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成核組合物和包含這種成核組合物的熱塑性聚合物組合物的制造方法與工藝

文檔序號:11435124閱讀:183來源:國知局
成核組合物和包含這種成核組合物的熱塑性聚合物組合物本發(fā)明涉及一種成核組合物,其包含環(huán)狀二羧酸的金屬鹽或有機陽離子鹽作為第一成核劑。本發(fā)明還涉及一種熱塑性聚合物組合物,其包含所述成核組合物。本發(fā)明進一步涉及一種成型制品,其包含所述熱塑性聚合物組合物。這種成核組合物從文獻EP1379368B1中已知。該文獻公開了至少一種六氫鄰苯二甲酸(HHPA)的金屬鹽,例如鈣、鍶、鋰和一價鋁鹽,作為成核劑來生產(chǎn)熱塑性組合物,其表現(xiàn)出改進的結晶行為。幾篇其他文獻還公開了作為成核添加劑用于熱塑體的金屬鹽。例如,US2004/0220311A1公開了將具體的六氫鄰苯二甲酸金屬鹽例如鈣、鍶、鋰和一價鋁,作為成核劑用于不同的熱塑性體中,特別是用于聚丙烯組合物。WO2006/071721公開了一種熱塑性組合物,其包含聚烯烴;成核劑,其包含二羧酸鹽化合物,例如雙環(huán)[2.2.1]庚烷二羧酸鹽,可以商標名HPN-68獲自Milliken&Company;第一脂肪酸鹽,其具有選自鈣、鈉、鋰和鋇的第一陽離子抗衡離子,例如硬脂酸鈣;和第二脂肪酸鹽,其具有選自鎂、鋁和鋅的第二陽離子抗衡離子,例如硬脂酸鋅。成核劑是這樣的化學化合物或組合物,其能夠使熱塑性聚合物更快成核或者具有更高的結晶溫度,使得在它們的加工過程中生產(chǎn)率增加和獲得由這種熱塑體制造的制品改進的機械和物理性能。這些化合物提供了成核位置,用于在熱塑性熔融組合物冷卻過程中的晶體生長。在聚丙烯中,例如通過添加成核劑例如滑石和羧酸鹽例如苯甲酸鈉而獲得了更高的結晶度和更均勻的結晶結構。用于基于聚丙烯的組合物的成核劑的概述在例如Polym.Adv.Technol.2007,18,685-695中給出。但是,公認的是使用成核劑是高度不可預測的技術領域。成核劑分子結構中小的變化會明顯改變成核劑有效成核聚合物組合物的能力。關于在熱塑體(重)結晶過程中成核劑對于聚合物形態(tài)的影響仍然有許多未知。成核組合物從文獻EP1379368B1中已知。該文獻公開了至少一種六氫鄰苯二甲酸(HHPA)的金屬鹽,例如鈣、鍶、鋰和一價鋁鹽,作為成核劑來生產(chǎn)熱塑性組合物,其表現(xiàn)出改進的結晶行為。幾篇其他文獻還公開了作為成核添加劑用于熱塑體的金屬鹽。例如,US2004/0220311A1公開了將具體的六氫鄰苯二甲酸金屬鹽例如鈣、鍶、鋰和一價鋁,作為成核劑用于不同的熱塑性體中,特別是用于聚丙烯組合物。WO2006/071721公開了一種熱塑性組合物,其包含聚烯烴;成核劑,其包含二羧酸鹽化合物,例如雙環(huán)[2.2.1]庚烷二羧酸鹽,可以商標名HPN-68獲自Milliken&Company;第一脂肪酸鹽,其具有選自鈣、鈉、鋰和鋇的第一陽離子抗衡離子,例如硬脂酸鈣;和第二脂肪酸鹽,其具有選自鎂、鋁和鋅的第二陽離子抗衡離子,例如硬脂酸鋅。需要改進熱塑性組合物的機械性能例如撓曲模量和沖擊強度。本發(fā)明的一個目標是提供一種成核劑組合物,其使得熱塑性組合物具有高度改進的機械性能例如撓曲模量和沖擊強度。該目標根據(jù)本發(fā)明,用一種成核組合物實現(xiàn),該成核組合物包含:(a)第一成核劑,其包含環(huán)狀二羧酸鹽化合物;和(b)第二成核劑,其包含滑石,其中該環(huán)狀二羧酸鹽化合物具有式(I):令人驚訝地,本發(fā)明的成核組合物獲得了高度改進的機械性能例如剛度和沖擊。文獻US2007/0213439A1還公開了一種成核組合物,其包含兩種成核劑的混合物,第一成核劑包含二羧酸鈣鹽,稱作HPN-20E,但是在該文獻中,第二成核劑包含雙環(huán)[2.2.1]庚烷二羧酸鹽,特別是HPN-68L。