專利名稱:兩性離子化合物在熱塑性塑料中作為脫模劑的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及兩性離子化合物在熱塑性塑料中作為脫模劑的應(yīng)用、為此所提供的有優(yōu)良脫模性能的熱塑性模塑組合物以及由此模塑組合物制備的模制件。
已知許多專利和出版物均描述熱塑性塑料特別是聚碳酸酯中的各種添加劑的脫模作用。最經(jīng)常作為脫模劑使用的物質(zhì)是長鏈脂族酸類和醇類的酯。作為實例可提到由脂肪酸醇類或多元醇類,如季戊四醇與脂肪酸形成的酯,如描述于DE-A 3312158、EP-A 100918、EP-A103107、EP-A 561629、EP-A 352458、EP-A 436117中,或格爾伯特醇類(Guerbetalkohole)的酯,它描述于US-A 5001180、DE-A3312157、US-A 4097435中,或以褐煤酸作為酸組分的酯,它描述于US-A 4097435中。其不足之處是該脂肪酸酯的量要大于0.5重量%的情況下才顯示出明顯的脫模作用。但這種濃度已常會導(dǎo)致渾濁和/或模具覆層的形成。還已知作為脫模劑的硅氧烷(參見US-A 4536590、US-A4390654、US-A 3751519),它與聚碳酸酯的相容性差,并在達到有效性的所需濃度下也導(dǎo)致渾濁。帶有殘余雙鍵(DE-A 3244499)的α-烯烴聚合物(EP-A 561630、EP-A 230015)易于變色。在氫化體系如長鏈烷烴類(US-A 4415696)情況下同樣存在與聚碳酸酯的不相容問題,此外這種產(chǎn)物的經(jīng)常是部分液態(tài)部分蠟狀的稠度也是不利的。
從US-A 4927911中已知兩性離子化合物作為聚合催化劑。但是未提到其作為脫模劑的適用性。
此外,例如在JP-A 62109854或DE-A 2409412中描述了兩性離子化合物在與其它表面活性化合物的組合下的抗靜電效應(yīng)。但也未提及其作為脫模劑的適用性。
基于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明的目的在于尋找一種更有效的脫模劑,它在低濃度下是有效的,并且不形成模具覆層,并在有效濃度下不導(dǎo)致渾濁或變色,為此要提供一種有優(yōu)良脫模性能的模塑組合物,該組合物除具有優(yōu)異的脫模特性及透明性外,還具有足夠的溫度穩(wěn)定性,并且不變色或酯交換。
由于需要較短的循環(huán)時間和較高的加工溫度,因此在越來越復(fù)雜的模具情況下,就總是要求碳酸酯模制件能立即脫模,同時保持非常優(yōu)質(zhì)的表面,此外,這也一直是一種挑戰(zhàn)。
本發(fā)明的目的是通過應(yīng)用兩性離子物質(zhì)來解決的。
因此,本發(fā)明涉及兩性離子物質(zhì)作為熱塑性模塑組合物的脫模劑的應(yīng)用。
此外,本發(fā)明還提供一種模塑組合物,它含有·90-99.995重量%的熱塑性塑料·0.005-5.0重量%,優(yōu)選0.001-2.0重量%,更優(yōu)選0.01-1.0重量%的兩性離子化合物。
另外,本發(fā)明的模塑組合物還含有常規(guī)添加劑如熱穩(wěn)定劑、UV-穩(wěn)定劑、其它的脫模劑、阻燃劑、防滴劑、填料、玻璃纖維和混合組分如ABS、SAN、EPDM或基于對苯二酸和二元醇的聚酯。
本發(fā)明的模塑組合物可能會由在合成、加工、處理和貯存時組合物各組分所含的雜質(zhì)以及本發(fā)明組合物在制備和加工過程中的污物所沾污。但目的是要達到盡可能清潔的產(chǎn)物。
本發(fā)明的目的還要提供一種含本發(fā)明模塑組合物的模制件。
本發(fā)明的兩性離子化合物通常意指在其分子內(nèi)的各帶電中心(如原子/原子基因)帶有至少一個正電荷和至少一個負電荷的化合物。該帶電中心是通過共價互相連結(jié)的。
