CN107646045A - 通过组合热塑性塑料和热塑性弹性体的热塑性弹性体组合物的硬度调节 - Google Patents
通过组合热塑性塑料和热塑性弹性体的热塑性弹性体组合物的硬度调节 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及热塑性弹性体组合物,其硬度可以借助热塑性塑料和热塑性弹性体(TPE)的经选择的组合进行调节。根据本发明的热塑性弹性体组合物的特征在于非常高的耐热性和耐化学性,同时在10至100 ShA的非常宽的肖氏A硬度范围内的非常好的机械参数。本发明还涉及用于制备热塑性弹性体组合物的方法以及在热塑性弹性体组合物的情况下调节硬度的方法。
Description
本发明涉及热塑性弹性体组合物,其硬度可以借助热塑性塑料和热塑性弹性体(TPE)的经选择的组合进行调节。根据本发明的热塑性弹性体组合物的特点在于非常高的耐热性和耐化学性,同时在10至100ShA的非常宽的肖氏A硬度范围内的非常好的机械参数。此外,本发明还涉及用于制备热塑性弹性体组合物的方法以及用于在热塑性弹性体组合物中调节硬度的方法。
热塑性弹性体组合物的机械参数例如是拉伸强度、断裂伸长、压缩永久变形(英语:compression set,CS)和膨胀行为。用于制备热塑性弹性体组合物的TPE聚合物类型综合了弹性体的橡胶弹性性能与热塑性塑料的有利的加工性能。这种性能的综合为TPE材料开辟了许多应用,例如仅举几例:在汽车内部区域中和汽车外部区域中,用于工业仪器,工业工具,家用电器,医药消费品和仪器,卫生用品如牙刷,体育用品,浴室配件,玩具,食品容器。在这种情况下,TPE材料具有诸如密封功能和减震功能的性能,或者由于其令人愉快的触觉和视觉而使用。
本领域技术人员已知各种类型的热塑性弹性体。在本文中描述的TPE遵循DIN ENISO 18064的定义。此外,TPE类型还描述于“G.Holden,H.R.Kricheldorf,R.P.Quirk(编辑),Thermoplastic Elastomers,Carl Hanser Verlag,第三版,Munich(2004)”或“http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic_elastomer”。
如在DIN EN ISO 18064,3.1中所描述,将TPE区分为两个主要类型。在此TPE可以由聚合物或聚合物混合物(共混物)组成。此外,按照所述DIN EN ISO 18064,TPE在使用温度下在其性能方面类似于硫化的橡胶的性能,然而在升高的温度下则可以如热塑性塑料那样加工和处理。
仅由一种聚合物组成的TPE几乎完全为嵌段共聚物(例如聚酰胺(TPA)类的TPE、共聚酯(TPC)类的TPE、聚苯乙烯(TPS)类的TPE、聚氨酯(TPU)类的TPE)。聚合物混合物通常由弹性体和热塑性塑料组成(例如TPO(聚烯烃类的TPE))。此外,本领域技术人员已知大量两种类型的混合形式。DIN EN ISO 18064将它们归类在TPZ下。与该标准不同,在本文中不使用名称TPZ。虽然在商业上可得的TPS经常并不以纯的嵌段共聚物形式存在,而是经常以苯乙烯嵌段共聚物与热塑性塑料的共混物的形式存在。尽管如此,其(在此)与所述标准不同而被称为TPS。此外,在TPV(硫化(交联)橡胶类的TPE)类型中有热塑性塑料和作为无规和/或交替共聚物存在的橡胶(或弹性体)的硫化的混合物,以及其中所述橡胶由嵌段共聚物构成的那些。在嵌段共聚物类的TPV的情况下,更经常使用术语TPV来代替TPZ。在该情况下,在本文中与DIN EN ISO 18064不同而选择名称TPV。
嵌段共聚物类的TPE(例如TPA、TPC、TPS)由于其内部分子结构而形成相(也即域)。聚合物混合物同样可以形成相(也即域)并且因此显示出TPE行为。在两种情况下形成硬质的热塑性域和软质的弹性体域。在热作用下,热塑性区域熔化,然后TPE能够如热塑性塑料那样加工。在冷却时,该硬质的区域重新凝固,所述材料则显示出软质的域的弹性体性能。
相比于未交联的TPE,特定聚合物类型的TPV,例如通常显示出改善的机械性能(例如拉伸强度、断裂伸长或压缩永久变形)。尤其是,通过交联可以明显改善TPE的耐化学性和因此的膨胀行为。然而性能上的获益伴随着在制备时的高费用。例如必须另外使用交联剂如过氧化物、硫化合物或酚树脂。必须注意的是,硬质的热塑性相并不彼此交联或降解。例如当过程控制不佳和在PP(聚丙烯)作为热塑性塑料的情况下使用过氧化物时可能出现降解。在TPV制备时通常必须采取预防措施以避免在硫化时可能的突然放热反应。
从1960年代的发现开始,已在TPV的类别中实施动态硫化的方法。在此,在熔融的热塑性相和弹性体相的密切混合期间在相应的化学品存在下交联。在近几十年来,将具有大量交联剂体系的许多弹性体/热塑性塑料组合用于TPV制备(也参见“G.Holden,H.R.Kricheldorf,R.P.Quirk(Eds.),Thermoplastic Elastomers,Carl Hanser Verlag,第三版,Munich(2004),第161页及其之后”)。
除了典型的动态硫化(其中将一种或多种热塑性塑料与一种或多种弹性体组合)以外,人们还开发出制备TPV的其它方法。例如DE 10 2008 012 516A1描述了一种方法,其中,作为弹性体的α-烯烃-乙酸乙烯酯共聚物连同过氧化物交联剂一起而不是连同热塑性塑料一起与TPE反应生成TPV。作为TPE,使用共聚酯(TPC)。DE 69227 140T2还描述了热塑性弹性体组合物,其除了橡胶以外,作为第二组分还包含热塑性聚酯弹性体而不包含热塑性塑料。DE 692 27 140T2描述了早已知道的问题,在过高份额的热塑性聚酯弹性体的情况下,挠性和可压缩性并不足够好。然而,如果热塑性聚酯弹性体的份额过低,则所产生的组合物具有差的可加工性和过低的流动性。可加工性差通常带来差的使用时间行为,其减小了加工窗口。
根据DIN EN ISO 18064将TPV称为“热塑性硫化橡胶,其由热塑性材料与常规的橡胶的混合物组成,其中所述橡胶通过动态硫化方法在剪切和混合过程期间交联”。除了动态硫化以外,交联的弹性体颗粒也可以通过单独的步骤产生并且之后分散在热塑性塑料中。该类型的TPV并不遵循所述ISO标准的定义,然而属于较接近的现有技术。DE 44 25 944A1例如描述了来自以下系列的热塑性塑料的混合物:聚碳酸酯、聚苯乙烯丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧亚甲基和其它具有交联的乙烯-乙烯基酯混合聚合物的那些。此外,在该方面也应指出,所谓的抗冲改性热塑性塑料的界限是流动的。在此,为了对热塑性塑料进行改性,将相当少量的交联弹性体掺入热塑性基质中。
动态硫化被理解为在热塑性塑料和任选的其它添加剂存在下在熔融和混合的过程期间弹性体的交联。
制备具有交联弹性体域的TPE材料的另一种可能性是将预交联的弹性体颗粒与热塑性弹性体(TPE)混合。“预交联的”弹性体被理解为在加工成热塑性弹性体之前已经存在交联的那些。作为实例,提及Omnova公司的产品(NBR-弹性体)和(交联的丙烯酸酯三元共聚物),其作为TPC或TPU的改性剂提供。
取决于用途,需要TPE材料具有不同的性能特性。通常在高层次上不仅需要一种性能,而且需要多种性能的组合。例如对于汽车领域中的发动机或传动垫圈而言,需要在高温下的低压缩永久变形并且同时需要对矿物油的良好耐性以及在例如聚酰胺上的粘附。开发者在这种情况下面对的困难在于相反的效果,这使得同时高水平地实现全部所需要的性能几乎或完全不可能。
本领域技术人员常见的是,例如未交联的TPE,例如由苯乙烯嵌段共聚物和聚丙烯(PP)组成的TPS在PP上显示出良好的粘附性并且能够调节出非常好的拉伸强度和断裂伸长性能。然而该TPE材料仅适合于至多80℃的持续使用温度。如果例如需要在极性表面如聚酰胺上的粘附,则本领域技术人员必须例如进行对弹性体或对热塑性塑料的极性改性(例如参见US 8,193,273)。
