发明内容
本发明提供一种热塑性聚合物组合物,其包含基体聚合物(A)和聚合物加工助剂PPA(B),其中:
-(δ聚合物(B)-δ基体聚合物(A))>=2.0(J1/2.cm-3/2),优选>3.0(J1/2.cm-3/2),δ是根据Fedor方法计算的溶解度参数,并且
-聚合物(B)与基体聚合物(A)的熔体粘度比小于0.30,优选小于0.20,熔体粘度通过毛细管流变测定法在210℃和100s-1的剪切速率下测量。
溶解度参数根据Fedor方法(R.F.Fedors, Polymer engineering and science142, 147-154, 1974;R.F.Fedors, Polym. Eng. Science, vol.14, N°2, 147, 1974),根据下式测定:
ΔE对应于内聚能,并且V对应于摩尔体积。
因此,该方法包括将构成聚合物的各种基团的能量贡献相加。不同基团的能量贡献在以下著作中指出:Eric A. Grulke, Solubility Parameter Values, PolymerHandbook, 第4版, 1999,VII/675-714。
根据本发明,在热塑性聚合物组合物中,基体聚合物(A)的量为至少50重量%,通常为55至99.9重量%。
在一些实施方案中,热塑性聚合物组合物包含多于一种聚合物加工助剂。
本发明使得可解决上述需求。更特别地,它提供了改进的PPA添加剂以改进挤出的聚合物的可加工性。例如,它减少或消除了挤出过程期间聚合物组合物中的熔体破裂、模头积聚和/或表面缺陷。这通过考虑到挤出过程中使用的基体聚合物使用特定的聚合物加工助剂来实现。
与常规氟化PPA相比,它是进一步有利的,因为它更便宜并且是非卤化的。
因此,本发明提供了更有效的PPA添加剂,用于改进挤出的聚合物材料的可加工性,特别是用于减少熔体破裂。
在一些实施方案中,基于基体聚合物的重量,热塑性聚合物组合物中的聚合物加工助剂(B)的量为50-5000ppm(百万分率),优选100-3000ppm,更优选200-3000ppm。
在一些实施方案中,基体聚合物是聚烯烃组分(composition,组合物),优选地,聚烯烃组分包含非官能化聚烯烃、基本上由非官能化聚烯烃组成或由非官能化聚烯烃组成。
在一些实施方案中,基体聚合物包含以下、基本上由以下组成或由以下组成:线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高密度聚乙烯(UHDPE)或聚丙烯(PP)或其组合。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂选自聚酰胺、PEBA或其混合物。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂是聚酰胺。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂是聚酰胺,该聚酰胺是或包含均聚酰胺,包括PA6,PA10,PA11,和/或PA12,和/或共聚酰胺,包括PA66;PA610;PA612;PA1012;PA1212;和/或PA6、10、12,优选PA11。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂是共聚酰胺。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂是PEBA。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂(B)的溶解度参数大于20.0,优选大于21.0(J1/2.cm-3/2),溶解度参数根据Fedor方法计算,并且熔体粘度为在10和500Pa.s之间,优选在20和400Pa.s之间,更优选在20和350Pa.s之间,通过毛细管流变测定法在210℃和100s-1的剪切速率下测量。
在一些实施方案中,热塑性聚合物组合物包含至少一种佐剂,优选地,佐剂是或包含选自聚醚、脂族聚酯、聚(羟基丁酸酯)、硅酮、脂肪酸酯和脂肪酸酰胺中的一种或多种,优选聚醚共聚物。
根据另一方面,本发明提供一种在挤出机中挤出包含基体聚合物(A)的热塑性聚合物组合物的方法,包括将聚合物加工助剂进料至挤出机的步骤,其中:
-(δ聚合物(B)-δ基体聚合物(A))>=2.0(J1/2.cm-3/2),优选>3.0(J1/2.cm-3/2),δ是根据Fedor方法计算的溶解度参数,并且
-聚合物(B)与基体聚合物(A)的熔体粘度比小于0.30,优选小于0.20,熔体粘度通过毛细管流变测定法在210℃和100s-1的剪切速率下测量。
在一些实施方案中,该方法进一步包括将至少一种助剂进料至挤出机的步骤。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂和助剂(如果存在的话)以包含载体聚合物(C)的母料组合物的形式进料。