優(yōu)選是式(I)的化合物R1R2R3-Y+-R4-X-(I)其中·R1、R2、R3=具有1-30個碳原子的烷基、芳基、烷芳基、芳烷基,是未被取代的或完全或部分地被氯取代的或被氟取代的,任選也可是支化的,優(yōu)選是苯基、具有1-20個碳原子的直鏈未被取代的烷基,特別優(yōu)選是甲基和/或具有12-20個碳原子的芳基或苯基,·R4=具有1-30碳原子的二價亞烷基,是未被取代的或完全或部分地被氯取代的或被氟取代的,任選也是支化的,優(yōu)選是直鏈的未被取代的α,α-亞烷基C1-C5,·Y=氮或磷,優(yōu)選氮,·X=-SO3-、-COO-、PO3-,優(yōu)選-SO3-。
特別優(yōu)選是磺基三甲銨乙內(nèi)酯(X=-SO3-和Y=氮),其中,R1、R2、R3中的至少一個為具有12-20個碳原子的烷基,其余的基團為甲基,R4是具有2-5個碳原子的烷基。
更特別優(yōu)選是N,N-二甲基-N-硬酯酰-N-(3-磺基丙基)-甜菜銨(RalufonDS,Raschig AG,kudwigshafen,德國)。
本發(fā)明的兩性離子物質(zhì)是市售可得的,并可在化學試劑商店買到。
本發(fā)明的熱塑性塑料意指烯屬不飽單體的聚合物和/或雙官能的反應(yīng)性化合物的縮聚物。也可以是多種塑料的混合物。
特別適用的熱塑性塑料是基于二酚的聚碳酸酯或共聚碳酸酯;聚丙烯酸酯或共聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯或共聚甲基丙烯酸酯,如優(yōu)選是聚甲基丙烯酸甲酯;含苯乙烯的聚合物或共聚物如優(yōu)選是透明的聚苯乙烯或苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN);透明的熱塑性聚氨酯以及聚烯烴如優(yōu)選是基于環(huán)烯烴的透明的聚丙烯類或聚烯烴(如TOPAS,Ticona);對苯二酸的縮聚物或共縮聚物如優(yōu)選是聚對苯二甲酸乙二醇酯或共聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET或CoPET)或乙二醇改性的PET(PETG)。
特別優(yōu)選的是熱塑性的芳族聚碳酸酯或共聚碳酸酯。
本發(fā)明的熱塑性的芳族聚碳酸酯意指均聚碳酸酯和共聚碳酸酯;該碳酸酯可以是線性的或分支的。
在本發(fā)明適用的聚碳酸酯中,至多80摩爾%,優(yōu)選是20摩爾%-50摩爾%的碳酸酯基可由芳族二羧酸酯基所取代。含有引入分子鏈中的碳酸酸基和芳族二羧酸酸基的這類聚碳酸酯確切地被稱為芳族聚酯碳酸酯。為簡化起見,它們歸屬于本發(fā)明的關(guān)于熱塑性芳族聚碳酸酯的概念中。
本發(fā)明要應(yīng)用的聚碳酸酯的制備是以已知的方法由二酚、碳酸衍生物、任選的鏈終止劑和任選的支化劑來進行,其中為制備聚酯-碳酸酯,部分碳酸衍生物由芳族二羧酸或其衍生物來取代,即按在芳族聚碳酸酯中要取代的碳酸酯結(jié)構(gòu)單元的比例以芳族二羧酸酯結(jié)構(gòu)單元來取代。
自40多年來,有幾百篇專利說明書描述過聚碳酸酯的制備詳情,這里僅作為例證列出下列文獻·Schnell.“Chemistry and Physics of Polycarbonates″,Polymer Reviews,Volume 9,Interscience Publishers,New York,London,Sydney 1964;·D.C.Prevorsek,B.T.Debona und Y.Kesten,Corporate Research Center,Allied Chemical Corporation,Morristown,New Jersey 07960“Synthesis ofPoly(ester Carbonate)Copolymers″in