用于聚合物共混物的生物基橡胶改性剂的制作方法_4

文档序号:8435301阅读:来源:国知局
组合(例如混合或共混)提供了以下的益处例如:(1)更高的拉伸伸长率(2)更高的拉伸 韧性和(3)改进的热稳定性和/或更好的熔体稳定性,导致整体组合物的更宽的加工窗口 以及这些组合物在物品、薄膜以及类似物的生产中的随后的应用。
[0045] 聚合物在加工过程中所经历的温度可能由于热降解引起熔体强度的下降,这可能 进而引起在处理一种或多种聚合物时的困难。因此,增加的熔体强度是有用的,因为它允许 这些聚合物在一个更宽的温度范围下加工。一个更宽的"加工窗口"在某些聚合物应用中 是尤其有益的,如在吹塑薄膜生产中(即,在防止或者减少气泡坍缩的过程中)、或者流延 薄膜挤出中、热成型的物品(即,防止或者减少在加热成型的过程中片材下垂)、型材挤出 物品(即,防止或者减少下垂),非纺织纤维,单丝中,等等。此外,由在此所描述的组合物制 成的物品显示出更大的拉伸韧性和伸长率,同时保持生物可降解性。拉伸韧性的增加可以 是大10至40倍。伸长率的增加可以是大10至60倍。拉伸韧性增加可以是10-20、20-30 或25-35倍。伸长率增加可以是20-30、30-40或45-60倍。
[0046] 增加的熔体强度是有用的,因为它允许这些聚合物当聚合物被加工时在更宽的温 度范围下成形。聚合物在加工温度下熔融并在将这些聚合物成形为产品时可造成困难。此 外,由本文描述的方法以及组合物制造的薄膜中显示的改进是更大的拉伸强度、抗撕裂性 以及更大的抗穿刺性。
[0047]由在此所述的组合物生产的薄膜也可用于制造叠层材料。包含本发明的组合物的 可生物降解的叠层材料适合于涂覆其他层如纸以生产物品或容器。该叠层材料是例如通过 将本发明的组合物共挤出到一个纸层或用另一种热塑性共混物或组合物生产的。也可以包 括或堆叠其他热塑性聚合物的层或本发明的组合物的附加层以形成叠层材料。例如,也可 以添加粘合层或赋予特定的所希望的特性的其他聚合物层。例如,这些共混材料或叠层材 料可以是不同的和通过改变组合物来改变硬度、软度、柔性、粘性、韧性、延展性、可加工性、 不透明性以及类似特性来改进的。还考虑了添加剂,如无机填料、抗结块剂、增塑剂以及类 似物。
[0048] 在某些方面,该叠层材料可以是1至15个层,例如2个层、3个层、4个层或5个层、 6个层、7个层、8个层、10个层、11个层、12个层、13个层、14个层或15个层。该叠层材料 的总尺寸是约10微米至约100微米,例如10-50微米、20-60微米、25-75微米。每个单独 的层可以是约1至约2微米,例如约1至约5微米、约2至约4微米、约2至约5微米。对 于每一种叠层材料,至少一个层是本发明的组合物,例如,本发明的第一、第二、第三或第四 方面的组合物。在某些实施例中,本发明的组合物包含多于一个层,例如两个、三个、四个或 更多。
[0049] 本发明的这些方法以及支化的组合物改进了 PHA聚合物组分的熔体强度,其为对 于许多聚合物产品的应用而言的一种希望特性。熔体强度是一种流变特性,可以按多种方 式量度。一种量度是G',其中G'是在熔融加工温度下通过旋转流变仪测量的聚合物储能模 量。
[0050] 如在此所用,无定形是指非结晶的PHA相态,例如没有结晶状态的特征晶格结构。 在此所描述的本发明的结晶度是以有序状态存在、具有晶格结构的聚合物的分数。在某些 实施方案中,多相PHA的一个相为约0%至约5%的结晶度,例如以百分比表示的结晶度约 为〇 %,或者是最低限度地观察到小于约1 %。在一个优选的实施方案中,多相PHA的一个 相的结晶度低于3%,例如,低于2%或低于1%或在这些百分比之间计算的范围或数字,如 2. 5%。本发明的组合物计算的结晶度是最小的并且可以通过不同的方法,例如,密度计算、 X射线和电子衍射、差示扫描量热法、红外吸收光谱(FTIR)、拉曼光谱等测定。
