增强的聚邻苯二甲酰胺/聚苯醚组合物、其制备方法及由其制备的制品
阅读说明:本技术 增强的聚邻苯二甲酰胺/聚苯醚组合物、其制备方法及由其制备的制品 (Reinforced polyphthalamide/polyphenylene ether compositions, methods of making the same, and articles made therefrom ) 是由 姜思光 张伟 于 2019-06-25 设计创作,主要内容包括:一种增强组合物包含特定量的增容共混物,该共混物包含聚酰胺、聚苯醚、足以实现增容的量的官能化试剂和可选的高抗冲聚苯乙烯,其中,聚酰胺与聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯的重量比为1:2至3:1。增强组合物还包含玻璃纤维,该玻璃纤维具有在1MHz至1GHz的频率下小于5.0的介电常数和在1MHz至1GHz的频率下小于0.002的耗散因子。组合物具有在1MHz至5GHz的频率下小于4的介电常数和在1MHz至5GHz的频率下小于0.012的耗散因子。(A reinforced composition comprises specific amounts of a compatibilized blend comprising a polyamide, a polyphenylene ether, a functionalizing agent in an amount sufficient to achieve compatibilization, and optionally a high impact polystyrene, wherein the weight ratio of polyamide to polyphenylene ether and high impact polystyrene is from 1:2 to 3: 1. The reinforcing composition also includes glass fibers having a dielectric constant of less than 5.0 at frequencies from 1MHz to 1GHz and a dissipation factor of less than 0.002 at frequencies from 1MHz to 1 GHz. The composition has a dielectric constant of less than 4 at frequencies from 1MHz to 5GHz and a dissipation factor of less than 0.012 at frequencies from 1MHz to 5 GHz.)
背景技术
介电性能是选择用于电子和电信应用的合适塑料材料的一个考虑因素。期望提供适于暴露于高频环境(例如,在10-100GHz的范围内)的材料。具有较高介电常数(Dk)和耗散因子(Df)的聚合物材料实质上将吸收更多的电磁能量,从而影响电磁波的强度和相位。
然而,除了介电性能之外,用于这类组件的塑料还应当具有某些机械性能特征,包括高模量和高冲击强度。通过添加填料诸如玻璃纤维、碳纤维和陶瓷可以赋予聚合物材料改善的机械性能。然而,典型的填料倾向于提高的介电性能(Dk和Df)性能。
因此,继续需要能够解决上述技术限制的新组合物。具体地,提供具有良好介电性能同时还保持良好机械性能的组合物将是特别有用的。
发明内容
增强组合物(reinforced composition,增强的组合物)包含40至80重量百分数的增容共混物(compatibilized blend),该共混物包含聚酰胺,聚苯醚(polyphenyleneether,聚亚苯基醚)、高抗冲聚苯乙烯(high impact polystyrene,高冲击聚苯乙烯)或它们的组合,以及足以实现增容的量的官能化试剂(functionalizing agent,官能化剂),其中,聚酰胺与聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯的重量比为1:2至3:1;以及20至60重量的玻璃纤维,该玻璃纤维具有在1MHz至1GHz的频率下小于5.0的介电常数和在1MHz至1GHz的频率下小于0.002的耗散因子(dissipation factor,耗散因数,损耗因数);其中,每种组分的重量百分数是基于组合物的总重量;并且其中,组合物具有在1MHz至5GHz的频率下小于4的介电常数和在1MHz至5GHz的频率下小于0.012的耗散因子。