Journal of Polymer Science,PolymerChemistry Edition,Vol.19,75-90(1980)”;·D.Freitag,U.Grigo,P.R.Müller,N.Nouvertne′,BAYER AG,“Polycarbonates″in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,Volume 11,Second Edition,1988,Seiten 648-718,和·Dres.U.Grigo,K.Kircher und P.R-Müller″Polycarbonate″inBecker/Braun,Kunststoff-Handbuch。Band 3/1,Polycarbonate,Polyacetale,Polyester,Celluloseester,Carl Hanser Verlag München,Wien 1992,Seiten117-299該熱塑性聚碳酸酯,包括熱塑性芳族聚酯碳酸酯,的平均分子量Mw(通過在CH2Cl2中的濃度為0.5g/100ml CH2Cl2,溫度為25℃的相對粘度測定所得)為12000-120000,優(yōu)選為15000-80000,特別是16000-50000。
制備本發(fā)明的聚碳酸酯所適用的二酚例如是對苯二酚、間苯二酚、二羥基聯(lián)苯、二(羥基苯基)-烷烴、二(羥基苯基)環(huán)烷烴、二(羥基苯基)-硫醚、二(羥基苯基)-醚、二(羥基苯基)-酮、二(羥基苯基)-砜、二(羥基苯基)-亞砜、α,α′-雙-(羥基苯基)-二異丙基苯、以及其環(huán)上被烷基化和環(huán)上被鹵化的化合物。
優(yōu)選的二酚是4,4′-二羥基聯(lián)苯、2,2-雙-(4-羥基苯基)-1-苯基-丙烷、1,1-雙(4-羥基苯基)-苯基-乙烷、2,2-雙-(4-羥基苯基)-丙烷、2,4-雙(4-羥基苯基)-2-甲苯丁烷、1,1-雙(4-羥基苯基)-間/對二異丙基苯、2,2-雙(3-甲基-4-羥基苯基)-丙烷、二(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-甲烷、2,2-雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-丙烷、二(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-砜、2,4-雙-(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-2-甲基丁烷、1,1-雙-(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-間/對二異丙基苯、2,2-雙-(4-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷、1,1-雙(4-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷。
特別優(yōu)選的二酚是4,4′-二羥基聯(lián)苯、1,1-雙-(4-羥基苯基)-苯基乙烷、2,2-雙-(4-羥基苯基)-丙烷、2,2-雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)-丙烷,1,1-雙(4-羥基苯基)環(huán)己烷和1,1-雙(4-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷。
