技术领域
[0001] 本
发明涉及改性热塑性树脂组合物技术领域,特别涉及一种具有优异的耐热
氧老化性能和抗析出泛白的热塑性树脂组合物及其制备方法与应用。
背景技术
[0002] 聚酰胺由于具有优异的机械性能、耐化学品性、可加工性、耐热氧老化性能,使它们常用于对工作环境要求比较苛刻的
电子电器、机动车行业,其中以机动车
发动机周边的应用尤为常见。在机动车领域出现的对材料的耐高温需求越来越明显,这是基于
汽车发动机周边区域的
温度通常高于150℃,尤其是
涡轮增压进气方式的发动机,温度甚至高于180℃乃至200℃以上的高温。由于聚酰胺组合物常用于该使用温度下,在长时间暴露之后的机械性能通常会降低,该现象称为热老化。为业内所共知的,通过添加热稳定剂也称为抗氧剂可提高聚酰胺组合物的耐热氧老化性能,包括单独添加或复配添加
铜盐、受阻酚、多芳香胺、受阻胺、
亚磷酸酯、硫酯等提高聚酰胺组合物的热氧老化性能。
[0003] 美国
专利US 2010-0029819 A1公开的是使用多元醇提高聚酰胺组合物的热老化特性,然而在高湿热的环境中包含多元醇的聚酰胺组合物会出现析出泛白的现象,这对许多应用而言是不可取的特征。CN 102112549B公开了将多羟基
聚合物与聚酰胺共混提高热氧
稳定性能,指出该多羟基聚合物是数均分子量至少为2000的乙烯/乙烯醇共聚物和聚乙烯醇。然而对用来存放或输送热的冷却剂,通常会涉及与乙二醇和/或
水的
接触,由于聚酰胺组合物受到水或乙二醇的增塑作用,使得组合物中多羟基结构放入分子的运动
自由度提高,这些多羟基结构放入分子,在经过长期醇解测试后被抽提出,不利于涉及该应用的聚酰胺组合物保持长期热氧稳定性。并且使用了这类含多羟基结构的分子的多羟基聚合物会使尼龙本来的高吸湿率进一步提升,而出现机械性能、热性能的衰减。
发明内容
[0004] 为了克服
现有技术的不足或
缺陷,本发明的首要目的是提供一种具有优异的耐热氧老化性能和抗析出泛白的热塑性树脂组合物。
[0005] 本发明的另一目的是提供上述热塑性树脂组合物的制备方法。
[0006] 本发明的再一目的是提供上述热塑性树脂组合物的用途。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的:一种热塑性树脂组合物,按重量份计,包括以下组成:
聚酰胺树脂 5份-60份;
多元醇 0.1份-20份;
酮羰基化合物 0.5份-79份。
[0008] 优选地,一种热塑性树脂组合物,按重量份计,包括以下组成:聚酰胺树脂 8份-55份;
多元醇 0.6份-10份;
酮羰基化合物 1份-55份。
[0009] 其中,所述酮羰基化合物选自含有衍生自烯属共聚
单体重复单元和衍生自一氧化
碳重复单元交替结构的酮单元的化合物;所述烯属共聚单体选自乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯、癸烯、十二烯、十四烯、十六烯、十八烯中的一种或几种;优选为乙烯和/或丙烯。
[0010] 不同的烯属共聚单体影响链段排列的规整程度,从而决定含酮羰基化合物的机械性能,以丙烯作为示例,丙烯含量越高,链段的规整度越低,链段的缠绕程度越高,结晶度越低,对应的热
变形温度、拉伸强度和弯曲强度下降。含酮羰基化合物的吸水率主要由酮羰基所导致,丙烯含量的增加会降低吸水率,对于降低组合物的吸湿性能有积极作用。影响含酮羰基化合物机械性能的另一个重要的因素是含酮羰基化合物的分子量,分子量增加对应的熔体流动速率下降,分子量减小对应的熔体流动速率增加。优选地,为了保证该热塑性树脂组合物的加工性,所述的含酮羰基化合物的熔体流动速率(240℃,2.16Kg)选为大约5g/10min-60g/10min,如果熔体流动速率大于60g/10min,热塑性树脂组合物的加工性能变差,如果熔体流动速率小于5g/10min,热塑性树脂组合物的机械性能变差。其中,基于酮羰基化合物的总重量,根据GB/T6324.5-2008或元素分析法测得酮羰基化合物的酮羰基含量为
10wt%-70wt%,优选为25wt%-60wt%,更优选为30wt%-50wt%。当酮羰基含量低于10wt%,形成氢键的能
力下降,其他共聚组分的增加也同样可导致结晶度降低。当羰基含量高于70wt%,会使树脂的冲击强度明显下降,从而影响组合物的机械性能。
[0011] 其中,酮羰基化合物具有大于等于6×104的数均分子量,具有小于等于1×106的数均分子量。当酮羰基化合物的数均分子量小于6×104,会影响组合物的机械性能,尤其是拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量等。当酮羰基化合物的数均分子量大于1×106,超高的分子量使加工过程