通过使用硫化的TPV,通常可以改进耐热性以及膨胀行为(EP 2 098 566 A1和EP2 098 570 B1),然而这经常伴随着关于可加工性和弹性性能的损失。
本领域技术人员还已知,所使用的原料选择尤其决定性地影响耐化学性、使用温度和对其它材料的粘附性。在此必须明确区分TPE的不同类型。在纯嵌段共聚物如TPC、TPU、TPA和TPS的情况下,单体组成单元可以改变。在聚合物混合物如TPS、TPO或TPV的情况下,既可以是热塑性塑料和弹性体的单体组成单元改变,也可以是对应热塑性塑料和弹性体的组合本身改变。在此参见“G.Holden,H.R.Kricheldorf,R.P.Quirk(Eds.),ThermoplasticElastomers,Carl Hanser Verlag,第三版,Munich(2004)”。受限于组合可能性,主要是在由聚合物共混物组成的TPE的情况下,本领域技术人员经常受到不相容的原料组合的限制。
为了可以成功地用于一种应用或一种应用领域,TPE制造者期待的是,可以不是提供仅具有一种特定硬度的TPE复合物,而是相反地提供完整系列的具有不同硬度等级的复合物。另外期待的是,在该系列之内尽可能全部复合物都具有同等良好的高水平性能。随着这种市场需求,除了影响材料性能的上述矛盾效果以外,这样的TPE制备方面还存在额外的困难。
如果存在需求特性,则本领域技术人员通常首先进行原料选择或选择可以容易满足所需要的性能的合适TPE类型。生产参数(如一种或多种可用的生产设备、组分和产生的产物的可加工性以及生产成本的可能上限)对原料选择具有强烈限制性的影响。在进行选择之后,本领域技术人员首选如此将原料份额最优化,使得产生对于满足所需的性能特性而言尽可能最优化的要求特性。在该最优化之后,随后进行一系列具有不同硬度的TPE复合物的制造以验证。
如果本领域技术人员从TPE类别中选择TPV(在本文中已经提及的交联的弹性体和热塑性塑料或TPE的混合物也应当视为此类),则适用相同的步骤。通常在以聚合物共混物存在的TPE的情况下(TPV也属于此类),通过所包含的热塑性塑料或通常的热塑性相的量和/或所添加的加工用油(还有增塑剂)的量调节硬度。热塑性相的提高也可以通过添加TPE(例如TPC、TPU、TPA)来进行。
然而,以往优化的配方的硬度调节通常伴随着其它需要的性能的劣化。因此例如为了实现较高的硬度而必须添加更多的热塑性塑料或者通常产生更多的热塑性相。但是这通常伴随着弹性性能,例如压缩永久变形、断裂伸长和弹性的劣化。较低的硬度可以例如通过添加增塑剂或者油实现。然而,弹性体具有有限的对油的吸收能力并且在添加过多油时开始渗油。在这方面经常损害机械性能和耐化学性。因此,在与非极性介质如矿物油、脂肪或燃料接触时,机械性能劣化。
TPC、TPA和TPU是由嵌段共聚物构成的TPE。它们显示出高的耐热性和/或良好的耐化学性。然而,这些TPE类型主要用于肖氏D硬度范围。此外,它们仅显示出中等弹性性能并且相比于TPS、TPO或TPV明显更昂贵。然而时至今日,在该由嵌段共聚物组成的TPE的情况下可调节的硬度范围有限,类似于在上述由聚合物共混物组成的TPE的情况。肖氏A硬度范围中的高硬度在没有明显损失基本的弹性特性的情况下无法实现,因为随着热塑性塑料相份额提高并且与此相关地弹性体份额的减少,热塑性性能越来越重要。
为了可以在TPE的情况下提供不同硬度的尽可能宽的范围,必须寻找可以有目的地对此进行控制的可能性,而在此不妨碍这些材料的重要的产品性能,例如压缩永久变形和弹性。还需要的是所产生的组合物的使用时间行为足以在加工时不出现问题。
因此,本发明的目的在于提供TPE组合物,其在10至100ShA(肖氏A硬度)的宽硬度范围内具有尽可能始终不变的非常好的回复性能、良好的拉伸变形、良好的压缩永久变形、非常好的耐热性和耐化学性。此外,本发明任务在于不仅可以制备单独的TPE组合物,而且可以制备整个系列的TPE组合物,这些TPE组合物在硬度方面改变,但是在其他性能方面始终不变地具有高水平。所述TPE此外应当可以通过常规的加工技术如挤出、注塑或吹塑来加工,即可以加工组合物的加工窗口、加工时间长度必须足够大。
所述任务通过根据本发明的热塑性弹性体组合物得以实现,所述热塑性弹性体组合物具有热塑性相(T)和弹性体相(EL),其中T包括至少一种来自聚酯、聚酰胺或聚氨酯类别的热塑性塑料(TP)和至少一种来自TPC(共聚酯类的TPE)、TPA(聚酰胺类的TPE)或TPU(聚氨酯类的TPE)类别的TPE,其中EL包括至少一种交联的或未交联的弹性体,并且其中重量比EL:T在100:25至100:80范围内,更优选在100:35至100:70范围内并且最优选在100:40至100:60范围内。
在给出的范围内的EL:T重量比最优地兼顾了机械性能、耐热性、耐化学性和加工性能。
另一替代性实施方案涉及如前文所描述的根据本发明的热塑性弹性体组合物,其中至少一种热塑性塑料(TP)为聚烯烃并且至少一种TPE为TPO(聚烯烃类的TPE)。然而根据本发明优选的是,所述TP和所述TPE选自上述类型。
在根据本发明的热塑性弹性体组合物的另一实施方案中,出于更好相容性的原因,优选在热塑性相(T)中组合具有TPC的聚酯或具有TPA的聚酰胺或TPU。
在另一实施方案中,根据本发明的热塑性弹性体组合物包括交联剂,优选用于交联弹性体相(EL)。可能的交联剂取决于弹性体的用途为进一步在下文提及的那些。换言之,本发明因此应当还包括交联的(硫化的)热塑性弹性体组合物(TPV复合物),其中弹性体的至少一种弹性体以交联方式存在。为了交联弹性体,可以除交联剂以外使用共交联剂。优选的共交联剂同样在进一步在下文提及。
在根据本发明的热塑性弹性体组合物中,TP比TPE的重量比优选在TP:TPE为5:95至95:5的范围内,更优选在10:90至80:20范围并且最优选在15:85至60:40的范围内。
如果将TPC用作热塑性相(T)中的热塑性弹性体,则它们优选具有在36ShD至60ShD范围内的肖氏D硬度。如果将TPA或TPU用作热塑性相(T)中的热塑性弹性体,则它们优选具有在60ShA至90ShA范围内的肖氏A硬度。肖氏硬度是弹性体或塑料的材料参数,其测定基于标准DIN EN ISO 868和DIN ISO 7619-1。
根据本发明的热塑性弹性体组合物也可以包含增塑剂、稳定剂、助剂、着色剂、填料和/或增容剂。这些同样进一步在下文更详细地进行描述。在此,增塑剂优选以在100:10至100:50范围内,更优选在100:20至100:40范围内并且最优选在100:25至100:35范围内的EL与增塑剂重量比(phr)使用。交联剂优选以在100:25至100:5范围内,更优选在100:20至100:10范围内并且最优选在大于或等于100:13至100:18范围内的EL与交联剂重量比使用。共交联剂优选以在100:1至100:10范围内并且更优选在100:2至100:8范围内的EL与共交联剂重量比使用。稳定剂、助剂和着色剂优选以在100:5至100:20范围内并且更优选在100:8至100:15范围内的EL与所提及的使用的物质的重量比使用。填料优选以在100:1至100:10范围内并且更优选在100:2至100:8范围内的EL与填料重量比使用。
根据本发明,如果使用增容剂,则其优选为进一步在下文描述的弹性体。在该情况下,增容剂被认为是弹性体相(EL)的组成部分并且在所有给出的重量比的情况下相应地一起考虑。EL相中的至少一种弹性体比弹性体增容剂的重量比优选在99:1至80:20范围内,更优选在95:5至85:15范围内并且最优选在92:8至88:12范围内。
