表面去润湿性的量度，且给出了在清洗时容易操作的面的信息。该值描述了从已经粘附在相应表面上除去物质所需的力或能量。后退接触角基本上小于水接触角，但是这里成立的是，材料的疏水性越大，后退接触角常常越大。
虽然ABS的表面性能可以使得外壳材料开始时就具有足够的疏水性(WCA约75°，RCA约50°)，但是在潮湿环境中或在与汗水接触时，表面性能迅速变差，其中在潮湿环境中RCA＜20，与汗水接触时RCA＜30。
为了改进表面性能，专利公开文献EP 1432281A2公开了一种助听器，在该助听器中外壳组件设置具有疏水性和/或疏油性和/或抑生物膜性涂层。
然而，单独外壳件的涂层导致了复杂的制造过程并且不适用于所有的构件，因为制造中的某些过程步骤例如胶接、上漆或印刷不能在疏水表面上完成。涂层的施用也需要额外的加工步骤(例如涂覆、干燥、固化)和相应的具体的制造设备。此外涂层的不利之处在于它们会由于机械应力(摩擦)而被除去。
因此，本发明的目的是提供疏水性ABS塑料材料及其制备方法和用作外壳材料的用途，通过该外壳材料可以保护外壳中的敏感电子组件不受水分损坏。
所述目的通过权利要求1中所述的组合物和权利要求6中所述的其制备方法得到实现。此外，本发明还提供了根据权利要求11的用于电子设备的外壳。本发明的组合物可以在本发明中用于制造外壳材料。
本发明提供了包含ABS塑料和有机硅添加剂(Silikonadditiv)的组合物。
ABS塑料是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物构成的塑料(Kunststoff)。
有机硅添加剂包含聚硅氧烷(Polyorganosiloxane)。聚硅氧烷通常也定义为“聚硅氧烷(Polysiloxane)”、“有机硅塑料(Silikonkunststoff)”或“有机硅(Silikone)”。
聚硅氧烷可以与其他聚合物共聚(这时所用术语是聚硅氧烷共聚物)。
优选地，本发明提供了一种组合物，其中有机硅添加剂是聚硅氧烷，其含有彼此独立地选自由以下组成的组的侧链：
未经取代的烷基、未经取代的烯基、经取代的烷基以及经取代的烯基，
其中经取代的烷基或烯基具有至少一种选自由以下组成的组的取代基：羟基(-OH)、环氧基、醚基(-(CH2)nOR)或伯氨基(-NH2)或仲氨基(-NHR)。
聚硅氧烷可以具有以下通式给出的结构：
Figure BDA0000144094050000021
其中R1、R2、R3和R4是彼此独立地选自由以下组成的组的侧链：未经取代的烷基、未经取代的烯基、经取代的烷基和经取代的烯基，
其中经取代的烷基或烯基具有至少一种选自由以下组成的组的取代基：羟基(-OH)、环氧基、醚基(-(CH2)nOR)或伯氨基(-NH2)或仲氨基(-NHR)。
根据以上所示结构式，如果硅原子不与氧键合或不与侧链R1至R4中的一种键合，则用甲基(-CH3)饱和。
根据本发明的一方面，优选R1、R2、R3和R4表示相同的侧链。
根据本发明的一方面，优选，分别地，R1和R3表示相同的侧链，R2和R4也表示相同的侧链。
根据本发明的一方面，优选有机硅添加剂的硅醚链(Siliconeetherkette)分别使用根据R1至R4的侧链中的一种的侧链封端。
根据本发明的一方面，优选有机硅添加剂的重量百分比是≤20重量％。有机硅添加剂的重量百分比特别优选≤10重量％。
有机硅添加剂的重量百分比特别为2至6重量％。该有机硅添加剂的重量百分比充分改进了组合物的疏水性能并且同时实现了低的总成本。
根据本发明的一方面，优选有机硅添加剂选自由具有以下表达式所给结构的聚硅氧烷组成的组的聚硅氧烷：
Figure BDA0000144094050000041
根据以上所示的结构式，如果硅原子不与氧键合或不与详细示出的侧链键合，则用甲基(-CH3)饱和。
根据本发明的一方面，优选聚硅氧烷的分子量≤5000。该有机硅添加剂的重量百分比充分改进了组合物的疏水性能并且同时实现了低的总成本。
根据本发明的一方面，优选聚硅氧烷中Si-O-单元数目≤70。
本发明的组合物可以包含另外的添加剂，例如染料、流平剂(Flieβmittel)等。
本发明另外提供上述组合物的制备方法，其中将有机硅添加剂加入ABS塑料原料中，并且与ABS塑料原料一起混合且任选进行加热。
根据本发明的一方面，优选将有机硅添加剂加入ABS塑料原料中，并且与ABS塑料原料一起加热和挤出。
本发明另外提供本发明组合物用于制造疏水性外壳材料的用途，特别是用于制造助听器外壳的用途。
本发明另外提供用于电子设备的外壳，其包含本发明组合物。
本发明另外提供具有外壳的电子设备，所述外壳包含本发明组合物。
本发明另外提供具有外壳的助听器，所述外壳包含本发明组合物。
本发明基于如下考虑，代替要涂覆的塑料外壳，向用于外壳的ABS塑料原料中加入与ABS塑料相容的添加剂，从而获得具有改进疏水性能的组合物。
在此已经发现，特别是根据本发明使用的有机硅添加剂与ABS原料是相容的并且此外也适用于实现材料的所需性能。
所使用的聚硅氧烷优选具有以下结构：
Figure BDA0000144094050000051
本文中R1、R2、R3和R4是饱和的或不饱和的脂肪烃侧链。该侧链可以经例如羟基(-OH)、环氧基、醚基(-(CH2)nOR)或伯氨基(-NH2)或仲氨基(-NHR)或乙烯基所取代。
根据以上所示的结构式，如果硅原子不与氧键合或不与详细示出的侧链键合，则用甲基(-CH3)饱和。
它们可以分别具有一元或多元取代。
R1至R4可以是相同的或彼此不同的。
聚硅氧烷可以具有上述类型中2、3或4种不同的侧链，以及它们可以规律(例如aabb、abab、aabbcc、abcabc)或无规律地交替。
优选的聚硅氧烷是聚二甲基硅氧烷。
侧链可以用于与聚合物交联，如在以下结构式中所示，其中在所述结构式中R1表示ABC聚合物：
Figure BDA0000144094050000052
根据以上所示的结构式，如果硅原子不与氧键合或不与详细示出的侧链键合，则用甲基(-CH3)饱和。
在该实例中，硅主链交替地连接具有氨基的侧链和具有环氧基的侧链。
