聚合物加工添加剂、组合物和方法_2

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酸钠和邻苯二甲酸锌。在一些实施例中,金属盐是硬脂酸钙或硬脂酸锌之外的金属盐。在一 些实施例中,金属盐是硬脂酸钙之外的金属盐。
[0038]在可用于实践本公开的聚合物加工添加剂增效剂(包括聚(氧化烯)聚合物以及羧 酸、磺酸或烷基硫酸的金属盐)中,基于聚(氧化烯)聚合物和金属盐的总重量计,聚(氧化 烯)聚合物可以至少85重量%的量存在。在一些实施例中,基于聚(氧化烯)聚合物和金属盐 的总重量计,聚(氧化稀)聚合物以至少85重量%、90重量%、95重量%或97.5重量%的量存 在。在一些实施例中,基于聚(氧化烯)聚合物和金属盐的总重量计,金属盐以至多15重 量%、10重量%、5重量%或2.5重量%的量存在。在一些实施例中,即使当基于聚(氧化烯) 聚合物和金属盐的总重量计金属盐以至多1重量%或〇. 5重量%的量存在时,金属盐仍可改 善聚(氧化烯)聚合物的热稳定性。
[0039 ]用羧酸、磺酸或烷基硫酸的金属盐稳定的聚(氧化烯)聚合物可例如用作聚合物加 工添加剂组合物中的增效剂。聚合物加工添加剂可以是含氟聚合物或含有机硅的聚合物。 在一些实施例中,在制备聚合物加工添加剂组合物的过程中在将所得增效剂与含有机硅的 聚合物或含氟聚合物聚合物加工添加剂混合之前,将聚(氧化烯)聚合物与羧酸、磺酸或烷 基硫酸的金属盐混合可能是有用的。
[0040] 可用作聚合物加工添加剂、可包括在根据本公开的组合物和方法中的含氟聚合物 包括无定形含氟聚合物和半结晶含氟聚合物。在一些实施例中,可用作聚合物加工添加剂 的含氟聚合物可被描述为在室温和高于室温下以流体状态存在。这类含氟聚合物具有低于 室温的玻璃化转变温度并且在室温和高于室温下表现出很少的结晶度或未表现出结晶度。
[0041] 可用作聚合物加工添加剂的含氟聚合物包括氟化烯烃的均聚物和/或共聚物。在 一些实施例中,均聚物或共聚物可具有至少1:2,在一些实施例中,至少1:1的氟原子与碳原 子比;和/或至少1:1.5的氟原子与氢原子比。
[0042]可用作聚合物加工添加剂的含氟聚合物可包括衍生自至少一个部分氟化的或全 氟化的烯键式不饱和单体的互聚单元,该烯键式不饱和单体由式RaCF = CRa2表示,其中每个 Ra独立地为氟、氯、溴、氢、氟代烷基基团(例如具有1至8、1至4或1至3个碳原子的全氟烷基 基团)、氟代烷氧基基团(例如具有1至8、1至4或1至3个碳原子的全氟烷氧基基团)、具有1至 8个碳原子的烷基或烷氧基、具有1至8个碳原子的芳基或1至10个碳原子的环状饱和烷基。 由式1?%? = 0^2表示的可用氟化单体的示例包括偏二氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯 乙烯、2-氯五氟丙烯、二氯二氟乙烯、1,1_二氯氟乙烯以及它们的混合物。
[0043]可用作聚合物加工添加剂的含氟聚合物还可包括衍生自至少一个单体RaCF = CRa2 与至少一个由式Rb2C = CRb2表示的非氟化的、可共聚的共聚单体的互聚作用的互聚单元;其 中每个Rb独立地为氢、氯、具有1至8个、1至4个或1至3个碳原子的烷基、具有1至10个、1至8 个或1至4个碳原子的环状饱和烷基基团或具有1至8个碳原子的芳基基团。由式R b2C = CRb2 表示的可用单体的示例包括乙烯和丙烯。
[0044] 全氟-1,3-二氧杂环戊烯还可用来制备本文所公开的氟化聚合物加工添加剂。全 氟-1,3-二氧杂环戊烯单体和它们的共聚物在美国专利4,558,141 (Squires)中有所描述。