此外,本发明的任务的解决方案在于,可以提供热塑性弹性体组合物,所述热塑性弹性体组合物覆盖尽可能宽的不同的肖氏硬度的范围。出人意料地发现,当重量比EL:T保持不变,但重量比TP:TPE改变时,根据本发明的热塑性弹性体组合物的肖氏硬度可以在宽范围内改变,而在此情况下诸如压缩永久变形、拉伸强度和断裂伸长等性能没有显著受损。以该方式可以实现具有在10至100ShA,优选40至90ShA范围内的肖氏A硬度的热塑性弹性体组合物。
因此,根据本发明的热塑性弹性体组合物的肖氏硬度的调节通过TP与TPE(TP比TPE)的重量比进行。在此,较高的肖氏硬度通过较大量的热塑性塑料实现。较低的肖氏硬度相应地通过较大量的TPE实现。相比于多TPE,少热塑性塑料意味着较低的硬度。出人意料地发现,TPE在热塑性相(T)中用作聚合物增塑剂。
本发明因此还涉及用于改变/调节热塑性弹性体组合物(优选根据本发明的热塑性弹性体组合物)的肖氏硬度而在这种情况下不使压缩永久变形和/或断裂伸长和/或拉伸强度方面实质劣化的方法,其中所述热塑性弹性体组合物具有热塑性相(T)和弹性体相(EL),其中T包括热塑性塑料(TP)和热塑性弹性体(TPE),其中在制备热塑性弹性体组合物时,与具有预定肖氏硬度的参比组合物相比,重量比EL:T保持相等,但是改变重量比TP:TPE,其中,分别与参比组合物(Referenzzusammensetzung)相比,在120℃在24小时之后测量的热塑性弹性体组合物的压缩永久变形高出不超过10%和/或热塑性弹性体组合物的断裂伸长和/或拉伸强度低出不超过10%。
根据本发明的方法的另一优点在于,所获得的材料的可加工性在重量比TP:TPE改变的情况下,在保持相对恒定的重量比EL:T的情况下基本上不改变。
在根据本发明的方法的另一实施方案中优选的是,在制备热塑性弹性体组合物时,与参比组合物相比,重量比TP:TPE如此改变:TP或TPE的量提高至少1重量%,优选提高至少3重量%,非常特别优选提高5重量%并且其它的各量降低相等的重量百分比。
在根据本发明的方法的又一实施方案中优选的是,参比组合物的热塑性相不包含热塑性塑料。
热塑性弹性体组合物的性能如压缩永久变形、断裂伸长或拉伸强度的最优化因此优选在第一步中进行。该第一步包括选择所使用的TPE、热塑性塑料、弹性体和可能的交联体系以及相应的量的比例。在这种情况下获得在根据本发明的方法的意义上用作参比组合物的组合物,然后在为此改变的组合物中进行硬度调节。一旦发现对于最优化压缩永久变形、最优化断裂伸长和/或最优化拉伸强度而言正确的原料和正确的EL:T重量比,就在第二步期间通过改变TP:TPE的重量比而改变组合物的肖氏硬度。换言之,用于改变/调节热塑性组合物的肖氏硬度的本发明方法是筛选方法。以该方式可以调节或者以期望的方式改变根据本发明的热塑性弹性体的性能。根据本发明的方法除了参比组合物以外还提供了具有经改变的肖氏硬度的另外的组合物。因此可以最优化地估计应用的要求或者应用领域。替代仅一种最优化的弹性体组合物,可以在市场上供应一系列具有不同硬度级别然而同样好的高性能水平的弹性体组合物。
进一步优选的是,分别与参比组合物相比,在120℃在24小时之后测量的热塑性弹性体组合物的压缩永久变形高出不超过5%,和/或热塑性弹性体组合物的断裂伸长和/或拉伸强度低出不超过5%,并且最优选至少相同大小。非常特别优选的是,压缩永久变形比在参比组合物的情况下更小。此外优选的是,断裂伸长和/或拉伸强度比在参比组合物的情况下更大。
在根据本发明的方法的情况下优选的是重量比EL:T在100:25至100:80范围内,更优选在100:35至100:70范围内并且最优选在100:40至100:60范围内。
此外优选的是,比例TP:TPE在5:95至95:5范围内改变,更优选在10:90至80:20范围内改变并且最优选在15:85至60:40范围内改变。
本发明的另一方面是用于制备热塑性弹性体组合物(优选根据本发明的热塑性弹性体组合物)的方法,其中将弹性体相(EL)和热塑性相(T)(其中T包括至少一种热塑性塑料(TP)和至少一种热塑性弹性体(TPE))在TP和TPE的熔点和软化点以上的温度混合,其中重量比EL:T在100:25至100:80范围内。
在根据本发明制备热塑性弹性体组合物时,使弹性体相(EL)和热塑性相(T)的组合物优选在TP和TPE的最高熔化温度和/或软化温度温度以上经受连续混合过程。TP和TPE的熔化温度和/或软化温度以上的优选的温度进一步在下文提及。根据本发明的制备方法或者在其中使用的组分的不同的优选变形方案同样进一步在下文提及。
根据本发明的热塑性弹性体组合物或者根据本发明经改变的或制备的热塑性弹性体组合物的特征在于非常高的耐热性和耐化学性,同时在非常宽的肖氏A硬度范围内(10至100ShA)的非常好的机械性能。
前文提及和在根据本发明的热塑性弹性体组合物中或者根据本发明的方法所使用的组分在下文通过以下字母缩写并且在下文详细描述:
A:弹性体
B:热塑性弹性体
C:热塑性塑料
D:增塑剂
E:交联剂
F:共交联剂
G:稳定剂、助剂、着色剂
H:填料
I:增容剂
组分A:弹性体
弹性体相(EL)可以包括与热塑性相(T)相容或者因此可混合的任何在现有技术中已知的弹性体。优选地,所述弹性体选自苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、丁腈-橡胶(NBR)、氢化丁腈橡胶(H-NBR)、羰基化丁腈橡胶(X-NBR)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVM)、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、天然橡胶(NR)、丁基橡胶(IIR)、卤代丁基橡胶(卤化IIR)、异戊二烯橡胶(IR)、氯丁二烯橡胶(CR)、丙烯酸酯橡胶(ACM)、乙烯-丙烯酸酯橡胶(AEM)、表氯醇橡胶(ECO)、环氧化的天然橡胶、硅橡胶及其混合物。
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVM)是来自α-烯烃,优选乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物。EVM例如以Lanxess Deutschland GmbH的商品名或在商业上可得。根据本发明优选使用的α-烯烃共聚物是乙烯-乙酸乙烯酯共聚物400、450、452、456、500、600、700、800和900,其具有60±1.5重量%乙酸乙烯酯、70±1.5重量%乙酸乙烯酯、80±2重量%乙酸乙烯酯或90±2重量%乙酸乙烯,或者相应的类型,其中特别优选的是600。在根据本发明的组合物中,可以将α-烯烃-乙酸乙烯酯共聚物用作组分,然而同样可能的是使用两种或更多种α-烯烃-乙酸乙烯酯共聚物的混合物。在EVM的情况下以过氧化物方式进行交联。
丁腈橡胶(NBR)是来自丙烯腈(ACN)和1,3-丁二烯的共聚物。在此,腈份额可以改变。NBR能够基于其所包含的双键以过氧化物方式以及通过酚树脂或硫交联。在根据本发明的热塑性弹性体组合物中,优选使用过氧化物交联和通过酚树脂交联。根据本发明待使用的NBR的实例以商品名 N或 N已知并且商业上可得。
氢化丁腈橡胶(H-NBR)通过氢化NBR中所包含的双键而获得。H-NBR能够以过氧化物的方式交联。根据本发明待使用的H-NBR的实例以商品名(Lanxess)和 AT(Lanxess)已知并且商业上可得。
所谓的羧基化的丁腈橡胶(X-NBR)为在丁二烯的双键处包含羧酸基团的NBR。羧酸基团无规地分布在聚合物上,并且基于聚合物中的可羧基化碳碳双键的可能数量计,这样的聚合物优选包含10%以下的羧酸基团。由于聚合物中所包含的羧基,X-NBR除了以过氧化物方式交联和酚树脂交联以外还能够通过金属离子交联,所述金属离子可以以配位方式由(脱质子的)羧酸基团连接。根据本发明可交联的X-NBR的实施以商品名 X(Lanxess)已知并且商业上可得。
苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)是来自苯乙烯和1,3-丁二烯的共聚物,其中根据本发明苯乙烯含量应当低于25%(以与丁二烯含量的比例),因为在橡胶中苯乙烯含量较高的情况下热塑性性能降低。SBR既可以以过氧化物形式又可以通过酚树脂以及通过硫交联。在根据本发明的组合物中,在此优选使用过氧化物交联和通过酚树脂交联。根据本发明待使用的SBR的实例以商品名和 SBR已知并且商业上可得。
苯乙烯嵌段共聚物(SBC)是不同聚合物嵌段的共聚物,其中至少一个嵌段是聚苯乙烯嵌段。然而更优选地,SBC具有三嵌段共聚物的结构,其中中间嵌段由与聚苯乙烯不同的聚合物组成,其中在两端的两个嵌段分别形成聚苯乙烯嵌段。作为热塑性弹性体,其根据本发明为特别的情形。根据本发明,将SBC划分成可交联的(SBC-V)和不可交联的SBC。
不可交联的SBC实例为SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)。SEBS为1,3-丁二烯和苯乙烯的三嵌段共聚物。SEBS聚合物由三个嵌段构成,其中两个末端嵌段通过聚苯乙烯和丁二烯的中间嵌段聚合。随后将聚合物氢化。根据本发明可以使用并且不交联的SBC的另一实例为SEPS(苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯)。此外,在此作为实例还提及所有另外的被氢化并因此不含C-C双键的已知SBC。如果将根据本发明氢化的SBC(例如SEBS、氢化SEPS、氢化SEEPS等)用于弹性体相(EL),则为了制备热塑性弹性体组合物优选将它们与热塑性相(T)强烈混合。根据本发明待使用的氢化SBC的实例以商品名和已知并且商业上可得。
SBC-V为包含可交联基团的SBC,例如SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)、SIBS(苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯)、具有α-甲基苯乙烯嵌段和异戊二烯嵌段的SBC或具有(软)乙烯基聚二烯嵌段的苯乙烯嵌段共聚物。
具有α-甲基苯乙烯嵌段和异戊二烯嵌段的SBC是三嵌段共聚物,其由α-甲基苯乙烯和异戊二烯共聚。两个末端嵌段由α-甲基苯乙烯共聚,其中中间嵌段由聚合的异戊二烯单体组成。具有商品名 V(Kuraray)的产品是这样的聚合物并且能够以过氧化物方式交联,但是根据本发明也可以不交联地使用。根据本发明在此优选使用环氧化物方式交联。
具有软乙烯基聚二烯嵌段的苯乙烯嵌段共聚物为三嵌段共聚物,其由苯乙烯和主要乙烯基方式聚合的异戊二烯共聚。两个末端嵌段由苯乙烯共聚,其中中间嵌段由主要具有乙烯基特性的聚合的异戊二烯单体组成。具有商品名(Kuraray)的产品为这样的聚合物并且能够以过氧化物方式以及通过酚树脂或硫交联,但是根据本发明也可以不交联地使用。根据本发明在此优选使用过氧化物交联和通过酚树脂交联。
SBS是由苯乙烯和1,3-丁二烯共聚的三嵌段共聚物。两个末端嵌段由苯乙烯聚合,其中中间嵌段由聚合的1,3-丁二烯单体组成。具有商品名 D(Kraton)的产品是这样的聚合物并且能够以过氧化物方式和采用酚树脂或硫交联,但是根据本发明也可以不交联地使用。根据本发明在此优选使用过氧化物交联和通过酚树脂交联。
如果根据本发明将乙烯-丙烯酸酯橡胶(AEM)用作弹性体,则可以以过氧化物方式、通过金属离子或通过二胺化合物发生交联。AEM是乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物。商业上可得的是例如以Du Pont公司的形式的那些。
丙烯酸酯橡胶(ACM)是来自丙烯酸烷基酯和另一种乙烯基类聚合物的共聚物,例如丙烯酸酯与2-氯乙基乙烯基醚的共聚物或丙烯酸酯与丙烯腈的共聚物。这些聚合物的交联的类型取决于所使用的共聚单体。
天然橡胶(NR)是异戊二烯的均聚物,其几乎完全具有1,4-顺式-链节。典型地,平均摩尔质量Mw为约2*106g/mol。根据本发明,如果将天然橡胶用作弹性体,则它们优选以过氧化物方式、以酚方式或借助于硫交联。
异戊二烯橡胶(IR)是天然橡胶的合成生产的变形方案。其与天然橡胶的不同之处首先在于大致更少的化学单元。这是因为用于聚合的催化剂具有比天然存在的酶更低的效率。天然橡胶的单元优选在大于99.9%,而其在合成制备的IR的情况下取决于所使用的催化剂仅达到约92%至97%。如天然橡胶那样,IR也可以以过氧化物、酚的方式或用硫交联。优选地,所述交联以酚的方式或借助于过氧化物进行。
乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)是三元共聚的合成橡胶。EPDM属于具有饱和的聚合物骨架的无规共聚物。优选采用基于钒化合物和烷基氯化铝的齐格勒纳塔催化剂或茂金属进行制备。作为二烯,使用非共轭二烯,其中仅双键参与聚合物链形成,从而使得可以保留在直接链骨架外的另外的双键并且可以采用硫、以过氧化物方式或以酚方式交联。作为二烯组分,使用二环戊二烯(DCP)、1,4-己二烯或亚乙基降冰片烯(ENB,IUPAC:5-亚乙基-2-降冰片烯)。所述二烯在交联速度方面不同。DCP具有最低的反应性,ENB具有最高的反应性。
丁基橡胶(IIR)也被称为异丁烯-异戊二烯橡胶。其为来自弹性体的组的合成材料并且属于合成橡胶。其为来自异丁烯和异戊二烯的共聚物,其中其优选包括95至99摩尔%的量的异丁烯和1至5摩尔%的量的异戊二烯,基于总的摩尔质量计。根据本发明优选以酚方式或借助于硫交联。
卤代丁基橡胶(卤化IIR)为优选用氯或溴卤化的丁基橡胶。为此优选将橡胶溶于惰性溶剂中并且在强力搅拌下添加氯气或液态溴。所产生的卤化氢采用氢氧化钠溶液中和。
氯丁二烯-橡胶(CR)也被称为聚氯丁二烯或氯代丁二烯橡胶并且为合成橡胶,其也以商标名已知。是DuPont公司的商标,另外的制造者的商品名例如为Lanxess的通过2-氯-1,3-丁二烯(氯丁二烯)的聚合进行制备。
表氯醇-橡胶(ECO)通过表氯醇任选地在另外的共聚单体存在下的开环聚合制备。表氯醇-橡胶在商业上例如以Zeon公司的商品名可得。
硅橡胶由处于橡胶弹性状态的可转化的物料制备,所述物料包含聚(有机)硅氧烷并且具有可供交联反应使用的基团。换言之,硅橡胶是采用交联剂交联的聚(有机)硅氧烷。交联可以通过(有机)过氧化物进行,然而其也可以由于以下方式实现:Si-H基团以催化方式加成至硅键合的乙烯基,其中两个基团引入到聚合物链中或者其末端。
环氧化的天然橡胶被理解为经环氧化的前文定义的天然橡胶。
组分B:热塑性弹性体(TPE):
如上文已提及,热塑性弹性体根据本发明为TPC、TPA、TPO或TPU,其中TPC和TPA根据本发明是优选的。本领域技术人员已知相应的TPE及其制备。
优选地,根据本发明合适的TPC(共聚酯类的TPE)通常为在聚合物主链中具有通过酯基团(-C(=O)-O-)键合的单体结构单元的共聚物形式的共聚酯。这样的热塑性共聚酯弹性体可以通过缩聚制备。这样的共聚酯优选为多嵌段共聚酯,其通常具有来自硬嵌段(X)的结晶链段和来自软嵌段(Y)的无定形嵌段。用于构造多嵌段共聚酯中的硬嵌段(X)和软嵌段(Y)的合适的单体组分是本领域技术人员已知的。根据本发明优选使用的共聚酯的熔点或者软化点在160℃至300℃,优选165℃至270℃,特别优选170℃至220℃范围内。本发明的优选的TPC是具有高熔点的硬聚酯嵌段和低熔点的软聚酯嵌段的无规分布的线性多嵌段聚酯。在此,硬嵌段形成结晶区域,软嵌段形成在TPC的应用温度下造成弹性行为的无定形区域。硬聚酯嵌段优选由具有少于4个碳原子的短链二羧酸或芳族二羧酸或二羧酸的混合物构成。优选的是芳族二羧酸,特别优选间苯二甲酸或对苯二甲酸。醇组分优选同样是二官能的并且由短链烷基二醇或具有小于3个重复单元的短链聚氧亚烷基二醇或不同二醇的混合物组成。优选的是短链二醇如乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,4-环己烷二甲醇,特别优选的是1,4-丁二醇。软聚酯嵌段优选由脂族或芳族二羧酸组成,优选由芳族二羧酸组成,非常特别优选由间苯二甲酸或对苯二甲酸组成。为了在TPC的情况下产生软区域,使用不同的二醇类型,聚醚二醇如聚乙二醇、聚丙二醇、聚亚乙基-共-亚丙基二醇、聚四亚甲基二醇或由烷烃二羧酸(例如己二酸或癸二酸)组成的软聚酯二醇,和烷烃二醇或聚己内酯二醇或脂族聚碳酸酯二醇。然而也可以使用二醇的混合物。优选的是与优选由对苯二甲酸与聚醚二醇、非常特别优选由聚四亚甲基二醇构成的软区域组合的由对苯二甲酸和短链二醇(也别优选1,4-丁二醇)构成的硬TPC区域。适合在根据本发明的组合物中作为组分B的共聚酯可以根据本领域技术人员已知的方法制备或者是商业上可得的。合适的商业上可得的共聚酯例如为TICONA–P.GROUP–DSM–Kolon–KOPEL-PTS–Ria-Polymers–LG Chem.–和DuPont–