這些和其它的適用的二酚描述于例如US-3028635、2999835、3148172、2991273、3271367、4982014和2999846;德國公開說明書1570703、2063050、2036052、2211956和3832396;法國專利說明書1561518;專論“H.Schnell,Chemistry and Physics ofPolycarbonates,Interscience Publishers,New York,1964”以及日本公開說明書62039/1986、62040/1986和105550/1986中。
在均聚碳酸酯情況下,僅使用一種二酚,在共聚碳酸酯情況下,使用多種二酚,當然其中所用的雙酚以及所有加到合成中的化學試劑和助劑均會由來自其本身合成時的雜質(zhì)所污染,但是希望使用盡可能純的原料。
適用的鏈終止劑是一元酚和一元羧酸。適用的一元酚是苯酚、烷基酚如甲酚、對-叔丁基酚、對-正辛基酚、對-異辛基酚、對-正壬基酚和對-異壬基酚、鹵代酚如對-氯苯酚、2,4-二氯苯酚、對-溴苯酚、枯基酚和2,4,6-三溴苯酚,或其混合物。
適用的一元羧酸是苯甲酸、烷基苯甲酸和鹵代苯甲酸。優(yōu)選的鏈終止劑是式(I)的酚R6-Ph-OH (I)其中R6是氫或支鏈的或直鏈的的C1-C18烷基,Ph是具有6-18個碳原子的二價芳基,優(yōu)選亞苯基。
要使用的鏈終止劑的量按在各種情況下所用的二酚的摩爾數(shù)計為0.5摩爾%-10摩爾%。鏈終止劑可在光氣化前、光氣化中或光氣化后加入。
適用的支化劑是在聚碳酸酯化學中已知的三官能或大于三官能的化合物,特別是帶有3個或3個以上酚OH基的化合物。
適用的支化劑例如是間苯三酚、4,6-二甲基-2,4,6-三(4-羥基苯基)-庚烯-2、4,6-二甲基-2,4,6-三-(4-羥基苯基)-庚烷、1,3,5-三(4-羥基苯基)-苯、1,1,1-三-(4-羥基苯基)-乙烷、三-(4-羥基苯基)-苯基甲烷、2,2-雙-[4,4-雙-(4-羥基苯基)-環(huán)己基]-丙烷、2,4-雙-(4-羥基苯基-異丙基)-苯、2,6-雙-(2-羥基-5′-甲基-芐基)-4-甲基苯、2-(4-羥基苯基)-2-(2,4-二羥基苯基)-丙烷、六-(4-(4-羥基苯基-異丙基)苯基)-鄰對苯二甲酸酯、四-(4-羥基苯基)-甲烷、四-(4-(4-羥基苯基-異丙基)-苯氧基)-甲烷和1,4-雙[(4′,4″-二羥基-三苯基)-甲基]-苯以及2,4-二羥基苯甲酸、1,3,5-苯三酸、氰尿酰氯和3,3-雙-(3-甲基-4-羥基苯基)-2-氧代-2,3-二氫吲哚。
任選所用的支化劑的量按各所用的二酚的摩爾數(shù)計為0.05摩爾%-2.5摩爾%。
所述支化劑可隨二酚和鏈終止劑以堿性水相或以溶解在有機溶劑中的形式在光氣化前加入。
用于制備聚碳酸酯的所有這些措施是本專業(yè)人員所熟知的。
對制備聚酯碳酸酯所適用的芳族二羧酸例如是鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、叔丁基間苯二甲酸、3,3′-二苯基二羧酸、4,4′-二苯基二羧酸、4,4-二苯酮二羧酸、3,4′-二苯酮二羧酸、4,4′-二苯基-醚-二羧酸、4,4′-二苯基砜二羧酸、2,2-雙-(4-羧基苯基)-丙烷、三甲基-3-苯基茚滿-4,5′-二羧酸、或其混合物。
在芳族二羧酸中特別優(yōu)選使用對苯二甲酸和/或間苯二甲酸。
二羧酸的衍生物是二酰鹵和二羧酸二烷基酯,特別是二酰氯和二羧酸甲基酯和二羧酸二苯基酯。
碳酸酯基被芳族二羧酸酯基的取代基本上以化學計算量進行,也是定量進行的,所以反應(yīng)物中的摩爾比會在所得聚酯碳酸酯中再現(xiàn)。該芳族二羧酸酯基的引入可按統(tǒng)計方式進行,也可按嵌段方式進行。
本發(fā)明中要應(yīng)用的聚碳酸酯,包括聚酸碳酸酯的優(yōu)選制備方法是已知的界面法和已知的熔融酯交換法。
在第一種方法中,優(yōu)選用光氣作為碳酸衍生物,在后一種方法中,優(yōu)選以碳酸二苯基酯作為碳酸衍生物。用于聚碳酸酯制備的催化劑、溶劑、后處理、反應(yīng)條件等對這兩種情況均已充分描述,并是已知的。