[0051] Tg是玻璃化转变温度或玻璃-橡胶转变温度。它被定义为其中聚合物链开始协调 的分子运动的温度。物理上,此时该聚合物模量开始下降几个数量级直至聚合物最终到达 橡胶态。
[0052] 聚合物材料的物理特性以及流变特性取决于该聚合物的分子量以及分布。"分子 量"是以多种不同方式计算的。除非另外指明,否则"分子量"是指重均分子量。
[0053] "数均分子量(Mn) "代表这种分布的算术平均值,并且是每一部分的分子量乘以其 摩尔分数的乘积之和(E N具/ E队)。
[0054] "重均分子量"(Mw)是每一部分的分子量乘以其重量分数的乘积之和 (E N具2/ E N具)。Mwii常大于或等于Mn。
[0055] 在本发明的组合物中使用的多相PHA的PHA无定形橡胶相或橡胶相的重均分子 量的范围是如通过光散射和用聚苯乙烯标准的GPC测量的在约100, 000至约2, 500, 000 道尔顿之间。在某些实施方案中,平均分子量是约50, 000、约100, 000、约125, 000、约 150, 000、约 175, 000、约 200, 000、约 250, 000、约 3000, 000、约 400, 000、约 500, 000、约 600, 000、约 700, 000、约 800, 000、约 900, 000、约 1,000, 000、约 1,200, 000、约 1,300, 000、 约 1,400, 000、约 1,500, 000、约 1,600, 000、约 1,700, 000、约 1,800, 000、约 1,900, 000、约 2, 000, 000、约 2, 100, 000、约 2, 200, 000、约 2, 300, 000、约 2, 400, 000、约 2, 500, 000 克 / 摩 尔。
[0056] 聚氯乙烯(PVC)
[0057] 聚氯乙烯(PVC)是一种通用的热塑性聚合物,其目前用于生产数以百计的消费产 品,包括多种商业市场,如建筑、电子、医疗和其它应用。全球对PVC的需求超过3500万吨 /年,使其成为聚乙烯和聚丙烯之后的第三大量的热塑性材料。聚氯乙烯如此广泛用于制 造产品的原因在于其低成本、通用性和期望的材料性质的组合。显著的材料性质包括对酸、 碱、脂族烃溶剂、油、和氧化剂的优良的抗性;良好的阻燃性(自熄灭);良好的耐候性,尤其 是当掺入合适的添加剂(对臭氧和紫外暴露的稳定性)时;对低频电气系统的良好的绝缘 性;良好的低温机械性质以及具有长寿命以及伴有低维护成本的PVC产品。
[0058] PVC的通用性一部分是由于其能够接受大量的改变其材料性质的添加剂或填料, 极大地导致广泛的各种应用。因此其能够通过压延、挤出或涂布成非常广泛范围的刚性、半 刚性和柔韧性产品面有效地制造。PVC的刚度可以通过测量模量(挠性或拉伸)或通过测 量硬度--其指不材料对永久变形的抗性--来量化。有几种硬度量度如罗氏(Rockwell) 硬度(R、L、M、E和K)、计示硬度(Durometer)(肖氏(Shore)A和D)以及巴氏硬度(Barcol)。 肖氏D(ASTM D2240)硬度测试包括压成1/4英寸厚的片的样品的压痕器,同时从连接至该 压痕器的仪表(没有单位)读取材料的硬度。硬度值越高,材料越刚性和越硬。虽然没有 一个硬度测试能够表征所有的柔韧性至刚性的材料,但通常可以认为,肖氏硬度值> 65反 映了材料是刚性的,而< 60的值反映了材料是软的和柔性的。到目前,掺入PVC中的最主 要的添加剂是增塑剂,其通常通过降低玻璃化转变温度(Tg)而赋予PVC"橡胶状"性质。增 塑剂还赋予对脆化或机械破裂的低温抗性。增塑剂与给定聚合物的相容性或混溶性是其最 有益的性质,高的"相容性"意味着增塑剂与聚合物的均匀混合物,具有最佳的材料性质。应 该注意,其它添加剂例如热稳定剂、UV稳定剂、抗冲改性剂和加工助剂对于优化PVC制剂的 性能也是有益的。
