CN1088725C - 热塑性塑料的制备方法及其所用的挤塑机 - Google Patents
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Abstract
在制备增韧热塑性塑料或包含增韧热塑性塑料的聚合物共混物的过程中,该热塑性塑料或聚合物共混物包含:A)5~95wt%至少1种包含最多60wt%残留水的水湿弹性体成分A,B)5~95wt%至少1种热塑性聚合物B,C)0~95wt%至少1种另一聚合物C,D)0~70wt%添加剂D,该方法包括:将弹性体成分A与热塑性聚合物B以及若存在,另一聚合物C以及若存在,添加剂D在挤塑机中进行混合,使弹性体成分A在机械作用下脱水,成分A、B、C及D被加入到一种挤塑机中,该挤塑机具有至少2根转向相同或相反的、螺杆直径为D螺杆的螺杆,沿输送方向(顺物流而下),挤塑机基本由以下部分组成:-至少1个计量段,弹性体成分A由计量装置经该段加入挤塑机,-至少1个挤压段,用于使弹性体成分A脱水,并包含至少1种阻滞元件,以及在每种情况下至少1个与之连通的脱水孔,该孔位于距离(第1)阻滞元件一段相当于至少1个螺杆直径D螺杆的上游,-至少1个进料段,热塑性聚合物B以熔体形式经该段引入到挤塑机中,-至少1个塑炼段,它配有混合和/或捏合元件,-至少1个脱挥发分段,它配有至少1个脱挥发分孔,并且剩余的水以蒸汽形式由此孔排出,以及-出料区。从脱水孔排出的水的部分或全部以液相形式存在,以及成分C和/或D一起或彼此分别地,或者与成分A和/或B一起或者与A及B分开地,加入列上述挤塑机段的一多段或多段中。
Description
本发明涉及制备增韧热塑性塑料或包含增韧热塑性塑料的共混聚合物的新方法,该热塑性塑料或共混聚合物包含:
A)5~95wt%至少1种包含最多60wt%残留水的水湿弹性体成分A,
B)5~95wt%至少1种热塑性聚合物B,
C)0~95wt%至少1种另一聚合物C,
D)0~70wt%添加剂D,
该方法包括:将弹性体成分A与热塑性聚合物B和(若存在)另一聚合物C以及(若存在)添加剂D置于挤塑机中进行混合,同时使弹性体成分A在机械作用下脱水。
本发明还涉及用这种方法制备的模塑材料以及该模塑材料在薄膜、纤维及模塑制品生产中的应用。最后,本发明涉及制备该热塑性塑料的挤塑机。
可被接枝或未接枝的粒状橡胶常常被用作增韧热塑性塑料或其他塑料的弹性体成分。此种橡胶通常是在含水体系中,例如通过乳液或悬浮聚合制备的。在悬浮聚合中生成的或在乳液聚合中沉淀(例如通过加入凝聚沉淀剂)出来的粒子,通常用水洗涤并用适当的脱水方法,如过筛、挤水、过滤、滗析、沉淀、离心或诸如气流干燥器之类的部分热干燥实现脱水。还可以采用喷雾干燥实现部分脱水。在每一种情况下都可获得部分脱水的产物。
经常使用的接枝橡胶例如是在聚丁二烯上接枝苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN)及聚丙烯酸正丁酯上接枝此类共聚物,或者是由多段接枝组成以丁二烯、苯乙烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙基己基酯、甲基丙烯酸甲酯和/或丙烯腈为基础的橡胶。
经部分脱水后获得的橡胶中的残留含水最高为60wt%并且通常采用强能(energy-intensive drying)干燥将其脱除。最后将所获粉末形式的干燥橡胶加入到以粉末或颗粒状态存在的热塑性塑料中并熔融,便制成最终产品。将橡胶聚合物与母体聚合物一起沉淀并干燥的方法也是已知的。由于含有细粉尘,此种橡胶粉在干燥及掺入到热塑性塑料中去的过程中往往容易自燃。
按照DE-A2037784中所描述的建议,部分脱水的接枝橡胶可在超大气压下混入到SAN熔体中并通过将水蒸发可获得包含该接枝橡胶的热塑性塑料。该方法需消耗较多的电能。
EP-A534235描述了一种制备增韧热塑性塑料的方法,包括:将经过部分机械脱水的橡胶在高于热塑性塑料软化点的温度下掺入到热塑性塑料中,其中掺入是在主挤塑机中实现的,而橡胶的部分脱水则是在安装于主挤塑机侧面的辅助(侧)挤塑机内完成的。橡胶中剩下的残留水在掺入过程中通过位于加料点以前或以后的脱挥发分孔以蒸汽形式移出。这种方法的缺点是需要使用2台挤塑机来制备耐冲击热塑性塑料。
德国实用新型DE-U9421779公开了一种用于配混湿物料的挤塑机,其中洗涤过的废塑料由一种供料装置(供料螺杆)推入到挤塑机中。附着在切碎的塑料碎片上的水经由挤塑机上的开孔移出,该开孔上装有螺杆以留住塑料。
美国专利5151026描述了一种挤塑机,其中可使含水量最高50wt%的粉碎并洗涤过的废塑料实现脱水。为此目的,在挤出机螺杆中留有一短段左手螺纹,按通常的方式这段本应是右手螺纹。在左手螺纹段的区域或紧靠左手螺纹前面设有脱挥发分孔。由于左手螺纹的阻滞效应,这一区域的挤塑机物料便处于高压(最高压力)之下,因此,该脱挥发分孔必须借助一台挤塑机封住,以防止聚合物跑料。这种技术上复杂的料封是不利的。基于上述美国专利的分案申请US5232649描述了相应的方法。
EP-A233371公开了一种制备热塑性树脂的方法,其中接枝橡胶的胶乳、水溶性沉淀剂及有机溶剂混合在一起形成两相混合物并分离掉水相。有机相在挤塑机中经过脱挥发分,与计量加入的苯乙烯/丙烯腈共聚物熔体混合并再次脱挥发分,最后排出产物。这类高成本方法的缺点在于开始要加入大量必须使用的水,随后又要移出;必须处理蒸发得快并且昂贵的溶剂;以及在加入SAN熔体之前的脱挥发分期间,接枝橡胶粒子被外流的气体大量夹带而出。
JP01123853公开了一种方法,其中接枝橡胶的胶乳、水溶性沉淀剂及有机化学品在捏合机中混合,胶乳被凝聚。凝聚的胶乳从捏合机中分离出来,然后在挤塑机中再次脱水、脱挥发分。该方法的缺点在于:必须处理大量的液体,从而导致产量(单位时间的产品数量)的降低;胶乳凝聚是过程的一部分,且要在技术上复杂的捏合机(而不是在例如简单的搅拌容器)中进行;以及沉淀剂溶液可能导致捏合机内的腐蚀。
JP2286208描述了用于热塑性模塑物料脱水的双螺杆挤塑机,这2根带有右手螺纹的螺杆每根都具有2个左手螺纹段。水以液态形式通过Seiher罩--挤塑机机筒内的筛状嵌入件--并以蒸汽形式从脱挥发分孔中冒出。然而,该Seiher罩往往容易被跑出的聚合物质堵塞,譬如涉及合成橡胶脱水的DE1579106中所述。因此,模塑材料的制备过程易于出现问题。必须停下挤塑机以清理被逸出聚合物堵死的Seiher罩,然后又不得不拆开、清理并重新组装Seiher罩。这种停车使得采用Seiher罩的方法不经济(运行时间短)。
同样JP-A1/202406描述了一种方法,其中湿橡胶状聚合物首先在挤塑机中装有Seiher罩的区域内完成部分脱水,剩余的水随后在1个大气压及3个下游减压脱挥发分区脱除。除了不利的、容易出毛病Seiher罩之外,该方法还包括成本高昂的减压脱挥发分区。
JP-A57167303描述了一种方法,其中聚合物粒子通过过滤从其水悬浮液(淤浆)中分离出来,并在挤塑机中进一步脱水,水经过Seiher罩排出。之后将挤塑机物料加热、在压力下熔融、2次脱挥发分、与添加剂混合并出料。该方法的主要缺点是在挤塑机中使用容易堵塞的Seiher罩,从而导致运行时间短。
JP4008754描述了一种制备热塑性树脂的方法,其中二烯接枝橡胶的胶乳在双螺杆挤塑机中脱水,水从Seiher罩中排出。随后挤塑机物料进行脱挥发分并熔融,继而将乙烯基聚合物熔体加入到挤塑机中。该方法同样需要使用容易出问题的Seiher罩。
美国专利4802769描述了一种挤塑机,其中橡胶聚合物的淤浆与苯乙烯/丙烯腈共聚物一起进行加工制成热塑性塑料。水以液态形式通过Seiher罩并通过一种3段脱挥发分过程以蒸汽形式排出。除了容易堵塞的Seiher罩之外,缺点还有装有Seiher罩的挤出机部分要加热并且在脱气部分因种种阻滞元件造成多重憋压,从而导致聚合材料受到高热及机械应力的作用。
本发明的一个目的是提供一种没有上述缺点的方法。具体而言,本发明的目的在于提供这样一种方法,它允许按技术上简单的方式,尽可能通过一步加工,制备包含至少1种水湿弹性体成分及1种或多种热塑性、脆性聚合物的耐冲击热塑性塑料。
本发明的另一目的是提供一种方法,采用这种方法,将热塑性塑料与其他聚合物混合便可一步制备聚合物共混物。具体而言,将提供一种方法,它具有很大的灵活性,允许将彼此极为不同的聚合物掺混在一起,还可以将热塑性聚合物与弹性体成分按大范围变化的数量混合比进行掺混(制成橡胶含量从低到甚高的增韧热塑性塑料),与此同时运行也可靠。
另外,该方法将允许在不附加操作步骤的情况下将热塑性塑料或聚合物共混物与常规添加剂(如稳定剂、染料、填料等)进行掺混,还允许以母料形式引入添加剂。
该方法对聚合材料施加的热及机械应力也将非常小。
最后,该方法将具有高通过量(产量)并保证较长时间运行不出问题。具体而言,将保证即使在较长的加工运行时间内也能无故障地去除残留水。
我们发现这些目的可通过文章开头所规定的方法实现,其中成分A、B、C及D被加入到挤塑机中,该挤塑机具有至少2根转向相同或相反的、螺杆直径为D螺杆的螺杆,并且沿输送方向(下游)挤塑机基本由以下部分组成:
-至少1个计量段,其中弹性体成分A由计量装置加入挤塑机,
-至少1个挤压段,用于使弹性体成分A脱水并包含至少1个阻滞元件且在每种情况下至少1个与之连通的脱水孔,该孔位于距离(第1)阻滞元件一段相当于至少1个螺杆直径D螺杆的上游,
-至少1个进料段,热塑性聚合物B以熔体形式在此被引入到挤塑机中,
-至少1个塑炼段,它配有混合和/或捏合元件,
-至少1个脱挥发分段,它配有至少1个脱挥发分孔,残留水以蒸汽形式经该孔排出,以及
-出料区。
其中从脱水孔排出的部分或全部水以液相形式存在,并且
其中成分C和/或D彼此一起或分别地,或者与成分A和/或B一起或者与A及B分开地,被加入到一个或多个上述挤塑机段之中。
我们还发现了由该方法制备的热塑性模塑材料,这种模塑材料在薄膜、纤维及模塑制品生产中的应用。最后,我们发现了一种制备该热塑性塑料的挤塑机。
将方法的原理及方法的优选实施方案叙述如下,那些被称之为段或区的挤塑机组成部分不一定等同于诸如组成挤塑机的机筒部件及各螺杆段的各个组成部分。通常,一个段或区由多个部分组成。文中联系到段或区提到的数字是就图1而言的,该图示意性地给出挤塑机可能的实施方案。
在优选的实施方案中,挤塑机是双螺杆挤塑机。然而,也可以使用具有3根或更多根螺杆的挤塑机,或者具有一根大直径主螺杆以及围绕主螺杆的小螺杆(行星式排布)的挤塑机。
挤塑机的各个螺杆又优选沿相同方向旋转。然而,沿相反方向旋转也是可能的。特别优选的是具有同向旋转螺杆的双螺杆挤塑机。
残留水含量最高60wt%的水湿弹性体成分A通常是湿固体。例如,它是一种通过乳液聚合,沉淀并部分脱水到残留水含量最高60wt%而获得的接枝橡胶,其中部分脱水可通过例如过滤、沉淀、挤水、滗析、离心或热干燥进行。含有残留水的弹性体物料A被加入到挤塑机的计量段2。计量段通常由自动计量装置及实际计量加入口(或多个计量加入口)组成。例如计量装置是将被输送的物料送入或强迫送入计量加入口的输送螺杆形式。成分A还可以借助适当的重力计量或容积计量装置在重力作用下计量加入到挤塑机的进料口中。利用计量段内适当的螺杆几何构造成分A被吸入和排气。
若存在多种弹性体成分A,这些成分可以一起或彼此分别地计量加入到计量段2的同一计量加入口或加入不同的计量加入口。
在一种可能的实施方案中,逆挤塑机输送方向的上游设有排气段1。一般,它具有1个或多个排气孔,夹杂在弹性体成分中的空气可通过这些孔逸出。
在另一种实施方案中,成分C和/或成分D或者成分C和/或D总加入量的一部分被计量加入到排气段的排气孔,或者加入到1个或多个布置在该段的其他孔中。若加入成分C和D,则可以通过将所述成分通过一个孔一起加入或通过不同的孔(分别用于C和D)加入。
在另一种优选的实施方案中,成分C和/或成分D或者成分C和/或D总加入量的一部分被计量加入到计量段的计量加入口,或者加入到沿计量段排布的1个或多个其他孔中。这可以由在位于第1计量段2下游的另外计量段2’中实现,有关计量段2的说明基本上适用于计量段2’。
成分C及D可以与A分开或者按照下列组合之一与A一起加入到挤塑机计量段中:A+C+D、A/C+D、A+C/D、A+D/C及A/C/D(其中/表示分开地、每个通过一个单独的孔来加入,+表示通过共同的孔一起加入)。
在上述两种实施方案中,成分C和/或D的计量装置可以是例如与弹性体成分A的计量方式一样的输送螺杆,泵或挤塑机,视C和D的聚集状态而定。
在计量段以及--若存在的话--在排气段的区域内,挤塑机螺杆通常制成常规输送螺杆的形式。就本申请而言,常规输送螺杆,是例如具有泥土混合机轮廓元件(完全自清理)、具有推料边缘的元件、具有梯形断面的元件和具有矩形断面的元件、具有输送方向上的大螺距(螺距大于螺杆直径)传输螺纹的元件(称作RGS元件),以及上述诸元件的组合,该段螺杆还可配有数目小于或大于挤压段的螺齿。这里还可以采用双螺齿及单螺齿螺杆元件。输送螺杆的螺杆元件在上述各段中可以相同或不同;而且,它们还可以具有相同或不同的螺距。
水湿弹性体成分被输送到下游第1挤压段。
在第1挤压段3中,弹性体成分包含的一部分残留水在机械作用下被去除(挤水)。物料逆着起障碍物作用且通常位于挤压段末端的阻滞元件被输送。这样便造成了憋压,该压力迫使水从弹性体成分中跑出来。憋压可通过螺杆元件、捏合元件或其他阻滞元件的不同排列而造成,视橡胶的流变特性而定。原则上,所有用于构成憋压的工业设备元件都适用。
可能的阻滞元件的例子是:
-推进的输送螺杆元件;
-具有反输送方向螺距的螺杆元件,包括具有反输送方向大螺距(螺距大于螺杆直径)输送螺纹的螺杆元件(称作LGS元件);
-具有不同宽度的非输送捏合圆盘的捏合块;
-具有反向输送螺距的捏合块;
-具有输送螺距的捏合块;
-机筒圆盘、偏心圆盘及由它们组配而成的块;
-各种式样的带齿混合元件;
-中间阻滞圆盘(挡板);
-机械可调限流器(滑动机筒、径向限流器、中心限流器)。
2种或更多种阻滞元件可彼此结合起来。还可通过调节各个阻滞元件的长度及强度使阻滞作用与相应的弹性体相适应。
在挤压段中,位于限流区以前(第1阻滞元件以前)的螺杆元件,一般被制成常规的输送螺杆。在一种实施方案中,此处所用的输送螺杆具有越靠近限流区越小的螺旋角。这种构造导致升压较慢,经常使用术语“过渡区”来描述这一区域,这样的设计对某类弹性体成分的脱水是有利的。
在另一种优选实施方案中,在无在先的过渡区(即输送螺杆一般在挤压段具有不变的螺距)的情况下,升压出现在紧靠限流区的前方或在该区域中。
在另一种优选实施方案中,在脱水孔与第1阻滞元件之间的挤压段中采用混合元件和/或捏合元件,其例子将在下面关于塑炼段5的一节中给出。这种实施方案尤其对使弹性体成分达到一定的均一度及形态是有利的。
在第1挤压段,挤塑机的所有结构特征及所有运行参数均优选以这样的方式调节为彼此匹配,在选定的螺杆速度下,输送和压缩弹性体物料,但是仅在很小的程度上发生塑炼或部分熔融,即便发生的话,也没有完全熔融。
为憋压起见挤塑机的挤压段3,优选包含具有反输送方向螺距和/或对应的捏合块的螺杆元件。