本發(fā)明的模塑組合物的制備可通過將本發(fā)明的兩性離子化合物在合成期間加到熔體中或在界面法中加到后處理步驟或濃縮步驟中,也可通過加到制成的熱塑性塑料的溶液或熔體中來進行。在溶液的情況下,是將熱塑性塑料溶于合適的溶劑中,再混入本發(fā)明的兩性離子化合物和任選地同時或依次加入其它添加劑,接著將溶劑蒸發(fā)掉,并將所得混合物制粒。在熔融方法中,是將熱塑性塑料與本發(fā)明的兩性離子化合物和任選地同時或依次地與其它以本體或溶液形式的添加劑混合,接著使該混合物在260-360℃下進行熔融混合或在250-320℃下進行熔體擠出,并將所得混合物制粒。
為改進塑料模塑組合物,還可再加入至少一種通常在熱塑性塑料,優(yōu)選聚碳酸酯和共聚碳酸酯中存在的其它的添加劑如穩(wěn)定劑(如描述于EP-A 0839623 A1或EP-A 0500496 A1),特別是熱穩(wěn)定劑,尤其是有機的受阻酚類、受阻胺類(HALS)、亞磷酸酯或膦類,例如優(yōu)選是三苯基膦;其它已知的脫模劑例如優(yōu)選是甘油或四甲醇甲烷的脂肪酸酯,其中不飽和的脂肪酸也可經(jīng)完全或部分環(huán)氧化的,特別是甘油單硬脂酸酯(GMS)或季戊四醇四硬脂酸酯(PETS);阻燃劑;抗靜電劑;UV-吸收劑,例如優(yōu)選為羥基-苯并三唑和羥基三嗪;填料;玻璃纖維;發(fā)泡劑;著色劑;顏料;熒光增白劑;酯交換催化劑和成核劑等,其用量按總混合物計各為至多5重量%,優(yōu)選0.01-5重量%,按塑料量計特別優(yōu)選為0.01-1重量%。
適用的玻璃纖維是所有市售可得的玻璃纖維類,即經(jīng)剪切的長玻璃纖維(切斷條)和短玻璃纖維(碎纖維),只通過精整使其與聚碳酸酯相容即可。
用于制備模塑組合物的玻璃纖維是由E-玻璃制成的。E-玻璃意指按DIN 1259的鋁-硼-硅酸鹽玻璃,其堿金屬氧化物含量小于1重量%。通常所用的玻璃纖維的直徑為8-20μm,長度為3-6mm(切斷條)。也可加入短玻璃纖維(碎纖維),同樣也可用玻璃珠。
在聚碳酸酯和在本發(fā)明的模塑組合物中可應(yīng)用的阻燃劑是有機或無機酸的堿金屬鹽,特別是磺酸的堿金屬鹽如全氟丁烷磺酸鈉或全氟丁烷磺酸鉀、六氟鋁酸鉀、六氟鋁酸鈉、二苯基砜磺酸鉀、2-甲?;交撬徕c、(N-苯磺?;?苯氨磺酰鈉,經(jīng)常與其它阻燃劑組合,如鹵化有機化合物、冰晶石和聚四氟乙烯以及四溴化雙酚-低聚碳酸酯。
這些常規(guī)添加劑可以已知方法與本發(fā)明的組分一起或其后加入到熱塑性塑料中。
本發(fā)明的模塑組合物可在通常用的加工機中按已知方法在適用于聚碳酸酯的通常加工參數(shù)下經(jīng)加工成模制件。因此本發(fā)明的目的是還要提供一種由本發(fā)明的模塑組合物制成的部件如模制件和半成品。
這些模制部件例如可用于電氣、電子、照明、計算機、建筑、汽車和/或飛機等領(lǐng)域。
所述模塑組合物適用于制備注塑制品和擠出制品,如薄膜、板材、中空板、燈、數(shù)據(jù)載體如光盤或數(shù)字通用盤、燈、電氣設(shè)備的外殼、計算機的外殼或汽車設(shè)備的外殼如窗玻璃、儀表板、漫射透鏡片、外罩等,或玩具。
實施例在實施例中的用量均以按總混合物重量計的重量%表示。
聚碳酸酯1由2,2-雙-(4-羥基苯基)-丙烷組成的含酚端基的無添加劑的芳族聚碳酸酯,其溶液粘度為1.28。將其在290℃下于雙螺桿擠出機(ZSK32/2)中熔融。冷卻該聚合物條并制粒。
聚碳酸酯2由2,2-雙-(4-羥基苯基)-丙烷組成的含叔-丁基酚端基的無添加劑的芳族聚碳酸酯,其溶液粘度為1.195。將其在280℃下于雙螺桿擠出機(ZSK 32/2)中熔融。冷卻該聚合物條并制粒。
將該粒料在真空干燥箱中于80℃下干燥24小時,然后在注塑機中于310℃下和模具壁溫為110℃注模,以制成盤形試件。
