Изобретение относится к маточным смесям на основе смол, содержащим пигмент, совместимым с широким рядом исходных полимеров, получаемых смешиванием пластичного состава смолы маточной смеси и исходных полимеров.
Предпосылки изобретения
Термин "маточная смесь" обычно употребляют для обозначения смолы-носителя, содержащей одну или более добавок. Наиболее распространенной добавкой является пигмент, придающий окраску готовой полимерной системе. Маточную смесь обычно добавляют и смешивают с исходным полимером для добавления нужного количества пигмента. Количество маточной смеси, смешиваемой с исходным полимером, меняется в зависимости от желаемого содержания пигмента в исходном полимере. Обычно добавляют от 0,5 до 30 вес.% маточной смеси к исходному полимеру. Термин "универсальная маточная смесь" используют для обозначения маточной смеси, годной для использования с широким рядом исходных полимеров.
В целях настоящего изобретения исходные полимеры означают термопластичные полимеры, включающие полиэтилен, полипропилен, полистирольные гомо и сополимеры, ABS (акрилонитрильный полимер с бутадиенстирольным термополимером), PA (полиамид), PC (поликарбонат), PUR (полиуретан), PBT (полибутилен терефталат), PET и термопластичные смеси полимеров, содержащие по меньшей мере один из вышеперечисленных полимеров.
Обычно известные универсальные составы маточных смесей используют сополимер этилена и винилацетата (EVA) в качестве смолы носителя. Такие смолы носители обладают совместимостью благодаря полярному винилацетатному мономеру, но также страдают от термического разложения этого же мономера при температурах выше около 230oC с выделением кислотных летучих веществ. Поэтому составы маточных смесей, использующие EVA в качестве смолы носителя, обычно не годны для использования в термопластичных полимерах, которые во время обработки подвергаются температурному нагреву более 230oC. Кроме того, между кислотным остатком и некоторыми термопластиками, такими как полиамид или поликарбонат, могут происходить химические реакции, что сказывается на ухудшение механических свойств.
Наполнители, включая пигменты, добавляют к маточной смеси для придания желаемых свойств термопластичному полимеру, который будет включать эту маточную смесь. Обычные наполнители и пигменты для составов маточных смесей включают сажевый наполнитель, двуокись титана, карбонат кальция, тальк, литопон, двуокись кремния, окись железа и органические пигменты. В состав маточной смеси могут быть включены другие добавки, такие как стабилизатор ультрафиолетового излучения, антиоксиданты, стабилизаторы скольжения, смазывающие вещества, оптические осветлители, агенты, препятствующие потускнению, и антистатики. Кроме того, для придания желаемых свойств маточной смеси и термопластичному полимеру, который будет включать эту маточную смесь, в качестве черного пигмента использовали сажевый наполнитель. Таким же образом двуокись титана использовали в составах маточных смесей в качестве белого пигмента.
Термопластичные полимеры в какой-то степени утрачивают механические свойства при добавлении пигментов. Не желая быть ограниченными этим обстоятельством, авторы изобретения относят снижение эксплуатационных характеристик за счет неравномерной дисперсии пигмента. В то время как предпринимаются попытки изменения вязкости термопластика для достижения улучшенной дисперсии, маточная смесь с однородной дисперсией пигмента при повышенных загрузках, которая является совместимой с широким рядом термопластичных полимеров и которая сохраняет или повышает механические свойства термопластика, явилась бы значительным улучшением уровня техники.
Целью изобретения является преодоление ограничений, связанных с маточными смесями, использующими EVA в качестве смолы носителя.
Другой целью изобретения является сохранение или улучшение механических ударопрочных характеристик пигментированных смесей, содержащих термопластичный исходный полимер.
Краткое изложение изобретения
В соответствии с вышеизложенным авторы изобретения создали состав маточной смеси, включающий до 85 вес.% по меньшей мере одного наполнителя, до 25 вес.% по меньшей мере одного модификатора вязкости и остальное количество до баланса по весу стирол-бутадиен-стирольного блок-сополимера (SBB) в качестве смолы носителя. Используемые для достижения стабильных характеристик при высоких температурах, как например, 260oC, стирол-бутадиен-стирольные блок-сополимеры линейной или звездчатой структуры в качестве смол носителей показывают явное преимущество по сравнению с EVA смолами носителями в универсальных маточных смесях.