第1挤压段中从弹性体物料中挤出的水以液相而不是蒸汽形式离开挤塑机。在不太优选的实施方案中,在该段中挤出的水最多有20wt%以蒸汽形式排出。
挤压段配有1个或多个脱水孔。脱水孔优选位于挤塑机的顶部;然而,朝侧面或朝下的布置也是可能的。而且,脱水孔优选配有能防止被输送的弹性体A跑料的设备。为此目的,尤其优选采用封料螺杆(re taining Screw)。
脱水孔的设计可采用本身已知的方法,其几何形状与用来从挤塑机中排出气态物质的已知脱挥发分孔基本相当。所用脱水孔的形状及尺寸的选择应使得该孔不会被挤塑机物料堵塞。在挤塑机机筒上挖去一块和/或设置孔作为脱水孔则尤其优选。合适的脱水孔的例子是圆孔或者卧放的8字形孔(即2个圆孔直接彼此相连),其中8字形的纵轴例如可垂直于(成直角)或平行于(沿着)挤塑机输送方向排列。而且脱水孔可沿挤塑机纵向轴线排列在中心线上(即对称地),或者在挤塑机纵向轴线的一侧(即非对称地)。
在优选的实施方案中,所使用的脱水孔不是Seiher罩或者诸如筛网之类易于堵塞的类似部件。具体而言且如上述Seiher罩容易堵塞。
按照本发明,属于阻滞元件的脱水孔位于阻滞元件的前面,而在有多个阻滞元件的情况下,则位于第1阻滞元件的前面,即位于自后者起朝上游的一段距离,该距离相当于至少1个螺杆直径D螺杆,优选1~4个D螺杆,尤其优选1~3.5个D螺杆。该距离应理解为脱水孔的中点与第1阻滞元件开始的那一点之间的距离。
由于在阻滞元件与脱水孔之间存在这样一段距离,故而脱水孔不处在挤塑机中逆着阻滞元件传输的聚合物所造成的极高反压(最高压力)的区域。因此,技术上简单的装置如封料螺杆足以将孔封住以防止聚合物跑料。
在出口测定的排出水温度,一般在20~95℃,优选在25~70℃。
在第1挤压段中,通常可排出最初包含的残留水的10~90,优选20~80wt%,具体依弹性体成分以及最初残留水含量而定。
为了改进第1挤压段内的脱水性能,在计量段内或在计量段与第1脱水孔之间采用阻滞元件和/或捏合元件是有利的。此种阻滞和/或捏合元件的类型及数目的选择应保证弹性体成分受到一定程度机械载荷的作用,从而发生性质改变以变得容易脱水,但又不致或仅在轻微程度上导致其塑炼或引起它开始熔融,并且肯定不使其完全熔融。
在优选的实施方案中,挤塑机在弹性体成分A的计量段以及在挤压段均不进行加热。在一种实施方案中,挤塑机在上述段中进行冷却。
部分脱水的弹性体成分A被送过阻滞区并进入到下一个挤塑机段。
在用于生产许多耐冲击热塑性塑料的优选实施例中,一个第二挤出段3’紧随刚描述过的第一挤出段3’之后,而且由一输送区段和一个起障碍作用的阻滞区构成。对于这一区段而言,与对第一挤出区段所作出的类似解释也大致成立。
在可选用的第二区段中,弹性体组分进一步脱水,在此,又把按重量计高达80%,优选地高达65%的起初(挤压前)含有的水去掉。由于旋转的挤压机螺杆引入的机械能,在第二挤出区段内的弹性体组分的温度升高到高达250℃的数值。
优选地,此方法这样被设计:即挤压内容物经受尽可能低的温度。为此挤出机最好这样地设计和运转:即弹性体组分温度不超过200℃,最好不超过180℃。上述温度是就阻滞区而言的。
在第二挤出区段去掉的水按重量计高达20%至99%作为液体排出,按重量计,与100%相差的量作为蒸汽排出。优选地排水口这样设计:使得在高的物料温度下排出的液态水的比例仍达到按重量计的70%或更多。为此,挤出机螺杆和封料螺杆设计成使得:水通过出口区压力提升或通过其它措施大部分保持为液态。
通常,离开挤出机的水的温度处于40至130℃之间,最好50至99℃之间。
部分脱水的弹性体组分在第二挤出区段的尾部已经大量地熔化或溶解,并以大的熔化在一起的结块形式出现。
挤出机可以在第二挤出区段之后包含其它的挤出区段,特别是当弹性体组分A的初始残余水含量高时。
被挤出的水一般经由存在的所有脱水孔离开挤塑机。然而,依弹性体成分的性质以及计量加入的量(挤塑机的填充度)以及残留水含量的情况,被挤出的水也可以不经过全部可供使用的脱水孔排出,其他的脱水孔可以说成是干的,即没有或基本没有水通过它们。这已被证明绝非是缺点。
在优选的实施方案中,从挤压段挤出的水,包括它可能夹带的任何弹性体粒子,可以收集起来,并例如用于制备成分A、B、C和/或D。这样,被挤出的水便可再次用于例如制备弹性体成分A或用来使橡胶从其胶乳中沉淀出来。水的这种循环使用可改善生产的成本效益及环境兼容性,因为产生的废水减少了。
通过最后一个挤压段以后,弹性体成分此时已去掉了其残留水的相当大一部分(变为成分A’),于是进入到进料段4,在该段中存在1个或多个热塑性聚合物B的进料口。聚合物B以其熔体形式引入是有利的。若该进料段包括多个进料口,则它们可以是例如沿着挤塑机纵向的假想轴线一个接一个地、沿着挤塑机一周排成一个圆,或者沿着围绕挤塑机的一条假想螺旋线排列。
聚合物B的熔体可采用挤塑机,或者通过输送装置,如熔体泵或计量螺杆之类加入。
在上述进料段4中,除了热塑性聚合物B的熔体之外,还可向挤塑机中引入成分C和/或成分D或者成分C和/或成分D总加入量的一部分。这些成分可以熔体或液体的形式存在,在这种情况下,一般由同样也用于加入聚合物B的熔体的计量装置计量加入,或者,若该成分是液体,则采用液体泵。在成分C和/或D是固体的情况下,其计量加入通常按照如同成分A的情况中所述的方式来实现。
成分C及D可与B分开或一起加入到挤塑机中去,加料方式可按下列的组合之一:B+C+D、B/C+D、B+C/D、B+D/C及B/C/D(其中“/”表示与之分开地、每个通过一个单独的孔来加入,“+”表示通过共同的孔一起加入)。
成分C和/或D或者成分C和/或成分D总加入量的一部分,以来熔融或不完全熔融形式,还可通过正位移计量元件加入到挤塑机的段4或前面所说的段1和2中。此种计量元件,例如是挤塑机,尤其是包括彼此具有反向旋转的互啮螺杆的双螺杆挤塑机。
使用熔体泵、挤塑机(即辅助挤塑机)或计量泵作为成分C和/或D的计量加入装置是优选的。
在其中加入热塑性聚合物B的熔体以及,若需要的话还有成分C和/或D的进料段4的区域中,螺杆例如可以采取能够使弹性体成分A与热塑性熔体B,以及若需要有的成分C和/或D的混合物仅在很小程度上受到均化作用的输送螺杆形式。有关计量段所做的说明适用于该输送螺杆的设计。
在优选的实施方案中,除了位于(最后)挤压段与(第1)塑炼段5(见下文)之间的段4之外,挤塑机在其另一点还设有向其中类似地加入热塑性聚合物B熔体的段4’、4”之类的段。具体而言,这些附加的进料段4’、4”等,位于进料段4之后到挤塑机末端之前的下游。
通过多个进料段,即4、4’、4”等加入B的熔体,在要求特殊产物配方的情况下尤其有利。在优选的实施方案中,在下游,即在塑炼与脱挥发分段之间、在2个脱挥发分段之间、在最后的脱挥发分段与出料区之间或在出料区内,设有附加的热塑性聚合物B的熔体的进料段4’、4”等。上述诸实施方案中后2种是优选的。
若B熔体是通过多个进料段,即4、4’、4”等加入挤塑机的,B的总加入量沿着不同的段4、4’、4”等的分配可在宽范围内变化。在2个进料段,即4与4’的情况下,重量比[加入段4的B熔体/加入段4’的B熔体]可在9.5∶0.5~0.5∶9.5,优选在9∶1~1∶9,尤其优选在8.5∶1.5~1.5∶8.5的范围。本方法的产品性质在一定程度上受B的总加入量沿着各段4、4’、4”等分配的影响。
在热塑性熔体B以及若还需要有的成分C和/或D的进料段之后设有塑炼段5,它配有混合和/或捏合元件。
这些混合和/或捏合元件使共混聚合物发生均化,同时伴随脱水的弹性体成分A’以及若还需要有的成分C和/或D的熔融。
合适的混合及捏合元件是本领域技术人员所熟悉的,例如:
-具有沿输送方向的小螺距的螺杆元件;
-具有或窄或宽、输送或非输送的捏合圆盘的捏合块;
-具有反输送方向螺距的螺杆元件;
-机筒圆盘、偏心圆盘以及包括这些圆盘的块;
-带齿的混合元件;或者
-熔体混合元件,
或者以上诸元件的组合。还可以使用,作为阻滞元件的例子给出的螺杆元件,因为每个阻滞元件一般也具有混合作用。优选使用作为塑炼的混合及捏合元件不同组合的捏合块。设有挡板也是有利的。所有上述元件可以按对应于挤塑机机筒直径的标准式样使用,或者以直径缩小的特殊式样使用。
而且,所有上述元件还可以按另一种方式加以改进,以获得例如温和的挤塑机物料加工条件,或更为彻底的混合。输送螺纹和/或捏合块可具有孔和/或直径缩小的啮合元件。
塑炼段中螺杆元件的类型、数目及尺寸的选择依赖于聚合物混合物的成分,尤其是粘度及软化温度,以及各成分的可混溶性。
例如倘若共混物的均化及熔融在第1塑炼段进行得不完全,在所述的塑炼段之后挤塑机可包括1个或多个附加塑炼段5’。有关第1塑炼段所做的说明,相应地也适用于附加的1个或多个附加塑炼段。
可以将成分C和/或成分D或者成分C和/或D总加入量的一部分加入到诸塑炼段中至少1段中去,这些成分可通过不同的孔彼此分别加入,或者经由共同的孔一起加入。
在优选的实施方案中,热塑性聚合物B的熔体以及若还需要有的成分C和/或D可从塑炼段的开始的一点加入到挤塑机中。在该实施方案中,热塑性聚合物B的熔体的进料段因此也就与塑炼段5的开始点相重合。
在另一个具体的实施方案中,热塑性聚合物B的熔体以及若还需要有的成分C和/或D,从塑炼段的1个或多个点加入到挤塑机中。因此在该实施方案中进料段4也与塑炼段5相重合。
在另一个具体的挤塑机实施方案中,在向其中加入热塑性聚合物熔体的进料段4之前,也就是在位于最后挤压段的后面设有1个或多个附加塑炼段。在该塑炼段5”中,基本脱去水的弹性体成分A’,如橡胶粉,首先单独进行均化及塑炼。在该实施方案中,热塑性聚合物B的熔体以及若还需要有的成分C和/或D也相应地被引入到弹性体成分A’的粘稠熔体中。在这种情况下,位于熔体B及C和/或D的混合(段4)的下游的塑炼段5就仅仅起到均化已经处于塑性状态的诸成分混合物的作用。
所述用于将熔体B及非必须有的成分C和/或D加入到
-塑炼段以前的输送段、
-塑炼段开始的一点、
-塑炼段中1个或多个点、
-2个塑炼段之间的输送段的种种变换方案的选择取决于待混合的成分A、B、C及D的比例以及物理和化学性质。仅作为例子可举出:弹性体成分A’及热塑性聚合物B以及(若计量加入到挤塑机这部分的话)成分C和/或D的熔体粘度,诸成分的软化温度、其热承受能力或在高温下分解的倾向,诸成分就可混溶性或可湿性而言的相容性,包含弹性体成分A’及热塑性聚合物B以及,若还需要有的成分C及D的共混聚合物的残留水含量,以及在粒状成分的情况下,其粒度及粒度分布。
最后塑炼段的后面是1个或多个脱挥发分段6和/或6’,每段配有1个或多个脱挥发分孔。在脱挥发分段中,挤压段中的机械作用未能除掉的剩余残留水被部分或全部除去。由于聚合物熔体的温度一般都高于100℃,水一般以蒸汽形式完全逸出。蒸发水所需要的能量通常已经引入塑炼段了。然而,还可以按常规的方式借助加热挤塑机机筒来提供这部分能量。
脱挥发分孔优选设在挤塑机顶部。然而,其他的布置也是可能的,可参见有关热塑性聚合物B熔体的进料口位置的说明,该部分的内容也同样适用于脱挥发分孔。脱挥发分孔的侧向排列(一侧或两侧)也同样是优选的,尤其优选脱挥发分孔的所有表面区域均朝下的侧向排列,这样已经排出去的聚合物成分及冷凝蒸汽不会倒流回挤塑机中。只要挤塑机物料性质允许,脱挥发分孔还可以位于挤塑机的下面。这种脱挥发分孔优选配有连接件。
脱挥发分孔可在大气压、减压或超大气压之下运行,且所有的脱挥发分孔可具有相同的压力或不同的压力。在减压的情况下,绝对压力通常在100~500mbar;在超大气压下脱挥发分的情况下,绝对压力一般设定在最高20bar。然而,优选脱挥发分段在大气压条件下运行。
脱挥发分段的数目及脱挥发分孔的数目、排列及尺寸取决于进入脱挥发分段的聚合物含水量及最终产品的要求含水量。在优选的实施方案中,使用具有2个脱挥发分段的挤塑机。
脱挥发分段的脱挥发分孔可配有防止被输送物料经这些孔排出挤塑机的装置,如封料螺杆。然而,优选不用此类装置。
经过在挤压段3及3’中除去弹性体成分A中含有的一部分残留水之后,挤塑前弹性体成分A中包含的残留水的约10~80,优选20~75wt%要在全部脱挥发分段6和6’中一起被排出。
在脱挥发分段的区域内,挤塑机螺杆一般为常规输送螺杆形式,如对计量段所述者。然而,在脱挥发分孔之间区域的螺杆中结合进捏合或混合元件是有用的,可以补充蒸发水的过程中所消耗掉的能量。
在优选的实施方案中,挤塑机在其最后的脱挥发分段与出料区8之间具有一个附加的段7,在此段中由至少1个计量装置将成分C和/或D(或成分C和/或D总加入量的一部分)加入到挤塑机中,既可以一起也可以分别加入。附加段7因此就位于紧靠出料区8的前面。
该附加的段7配有混合和/或捏合元件,如对塑炼段所举的例子中描述的那样。这些元件能使共混聚合物均化。用于加入C和/或D所需的计量装置在上面也已经说明了。
具有非输送(作用)捏合圆盘的捏合块和/或具有输送螺距的捏合块、具有不同螺顶宽度的捏合块、带齿的混合元件及熔体混合元件,均优选用作混合和/或捏合元件,而具有1个或2个螺杆的挤塑机(即辅助挤塑机)和/或泵,尤其是熔体泵,则优选作为计量装置使用。
在优选的实施方案中,要引入到挤塑机中去的全部数量的成分C和/或D经由1个或多个如下的段加入到挤塑机中:脱挥发分段6、附加段7及计量段2。
成分C和/或D可经由至少1个进料口一起加入,或者经由多个进料口分别加入。
挤塑机的最后一段是出料区8。它由输送螺杆以及(一端)闭合的机筒部分组成,其末端为一规定的出料口。优选将该出料区加热。
优选使用的出料口是机头,它由例如口模板或口模带组成,其中口模可具有圆形(带孔的口模板或带)、缝形或其他的形状。在带孔的口模板情况下,作为挤出物排出的产品经过例如在水中冷却,然后按通常的方式造粒。特别是在使用缝口模头的情况下,可能造出立方体的粒子。
在具体的实施方案中,替代上述带孔口模板或带,使用由挤出物引出装置、水浴及造粒机组成的另外的有用组合,采用一种特殊机头,再配合随后的水下造粒。这里,聚合物熔体通过优选带有沿圆周排列的许多圆孔的口模板,由旋转刀片在水下切粒并在水下冷却,聚合物固化为大致圆形、珠状的颗粒。但是,关于孔的排列,沿着圆圈排列之外的排列和圆孔之外的孔形也都是经常采用的。
在另一种实施方案中,采用一种热表面切粒的方法来代替通过口模带出料,在水浴中冷却,然后造粒的做法;从机头挤出的聚合物熔体不用液体冷却,而是从机头出来以后,在空气中稍作冷却,然后趁仍然处于热的状态粉化(造粒)。然后将所获得的粒子再进行冷却,或者必要的话,在进一步的加工中冷却。再有,还可以采取以热状态加工或直接挤出片材、薄膜、管材及型材的做法。
在另一种实施方案中,采用水下的挤出物造粒,其中熔体作为挤出物从口模板挤出,并立即用水蒸汽润湿并随后经由倾斜平面引入到水浴中,冷却后造粒。
在又一实施方案中,出料区8配有用于过滤挤塑机排出熔体的装置,所述装置位于沿输送方向看的机头之前。此种熔体连续过滤装置是本领域技术人员所已知的,且有商品供应。如果需要,可在出料区与熔体过滤之间设置输送元件,如熔体泵或螺杆输送机,以便在熔体中产生起通过过滤单元所需的压力。
如上所述,将来自过滤装置的熔体造粒并用另外的方法进一步加工。
