抗刮伤、透明且坚韧的共聚多酰胺模塑复合物、由其制造的模塑制品及其用途的制作方法与工艺

文档序号:12701923阅读:180来源:国知局
本发明涉及抗刮伤、透明且坚韧的共聚多酰胺模塑复合物(copolyamidemouldingcompounds),其特点是抗刮伤性高、透明度出色且韧度大。可用本发明所述的透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物生产额外具有出色机械性能的透明模塑制品或透明涂层。本发明所述的透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物通过使羧酸混合物和至少一种脂环族二胺进行缩聚得到,所述羧酸混合物包含至少一种具有6-18个碳原子的脂肪族二羧酸和至少一种芳香族二羧酸、或由至少一种具有6-18个碳原子的脂肪族二羧酸和至少一种芳香族二羧酸组成,所述芳香族二羧酸选自于由间苯二甲酸、对苯二甲酸和/或萘二甲酸所组成的组,所述脂环族二胺选自于由3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷(DMDC)、3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷、2,2′,3,3′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷和/或降冰片烷二胺所组成的组。此外,本发明涉及由所述共聚多酰胺模塑复合物生产的模塑部件或涂层,以及透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物在生产透明模塑制品或透明涂层中的用途,所述透明模塑制品或透明涂层尤其用于如下领域:工业、家用、卫生设备、光学、钟表、电气、电子学、照明、汽车、机械工程、包装、服装、纺织业、运动休闲、测量和测试工具、玩具和设计。

背景技术:
现有技术中已知透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物以及可由其制造的透明的非晶形聚酰胺模塑制品。在透明的聚酰胺领域中主要分为两类聚合物,即,微晶的透明聚酰胺以及非晶形的透明聚酰胺。例如,由DE4310970A1中已知微晶的透明共聚多酰胺模塑复合物及其用于眼镜框、盖罩(covers)和仪器用玻璃以及灯罩的用途。其中所述的聚酰胺由4,4′-二氨基环己基甲烷作为二胺组分以及十二烷二酸作为酸组分生产。另外,在EP1595907A1中描述了基于二胺和C14二羧酸的透明的非晶形聚酰胺。此外,由EP0725101A1已知透明的非晶形聚酰胺在大多数溶剂中具有格外出色的抗应力开裂性(stress-crackingresistance)。然而,对于抗刮伤性,前述类型的聚合物是不利的。为解决这一问题,EP2093255A2提出通过专门的添加剂使透明聚酰胺具备抗刮伤性。WO2008/025703A1描述了将共聚多酰胺模塑复合物作为聚碳酸酯涂层。从而,能够制造出对应力开裂不敏感、抗刮伤且耐磨的物体。在第2页第6行更加详细地描述了所述聚酰胺,但是并未公开所述聚酰胺涉及的是透明聚酰胺或是不透明聚酰胺。然而,目前已经证明已知的透明共聚多酰胺模塑复合物确实具有不利之处。特别突出的是,由透明共聚多酰胺模塑复合物生产的模塑制品的抗刮伤性不总是令人满意。共聚多酰胺模塑复合物应具有尽可能高的抗刮伤性能,以确保由其生产的模塑制品尤其是具有长的寿命和持久的透明度。因此,所生产模塑制品具有高的机械性能(尤其是通过例如缺口冲击强度(notchimpactstrength)、断裂伸长率(breakingelongation)和/或冲击强度所描述的韧度)也是必需的。另外,透明模塑制品必需具有尽可能高的透明度。目前已知的共聚多酰胺模塑复合物在整体上并不符合这些要求。

技术实现要素:
因此,本发明的目的为提供一种共聚多酰胺模塑复合物,所述共聚多酰胺模塑复合物即使在不加入添加剂时也具有高的抗刮伤性和透明度。此外,本发明的共聚多酰胺模塑复合物的特征在于其同样具有良好的机械性能。就具有权利要求1特征的共聚多酰胺模塑复合物而言、就具有专利权利要求14特征的由本发明的共聚多酰胺模塑复合物生产的模塑部件或涂层而言、以及就使用具有专利权利要求16特征的本发明的共聚多酰胺模塑复合物的可能性而言实现了这一目的。各自的从属权利要求由此表示有利的改进。