一种用于制备增强组合物的方法,该方法包括熔融混合增强组合物的组分;以及可选地,挤出增强组合物。
一种制品包含增强组合物。
通过下面的详细描述举例说明上述特征和其他特征。
具体实施方式
本发明人已经发现,包含特定量的聚酰胺和聚苯醚的增容共混物以及具有低介电常数(Dk)和低耗散因子(Df)的玻璃纤维的组合物可以有利地表现出优异的介电性能同时良好地保持机械性能。
因此,本公开的一方面是增强组合物。组合物包含增容共混物,该共混物包含:聚酰胺;聚苯醚、高抗冲聚苯乙烯或它们的组合;以及足以实现增容的量的官能化试剂。
聚酰胺(也称为尼龙)的特征在于多个酰胺(-C(O)NH-)基团的存在并且在Galluci的美国专利号4,970,272中进行了描述。聚酰胺可以包括脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、聚酰胺弹性体及其混合物。在一些实施方式中,聚酰胺包括芳香族聚酰胺。在一些实施方式中,聚酰胺包括聚(C1-12亚烷基二羧酸酯)(poly(C1-12 alkylenedicarboxylate),聚(二羧酸C1-12亚烷基酯))。具体的聚酰胺包括聚酰胺-6、聚酰胺-6,6、聚酰胺-4、聚酰胺-4,6、聚酰胺-12、聚酰胺-6,10、聚酰胺-6,9、聚酰胺-6,12、无定形聚酰胺、三胺含量低于0.5重量百分数的聚酰胺-6,6/6T和聚酰胺-6/6T、聚酰胺-9T、聚酰胺-10,10、聚邻苯二甲酰胺、以及它们的组合。在一些实施方式中,聚酰胺包括聚酰胺-10、聚酰胺-10,10、或它们的混合物。在一些实施方式中,聚酰胺包括聚酰胺-10,10。在一些实施方式中,聚酰胺包括聚酰胺-10和聚酰胺-10,10。聚酰胺是从多种来源可商购的。
在一些实施方式中,聚酰胺包括聚邻苯二甲酰胺。聚邻苯二甲酰胺包含具有下式的重复单元:
其中,Q1在每次出现时独立地是支化或未支化的脂环族C4-8烷基。在一些实施方式中,Q1在每次出现时独立地是1,6-己基。聚邻苯二甲酰胺是对苯二甲酸和胺、间苯二甲酸和胺,或者对苯二甲酸、间苯二甲酸的组合和胺的缩合产物。当采用多于一种二胺时,二胺的比例可以影响得到的聚合物的一些物理性质,诸如,熔融温度。当采用多于一种酸时,酸的比例也可以影响得到的聚合物的一些物理性质。尽管一种或者另一种的过量可以用于确定端基官能度(functionality,官能性),但是二胺与二羧酸的比例通常是等摩尔的。此外,反应还可以包括一元胺和一元羧酸,它们的作用为链终止剂并且至少部分地确定端基官能度。在一些实施方式中,优选的是具有大于或等于约30毫当量/克(meq/g),或者更具体地,大于或等于约40meq/g的胺端基含量。
在一些实施方式中,聚邻苯二甲酰胺是还包含下式单元的嵌段共聚物或无规共聚物:
其中,Q2和Q3在每次出现时独立地是支化或未支化的脂环族C4-12烷基。Q2和Q3可以是相同或不同的脂环族C4-12烷基。
聚邻苯二甲酰胺具有大于或等于80℃、或者大于或等于100℃、或者大于或等于120℃的玻璃化转变温度(Tg)。聚邻苯二甲酰胺还具有290至330℃的熔融温度(Tm)。在此范围内,Tm可以大于或等于300℃。在此范围内,Tm也可以小于或等于325℃。
基于组合物的总重量,聚酰胺可以以15至60重量百分数的量存在。在此范围内,聚酰胺的量可以大于或等于20重量百分数、或者大于或等于30重量百分数。而且在此范围内,聚酰胺的量可以小于或等于55重量百分数、或者小于或等于45重量百分数。在特定实施方式中,聚酰胺可以以32至50重量百分数的量存在。在另一特定实施方式中,聚合物可以以15至45重量百分数的量存在。
除了聚酰胺之外,增容共混物包括聚苯醚、高抗冲聚苯乙烯、或它们的组合。适合的聚苯醚包括含具有下式的重复结构单元的那些:
其中,每次出现的Z1独立地是卤素、未取代或取代的C1-12烃基,条件是烃基不是叔烃基、C1-12烃硫基、C1-12烃氧基或C2-12卤代烃氧基,其中,至少两个碳原子将卤素和氧原子隔开;并且每次出现的Z2独立地是氢、卤素、未取代或取代的C1-12烃基,条件是烃基不是叔烃基、C1-12烃硫基、C1-12烃氧基或C2-12卤代烃氧基,其中,至少两个碳原子将卤素和氧原子隔开。作为一个实例,Z1可以是由端部3,5-二甲基-1,4-苯基与氧化聚合催化剂的二正丁胺组分反应形成的二正丁基氨甲基。