排出聚合物的含水量(挤出物含湿量),以该聚合物为基准,通常为0.05~1.5wt%。从出料口排出的聚合物熔体温度一般在180~350℃,具体依所使用的聚合物种类而定。将该温度保持在足够低的水平以便使聚合物受到的热应力尽量低,而又不影响对所要求产品的满意制备是有利的。
众所周知,挤塑机的各个区可单独进行加热或冷却,以便沿螺杆轴线建立起最佳温度分布。而且,正如本领域技术人员所熟知的,挤塑机的各个段通常可具有不同的长度。为了获得特定的产品性质,冷却挤塑机的特定部分或控制其温度以使之不同于挤塑机的其余部分的温度是特别有用的。
具体情况下应选择的各段温度及长度随各个成分的化学及物理性质及其比例而有所不同,所述性质已在上面做了举例说明。
对螺杆速度也是一样,它可以在宽范围内调整。仅作为例子,譬如挤塑机螺杆速度可介于50~1200rpm之间。速度范围优选在100~700rpm。这样来设计并操作挤塑机是有利的:在螺杆速度为50~1200rpm的条件下,在挤压段区域内建立起15~450s-1的平均剪切速率。对于100~700rpm这一优选的螺杆转速,建立起35~260s-1的剪切速率是有利的。然而,根据所用成分的种类、用量及性质的需要,在这一范围以外的平均剪切速率下操作也可能是有利的。
挤塑机螺杆可以是任何有商业供货的螺杆,例如外径在10~1000mm的螺杆。合适的螺杆直径取决于诸如计量加入到挤塑机中去的各成分的种类和数量。螺杆的外径可以沿挤塑机保持不变或在特定范围内变化。
根据诸成分的种类和数量,在挤塑机中可使用具有较小螺槽深度的螺杆或具有较大螺槽深度的螺杆(即深螺槽螺杆)。优选使用螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.2~1.8,更优选1.4~1.6,尤其优选1.45~1.58的螺杆。譬如,一种适用于本发明方法的市售挤塑机的实例具有1.55的螺槽深度比,即大螺槽深度的螺杆。
在另一实施方案中,使用中等螺槽深度的螺杆,具体地说,螺槽深度比在1.4~1.48的螺杆。这一挤塑机实施例也有商品供应,并有利于某些成分及某些成分用量。螺槽深度比大于2的螺杆也是合适的。
螺杆的螺纹头数n可有所变化,具体地说,n可为1、2或3。双螺线螺杆是优选使用的。然而,头数为其他数目的螺杆或某些段具有不同头数的螺杆也都可以使用。
尤其可使用那些螺槽深度比沿着螺杆变化的挤塑机螺杆,其中头数与螺槽深度比之间存在一定的关系(多段螺杆)。优选使用,随着头数由3头变为2头,螺槽深度比由低变到高的螺杆。
任何具有弹性体性质且可加入到挤塑机中的聚合物均可作为弹性体成分A。也可使用不同弹性体成分A的混合物。
具体而言,可使用粒状橡胶作为成分A,这在文章开头时已提到。尤其优选那些接枝上了外壳的橡胶,其中该外壳包含其他的,一般为非弹性体的聚合物。在本发明的优选实施方案中,以部分脱水物料形式被加入到挤塑机中去的接枝型橡胶包含最高50,尤其优选25~40wt%的残留水。
本发明的一种实施方案是这样一种方法,其中所使用的弹性体成分A是具有2段或多段结构的接枝橡胶,其中弹性体的基底段或接枝段由下列单体中的1种或多种经聚合获得,这些单体是:丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯、苯乙烯、烷基苯乙烯、丙烯酸或甲基丙烯酸的C1~C10烷基酯,以及少量其他单体,其中包括交联单体;而橡胶中的硬接枝段则由苯乙烯、烷基苯乙烯、丙烯腈及甲基丙烯酸甲酯中的1种或多种单体经聚合获得。
优选以下列成分为基础的聚合物的接枝粒子A,这些成分是:丁二烯/苯乙烯/丙烯腈、丙烯酸正丁酯/苯乙烯/丙烯腈、丁二烯/丙烯酸正丁酯/苯乙烯/丙烯腈、丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯/苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯、丁二烯/苯乙烯/丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯,以及丁二烯/丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯/丙烯腈。带有最高10wt%官能团的极性单体或交联单体可作为聚合单元存在于核心或外壳中。
在该实施方案中,使用苯乙烯/丙烯腈(SAN)共聚物、α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或上述聚合物的混合物作为热塑性聚合物B。
SAN聚合物、α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或上述聚合物的混合物是优选的。
还可使用聚碳酸酯;聚对苯二甲酸亚烷基酯,如聚对苯二甲酸丁二酯及聚对苯二甲酸乙二酯;聚甲醛;聚甲基丙烯酸甲酯;聚苯硫醚;聚砜;聚醚砜;及聚酰胺;以及上述热塑性塑料的混合物作为成分B。诸如热塑性聚氨酯(TPU)之类的热塑性弹性体也可以作为聚合物B来使用。
作为成分B,还可使用以下列成分为基础的共聚物:苯乙烯/马来酐、苯乙烯/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/马来酐/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯/马来酐、甲基丙烯酸甲酯/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/酰亚胺化甲基丙烯酸甲酯、酰亚胺化PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或上述聚合物的混合物。
在所有上面列举的热塑性聚合物B中,部分或全部的苯乙烯可替换为α-甲基苯乙烯或核上烷基化的苯乙烯,或者丙烯腈。
上面最后提到的聚合物B中,以α-甲基苯乙烯/丙烯腈、苯乙烯/马来酐、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯以及包含酰亚胺化马来酐的共聚物为基础者是优选的。
弹性体成分A的已知例子是诸如丁二烯之类的共轭二烯聚合物,其带有以乙烯基芳族化合物如SAN共聚物为基础的接枝外壳。以诸如丙烯酸正丁酯或丙烯酸乙基己基酯之类的丙烯酸C1~C10烷基酯的交联聚合物为基础的接枝橡胶也是已知的,其上接枝了以乙烯基芳族化合物如SAN共聚物为基础的聚合物。主要包含共轭二烯与丙烯酸C1~C10烷基酯的共聚物,如丁二烯/丙烯酸正丁酯共聚物,及含SAN共聚物、聚苯乙烯或PMMA的外层接枝段的接枝橡胶也是经常使用的。
采用一般方法,尤其是乳液或悬浮聚合来制备此类接枝橡胶是已知的。
以SAN-接枝的聚丁二烯为基础的接枝橡胶可见诸于,例如DT2427960及EP~A258741;以SAN-接枝的聚丙烯酸正丁酯为基础的接枝橡胶可见诸于德国申请DAS1,260,135及德国公开申请DOS3,149,358。有关SAN-接枝的聚(丁二烯/丙烯酸正丁酯)混合橡胶的更详细描述公开在EP-A62901中。
在上面最后一段提到的接枝橡胶的情况下,例如使用苯乙烯与丙烯腈的共聚物作为热塑性聚合物B。它们是已知的,并且其中某些还有商品供应,通常其粘数VN(按照DIN53726,在25℃,以在二甲基甲酰胺中浓度为0.5wt%的溶液测定)在40~160ml/g的范围,对应的平均分子量MW为约40000~2000000。
热塑性聚合物B优选通过连续的本体或溶液聚合方法制备,得到的熔体由例如熔体泵连续或直接加入到挤塑机中,必要的话在加入前除去溶剂。然而,也可以采用乳液、悬浮或沉淀聚合,然后在另外的操作中将聚合物从液相中分离出来。
制备方法的细节,例如可见诸于《塑料手册》,R.Vieweg及G.Daumiller主编,卷V“聚苯乙烯”,Carl-Hanser-Verlag出版社,慕尼黑,1969,自118页起。
若弹性体成分A是SAN-接枝的聚丁二烯,则通过结合进SAN可制成一种叫做ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)的已知模塑材料。若以SAN-接枝的丙烯酸烷基酯作为成分A,则制成ASA模塑材料(丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯)。
在另一种实施方案中,使用残留水含量最高为60wt%、以聚二烯和/或聚丙烯酸烷基酯以及SAN和/或PMMA为基础的接枝橡胶,所述橡胶由2种以上的接枝段组成。
此类多段接枝颗粒的例子有这样一些粒子:它包含聚二烯和/或聚丙烯酸烷基酯作为核心,聚苯乙烯或SAN聚合物作为第1层壳,以及另外的苯乙烯与丙烯腈重量比不同的SAN聚合物作为第2层壳;或者该粒子包含聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或SAN聚合物的核心,由聚二烯和/或聚丙烯酸烷基酯构成的第1层壳,以及聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或SAN聚合物组成的第2层壳。进一步的例子是这样的接枝橡胶,它包含聚二烯核心,1或多层聚丙烯酸烷基酯壳以及1或多层由聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或SAN聚合物构成的聚合物壳,或者类似地,以丙烯酸酯为核心,聚二烯作外壳组成的接枝橡胶。
由交联的丙烯酸烷基酯、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯(为核心),与PMMA外壳组成的多段核-壳结构的共聚物也是经常使用的。此类多段接枝橡胶可见诸于,例如德国公开申请DOS 3,149,046。以丙烯酸正丁酯/苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯为基底并具有PMMA外壳的接枝橡胶,例如可见诸于EP-A 512,333,而这类接枝橡胶的任何其他先有技术组合物则也是可能的。此类橡胶可用作聚氯乙烯且优选作耐冲击PMMA的抗冲击改性剂。所述SAN共聚物和/或PMMA同样也可被用作热塑性聚合物B。若弹性体成分A是以丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸甲酯为基础的多层壳的核/壳聚合物且聚合物B是PMMA,则相应地获得耐冲击PMMA。在此实施方案中,优选的成分B仍为所述的SAN共聚物、聚苯乙烯和/或PMMA。
粒状接枝橡胶A的直径一般在0.05~20μm。如果它们是通常已知的小直径接枝橡胶,则该直径优选在0.08~1.5μm,尤其优选在0.1~0.8μm。
在例如采用悬浮聚合制备的大颗粒接枝橡胶中,该直径优选在1.8~18μm,尤其在2~15μm。此种大直径接枝橡胶,可见例如德国公开申请DOS 4,443,886。
接枝橡胶粒子的粒度分布可窄可宽且可具有1个最大值(单峰)或2个最大值(双峰)。具有2个以上最大值的粒度分布也是可能的。
成分C是另外的聚合物,具体地说是热塑性聚合物。合适的成分C是涉及到热塑性聚合物B时所提到的所有聚合物。若成分B与C相同,则成分C应经由不同于成分B的另一点加入到挤塑机中。
若组成聚合物B和C的单体属同一种,则成分B与C可在单体含量上有差异--例如聚合物B与C可以是在苯乙烯∶丙烯腈的比例上不同的苯乙烯/丙烯腈共聚物。若单体含量也一样,则聚合物B与C可以具有不同的平均分子量,MW(B)及MW(C),例如可由具有不同的粘数,VN(B)及VN(C)测定出来。
除了特别提到用作成分B的单体,即苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯及氯乙烯之外,下列的其他化合物也可用作制备C的主要单体:
-α-甲基苯乙烯及各自在核上被C1~C8烷基取代的苯乙烯或α-甲基苯乙烯
-甲基丙烯腈
-丙烯酸及甲基丙烯酸酯的C1~C20烷基酯
-马来酸、马来酐及马来酰亚胺
-乙烯基醚及乙烯基甲酰胺。
成分C的例子是:以α-甲基苯乙烯/丙烯腈及甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸烷基酯为基础的聚合物,以及丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯与苯乙烯或丙烯腈或者与苯乙烯及丙烯腈的共聚物。
另一些优选的聚合物C是:
-单体含量或平均分子量MW不同于成分B的苯乙烯/丙烯腈共聚物,
-α-甲基苯乙烯与丙烯腈的共聚物,
-聚甲基丙烯酸甲酯,
-聚碳酸酯,
-聚对苯二甲酸丁二酯及聚对苯二甲酸乙二酯,
-聚酰胺,
-苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、马来酐、丙烯腈及马来酰亚胺的至少2种的共聚物,例如苯乙烯、马来酐及苯基马来酰亚胺的共聚物,
-冲击性改善的聚苯乙烯(HIPS)、所用HIPS中的橡胶成分特别是聚丁二烯,
-用本体聚合或溶液聚合制备的ABS,
-热塑性聚氨酯(TPU)。
这些聚合物的制备对于本领域技术人员来说是已知的,因此,下面仅简要地加以讨论。
聚甲基丙烯酸甲酯应理解为特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及以甲基丙烯酸甲酯与最多40wt%其他单体为基础的共聚物,例如可按商品名Lucryl由巴斯夫股份公司或按Plexiglas由Rhm公司获得。仅作为例子可举出由98wt%甲基丙烯酸甲酯与2wt%丙烯酸甲酯作为共聚单体构成的共聚物(Plexiglas8N,Rhm生产)。甲基丙烯酸甲酯与作为共聚单体的苯乙烯及马来酐的共聚物也是合适的(PlexiglasHW55,Rhm生产)。
合适的聚碳酸酯本身是已知的。它们可通过界面缩聚获得,例如采用DE-B-1300266的方法,或者通过碳酸二苯酯与双酚类按照DE-A-1495730的方法反应制备。优选的双酚是2,2-二(4-羟苯基)丙烷,通常被称之为双酚A。
替代双酚A,还可以使用其他芳族二羟基化合物,特别是2,2-二(4-羟苯基)-戊烷、2,6-二羟基萘、4,4’-二羟基二苯基砜、4,4’-二羟基二苯基醚、4,4’-二羟基二苯硫、4,4’-二羟基二苯基甲烷、1,1-二(4-羟苯基)乙烷或4,4’-二羟基联苯,或者上述二羟基化合物的混合物。
特别优选的聚碳酸酯是以双酚A为基础的那些,或以双酚A与最多30mol%上述芳族二羟基化合物为基础的那些。
聚碳酸酯例如可按商品名Makrolon(由拜耳公司)、Lexan(由通用电气公司)、Panlite(由Tejin)或Calibre(由陶氏化学公司)获得。这些聚碳酸酯的相对粘度一般在1.1~1.5,尤其是1.28~1.4(于25℃,在二氯甲烷中浓度为0.5wt%的溶液中测定)。
聚对苯二甲酸丁二酯及聚对苯二甲酸乙二酯通常可按本身已知的方法,通过对苯二甲酸或其酯与丁二醇或乙二醇在催化作用下进行缩合制备。缩合反应以分2个阶段(预缩及缩聚)实施为有利。细节例如可见诸于《Ullmann技术化学大全》,第4版,第19卷,61~88页。聚对苯二甲酸丁二酯的市售品例如是Ultradur(巴斯夫出品)。