在一些实施方案中,将聚合物加工助剂和助剂(如果存在的话)单独地、同时地或作为共混物直接进料至挤出机。
在一些实施方案中,基体聚合物是聚烯烃,优选地,聚烯烃组分包含非官能化聚烯烃、基本上由非官能化聚烯烃组成或由非官能化聚烯烃组成。
在一些实施方案中,基体聚合物包含以下、基本上由以下组成或由以下组成:线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高密度聚乙烯(UHDPE)或聚丙烯(PP)或其组合。
在一些实施方案中,基于基体聚合物的重量,聚合物加工助剂(B)的量为50至5000ppm,优选100至3000ppm,更优选200至3000ppm。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂选自聚酰胺、PEBA或其混合物。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂(B)的溶解度参数大于20(J1/2.cm-3/2),溶解度参数根据Fedor方法计算,并且熔体粘度为在10和500Pa.s之间,优选在20和500Pa.s之间,更优选在20和400Pa.s之间,最优选在30至100Pa.s之间,通过毛细管流变测定法在210℃和100s-1的剪切速率下测量。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂是聚酰胺、PEBA或其混合物。
优选地,聚酰胺选自PA66、PA 610、PA612、PA1010、PA1012、PA 1212、或共聚酰胺PA6/12、PA 6/11、PA 6/1010、PA 6/66、PA 6/66/12、PA 6/66/11、PA 6/66/610、PA 6/612/11、或这些聚合物的共混物。
优选地,PEBA的嵌段聚酰胺选自PA66、PA 610、PA612、PA1010、PA1012、PA 1212、或共聚酰胺PA 6/12、PA 6/11、PA 6/1010、PA 6/66、PA 6/66/12、PA 6/66/11、PA 6/66/610、PA 6/612/11、或这些聚合物的共混物。
在一些实施方案中,将一种或多种聚合物加工助剂与基体聚合物掺混(例如预混合)或预共混(例如干共混或熔融共混),然后挤出基体聚合物。
在一些实施方案中,在挤出机中将一种或多种聚合物加工助剂与基体聚合物共进料。
在一些实施方案中,将一种或多种聚合物加工助剂添加到基体聚合物以制备母料。然后,所得母料可用于在基体聚合物挤出之前(例如干混或熔融共混)或在基体聚合物挤出期间(例如与基体聚合物共进料至挤出机)以任何常规方式将所述一种或多种聚合物加工助剂引入到基体聚合物中。
根据另一方面,本发明提供了一种挤出制品,其包含如上定义的聚合物组合物,优选地,所述制品是膜、片材、管、管材、线、纤维、缆线、线涂层或缆线护套。
根据另一方面,本发明提供聚合物(B)作为用于挤出包含基体聚合物(A)的热塑性聚合物组合物的加工助剂的用途,其中:
-(δ聚合物(B)-δ基体聚合物(A))>=2.0(J1/2.cm-3/2),优选>3.0(J1/2.cm-3/2),δ是根据Fedor方法计算的溶解度参数,并且
-聚合物(B)与基体聚合物(A)的熔体粘度比小于0.30,优选小于0.20,熔体粘度通过毛细管流变测定法在210℃和100s-1的剪切速率下测量。
具体实施方式
现在将在以下描述中非限制性地更详细地描述本发明。
根据本发明,PPA用于改进包含基体聚合物的挤出的热塑性组合物的可加工性。优选地,PPA用作在挤出聚烯烃组分中的聚合物加工助剂。
术语“聚合物加工助剂”或PPA,也称为“挤出剂”,是指用于改进聚合物材料的转化、改进聚合物材料的挤出可加工性和/或减少质量缺陷(例如可能在挤出过程期间出现的熔体破裂和模头积聚),并且还可改进聚合物材料的机械和/或光学性质的添加剂。
通过使用根据本发明的PPA提供的改进的实例包括但不限于消除或减少熔体破裂(鲨鱼皮);膜透明度的改进;光滑度和表面外观的改进;产品外观的改进;机械性质的改进;减少凝胶;尺度(gauge)控制;维护时间减少;模头积聚的减少;生产的一致性;更平滑的挤出条件;较低的能耗;减少循环时间和更快的过渡;减少与其它膜添加剂如防粘连剂和受阻胺光稳定剂(HALS)的潜在负面相互作用;挤出机扭矩的减小;聚合物临界剪切速率的降低。
评估PPA性能的常用手段是测量引入PPA后消除熔体破裂的时间。典型的测试包括建立有利于熔体破裂形成的挤出条件,包括适当选择工具、聚合物和工艺条件。一旦获得熔体破裂形成的正确条件,并且过程稳定,则可添加PPA,并记录消除熔体破裂的时间。性能更好的PPA是需要更少时间来消除熔体破裂的PPA。挤出机启动后挤出制品在获得具有光滑表面、无熔体破裂的挤出物之前表现出高度熔体破裂的经过时间也称为调理时间(conditioning time)。
