本申请要求于2016年8月15日提交的美国临时专利申请系列号62/375,410(代理人案卷号12016040)的优先权，其通过引用纳入本文。
发明领域
本发明涉及用于聚合物配混物的添加剂，以改进该聚合物配混物的性能。
背景技术：
塑料取代了各种工业中的其它材料。塑料已经取代玻璃，以最大限度地减少破损，减轻重量，并减少制造和运输过程中消耗的能源。在其他行业中，塑料已经取代金属，以最大限度地减少腐蚀，减轻重量，并提供散装颜色的产品(color-in-bulkproduct)。
为了满足塑料的许多应用，在过去70年全世界见证了材料科学的革命，其源自热塑性树脂和一种或多种功能添加剂的组合来为树脂提供特别的性质。
在一些情况下，亲水性表面性质在用于许多应用的塑料中变得特别需要，所述许多领域包括医疗设备、食品加工、包装、健康护理产品、以及消费品和家居用品。
发明概述
亲水性表面活性试剂(也称为亲水性表面活性剂)可以以配制成使最终部件具有亲水性表面性质的热塑性浓缩物的形式提供。在掺混到热塑性树脂中时，这些浓缩物(也称为“母料”)允许塑料制品呈现出亲水性表面性质，该亲水性表面性质通常通过水接触角测试来测量，其中，角度越低，越多相容的水润湿塑料制品的表面。母料以为特定树脂体系定制的粒化非粉化形式供应。母料的典型稀释或“淡化/冲淡(letdown)”比率为约100:1(1％)至约10:1(10％)，优选25:1(4％)至约12.5:1(8％)。
用于具有亲水性表面的塑料制品的典型应用包括：包装；消费品，特别是个人护理用品；医疗器件；以及任何其它塑料制品或装置，其中，从塑料制品或装置的表面排斥水是不需要的。
本发明通过提高塑料制品或装置的亲水性表面性质解决了本领域的问题。
本发明的一个实施方式是用于热塑性配混物的亲水性表面活性母料，其包含聚合物载体、防雾剂、滑爽剂、消光剂和任选的其它添加剂。
本发明的另一实施方式是亲水性表面活性配混物，其包含母料和基础聚合物树脂。
本发明的另一实施方式是模塑塑料制品、挤出塑料制品、压延塑料制品、热成型塑料制品或3d打印塑料制品形状的亲水性表面活性配混物。
本发明的另一方面是通过使配混物成型为设计成具有亲水性表面活性性质的制品来使用亲水性表面活性配混物的方法。成型可以通过挤出、模塑、压延、增材制造、3d打印或热成型进行。
通过本发明实施方式的描述可看出本发明的其他特征。
具体实施方式
聚合物树脂
任何聚合物树脂都是在本发明中用作载体聚合物和/或基础聚合物的候选。优选地，载体聚合物根据其在基础聚合物树脂中的可混溶性进行选择，以改进母料在配混物中的分散。
大体积市售聚合物树脂的非限制性示例包括：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚卤代乙烯、聚乙烯醇、聚腈、聚缩醛、聚酰亚胺、聚芳基酮、聚醚酮、聚羟基烷酸酯、聚己内酯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙酸酯、液晶聚合物、含氟聚合物、离聚物聚合物、热塑性弹性体，以及它们中任意的共聚物和它们中两个或以上的任意组合。
存在已发表的文献用于鉴定这些类别的热塑性树脂的不同商业种类。具体的市售热塑性树脂的非限制性示例包括：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、乙酸纤维素、环烯烃共聚物(coc)、乙烯-乙酸乙烯酯(eva)、乙烯-乙烯醇(evoh)、聚四氟乙烯(ptfe)、离聚物、聚甲醛(pom或缩醛(acetal))、聚丙烯腈(pan)、聚酰胺6、聚酰胺6,6、聚酰胺-酰亚胺(pai)、聚芳醚酮(paek)、聚丁二烯(pbd)、聚丁烯(pb)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚己内酯(pcl)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸环己撑二亚甲酯(pct)、聚碳酸酯(pc)、聚羟基丁酸酯(phb)、聚乙烯(pe)、聚醚醚酮(peek)、聚醚酮酮(pekk)、聚醚酰亚胺(pei)、聚醚砜(pes)、氯化聚乙烯(cpe)、聚酰亚胺(pi)、聚乳酸(pla)、聚甲基戊烯(pmp)、聚苯醚(ppo)、聚苯硫醚(pps)、聚邻苯二甲酰胺(ppa)、聚丙烯(pp)、聚砜(psu)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、聚氨酯(pu)、聚乙酸乙烯酯(pva)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)和苯乙烯-丙烯腈(san)。
目前，优选低密度聚乙烯(ldpe)作为载体，理想的是粉末形式的，并且具有约8的熔体流动指数。
抗雾化剂
本领域技术人员已知的任意亲水性试剂都是用于在本发明中使用的候选。目前，优选
滑爽剂
留在或迁移(即“起霜”)至聚合物表面以带来润滑性质的任意添加剂都可以是用于在实施方式使用中的候选。这些添加剂通常称为“滑爽添加剂”。典型的滑爽添加剂是：例如，油酰胺，芥酸酰胺，硬脂酰胺，山嵛酸酰胺，油基棕榈酸酰胺，硬脂基芥酸酰胺，亚乙基双油酸酰胺和n，n'-亚乙基双(硬脂酰胺)(ebs)，多元醇偏酯；和氢化大豆油。
目前优选芥酸酰胺(cas号112-84-5)作为滑爽剂。芥酸酰胺可从许多供应商处购得。
消光剂
为塑料制品提供无光泽表面的任意材料都是用于在实施方式中使用的候选。
目前优选的是由大颗粒硅胶制成的
任选的着色剂
着色剂可以是一种颜料、一种染料、多种颜料的组合、多种染料的组合、多种颜料和一种染料的组合、一种颜料和多种染料的组合、或多种颜料和多种染料的组合。着色剂的选择取决于设计者为了塑料制品所需的最终颜色。
颜色科学是本领域技术人员所熟知的。不需要过多的实验，人们就可以使用颜色匹配技术来确定在球形色空间中的具体位置。例如，本领域技术人员可以利用pct专利公布wo/2004/095319的教导来通过数字技术绘制使用具体聚合物载体和着色剂作为原料成分的色空间图。或者，人们可以制备用于视觉检查的被称为色板(plaques)的小样品。
着色剂可从本领域技术人员熟知的许多来源购得。可购得的颜料是本领域技术人员熟知的，并且包括有机着色剂化学品和无机着色剂化学品。可购得的染料是本领域技术人员熟知的，并且包括所有有机化学品。用于颜料和染料的商业来源包括跨国公司，例如，巴斯夫公司(basf)、拜耳公司(bayer)、颜色化学国际公司(color-cheminternational)、太阳化学公司(sunchemical)和珠海高空化学公司(zhuhaiskyhighchemicals)。
任选的功能添加剂
任选地，可以将常规塑料添加剂加入本发明的亲水性表面活性母料或淡化的聚合物配混物，其量足以使配混物获得所期望的加工性质或性能性质。添加剂的量不应造成添加剂的浪费或对配混物的加工性质或性能有害。热塑性配混领域的技术人员无需过多的实验，仅须参考一些文献，例如来自塑料设计库(plasticsdesignlibrary)(elsevier.com网站)的《塑料添加剂数据库(plasticsadditivesdatabase)(2004)》，就可选择许多不同类型的添加剂加入本发明的配混物中。
任选添加剂的非限制性示例包括：热稳定剂、成炭剂、粘合促进剂；杀生物剂；抗雾化剂；防静电剂；抗氧化剂；粘合剂、起泡剂和发泡剂；分散剂；填料和增链剂；烟雾抑制剂；抗冲改性剂；引发剂；润滑剂；云母；颜料、着色剂和染料；增塑剂；加工助剂；脱模剂；硅烷、钛酸盐/钛酸酯和锆酸盐/锆酸酯；滑爽剂；抗粘连剂；硬脂酸盐/硬脂酸酯；紫外线吸收剂；粘度调节剂；蜡；催化剂失活剂；以及它们的组合。
通常，少量这样的添加剂会改进在与聚合物树脂中的其它成分一起加工期间的母料或聚合物配混物的性能或制造后的聚合物模塑制品的性能。本领域技术人员无需繁杂实验即可确定合适的浓度。