优选的聚酰胺一般是具有任何类型的脂族半结晶或部分芳族并为无定形结构的那些,以及它们的共混物。合适的产品例如可按商品名Ultramid(巴斯夫出品BASF)获得。
橡胶改性、冲击性改善的聚苯乙烯(HIPS)的制备对于本领域技术人员来说是已知的。一般将聚丁二烯橡胶溶解在单体苯乙烯中,然后将形成的聚丁二烯在苯乙烯中的溶液进行聚合。该聚合反应例如可分2步进行,通常被称之为预聚的步骤在第1反应器中进行,随后将的主要聚合在随后的一个反应器中进行。所用的聚合引发剂是一般的自由基生成剂,然而氧化还原体系也可以使用。另外,例如分子量调节剂可在诸成分中。该制备一般按连续溶液法(2个步骤均在溶液中),或者间歇地,按一般被称之为本体/悬浮法(第1步在本体中,第2步在悬浮体中)实施。细节可见诸于例如US-A4,362,850以及《Ullmann技术化学大全》,第A21卷,644~647页。ABS的连续溶液聚合法还公开在EP-A477764中。
由溶液聚合制备的聚合物本身是已知的。由溶液ABS组成的接枝聚合物一般的平均粒子直径d50在700~20,000nm,优选在1000~15,000nm,因此显著大于由另外常用的乳液聚合法或由其他聚合方法制备的ABS接枝粒子。
在溶液聚合方法中,与悬浮或乳液聚合不同,单体以及由单体生成的聚合物均溶解在选择的溶剂中。溶液ABS一般按类似于橡胶改性、冲击性改善的聚苯乙烯的制备方式来制备。一般将聚丁二烯橡胶溶解在单体苯乙烯及单体丙烯腈的混合物中,形成的聚丁二烯在苯乙烯/丙烯腈中的溶液随后进行聚合。该聚合反应,例如可分2步进行,通常被称之为预聚的步骤在第1反应器中进行,随后的主要聚合在随后的一个反应器中进行。采用的聚合引发剂是一般的自由基生成剂,然而氧化还原体系也可以使用。另外,例如分子量调节剂可在诸成分中。制备通常按连续溶液法(2个步骤均在溶液中),或者间歇地,按一般被称之为本体/悬浮法(第1步在本体中,第2步在悬浮体中)实施。细节可见诸于例如US-A 4,362,850以及《Ullmann技术化学大全》,第A21卷,644~647页。ABS的连续溶液聚合还公开在EP-A 477764中。
热塑性聚氨酯的一般制备方法是,让有机,优选芳族的二异氰酸酯,如二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯,与优选基本为线型的多羟基化合物,例如聚醚醇或聚酯醇如聚己二酸聚亚烷基二醇酯,以及作为增链剂的二醇如1,4-丁二醇,在诸如叔胺(如三乙胺)或有机金属化合物之类催化剂的存在下进行反应。
二异氰酸酯的NCO基团对OH基团总和(来自多羟基化合物加上增链二醇)的比例优选为约1∶1。
TPU的制备优选采用输送带法,其中所述成分及催化剂借助混合头连续地进行混合,然后反应混合物被加到输送带上。输送带穿过被加热到60~200℃的区,混合物发生反应并固化。
TPU的细节例如可见诸于EP-A443432。TPU例如可按商品名Elastollan(来自Elastogran公司)获得。
成分C也可主要包含C2~C8链烯,如乙烯、丙烯及丁烯与下列成分的共聚物:
-乙烯基芳烃,
-极性共聚单体,如丙烯酸及甲基丙烯酸、丙烯酸及甲基丙烯酸的C1~C10烷基酯,
-其他单或多官能烯键不饱和酸,如马来酸、马来酐、富马酸、衣康酸及其酯,特别是缩水甘油基的酯、与C1~C8链烷醇的酯以及与 芳基取代的C1~C8链烷醇的酯,
-一氧化碳,
-非芳族乙烯基化合物,如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯及乙烯基烷基醚,
-碱性单体,如丙烯酸羟乙酯、丙烯酸二甲氨基乙基酯、乙烯基咔唑、乙烯基苯胺、乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咪唑及乙烯基甲酰胺,
-丙烯腈、甲基丙烯腈,以上成分均按普遍已知的方法制备。
在优选的实施方案中,所采用的聚合物C可由40~75wt%乙烯、5~20wt%一氧化碳及20~40wt%丙烯酸正丁酯来制备(以ElvaloyHP-4051有售(杜邦公司出品)),或者所采用的聚合物C可由50~98.9wt%乙烯、1~45wt%丙烯酸正丁酯及0.1~20wt%选自丙烯酸、甲基丙烯酸及马来酐的1种或多种化合物来制备。最后提到的实施例的制备通常按自由基聚合实施,并可见US 2897183及US 5057593。
丁二烯(或取代的丁二烯)与共聚单体,优选如苯乙烯、甲基丙烯酸酯甲酯或丙烯腈的共聚物则也是合适的,例如丁腈橡胶(NBR)或苯乙烯/丁二烯橡胶(SBR)。这些共聚物中的部分或全部烯烃双键可以是已被氢化了的。
其他合适的成分C是具有嵌段结构且未氢化的、氢化的或部分氢化的丁二烯/苯乙烯共聚物。它们优选采用有机金属化合物,如仲丁基锂由溶液中的阴离子聚合方法制备,结果生成的线型嵌段橡胶是具有,例如苯乙烯/丁二烯(二嵌段)或苯乙烯/丁二烯/苯乙烯(三嵌段)结构的那些。这些嵌段可被无规分布的聚合物相互分开,而且这些嵌段还可包含少量各自的其他(次要)单体单元。
除引发剂之外,少量醚,尤其是四氢呋喃(THF)的存在能导致所生成的聚合物链,从富含丁二烯的引发链段开始,沿分子链包含越来越多的苯乙烯,最后以均聚聚苯乙烯终止链段结束。制备方法细节见DE-A 3106959。具有如此组成的聚合物C,可以是氢化的或部分氢化的,也是合适的。
其他合适的成分C是具有星形结构的聚合物,可利用多官能分子将多个聚合物链,主要是苯乙烯/丁二烯/苯乙烯3-嵌段聚合物,连接起来得到。合适的连接剂例如是多环氧化合物,如环氧化的亚麻子油;多异氰酸酯,如1,2,4-三异氰酸根合苯;多酮,如1,3,6-己三酮;和多酐;以及二羧酸酯,如己二酸二乙基酯;以及卤化硅,如SiCl4;金属卤化物,如TiCl4;以及多乙烯基芳烃,如二乙烯基苯。此类聚合物制备的进一步细节可见诸于例如DE-A 2610068。
还可以使用前面提到可作为成分C的各种聚合物中的至少2种的混合物。
除了弹性体成分A及聚合物B和C之外,按新方法制备的模塑材料还可包含作为其他成分D的添加剂,如蜡、增塑剂、润滑剂及脱模剂,颜料、染料、消光剂、防火剂、抗氧剂、光稳定剂及热稳定剂,纤维状或粉碎填料,以及增强剂及抗静电剂,各自的用量按照这类添加剂的通常用量。
添加剂D可以纯净形式存在并呈固、液或气状态,或者以其纯净物质彼此间的混合物形式使用。它们还可用于便于计量的制剂中,如配成溶液或分散体(乳液或悬浮体)。母料形式的制剂,即与和挤塑机物料相容的热塑性聚合物形成的浓缩混合物,也是合适的且在许多情况下还是优选的。
聚合物C及添加剂D可经由所述挤塑机段中的1段或多段加入到挤塑机中。在优选的实施方案中,可将成分C和D与弹性体成分A及热塑性聚合物B分别地从排气段1、计量段2和/或将聚合物加入挤塑机中的段4加入到挤塑机中。在另一优选的实施方案中,成分C和/或D经由附加的段7加入到挤塑机中。
成分C和D可一起计量加入到相同的1段或多段中,或者分别加入到不同的挤塑机段中,而且可将100%的C及100%的D经由1段加入到挤塑机中,或者沿着多个段分配加入。
C和D的具体加入方案取决于成分A至D的所述物理和化学性质及各自的比例。例如,耐热性差的添加剂D可直至出料区再加入,这样做的结果,物料D的热降解可基本得到防止。
用本发明方法制备的热塑性模塑材料可采用一般常规方法加工制成模塑制品。其例子是挤塑(如管材、型材、纤维、薄膜和片材)、注塑(如各种成形制品)以及压延及轧光(片材及薄膜)。
该新方法的重要优点是,存在于部分脱水的弹性体成分A中的残留水的相当一部分早在挤压区就通过机械方法除掉了,因此在下游挤塑机各段中为蒸发其余的水所需热能就减少了。显著地节省了能量。
该新方法的另一优点在于挤塑机可在例如比EP-A 534235所述的方法更低的[sic]温度下运行,因此可以更温和的方式加工弹性体成分A及由成分A、B、C及D组成的聚合物。而且,一般地还可以在脱挥发分部分不采用造成压力的螺杆元件,而采用此种元件会使聚合物受到相当大的热和机械应力。
通过将部分脱水弹性体成分A结合到热塑性聚合物B的熔体中,再混入另一聚合物C及添加剂D,可在单一的加工步骤中高产量地制备出种类极为不同且包含极为不同添加剂的橡胶改性热塑性模塑材料,(假定)条件是弹性体成分与其他成分之间相容或至少部分相容并具有足够的热稳定性。特别是通过混入另一聚合物C可制备出范围非常宽广的共混聚合物。由于该方法允许经由1个或多个点将聚合物B加入到挤塑机中,因此有利于对产品性能的改变。
与现有技术相比,新方法的另一个优点是不使用容易堵塞的Seiher罩。这样,生产便可长时间运转而不会出现由于脱水区堵塞而不得不关掉挤塑机,清理并重新开车的麻烦。
挤塑机的这种新颖配置允许利用符合模块原则的市售挤塑机零部件按经济的方式组装而成。这类零部件可根据不同式样的螺杆段及与之配合的机筒段的形式从市场购得,并使得挤塑机恰好适合具体混炼问题的需要。
实例
每种情况中所使用的螺杆应理解为同向旋转的双螺杆。说明书中所使用的挤塑机各段的代号写在括号中。
a)挤塑机构造I
采用ZSK 40型双螺杆挤塑机,Werner and Pfleiderer公司制造,斯图加特,所述挤塑机由12段组成。从上游到下游其排列情况如下:
段1:长度4D,不加热,顶部设有计量加入口,该计量加入口配有Werner and Pfleiderer公司制造的计量装置ESB 45,及中心输送螺杆
(加入弹性体成分A的计量段2)。
段2:长度4D,不加热,顶部设脱水孔(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的8字形,其长轴沿着输送方向),该脱水孔配有封料螺杆,及输送螺杆
(挤压段3的前部)。
段3:长度4D,不加热,不设孔,包括捏合块及反输送方向螺纹作为阻滞元件;其第1阻滞元件同与之连通的段2内的脱水孔之间距离为3D
(挤压段3的尾部)。
段4:长度4D,不加热,不设孔,并带有输送螺杆。
段5:长度4D,加热,带侧孔,聚合物B的熔体通过该孔由ZSK53辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造)引入;主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(段4,热塑性聚合物B的熔体经由该段加入)。
段6:长度4D,加热,不设孔,带有包括捏合块的螺杆段
(塑炼段5)。
段7:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)及输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第1脱挥发分段6)。
段8:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6’)。
段9~12:长度各为4D,加热,不设孔,带有输送螺杆(出料区8的前部)
末端:口模带,带有圆柱形孔
(出料区8的尾部)。
螺杆直径为D=40mm。螺杆为深螺槽式(大螺槽深度),螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.55。螺杆为双螺线式样的。
b)挤塑机构造II
采用ZSK 40型双螺杆挤塑机,Werner and Pfleiderer公司制造,斯图加特,所述挤塑机由12段组成。从上游到下游其排列情况如下:
段1:长度4D,不加热,顶部设有计量加入口,该计量加入口配有Werner and Pfleiderer公司制造的计量装置ESB 45及中心输送螺杆。
(加入弹性体成分A的计量段2)。
段2:长度4D,不加热,顶部设脱水孔(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),该脱水孔配有封料螺杆,及输送螺杆
(挤压段3的前部)。
段3:长度4D,不加热,不设孔,包括捏合块及反输送方向的螺纹作为阻滞元件;其第1阻滞元件同与之连通的段2内的脱水孔之间距离为3D
(挤压段3的尾部)。
段4:长度4D,不加热,不设孔,并配有输送螺杆。
段5:长度4D,加热,带侧孔,聚合物B的熔体通过该孔由ZSK53辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造)引入;主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(段4,热塑性聚合物B的熔体经由该段加入)。
段6:长度4D,加热,不设孔,设有包括捏合块的螺杆段
(塑炼段5)。
段7:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第1脱挥发分段6)。
段8:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6’)。
段9:长度4D,加热,带有侧面计量加入口,该计量加入口配有ZSK 25或ZSK 53辅助挤塑机(规格依产量而定,Werner and Pfleiderer制造);主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(附加段7的前部,成分C和/或D经由该段加入)
段10:长度4D,加热,顶部设孔,该孔与进口连接;
螺杆带有捏合块
(附加段7的尾部,成分C和/或D经由该段加入)
段11~12:长度各为4D,加热,不设孔,没有输送螺杆
(出料区8的前部)。
末端:口模带,带有圆柱形孔
(出料区8的尾部)。
螺杆直径为D=40mm。螺杆为深螺槽式(大螺槽深度),螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.55。螺杆为双螺线式样的。
c)挤塑机构造III
采用ZSK 40型双螺杆挤塑机,Werner and Pfleiderer公司制造,斯图加特,所述挤塑机由12段组成。从上游到下游其排列情况如下:
段1:长度4D,不加热,顶部设有计量加入口,该计量加入口配有Werner and Pfleiderer公司制造的计量装置ESB 45,并设有中心输送螺杆
(加入弹性体成分A的计量段2)。
段2:长度4D,不加热,顶部设脱水孔(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),配有封料螺杆,及输送螺杆
(第1挤压段3的前部)。
段3:长度4D,不加热,不设孔,包括捏合块及反输送方向的螺纹作为阻滞元件;其第1阻滞元件同与之连通的段2内的脱水孔之间距离为3D
(第1挤压段3的尾部)。
段4:长度4D,不加热,顶部设脱水孔(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),配有封料螺杆,及输送螺杆
(第2挤压段3’的前部)。
段5:长度4D,不加热,不设孔,包括捏合块及反输送方向的螺纹作为阻滞元件;其第1阻滞元件同与之连通的段4内的脱水孔之间距离为3D
(第2挤压段3’的尾部)。