通常,发现能够快速消除熔体破裂的PPAs也发现提供更好的效率。例如,当生产吹塑膜时,如果一种PPA可在30分钟内消除熔体破裂并且另一种PPA可在40分钟内消除熔体破裂,则说能够在30分钟内消除熔体破裂的PPA在消除熔体破裂方面更有效。
本发明提供一种热塑性聚合物组合物,其包含基体聚合物(A)和聚合物加工助剂PPA(B),其中:
-(δ聚合物(B)-δ基体聚合物(A))>=2.0(J1/2.cm-3/2),优选>3.0(J1/2.cm-3/2),δ是根据Fedor方法计算的溶解度参数,并且且
聚合物(B)与基体聚合物(A)的熔体粘度比小于0.30,优选小于0.20,熔体粘度通过毛细管流变测定法在210℃和100s-1的剪切速率下测量。
在一些实施方案中,聚合物(B)的溶解度参数与基体聚合物(A)的溶解度参数之间的差值(δ聚合物(B)-δ基体聚合物(A))大于3.2,优选大于3.5,更优选大于4.0,甚至更优选大于5.0(J1/2.cm-3/2)。
在一些实施方案中,聚合物(B)与基体聚合物(A)的熔体粘度比小于0.15,优选小于0.10,更优选小于0.05。
在一些实施方案中,热塑性聚合物组合物包含基体聚合物(A)和聚合物加工助剂PPA(B),其中:
-(δ聚合物(B)-δ基体聚合物(A))>3.2(J1/2.cm-3/2),优选>3.5(J1/2.cm-3/2),δ是根据Fedor方法计算的溶解度参数,并且
-聚合物(B)与基体聚合物(A)的熔体粘度比小于0.30,优选小于0.20,熔体粘度通过毛细管流变测定法在210℃和100s-1的剪切速率下测量。
在一些实施方案中,热塑性聚合物组合物的(δ聚合物(B)-δ基体聚合物(A))与(聚合物(B)与基体聚合物(A)的熔体粘度比)的比率大于13.1,优选大于20.0,更优选大于30.0。
根据本发明,聚合物加工助剂通常选自聚酰胺、共聚醚嵌段酰胺(PEBA)或其混合物。
聚酰胺
根据本发明,聚合物加工助剂通常是均聚酰胺,即由单一类型的单体获得的聚酰胺,或共聚酰胺,即由几种类型的不同单体获得的聚酰胺。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂是均聚酰胺。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂是共聚酰胺。
构成聚酰胺的单体(重复单元)可选自衍生自氨基酸、内酰胺和对应于式(Ca二胺)•(Cb二酸)的单元的单元,其中a表示二胺的碳原子数并且b表示二酸的碳原子数,a和b各自在4至36的范围内。
当该单元表示衍生自氨基酸的单元时,其可选自9-氨基壬酸(A=9)、10-氨基癸酸(A=10)、12-氨基十二烷酸(A=12)和11-氨基十一烷酸(A=11)及其衍生物,特别是N-庚基-11-氨基十一烷酸。
当该单元表示衍生自内酰胺的单元时,其可选自吡咯烷酮、2-哌啶酮、己内酰胺(A=6)、庚内酰胺、辛内酰胺、壬内酰胺(pelargolactam)、癸内酰胺、十一烷内酰胺和月桂基内酰胺(A=12)。
当该单元表示衍生自对应于式(Ca二胺)•(Cb二酸)的单元的单元时,(Ca二胺)单元选自直链或支链脂族二胺、脂环族二胺和烷基芳族二胺。
当二胺是具有式H2N-(CH2)a-NH2的脂族和直链时,(Ca二胺)单体优选选自丁二胺(a=4)、戊二胺(a=5)、己二胺(a=6)、庚二胺(a=7)、辛二胺(a=8)、壬二胺(a=9)、癸二胺(a=10)、十一烷二胺(a=11)、十二烷二胺(a=12)、十三烷二胺(a=13)、十四烷二胺(a=14)、十六烷二胺(a=16)、十八烷二胺(a=18)、十八烯二胺(a=18)、二十烷二胺(a=20)、二十二烷二胺(a=22)和由脂肪酸获得的二胺。
当二胺是脂族和支链时,它可在主链上包含一个或多个甲基或乙基取代基。例如,(Ca二胺)单体可有利地选自2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、2,4,4-三甲基-1,6-己二胺、1,3-二氨基戊烷、2-甲基-1,5-戊二胺和2-甲基-1,8-辛二胺。
当(Ca二胺)单体是脂环族时,其优选选自双(3,5-二烷基-4-氨基环己基)甲烷、双(3,5-二烷基-4-氨基环己基)乙烷、双(3,5-二烷基-4-氨基环己基)丙烷、双(3,5-二烷基-4-氨基环己基)丁烷、双(3-甲基-4-氨基环己基)甲烷(BMACM或MACM)、对-双(氨基环己基)甲烷(PACM)和亚异丙基二(环己胺)(PACP)。它还可包含以下碳基主链:降冰片基甲烷、环己基甲烷、二环己基丙烷、二(甲基环己基)和二(甲基环己基)丙烷。这些脂环族二胺的非详尽列表在出版物“Cycloaliphatic Amines”(Encyclopedia of Chemical Technology,Kirk-Othmer,第4版(1992),第386-405页)中给出。