表1显示了可用于本发明母料的可接受的、理想的和优选的成分范围，均以母料的重量百分比(重量％)表示。该母料可包含这些成分、基本上由这些成分组成、或者由这些成分组成。
可以按照约100:1(1％)至约10:1(10％)、优选25:1(4％)至约12.5:1(8％)的基础聚合物树脂与母料的比率，将母料“淡化”到基础聚合物树脂中。
母料的加工
可以分别使用挤出机或混合机使用连续或间歇技术来制备母料。混合设备可以是在混合高浓度固体领域中已经使用的任意合适设备。例如，该设备包括高速亨舍尔混合机、带式混合器、振荡器、挤出机等。
以连续工艺进行的混合通常在挤出机中进行，该挤出机的温度升高到足以使聚合物载体熔化，可以在挤出机头部或挤出机中的下游加入固体成分添加剂。挤出机的速度可在约50至约500转/分钟(rpm)的范围内，优选约100至约300rpm。通常，挤出机的输出物进行造粒，以供后续挤出、模塑或压延成聚合制品。
或者，以间歇工艺进行的混合通常在班伯里混炼机或其它间歇混合机中进行，其温度也升高到足以使聚合物基体熔化，以便加入固体成分添加剂。混合速度范围为60-1000rpm。同样地，将混合机的输出物切碎成更小的尺寸，供后续挤出、模塑或压延成聚合制品。
加入聚合物载体中的亲水性表面活性剂的浓度是显著的，因为亲水性表面活性剂成分相对成本低，并且需要将亲水性表面活性剂持续且精确地混合并分散到聚合物载体中，然后在“冲淡”过程中持续且精确地稀释至基础聚合物树脂和其它配混物成分中。淡化比率取决于最终制品所需的亲水性表面活性的活度(hydrophilicsurfaceactiveactivity)。
目前，优选的是在引入至ldpe载体的熔融混合容器之前，将防雾剂、滑爽剂和消光剂作为预混物进行加工。
配混物和聚合制品的后续加工
将本发明的母料淡化到聚合物配混物中可以在通过挤出、模塑或压延再成形的后续步骤中进行。加工开始于将母料与基础聚合物树脂熔融混合，然后通过挤出、模塑或压延再成形，随后自然冷却或加速冷却以形成所需的最终塑料制品。
在模塑(特别是注塑)的情况下，再成形步骤包括：塑料制品弹出之前的加压注射步骤、保持步骤和冷却步骤，对该循环进行测定以确定循环时间。更具体地说，再成形步骤包括以下四个子步骤：(1)将配混物注入模具中；(2)将配混物保持在模具中以形成模具形状的塑料制品；(3)对塑料制品进行冷却，使塑料制品从模具中脱模，同时保持模具的形状；以及(4)将最终塑料制品弹出。
后续的挤出或模塑技术是热塑性聚合物工程领域的技术人员所熟知的。不需要过多的实验，仅仅需要参考诸如《挤出，权威性加工指导和手册》(extrusion,thedefinitiveprocessingguideandhandbook)；《模塑部件收缩和翘曲手册》(handbookofmoldedpartshrinkageandwarpage)；《专业模塑技术》(specializedmoldingtechniques)；《旋转模塑技术》(rotationalmoldingtechnology)和《模具、工具和模头修补焊接手册》(handbookofmold,toolanddierepairwelding)[均由塑料设计库出版(williamandrew.com)]之类的参考文献，本领域技术人员就能使用本发明的配混物制得具有任何想得到的形状和外观的制品。
本发明的实用性
本发明的亲水性表面活性母料可以与其它成分一起淡化到聚合物树脂中，以制备模塑、压延、挤出、热成型或3d打印的亲水性表面活性制品。
亲水表面活性特征对于在许多应用中所使用的制品是理想的，所述制品包括：通信设备(固定、移动和手持设备，包括电话、耳麦、手机、对讲机、耳机、麦克风和其他输入/输出设备)；医疗和健康护理产品(轮椅、床、测试设备、包装、手套、医疗设备、导管、防护罩和医用管)；家居用品(包括浴帘、容器、把手、海绵)；和包装(食品和饮料、化妆品、洗涤剂和清洁剂、个人护理、药物和健康)。
实施例
本发明的一个实施方式由如下制成：将15重量％的
本发明不限于上述实施方式。见所附权利要求。