Стирол-бутадиен-стирол (SBS) использовали в составах маточных смесей в качестве модификатора ударной прочности для улучшения механических характеристик смолы носителя. Обычно, когда в маточной смеси используют SBS в комбинации с наполнителями, используемыми в больших количествах, вязкость маточной смеси становится неприемлемо высокой. Маточная смесь по настоящему изобретению преодолевает эту проблему.
В другом варианте воплощения изобретения маточная смесь по изобретению может дополнительно включать до 5 вес.% по меньшей мере одной технологической добавки, которая предпочтительно является стеаратом металла или органическим стеаратом, стеариновой кислотой или фторэластомером. И еще в одном варианте воплощения изобретения маточная смесь может дополнительно включать до 2 вес.% по меньшей мере одного антиоксиданта.
Состав маточной смеси по изобретению можно приготовить способами, известными средним специалистам в области приготовления полимерных композиций. Обычно компоненты маточной смеси смешивают с SBS смолой носителем при температурах выше температуры размягчения SBS, в смесителе с обычной загрузкой или смесителе непрерывного действия, таком как экструдер, замесочная машина или смеситель Бенбери.
Готовый пластичный состав по настоящему изобретению включают 0,5 - 30 вес.% и предпочтительно 1 - 15 вес.% маточной смеси по изобретению, остальное - термопластичная смола. Состав маточной смеси включает: до 85 вес.% по меньшей мере одного наполнителя; до 25 вес.% по меньшей мере одного модификатора вязкости, выбранного из группы, состоящей из этилена бис амид стеариновой кислоты, полибутилена и высокоплавких акриловых сополимеров с показателем плавления выше 50; и остальное предпочтительно стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер линейной или звездчатой структуры в количестве, оставшемся до 100 вес.% маточной смеси.
Как уже сказано выше, состав маточной смеси, используемой в пластичных композициях, может дополнительно включать до 5 вес.% по меньшей мере одной технологической добавки, которая предпочтительно является стеаратом металла, или органическим стеаратом, или фторэластомером. Состав маточной смеси, используемой в пластичной композиции, может дополнительно включать до 2 вес.% по меньшей мере одного антиоксиданта.
Термопластичную композицию по изобретению можно получить обычными способами обработки термопластиков для литья под давлением, например, введением маточной смеси в пластик при температуре выше температуры размягчения пластика в обычном технологическом оборудовании, таком как экструдер, замесочная машина или смеситель, или оборудование для литья под давлением.
Преимущество маточной смеси по изобретению в том, что эта маточная смесь совместима с широким рядом термопластиков и ее можно легко ввести в эти пластики.
Другим преимуществом маточной смеси по изобретению является то, что эта маточная смесь обычно сохраняет, а часто повышает ударопрочность и предел прочности при растяжении термопластиков, включающих эту маточную смесь.
Еще одним преимуществом маточной смеси по изобретению является то, что эта маточная смесь стабильна при высоких температурах, в отличие от маточных смесей, включающих EVA в качестве полимера носителя.
И еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что маточная смесь имеет более низкую гигроскопичность благодаря более низкой полярности.
Другие характеристики и преимущества изобретения будут понятны из следующего описания и примеров.
Подробное описание изобретения
В соответствии с изобретением раскрывается состав маточной смеси, включающий смолу носитель, которая является стирол-бутадиен-стирольным (SBS) блок-сополимером или сополимером звездчатой структуры. Предпочтительно SBS включает по меньшей мере 20% стирола и остальное количество - полибутадиен для облегчения процесса обработки и смешивания.
