具有多模态的孔径分布的聚合物材料的制作方法_3

文档序号:9509704阅读:来源:国知局
如果允许运样的 交联进行至很大的程度,那么所产生的聚合物共混物会变脆并且难W加工成具有所期望的 强度和伸长性能的材料。
[0067] 就运一点而言,本发明人已发现,具有相对低的环氧官能度的聚环氧化物是特别 有效的,其可W用它的"环氧当量"量化。环氧当量反映了含有一分子的环氧基团的树脂的 量,并且它可W通过用改性剂的数均分子量除W分子中的环氧基团的数量来计算。本发明 的聚环氧化物的数均分子量通常为约7, 500至约250, 000克每摩尔,在一些实施方案中为 约15, 000至约150, 000克每摩尔,W及在一些实施方案中为约20, 000至100, 000克每摩 尔,而多分散性指数通常为2. 5至7。聚环氧化物可含有少于50个,在一些实施方案中为 5至45个,W及在一些实施方案中为15至40个环氧基团。进而,环氧当量可W为小于约 15, 000克每摩尔,在一些实施方案中为约200至约10, 000克每摩尔,W及在一些实施方案 中为约500至约7, 000克每摩尔。
[0068] 聚环氧化物可W是线性的或者支化的均聚物或者共聚物(例如,无规的、接枝的、 嵌段的,等等),其含有末端环氧基、骨架环氧乙烧单元、和/或侧环氧基团(pendent巧oxy groups)。用来形成运样的聚环氧化物的单体可W变化。在一个具体的实施方案中,例如, 聚环氧化物含有至少一个环氧官能的(甲基)丙締酸的单体组分。如本文中使用的,术语 "(甲基)丙締酸"包括丙締酸和甲基丙締酸单体及其盐或醋,例如,丙締酸醋和甲基丙締酸 醋单体。例如,适合的环氧官能的(甲基)丙締酸单体可W包括但不限于,含有1,2-环氧 基的那些环氧官能的(甲基)丙締酸单体,例如,丙締酸缩水甘油醋和甲基丙締酸缩水甘油 醋。其它适合的环氧官能的单体包括締丙基缩水甘油酸、乙基丙締酸缩水甘油醋(glycidyl ethac巧late)和衣康酸缩水甘油醋(glycidylitoconate)。
[0069] 聚环氧化物通常具有相对高的分子量,如上所指出的,使得它不仅可W产生扩链, 而且也可W帮助实现所期望的共混物形态。在2160克的负载下和在190°C的溫度下测定 的,所得到的聚合物的烙体流动速率因此通常为约10至约200克每10分钟,在一些实施方 案中为约40至约150克每10分钟,W及在一些实施方案中为约60至约120克每10分钟。
[0070] 如果期望,也可W在聚环氧化物中使用另外的单体W帮助实现所期望的分子量。 运样的单体可W变化并且包括例如,醋单体、(甲基)丙締酸单体、締控单体、酷胺单体等。 在一个具体的实施方案中,例如,聚环氧化物包括至少一种线性的或者支化的α-締控单 体,例如,具有2至20个碳原子W及优选为2至8个碳原子的那些线性的或者支化的α-締 控单体。具体的实例包括乙締、丙締、1-下締;3-甲基-1-下締;3, 3-二甲基-1-下締;1-戊 締;具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-戊締;具有一个或多个甲基、乙基或丙基 取代基的1-己締;具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-庚締;具有一个或多个甲 基、乙基或丙基取代基的1-辛締;具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-壬締;乙 基、甲基或者二甲基取代的1-癸締;1-十二締;和苯乙締。特别期望的α-締控共聚单体 是乙締和丙締。
[0071] 另外的适合单体可W包括非环氧官能的(甲基)丙締酸单体。运样的(甲基) 丙締酸单体的实例可W包括丙締酸甲醋、丙締酸乙醋、丙締酸正丙醋、丙締酸异丙醋、丙締 酸正下醋、丙締酸仲下醋、丙締酸异下醋、丙締酸叔下醋、丙締酸正戊醋、丙締酸异戊醋、丙 締酸异冰片醋、丙締酸正己醋、丙締酸2-乙基下醋、丙締酸2-乙基己醋、丙締酸正辛醋、丙 締酸正癸醋、丙締酸甲基环己醋、丙締酸环戊醋、丙締酸环己醋、甲基丙締酸甲醋、甲基丙締 酸乙醋、甲基丙締酸2-径基乙醋、甲基丙締酸正丙醋、甲基丙締酸正下醋、甲基丙締酸异丙 醋、甲基丙締酸异下醋、甲基丙締酸正戊醋、甲基丙締酸正己醋、甲基丙締酸异戊醋、甲基丙 締酸仲下醋、甲基丙締酸叔下醋、甲基丙締酸2-乙基下醋、甲基丙締酸甲基环己醋、甲基丙 締酸肉桂醋、甲基丙締酸己豆醋、甲基丙締酸环己醋、甲基丙締酸环戊醋、甲基丙締酸2-乙 氧基乙醋、甲基丙締酸异冰片醋等,及它们的组合。