段6:长度4D,加热,带侧孔,聚合物B的熔体通过该孔由ZSK53辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造)引入;主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(段4,热塑性聚合物B的熔体经由该段加入)。
段7:长度4D,加热,不设孔,设有包括捏合块的螺杆段
(塑炼段5)。
段8:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6)。
段9:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6’)。
段10:长度4D,加热,带有侧面计量加入口,该计量加入口配有ZSK 25辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造);主段螺杆包括输送元件及捏合块
(附加段7的前部,成分C和/或D经由该段加入)
段11:长度4D,加热,顶部设孔,该孔与进口连接;
带有捏合块的螺杆
(附加段7的尾部,成分C和/或D经由该段加入)
段12:长度各为4D,加热,不设孔设有输送螺杆
(出料区8的前部)。
末端:口模带,带有圆柱形孔
(出料区8的尾部)。
螺杆直径为D=40mm。螺杆为深螺槽式(大螺槽深度),螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.55。螺杆为双螺线式样的。
d)挤塑机构造IV
采用ZSK 40型双螺杆挤塑机,Werner and Pfleiderer公司制造,斯图加特,所述挤塑机由12段组成。从上游到下游其排列情况如下:
段1:长度4D,不加热,设有计量加入口(在顶部),该计量加入口配有Werner and Pfleiderer公司制造的计量装置ESB 45,并设有中心输送螺杆
(加入弹性体成分A的计量段2的前部)。
段2:长度4D,不加热,不设孔,设有输送螺杆
(加入弹性体成分A的计量段2的尾部)。
段3:长度4D,不加热,顶部设脱水孔(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),包括捏合块及反输送方向的螺纹作为阻滞元件;其第1阻滞元件同与之连通的脱水孔之间距离为1.5D
(第1挤压段3)。
段4:长度4D,不加热,顶部设脱水孔(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),配有封料螺杆,它包括输送螺杆以及作为阻滞元件的捏合块及反输送方向的螺纹;其第1阻滞元件同与之连通的脱水孔之间距离为1.5D
(笫2挤压段3’)。
段5:长度4D,加热,带侧孔,聚合物B的熔体通过该孔由ZSK53辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造)引入;主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(段4,热塑性聚合物B的熔体经由该段加入)。
段6:长度4D,加热,不设孔,设有包括捏合块的螺杆段
(塑炼段5)。
段7:长度4D,加热,顶部设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第1脱挥发分段6)。
段8:长度4D,加热,顶部设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,及2个脱挥发分孔之间的捏合块,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6’)。
段9:长度4D,加热,带有侧面计量加入口,该计量加入口配有ZSK 25或ZSK 53辅助挤塑机(规格依产量而定,Werner and Pfleiderer制造);主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(附加段7的前部,成分C和/或D经由该段加入)
段10:长度4D,加热,顶部设孔,该孔与进口连接;
带有捏合块的螺杆
(附加段7的尾部,成分C和/或D经由该段加入)
段11~12:长度各为4D,加热,不设孔,设有输送螺杆
(出料区8的前部)。
末端:口模带,带有圆柱形孔
(出料区8的尾部)。
螺杆直径为D=40mm。螺杆为深螺槽式(大螺槽深度),螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.55。螺杆为双螺线式样的。
e)挤塑机构造V
采用ZSK 58型双螺杆挤塑机,Werner and Pfleiderer公司制造,斯图加特,所述挤塑机由10段组成。从上游到下游其排列情况如下:
段1:长度4D,不加热,设有计量加入口(在顶部),该计量加入口配有Werner and Pfleiderer公司制造的计量装置ESB 45,及中心输送螺杆
(加入弹性体成分A的计量段2)。
段2:长度4D,不加热,设脱水孔(在顶部)(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),配有封料螺杆,输送螺杆以及作为阻滞元件的捏合块及反输送方向的螺纹;其第1阻滞元件同与之连通的段2内的脱水孔之间距离为1D
(第1挤压段3)。
段3:长度4D,不加热,设脱水孔(在顶部)(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),配有封料螺杆,及输送螺杆
(第2挤压段3’前部)。
段4:长度4D,不加热,不设孔,包括捏合块及反输送方向的螺纹作为阻滞元件;其第1阻滞元件同与之连通的段3内的脱水孔之间距离为3D
(第2挤压段3’的尾部)。
段5:长度4D,加热,带侧孔,聚合物B的熔体通过该孔由ZSK53辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造)引入;主挤塑机螺杆包括中心输送元件及捏合块
(段4,热塑性聚合物B的熔体经由该段加入)。
段6:长度4D,加热,不设孔,设有包括捏合块的螺杆段
(塑炼段5)。
段7:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第1脱挥发分段6)。
段8:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,及2个脱挥发分孔之间的捏合块,
脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6’)。
段9+10:长度各为4D,加热,不设孔,设有输送螺杆
(出料区8的前部)。
末端:口模带,带有圆柱形孔
(出料区8的尾部)。
螺杆直径为D=58mm。螺杆为深螺槽式(大螺槽深度),螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.55。螺杆为双螺线式样的。
f)挤塑机构造VI
采用ZSK 40型双螺杆挤塑机,Werner and Pfleiderer公司制造,斯图加特,所述挤塑机由12段组成。从上游到下游其排列情况如下:
段1:长度4D,不加热,设有计量加入口(在顶部),配有Wernerand Pfleiderer公司制造的计量装置ESB 45,及中心输送螺杆
(加入弹性体成分A的计量段2的前部)。
段2:长度4D,不加热,不设孔,设有输送螺杆及带有反向输送螺距的捏合块
(加入弹性体成分A的计量段2的尾部)。
段3:长度4D,不加热,设脱水孔(在顶部)(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),包括长度为0.6D的短过渡区以及作为阻滞元件的捏合块及反输送方向螺纹;其第1阻滞元件与连通的脱水孔之间距离为1.6D
(第1挤压段3)。
段4:长度4D,不加热,顶部设脱水孔(在顶部)(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),配有封料螺杆,包括输送螺杆以及作为阻滞元件的捏合块及反输送方向的螺纹;其第1阻滞元件与连通的脱水孔之间距离为1.5D
(第2挤压段3’)。
段5:长度4D,加热,带侧孔,聚合物B的熔体通过该孔由ZSK53辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造)引入;主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(段4,热塑性聚合物B的熔体经由该段加入)。
段6:长度4D,加热,不设孔,设有包括捏合块的螺杆段
(塑炼段5)。
段7:长度4D,加热,顶部设脱挥发分孔和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第1脱挥发分段6)。
段8:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,及2个脱挥发分孔之间的捏合块,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6’)。
段9:长度4D,加热,带有侧面计量加入口,该计量加入口配有ZSK 25或ZSK 53辅助挤塑机(规格依产量而定,Werner and Pfleiderer制造);主挤塑机螺杆包括输送元件及带齿的混合元件
(附加段7的前部,成分C和/或D经由该段加入)
段10~12:长度各为4D,加热,不设孔,设有输送螺杆
(出料区8的前部)。
末端:口模带,带有圆柱形孔
(出料区8的尾部)。
螺杆直径为D=40mm。螺杆为深螺槽式(大螺槽深度),螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.55。螺杆为双螺线式样的。
g)挤塑机构造VII
采用ZSK 40型双螺杆挤塑机,Werner and Pfleiderer公司制造,斯图加特,所述挤塑机由12段组成。从上游到下游其排列情况如下:
段1:长度4D,不加热,设有计量加入口(在顶部),该计量加入口配有Werner and Pfleiderer公司制造的计量装置ESB 45,及中心输送螺杆
(加入弹性体成分A的计量段2的前部)。
段2:长度4D,不加热,设脱水孔(在顶部)(挤塑机机筒上开孔,呈水平放置的“8”字形,其长轴沿着输送方向),配有封料螺杆及输送螺杆
(挤压段3的前部)。
段3:长度4D,不加热,不设孔,包括作为阻滞元件的捏合块及反输送方向的螺纹;其第1阻滞元件同与之连通的段2内的脱水孔之间距离为3D
(挤压段3的尾部)。
段4:长度4D,加热,带侧孔,聚合物B的熔体通过该孔由ZSK53辅助挤塑机(Werner and Pfleiderer制造)引入;主挤塑机螺杆包括输送元件及捏合块
(段4,热塑性聚合物B的熔体经由该段加入)。
段5~6:长度各为4D,加热,不设孔,设有包括捏合块的螺杆段
(塑炼段5)。
段7:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第1脱挥发分段6)。
段8:长度4D,加热,设脱挥发分孔(在顶部)和输送螺杆及2个脱挥发分孔之间的捏合块,脱挥发分操作在大气压压力下进行
(第2脱挥发分段6’的前部)。
段9:长度4D,加热,不设孔,螺杆包括输送元件及捏合块
(第2脱挥发分段6’的尾部)。
段10~11:长度各为4D,加热,不设孔,设有包括捏合块的螺杆
(出料区8的前部)。
段12:长度4D,加热,不设孔,设有输送螺杆
(出料区8的中间部分)。
末端:口模带,带有圆柱形孔
(出料区8的尾部)。
螺杆直径为D=40mm。螺杆为深螺槽式(大螺槽深度),螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.55。螺杆为双螺线式样的。
h)使用的聚合物成分
使用下列接枝橡胶作为弹性体成分A:
A-1:包含5段以甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸正丁酯为基础的接枝共聚物
由5种不同的硬或软段在乳液中制备接枝共聚物。具体制备过程描述在EP-A 512333,实例1,第8页的表1中。
第1段(硬核):甲基丙烯酸甲酯+丙烯酸乙酯+甲基丙烯酸烷基酯
第2段(第1层软壳):丙烯酸正丁酯+苯乙烯+甲基丙烯酸烷基酯
第3段(第2层硬壳):甲基丙烯酸甲酯+丙烯酸乙酯+甲基丙烯酸烯丙基酯
第4段(第3层软壳):丙烯酸正丁酯+苯乙烯+甲基丙烯酸烯丙基酯
第5段(第4层硬壳):甲基丙烯酸甲酯+丙烯酸乙酯。
对每段而言,排在第1位的单体是就数量而言的主要单体。将沉淀出的接枝聚合物抽滤并用中试规模的离心设备脱水至表中所列的含水量。
A-2:以丁二烯和丙烯酸正丁酯为基础接枝上SAN的接枝聚合物
乙烯基甲基醚、丙烯酸正丁酯及丁二烯的混合物在乳液中进行聚合,胶乳进行附聚(平均粒度d50:310nm)。随后与苯乙烯/丙烯腈混合物进行接枝聚合。更详细的说明可见诸于EP-A 62901,第11页,第1行~笫12页,第14行(实例2),将沉淀出的接枝聚合物抽滤,并用中试规模的离心设备脱水至表中所列的含水量。
A-3:以丁二烯为基础接枝上SAN的接枝聚合物
丁二烯在乳液中进行聚合,获得的胶乳进行附聚,生成平均粒度d50为238nm的胶乳,然后与苯乙烯和丙烯腈的混合物进行接枝聚合。更详细的说明可见诸于德国公开申请DAS 2,427,960,第6栏,第17行~第7栏,第27行,沉淀出的接枝聚合物用中试规模的离心设备脱水至表中所列的含水量。
A-4:以丙烯酸正丁酯为基础接枝上SAN的接枝聚合物
丙烯酸正丁酯与交联剂在乳液中进行聚合,生成平均粒子直径d50为123nm的胶乳。将苯乙烯/丙烯腈的混合物接枝到该胶乳上。更详细的说明可见诸于EP-A 450485,第7栏,第10~24行(实例A),然后用离心设备脱水至表中所列的含水量。
A-5:以丙烯酸正丁酯为基础接枝上苯乙烯及SAN的接枝橡胶
丙烯酸正丁酯与交联剂在乳液中分2段进行聚合,生成平均粒子直径d50为410nm的胶乳。包含聚苯乙烯的第1段及包含苯乙烯/丙烯腈共聚物的第2段被接枝聚合到该胶乳上。更详细说明可参见德国公开申请DOS 3,149,358,第15页,第12行~第16页,第24行,然后用离心设备脱水至表中所列的含水量。
下列聚合物用作热塑性聚合物B:
B-1:聚甲基丙烯酸甲酯
99wt%甲基丙烯酸甲酯与1wt%丙烯酸甲酯按照如EP-A 489318,第4页,第52行起所述并按照实例6(第7页表格)在悬浮体系中进行聚合。粘数VN(按DIN 53726,25℃,0.26wt%在氯仿中的溶液测定)为74ml/g。
B-2:聚甲基丙烯酸甲酯
96wt%甲基丙烯酸甲酯与4wt%丙烯酸甲酯按照如同B-1中所述进行聚合。粘数VN(按如同B-1中的方式测定)为56ml/g。
B-3:苯乙烯/丙烯腈共聚物
75wt%苯乙烯与25wt%丙烯腈的混合物,采用连续溶液聚合方法进行聚合,方法详见《塑料手册》,Vieweg及Daumiller主编,卷V“聚苯乙烯”,Hanser-Verlag出版社,慕尼黑,1969,122~124页。粘数VN(按DIN 53726,25℃,0.5wt%在二甲基甲酰胺中的溶液测定)为70ml/g。