Сополимеры с повышенным содержанием стирола, подходящие для использования по настоящему изобретению, коммерчески доступны из многих источников. Примеры подходящих SBS сополимеров включают: BASF Styrolux 684D, который является SBS сополимером звездчатой структуры с содержанием полибутадиена около 26% (коммерчески доступен от BASF Corporation, Parsippany, New Jersey): Phillips KK 38, который является SBS сополимером звездчатой структуры с содержанием полибутадиена около 30% (коммерчески доступен от Phillips 66, Houston, Texas): Finaclear 520, который является SBS линейным блок-сополимером с содержанием полибутадиена около 27% (коммерчески доступен от Fina Oil & Chemical, Dallas, Texas).
Как будет понятно обычным специалистам в данной области, пигментный компонент состава универсальной маточной смеси по изобретению используют для придания окраски. Подходящие пигменты для придания окраски смолам и термопластикам в основном известны из техники и представляют сажевый наполнитель в качестве черного пигмента и двуокись титана в качестве белого пигмента. Другой белый пигмент, подходящий для использования по настоящему изобретению, включает, но не ограничивается ими, окись цинка, цинкосульфид, свинцовый белый, литопон и сурьмяный белый. Другие черные пигменты, подходящие для использования по настоящему изобретению, включают, но не ограничены ими, железоокисный черный, марганцевый черный, кобальтовый черный и сурьмяный черный. Неорганические цветные пигменты, такие как хромокислый зеленый, ультрамариновый синий или органические цветные пигменты, такие как азопигменты и фталоцианиновые пигменты, можно использовать в маточной смеси по изобретению для получения определенного оттенка. Как будет понятно средним специалистам в данной области техники, может быть предпочтительным использование одного или более пигментов. Настоящим изобретением предлагается возможность использования пигмента в количестве до 85 вес.% маточной смеси, а действительно используемое количество будет зависеть от цветовых характеристик пластичного состава и от выбранного исходного термопластика.
В составе маточной смеси по изобретению можно использовать до 25 вес.% по меньшей мере одного модификатора вязкости для снижения повышенных уровней вязкости, что относят за счет добавления пигментов или других добавок к смоле носителю. Модификатор вязкости также должен способствовать в основном повышению растворимости маточной смеси в выбранном исходном термопластике. Подходящие модификаторы вязкости для использования в маточной смеси по изобретению включают, но не ограничены ими, этилен бис стеарамид (EBS), полибутилен (PB) и высокоплавкие акриловые сополимеры, такие как EBA и EEA (этилен этилакрилат), EMA и терполимеры.
В другом варианте воплощения изобретения в универсальном составе маточной смеси используют от около 0 до около 70 вес.% по меньшей мере одного наполнителя для усиления и/или придания желаемых характеристик маточной смеси, и/или термопластику или композиции, которая будет включать эту маточную смесь. Другие наполнители для использования в маточной смеси по изобретению включают, но не ограничены ими, двуокись кремния, тальк, графит, асбест, стекловолокно, волластонит, доломит, силикат кальция, карбонат кальция, стеклянные шарики, порошкообразный кварц, нитрид кремния, нитрид бора, углеродные волокна и тому подобные, а также смеси этих наполнителей.
Средним специалистам в данной области техники будет понятно, что иногда в процессе приготовления маточной смеси будет трудно отделить маточную смесь от стенок емкости, используемой для приготовления маточной смеси. Так же в процессе обработки термопластика, пластик может прилипать к технологическому оборудованию. Такое прилипание особо вызывает проблемы, когда термопластик используют в процессе литья под давлением. Для преодоления этих и других проблем маточная смесь по изобретению может включать до 5 вес.% по меньшей мере одной технологической добавки. Предпочтительные технологические добавки включают, но не ограничены ими, стеараты металлов, такие как стеарат цинка, стеарат кальция, стеарат магния и подобные, стеариновую кислоту, органические стеараты, полученные из реакции стеариновой кислоты со спиртом или амином, таким как глицерин моно стеарат (GMS), и фторэластомеры.