聚苯醚可以包含具有通常位于羟基邻位的含氨基烷基端基的分子。还经常存在的是四甲基联苯醌(TMDQ)端基,其通常由其中存在四甲基联苯醌副产物的含2,6二甲基苯酚的反应混合物获得。聚苯醚可以为均聚物、共聚物、接枝共聚物、离聚物、或嵌段共聚物、以及它们的组合的形式。
在一些实施方式中,聚苯醚具有通过乌氏(Ubbelohde)粘度计在25℃下在氯仿中测量的0.25至1分升/克的特性粘度。在这个范围之内,聚苯醚的特性粘度可以是0.3至0.65分升/克,更具体地,0.35至0.5分升/克,甚至更具体地,0.4至0.5分升/克。
在一些实施方式中,聚苯醚包括选自由2,6-二甲基苯酚、2,3,6-三甲基苯酚以及它们的组合组成的组的单体的均聚物或共聚物。在一些实施方式中,聚苯醚包含具有在25℃下在氯仿中测量的约0.35至约0.5分升/克,具体地,约0.35至约0.46分升/克的特性粘度的聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether),聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚))。在一些实施方式中,聚苯醚包含2,6-二甲基苯酚和2,3,6-三甲基苯酚的共聚物。在一些实施方式中,2,6-二甲基苯酚和2,3,6-三甲基苯酚的共聚物可以包含约5至约30重量百分数的2,3,6-三甲基-1,4-苯醚重复单元和约70至约95重量百分数的2,6-二甲基-1,4-苯醚重复单元。合适的聚苯醚均聚物可以例如PPOTM 640和646从SABIC商购获得,并且XYRONTM S201A和S202A从Asahi Kasei Chemicals Corporation商购获得。
可以通过氧化偶联单羟基芳香族化合物(诸如2,6-二甲苯酚和/或2,3,6-三甲基苯酚)制备聚苯醚。催化剂体系通常用于此种偶联;它们可以包含重金属化合物,诸如,铜、锰或钴化合物,通常与各种其他材料(诸如,仲胺、叔胺、卤化物或者前述两种或更多种的组合)组合。
聚苯醚的一部分可以用如下所描述的多官能化合物(官能化试剂)进行官能化。在制备组合物之前可以将聚苯醚官能化或者可以作为制备组合物的部分进行官能化。此外,在官能化之前,可以挤出聚苯醚,例如以形成粒料。聚苯醚也可以与不被官能化干扰的其他添加剂一起熔融混合。这种类型的示例性添加剂包括流动促进剂等。
在一些实施方式中,基于聚苯醚的总重量,聚苯醚可以包含0.1重量百分数至90重量百分数的衍生自官能化试剂的结构单元。在此范围内,基于聚苯醚的总重量,聚苯醚可以包含小于或等于80重量百分数,或更具体地,小于或等于70重量百分数的衍生自官能化试剂的结构单元。
聚苯醚可以具有3,000至40,000克/摩尔(g/mol)的数均分子量和5,000至80,000g/mol的重均分子量,如通过凝胶渗透色谱法,使用单分散聚苯乙烯标准品、40℃下的苯乙烯二乙烯基苯凝胶和具有1毫克/毫升氯仿的浓度的样品测定的。聚苯醚或聚苯醚的组合具有0.1至0.60分升/克(dl/g)的初始特性粘度,如在25℃下在氯仿中测量的。初始特性粘度被定义为聚(苯醚)在与组合物的其他组分熔融混合之前的特性粘度,并且最终特性粘度被定义为聚苯醚在与组合物的其他组分熔融混合之后的特性粘度。如本领域中的普通技术人员所理解的,聚苯醚的粘度在熔融混合之后可以至高达30%更高。增加的百分数可以通过(最终特性粘度–初始特性粘度)/初始特性粘度计算得出。当使用两种初始特性粘度时,在一定程度上将取决于所用聚苯醚精确的特性粘度和所需的最终物理性质来确定精确的比例。
增容共混物可以包括基于组合物的总重量的4至40重量百分数的量的聚苯醚。在此范围内,聚苯醚的量可以大于或等于8重量百分数、或者大于或等于15重量百分数、或者大于或等于25重量百分数。同样在此范围内,聚苯醚的量可以小于或等于35重量百分数、或者小于或等于30重量百分数、或者小于或等于15重量百分数、或者小于或等于10重量百分数。在特定实施方式中,聚苯醚的量可以是25至40重量百分数。在另一特定实施方式中,聚苯醚的量可以是4至10重量百分数。