粘度过高,不利于改善混合效果。
[0012] 其中,酮羰基化合物的酮羰基含量可以采用元素分析法进行测试,具体测试条件:为了测得酮羰基化合物中的酮羰基含量,须使用合适的
溶剂将酮羰基化合物从组合物中分离提取,合适的溶剂选自
甲苯、二甲苯、
甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种,将聚酰胺树脂溶解或溶胀,得到酮羰基化合物的溶液或沉淀物,将得到的溶液或沉淀物进行多次溶解并选择减压旋转蒸馏,获得酮羰基化合物精提物;
酮羰基化合物精提物,使用选自甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种的色谱级溶剂,配置2mg/ml-10mg/ml的酮羰基化合物溶液,待充分溶解后过滤,
超声波对溶液及流动相脱除气泡,并确保
注射器及冲洗
阀等仪器构造不含气泡,将该溶液进样,并通过凝胶渗透色谱可以测得酮羰基化合物的数均分子量和重均分子量及分子量分布;
酮羰基化合物精提物通过元素分析法可以测得碳元素、氧元素和氢元素所占比例,其中氧元素来源于羰基氧,其测得比例为ωoxygen,酮羰基化合物的酮羰基含量根据式I计算可得:
ω=ωoxygen×MCO/ MO 式I
其中,MCO为酮羰基的摩尔
质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[MCO=28.01];
MO为氧
原子的摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[MO=15.99]。
[0013] 此外,酮羰基化合物的酮羰基含量可以采用GB/T6324.5-2008进行测试,具体测试条件:选取甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种的溶剂,通过蒸馏获得无碳基的上述溶剂,配置2-丁酮溶液,分别配置0ppm、5ppm、10ppm、15ppm、20ppm、25ppm、50ppm、100ppm的2-丁酮的标准比色溶液;各取2.0ml标准比色溶液分别置于不同的25ml的容量瓶,加入2.0ml 2,4-二硝基苯肼溶液,盖塞,在室温下反应(30±2)min,用氢氧化
钾溶液稀释至刻度,定容,放置(12±1)min;用1cm光程的比色皿,在480nm处,以水调整分光光度计零点,测定上述反应后的标准比色溶液的吸光度;以标准比色溶液的浓度(ppm)为横坐标,以测得吸光度为纵坐标绘制得到标准曲线;
称取一定量的酮羰基化合物精提物,选取甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种的无碳基溶剂,进行加热溶解;
取2.0ml的上述溶液,进行上述操作测得吸光度,并以2.0ml无碳基溶剂进行空白实验;
计算:酮羰基含量的质量分数ω,以酮羰基(CO)计,数值以%表示,按式II计算
式II
式中:
C1——与溶液吸光度对应的由标准曲线查得的酮羰基化合物的质量浓度,单位为ppm;
C0——与空白吸光度对应的由标准曲线查得的酮羰基化合物的质量浓度,单位为ppm;
M2——2-丁酮的摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[M1=72.11];
M1——酮羰基的摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[M2=28.01]。
[0014] 其中,所述聚酰胺树脂由二元胺和二元酸逐步缩聚而成,或由内酰胺开环聚合而成,或由
氨基酸逐步缩聚而成,或由二元胺、二元酸、内酰胺、氨基酸中的组分共聚而成;选自PA46、PA66、PA6、PA11、PA12、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212、PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA6I、PAMXD6、PA6I、PA66/6、PA6/66、PA6T/6I、PA6T/66中的一种或几种;优选为PA66、PA6、PA610、PA612、PA1010、PA11、PA12、PA66/6中的一种或几种;更优选为PA66、PA6、PA610、PA612、PA1010。