本发明的TPA的特征在于,它们具有作为硬的结晶链段的聚酰胺。软的无定形区域由聚醚和/或聚酯组成。分为聚酯酰胺、聚醚酯酰胺、聚碳酸酯酯酰胺和聚醚嵌段酰胺。聚酯酰胺、聚醚酯酰胺和聚碳酸酯酯酰胺通过芳族二异氰酸酯与形成聚酰胺嵌段的脂族二羧酸和羧基封端的脂族聚酯(产生聚酯酰胺)、羧基封端的脂族聚酯醚(产生聚醚酯酰胺)和羧基封端的聚碳酸酯二醇(产生聚碳酸酯酯酰胺)反应形成。聚醚嵌段酰胺通过羧基封端的聚酰胺和羟基封端的聚醚二醇的反应形成。优选作为TPA的是聚醚嵌段酰胺,特别优选具有四亚甲基二醇的那些作为软链段。合适的商业上可得的TPA是Arkema–DKKunststoffservice GmbH–和EVONIK Industries/Degussa– E。
作为根据本发明的TPO,由“G.Holden,H.R.Kricheldorf,R.P.Quirk(Eds.),Thermoplastic Elasomers,Carl Hanser Verlag,3rd Ed.,Munich(2004)”的第5章中描述的聚合物应当优选适用于嵌段共聚物(第5.3章)。对于本文中描述的应用而言特别优选的是由PP和PE的嵌段共聚物构成的TPO。
在本发明的意义上优选的TPU是聚氨酯类热塑性弹性体,例如从Bayer可获得的和类型。
组分C:热塑性塑料(TP):
根据本发明适合作为组分C的热塑性塑料优选可与热塑性相(T)中的TPE以任意比例混合。特别优选的是其化学组成对应于所使用的TPE的嵌段的化学组成的热塑性塑料。
如已在上文所述,热塑性塑料是聚酯、聚酰胺或聚氨酯。
在将聚酯用作热塑性塑料时要注意的是,仅使用实际上具有热塑性性能的聚酯。在此根据本发明应当明确排除不具有热塑性性能的聚酯,尤其是用作增塑剂的聚酯或聚酯树脂。根据本发明优选使用具有>10,000 g/mol的平均分子量的聚酯。当将聚酰胺或聚氨酯用作热塑性塑料时也同样适用。此外优选的是,使用在聚合物主链中具有芳族单元的聚酯。
根据本发明可使用的聚酯的实例是聚对苯二甲酸亚烷基酯或聚苯二甲酸亚烷基酯,其中更优选聚对苯二甲酸亚烷基酯。在此特别优选提及聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),其对应于TPC中的硬链段,并且因此例如优选在热塑性相(T)中与其一起使用。
因此,例如还特别是聚酰胺(PA)适合在热塑性相(T)中使用TPA(携带在硬链段PA12中)。
在使用TPU作为组分B的情况下,氨基甲酸酯链段类似于酰胺基团,从而能够混合PA和TPU并且还可以在热塑性相(T)中一起使用。此外根据本发明,在TPU作为组分B的情况下另外聚碳酸酯(PC)以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)适合作为组分C。
聚对苯二甲酸亚烷基酯优选通过对苯二甲酸与烷基二醇缩聚制备。特别优选将1,4-丁二醇用作烷基二醇,从而产生对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。根据本发明优选使用的对苯二甲酸亚烷基酯的熔点或者软化点在160℃至300℃,优选175℃至270℃,特别优选200℃至230℃范围内。已知的商品名及其制造者为:(DSM)、(Ticona)、(DuPont)、(Hoffmann+Voss GmbH)、(LATI)、(Lanxess)、(A.Schulman)、(BASF)、(Sabic Innovative Plastics)和(Evonik Industries AG)。
聚酰胺(PA)是来自氨基酸、内酰胺和/或二羧酸和二胺的缩合产物。根据本发明使用的PA属于本领域技术人员已知的宽范围的不同聚酰胺(PA6、PA6.6、PA12等)。根据本发明优选使用的PA具有在160℃至300℃,优选165℃至270℃,特别优选180℃至230℃范围内的熔点或者软化点。已知的商品名及其制造者是:Akulon(DSM)、Durethan(Lanxess)、Frianyl(NILIT Plastics Europe、ehem.Frisetta Polymer)、Akromid(Akroloy)、Schulamid(A.Schulman)、Technyl(Rhodia)、Torzen(Invista)、Ultramid、Miramid(BASF)、UNYLON(UNYLON Polymers)、Vestamid(Evonik Industries)和Zytel(DuPont)。
组分D:增塑剂:
合适的增塑剂是技术人员原则上已知的。极性弹性体(EVM、NBR、H-NBR、X-NBR、AEM、ACM等)的合适的增塑剂是例如酯增塑剂,如邻苯二甲酸酯,例如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二壬酯或邻苯二甲酸二异癸酯;脂族酯,如二辛基酸酯或二辛基癸二酸酯;磷酸酯,如三甲苯基磷酸酯、二苯基甲苯基磷酸酯或磷酸三辛酯;聚酯,如聚邻苯二甲酸酯、聚己二酸酯或聚酯醚。
用于非极性弹性体(SBR、EPDM、SBC等)的合适的增塑剂是工业或医学矿物油或白油,天然油,例如大豆油或菜籽油,还有烷基磺酰酯,尤其是烷基磺酰苯酯,其中烷基取代基包含>5个C原子的直链和/或支化烷基链。还有偏苯三酸的二烷基酯或三烷基酯,其中烷基取代基优选包含具有>4个C原子的直链和/或支化烷基链。此外也使用二羧酸、三羧酸和更高级的多羧酸的烷基酯作为相应的增塑剂,其中烷基取代基优选为直链和/或支化烷基链。作为实例列出:己二酸二(2-乙基己基酯)和三丁基-O-乙酰基柠檬酸酯。此外,还可以使用单亚烷基二醇和/或多亚烷基二醇的羧酸酯作为增塑剂,例如乙二醇己二酸酯。作为合适的增塑剂还可以使用所述物质类型的混合物。
组分E:交联剂:
取决于所使用的弹性体,技术人员已知可以选择何种交联剂以实现交联。根据本发明通过添加过氧化物、酚树脂、硫或金属离子可交联上文提及的弹性体。
作为自由基交联引发剂(交联剂),技术人员已知合适的过氧化物。对此的实例是有机过氧化物,例如烷基过氧化物和芳基过氧化物,烷基过酸酯,芳基过酸酯,二酰基过氧化物,多价过氧化物如2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔-3(例如145-E85或145-45B)、二叔丁基过氧化物(例如 B)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔(例如101)、叔丁基-异丙苯基过氧化物(例如 T)、二(叔丁基-过氧基异丙基苯)(例如14-40)、二异丙苯基过氧化物(例如BC 40)、过氧化苯甲酰、2,2-双(叔丁基过氧基)二异丙基苯(例如40AE)、3,2,5-三甲基-2,5-二(苯甲酰基过氧基)己烷和(2,5-双(叔丁基过氧基)-2,5-二甲基己烷、3,3,5,7,7-五甲基-1,2,4-三氧杂环庚烷(例如311)。