根据本发明,由此提供了一种透明、抗刮伤且坚韧的共聚多酰胺模塑复合物,所述模塑复合物可通过使至少一种脂环族二胺和二羧酸混合物进行缩聚来生产,所述脂环族二胺选自于由3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷(DMDC)、3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷、2,2′,3,3′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷和/或降冰片烷二胺所组成的组,所述二羧酸混合物包含至少一种具有6-18个碳原子的脂肪族二羧酸和至少一种芳香族二羧酸、或由至少一种具有6-18个碳原子的脂肪族二羧酸和至少一种芳香族二羧酸组成,所述芳香族二羧酸选自于由间苯二甲酸、对苯二甲酸和/或萘二甲酸所组成的组。出乎意料的是,本发明的共聚多酰胺模塑复合物的特征在于具有高的抗刮伤性,根据ASTMD3363-05在经调整的测试板上进行测量,所述抗刮伤性大于或等于铅笔硬度H级、优选大于或等于2H级。已经证明,仅通过选择这些特定组分得到了透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物,相对于现有技术中已知的模塑复合物,所得到的共聚多酰胺模塑复合物在整体上具有明显更优越的性质。因此,透明意味着根据ASTMD1003在厚度为2mm的测试件上测量的光透过率为至少80%、优选至少90%。因此,非晶形意味着根据ISO11357测量的熔化热为至多5J/g、优选至多3J/g、特别优选至多1J/g。本发明因此还包括混合物。应将混合物理解为:处于任意混合比的上述的本发明共聚多酰胺模塑复合物的掺和物(blends);以及本发明的共聚多酰胺模塑复合物的混合物和/或其与另外的聚酰胺的掺和物,相对于总的混合物,以至多20wt%、优选至多10wt%包含这些另外的聚酰胺。这些另外的聚酰胺可为部分结晶、微晶或非晶形。这些另外的聚酰胺优选选自于由下述聚酰胺所组成的组:PA6、PA69、PA610、PA612、PA614、PA1010、PA1212、PA6/66/12、PA6/66、PA6/12、PA11、PA12、PA6I/6T、PAMXDI/6I、PAMXDI/MXDT/6I/6T、PAMACM12、PAMACM14、PAMACM18、PAPACM12、PAPACM14、PAPACM18、PA6I/6T/MACMI/MACMT、PA6-3-T、PAMACMI/12、PAMACMT/12、聚醚酰胺、聚醚酯酰胺以及上述物质的混合物或共聚物。本发明的共聚多酰胺模塑复合物的相对粘度(根据ISO307在间甲酚中测量)为1.35-2.15、优选1.40-2.0、特别优选1.45-1.95、非常特别优选1.50-1.90。在优选的实施方式中,根据ISO179在经调整的测试试条上测量的、本发明共聚多酰胺模塑复合物的缺口冲击强度为至少9kJ/m2。如果根据ISO11357测量的本发明共聚多酰胺模塑复合物的玻璃化转变温度为至少165℃、优选165℃至215℃、特别优选170℃至210℃、非常特别优选190℃至210℃,将因此更加有利。此外,有利的是根据DIN53449在干燥的测试件上测量的在甲苯中的抗应力开裂性为至少15MPa、优选至少20MPa、特别优选至少25MPa。本发明进一步优选的实施方式提供了断裂伸长率为至少20%、优选至少30%,所述断裂伸长率根据ISO527在经调整的测试试条上测量。此外,特别优选根据ISO527在经调整的测试试条上测量的拉伸弹性模量为至少1700MPa、优选至少1800MPa、特别优选至少2000MPa。本发明特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的脂环族二胺,所述脂环族二胺选自于由3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷(DMDC)、3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷、2,2′,3,3′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷以及上述物质的混合物所组成的组。本发明进一步特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的脂环族二胺,所述脂环族二胺选自于由3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷(DMDC)、3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷及其混合物所组成的组。