当(Ca二胺)单体是烷基芳族时,其优选选自1,3-苯二甲胺和1,4-苯二甲胺。
当单元是对应于式(Ca二胺)•(Cb二酸)的单元时,(Cb二酸)单元选自直链或支链脂族二酸、脂环族二酸和芳族二酸。
当(Cb二酸)单体是脂族和直链时,它选自琥珀酸(b=4)、戊二酸(b=5)、己二酸(b=6)、庚二酸(b=7)、辛二酸(b=8)、壬二酸(b=9)、癸二酸(b=10)、十一烷二酸(b=11)、十二烷二酸(b=12)、十三烷二酸(b=13)、十四烷二酸(b=14)、十六烷二酸(b=16)、十八烷二酸(b=18)、十八烯二酸(b=18)、二十烷二酸(b=20)、二十二烷二酸(b=22)和含有36个碳的脂肪酸二聚体。
上述脂肪酸二聚体是通过基于烃的长链不饱和一元脂肪酸(例如亚油酸和油酸)的低聚或聚合获得的二聚脂肪酸,如特别在文献EP 0 471 566中所述。
当二酸为脂环族时,其可包含以下碳基主链:降冰片基甲烷、环己基甲烷、二环己基甲烷、二环己基丙烷、二(甲基环己基)和二(甲基环己基)丙烷。
当二酸是芳族时,其优选选自对苯二甲酸(表示为T)、间苯二甲酸(表示为I)和萘二酸。
聚酰胺可为结晶的或无定形的和透明的。
优选地,根据本发明的聚酰胺选自脂族聚酰胺,更特别是其单元的链长范围为4至18、更特别是4至12的那些。
更优选地,根据本发明的聚酰胺选自为PA6、PA10、PA11、PA12、PA66、PA 610、PA612、PA1010、PA1012、PA 1212的聚酰胺。
更优选地,根据本发明的聚酰胺选自共聚酰胺PA 6/12、PA 6/11、PA 6/1010、PA6/66、PA 6/66/12、PA 6/66/11、PA 6/66/610、PA 6/612/11、或这些聚合物的共混物。
聚酰胺的数均分子量可变化很大,如本领域技术人员将理解的。在一些实施方案中,聚酰胺的数均分子量Mn为在300和50 000 g/mol之间,优选在500和30 000 g/mol之间,更优选在1 000和25 000 g/mol之间。
数均分子量或数均摩尔质量Mn表示为PMMA当量(用作校准标准),并且可根据标准ISO 16014-1:2019通过尺寸排阻色谱法(SEC)测量,将聚合物溶解在六氟异丙醇中,在室温下用0.05 M三氟乙酸钾稳定24小时,浓度为1g/L,然后通过柱,例如以1mL/min的流速,通过折射率测量摩尔质量。尺寸排阻色谱法可使用改性二氧化硅的柱进行,例如在一组两个柱和改性二氧化硅的预柱(例如来自Polymer Standards Service的PGF柱和预柱)上进行,所述改性二氧化硅的预柱包含尺寸为300 × 8mm且粒度为7 μ m的1000Å柱,尺寸为300 ×8mm且粒度为7 μ m的柱和尺寸为50 × 8mm的预柱,例如在40℃的温度下。
聚酰胺或共聚酰胺可通过如上所述的单一类型的单体或两种不同类型的单体的熔融缩合获得。
一些合适的聚酰胺或共聚酰胺可从ARKEMA以商标RILSAN®、Platamid®,或从EVONIK以商标VESTAMID® VESTAMELT®或从EMS以商标GRILAMID®、GRILTEX®商购获得。
根据本发明合适的聚酰胺(例如PA 12)或共聚酰胺也可通过内酰胺在溶剂或溶液中的阴离子聚合获得。一些合适的那些可以商标ORGASOL®从Arkema商购获得。
PEBA
根据本发明,聚合物加工助剂可为共聚醚嵌段酰胺(PEBA),其由以下的缩聚产生:带有反应性末端的聚酰胺嵌段与带有反应性末端的聚醚嵌段,诸如尤其是:
1)带有二胺链末端的聚酰胺嵌段与带有二羧酸链末端的聚氧亚烷基嵌段;
2)带有二羧酸链末端的聚酰胺嵌段与带有二胺链末端的聚氧亚烷基嵌段,通过α,ω-二羟基化脂族聚氧亚烷基嵌段(称为聚醚二醇)的氰乙基化和氢化获得;
3)带有二羧酸链末端的聚酰胺嵌段与聚醚二醇,在这种特定情况下,获得的产物是聚醚酯酰胺。
PEBA的数均分子量Mn可在500和30 000 g/mol之间、优选在1 000和25 000 g/mol之间、更优选在1000和20 000 g/mol之间、甚至更优选在1000和15 000 g/mol之间变化。PEBA的数均摩尔质量可在嵌段共聚之前通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量。
带有二羧酸链末端的聚酰胺嵌段例如源自聚酰胺前体在链限制(也称为链限制剂)二羧酸存在下的缩合。带有二胺链末端的聚酰胺嵌段例如源自聚酰胺前体在链限制(也称为链限制剂)二胺存在下的缩合。
含有聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的聚合物还可包含无规分布的单元。