[0072] 在本发明的一个特别期望的实施方案中,聚环氧化物是由环氧官能的(甲基)丙 締酸的单体组分、α-締控单体组分和非环氧官能的(甲基)丙締酸单体组分形成的Ξ元 共聚物。例如,聚环氧化物可W是乙締与丙締酸甲醋与甲基丙締酸缩水甘油醋的共聚物,其 具有W下结构:
[0073]
阳074] 其中,x、y和Ζ为1或更大。
[00巧]可W使用多种已知技术使环氧官能的单体形成聚合物。例如,可W将含有极性官 能团的单体接枝至聚合物主链上,从而形成接枝共聚物。运样的接枝技术是本领域中公知 的,并且描述在,例如,第5, 179, 164号美国专利中。在其它实施方案中,可W采用已知的自 由基聚合技术,例如,高压反应、Ziegler-Natta催化剂反应体系、单中屯、催化剂(例如,金 属茂)反应体系等,将含有环氧官能团的单体与单体共聚,从而形成嵌段或无规共聚物。 [0076] 可W选择单体组分(或多种单体组分)的相对配比W实现在环氧反应性和烙体 流动速率之间的平衡。更具体地,高的环氧单体含量可W导致与基质聚合物好的反应性, 但是含量太高可W使烙体流动速率降低至使得聚环氧化物不利地影响聚合物共混物的烙 体强度的程度。因此,在多数实施方案中,环氧官能的(甲基)丙締酸单体(或多种单体) 占共聚物的约Iwt.%至约25wt.%,在一些实施方案中为约2wt.%至约20wt.%,W及在一 些实施方案中为约4wt. %至约15wt. %。α-締控单体(或多种α-締控单体)可W同样 地占共聚物的约55wt. %至约95wt.%,在一些实施方案中为约60wt. %至约90wt.%,W及 在一些实施方案中为约65wt. %至约85wt.%。使用时,其它单体组分(例如,非环氧官能 的(甲基)丙締酸单体)可W占共聚物的约5wt. %至约35wt. %,在一些实施方案中为约 8wt. %至约30wt. %,W及在一些实施方案中为约lOwt. %至约25wt. %。可W在本发明中 使用的适合的聚环氧化物的一个具体实例可商购自Arkema,名称为LOTADER饭AX8950 或AX8900。例如,LOTADE民液AX8950具有70至lOOg/lOmin的烙体流动速率并具有 7wt. %至llwt. %的甲基丙締酸缩水甘油醋单体含量、13wt. %至17wt. %的丙締酸甲醋单 体含量和72wt. %至80wt. %的乙締单体含量。另一种适合的聚环氧化物可商购自D证ont, 名称为ELVALOY饭PTW,其是乙締、丙締酸下醋和甲基丙締酸缩水甘油醋的Ξ元共聚物 并且具有12g/10min的烙体流动速率。
[0077]除了控制用于形成聚环氧化物的单体的类型和相对含量W外,也可W控制总的 重量百分率W实现所期望的益处。例如,如果改性水平太低,则可能不能实现所期望的烙 体强度和机械性能的提高。然而,本发明人也已发现,如果改性水平太高,加工可能受到限 审IJ,运是由于强的分子相互作用(例如,交联)和由环氧官能团形成的物理网络。因此,基 于组合物中使用的基质聚合物的重量,所使用的聚环氧化物的量通常为约0. 05wt. %至约 lOwt. %,在一些实施方案中为约0.Iwt. %至约8wt. %,在一些实施方案中为约0. 5wt. % 至约5wt. %,W及在一些实施方案中为约Iwt. %至约3wt. %。基于组合物总重量,聚环氧 化物也可W占约0. 05wt. %至约lOwt. %,在一些实施方案中为约0. 05wt. %至约8wt. %, 在一些实施方案中为约0.Iwt. %至约5wt. %,W及在一些实施方案中为约0. 5wt. %至约 3wt. %。