使用官能化试剂形成增容共混物。当在本文中使用时,表述“官能化试剂”是指与聚苯醚、聚酰胺树脂或者两者相互作用的多官能化合物。这种相互作用可以是化学的(例如,接枝)或物理的(例如,影响分散相的表面特性)。在任一实例中,得到的增容的聚邻苯二甲酰胺/聚苯醚组合物似乎显示改善的增容性,特别地,如通过提高的冲击强度、模具针织线强度(mold knit line strength)或伸长率所证明的。如本文中使用的,表述“增容的聚邻苯二甲酰胺/聚苯醚共混物”是指已经利用官能化试剂物理地和/或化学地增容的那些组合物。
官能化试剂包含作为两种类型中的一种的多官能化合物。第一类型在分子中具有(a)碳-碳双键以及(b)至少一个羧酸、酸酐、环氧、酰亚胺、酰胺、酯基团或者其官能等效物。此种多官能化合物的实例包括马来酸、马来酸酐、富马酸、马来酰肼、二氯马来酸酐、以及不饱和的二羧酸(例如,丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、叔乙基丙烯酸、戊烯酸)。在一些实施方式中,官能化试剂包含马来酸酐或富马酸。
第二类型的多官能的官能化试剂化合物的特征在于具有(a)由式(OR)表示的基团,其中,R是氢或C1-12烷基、C6-20芳基、C2-12酰基或羰基二氧基以及(b)至少两个基团,每个基团可以相同或不同,选自羧酸、酰基卤、酸酐、酰基卤酸酐、酯、原酸酯、酰胺、亚氨基(imido)、氨基及其盐。典型的这类官能化试剂是由下式表示的脂肪族多元羧酸、酸酯和酰胺(acid amide,酸酰胺):
(RIO)mR(COORII)n(CONRIIIRIV)s
其中,R是具有2至20,或者更具体地,2至10个碳原子的直链或支链饱和的脂肪族烃;RI是氢或具有1至10,或者更具体地,1至6,或者甚至更具体地,1至4个碳原子的羰基二氧基(carbonyl dioxy)、烷基、芳基、或酰基;每个RII独立地是氢或具有1至20,或者更具体地,1至10个碳原子的烷基或芳基;每个RIII和RIV独立地是氢或具有1至10,或者更具体地,1至6,或者甚至更具体地,1至4个碳原子的烷基或芳基;m等于1并且(n+s)大于或等于2,或更具体地,等于2或3,并且n和s各自大于或等于零,并且其中,(ORI)是羰基的α或β并且至少两个羰基由2至6个碳原子隔开。显而易见,当相应的取代基具有少于6个碳原子时,RI、RII、RIII和RIV不可以是芳基。
例如,合适的多元羧酸(polycarboxylic acid,聚羧酸,多羧酸)包括柠檬酸、苹果酸、松蕈酸;包括其各种商品形式,诸如,例如无水酸和水合酸;以及包括前述中的一种或多种的组合。在一些实施方式中,官能化试剂包含柠檬酸。例如,本文中有用的举例说明的酯包括柠檬酸乙酰基酯、柠檬酸单硬脂基酯和/或二硬脂基酯等。例如,在本文中有用的适合的酰胺包括:N,N'-二乙基柠檬酸酰胺;N-苯基柠檬酸酰胺;N-十二烷基柠檬酸酰胺;N,N'-双十二烷基柠檬酸酰胺和N-十二烷基苹果酸。衍生物包含它们的盐,包含与胺的盐以及碱金属和碱性金属盐。示例性适合的盐包括苹果酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钾和柠檬酸钾。
前述官能化试剂可以直接添加至熔融共混物或者与聚苯醚和聚酰胺中任一种或两者预反应。在一些实施方式中,至少一部分官能化试剂与所有或者部分的聚苯醚在熔融物中或者在合适溶剂的溶液中发生预反应。据信,此种预反应可以导致官能化试剂与聚合物反应,并且因此将聚苯醚官能化。例如,聚苯醚可以与马来酸酐、富马酸和/或柠檬酸预反应以便形成酸酐或酸官能化的聚苯醚,与非官能化的聚苯醚相比,官能化的聚苯醚与聚酰胺具有改善的增容性。
使用的官能化试剂的量将取决于选择的具体的官能化试剂以及它添加至其中的具体的聚合物系统。
在一些实施方式中,基于组合物的总重量,以0.05至2.0重量百分数的量采用官能化试剂。在此范围内,官能化试剂的量可以大于或等于0.1,或者更具体地,大于或等于0.2,或者更具体地,大于或等于0.3重量百分数。而且在此范围内,官能化试剂的量也可以小于或等于1.75,或者更具体地,小于或等于1.5重量百分数,或者更具体地,小于或等于0.9重量百分数。
增容共混物还可以可选地包括高抗冲聚苯乙烯,该高抗冲聚苯乙烯也可以称为橡胶改性的聚苯乙烯。在一些实施方式中,高抗冲聚苯乙烯可以与聚苯醚组合使用。在一些实施方式中,可以使用高抗冲聚苯乙烯代替聚苯醚。在一些实施方式中,不存在高抗冲聚苯乙烯。