聚酰胺嵌段的类型可如上文针对聚酰胺所述的那样使用。通常,构成聚酰胺嵌段的聚酰胺选自脂族聚酰胺,更特别是其单元的链长范围为4至18、更特别是4至12的那些。
更优选地,构成聚酰胺嵌段的聚酰胺选自PA6、PA10、PA11、PA12、PA66、PA 610、PA612、PA1010、PA1012、PA 1212,或共聚酰胺PA 6/12、PA 6/11、PA 6/1010、PA 6/66、PA 6/66/12、PA 6/66/11、PA 6/66/610、PA 6/612/11,或这些聚合物的共混物。
聚醚PE嵌段由环氧烷单元形成。这些单元可为例如环氧乙烷单元、环氧丙烷单元或四氢呋喃(其导致聚四亚甲基二醇序列)。因此使用PEG(聚乙二醇)嵌段,即由环氧乙烷单元形成的嵌段,PPG(丙二醇)嵌段,即由环氧丙烷单元形成的嵌段,PO3G(聚三亚甲基二醇)嵌段,即由聚三亚甲基二醇醚单元形成的嵌段(这种具有聚三亚甲基醚嵌段的共聚物描述于US6590065中),和PTMG嵌段,即由四亚甲基二醇单元(也称为聚四氢呋喃)形成的嵌段。PEBA共聚物可在其链中包含几种类型的聚醚,共聚醚可为嵌段或统计形式。
还可使用通过双酚(例如双酚A)的氧乙基化获得的嵌段。后一种产品描述于专利EP613919中。
聚醚嵌段也可由乙氧基化伯胺形成。作为乙氧基化伯胺的实例,可提及下式的产物:
其中m和n在1和20之间,并且x在8和18之间。这些产品可以商品名Noramox®从CECA公司以及以商品名Genamin®从Clariant公司商购获得。
柔性聚醚嵌段可包含带有NH2链末端的聚氧亚烷基嵌段,此类嵌段能够通过被称为聚醚二醇的α,ω-二羟基化脂族聚氧亚烷基嵌段的氰基乙酰化获得。更特别地,可使用Jeffamine产品(例如Jeffamine®D400、D2000、ED 2003、XTJ 542,它们是来自Huntsman公司的商品,也描述于专利JP 2004346274、JP 2004352794和EP 1482011)。
聚醚二醇嵌段以未改性形式使用并与带有羧酸端基的聚酰胺嵌段共缩聚,或者它们被胺化以转化成聚醚二胺并与带有羧酸端基的聚酰胺嵌段缩合。在PA嵌段和PE嵌段之间含有酯键的PEBA共聚物的两步制备的一般方法是已知的,并且描述于例如法国专利FR2846332中。用于制备在PA嵌段和PE嵌段之间含有酰胺键的本发明的PEBA共聚物的一般方法是已知的,并且描述于例如欧洲专利EP1482011中。聚醚嵌段也可与聚酰胺前体和链限制二酸混合以制备含有聚酰胺嵌段和具有无规分布单元的聚醚嵌段的聚合物(一步法)。
不用说,本发明的说明书中的PEBA名称不仅涉及由Arkema销售的Pebax®产品、由Evonik®销售的Vestamid®产品和由EMS销售的Grilamid®产品,而且还涉及由DSM销售的Kellaflex®产品或来自其他供应商的任何其他PEBA。
PEBA中聚酰胺嵌段的数均摩尔质量Mn通常可为400至20 000 g/mol,优选500至10000 g/mol,更优选600至5 000 g/mol。
聚醚嵌段的数均摩尔质量通常可为100至6 000 g/mol,优选200至3 000 g/mol,更优选600至2 500 g/mol。
数均摩尔质量由链限制剂的含量设定。它可根据以下等式计算:
Mn=n单体× MW重复单元/n链限制剂+MW链限制剂
在该式中,n单体表示单体的摩尔数,n链限制剂表示过量二酸限制剂的摩尔数,MW重复单元表示重复单元的摩尔质量,MW链限制剂表示过量二酸的摩尔质量。
佐剂
在一些实施方案中,聚合物加工助剂与至少一种佐剂组合使用。换句话说,聚合物加工助剂和所述至少一种佐剂在挤出聚合物组合物中作为PPA一起使用。可选择佐剂以便进一步改进这种PPA的稳定性和/或有效性。佐剂的实例包括但不限于:
i)脂族聚酯,如聚(己内酯)、聚(乳酸)和聚(己二酸丁二醇酯);
ii)聚(羟基丁酸酯);
iii)硅酮;
iv)脂肪酸酯,例如脱水山梨糖醇单月桂酸酯;
v)脂肪酸酰胺,如硬脂酰胺和芥酸酰胺。
聚合物加工助剂和助剂可在包括在母料中之前或在直接添加到聚合物组合物之前作为共混物提供,如下所述。共混物可通过包括干混、熔融共混或配混的方法形成。它可呈例如粒料或粉末的形式。
基体聚合物(A)
在本发明的一些实施方案中,基体聚合物(A)是聚烯烃组分,优选地,聚烯烃组分包含非官能化聚烯烃、基本上由非官能化聚烯烃组成或由非官能化聚烯烃组成。
聚烯烃组分的实例包括但不限于线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高密度聚乙烯(UHDPE)、聚丙烯(PP)或其组合。优选地,聚烯烃组分包含LDPE或LLDPE,基本上由LDPE或LLDPE组成,或由LDPE或LLDPE组成。