Маточная смесь по изобретению может дополнительно включать по меньшей мере один антиоксидант в количестве до 2 вес.%. Присутствие антиоксиданта помогает предотвратить окисление компонентов в маточной смеси, что могло бы привести к обесцвечиванию. Подходящие антиоксиданты для использования по настоящему изобретению включают, но не ограничены ими, известные из области техники для использования в смолах: такие как органические фосфиты или органические фосфониты. Могут также использоваться пространственно затрудненные фенолы или амины, гидрохиноны, замещенные члены этих групп и смеси этих соединений.
Можно использовать другие добавки, выбранные из группы стабилизаторов ультрафиолетового излучения, антистатиков или технологических смазок. Предпочтительно добавляют количество от 0 до 15% от веса маточной смеси.
Предпочтительные композиции маточной смеси по изобретению включают следующую черную, белую и синюю композиции маточной смеси. Черная композиция маточной смеси включает сажевый наполнитель в качестве пигмента в количестве от 20 до 60 вес.% и предпочтительно около 35 вес.% и стеарат цинка или стеарат кальция в качестве технологической добавки в количестве от 0 до 5 вес.% и предпочтительно около 0,6 вес.%. Кроме того, композиция включает модификатор вязкости в количестве от 0 до 25 вес.% и предпочтительно около 10 вес. %. Используют антиоксидант в количестве от 0 до 2 вес.% и предпочтительно около 0,5 вес.%. Предпочтительно антиоксидант представляет собой смесь фенольного и органического фосфита. Остальное количество композиции маточной смеси, предпочтительно около 54,4 вес.%, составляет SBS. В предпочтительном варианте воплощения изобретения черным пигментом является углеродная сажа; технологической добавкой - стеарат цинка и модификатором вязкости - EBS.
Композиция белой маточной смеси включает белый пигмент в количестве от 20 до 85 вес.%, предпочтительно около 60 вес.%, технологическую добавку в количестве от 0 до 5 вес.%, предпочтительно около 0,6 вес.%. Предусмотрено также присутствие модификатора вязкости в количестве от 0 до 25 вес.%, предпочтительно около 10 вес.%, и по меньшей мере одного антиоксиданта в количестве от 0 до 2 вес.%, предпочтительно около 0,5 вес.%.
Остальное количество композиции, предпочтительно около 28,9 вес.%, составляет SBS. В предпочтительном варианте воплощения изобретения белым пигментом является двуокись титана, технологической добавкой - стеарат цинка и модификатором вязкости - PS или EBS.
Композиция синей маточной смеси включает белый пигмент, такой как двуокись титана в количестве от 0 до 20 вес.%, предпочтительно около 2,5 вес.%, синий пигмент, такой как ультрамарин синий в количестве от 0 до 30 вес.%, предпочтительно около 26 вес.%. Кроме того, добавляют наполнитель в количестве от 0 до 50 вес.%, предпочтительно около 35 вес.%; технологическую добавку в количестве от 0 до 5 вес.%, предпочтительно около 3 вес.%; и модификатор вязкости в количестве от 0 до 25 вес.%, предпочтительно около 6 вес.%. Остальное количество составляет SBS, предпочтительно около 27,5 вес.%.
В предпочтительном варианте воплощения изобретения технологической добавкой является стеарат кальция; наполнителем - карбонат кальция; а модификатором вязкости - EMA (сополимер этилен метилакрилата).
Состав маточной смеси по изобретению можно приготовить обычными способами приготовления полимерных композиций, известными средним специалистам в данной области. Обычно компоненты маточной смеси смешивают с SBS смолой носителем при температуре выше точки размягчения SBS, в обычном смесительном оборудовании, таком как экструдер, замесочная машина или смеситель.
Одним способом получения маточной смеси по изобретению является использование смесителя Бенбери.
Составы маточной смеси по изобретению можно получить другими способами изготовления полимерных композиций, которые известны специалистам в этой области техники.