高抗冲聚苯乙烯(“HIPS”)包含聚苯乙烯和聚丁二烯。在一些实施方式中,基于橡胶改性的聚苯乙烯的重量,高抗冲聚苯乙烯包含80至96重量百分数的聚苯乙烯,具体地,88至94重量百分数的聚苯乙烯;以及4至20重量百分数的聚丁二烯,具体地,6至12重量百分数的聚丁二烯。在一些实施方式中,高抗冲聚苯乙烯具有10至35百分数的有效凝胶含量。例如,合适的高抗冲聚苯乙烯作为HIPS3190从SABIC可商购获得。
当存在时,基于组合物的总重量,高抗冲聚苯乙烯可以以1至20重量百分数的量存在。在此范围内,高抗冲聚苯乙烯的量可以是2至12重量百分数,或3至10重量百分数,或4至10重量百分数,或4至9.5重量百分数。
聚酰胺、聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯可以以上述量存在,条件是聚酰胺与聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯的重量比(即,聚酰胺:(聚苯醚+高抗冲聚苯乙烯)的重量比)是1:2至3:1。
在特定实施方式中,增容共混物包括聚酰胺和聚苯醚,优选地,其中,增容共混物包含20至60重量百分数的聚酰胺和10至40重量百分数的聚苯醚。在另一特定实施方式中,增容共混物包含聚酰胺、聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯,优选地,其中,增容共混物包含20至60重量百分数的聚酰胺、1至39重量百分数的聚苯醚和1至20重量百分数的高抗冲聚苯乙烯。
除了增容共混物,本公开的增强组合物还包含低介电常数(Dk)/低耗散因子(Df)玻璃纤维组分。玻璃纤维组分可以是E-玻璃、S-玻璃、AR-玻璃、T-玻璃、D-玻璃或R-玻璃。优选地,玻璃纤维具有在从1MHz至1GHz的频率下小于5的介电常数和在从1MHz至1GHz的频率下小于0.002的Df。在另一方面,玻璃纤维具有在1MHz至1GHz的频率下小于0.0001的Df。可以例如通过蒸汽或空气吹送、火焰吹送和机械牵拉来制造玻璃纤维。用于本公开的组合物的示例性玻璃纤维可以通过机械牵拉来制造。
玻璃纤维可以是上浆(sized,上胶,尺寸化的)或未上浆的。上浆玻璃纤维是在它们的表面上涂覆有上浆组合物,其加以选择为与增容混合物的增容(compatibility,相容)。上浆组合物有助于聚酰胺/聚苯醚共混物在纤维束上的浸润和浸透并且有助于在增强组合物中获得所期望的物理特性。
在一些实施方式中,玻璃纤维是用涂覆剂上浆的。例如,涂覆剂可以基于玻璃纤维的重量以0.1至5wt.%的量、或者基于玻璃纤维的重量以0.1至2wt.%的量存在。
在制备玻璃纤维时,可以同时形成许多细丝(filament,长丝),用涂覆剂来上浆,并且然后集束成股线。替代性地,股线本身可以首先形成细丝,并且然后上浆。采用的上浆量通常是足以将玻璃细丝粘结成连续股线的量,并且例如,可以基于玻璃纤维的重量是0.1至5wt.%、或0.1至5wt.%、或0.1至2wt.%、或0.1至2wt.%。
玻璃纤维可以是连续的或短切的。玻璃纤维可以优选地被短切。短切股线形式的玻璃纤维可以具有0.3毫米(mm)至10厘米(cm)、或0.5mm至5cm、或0.5毫米至5厘米、或1.0mm至2.5cm、或0.2至20mm、或0.2至10mm、或0.7至7mm、或0.7至7mm的长度。
玻璃纤维可以具有圆(或圆形)、扁平或不规则的截面。在一些实施方式中,玻璃纤维具有圆形截面。在一些实施方式中,玻璃纤维的直径是1至20微米(微米,μm)、或4至15μm、或1至15μm、或7至15μm。
增强组合物包括20至60重量百分数的玻璃纤维组分。在此范围内,玻璃纤维的量可以是25至55重量百分数,或30至50重量百分数。
玻璃纤维是低介电常数(Dk)/低耗散因子(Df)玻璃纤维。具体地,玻璃纤维具有在1MHz至1GHz的频率下小于5.0的Dk和在1MHz至1GHz的频率下小于0.002的Df。在另一方面,玻璃纤维具有在1MHz至1GHz的频率下小于0.0001的Df。
在特定实施方式中,适合使用的玻璃纤维可以包括但不限于HL-玻璃纤维ECS303N-3-K/HL和/或ECS301HP-3-K/HL,可获自Chongqing Polycomp InternationalCorp.(CPIC)。当根据IEC 60250-1969测试时,这种纤维在1MHz下具有4.6的Dk并且在1MHz下具有小于0.001的Df。