基体聚合物的熔体指数可为0.01 g/10min至100g/10min,优选0.06 g/10min至60g/10min,并且更优选0.06至10g/10min(用2.16 kg重量测量的熔体指数,其中收集剪切速率为300s-1并且熔融温度为190℃)。
在一个实施方案中,这些范围适用于没有添加PPA/在添加PPA之前的基体组合物。在另一个实施方案中,这些范围适用于PPA添加之后的所得热塑性组合物。
基体聚合物组合物的多分散性可为1.1至9.0,优选1.1至4.0,并且更优选1.1至2.5。这些范围适用于没有PPA添加/在PPA添加之前的基体组合物。
多分散指数(PDI)是链长均匀性的量度,通过重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)的比率计算。这些值经由以下公式定义。
其中Ni是分子数,并且Mi是分子的摩尔质量。
基体聚合物的多分散性通常可通过凝胶渗透色谱法(GPC)-粘度测定法测定。GPC-粘度测定技术基于ASTM D6474-99的方法,并使用双折射计/粘度计检测器系统来分析聚合物样品。
在一些实施方案中,聚烯烃组分中的聚烯烃是非官能化聚烯烃或包含非官能化聚烯烃。
聚烯烃组分还可包括一种或多种其他添加剂,例如填料、颜料、染料、抗氧化剂、UV吸收剂和光稳定剂、成核剂、增强剂。
填料可包含分散的有机或无机颗粒。无机填料可为例如二氧化硅、氧化铝、沸石、氧化钛、碳酸盐(例如碳酸钠或碳酸钾)、水滑石、滑石、氧化锌、氧化镁或氧化钙、硅藻土、炭黑等。颜料可为无机的或有机的。
在一些实施方案中,聚烯烃组分被挤出为膜、管或片材,例如吹塑膜。
将PPA和所述至少一种佐剂(如果存在的话)添加到待挤出的热塑性聚合物组合物,使得PPA和所述至少一种佐剂(如果存在的话)的总量基于挤出后所得热塑性组合物的总重量按重量计在10和200,000 ppm之间,优选按重量计在25和100,000 ppm之间,更优选按重量计在50和2000ppm之间。
在PPA与所述至少一种佐剂一起使用的情况下,所得聚合物组合物中PPA和所述至少一种佐剂的重量比可在90:10至20:80、优选地70:30至30:70、更优选地60:40至40:60的范围内,并且例如大约50:50。
母料
在一些实施方案中,PPA(B)和佐剂(如果存在的话)以母料的形式一起添加到包含基体聚合物(A)的热塑性聚合物组合物。
在本申请中,术语“母料”是指包含预分散在载体聚合物中的聚合物加工助剂的组合物。术语“载体聚合物”或“稀释聚合物”描述了用于含有聚合物加工助剂组合物的母料的主要组分。载体聚合物可为或包含待挤出的相同聚合物组合物。替代地,载体聚合物可为或包含不同的聚合物组合物,其不会不利地影响待挤出的聚合物组合物的挤出行为。在本申请中,待挤出的聚合物组合物,即主体树脂或基体聚合物,是聚烯烃组分。
母料可以粉末、颗粒或粒料的形式提供。母料的制备可使用本领域已知的任何方法或工艺,例如US8501862中描述的方法。
母料通常通过挤出配混生产粒料形式的产品,但也可包括粒料以外的实施方案。
载体聚合物可为聚烯烃,其可为官能化的、非官能化的或其混合物。例如,为聚乙烯,例如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)或超高密度聚乙烯(UHDPE)或其组合。它可为使用茂金属类型的催化剂或更一般地“单点(single-site)”催化剂、Phillips类型的催化剂或Ziegler-Natta类型的催化剂获得的聚乙烯;聚丙烯,特别是等规或间规聚丙烯;双轴取向聚丙烯;聚丁烯(由1-丁烯获得);聚(3-甲基丁烯)或聚(4-甲基戊烯);两种或更多种聚烯烃的共混物,例如LLDPE与LDPE的共混物可用作载体。
载体聚合物可为共聚物,例如乙烯丙烯酸酯(可以商标Lotryl®从SK Functionalpolymer找到)或乙烯乙酸乙烯酯。
用于母料的合适的聚烯烃载体聚合物的选择通常解决几个问题,包括在待使用的聚烯烃聚合物中的混溶性,以及良好分散而不形成凝胶的能力。可预期,用低熔体指数(高熔体粘度)载体聚合物制备的母料将产生凝胶,或者具有产生凝胶的潜力,如果引入到较高熔体指数的聚烯烃聚合物中。具体形成的凝胶将包含母料的大的未分散的附聚物。通常,载体聚合物被选择为具有等于或高于待用于其中的基体聚合物的熔体指数。载体聚合物的典型熔体指数范围在0.06和20之间,并且用这种聚乙烯载体聚合物生产的母料最适合于熔体指数等于或低于2的聚烯烃聚合物。
在一些实施方案中,将PPA和佐剂(如果存在的话)以含有聚烯烃的母料的形式添加到包含基体聚合物的热塑性聚合物组合物。
在一些实施方案中,基于母料的总重量,母料包含PPA和佐剂(如果存在的话),PPA和佐剂的含量在1重量%和30重量%之间、优选地在2重量%和15重量%之间、更优选地在5重量%和10重量%之间的范围内。例如,PPA和佐剂(如果存在的话)在母料中的量为约7.5重量%。