[0045] 在一些实施例中,可用作本公开的方法和组合物中的聚合物加工添加剂的含氟聚 合物是衍生自例如偏二氟乙烯和氟乙烯的均聚物。在一些实施例中,可用作聚合物加工添 加剂的氟化共聚物包括偏二氟乙烯的互聚单元。可使用的氟化烯烃的共聚物的示例是衍生 自例如偏二氟乙烯和一个或多个可能被或可能没有被氟化的额外烯烃(例如由式R aCF = CRa2SRb2C = CRb2表示)的那些。在一些实施例中,可用的含氟聚合物包括偏二氟乙烯与至少 一种末端不饱和的氟单烯烃的共聚物,该氟单烯烃由式R aCF=CRa2表示,在每个双键碳原子 上含有至少一个氟原子。可与偏二氟乙烯一起使用的共聚单体的示例包括全氟丙烯、四氟 乙烯、三氟氯乙烯和五氟丙烯。在一些实施例中,可利用由偏二氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙 烯、四氟乙烯、全氟烷基全氟乙烯醚或它们的组合聚合而成的含氟聚合物。可采用的无定形 含氟聚合物的具体示例包括偏二氟乙烯和选自六氟丙烯、三氟氯乙烯、1-氢五氟丙烯和2-氢五氟丙烯的共聚单体的共聚物;偏二氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯或1-氢五氟丙烯或2-氢五氟丙烯的共聚物;以及四氟乙烯、丙烯和任选的偏二氟乙烯的共聚物。在一些实施例 中,含氟聚合物聚合物加工添加剂是六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物。此类含氟聚合物例 如在美国专利3,051,677(Rexford)和3,318,854(Honn等人)中有所描述。在一些实施例中, 含氟聚合物聚合物加工添加剂是全氟丙烯、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物。此类含氟聚 合物例如在美国专利2,968,649(Pailthorp等人)中有所描述。
[0046] 在一些实施例中,可用作本文所公开的组合物和方法中的聚合物加工添加剂的氟 化共聚物包括四氟乙烯的互聚单元。在这些实施例的一些中,可用共聚物至少包含5重量% 的除四氟乙烯之外的至少一种可共聚的共聚单体。该后一类含氟聚合物包括衍生自四氟乙 烯和六氟丙烯的互聚单元的共聚物;衍生自四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的互聚单元 的共聚物;衍生自四氟乙烯、六氟丙烯和上述任一实施例中由式妒尤=〇^ 2表示的单体的互 聚单元的共聚物;以及衍生自四氟乙烯和上述任一实施例中由式Rb2C = CRb2表示的单体的 互聚单元的共聚物。
[0047] 可用作聚合物加工添加剂的一些含氟聚合物是可商购获得的。例如,六氟丙烯和 偏二氟乙烯的共聚物可以商品名"DYNAMAR FX 9613"和"DYNAMAR FX 9614"从明尼苏达州 圣保罗市的3M公司(3M Company,St .Paul,Minn.)商购获得,并且偏二氟乙稀、四氟乙稀和 六氟丙烯的共聚物可以商品名"DYNAMAR FX 5911"和"DYNAMAR FX5912"从3M公司商购获 得。其它可用的含氟聚合物可以商品名"VITON A"和"VITON FREEFLOW"以不同等级从特拉 华州威尔明顿市的杜邦有限公司(E.I.duPont de Nemours and Co.,Wilmington,Del.)商 购获得,以及以商品名"DAI-EL"以不同等级从日本大阪的大金工业股份有限公司(Daikin Industries,Ltd.,0saka, Japan)商购获得,以及以商品名"KYNAR"以不同等级从法国白鹤 城的阿科玛公司(六11^1]^,&31〇11^8,?瓜1106)商购获得。
[0048] 可用作本文所公开的组合物和方法中的聚合物加工添加剂的半结晶含氟聚合物 包括聚(偏二氟乙烯);四氟乙烯的均聚物和共聚物(诸如以商品名"TEFLON FEP RESIN"从 杜邦公司商购获得的氟化树脂,以及四氟乙烯、丙烯和任选的偏二氟乙烯的共聚物)。多峰 含氟聚合物,诸如美国专利6,277,919(Dill 〇n等人)中公开的那些,还可用作聚合物加工添 加剂。如本文所用的"多峰的"意指含氟聚合物具有至少两种离散的且分子量不同的组分。 两种组分均可以是无定形的或半结晶的,或一种组分可以是无定形的而另一种组分是半结 晶的。