除了增容共混物和玻璃纤维之外,增强组合物还可以可选地包括抗冲改性剂。抗冲改性剂优选地是烯基芳香族单体和共轭二烯的氢化嵌段共聚物。简洁起见,该组分被称为“氢化嵌段共聚物”。基于氢化嵌段共聚物的重量,氢化嵌段共聚物可以包含10至90重量百分数的聚(烯基芳香族化合物)(poly(alkenyl aromatic))含量和90至10重量百分数的氢化聚(共轭二烯)含量。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物是低聚(烯基芳香族化合物含量)氢化嵌段共聚物(low poly(alkenyl aromatic content)hydrogenated blockcopolymer),其中,聚(烯基芳香族化合物)含量是10至小于40重量百分数、或20至35重量百分数、或25至35重量百分数、又或30至35重量百分数,所有这些都是基于低聚(烯基芳香族化合物)含量氢化嵌段共聚物的重量。在其它实施方式中,氢化嵌段共聚物是高聚(烯基芳香族化合物含量)氢化嵌段共聚物(high poly(alkenyl aromatic content)hydrogenatedblock copolymer),其中,聚(烯基芳香族化合物)含量是40至90重量百分数、或50至80重量百分数、或60至70重量百分数,所有这些都是基于高聚(烯基芳香族化合物含量)氢化嵌段共聚物的重量。
在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物具有40,000至400,000克/摩尔的重均分子量。数均分子量和重均分子量可以由凝胶渗透色谱法确定并且基于与聚苯乙烯标准的比较。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物具有200,000至400,000克/摩尔、或220,000至350,000克/摩尔的重均分子量。在其他实施方式中,氢化嵌段共聚物具有40,000至200,000克/摩尔、或40,000至180,000克/摩尔、或40,000至150,000克/摩尔的重均分子量。
用于制备氢化嵌段共聚物的烯基芳香族单体可以具有以下结构
其中,R1和R2各自独立地代表氢原子、C1-8烷基、或C2-8烯基;R3和R7各自独立地代表氢原子、C1-8烷基、氯原子、或溴原子;并且R4、R5、和R6各自独立地代表氢原子、C1-8烷基、或C2-8烯基,或者R4和R5与中心芳香族环一起形成萘基,或者R5和R6与中心芳香族环一起形成萘基。例如,具体的烯基芳香族单体包括苯乙烯、氯苯乙烯(诸如,对氯苯乙烯)、甲基苯乙烯(诸如,α-甲基苯乙烯和对甲基苯乙烯)、以及叔丁基苯乙烯(诸如,3-叔丁基苯乙烯和4-叔丁基苯乙烯)。在一些实施方式中,烯基芳香族单体是苯乙烯。
用于制备氢化嵌段共聚物的共轭二烯可以是C4-20共轭二烯。合适的共轭二烯包括例如1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、1,3-己二烯等、以及它们的组合。在一些实施方式中,共轭二烯是1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、或它们的组合。在一些实施方式中,共轭二烯是1,3-丁二烯。
氢化嵌段共聚物是包含(A)至少一个衍生自烯基芳香族化合物的嵌段和(B)至少一个衍生自共轭二烯的嵌段的共聚物,其中,嵌段(B)中的脂肪族不饱和基团含量通过氢化至少部分降低。在一些实施方式中,(B)嵌段中的脂肪族不饱和度降低至少50%,或至少70%。嵌段(A)和(B)的排列包括直链结构、接枝结构、以及具有或不具有支链的径向远嵌段结构(radial teleblock structure)。直链嵌段共聚物包括锥形直链结构和非锥形直链结构。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物具有锥形直链结构。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物具有非锥形直链结构。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物包括含有烯基芳香族单体的无规结合的(B)嵌段。直链嵌段共聚物结构包括二嵌段(A-B嵌段)、三嵌段(A-B-A嵌段或B-A-B嵌段)、四嵌段(A-B-A-B嵌段)和五嵌段(A-B-A-B-A嵌段或B-A-B-A-B嵌段)结构以及含有总共6个或更多个嵌段的(A)和(B)直链结构,其中,每个(A)嵌段的分子量可以与其他(A)嵌段的分子量相同或不同,并且每个(B)嵌段的分子量可以与其他(B)嵌段的分子量相同或不同。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物是二嵌段共聚物、三嵌段共聚物、或它们的组合。