[0015] 其中,所述多元醇选自具有两个或更多的羟基官能团,数均分子量小于2000的化合物,优选为甘油、季戊四醇、二季戊四醇、二(三羟甲基)丙烷、三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚、三季戊四醇、双-三羟甲基丙烷、三羟甲基丙烷、1,1,1-三(羟甲基)丙烷、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、D-甘露糖醇、D-山梨醇、阿拉伯糖醇、木糖醇中的一种或几种;其中,数均分子量可采用凝胶渗透色谱法(GPC)分析。
[0016] 上述热塑性树脂组合物,还包括0-60份的填充剂,所述填充剂选自
纤维状填充剂、非纤维状填充剂、聚合物填充剂中的一种或几种;所述纤维状填充剂选自玻璃纤维、
碳纤维、有机纤维中的一种或几种;所述非纤维状填充剂选自氧化
铝、
炭黑、粘土、磷酸锆、
高岭土、碳酸
钙、铜、
硅藻土、
石墨、
云母、硅石、二氧化
钛、沸石、滑石、硅灰石中的一种或几种;所述聚合物填充剂选自玻璃珠和/或玻璃粉末。
[0017] 优选地,所述填充剂选自直径为7μm-14μm 的玻璃纤维,所述玻璃纤维选自玻璃短切纤维和/或玻璃长纤维。
[0018] 上述热塑性树脂组合物,还包括0-10份的其它添加剂;所述其它添加剂选自热稳定剂、抗氧剂、成核剂、抗静电剂、发泡剂、
润滑剂、
增塑剂、
着色剂、颜料中的一种或几种。
[0019] 所述热稳定剂为含铜复合物,更优选地,含铜复合物为一价和/或二价铜的卤化物和/或有机
螯合物与卤化钾的复合物,最优选地,含铜复合物为一价铜碘化物和碘化钾的复合物。
[0020] 所述抗氧剂包括仲芳胺、受阻胺、受阻酚、亚磷酸酯、硫酯化合物及它们的混合物。
[0021] 更优选地,所述仲芳胺为4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺(CAS:10081-67-1)。
[0022] 更优选地,所述的受阻胺为聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-双[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}(CAS:70624-18-9)。
[0023] 更优选地,所述受阻酚为1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)
丁烷(CAS:1843-03-4),1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸(CAS:27676-62-6),4,4'-亚丁基双(6-叔丁基间甲酚() CAS:85-60-9),β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(CAS:2082-79-3),四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(CAS:6683-
19-8),3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,
10-四氧杂螺[5.5]十一烷(CAS:90498-90-1)和1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(CAS:1709-70-2)中的至少一种;
更优选地,所述亚磷酸酯为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯(CAS:3806-34-6),双(2,
6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯(CAS:80693-00-1),2-2’-亚甲基双(4,6-二丁基-苄基)-2-乙基己基亚磷酸酯(CAS:126050-54-2),亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(CAS: 31570-04-4),亚磷酸三壬基苯酯(CAS:26523-78-4)和4,4'-对开异丙基二苯基 C12-15-醇亚磷酸酯(CAS:96152-48-6)中的至少一种;
更优选地,所述硫酯化合物为季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯() CAS:29598-76-3)。