[0078] 在本发明中也可W使用其它反应性的第二包含物添加剂,如嗯挫嘟官能化的聚合 物、氯化物官能化的聚合物等。使用时,运样的反应性第二包含物添加剂可W在W上针对聚 环氧化物说明的浓度内使用。在一个具体的实施方案中,可W使用嗯挫嘟接枝的聚締控, 良P,接枝有含嗯挫嘟环的单体的聚締控。嗯挫嘟可W包括2-嗯挫嘟,例如,2-乙締基-2-嗯 挫嘟(例如,2-异丙締基-2-嗯挫嘟)、2-脂肪烷基-2-嗯挫嘟(例如,可得自油酸、亚油 酸、栋桐油酸(palmitoleicacid)、轄油酸(gadoleicacid)、芥酸和/或花生四締酸的乙 醇酷胺)W及它们的组合。在另一个实施方案中,例如,嗯挫嘟可W选自藍麻醇嗯挫嘟马来 酸醋(ricinoloxazolinemaleinate)--烷基-2-嗯挫嘟、大豆-2-嗯挫嘟、藍麻-2-嗯 挫嘟W及它们的组合。在又一实施方案中,嗯挫嘟选自2-异丙締基-2-嗯挫嘟、2-异丙締 基-4, 4-二甲基-2-嗯挫嘟W及它们的组合。 阳0巧]D.其它巧含物添加剂
[0080] 如W上所指出的,本发明的孔可W通过由不同大小的包含物添加剂产生的级联剥 离过程来形成。就运一点而言,可W期望使用另外的包含物添加剂W进一步促进该剥离过 程。在一个具体的实施方案中,例如,第=包含物添加剂可离散的第=区域的形式分散 在聚合物基质中。运些第Ξ区域甚至可W比第二区域小,并且例如,具有约1至约50纳米 的平均横截面尺寸,在一些实施方案中为约2至约45纳米,W及在一些实施方案中为约5 至约40纳米。也可W在第Ξ区域处和/或周围形成多个纳米孔,该第Ξ区域在横截面尺寸 上的尺寸为约1至约50纳米,在一些实施方案中为约2至约45纳米,W及在一些实施方案 中为约5至约40纳米。纳米孔可W具有任意规则或不规则的形状,例如,球形的、伸长的, 等等。纳米孔可基本上均匀的方式分布在整个所述材料内。例如,纳米孔可W分布在 一般垂直于应力施加方向的方向上取向的列中。运些列一般可W跨材料的宽度彼此平行。
[0081]用于第Ξ包含物添加剂的材料不是关键的。在某些实施方案中,例如,可W使用纳 米填料,例如,炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米粘±、金属纳米颗粒、纳米二氧化娃、纳米 氧化侣等。纳米粘±特别适合用于第Ξ包含物添加剂。术语"纳米粘±"-般是指粘±材 料(天然存在的矿物、有机改性的矿物或合成的纳米材料)的纳米颗粒,其通常具有薄板 结构。纳米粘±的实例包括例如蒙脱± (2:1分层的蒙脱石粘±结构)、膨润± (主要由蒙 脱±形成的页娃酸侣)、高岭石(具有板状结构和经验式AlzSizOe(0H) 4的1:1侣娃酸盐)、 埃洛石(具有管状结构和经验式Al2Si2〇5(〇H)4的1:1侣娃酸盐)等。合适的纳米粘上的 实例为Cloishe愈,是蒙脱±粘±并且可商购自Southern粘±产品公司(SouthernClay Pro化cts,Inc.)。合成的纳米粘±的其它实例包括但不限于混合金属氨氧化物纳米粘±、 分层的双氨氧化物纳米粘± (例如,海泡石)、裡皂石、水辉石、皂石、indonite等。如果期 望,纳米粘±可^包含表面处理W帮助改善与基质聚合物(例如,聚醋)的相容性。所述表 面处理可W是有机的或无机的。在一个实施方案中,采用通过有机阳离子与粘±反应得到 的有机表面处理。合适的有机阳离子可W包括但不限于,例如,能够与粘±交换地有机季 锭化合物,例如,二甲基双[氨化牛脂基]氯化锭(2M2HT)、甲基苯甲基双[氨化牛脂基] 氯化锭(MB2HT)、甲基Ξ[氨化牛脂基烷基]氯化锭(M3HT)等。可商购的有机纳米粘±的 实例可W包括,例如,Deiiite驳43B(意大利Livorno的LaviosaChimica),其是用二甲基 苯甲基氨化牛脂基锭盐改性的蒙脱±粘±。其它的实例包括Cloisi化⑥25A和Cloisited) 30B(Southe;rnClayProducts)和Nanofil919(.沒klOiemie)。
[0082] 当使用时,基于连续相(基质聚合物(多种基质聚合物))重量,第Ξ包含物添 加剂通常占热塑性组合物的约0. 〇5wt. %至约20wt. %,在一些实施方案中为约0.Iwt. % 至约lOwt. %,W及在一些实施方案中为约0. 5wt. %至约5wt. %。第Ξ包含物添加剂在 整个热塑性组合物中的浓度同样地可W为热塑性组合物的约O.Olwt. %至约15wt. %,在 一些实施方案中为约0. 05wt. %至约lOwt. %,W及在一些实施方案中为约0.Iwt. %至约 8wt. %。