B-4:苯乙烯/丙烯腈共聚物
制备过程如B-3所述,不同的是,达到的聚合度不同。粘数(按B-3中的方法测定)为100ml/g。
B-5:苯乙烯/丙烯腈共聚物
65wt%苯乙烯与35wt%丙烯腈的混合物按如同B-3中所述进行聚合。粘数(按B-3中的方法测定)为80ml/g。
B-6:苯乙烯/丙烯腈共聚物
制备过程如B-5所述,不同的是,达到的聚合度不同。粘数(按B-3中的方法测定)为60ml/g。
B-7:与成分C-1的α-甲基苯乙烯/丙烯腈共聚物相同。
B-8:与成分C-3的聚碳酸酯相同。
B-9:与溶液ABS成分C-8相同。
使用下列聚合物作为另一聚合物C:
C-1:α-甲基苯乙烯/丙烯腈共聚物
按照如同聚合物B的方法制备70wt%α-甲基苯乙烯与30wt%丙烯腈的共聚物。粘数VN(按B-3中的方法测定)为56ml/g。
C-2:乙烯/丙烯酸正丁酯/一氧化碳共聚物
使用由约55wt%乙烯、约15wt%一氧化碳及约30wt%丙烯酸正丁酯构成的共聚物,所述共聚物为市售品,商品名ElvaloyHP-4051(杜邦公司提供)。
C-3:聚碳酸酯
使用以双酚A为基础的市售品(MakrolonR2800,拜耳公司提供)。粘数(按DIN 53726,23℃,0.5wt%在二氯甲烷中的溶液测定)为61.4ml/g。
C-4:苯乙烯/马来酐的酰亚胺化的共聚物
使用一种市售品。它由58mol%苯乙烯及42mol%马来酐组成,并用苯胺进行酰亚胺化,结果得到的产物包含1wt%游离马来酐基团。使用的是市售品MalekkaMS-NA(Denka化学公司提供)。其平均分子量MW为135000。
C-5:与成分B-6的苯乙烯/丙烯腈共聚物相同。
C-6:与成分B-2的聚甲基丙烯酸甲酯相同。
C-7:与成分B-5的苯乙烯/丙烯腈共聚物相同。
C-8:溶液聚合制备的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯聚合物(溶液ABS),该聚合物包含23.3wt%共聚丙烯腈、69.7wt%共聚苯乙烯及7wt%聚丁二烯橡胶。平均粒度d50为8.7μm。
C-9:溶液聚合制备的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯聚合物(溶液ABS),该聚合物包含22.8wt%共聚丙烯腈、70.7wt%共聚苯乙烯及7wt%聚丁二烯橡胶。平均粒度d50为9μm。
使用下列物质作为添加剂D:
D-1:亚磷酸三(壬基苯基)酯(TNPP)。使用商品IrgafosTNPP(由Ciba-Geigy提供)。
D-2:十八烷醇3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)-丙酸酯。
使用商品Irganox1076(由Ciba-Geigy提供)。
D-3:着色剂母料,包含20wt%碳黑及80wt%成分B-1的苯乙烯/丙烯腈共聚物。
D-4:稳定剂母料,包含1wt%双(2,4-二-叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(diphosphite)(商品Ultranox626,通用电气塑料公司提供)、1wt%十八烷醇3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)-丙酸酯(Irganox1076,由Ciba~Geigy提供)以及98wt%成分B-1的聚甲基丙烯酸甲酯。
D-5:稳定剂母料,包含10wt%空间受阻胺(商品Uvinul4050H,巴斯夫公司提供)、10wt%2-氰基-3,3’-二苯基丙烯酸乙酯(商品Uvinul3035,巴斯夫公司提供)及80wt%成分B-1的聚甲基丙烯酸甲酯。
D-6:甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯及马来酐的共聚物。
使用包含75wt%甲基丙烯酸甲酯、15wt%苯乙烯及10wt%马来酐的商品(PlexiglasHW 55,Rohm公司提供,或DegalanHT120,Degussa公司提供)。
D-7:一种母料,包含5wt%1,1,3-三(2’-甲基-4’-羟基-5’-叔丁基(苯基)丁烷、10wt%β,β’-硫二丙酸二月桂基酯及85wt%成分B-5的苯乙烯/丙烯腈共聚物。
D-8:邻苯二甲酸二异癸酯
湿粉末形式的成分A经固体计量装置ESB-45加入到挤塑机中,并由辅助挤塑机ZSK 53(Werner and Pfleiderer制造)加入热塑性聚合物B的熔体。呈粉末或颗粒形式的成分C和/或D,以同样的方式由辅助挤塑机(ZSK 53或ZSK 25,同一公司制造)或者由颗粒计量装置加入到该主挤塑机中。液态成分D-1及D-8通过泵加入。
由成分B-5及D-2制备了一种包含95wt%B-1和5wt%D-2的混合物D*。该混合物以同样的方式由辅助挤塑机(ZSK 25)加入到挤塑机中。
i)测量
测定了第1及第2挤压区的水排出量及橡胶排出量以及作为最终产物挤出的挤出物含湿量。这些测定均按重量分析法实施。
以蒸汽形式排出的水量是通过计算原始残留水量与液态水排出总量之差确定的。
各个百分率是根据以kg/h为单位的水、蒸汽及橡胶的排出量计算的。所述百分率是重量百分率,且对水和蒸汽而言,是以加入到挤塑机中的橡胶含水量(作为100)为基础的(标有*的行),而对于橡胶而言,则以加入的湿橡胶(作为100)为基准(标有**的行)。挤出物含湿量是以获得的最终产品为基准的。
表1-挤塑机构造I
实例 | I-1 | I-2 | I-3 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-13755.61 | A-13753.91 | A-13757.21 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-243.15 | B-144.25 | B-142.05 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号 | - | - | - |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | D-42.01GM | D-52.41GM |
挤塑机:速度[rpm]段5~12的温度[℃] | 300250 | 300250 | 300250 |
挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 11.2=54%1.3=2% | 11.9=60%1.3=2% | 12.7=60%1.4=2% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 9.2=45% | 7.8=39% | 8.3=39% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)GM粒料计量
表2-挤塑机构造II
实例 | II-1 | II-2 | II-3 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-22826.01 | A-22826.01 | A-22826.01 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-3795 | B-6795 | B-4795 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号 | - | - | - |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | D-739SE | D-739SE | D-739SE |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段5~12的温度[℃] | 300250 | 300250 | 300250 |
挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 2.0=27%0.4=2% | 1.9=26%0.5=2% | 2.7=37%0.6=2% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 5.3=73% | 5.4=74% | 4.6=63% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机
表2(续)
实例 | II-4 | II-5 | II-6 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-43449.31 | A-32834.71 | A-22125.01 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-6405 | B-6755 | B-4255 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-589SE | - | C-6189SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | D-389SE | D-8210MP | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段5~12的温度[℃] | 300250 | 300250 | 300250 |
挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 9.1=54%0.5=1% | 3.4=35%0.7=2% | 2.2=42%0.3=1% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 7.5=45% | 6.2=64% | 3.0=57% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.2 | 0.2 | 0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机,MP计量泵
表2(续)
实例 | II-7 | II-8 | II-9 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-32932.01 | A-43344.71 | A-32942.41 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-7435 | B-8605 | B-5505 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-5 C-39 309 9SE SE | C-5109SE | C-4209SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | D-631GM | D-739SE | D-739SE |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段5~12的温度[℃] | 300250 | 300250 | 3002504) |
挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 4.2=45%0.8=3% | 7.2=49%1.0=2% | 6.2=50%0.9=2% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 5.1=55% | 7.4=50% | 6.1=50% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 | 0.2 | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机,GM粒料计量装置
4)段9的挤塑机(主挤塑机):280℃;辅助挤塑机:280℃
表3-挤塑机构造III
实例 | III-1 | III-2 | III-3 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-32946.01 | A-32938.01 | A-53050.01 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-6326 | B-5506 | B-5466 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加入装置7) | C-11610SE | - | - |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加入装置7) | - | D-1 D*5) D-30.4 4.06) 1011 10 10MP SE SE | D-31.61SE |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段6~12的温度[℃] | 300250 | 300250 | 300250 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 3.5=26%0.7=2% | 2.5=23%0.9=2% | 9.4=63%1.1=2% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 2.7=20%0.4=1% | 3.2=29%0.2=1% | 0.2=1%<0.1=<1% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 7.1=53% | 5.2=47% | 5.4=36% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 | 0.1 | 0.2 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
5)D*是B-5与D-2的混合物
6)对应于3.8kg/hB-5及0.2kg/hD-2的混合进料
7)SE辅助挤塑机,MP计量泵表3(续)