Маточные смеси по изобретению эффективны для использования в широком ряде термопластиков, включающих, но не ограниченных ими: полиамиды (PA), поликарбонаты (PC), полиацетали (POM), акрилонитрил бутадиенстирольные терполимеры (ABS), сополимеры стирола и акрилонитрила (SAN), термопластичные полиуретаны (TPU), полистиролы общего назначения (GPPS), полифенилен оксиды (PPO или PPE), сополимеры стирола и малеинового ангидрида (SMA), сополимеры стирола и метилметакрилата (SMMA), метакрилированные акрилонитрил бутадиенстирольные полимеры (MABS), акрилатные стирол акрилонитрильные полимеры (ASA), ударопрочные полистиролы (HIPS), сополимеры бутадиена и стирола (SB), полиэтилен терефталаты (PET), полибутадиен терефталаты (PBT), сополимеры циклогександиметанол этиленгликоль терефталевой кислоты (PETG) и другие полиэфиры, сополимеры этилена и алкилакрилата, такие как (EMA, EEA, EBA), полиэтилены (PE), полипропилены (PP), сополимеры этилена и метакриловой кислоты (EMAA), полиметилметакрилаты (PMMA) и другие акриловые полимеры, технологические смеси пластиков PC/ABS, PC/PBT, PC/TPU, PA/ABS, PPO/PS, PPE/HIPS и подобные.
Настоящим изобретением далее рассматривается пластичная композиция, включающая термопластичную смолу, содержащую от 0,5 до 30 вес.% маточной смеси. Состав маточной смеси далее включает до 85 вес.% по меньшей мере одного наполнителя, с модификатором вязкости до 25 вес.%, и оставшееся количество - бутадиен-стирольный блок-сополимер.
В другом варианте воплощения изобретения используемый состав маточной смеси далее включает до 70 вес.% по меньшей мере одного наполнителя, как обсуждалось выше.
Еще в одном варианте воплощения изобретения, маточная смесь содержит от 0 до 50 вес.% по меньшей мере одной технологической добавки, выбранной из группы, состоящей из стеаратов металлов, органических стеаратов и фторэластомеров.
Количество антиоксиданта в пределах от 0 до 2 вес.% также рассматривается в варианте воплощения изобретения.
Пластичная композиция по изобретению далее включает этилен бис стеарамид, полибутадиен или высокоплавкие акрилатные сополимеры в качестве модификатора вязкости.
Кроме того, маточная смесь пластичной композиции по изобретению может включать по меньшей мере один пигмент, выбранный из группы, включающей углеродную сажу, двуокись титана и ультрамариновый синий.
Пластичную композицию по изобретению можно приготовить обычными технологическими способами, например введением маточной смеси в пластик при температуре выше температуры размягчения пластика в обычном технологическом оборудовании, таком как экструдер, замесочная машина, смеситель, машина для литья под давлением или машина для формования раздувом.
Для определения и оценки свойств пластичных композиций, описанных в следующих примерах, используют следующие методы испытаний.
Предел прочности при растяжении и удлинение пластичных композиций измеряли по методу ISO P 527/ASTM D 638 M.
Ударную прочность по Изоду пластичных композиций измеряли по методу ISO 180 (прямо соответствующего ему стандарта ASTM нет).
Эффективность и преимущества изобретения будут далее пояснены следующими примерами.
Примеры 1 - 3.
Эти примеры показывают приготовление трех составов маточной смеси по изобретению. Состав A маточной смеси ("Mb-A") был белой маточной смесью. Состав B маточной смеси ("Mb-B") был черной маточной смесью. Состав C маточной смеси ("Mb-C") был синей маточной смесью.
Составы маточной смеси Mb-A, Mb-B и Mb-C готовили из следующих компонентов в количествах, указанных в табл. 1 ниже, с использованием смесителя Бенбери. Все проценты являются процентами по весу конечного состава маточной смеси:
Пример 4.
Пример иллюстрирует эксплуатационные характеристики термопластиков, включающих маточные смеси по изобретению
Использовали следующие термопластики:
Hostaform 9021 - полиацеталь (POM), который производит и продает фирма Hoechst;
HPP804 - поликарбонат (PC), который производит и продает фирма General Electric;
Ultradur B4500 - полибутилен терефталат (PBT), который производит и продает фирма BASF;
Luranul KR2420 - полиэтилен оксид - ударопрочный полистриол (PPE/SB), который производит и продает фирма BASF;
Lucryl G66 - полиметилметакрилат (PMMA), который производит и продает фирма BASF;
Ultramid B3K - полиамид, который производит и продает фирма BASF;
Kodar 6783 - полициклогександиметанол этилен гликоль терефталевая кислота, производит и продает фирма Kodak.