本发明进一步特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的脂环族二胺,所述脂环族二胺选自于由3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷(DMDC)和3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷所组成的组。本发明特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的脂肪族二羧酸,所述脂肪族二羧酸选自于由具有6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个和14个碳原子的二羧酸及其混合物所组成的组。本发明进一步特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的脂肪族二羧酸,所述脂肪族二羧酸选自于由具有9个、10个、11个、12个、13个和14个碳原子的二羧酸及其混合物组成的组。本发明进一步特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的脂肪族二羧酸,所述脂肪族二羧酸选自于由具有9个、10个、11个和12个碳原子的二羧酸及其混合物所组成的组。本发明进一步特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的脂肪族二羧酸,所述脂肪族二羧酸选自于由壬二酸(9个碳原子)、癸二酸(10个碳原子)、十二烷二酸(12个碳原子)、十四烷二酸(14个碳原子)以及上述物质的混合物所组成的组。特别优选仅使用单一的脂肪族二羧酸。本发明进一步特别优选的实施方式提供了用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的单一的脂肪族二羧酸,所述单一的脂肪族二羧酸选自于由壬二酸(9个碳原子)、癸二酸(10个碳原子)、十二烷二酸(12个碳原子)、十四烷二酸(14个碳原子)所组成的组。在进一步的实施方式中,就本发明的透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物而言,特别优选用于生产本发明共聚多酰胺模塑复合物的单一的脂肪族二羧酸选自于由壬二酸(9个碳原子)、癸二酸(10个碳原子)和十二烷二酸(12个碳原子)所组成的组。在进一步的实施方式中,就本发明的透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物而言,特别优选壬二酸(9个碳原子)。在进一步的实施方式中,就本发明的透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物而言,特别优选癸二酸(10个碳原子)。在进一步的实施方式中,就本发明的透明的非晶形共聚多酰胺模塑复合物而言,特别优选十二烷二酸(12个碳原子)。此外,优选至少一种脂肪族二羧酸和至少一种芳香族二羧酸的缩聚用混合物由以下物质组成:a)15-38mol%、优选20-36mol%、特别优选20-30mol%的至少一种脂肪族二羧酸;以及b)12-35mol%、优选14-30mol%、特别优选20-30mol%的至少一种芳香族二羧酸。就本发明共聚多酰胺的单体的量的数据(前文所示)而言,所有单体的比例合计达100mol%,二胺的摩尔比等于二羧酸的摩尔比之和。就这点而言,排除了另外的单体、特别是内酰胺和/或ω-氨基羧酸。因此,应将上述关于二羧酸的量的数据(以及二羧酸或二胺所有另外的量的数据)理解为,使得在缩聚过程中所使用的这些离析物(educts)的相应摩尔比同样再次见于通过缩聚这一方式生产的共聚多酰胺模塑复合物中。脂肪族二羧酸优选考虑直链脂肪族二羧酸而非脂环族二羧酸。在优选的实施方式中,至少一种芳香族二羧酸选自单独的间苯二甲酸、对苯二甲酸或萘二甲酸;或者表示间苯二甲酸和对苯二甲酸的混合物、间苯二甲酸和萘二甲酸的混合物、或间苯二甲酸与对苯二甲酸和萘二甲酸的混合物。就上述实施方式而言,由此特别优选所述至少一种芳香族二羧酸为间苯二甲酸和对苯二甲酸和/或萘二甲酸的混合物,间苯二甲酸相对于对苯二甲酸和/或萘二甲酸的摩尔比优选为5∶1至1∶1.2。非常特别优选的是,通过使3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷(DMDC)和/或3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷同1,12-十二烷二酸和间苯二甲酸和/或对苯二甲酸的混合物进行缩聚,可生产共聚多酰胺模塑复合物,即,共聚多酰胺模塑复合物由衍生自上述单体的重复单元组成。