实例 | III-4 | III-5 | III-6 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-53563.01 | A-23448.31 | A-23447.41 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-5106 | B-5306 | B-5306 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-261GM | C-11210SE | C-11210SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | - | D-37.310SE |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段6~12的温度[℃] | 300250 | 300250 | 300250 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 15.6=71%1.7=3% | 6.0=37%0.9=2% | 5.7=35%0.8=2% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 0.2=<1%<0.1=<1% | 6.1=37%0.7=1% | 5.5=34%0.8=2% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 6.2=28% | 4.1=25% | 4.7=29% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.2 | <0.1 | 0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机,GM粒料计量
表3(续)
实例 | III-7 | III-8 | III-9 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-32961.31 | A-32942.01 | A-32941.01 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-6386 | B-6706 | B-6466 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-72010SE | - | C-11210SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | D-80.511MP | D-3 D-83.0 0.710 11SE MP | D-73.010SE |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段6~12的温度[℃] | 300250 | 300250 | 300250 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 5.4=30%1.0=2% | 3.5=29%0.7=2% | 5.0=42%0.3=1% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 3.3=19%0.5=1% | 1.7=14%0.2=1% | 0.1=1%<0.1=1% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 9.0=51% | 6.8=56% | 6.8=57% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.2 | 0.2 | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机;MP计量泵
表3(续)
实例 | III-10 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-33040.01 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-6386 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-52010SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | D-3 D-82.7 0.610 11SE MP |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段6~12的温度[℃] | 300250 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 3.4=28%0.2=1% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 1.5=13%<0.1=<1% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 7.1=59% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机;MP计量泵
表4-挤塑机构造IV
实例 | IV-1 | IV-2 | IV-3 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-33045.21 | A-33045.21 | A-33045.21 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-635.25 | B-617.65 | B-632.55 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | C-517.69SE | C-532.59SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段5~12的温度[℃] | 300240 | 300240 | 300240 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 4.9=36%0.3=1% | 5.3=39%0.2=<1% | 6.8=50%0.2=<1% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 00 | 00 | 00 |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 8.6=63% | 8.2=61% | 6.7=49% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机
表4(续)-挤塑机构造IV
实例 | IV-4 | IV-5 | IV-6 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-33045.21 | A-33045.21 | A-33037.61 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-6455 | B-5405 | B-5155 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-5459SE | C-3309SE | C-3609SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段5~12的温度[℃] | 300240 | 300240 | 300240 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 5.6=36%0.2=1% | 6.1=45%0.3=1% | 4.7=42%0.2=1% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 00 | 00 | 00 |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 9.7=63% | 7.4=55% | 6.6=59% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机
表5-挤塑机构造V
实例 | V-1 | V-2 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-334.9159.11 | A-330.0157.11 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-5124.25 | B-5124.25 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加入装置 | - | - |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加入装置 | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段5~10的温度[℃] | 285250 | 285250 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 25.0=45%7.9=5% | 9.9=21%2.5=2% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 7.9=14%2.4=2% | 5.4=11%0.1=<1% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 22.6=41% | 31.8=67% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
表6-挤塑机构造VI
实例 | VI-1 | VI-2 | VI-3 |
弹性体成分A种类含水量[wt%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-33042.11 | A-32542.11 | A-32542.11 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-6905 | B-638.25 | B-632.95 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | C-5729SE | C-553.59SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段6~12的温度[℃] | 300240 | 300240 | 300240 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 4.2=33%0.1=<1% | 3.7=35%0.1=<1% | 3.6=34%0.1=<1% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 00 | 00 | 00 |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 8.4=67% | 6.8=64% | 6.9=65% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.1 | <0.1 | <0.1 |
1)以带*的行为1 00算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机
表6(续)-挤塑机构造VI
实例 | VI-4 | VI-5 | VI-6 |
弹性体成分A种类含水量[wt-%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-32542.11 | A-32532.31 | A-32535.11 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-638.25 | B-930.85 | B-630.85 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-531.89SE | C-846.29SE | C-846.29SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段6~12的温度[℃] | 300240 | 300240 | 300240 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 3.5=33%0.1=<1% | 4.4=54%0.5=2% | 3.2=36%0.3=1% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 00 | 00 | 00 |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 7.0=67% | 3.7=46% | 5.6=64% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 | 0.1 | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机
表6(续)-挤塑机构造VI
实例 | VI-7 | VI-8 | VI-9 |
弹性体成分A种类含水量[wt-%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-32542.11 | A-32542.11 | A-32542.11 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-9505 | B-930.85 | B-630.85 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-9509SE | C-846.29SE | C-846.29SE |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段6~12的温度[℃] | 300240 | 300240 | 300240 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 5.3=50%1.6=4% | 5.9=56%1.7=4% | 4.2=40%1.1=3% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 00 | 00 | 00 |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 5.2=49% | 4.6=43% | 6.3=60% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)SE辅助挤塑机
表7-挤塑机构造VII