Использовали стирол-бутадиен-стирольные (SBS) полимеры, приведенные в табл. 2.
Составы маточных смесей Mb-A и Mb-B готовили в соответствии с примерами 1 - 2 выше и с использованием KK38 и Finaclear 520 в качестве компонента SBS.
Для сравнения эксплуатационных характеристик, придаваемых маточной смесью по изобретению, с эксплуатационными характеристиками целевого термопластика, не обработанного маточной смесью, эксплуатационные испытания проводили с термопластиком, не обработанным маточной смесью, а также с термопластичными композициями, содержащими 5 вес.% Mb-A, и термопластичными композициями, содержащими 5,7 вес.% Mb-B. Дополнительно для сравнения эксплуатационные испытания проводили с термопластиками, содержащими 10 вес.% каждого из SBS полимеров.
Эксплуатационные испытания, проводимые с каждой композицией, включали: предел прочности на растяжение; относительное удлинение, %; ударопрочность по Изоду. Результаты представлены в табл. 3.
Результаты, приведенные в табл. 3, показывают, что термопластичные композиции E, F, K, L, Q, R, W, X, AE, AK, AK, AL, AQ и AR по настоящему изобретению, включающие маточные смеси по изобретению, имеют такие же или улучшенные механические характеристики в сравнении с механическими характеристиками пластика, не обработанного маточной смесью.
Необходимо понимать, что формы изобретения, представленные здесь, имеют чисто пояснительные цели и никоим образом не ограничивают объем изобретения.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ДИСПЕРГИРУЕМЫЕ ГРАНУЛЫ ГАЗОВОЙ САЖИ | 1995 |
|
RU2142482C1 |
САЖИ И САЖЕСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРЫ | 2006 |
|
RU2411270C2 |
ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ ПОЛИАЦЕТАЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ | 1997 |
|
RU2179762C2 |
САЖА И ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ | 1997 |
|
RU2172755C2 |
СВЕТЛОЕ ВЯЖУЩЕЕ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ | 2016 |
|
RU2718934C2 |
ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ НАНОТРУБКИ | 2006 |
|
RU2389739C2 |
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ | 1990 |
|
RU2029773C1 |
МАСЛОНАПОЛНЕННЫЙ 1,2-ПОЛИБУТАДИЕН, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ЕГО КОМПОЗИЦИЯ И ФОРМОВАННОЕ ИЗДЕЛИЕ | 2002 |
|
RU2266917C2 |
КОМПОЗИЦИЯ, ЛИСТ, СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ (ЕГО ВАРИАНТЫ), КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ, ЯВЛЯЮЩИЕСЯ ОПТИЧЕСКИМИ БАРЬЕРАМИ | 1999 |
|
RU2171820C2 |
БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ПОРИСТЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ | 2006 |
|
RU2412965C2 |
Описывается композиция маточной смеси, которая сохраняет механические свойства исходного термопластика, включающая около 0 - 85 вес.% по меньшей мере одного наполнителя, до 25 вес.% по меньшей мере одного модификатора вязкости, при этом модификатор вязкости включает этилен-бис-стеарамид, полибутилен или высокоплавкие акрилатные сополимеры и стирол-бутадиен-стирольный сополимер в качестве смолы носителя. Описывается также пластичная композиция. Технический результат - создание композиции с улучшенными механическими ударопрочными характеристиками. 2 с. и 18 з.п. ф-лы, 3 табл.
US 5219903 A, 15.06.1993 | |||
Способ получения электропроводящей полимерной композиции | 1984 |
|
SU1213037A1 |
US 5049610 A, 17.09.1991 | |||
US 5124391 A, 23.06.1992. |
Авторы
Даты
2000-04-10—Публикация
1995-08-24—Подача