优选使用其交联温度高于组分A的熔化温度或者软化温度的那些过氧化物。由于根据本发明作为组分B和C使用的热塑性相的高的熔化温度或者软化温度,根据本发明进行弹性体相的交联,用于制备优选呈相应的热熔体形式的热塑性弹性体组合物。这在优选的实施方案中要求使用具有高交联温度的过氧化物。具有较低的(常规)交联温度的过氧化物已经在与聚合物熔体接触时分解并且不均匀地混入并且使弹性体相不充分地或不均匀地交联。因此根据本发明特别优选使用具有≥175℃,特别优选≥180℃,非常特别优选≥185℃,尤其优选≥190℃且进一步优选≥200℃的交联温度的过氧化物。
在使用过氧化物作为交联剂时,此外根据本发明优选的是,(还可交联的)热塑性弹性体组合物具有按每100重量份的弹性体相(EL)计0.2至10重量份(phr),优选0.5至8phr,特别优选1至6phr的量的过氧化物。
尤其在使用含二烯的橡胶作为组分A,例如SBR或NBR以及H-NBR或EPDM时,除了过氧化物交联以外,酚树脂还适合于组分A的交联。在此优选使用在至少220℃的混合温度具有足够高的反应性的酚树脂。在此还提及溴化的酚树脂。
为了促进酚树脂交联,使用技术人员已知的无机化合物。为了促进和催化反应,例如可以使用SnCl2和/或ZnO和/或ZnCl2。但也可以使用含卤素的弹性体。特别优选使用ZnO,因为其另外起催化剂的作用。
在未溴化的酚树脂的情况下,添加路易斯酸形式的卤素给体或氯丁二烯橡胶也是有用的。因此,在根据本发明的热塑性弹性体组合物中可以使用至少一种酚树脂和至少一种含Cl的路易斯酸(优选SnCl2)的组合作为交联剂。作为含Cl的路易斯酸,优选使用ZnCl2或SnCl2,其中优选的是在使用SnCl2时另外使用ZnO。替代所述路易斯酸,也可以使用氯丁二烯橡胶和ZnO的混合物。在使用溴化的酚树脂的情况下,使用路易斯酸优选不是必需的,然而优选另外使用ZnO。对此合适的酚树脂是技术人员已知的,并且通常通过酚与醛的反应获得(酚醛树脂)。对此合适的酚树脂例如是辛基酚与甲醛的反应产物,例如合适的是SP-1045H(Schenectady International Inc.的SP-1045,HRJ-10518H),其为包含甲基的辛基甲醛树脂,或在溴化的酚树脂的情况下合适的是溴化的辛基酚树脂,例如具有商品名SP-1055或SP-1056的那些。合适的含Cl的路易斯酸是技术人员已知的。优选使用SnCl2或氯丁二烯橡胶。
在使用至少一种酚树脂与至少一种含Cl的路易斯酸(优选SnCl2)的组合时,基于热塑性弹性体组合物的总重量计,优选以2至5重量份的量使用所述至少一种酚树脂,以及基于热塑性弹性体组合物的总量计,优选以0.2至0.7重量份的量使用含Cl的路易斯酸。
借助于硫的交联是橡胶的最古老的交联选项,其是本领域技术人员已知的。
组分F:共交联剂:
在优选的根据本发明的实施方案中,热塑性弹性体组合物另外包含至少一种共交联剂作为组分F。以在100:10至100:2范围内且更优选在100:8至100:3范围内的弹性体比共交联剂的重量比使用共交联剂。
用于作为交联剂的过氧化物的合适的共交联剂例如选自下组:三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)(例如DuPont的DIAK7TM),三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)(例如Rheinchemie的Rhenogran S),N,N'-间亚苯基二马来酰亚胺(例如DuPont Dow的),三烯丙基氰尿酸酯(TAC),液体聚丁二烯(例如Ricon Resins的 D153),p-Chinodixon,p,p'-二苯甲酰喹二噁英(p,p'-Dibenzoylchinodioxin),N-甲基-N,N-二亚硝基苯胺,硝基苯,二苯基胍,三羟甲基丙烷-N,N'-间亚苯基马来酰亚胺,N-甲基-N,N'-间亚苯基二马来酰亚胺,二乙烯基苯,多官能甲基丙烯酸酯单体如乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸烯丙酯,和多官能乙烯基单体如丁酸乙烯酯和硬脂酸乙烯酯。优选使用的共交联剂选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)、三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)、N,N'-间亚苯基二马来酰亚胺、三烯丙基氰尿酸酯(TAC)和液体聚丁二烯。特别优选将三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)用作共交联剂。在根据本发明的可交联的组合物中使用一种共交联剂或联合使用两种或多种共交联剂是可能的。
组分G至I:
合适的组分G至I是本领域技术人员原则上已知的。合适的填料、稳定剂、助剂、着色剂和增容剂的实例如下所述:
组分H:填料:
合适的填料是例如炭黑、白垩(碳酸钙)、高岭土、硅藻土、滑石(硅酸镁)、氧化铝水合物、硅酸铝、碳酸钙、碳酸镁、硅酸钙、硅酸镁、硫酸钡、碳酸锌、煅烧的高岭土(例如200P)、氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化铝、氧化锌、硅烷化的高岭土、硅烷化的硅酸盐、经涂覆的白垩、经处理的高岭土、热解二氧化硅、疏水化热解二氧化硅(例如972)、合成无定形沉淀二氧化硅(二氧化硅)、工业炭黑、石墨、纳米尺度填料如碳纳米原纤维、薄片状纳米微粒或纳米尺寸的二氧化硅水合物和矿物。
组分G:稳定剂、助剂和着色剂(添加剂):
合适的添加剂是例如加工助剂,金属皂,脂肪酸和脂肪酸衍生物,仿真橡胶([专业术语]:类似橡胶的物质,其例如通过使硫或氯化硫对干性油起作用而获得;用于稀释橡胶),抗老化剂,抗UV剂或抗臭氧剂如抗臭氧蜡,抗氧化剂,例如聚碳二酰亚胺(例如PCD-50),取代的酚,取代的双酚,二氢喹啉,二苯基胺,苯基萘基胺,对亚苯基二胺,苯并咪唑,石蜡,微晶蜡,颜料,着色剂如二氧化钛,立德粉,氧化锌,氧化铁,群青蓝,氧化铬,硫化锑;稳定剂如热稳定剂,耐候性稳定剂;抗氧化剂,例如对二异丙苯基二苯基胺(例如445)、苯乙烯化的二苯基胺(例如 DDA)、甲硫基苯并咪唑的锌盐(例如 ZMB2)、聚合的1,2-二氢-2,2,4-三甲基喹啉(例如 HS)、硫代二亚乙基-双(3,5-二叔丁基-4-羟基)氢化肉桂酸酯、硫代二亚乙基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](例如1035),润滑剂,脱模剂,防火剂(阻燃剂),增粘剂,示踪剂,矿物以及结晶促进剂和结晶延迟剂。
作为另外的添加剂可以添加加工助剂、稳定剂或填料。可以按需要添加加工用油,然而优选<5重量%,优选<2重量%。根据本发明的另一实施方案,可以不添加加工用油。
作为加工助剂和稳定剂提及以下:抗静电剂、消泡剂、润滑剂、分散剂、脱模剂、抗结块剂、自由基捕捉剂、抗氧化剂、杀生物剂、抗真菌剂、UV-稳定剂、常规光稳定剂、金属失活剂,此外还有添加剂如起泡助剂发泡剂、阻燃剂、烟气抑制剂、抗冲改性剂、粘附剂、防雾剂、着色剂、彩色颜料、彩色母料、粘度改性剂。作为填料例如提及高岭土、云母、硫酸钙、碳酸钙、硅酸盐、二氧化硅、滑石、炭黑、石墨或合成纤维。
组分I:增容剂:
根据本发明的组合物或根据本发明制备的组合物此外可以包含至少一种增容剂,优选以将热塑性相(T)结合至弹性体相(EL)。
增容剂是本领域技术人员原则上已知的。类如官能化的聚烯烃或者聚烯烃共聚物适合作为增容剂。官能化的聚烯烃或聚烯烃共聚物的合适的官能化的基团式羧基、羰基、卤素原子、氨基、羟基或噁唑啉基团。优选的是用羧基官能化的聚烯烃或者聚烯烃共聚物。合适的用羧基官能化的聚烯烃的制备方法例如公开于DE 41 23 963A1和其中提及的文献中。