令人意外地，已发现聚硅氧烷适合用作ABS塑料用的添加剂以及改进它的疏水性能。因此，本发明的组合物特别适合用于水分敏感设备(特别是电子设备)用的外壳。
设备外壳特别具有保护设备内部不受环境影响的作用。这对于在特殊条件下使用的设备是特别重要的，所述特殊条件例如户外使用或随身携带的设备。这些实例有手机、助听器、便携式MP3播放器、相机、计算机和类似设备。
本发明人意外地发现了本发明的组合物适用于这种类型的应用，因为该外壳材料具有长时间的排水性(feuchtigkeitsabweisend)。
主硅链有利于疏水性能的所需改进。
因此，本发明组合物特别适用于助听器外壳，因为助听器佩戴在身上，从而接触水分、汗水、身体护理产品或化妆品以及耳垢(耳蜡)。已显示本发明的组合物特别耐受上述物质，且外壳的疏水性能可以保持相当长的时间段。
有机硅添加剂的使用可以长时间改进疏水性能(通过WCA和RCA测量)，即与不使用有机硅添加剂时相比，塑料可以保持所述性能显著更长的时间。与已知的表面处理方法相比，制备包含有机硅添加剂的ABS塑料材料不需要额外的操作。有机硅添加剂可以例如在挤出之前加入，例如在混配期间。有机硅添加剂也可以在实施注塑法之前直接加入。这种类型的有机硅添加剂的材料成本有限(＜20美元/天)，因此总成本可以保持在比较低的水平上。可以继续使用已有的制造工艺和已有的制造设备。
示意性的制造过程可以在以下条件下进行：
混配参数：
螺杆直径：    25mm，L/D 40
料筒温度：    230℃
螺杆转速：    250rpm
产量：        8kg/h
扭矩：        约25-30％
2.5重量％至6重量的有机硅添加剂。
将添加剂加入完成的塑料中。对加入的时间点是不受限制的，即，或者在注塑本身期间，或者在先前的混配期间。
为了研究疏水性能，测定以下的WCA和RCA值：不含有机硅添加剂的ABS塑料、含6重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料以及含2.5重量％的聚氨基有机硅氧烷(Polyaminoorganosiloxan)和4重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料。
不含有机硅添加剂的ABS塑料的WCA值为约75°，对于含6重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料以及含2.5重量％的聚氨基有机硅氧烷和4重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料而言，它们的WCA值分别为约85°。
不含有机硅添加剂的ABS塑料的RCA值为约50°，对于含6重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料而言，它的RCA值为约60°，以及对于含2.5重量％的聚氨基有机硅氧烷和4重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料而言，它的RCA值为约75°。
在以不同方式处理塑料试样后，例如在40℃在100％相对湿度下，用防晒霜、须后水、多种温度和水分循环处理，也通过磨损进行处理，发现不含有机硅添加剂的ABS塑料显示了疏水性能的明显破坏(RCA值减小)，而在包含所测试的有机硅添加剂的ABS塑料的情况中，疏水性能得以保持。
在40℃在100％相对湿度处理3星期之后，不含有机硅添加剂的ABS塑料的RCA值从约50°减小至约15°。
在40℃在100％相对湿度处理3星期之后，包含6重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料的RCA值从约60°仅减小至约50～55°。
在40℃在100％相对湿度处理3星期之后，含2.5重量％的聚氨基有机硅氧烷和4重量％的聚硅氧烷-聚酯共聚物的ABS塑料的RCA值从约75°仅减小至约65°。

Claims (11)

1.组合物，其含有ABS塑料和有机硅添加剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述有机硅添加剂包含聚硅氧烷，其具有彼此独立地选自由以下组成的组的侧链：
未经取代的烷基、未经取代的烯基、经取代的烷基以及经取代的烯基，
其中经取代的烷基或烯基包含至少一种选自由以下组成的组的取代基：羟基(-OH)、环氧基、醚基(-(CH2)nOR)或伯氨基(-NH2)或仲氨基(-NHR)。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述有机硅添加剂的重量百分比小于等于20重量％。
4.根据上述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述聚硅氧烷的分子量小于等于5000。
5.根据上述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述聚硅氧烷中Si-O-单元的数目小于等于70。
6.权利要求1至5中任一项所述的组合物的制备方法，其中将有机硅添加剂加入ABS塑料原料中。
7.权利要求1至6中任一项所述的ABS塑料材料的制备方法，其中将所述有机硅添加剂加入ABS塑料原料中并与所述ABS塑料原料一起混合。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中将所述有机硅添加剂加入ABS塑料原料中并与所述ABS塑料原料一起加热和挤出。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物用于制造疏水性外壳材料的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，用于制造助听器外壳。
11.包含根据权利要求1至5中任一项所述的组合物的电子设备外壳。
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