对于此类共聚多酰胺模塑复合物的生产,特别使用50mol%的3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷和/或3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷、以及15-38mol%的1,12-十二烷二酸和12-35mol%的间苯二甲酸和/或对苯二甲酸的混合物,即,共聚多酰胺模塑复合物中二胺的比例是50mol%且二羧酸的比例是50mol%。就所使用的羧酸混合物而言,特别有利的是,相对于所有二羧酸之和(对应于共聚多酰胺模塑复合物的50mol%),使用下列的羧酸混合物变型以使得本发明的共聚多酰胺以下述摩尔量包含衍生自二羧酸的重复单元:a)20-28mol%、优选22-26mol%的1,12-十二烷二酸,和22-30mol%、优选24-28mol%的间苯二甲酸;b)32-38mol%、优选34-37mol%的1,12-十二烷二酸,和12-18mol%、优选13-16mol%的间苯二甲酸;或c)20-28mol%、优选22-26mol%的1,12-十二烷二酸,和14-25mol%、优选16-22mol%的间苯二甲酸,以及5-16mol%、优选6-12mol%的对苯二甲酸;其条件为选择十二烷二酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸使得二羧酸组分之和为50mol%。在本发明共聚多酰胺的生产中,摒弃了使用内酰胺和/或α,ω-氨基羧酸,即,本发明的共聚多酰胺不含衍生自内酰胺和/或α,ω-氨基羧酸的重复单元。在特别优选的实施方式中,在本发明共聚多酰胺的生产中仅使用单一的二胺。在进一步特别优选的实施方式中,单一的二胺涉及3,3′-二甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷。在进一步特别优选的实施方式中,单一的二胺涉及3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基环己基甲烷。根据本发明,模塑制品或涂层同样表示包含本发明的共聚多酰胺模塑复合物、或由本发明的共聚多酰胺模塑复合物组成。因此,本发明模塑制品的实例为:校正镜片;非校正镜片;太阳镜镜片;眼镜腿(spectaclebows);眼镜框(spectacleframes);防护镜(safetyglasses);护目镜(visors);眼镜;玻璃板(glasspanes);钟表玻璃;用于灯的玻璃板;防护盔;把手;紧固件,尤其是纺织紧固件;测量仪器;流量计;过滤杯;所有类型的眼睛保护物;所有类型的装饰件;放大镜;镜片系统;相机镜头;LED透镜;显示器,例如用于电气设备、电子设备、电气元件或电子元件的显示器,如用于手机、游戏机、相机、激光装置、测距装置或GPS装置的显示器;用于各类仪器或物体的壳,如用于具有或不具有集成显示器的便携式电话机、钟表、灯、过滤器、CD或DVD的壳;光学波导器(opticalwaveguides);光耦合器;光放大器;光发散器;光学波导器的防护罩;单层或多层的膜、容器或管。本发明的共聚多酰胺模塑复合物也同样适合于生产上述模塑制品。为生产透明模塑制品或透明涂层,本发明的共聚多酰胺模塑复合物可尤其用于以下领域中:工业、家用、卫生设备、光学、钟表、电气、电子学、照明、汽车、机械工程、包装、服装、纺织业、运动休闲、测量和测试工具、玩具和设计。如现有技术本身已知的,本发明的共聚多酰胺模塑复合物当然可含有添加剂。相对于总的共聚多酰胺模塑复合物,可向本发明的共聚多酰胺模塑复合物中加入0-6wt%、优选0.005-6wt%、特别优选0.01-5wt%的添加剂。各单独添加剂的量至多为3wt%。在进一步非常特别优选的实施方式中,可向共聚多酰胺模塑复合物中加入0.01-4wt%的添加剂,各单独添加剂的量至多为3wt%。优选的添加剂选自于由以下物质所组成的组:缩合催化剂、链调节剂、消泡剂、无机稳定剂、有机稳定剂、润滑剂、着色剂、标记剂(markingagents)、色素、光致变色着色剂、抗静电剂、脱模剂、光学增白剂、天然层状硅酸盐、合成层状硅酸盐及上述物质的混合物。以本身已知的方式,例如通过将单官能胺或羧酸和/或双官能二胺或二羧酸链作为链调节剂,可实现对本发明共聚多酰胺模塑复合物的相对粘度的调节,并因此实现对其摩尔质量的调节。优选的链调节剂是苯甲酸、乙酸、丙酸或2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺。可将如下物质用作本发明共聚多酰胺模塑复合物中的稳定剂或老化保护剂,所述物质如:抗氧化剂、抗臭氧剂、光稳定剂、UV稳定剂、UV吸收剂或UV阻断剂。