在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物不包含烯基芳香族化合物和共轭二烯之外的单体残基。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物由衍生自烯基芳香族化合物和共轭二烯的嵌段组成。它不包括从这些或任何其他的单体形成的接枝物。它还由碳原子和氢原子组成并且因此不包括杂原子。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物包含一种或多种酸官能化试剂,诸如,马来酸酐的残基。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物包括聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯三嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)二嵌段共聚物、或它们的组合。
在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物是聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯三嵌段共聚物,其具有基于聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯三嵌段共聚物的重量为25至35重量百分数的聚苯乙烯含量。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物是聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)二嵌段共聚物,其具有基于聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)二嵌段共聚物的重量为35至55重量百分数的聚苯乙烯含量。
本领域已知用于制备氢化嵌段共聚物的方法,并且许多氢化嵌段共聚物是商业可获得的。示例性的可商购的氢化嵌段共聚物包括:从Kraton Performance Polymers Inc.可获得的聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)二嵌段共聚物,如KRATONTM G1701(具有37重量百分数聚苯乙烯)和G1702(具有28重量百分数聚苯乙烯);从Kraton Performance Polymers Inc.可获得的聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯三嵌段共聚物,如KRATONTM G1641(具有33重量百分数聚苯乙烯)、G1650(具有30重量百分数聚苯乙烯)、G1651(具有33重量百分数聚苯乙烯)和G1654(具有31重量百分数聚苯乙烯);以及从Kuraray可获得的聚苯乙烯-聚(乙烯-乙烯/丙烯)-聚苯乙烯三嵌段共聚物,如SEPTONTM S4044、S4055、S4077以及S4099。其他可商购的氢化嵌段共聚物包括:从Dynasol可获得的聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯(SEBS)三嵌段共聚物,如CALPRENETM H6140(具有31重量百分数聚苯乙烯)、H6170(具有33重量百分数聚苯乙烯)、H6171(具有33重量百分数聚苯乙烯)和H6174(具有33重量百分数聚苯乙烯);以及从Kuraray可获得的SEPTONTM 8006(具有33重量百分数聚苯乙烯)和8007(具有30重量百分数聚苯乙烯);从Kuraray可获得的聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-聚苯乙烯(SEPS)共聚物,如SEPTONTM 2006(具有35重量百分数聚苯乙烯)和2007(具有30重量百分数聚苯乙烯);以及从Kraton Performance Polymers Inc.