[0083] 如果期望,第Ξ包含物添加剂(例如,纳米粘±)可W与载体树脂共混W形成提高 该添加剂与组合物中其它聚合物的相容性的母粒。特别合适的载体树脂包括,例如,如W上 详细描述的聚醋(例如,聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇醋等)、聚締控(例如,乙締聚合物、丙 締聚合物等)等等。在某些情况下,载体树脂可微米级尺寸的区域的形式分散,例如, 平均横截面尺寸为约0. 5至约30微米,在一些实施方案中为约1至约20微米,W及在一些 实施方案中为约2微米至约15微米。然而,至少部分第Ξ包含物添加剂可W从内部区域迁 移W形成纳米级尺寸的离散区域,例如,平均横截面尺寸为约1至约50纳米,在一些实施方 案中为约2至约45纳米,W及在一些实施方案中为约5至约40纳米。W运种方式,载体树 脂可W导致例如在如上指出的尺寸范围内的多个微米孔的形成,而迁移的包含物添加剂可 W导致例如在W上说明的尺寸范围的多个纳米孔的形成。出于该原因,用于形成第Ξ包含 物添加剂母料的聚合物,如果期望如此,可W既能充当第一包含物添加剂又能充当用于第 Ξ包含物添加剂的载体树脂。当然,应当理解的是,运绝不是必需的,并且可W采用分开的 载体树脂和第一包含物添加剂。
[0084]E.其它紀分
[0085] 出于各种不同理由,可W在组合物中采用多种成分。例如,在一个具体实施方案 中,可W在热塑性组合物中采用界面改性剂来帮助降低包含物添加剂(多种包含物添加 剂)与基质聚合物之间的摩擦和连通的程度,W及由此提高剥离的程度和均一性。W运种 方式,孔可WW更均匀的方式遍及组合物而分布。改性剂在室溫下(例如,25°C)可W是液 体或半固体的形式,使得它具有相对低的粘度,使它更易于被纳入热塑性组合物中并更容 易地迁移到聚合物表面。就运一点而言,在40°C下测定时,界面改性剂的运动粘度通常为约 0. 7至约200厘拖("CS"),在一些实施方案中为约1至约lOOcs,W及在一些实施方案中为 约1. 5至约80CS。此外,界面改性剂还通常是疏水的,使得它具有对第一包含物添加剂的亲 和力,例如,导致在基质聚合物和添加剂之间的界面张力的变化。通过降低基质聚合物和包 含物添加剂之间的界面处的物理力,据信改性剂的低粘度、疏水性质可W帮助促进剥离。如 本文中所使用的,术语"疏水的"通常是指材料在空气中具有约40°或者更大,W及在一些 情况下为约60°或者更大的水接触角。与此相反地,术语"亲水的"通常是指材料在空气中 具有小于约40°的水接触角。一种用于测量接触角的适合的测试为ASTM 05725-99(2008)。
[0086] 适合的疏水的、低粘度的界面改性剂可W包括,例如,硅氧烷、硅氧烷-聚酸共聚 物、脂肪族聚醋、芳香族聚醋、亚烷基二醇(例如,乙二醇、二甘醇、Ξ甘醇、四甘醇、丙二醇、 聚乙二醇、聚丙二醇、聚下二醇等)、烧二醇(例如,1,3-丙二醇、2, 2-二甲基-1,3-丙二醇、 1,3-下二醇、1,4-下二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2, 2, 4-Ξ甲基-1,6-己二醇、1,3-环 己烧二甲醇、1,4-环己烧二甲醇、2, 2, 4, 4-四甲基-1,3-环下二醇等)、胺氧化物(例如, 辛基二甲胺氧化物)、脂肪酸醋、脂肪酸酷胺(例如,油酷胺、芥酸酷胺、硬脂酷胺、亚乙基二 (硬脂酷胺)等)、矿物油和植物油等。一种特别适合的液体或半固体是聚酸多元醇,例如, 可商购自BASFCorp,商品名称为PLURIOL⑥WI。另一种适合的改性剂是部分可再生的 醋,例如,可商购自Hallstar,商品名称为HALLGREEN⑩IM。
[0087]使用时,基于连续相(基质聚合物(多种基质聚合物))的重量,界面改性剂占热 塑性组合物的约0.Iwt. %至约20wt. %,在一些实施方案中为约0. 5wt. %至约15wt.%,W 及在一些实施方案中为约Iwt. %至约lOwt. %。界面改性剂在整个热塑性组合物中的浓度 可W同样地占约0. 〇5wt. %至约20wt. %,在一些实施方案中占约0.Iwt. %至约15wt. %, W及在一些实施方案中占约0. 5wt. %至约l
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