[0024] 所述成核剂为颗粒粒径小于1μm的无机成核剂和有机成核剂及的一种或两种组成的复合成核剂;所述的无机成核剂优选为滑石粉,蒙脱土和碳酸钙中的至少一种;所述的有机成核剂为
苯甲酸钠,山梨醇二苄酯和
羧酸钠盐中的至少一种;所述抗静电剂乙酰化胺、单甘脂、聚醚酰胺等;
所述发泡剂选自碳酸钙、
碳酸氢钠;
所述润滑剂选自甘油酯、氧化聚乙烯、聚乙烯蜡、聚二甲基硅氧烷;所述增塑剂选自
柠檬酸酯、甘油、
大豆油;
所述颜料选自炭黑、苯胺黑。
[0025] 上述热塑性树脂组合物的制备方法,包括如下步骤:1)将聚酰胺树脂干燥至水分含量低于1500ppm;
2)按照配比将干燥后的聚酰胺树脂、多元醇、酮羰基化合物、填料、其它添加剂共混,然后经过双螺杆
挤出机在220℃-280℃的温度挤出、冷却、
造粒即得。
[0026] 上述热塑性树脂组合物在发动机引擎罩以下部件、增压空气冷却器、
油底壳、节温器、
汽缸盖、
谐振器、消声器、进气
歧管、触媒转换器
外壳、中冷器进气端、发动机冷却系统、水室端槽、中冷器、
风扇、护风圈等汽车零部件中的应用。
[0027] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过添加含有特定酮羰基含量的酮羰基化合物制备得到的热塑性树脂组合物,与仅添加特定含量的多元醇相比,该制备得到的热塑性树脂组合物具有优异的以热老化后的拉伸强度保持率表征的耐热氧老化性能,且在85%
相对湿度和85℃的环境舱中暴露7天仍然不出现抗析出泛白现象,避免了仅添加多元醇会老化条件下容易向模塑部件表面迁移,即析出泛白的问题。
具体实施方式
[0028] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明,以下
实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
[0029] 酮羰基化合物的数均分子量测试方法:酮羰基化合物精提物,使用选自甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种的色谱级溶剂,配置2mg/ml-10mg/ml的酮羰基化合物溶液,待充分溶解后过滤,
超声波对溶液及流动相脱除气泡,并确保注射器及
冲洗阀等仪器构造不含气泡,将该溶液进样,并通过凝胶渗透色谱可以测得酮羰基化合物的数均分子量和重均分子量及分子量分布。拉伸强度和断裂伸长率根据ISO 527-2/1A测得;抗析出泛白的测试方法:通过放置于85%相对湿度和85℃条件下的环境舱中,处理两
块10cm×10cm×4mm的测试板。24h后,将一块测试板从舱中取出,并且目视检查。用
ChromaVision MA100多
角度分光光度计测定110°反射下测得的L值。L为CIELAB色彩空间中白度的常见量度。记录测试板上前后四处的L值,并取平均值。在未处理的测试板上也进行L测定。处理的测试板的L平均值与未处理的测试板的L平均值之差为ΔL。7天后,将第二块测试板从舱中取出,同样测试L值和ΔL。
[0030] L值越高对应越泛白的表面。因此,ΔL表示被测表面由深至浅,泛白的变化。
[0031] 调查发现,通过目视观察,本领域普通技术人员可识别表1中所列的三种泛白程度,对应于分光测定方法测定的ΔL值。因此,在不能方便测定L值的情况下,采用目视观察评定抗析出泛白。
[0032] 表1 抗析出泛白表征热空气老化的测试方法:根据ISO 527-2/1A,通过模制成型制备的4mm厚测试棒、宽度
10mm,测试速度5mm/min,测试23℃在空气中的老化前及老化后拉伸强度(TS)(至少5个相同组成和形状样品测试结果的平均值)。热空气老化使用热老化箱,调节温度为150℃进行,在达到老化时间1000h后样品从老化箱取出,冷却至室温后用铝箔袋热密封,防止在评价力学性能之前吸收任何湿气。与老化前的对
应力学性能比较,计算出拉伸强度的保持率,并以百分比表示,记为老化后TS保持率。
[0033] 酮羰基化合物的酮羰基含量可以采用元素分析法进行测试,具体测试条件:为了测得酮羰基化合物中的酮羰基含量,须使用合适的溶剂将酮羰基化合物从组合物中分离提取,合适的溶剂选自甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种,将聚酰胺树脂溶解或溶胀,得到酮羰基化合物的溶液或沉淀物,将得到的溶液或沉淀物进行多次溶解并选择减压旋转蒸馏,获得酮羰基化合物精提物;酮羰基化合物精提物,使用选自甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种的色谱级溶剂,配置2mg/ml-10mg/ml的酮羰基化合物溶液,待充分溶解后过滤,超声波对溶液及流动相脱除气泡,并确保注射器及冲洗阀等仪器构造不含气泡,将该溶液进样,并通过凝胶渗透色谱可以测得酮羰基化合物的数均分子量和重均分子量及分子量分布;