优选地,根据本发明的组合物中的增容剂是基于对应的根据本发明的组分A的共聚物,在此在EVM作为组分A的实例中,α-烯烃-乙酸乙烯酯共聚物作为聚合物骨架,其被羧基、羰基、卤素原子、氨基、羟基或噁唑啉基团官能化,优选被羧基官能化。特别优选地,将增容剂用于根据本发明的组合物中,其通过将α,β-烯属不饱和单羧酸和/或二羧酸或其衍生物接枝在α-烯烃-乙酸乙烯酯共聚物骨架上而获得。用于制备优选增容剂的合适方法是本领域技术人员已知的并且例如在EP 1 801 162A1中提及。
制备根据本发明的组合物并且交联或混合成热塑性弹性体组合物:
根据本发明的热塑性弹性体组合物可以通过混合组分A、B、C、D、E、F、G、H和I(只要它们存在于组合物中)来制备。在此可以使用橡胶技术和塑料技术中已知的混合***如封闭式混合机(例如具有彼此啮合或切向转子几何结构的封闭式混合机)以及也在连续混合设备如混合挤出机(例如具有2至4个和更多个螺杆的混合挤出机)中进行混合。
在进行根据本发明的制备方法时重要的是要注意混合温度足够高,从而可以将组分B和C转变成塑性状态,然而在此不受损。如果选择高于组分B和C的最高熔化温度或软化温度的温度,则保证了这样的情况。特别优选地,在150℃至350℃,优选150℃至280℃,特别优选170℃至240℃范围内的温度进行组分(只要它们存在于组合物中)的混合。
原则上,用于混合单个组分的各种变形方案都是可能的。
变形方案1:将A、B、C、D、E、F、G、H和I(如果包含于根据本发明的组合物中)预置在一起并在高于组分B和C的最高熔化温度或软化温度的温度充分混合。
变形方案2:将A、B、C、D、G、H和I(如果包含于根据本发明的组合物中)预置在一起并在高于组分B和C的最高熔化温度或软化温度的温度充分混合。然后添加组分E和F(只要它们存在于根据本发明的配方中)并进一步在保持所达到的温度下混合。
变形方案3:将A、D、E、F、G、H和I(如果包含于根据本发明的组合物中)预置在一起并在低于E的反应温度充分混合。然后添加组分B和C(如果它们存在于根据本发明的配方中)并加热至B和C的软化温度继续混合。B和C(如果它们存在于根据本发明的配方中)的添加可以在B和C(如果它们存在于根据本发明的配方中)的软化温度之上或之下进行。
变形方案4:将B、C和H(如果包含于根据本发明的组合物中)预置在一起并在高于组分B和C的最高熔化温度或软化温度的温度充分混合。然后添加组分A、D、E、F、G和I(如果包含于根据本发明的配方中)并在高于组分B和C的最高熔化温度或软化温度进一步充分混合。
对于在封闭式混合机上的制备特别优选的是变形方案1。对于在连续混合设备上的制备特别优选的是变形方案3。
通过前述方法变形方案,尤其是通过方法变形方案1和3实现了组分A和组分B和C在结束制备之后得到尽可能细的和均匀的分布。典型的是弹性体微粒的颗粒尺寸(如果包含于根据本发明的配方中)在交联前为<5μm。
前述和下文提到的高于组分B和C的最高熔化温度或软化温度的温度取决于所使用的组分B和C。优选地,高于组分B和C的最高熔化温度或软化温度的温度为150℃至350℃,特别优选170℃至240℃。
此外应当如此选择组分E和F的添加时间、温度、形式和量,使得保证组分E和任选的F在弹性体相中的良好分布,弹性体相和热塑性塑料相(B、C)以上述状态存在并且仅进行弹性体相的交联(如果交联的话,例外是不可交联的SBC,参见上文),从而实现相反转或实现弹性体相和热塑性相的共连续相结构(尤其是在使用苯乙烯-丁二烯聚合物作为组分A时或者弹性体以<5μm的颗粒分散存在于热塑性相中)。
根据本发明的组合物极佳地适合于提供具有平衡的性能,尤其是具有非常好的耐热性和耐化学性,同时在宽的硬度范围内的非常好的弹性性能(压缩永久变形、断裂伸长和拉伸强度)的热塑性弹性体。
此外,通过使用组分B和C的组合提供了高性价比地调节根据本发明的配方的硬度的可能性,因为通常所使用的组分B比根据本发明使用的组分C更昂贵。另外出人意料地发现,根据本发明的配方的温度性能通过适当地选择组分C能够移动至较高的温度,如通过DSC测量(差示扫描量热法)可以确认。
根据本发明优选的是,使弹性体相(EL)在与热塑性相(T)掺和期间或之后交联,即动态地进行交联。优选的分散的弹性体相(EL)的交联优选在混合组分A至I(只要它们存在于混合物中)期间进行。当在高于组分B和C的熔化温度或软化温度的温度在不存在组分E和任选的F的情况下将掺和继续进行至少15秒的时间时,优选使用交联。
在实现相反转或者形成共连续相之后,将获得的产物,即热塑性弹性体组合物优选冷却至低于组分B和C的熔化温度或软化温度的温度。
本发明的另一主题是热塑性弹性体组合物,其可通过根据本发明的方法获得。
根据本发明的或根据本发明制备的热塑性弹性体组合物根据本发明的特征在于,弹性体组分A以细分布形式或(在SBC的情况下)以细分散的共连续网络存在于热塑性相(T)中。根据本发明的所获得的热塑性弹性体组合物的特征在于非常好的耐热性和耐介质性,同时在宽的硬度范围内的非常好的弹性性能(拉伸强度、断裂伸长和压缩永久变形)。它们即使在高温也具有尤其是在汽车构造中需要的优异的物理和动态性能,例如优异的压缩永久变形。只有在热塑性相(T)融化之后,整个体系可被热塑性方式加工并且因此满足热塑性弹性体的必要的先决条件。
本发明的另一主题因此是根据本发明的或者根据本发明制备的热塑性弹性体组合物的用途,用于制备热塑性弹性体的模制品,例如皮带、密封件、套管、软管、膜、阻尼器、型材或电缆护套、热熔胶、薄膜或用于塑料橡胶共挤出或用于共模制品注射。
本发明还涉及模制品,如电缆护套、热熔胶或薄膜,其包含根据本发明的热塑性弹性体组合物。
根据本发明的模制品的特征在于优异的物理性能,尤其是在宽的硬度范围内的优异的弹性以及高耐热性和耐介质性,尤其是耐油性。这些性能尤其对于例如用于汽车应用和其它工业应用的软管、皮带、膜、密封件、波纹管、电缆护套、热熔胶、薄膜以及密封圈具有重要意义。所述模制品可以例如以简单的方式在单步骤过程中制备。
在本申请中使用的术语“包括”、“包含”和“具有”应当还在使用它们的任何情况下包括术语“由……组成”,从而使得在本申请中公开这些实施方案。
现在应当通过以下实施例更详细地阐明本发明。以下实施例仅具有示例性特性并且不用于将本发明限制于此。
实施例
测定方法和定义:
肖氏硬度的测定根据DIN EN ISO 868和DIN ISO 7619-1进行。
拉伸强度被理解为材料在断裂/开裂之前经受的最大机械拉伸应力。其在拉伸试验中由达到的最大拉力基于(标准化的)样品的原始横截面计算并且以N/mm2给出。
断裂伸长是基于初始测量长度给出的断裂永久伸长的材料参数。断裂伸长是在材料测试中众多参数之一并且表征材料的变形能力。其为基于样品在拉伸试验中的初始测量长度L0在发生断裂之后留下的长度改变ΔL。该长度改变以%给出。
压缩永久变形是对(热塑性)弹性体在长期持续的恒定压缩变形和随后的松弛时如何表现的量度。根据DIN ISO 815,在恒定形变下测量压缩永久变形(DVR,英文compression set)。这是测试材料的变形比例。弹性体的许多测试方法,例如拉伸强度表征了材料的品质和特性。反之,DVR是在将材料用于特定使用目的之前必须注意的重要因素。特别对于使用由弹性体组成的密封件和垫而言,永久变形、压缩永久变形(DVR)是重要的参数。为了测定其大小,将圆柱形测试样品压紧约例如25%并且在特定温度如此存放一定时间。压力变形测试的温度和介质(主要是空气,但也有油和另外的使用液体)取决于待测试的材料,其计划的使用目的和试验设计(例如24h于150℃)。在卸载之后30分钟,在室温重新测量高度并由此评价永久变形。0%的压缩永久变形意味着物体重新完全达到其原始厚度,100%的DVR是说物体在试验期间完全变形并且不显示出回复。计算按照下式进行:DVR(%)=(L0-L2)/(L0-L1)x 100%,其中:
DVR=以%计的压缩永久变形
L0=在测试之前的试件高度
L1=在测试过程中试件高度(垫块)
L2=在测试之后的试件高度。
实施例:
表1给出了对于在实施例中使用的组分所使用的缩略语:
表1:
组分 | 原料 |
A | 弹性体(橡胶) |
B | 热塑性弹性体 |
C | 热塑性塑料 |
D | 增塑剂 |
E | 交联剂(例如过氧化物(批料)或酚树脂) |
F | 共交联剂 |
G | 稳定剂、助剂和着色剂 |
H | 填料 |
I | 增容剂 |
实施例1:制备热塑性弹性体的参比组合物:
根据上述制备变形方案3制备具有由表2和3所示的成分的热塑性弹性体组合物。为了掺和所使用的组分,使用双螺杆挤出机。
实施例2:制备热塑性弹性体的另外的非根据本发明的对比组合物:
这些组合物以如实施例1相同的方式制备,不同之处在于不是将TPC1用作组分B,而是使用TPC2。
实施例3:制备热塑性弹性体的根据本发明的组合物:
实施例3中的组合物以如实施例1中相同的方式制备,不同之处在于以在表2中给出的较少的量将TPC1用作组分B并且另外以表2中给出的量将聚对苯二甲酸丁二醇酯用作组分C。
实施例4:制备热塑性弹性体的另一非根据本发明的对比组合物:
实施例4中的组合物以如实施例1中相同的方式制备,不同之处在于不使用TPC1,而是使用TPC3作为组分B并且省略增塑剂。
实施例5:制备热塑性弹性体的根据本发明的组合物:
实施例5中的组合物以如实施例1中相同的方式制备,不同之处在于以在表2中给出的较少的量将TPC1用作组分B并且另外以表2中给出的量将聚对苯二甲酸丁二醇酯用作组分C。
观察:
如从表4中的根据本发明的实施例3和5的组合物与来自实施例1的对比组合物的对比表明,在将组分B(TPE)用组分C(TP)替代的情况下,既不在很大程度上改变拉伸强度、又不在很大程度上改变断裂伸长,也不在很大程度上改变压缩永久变形。尽管如此,硬度可以从60ShA(实施例1)提高至70ShA(实施例3)和80ShA(实施例5)。
如通过根据实施例1和2的组合物的对比表明,尽管通过一种组分B被另一种组分B取代在一定程度上提高了硬度,然而这以制备时的最大生产能力(参见表5)和原料添加(参见表7)为代价。当省略增塑剂时也同样如此(参见组合物实施例4)。
注塑机中的最大可能使用时间在根据本发明的组合物的情况下与在实施例1中的基础组合物的情况下也一样好,并且基本上好于在实施例2和4的组合物的情况。
实施例6:制备热塑性弹性体的非根据本发明的对比组合物:
根据上述制备变形方案3制备具有如表8和10中表明的成分的热塑性弹性体组合物。为了掺和所使用的组分,使用双螺杆挤出机。
实施例7:制备热塑性弹性体的另一非根据本发明的对比组合物:
该组合物如实施例6中相同的方式制备,在组成方面采用在表8中给出的区别。
实施例8:制备热塑性弹性体的根据本发明的组合物:
实施例8中的组合物如实施例6中相同的方式制备,区别在于不仅以表8中给出的量使用TPA作为组分B,而且还另外以表8中给出的量使用6AF作为组分C。
实施例9:制备热塑性弹性体的另一根据本发明的组合物:
实施例9中的组合物如实施例6中相同的方式制备,重要的区别在于不仅以表8中给出的量使用TPA作为组分B,而且还另外以表8中给出的量使用6AF作为组分C。
实施例10:制备热塑性弹性体的根据本发明的组合物:
实施例10中的组合物如实施例6中相同的方式制备,重要的区别在于不仅以表8中给出的量使用TPA作为组分B,而且还另外以表8中给出的量使用6AF作为组分C。
实施例11:制备热塑性弹性体的另一非根据本发明的对比组合物:
该组合物如实施例6中相同的方式制备,采用在表9中给出的组成方面的区别。
实施例12:制备热塑性弹性体的另一非根据本发明的对比组合物:
该组合物如实施例6中相同的方式制备,采用在表8中给出的组成方面的区别。
观察:
如从表10中的根据本发明的实施例8至10的组合物与来自实施例6和7的对比组合物的对比表明,通过添加组分C(TPA),既不在很大程度上改变拉伸强度、又不在很大程度上改变断裂伸长,也不在很大程度上改变压缩永久变形。尽管如此,硬度可以在一定程度上改变。此外在非根据本发明的实施例11和12(表9)处可见,采用“硬”TPA 7033也可以提高所产生的组合物的硬度(表12)。然而在此断裂伸长和压缩永久变形实质上劣化。因此通过在组合物中添加聚酰胺不仅可以提高硬度,而且仍然还获得材料的良好机械性能。表13显示了在柴油中在60℃处理21天之后的组合物的拉伸强度和断裂伸长的改变。
表2:
表3
表4
表5:
表6
表7:
表8:
表9:
表10:
表11:
表12:
表13:
Claims (16)
1.热塑性弹性体组合物,其具有热塑性相(T)和弹性体相(EL),
其中,EL包括至少一种交联的或未交联的弹性体并且T包括至少一种热塑性塑料(TP)和至少一种热塑性弹性体(TPE),
其中,TP为聚酯、聚酰胺或聚氨酯,以及TPE为共聚酯类(TPC)、聚酰胺类(TPA)或聚氨酯类(TPU)的TPE,并且
其中,重量比EL:T在100:25至100:80的范围内。
2.根据权利要求1所述的热塑性弹性体组合物,其中重量比EL:T在100:35至100:70的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性弹性体组合物,其中T包括聚酯与TPC的组合或聚酰胺与TPA或TPU的组合。
4.根据权利要求1至3任一项所述的热塑性弹性体组合物,其中所述组合物另外具有交联剂。
5.根据权利要求1至3任一项所述的热塑性弹性体组合物,其中所述弹性体相的至少一种弹性体为交联的弹性体。
6.根据权利要求1至5任一项所述的热塑性弹性体组合物,其中所述TPC具有在36ShD至60ShD范围内的肖氏D硬度并且所述TPA或TPU具有在60至90ShA范围内的肖氏A硬度。
7.用于在压缩永久变形或断裂伸长或拉伸强度没有实质劣化的情况下改变热塑性弹性体组合物的肖氏硬度的方法,其中所述热塑性弹性体组合物具有热塑性相(T)和弹性体相(EL),其中T具有热塑性塑料(TP)和热塑性弹性体(TPE),其中在制备热塑性弹性体组合物时,与具有预定肖氏硬度的参比组合物相比,重量比EL:T保持与该参比组合物相比相等,但是改变重量比TP:TPE,其中,分别与参比组合物相比,在120℃在24小时之后测量的热塑性弹性体组合物的压缩永久变形高出不超过10%,或热塑性弹性体组合物的拉伸强度或断裂伸长低出不超过10%。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,分别与参比组合物相比,在120℃在24小时之后测量的热塑性弹性体组合物的压缩永久变形高出不超过5%,或热塑性弹性体组合物的拉伸强度或断裂伸长低出不超过5%。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其中所述重量比EL:T在100:25至100:80范围内。
10.用于制备热塑性弹性体组合物的方法,其中将弹性体相(EL)和热塑性相(T)在TP和TPE的熔点和软化点以上的温度混合,该热塑性相(T)包括至少一种热塑性塑料(TP)和至少一种热塑性弹性体(TPE),其中重量比EL:T在100:25至100:80范围内。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述弹性体相(EL)在与热塑性相(T)混合期间或之后交联。
12.根据权利要求10或11所述的方法,其中所述熔点和软化点以上的温度在150℃至350℃范围内。
13.根据权利要求7至12任一项所述的方法,其中TP为聚酯、聚酰胺或聚氨酯。
14.根据权利要求7至13任一项所述的方法,其中TPE为共聚酯类(TPC)、聚酰胺类(TPA)或聚氨酯类(TPU)的TPE。
15.根据权利要求1至6任一项所述的热塑性弹性体组合物的用途,用于制备热塑性弹性体的模制品。
16.模制品,其包含根据权利要求1至6任一项所述的热塑性弹性体组合物。
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