可将添加剂直接加入至共聚多酰胺模塑复合物中,或作为母料批料(masterbatch)并以优选的聚酰胺作为载体材料。这可以本身已知的方式、如在缩聚反应期间或随后在挤出中进行。具体实施方式参考随后的实施例和实施方式将更加详细地描述本发明,但本发明并不限于具体示出的参数。以本身已知的方式,在已知的具有接收容器和反应容器的可搅拌高压釜中生产本发明所述透明的共聚多酰胺模塑复合物:接收容器中具有去离子水,向其中加入单体和添加剂。随后,用氮气进行数次非活性化处理。随着搅拌,在调节的压力下加热到180℃至230℃,从而得到均质溶液。使这一溶液通过过滤器泵入至反应容器中,并在至多30bar的压力下,于该容器中加热到260℃至350℃的期望反应温度。将批料在所述的反应温度下于加压阶段保持2-4小时。在随后的膨胀(expansion)阶段,压力在1-2小时内降至大气压力,温度可略有下降。在接下来的脱气阶段,将所述批料在270℃至350℃的温度于大气压力下保持0.5~1小时。将聚合物熔融物以股(strand)的形式排出,在15℃至80℃的水浴中冷却并造粒。将颗粒在80℃至120℃下于氮气氛或真空中干燥12小时至水含量小于0.1wt%。将下述单体(表1)和添加剂(表2)用于生产实施例和比较例中所述的共聚多酰胺:表1*根据ASTMD1015-55的凝固范围表2根据如下标准,在下述测试件上进行测量。拉伸弹性模量:ISO527,采用1mm/min的拉伸速度;ISO拉伸试条,标准:ISO/CD3167,A1型,170×20/10×4mm;温度23℃。撕裂强度和断裂伸长率:ISO527,采用50mm/min的拉伸速度;ISO拉伸试条,标准:ISO/CD3167,A1型,170×20/10×4mm;温度23℃。根据Charpy的冲击强度:ISO179/*eU;ISO测试试条,标准:ISO/CD3167,B1型,80×10×4mm;温度23℃;*1=无仪表显示,2=仪表显示。根据Charpy的缺口冲击强度:ISO179/*eA;ISO测试试条,标准:ISO/CD3167,B1型,80×10×4mm;温度23℃;*1=无仪表显示,2=仪表显示。玻璃化转变温度(Tg)、熔点和熔解热(heatoffusion):ISO标准11357;颗粒;在20K/min的加热速率和5K/min的冷却速率下用TAInstruments公司的DSC2920设备进行差示扫描量热法(DSC)。用TAInstruments公司的UniversalAnalysis2000程序对差示热分析图进行评价。将根据“半高”法测定的玻璃化转变范围的中值示为玻璃化转变温度。抗应力开裂性:DIN53449;ISO测试试条,标准:ISO/CD3167,A1型,170×20/10×4mm;温度23℃;为了将所测量的外部纤维应变转换成张力,将所得到的百分比值乘以所测量材料的拉伸弹性模量(干燥,MPa)。透明度:ASTMD1003;圆板,厚度2mm,半径37.5mm;温度23℃;BykGardner公司的具有C型CIElight的测量设备HazeGardplus。光透过值以占入射光量的百分比(%)表示。抗刮伤性:ASTMD3363-05;ISO测试板,标准:ISO294-3,D2型,60×60×2mm;温度23℃;借助于Erichsen公司的291型刮伤硬度测试模型和Koh-I-Nor1500铅笔组进行测定。相对粘度:ISO307;在100ml溶剂中(处于间甲酚中)含0.5g;温度20℃;按照标准的第11章根据RV=t/t0计算相对粘度(RV)。在Arburg公司型号为Allrounder420C1000-250的注塑机上生产测试片。由此使用170℃至260℃之间的料筒温度。模具温度为80℃。就用于透光测量和抗刮伤性测定的板来说,使用抛光的模具。如果使用经调整的测试片,根据ISO1110将它们于72℃和62%的相对湿度下储存14天以用于调整。如果测试片在干燥状态下使用(当测量抗应力开裂性和透光率时),将它们于注塑后在室温下于干燥环境(即,在硅胶上)中储存至少48小时。在下文所示的表3和表4中,将本发明的实施例(表3)和比较例(表4)进行比较。表3表4可以发现,与比较例相比,本发明的共聚多酰胺明显具有更加平衡的性能。尤其是与比较例相比,本发明共聚多酰胺的抗刮伤性显示出了更好的值。在具有高抗刮伤性和高韧度(作为冲击强度和缺口冲击强度测量)的同时,还出乎预料地伴随有出色的抗应力开裂性和高的透明度,并且断裂伸长率具有出色的值。因此,本发明的共聚多酰胺模塑复合物在具有高的抗刮伤性的同时,还具有极其平衡的性能。此外,用本发明的共聚多酰胺还可实现高于190℃的玻璃化转变温度。
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