酮羰基化合物精提物通过元素分析法可以测得碳元素、氧元素和氢元素所占比例,其中氧元素来源于羰基氧,其测得比例为ωoxygen,酮羰基化合物的酮羰基含量根据式I计算可得:
ω=ωoxygen×MCO/ MO 式I
其中,MCO为酮羰基的摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[MCO=28.01];
MO为氧原子的摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[MO=15.99]。
[0034] 此外,酮羰基化合物的酮羰基含量可以采用GB/T6324.5-2008进行测试,具体测试条件:选取甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种的溶剂,通过蒸馏获得无碳基的上述溶剂,配置2-丁酮溶液,分别配置0ppm、5ppm、10ppm、15ppm、20ppm、25ppm、50ppm、100ppm的2-丁酮的标准比色溶液;各取2.0ml标准比色溶液分别置于不同的25ml的容量瓶,加入2.0ml 2,4-二硝基苯肼溶液,盖塞,在室温下反应(30±2)min,用氢氧化钾溶液稀释至刻度,定容,放置(12±1)min;用1cm光程的比色皿,在480nm处,以水调整分光光度计零点,测定上述反应后的标准比色溶液的吸光度;以标准比色溶液的浓度(ppm)为横坐标,以测得吸光度为纵坐标绘制得到标准曲线;
称取一定量的酮羰基化合物精提物,选取甲苯、二甲苯、甲酸、乙酸、甲醇、正丁醇、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种的无碳基溶剂,进行加热溶解;
取2.0ml的上述溶液,进行上述操作测得吸光度,并以2.0ml无碳基溶剂进行空白实验;
计算:酮羰基含量的质量分数ω,以酮羰基(CO)计,数值以%表示,按式II计算
式II
式中:
C1——与溶液吸光度对应的由标准曲线查得的酮羰基化合物的质量浓度,单位为ppm;
C0——与空白吸光度对应的由标准曲线查得的酮羰基化合物的质量浓度,单位为ppm;
M2——2-丁酮的摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[M1=72.11];
M1——酮羰基的摩尔质量的数值,单位为克每摩尔(g/mol)[M2=28.01]。
[0035] 本发明中所使用的原料,但不仅限于如下原料:聚酰胺树脂:PA66:商品名为PA66 27AEXX,熔点为263℃,购自罗地亚;
酮羰基化合物:POK,M330A,产自韩国晓星集团,含丙烯共聚单体;
多元醇:二季戊四醇,DPE,购自Sigma-Aldrich;
甘油,GLY,购自Sigma-Aldrich;
二(三羟甲基)丙烷,DTP,购自Sigma-Aldrich;
三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚,TTE,购自Sigma-Aldrich;
1,1,1-三(羟甲基)丙烷,THP,购自Sigma-Aldrich;
1,1,1-三(羟甲基)乙烷,THE,购自Sigma-Aldrich;
填充剂:玻纤:EC11-3.0,直径10um,产自台湾必成公司;
其它添加剂:润滑剂:N-十八烷基-13-二十二酰胺,购自瑞尔丰公司;
CU Complex:含铜复合物,8份碘化钾和1份碘化铜的混合物;
黑颜料A:炭黑,HIBLACK 600L,购自Orion;
黑颜料B:苯胺黑,L0080,购自巴斯夫。
[0036] 实施例1-9及对比例1-9:热塑性树脂组合物的制备将聚酰胺树脂经干燥至水分含量低于1500ppm;按照表2的配比将干燥后的聚酰胺树脂、多元醇、酮羰基化合物、填料及其它添加剂共混,然后经过双
螺杆挤出机在220℃-280℃的温度挤出、冷却、造粒即得热塑性树脂组合物;测试该热塑性树脂组合物的酮羰基含量、抗析出泛白表征、老化后TS保持率、测试结果如表2所示。
[0037] 表2 实施例1-9及对比例1-9的具体配比(重量份)及其测试性能结果续表2