母料可以本领域已知的任何方式使用,并且通常与包含粒料或粉末形式的基体聚合物的热塑性聚合物组合物预共混,或使用合适的设备如损失和重量进料器单独进料,或预配混以产生可挤出的配混物。例如,母料可在聚合物组合物的挤出加工期间以干混物添加。
当用作热塑性聚合物的PPA时,母料是特别有利的,所述热塑性聚合物例如高分子量和/或表现出窄分子量分布(通常使得多分散指数小于3,而小于2.5,更好地小于2.2)的聚乙烯。母料特别可用于以膜的形式挤出聚烯烃,特别是聚乙烯。
除了以母料的形式之外,在一些实施方案中,将PPA和佐剂(如果存在的话)直接添加到聚合物组合物。PPA和佐剂(如果存在的话)可单独地、同时地或作为共混物(特别是干共混物)添加到待挤出的热塑性聚合物组合物。
PPA和佐剂(如果存在的话)可通过以粉末形式干混或通过熔融共混或配混添加到热塑性聚合物组合物。熔融共混可在挤出机或共捏合机,更优选双螺杆挤出机或共捏合机中进行。
方法
本发明还涉及在挤出机中挤出包含基体聚合物的热塑性聚合物组合物的方法,其包括将聚合物加工助剂进料到挤出机的步骤。
本发明的挤出方法通常是熔融挤出方法。
在一些实施方案中,该方法进一步包括将至少一种佐剂进料至挤出机的步骤。PPA、所述至少一种佐剂和热塑性聚合物组合物是上面定义的那些。
在一些实施方案中,聚合物加工助剂和佐剂(如果存在的话)以含有载体聚合物(C)的母料组合物的形式进料。
在一些实施方案中,将聚合物加工助剂和佐剂(如果存在的话)单独地、同时地或作为共混物直接进料至挤出机。
该方法可包括将一种或多种其他添加剂(例如填料、颜料、染料、抗氧化剂)进料到挤出机的另外的步骤。
在一些实施方案中,如果使用基本上由基体聚合物组成的热塑性组合物进行,则该方法在将产生具有熔体破裂缺陷的热塑性组合物挤出物的剪切速率下进行。
制品
本发明还涉及包含通过根据本发明的方法挤出的热塑性聚合物组合物或由通过根据本发明的方法挤出的热塑性聚合物组合物制成的制品。
在一些实施方案中,制品选自膜、管、管材、线、纤维、缆线、线涂层和缆线护套。
实施例
以下实施例说明本发明而非限制本发明。
聚酰胺的合成
实施例1:
在4L高压釜中,引入308g己内酰胺、111.6 g六亚甲基二胺、140.6 g己二酸、840g月桂基内酰胺和7g水。在氮气下惰性化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至280℃材料。将混合物在280℃下保持4小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。设置氮气吹扫,扭矩计使得可以跟踪反应介质的增粘,聚合在期望扭矩下停止。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
实施例2:
在4L高压釜中,引入630g己内酰胺、217g六亚甲基二胺、273g己二酸、280g月桂基内酰胺和7g水。如实施例1中那样进行合成,不同之处在于待达到的材料温度为260℃,并且保持时间为3小时。
实施例3:
在4L高压釜中,引入343g己内酰胺、98.1 g六亚甲基二胺、289.6 g十二烷二酸、421.4 g氨基-11-十一烷酸和7g水。在氮气下惰化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至260℃材料。将混合物在260℃下保持1小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。设置氮气吹扫30min,然后置于真空(<20mbar)下。247.9 g摩尔质量为600的PEG,然后2.8 g乙酸锆被引入到反应器中。将反应器放回真空下,并在期望扭矩下停止聚合。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
实施例4:
在4L高压釜中,引入655.1 g己内酰胺、73.4 g己二酸和7g水。在氮气下惰化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至230℃材料。将混合物在260℃下保持1小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。设定氮气吹扫10分钟,然后将671.5 g PEG1500引入到反应器中。将反应器置于真空(<10mbar)下1小时,然后添加4.2 g丁醇锆。聚合在真空下继续进行直到达到期望扭矩。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
实施例5:
在4L高压釜中,引入659.9 g月桂基内酰胺、70.6 g己二酸和7g水。在氮气下惰性化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至280℃材料。将混合物在280℃下保持4小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。设定氮气吹扫10分钟,然后将669.5 gPEG1500引入到反应器中。将反应器置于真空(<10mbar)下1小时,然后添加3g丁醇锆。聚合在真空下继续进行直到达到期望扭矩。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
实施例6(比较例):
如实施例5中那样进行合成,不同之处在于使用235.2 g月桂基内酰胺、37.3 g己二酸、7g水、576.7 g PEG1500和1.7 g丁醇锆。
实施例7:
在4L高压釜中,引入259.8 g月桂基内酰胺、78.8 g己二酸和7g水。在氮气下惰性化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至280℃材料。将混合物在280℃下保持4小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。将氮气吹扫设置10分钟,然后将1061.3 gPTMG2000引入到反应器中。将反应器置于真空(<10mbar)下1小时,然后添加4.2 g丁醇锆。聚合在真空下继续进行直到达到期望扭矩。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
实施例8:
在4L高压釜中,引入648.1 g氨基-11-十一烷酸、72.0 g己二酸和7g水。在氮气下惰化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至250℃材料。将混合物在250℃下保持1小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。将氮气吹扫设置10分钟,然后将679.8 gPTMG1000引入到反应器中。将反应器置于真空(<10mbar)下1小时,然后添加2g丁醇锆。聚合在真空下继续进行直到达到期望扭矩。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
实施例9:
如实施例5中那样进行合成,不同之处在于使用652g月桂基内酰胺、56.5 g己二酸、7g水、691.5 g PTMG2000和2.2 g丁醇锆。
实施例10:
在4L高压釜中,引入7.4 g己二酸、1392.6 g月桂基内酰胺和7g水。在氮气下惰性化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至280℃材料。将混合物在280℃下保持4小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。设置氮气吹扫,扭矩计使得可以跟踪反应介质的增粘,聚合在期望扭矩下停止。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
实施例11:
在4L高压釜中,引入9.3 g己二酸、1390.7 g氨基-11-十一烷酸和7g水。在氮气下惰性化后,在搅拌和自生压力下将混合物加热至250℃。将混合物在250℃下保持1小时,然后在2小时内膨胀至大气压以达到230℃的材料。设置氮气吹扫,扭矩计使得可以跟踪反应介质的增粘,聚合在期望扭矩下停止。将反应器排入到水浴中,然后聚合物形成冷却的棒,将其造粒。
溶解度参数
作为一个示例,以下解释实施例1的溶解度参数的参数的计算(表1)。它是PA6、PA66和PA12的无规共聚物。
PA6由5个CH2基团和1个酰胺组成,PA 66由10个CH2基团和2个酰胺组成,PA 12由11个CH2基团和1个酰胺组成。
内聚能E是每个基团的能量的平方和。
摩尔体积V是每个基团的摩尔体积的平方和。
溶解度参数是E的摩尔分数之和相对于V的摩尔分数之和的平方根。
[表1]
熔体破裂试验
将没有任何添加剂的仅LLDPE的熔体破裂程度作为100%,对于实施例1至14获得将熔体破裂降低100%的时间。
结果在下表2中给出。
术语“熔体破裂”是本领域技术人员公知的,并且通常可指具有表面缺陷的明显迹象的膜,其表现为模头线、雾度带或软熔体破裂(桔皮)或硬熔体破裂(鲨鱼皮)的小带。短语“熔体破裂光洁(melt fracture clear)”意指膜具有光洁(clear)、无缺陷的表面。
在挤出期间将实施例1至14的聚合物(2000ppm)添加至LLDPE(PE)基础基体聚合物。在190℃的熔体温度下,在300s-1的收集剪切速率的条件下,LLDPE对于2.16 kg重量具有8g/10min的MVR(熔体体积-流动速率)。
[表2]
如表2中的实施例的结果所示,通过使用实施例1至5、8至13的聚合物作为添加剂,有效地减少了挤出期间LLDPE的熔体破裂。
熔体破裂减少的改进在实施例1至5、10和11中特别显著。