实例 | VII-1 | VII-2 | VII-3 |
弹性体成分A种类含水量[wt-%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-33034.61 | A-33034.61 | A-33034.61 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-676.34 | B-676.34 | B-676.34 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加入装置 | - | - | - |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加入装置 | - | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段4~12的温度[℃] | 260240 | 240240 | 220240 |
第1挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 4.9=47%0.6=2% | 4.9=47%0.5=1% | 5.1=49%0.6=2% |
第2挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 00 | 00 | 00 |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 5.5=52% | 5.5=52% | 5.2=51% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
表7(续)-挤塑机构造VII
实例 | VII-4 | VII-5 | VII-6 |
弹性体成分A种类含水量[wt-%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-33034.61 | A-33034.61 | A-33034.61 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-671.34 | B-676.34 | B-671.34 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | C-651GD | - | C-651GD |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置3) | - | - | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段4~12的温度[℃] | 220240 | 300240 | 300240 |
挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 4.1=39%0.5=1% | 4.2=40%0.5=1% | 5.0=48%0.6=2% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 6.3=61% | 6.2=60% | 5.3=51% |
挤出物含湿量[wt%] | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
3)GD粒料加入
表7(续)-挤塑机构造VII
实例 | VII-7 |
弹性体成分A种类含水量[wt-%]*加入量[kg/h]**加入段号 | A-33034.61 |
热塑性聚合物B种类加入量[kg/h]加入段号 | B-676.34 |
另一聚合物C种类加入量[kg/h]加入段号加料装置 | - |
添加剂D种类加入量[kg/h]加入段号加料装置 | - |
挤塑机(主挤塑机):速度[rpm]段4~12的温度[℃] | 280240 |
挤压段水排出量[kg/h]1)橡胶排出量[kg/h]2) | 3.7=36%0.4=1% |
脱挥发分段蒸汽排出量[kg/h]1) | 6.6=63% |
挤出物含湿量[wt%] | <0.1 |
1)以带*的行为100算出的百分率
2)以带**的行为100算出的百分率
以上46个实例证明了本新方法的多功能适应性。按范围非常宽的组合物使用了5种不同的弹性体成分A、8种不同的热塑性聚合物B、7种不同的另一聚合物C以及8种不同的添加剂D,结果制备出种类极为不同的增韧热塑性塑料或共混聚合物。
在这些实例中,最初包含在部分脱水橡胶中的残留水的26wt%(实例II-2)~74wt%(实例III-5,2个挤压段之和)是以液态水形式在挤压段除掉的。所有这46例在挤压段中除掉的残留水量的算术平均值为46wt%。直至100wt%的其余部分则是以蒸汽形式在脱挥发分段除掉的(除了少量的挤出物含湿不计之外)。挤出的排水加蒸汽排出量之和对应的百分数与100wt%之间的差值主要是圆整误差所致。
橡胶排出量(跑料)很少,平均占湿橡胶重量的约2wt%,且不超过约5wt%(实例V-1)。
这些实例显示,即使就通过量而言,本发明方法也具有很大的灵活性。每种成分的流率可在很宽的范围内变化:
-弹性体成分A:25.0kg/h(实例II-6)至159.1kg/h(实例V-1),
-热塑性聚合物B:10kg/h(实例III-4)至124.2kg/h(实例V-1及V-2),
-另一聚合物C:5kg/h(实例VII-4及VII-6)至60kg/h(实例IV-6),
-添加剂D:0.5kg/h(实例III-7)至8kg/h(实例II-4)。
具体而言,既可以制备低弹性体含量的产品,也可以制备高弹性体含量的产品。
各成分可经由不同的段加入到挤塑机中:在实例中,
-成分B被加入到段4(实例VII)、加入到段5(实例I、II、IV、V及VI)中,或者加入到段6(实例III)中;
-成分C被加入到段1(实例III-4、VII-4及VII-6)、加入到段9(实例II-4、II-6~II-9、IV-2~IV-6、VI-2~VI-9)或者加入到段10(实例III-1、III-5~III-7、III-9及III-10)中;
成分D被加入到段1(实例I-2、I-3、II-7及III-3)、加入到段9(实例II-1~II-4、II-8及II-9)、加入到段10(实例II-5、III-6及III-9)、加入到段11(实例III-7)或者加入到段10及11(实例III-2、III-8及III-10)中。
因此,加入位置也可以变化。
本发明方法采用了不同螺杆直径(40mm及58mm)的挤塑机。螺杆的转速也同样可改变,在上述实例中被设定在300到220rpm:300rpm、285rpm(实例V),从220到300rpm(实例VII)。
还可以在第2挤压段处于“干态”的条件下(无水排出)没有困难地运行挤塑机(实例IV、VI及VII)。
挤塑机可按其7种构造中的任何一种无故障长时间运转,在改变产品的条件下无故障运转时间可长达数百小时。
Claims (28)
1.一种制备增韧热塑性塑料或包含增韧热塑性塑料的共混聚合物的方法,该热塑性塑料或共混聚合物包含:
A)5~95wt%至少1种包含最多60wt%残留水的水湿接枝橡胶成分A,
B)5~95wt%至少1种热塑性聚合物B,其选自聚碳酸酯、聚对苯二甲酸亚烷基酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯(TPU)、及以下列成分为基础的共聚物:苯乙烯/马来酐、苯乙烯/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/马来酐/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯/马来酐、甲基丙烯酸甲酯/酰亚胺化马来酐、苯乙烯/酰亚胺化甲基丙烯酸甲酯、酰亚胺化PMMA及上述聚合物的混合物,其中,部分或全部的苯乙烯可替换为α-甲基苯乙烯或核上烷基化的苯乙烯,或者丙烯腈。
C)0~95wt%至少1种另一聚合物C,其与热塑性聚合物B相同或不同,以及
D)0~70wt%添加剂D,其选自蜡、增塑剂、润滑剂及脱模剂,颜料、染料、消光剂、防火剂、抗氧剂、光稳定剂及热稳定剂,纤维状或粉碎填料,以及增强剂及抗静电剂,
该方法包括:将弹性体成分A与热塑性聚合物B以及若存在的话,另一聚合物C以及若存在的添加剂D在挤塑机中进行混合,使弹性体成分A在机械作用下脱水,其中
成分A、B、C及D被加入到一种挤塑机中,该挤塑机具有至少2个转向相同或相反的、螺杆直径为D螺杆的螺杆,沿输送方向(顺物流而下),挤塑机基本由以下部分组成:
-至少1个计量段,弹性体成分A由计量装置经该段加入挤塑机,
-至少1个挤压段,用于使弹性体成分A脱水,并包含至少1个阻滞元件,以及在每种情况下至少1个与之连通的脱水孔,该孔位于(第1)阻滞元件的上游,与第一阻滞元件的距离相当于至少1个螺杆直径D螺杆,不用Seiher罩作为脱水孔,
-至少1个进料段,热塑性聚合物B以熔体形式经该段引入到挤塑机中,
-至少1个塑炼段,它配有混合或捏合元件,
-至少1个脱挥发分段,它配有至少1个脱挥发分孔并且剩余的水以蒸汽形式经该孔排出,以及
-出料区,
其中从脱水孔排出的水的部分或全部以液相形式存在,以及
其中成分C和/或D一起或彼此分别地,或者与成分A和/或B一起或者与A及B分开地,加入到上述挤塑机段的一段或多段中。
2.如权利要求1中所要求的方法,其中挤塑机是具有同向旋转螺杆的双螺杆挤塑机。
3.如权利要求1或2中所要求的方法,其中在挤塑机的最后脱挥发分段与出料区之间设有附加的段,经由该附加段成分C和/或D由至少1个计量装置段一起或彼此分别地加入到挤塑机中,且该附加段配有混合和/或捏合元件。
4.如权利要求1~3中任何一项所要求的方法,其中用于成分C和/或D的计量装置是挤塑机。
5.如权利要求1~4中任何一项所要求的方法,其中出料区的末端是模头,且沿着输送方向看,在模头前面设有熔体过滤装置。
6.如权利要求1~5中任何一项所要求的方法,其中在模头的后面设有熔体造粒设备。
7.如权利要求1~6中任何一项所要求的方法,其中熔体造粒设备在水下操作(水下切粒)。
8.如权利要求1~7中任何一项所要求的方法,其中在弹性体成分A的计量加入段及挤压段中挤塑机不进行加热。
9.如权利要求1~8中任何一项所要求的方法,其中在用于热塑性聚合物B的熔体进料段后面,顺物流而下至挤塑机末端前面这一区域,挤塑机配有至少1个用于热塑性聚合物B熔体的附加进料段。
10.如权利要求1~9中任何一项所要求的方法,其中用于热塑性聚合物B熔体的附加进料段位于最后脱挥发分段与出料区之间,或位于出料区内。
11.如权利要求1~10中任何一项所要求的方法,其中在脱挥发分段内,脱挥发分孔排列在挤塑机的侧面。
12.如权利要求1~11中任何一项所要求的方法,其中成分C或D被加入到挤塑机中及加入排气段中。
13.如权利要求1~12中任何一项所要求的方法,其中成分C和/或D也在热塑性聚合物B加入挤塑机的那一段加入到挤塑机中。
14.如权利要求1~13中任何一项所要求的方法,其中成分C或D也经由计量段加入到挤塑机中。
15.如权利要求1~14中任何一项所要求的方法,其中双螺杆挤塑机的螺杆是双螺线的。
16.如权利要求1~15中任何一项所要求的方法,其中成分C或D经由脱挥发分段或经由紧靠出料区前面的附加段加入到挤塑机中。
17.如权利要求1~16中任何一项所要求的方法,其中挤塑机螺杆的螺槽深度比D螺杆外径/D螺杆内径为1.2~1.8。
18.如权利要求1~17中任何一项所要求的方法,其中挤塑机在50~1200rpm的螺杆速度以及以螺杆螺槽深度的一半处为基准15~450s-1的平均剪切速率下运行。
19.如权利要求1~18中任何一项所要求的方法,其中使用至少1种残留水含量最高60wt%的接枝橡胶作为弹性体成分A。
20.如权利要求1~19中任何一项所要求的方法,其中使用2段或多段接枝橡胶作为弹性体成分A,该橡胶包含基底段以及接枝段,基底段包含选自单体丁二烯、苯乙烯、烷基苯乙烯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯中的一种或多种及少量包括交联单体在内的其他单体,接枝段包含苯乙烯、烷基苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯或这些单体的混合物;在使用苯乙烯/丙烯腈共聚物、α-甲基苯乙烯/丙烯腈共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或这些聚合物的混合物作为热塑性聚合物B。
21.如权利要求1~20中任何一项所要求的方法,其中使用基于以聚丁二烯或聚丙烯酸烷基酯作基底段并以苯乙烯与丙烯腈的共聚物作接枝段的接枝橡胶作为弹性体成分A;使用苯乙烯/丙烯腈共聚物作为热塑性聚合物B。
22.如权利要求1~21中任何一项所要求的方法,其中使用2段或多段接枝橡胶作为弹性体成分A,该橡胶主要包含聚丙烯酸烷基酯及苯乙烯与丙烯腈的共聚物;使用苯乙烯/丙烯腈共聚物作为热塑性聚合物B。
23.如权利要求1~22中任何一项所要求的方法,其中成分C是
-与成分B相同,只是经由不同于成分B的另一点加入到挤塑机中,或者
-以制备热塑性聚合物B所使用的单体为基础的、具有总体相同的组成但平均分子量MW不同或单体含量不同的热塑性聚合物,或者
-由C2~C8链烯与乙烯基芳烃、与极性共聚单体、与一氧化碳、与非芳族乙烯基化合物或与碱性单体进行共聚制备的聚合物,或者
-以α-甲基苯乙烯/丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸烷基酯为基础的聚合物,或者
-以包含丁二烯以及,若适当的话,还有共聚单体的橡胶为基础的聚合物,或者
-由丁二烯与苯乙烯经阴离子聚合制备的聚合物,其中部分或全部烯烃双键可已被氢化,或者
-以热塑性聚氨酯为基础的聚合物,或者
-以聚碳酸酯为基础的聚合物,或者
-以苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、马来酐及马来酰亚胺为基础的聚合物,或者
-上述聚合物中至少2种的混合物。
24.如权利要求1~23中任何一项所要求的方法,其中接枝橡胶是粒状的并且接枝橡胶粒子的直径在0.05~20μm。
25.如权利要求1~24中任何一项所要求的方法,其中接枝橡胶粒子的粒度分布具有1个最大值(单峰)、2个最大值(双峰)或2个以上最大值。
26.由权利要求1~25中任何一项所要求的方法制备的增韧热塑性模塑材料。
27.如权利要求1~26中任何一项所要求的模塑材料在薄膜、纤维及模塑制品生产中的应用。
28.一种挤塑机,它具有至少2根同向或反向旋转的螺杆且螺杆直径为D螺杆,该挤塑机由权利要求1~25中任何一项所要求的段组成。
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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