同樣,US2008/0171834A1公開了二羧酸鈣鹽作為第一成核劑,但是使用雙酚磷酸酯化合物作為成核組合物中的第二成核劑。因此,這些參考文獻沒有公開也沒有建議使用滑石作為成核劑與二羧酸鈣鹽組合。本發(fā)明的成核組合物另外的優(yōu)點包括由成核的熱塑性聚合物組合物制成的成型制品翹曲降低;更高的熱扭變溫度(HDT)和改進的最高負荷。本發(fā)明的成核組合物另外的優(yōu)點包括由成核的熱塑性聚合物組合物制成的成型制品由溫度變化引起的收縮率降低,這通過根據(jù)ASTMD696測量的線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)來測定。CLTE度量了在每單位溫度變化中,每單位長度材料的長度變化。表達為in/in/°F或cm/cm/℃,CLTE用于計算熱膨脹所產(chǎn)生的尺寸變化。當組件的部件具有大范圍變化的熱膨脹系數(shù)時,CLTE特別重要。材料的熱膨脹是另一重要設計因素,特別是在包含聚合物組分的塑料零件與金屬零件或具有金屬嵌件的零件匹配的應用。收縮率也可以根據(jù)ISO294-4(收縮率3-D)測定。本發(fā)明成核組合物的優(yōu)點包括以下有利性能之一或組合:撓曲模量,沖擊強度,CLTE和收縮率。本發(fā)明組合物中的第一成核劑包括式(I)的順式六氫鄰苯二甲酸鈣化合物。由Milliken商業(yè)化的HPN-20ETM成核劑包含這種式(I)的順式六氫鄰苯二甲酸鈣化合物和作為酸清除劑的含硬脂酸鹽的化合物,例如硬脂酸鋅。本發(fā)明的成核組合物包含滑石作為第二成核劑?;枪I(yè)上的一種常用添加劑,主要用作增強劑或填料以及用作不同聚合物組合物的成核劑。當以相對高的量例如基于總聚合物組合物計為約10-50重量%使用時,滑石通常被認為是填料。當滑石低于5重量%使用時,它不再被認為是填料,而是充當成核劑?;梢砸苑勰┬问接糜诒景l(fā)明中,優(yōu)選通過d50所定義的粒度分布是0.1-20μm;更優(yōu)選0.5-15μm;或0.7-8μm,以改進它的成核行為。第一成核劑和第二成核劑可以以廣泛變化的量存在于本發(fā)明的成核組合物中,例如重量比是1:1200-2:1;優(yōu)選的比率是1:500-1:1;更優(yōu)選的比率是1:100-1:2;甚至更優(yōu)選的比率是1:50-1:5。添加處于這些比率限度內的這些組分的優(yōu)點在于控制快速循環(huán)時間的尺寸穩(wěn)定性和控制機械性能的可能性。成核組合物可以作為粉末、干混物或液體混合物來使用。它還可以與其他添加劑混合以形成添加劑預混物,或者它可以與低濃度粘合劑材料例如蠟或熱塑性聚合物混合,該粘合劑材料與該組合物打算作為成核劑所用于的聚合物相容。成核組合物還可以與作為母料或濃縮物的熱塑性聚合物合并。這些共混物可以任選地具有酸清除劑和其他添加劑例如穩(wěn)定劑;主要和次要抗氧化劑。合適的酸清除劑可以包括硬脂酸鋅、硬脂酸鈣或其他基于硬脂酸鹽的化合物,和水滑石。本發(fā)明還涉及一種熱塑性聚合物組合物,其包含熱塑性聚合物和本發(fā)明的成核組合物。作為此處使用的,術語“熱塑體”指的是暴露于足夠高的溫度時熔融,但是冷卻時重新凝固(結晶)的聚合物材料?!盁崴荏w”特別定義了冷卻時具有(半)結晶形態(tài)的聚合物。熱塑性聚合物的合適例子包括聚酰胺,例如聚酰胺-6、聚酰胺-6,6或聚酰胺-4,6;聚烯烴,如聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯;聚酯,例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯;聚苯硫醚;聚氨酯;以及任何類型的聚合物共混物和配混物,及其任意組合。