采用特制的測量工具測定摩擦系數(shù)。對所有的實驗,均在ArburgAllrounder 320-210-850-D型注塑機中以物料溫度為300℃,模具溫度為90℃下注塑出同樣的盤狀模制件。在冷卻20秒后該模制件在密閉的模具中旋轉(zhuǎn)90°角。過程參數(shù)獲取系統(tǒng)測量盤的斷裂扭矩和模具沖頭對盤上的壓力。由測量參數(shù)計算摩擦系數(shù)。
該靜摩擦和滑動摩擦系數(shù)就作為脫模效果的量度。對此,較小的值比高值更有利。
在表1中列出實施例1-4以及對比實施例1-5。作為對比,列舉了不含脫模劑的聚碳酸酯、含GMS=甘油單硬脂酸酯(LoxiolEP129,Henkel KGaA,Düsseldoff,德國)的產(chǎn)物和含PETS=季戊四醇硬脂酸酯(Loxiol VPG 861,Heukel KGaA)的產(chǎn)物。
本發(fā)明的模塑組合物的特點是具有明顯小的摩擦系數(shù),并且與常用的標準脫模劑GMS和PETS相比,在較小的用量下就已具有更好的脫模效果。
表權(quán)利要求
1.兩性離子化合物在熱塑性模塑組合物中作為脫模劑的應(yīng)用。
2.一種模塑組合物,它含有熱塑性塑料和作為脫模劑的權(quán)利要求1的兩性化合物。
3.一種模制件,它含有權(quán)利要求2的模塑組合物,該模制件特別是燈罩、光學數(shù)據(jù)存儲器如CD、DVD和其可寫入或可再寫入的改進裝置、板材、中空板、汽車前燈漫射透鏡片、玻璃化部件、設(shè)備外殼如計算機外殼和機床外罩。
4.權(quán)利要求3的模制件,其特征在于,所用的熱塑性塑料是聚碳酸酯。
5.權(quán)利要求1的應(yīng)用,其特征在于,所用兩性離子化合物是式(I)的化合物R1R2R3-Y’-R4-X(I)其中R1、R2、R3=具有1-30個碳原子的烷基,它也可以是完全或部分被氯取代的或被氟取代的,并且任選可以是分支的,優(yōu)選是帶有1-18個碳原子的直鏈的未取代的烷基R4=具有1-30個碳原子的二價亞烷基,它可以是完全或部分被氯取代的或被氟取代的,并且任選可以是分支的,優(yōu)選是直鏈的未取代的α,α-亞烷基C1-C5Y=氮或磷X=-SO3-、-COO-、PO3-。
6.權(quán)利要求2的模塑組合物,其特征在于,它含有90-99.995重量%的熱塑性塑料和0.005-5.0重量%的至少一種兩性離子化合物。
7.權(quán)利要求2的模塑組合物,其特征在于,它含有至少一種式(I)的兩性離子化合物R1R2R3-Y+-R4-X-(I)其中R1、R2、R3=具有1-30個碳原子的烷基,它也可以是完全或部分被氯取代的或被氟取代的,并且任選可以是分支的,優(yōu)選是帶有1-18個碳原子的直鏈的未取代的烷基R4=具有1-30個碳原子的二價亞烷基,它可以是完全或部分被氯取代的或被氟取代的,并且任選可以是分支的,優(yōu)選是直鏈的未取代的α,α-亞烷基C1-C5Y=氮或磷X=-SO3-、-COO-、PO3-。
8.權(quán)利要求2的模塑組合物,其特征在于,它含有聚碳酸酯作為熱塑性塑料。
9.權(quán)利要求2的模塑組合物,其特征在于,它含有90-99.995重量%的熱塑性塑料和0.005-5.0重量%的至少一種兩性離子化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及兩性離子化合物在熱塑性塑料中作為脫模劑的應(yīng)用、涉及為此所提供的具有優(yōu)良脫模性能的熱塑性模塑組合物以及由此模塑組合物制備的模制件。
文檔編號C08L69/00GK1498247SQ02806896
公開日2004年5月19日 申請日期2002年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月19日
發(fā)明者M·德布勒, W·克勒, S·紐曼, W·埃伯特, M 德布勒 申請人:拜爾公司