[0049] 美国专利7,375,157(Amos等人)描述了含有长支链的含氟聚合物适合用作聚合物 加工添加剂。因此,在一些实施例中,根据本公开的组合物和方法包括具有长链支化的含氟 聚合物聚合物加工添加剂。此类含氟聚合物通过在聚合反应过程中使用改性剂诸如双烯烃 或含卤素单烯烃来制备。含卤素单烯烃的示例包括由式CX 2 = CX(Z)表示的那些,其中每个X 独立地为氢或氟,并且Z为碘、溴或Rf-Z,其中Z为碘或溴,并且Rf为任选地含有0原子的全氟 化或部分全氟化的亚烷基基团。此外,可使用非氟化的溴或碘取代的烯烃,例如乙烯基碘和 烯丙基碘。在一些实施例中,含有卤素的单烯烃为CH 2 = CHI、CF2 = CHI、CF2 = CFI、CH2 = CHCH21、CF2 = CFCF21、CH2 = CHCF2CF21、CF2 = CFCH2CH21、CF2 = CFCF2CF21、CH2 = CH (CF2) 6CH2CH21、CF2 = CFOCF2CF21、CF2 = CFOCF2CF2CF21、CF2 = CFOCF2CF2CH21、CF2 = CFCF2OCH2CH21、 CF2 = CFO (CF2) 3OCF2CF21、CH2 = CHBr、CF2 = CHBr、CF2 = CFBr、CH2 = CHCH2Br、CF2 = CFCF2Br、 CH2 = CHCF2CF2Br、CF2 = CFOCF2CF2Br、CF2 = CFC1、CF2 = CFCF2CI 或它们的混合物。
[0050] 美国专利申请公布2010/0311906 (Lave 1 lee等人)描述了某些可用于实现含氟聚 合物中的长链支化的双烯烃。此类改性剂是选自二烯丙基醚、二乙烯基醚和烯丙基乙烯基 醚的氟化的(在一些实施例中,全氟化的)双烯烃醚,其可由下式表示丄妒1? 6 = 0?-0-1^1-0-CF = CR3R4、CR5R6 = CF-CF2-〇-Rfi-〇-CF2-CF = CR3R4 或 CR5R6 = CF-CF2-〇-Rfi-〇-CF = CR3R4。在 这些式中,R3、R4、R 5和R6各自独立地为氟、氢、烷基、烷氧基、聚氧基烷基、全氟烷基、全氟烧 氧基或全氟聚氧基烷基。在一些实施例中,R 3、R4、R5和R6各自独立地为氟、CF3、C 2F5、C3F7、 C4F9、氢、(^心抱^曲心^在一些实施例中^弋么妒和沪各自为氟^负表示直链或支链的 全氟亚烷基或全氟聚氧化亚烷基或亚芳基,亚芳基可以是非氟化的或氟化的。在一些实施 例中,Rfi是具有1至12个、2至10个或3至8个碳原子的全氟亚烷基。亚芳基可具有1至14、1至 12或1至10个碳原子并且可以是非取代的或被一个或多个氟以外的卤素,全氟烷基(例如-CF 3和-CF2CF3),全氟烷氧基(例如-〇-CF3、-0CF 2CF3),全氟聚氧基烷基(例如-0CF20CF3;-CF 2OCF2OCF3),氟化的、全氟化的或非氟化的苯基或苯氧基取代;该苯基或苯氧基可被一个 或多个全氟烷基、全氟烷氧基、全氟聚氧基烷基基团、一个或多个氟以外的卤素、或它们的 组合取代。
[0051 ]双烯烃醚的示例包括由式 CF2 = CF-〇-Rfi-〇-CF = CF2 和 CF2 = CF-CF2-〇-Rfi-〇-CF2-〇? = 0?2表示的那些。在一些实施例中,1^1为〇?2;(〇?2) 11,其中11是2、3、4、5、6、7或8;〇?2-0-CF2; CF2-O-CF2-CF2; CF (CF3); (CF2) 2-0-CF (CF3) -CF2; CF (CF3) -CF2-0-CF (CF3) ^ ^ (cf3)-cf2-o-cf(cf3)-cf2-o-cf 2。在一些实施例中,1?负为亚苯基或一氟亚苯基、二氟亚苯 基、三氟亚苯基或四氟亚苯基,其中在邻、对或间构型中连接有醚基基团。
[0052] 双烯烃改性剂可使用多种方法例如美国专利4,273,728(Krespan)、3,326,984 (Anderson等人)和6,300,526 (Navarr ini等人)中所述的那些来制备。一些可从俄罗斯圣彼 得堡的Anles公司(Anles,St .Petersburg,Russia)商购获得。
[0053] 具有长链支化的含氟聚合物中的支化或非直链水平可通过长链支化指数(LCBI) 来表征。LCBI可如R.N. Shroff,H.Mavridis ;Macromol.,32,8464-8464( 1999)&34,7362-7367 (2001)中所述,根据如下公式测定:
[0054]
[0055] 在以上公式中,n〇,br为在温度T下测量的支链含氟聚合物的零剪切粘度(单位Pa* s),[n]br为支链含氟聚合物在它能溶解于其中的溶剂中在温度Τ'下的特性粘度(单位mL/ g),并5 a和k为常数"这》常数由下而的公式确定:
[0056]
[0057] 其中q〇、lin和[ri]lin分别表示相应的线性含氟聚合物在各自的相同温度T和Τ'下 且在相同溶剂中测得的零剪切粘度和特性粘度。因此,LCBI与所选的测量温度和溶剂的选 择无关,前提条件是公式1和2中使用相同的溶剂和温度。在其中含氟聚合物具有长链支化 的一些实施例中,含氟聚合物的LCBI可以是至少约0.2、至少约0.3或至少约O.^LCBI可为 小于约5、小于约2.0或小于约1.0。通常,LCBI可以为约0.2至最多约5,在一些实施例中为约 0.2 至约 2.0。
[0058] -般来讲,对于具有相似零剪切粘度的聚合物而言,含氟聚合物减少熔体缺陷的 效率将随着LCBI值的增大而增加。然而,当支化水平变得太高(由此LCBI值也变得太大)时, 含氟聚合物可能具有不能溶解在有机溶剂中的凝胶部分。在这样高的支化水平下,含氟聚 合物对可熔融加工的聚合物组合物的加工的有益效果可能会减弱,这是因为含氟聚合物的 熔融粘度可能过高。
[0059] 通常应该以相当低的水平使用上述改性剂,以避免在聚合过程中发生过多的支 化。通常用于聚合反应以产生所需量的含氟聚合物的支化的改性剂的量取决于所使用的改 性剂的性质和聚合条件,诸如反应时间和温度。选择待使用的改性剂的量使得能获得所需 的LCBI值。改性剂的最佳量可由本领域技术人员容易地确定,但基于给料到聚合反应中的 单体的总重量计,通常不大于1重量%,例如不大于0.7重量%或0.5重量%。可用的量可为 约0.01重量%至1重量%,合适地为约0.02重量%至0.5重量%、为约0.01重量%至0.3重 量%或约0.05重量%至0.25重量%。改性剂可以在聚合反应开始时添加和/或可以在聚合 反应过程中以连续方式或分批方式添加。在一些实施例中,将改性剂连续地给料以进行聚 合反应。
[0060] 可用在根据本公开的组合物和方法中的可用作聚合物加工添加剂的含氟聚合物 可具有多种门尼粘度。可使用例如30至150、30至120、30至110或30至90的门尼粘度ML 1 + 10@121°C。在一些实施例中,含氟聚合物的门尼粘度ML 1+10@121°C是在约30至约60的范围 内。在一些实施例中,含氟聚合物的门尼粘度ML 1+10@121°C是在约30至小于60的范围内, 例如59、58、55或50。在一些实施例中,含氟聚合物的门尼粘度ML 1+10@121°C是在约40至约 58、约40至约55或约43至约53的范围内。在一些实施例中,含氟聚合物的门尼粘度ML 1+100 121°C是在约60至约90、约60至约80或约65至约75的范围内。门尼粘度可通过例如控制含氟 聚合物中的分子量和支化来控制。具有长链支化、具有在约60至约90范围内的门尼粘度ML 1 + 10@121°C的含氟聚合物有效地减少挤出过程中的熔体破裂并且往往比具有相似门尼粘 度和直链形状的含氟聚合物更好地分散于可挤出聚合物中。使用ASTM D1646-06部分A,通 过使用大转子(ML 1 + 10)的MV2000仪器(可得自美国俄亥俄州的阿尔法科技公司(Alpha Technologies, Ohio, USA))于121°C下测定门尼粘度。以上指定的门尼粘度以门尼为单位。
[0061] 可用作聚合物加工添加剂的含氟聚合物,包括以上任一实施例中所述的那些,通 常通过一系列步骤来制备,这些步骤可包括聚合、凝结、洗涤和干燥。在一些实施例中,可以 在稳态条件下连续进行水乳液聚合反应。例如,单体(例如包含上述那些中的任一种)、水、 乳化剂、缓冲液和催化剂的水乳液可以在最佳压力和温度条件下连续地给料至搅拌反应 器,同时将所得乳液或悬浮液连续地移除。在一些实施例中,通过将前述成分给料到搅拌反 应器中并使它们在设定温度下反应指定时长,或者通过将这些成分加入到反应器中并将单 体给料到反应器中来保
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