優(yōu)選熱塑性聚合物是可結晶聚丙烯,如丙烯均聚物、無規(guī)共聚物,或丙烯和乙烯和/或另一種α-烯烴的所謂的雜相或抗沖共聚物。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中,熱塑性聚合物是雜相聚丙烯共聚物。這種共聚物主要具有至少兩相結構,由基于丙烯的半結晶基質和分散彈性體相(典型地是乙烯-丙烯橡膠(EPR))組成。這些聚丙烯通常在一個或多個反應器中,通過丙烯在催化劑體系存在下聚合,隨后丙烯-乙烯混合物聚合來制備;但是也可以通過共混不同的(共)聚合物來制備。所形成的聚合物材料是雜相的;研究已經(jīng)表明在基于雜相丙烯的共聚物中存在著四種相:結晶聚丙烯,無定形聚丙烯,結晶乙烯-丙烯橡膠,和無定形乙烯-丙烯橡膠。這種聚合物的優(yōu)點是改進的耐沖擊性,特別是在低溫。優(yōu)選熱塑性聚合物是雜相丙烯共聚物,其包含:包含丙烯的基質相,和包含乙烯-α-烯烴彈性體的分散相。優(yōu)選雜相丙烯共聚物包含60-92重量%的基質相(其包含丙烯均聚物和/或丙烯共聚物,該丙烯共聚物包含至少90重量%的丙烯和至多10重量%的乙烯和/或至少一種C4-C10α-烯烴),和8-40重量%的分散相(其包含乙烯-α-烯烴彈性體,其包含40-65重量%的乙烯和35-60重量%的至少一種C3-C10α-烯烴,優(yōu)選丙烯)。基質和分散組分的百分比是基于雜相丙烯共聚物的總重量計;共聚單體的含量是基于共聚物組分計。優(yōu)選基質相是丙烯均聚物和大規(guī)模的分散相是乙烯-α-烯烴彈性體,其包含40-65重量%的乙烯和35-60重量%的丙烯。本發(fā)明的熱塑性聚合物組合物優(yōu)選包含0.0025-0.1重量%的第一成核劑,基于總熱塑性聚合物組合物計。需要一定的最小量的第一成核劑來有效影響進一步包含滑石作為成核劑的聚合物組合物的成核行為和性能;優(yōu)選成核組合物因此包含至少0.004、0.005、0.008、0.01重量%的第一成核劑。進一步將組合物中第一成核劑的量增加到高于0.1重量%將幾乎對最終產(chǎn)品的性能改進無貢獻。優(yōu)選成核組合物因此包含至多0.08、0.06、0.05、0.03重量%的第一成核劑。本發(fā)明的一個特殊優(yōu)點是可以使用相對低量的第一成核劑,與基于滑石的第二成核劑相組合;這不僅產(chǎn)生改進了性能,而且降低了成本。用作聚合物組合物中第二成核劑的滑石的量優(yōu)選是0.1-5重量%,更優(yōu)選0.2-4重量%;或0.3-3重量%,基于總熱塑性聚合物組合物計。需要一定的最小量的滑石來提供成核效應和良好的機械特性例如剛度。優(yōu)選成核組合物因此包含至少0.2、0.3或甚至0.5重量%的滑石。如果成核組合物包含大于5重量%的滑石,則另外的量可以僅充當填充劑。優(yōu)選成核組合物因此包含至多4或3重量%的滑石。本發(fā)明的熱塑性聚合物組合物的雜相丙烯共聚物優(yōu)選的MFI小于1dg/分鐘,其通過ISO1133,在230℃;2.16kg測定。雜相丙烯共聚物的MFI可以例如是0.1-0.5dg/分鐘。本發(fā)明的熱塑性聚合物組合物優(yōu)選不含或基本上不含有機過氧化物。術語“基本上不含有機過氧化物”可以表示小于總組合物的0.01重量%。包含該類型的具有低MFI的丙烯共聚物的本發(fā)明組合物特別可用作管,特別是污水管和排水管。這些應用典型地需要在處理溫度時良好的耐沖擊性(滿足EN1852&EN13476),用于良好尺寸穩(wěn)定性的高環(huán)剛度(對于管的外層特別重要),優(yōu)異的可加工性,良好的耐化學品性,良好的耐熱氧化性,良好的收縮性能和/或低比重。塑料管生產(chǎn)商積極嘗試從污水管市場的傳統(tǒng)材...
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