[0059] 迄今最常用的用以改进PVC的柔韧性的增塑剂是邻苯二甲酸酯。其它类型的增塑 剂例如磷酸酯、己二酸酯、壬二酸酯和癸二酸至也被用于改进聚氯乙烯尤其在低温下的柔 韧性。最近,PVC配方人员已经将生物基增塑剂评价为石油衍生的增塑剂的替代品,以最小 化在增塑剂的生产过程中和PVC产品的寿命结束时的降解对环境带来的影响。通常的生物 基PVC增塑剂包括偏苯三酸三烷基酯、蔬菜基酯例如氢化蓖麻油、琥珀酸酯和乙酰丙酸酯。 许多这些石油衍生的和生物基增塑剂的主要缺点是低分子量化合物,其可被萃取或尤其在 升高温度的应用中通过挥发而从PVC损失。增塑剂随着时间的损失导致变硬、脆化和最终 的PVC部件的失效。
[0060] 对于刚性PVC,添加抗冲改性剂有助于改进和加强其对各种产品应用的材料性质。 最有效的PVC抗冲改性剂是通过丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯与丁二烯橡胶和苯乙烯接枝聚 合制备的预形成的核壳颗粒(丙烯酸酯-丁二烯_苯乙烯(ABS)和甲基丙烯酸酯-丁二 烯-苯乙烯(MBS)抗冲改性剂)。然而,由于存在丁二烯橡胶,这些改性剂易于在空气中快 速氧化和光降解(差的抗UV性)。因此它们在室外的应用有限。为了配置用于室外的抗 冲PVC制品,制造出了其它类的抗冲改性剂。最重要的市售抗冲改性剂是丙烯酸类改性剂 包括丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)、以及丙烯酸酯与苯乙烯类的共聚物,和氯化聚乙烯 (CPE)改性剂。不幸地是,这些改性剂不适合于含有丁二烯的三元共聚物的抗冲性能。期望 刚性PVC化合物展现出高劲度(高挠性模量)和高缺口抗冲性。然而,市售可获得的PVC 抗冲改性剂不会赋予所有的期望性质包括耐候性和UV稳定性。
[0061] 没有任何增塑剂的纯聚氯乙烯是白色、脆的固体并且由氯乙烯单体的聚合而制 备。下面显示了用于制备聚氯乙烯(PVC)的聚合反应:
[0062] 可以使用许多不同的工艺来制备聚合物,包括乳液、悬浮和本体聚合法。PVC可以 几种不同的形式包括固体、水基乳液(乳胶)或悬浮在增塑剂中的固体(增塑溶胶)而获 得。PVC材料的生产商包括Dupont(ELVAX?PVC),Shell(Carina?PVC),Wacker(VIRM0L?PVC) 和Sumitomo(SUMILIT?PVC)。
[0063] 固体PVC树脂通常以K值表征。该值是根据聚合物的稀释溶液粘度测量值计算的 数,用于表示聚合度或分子大小。用于计算PVC的K值的方程式在下面给出:
【主权项】
1. 一种组合物,其包含聚氯乙烯(PVC)聚合物和生物基非可提取的、非挥发性的增塑 聚羟基烷酸酯共聚物或其共混物(PHA)的聚合物共混物,其中所述PHA改进PVC聚合物共 混物的性质,且所述PHA包含3-聚羟基丁酸酯与选自以下的一种或多种单体的共聚物:乳 酸、3-羟基丙酸(3HP)、4-羟基丁酸酯(4HB)、5-羟基戊酸酯(5HV)、3-羟基己酸酯(3HH)、 6-羟基己酸酯(6HH)和3-羟基辛酸酯(3H0),其中所述单体含量为PHA重量的约25-90%。
2. 权利要求1所述的组合物,其中所述PHA共聚物是3-聚羟基丁酸酯-共-4-聚羟基 丁酸酯共聚物、3-聚羟基丁酸酯-共-5-聚羟基戊酸酯或3-聚羟基丁酸酯-共-6-聚羟基 己酸酯。
3. 权利要求1或权利要求2所述的组合物,其中所述PHA共聚物的Tg在约-15°C和 约-45°C之间,且为组合物中总PHA的约5重量%至约50重量%之间。
4. 权利要求1、2或3所述的组合物,其中所述PHA共聚物的PHA结晶度百分比为约 0. 2-1%,其通过DSC测量。
5. 前述权利要求任一项所述的组合物,其中所述单
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