可获得的这些氢化嵌段共聚物的充油化合物,如KRATONTM G4609(含有45%的矿物油,并且SEBS具有33重量百分数的聚苯乙烯)和G4610(含有31%的矿物油,并且SEBS具有33重量百分数的聚苯乙烯);以及从Asahi可获得的TUFTECTMH1272(含有36%的油,并且该SEBS具有35重量百分数的聚苯乙烯)。可以使用两种或更多种氢化嵌段共聚物的混合物。在一些实施方式中,氢化嵌段共聚物包含具有至少100,000克/摩尔、或200,000至400,000克/摩尔的重均分子量的聚苯乙烯聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯三嵌段共聚物。
当存在时,组合物包含基于该组合物的总重量的0.1至10重量百分数的量的氢化嵌段共聚物。在这个范围之内,氢化嵌段共聚物量可以是0.5至10重量百分数,或1至9重量百分数。
组合物还可以可选地包括一种或多种其他添加剂。有用的添加剂包括例如抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收添加剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、加工助剂、抗静电剂、防雾剂、抗微生物剂、着色剂、表面效应添加剂、辐射稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、水稳定剂(hydrostabilizer,加氢稳定剂,对水稳定剂)、或包含前述中的至少一种的组合。在一些实施方式中,组合物还可以包括抗氧化剂、热稳定剂、水稳定剂、紫外光稳定剂、加工助剂、或包含前述中的至少一种的组合。可以以不会不可接受地减损组合物的期望性能和物理性质的量添加添加剂。通常,基于组合物的总重量,添加剂的总量将小于或等于5重量百分数。
在一个方面,组合物可以任选地不包括激光直接结构化添加剂,例如,金属氧化物,并且具体地,包含镁、铜、钴、锡、钛、铁、铝、铬等或其组合的金属氧化物。可以从本发明组合物中不包括的其他激光直接结构化添加剂也可以包括混合的金属氧化物、金属磷酸盐、金属氢氧化物氧化物、金属氢氧化物磷酸盐和金属硫化物氧化物。可以从本发明组合物中不包括的特定激光直接结构化添加剂可以包括例如铜铬氧化物、铜氧化物、氢氧化铜磷酸盐(copper hydroxide phosphate,铜氢氧化物磷酸盐)、氢氧化锡磷酸盐(tinhydroxide phosphate,锡氢氧化物磷酸盐)、磷酸锡、磷酸铜、碱性磷酸铜、磷酸锡等或它们的组合。
有利地,本公开的增强组合物表现出良好的介电性能。例如,组合物在1MHz至1GHz的频率下具有小于4的介电常数(Dk)并且在1MHz至1GHz的频率下具有小于0.012的耗散因子(Df)。此外,本公开的组合物保持良好的机械性能和加工性能。感兴趣的机械和加工性能包括但不限于缺口和无缺口悬臂梁冲击强度(根据ASTM D256测试)、挠曲模量和挠曲强度(根据ASTM D790测试)、以及拉伸模量/强度/伸长率(根据ASTM D638测试),如在以下工作实施例中进一步描述的。
组合物可以通过熔融共混或熔融捏合组合物的组分来制备。熔融共混或熔融捏合可以使用普通设备,诸如,带式共混机、HENSCHELTM混合器、BANBURYTM混合器、鼓式桶(drumtumbler)、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、共捏合机等进行。例如,本发明的组合物可以通过在270至310℃、或280至300℃的温度下在双螺杆挤出机中熔融共混组分来制备。
组合物还可用于形成各种制品,包括汽车、电气和电子组件。在一些实施方式中,组合物可用于形成消费电子装置的组件。形成这样的制品的适合的方法包括单层和多层板材挤出、注射成型、吹塑、薄膜挤出、型材挤出、拉挤成型、压缩成型、热成形、压力成形、液压成形、真空成形等。可以使用上述的制品制造方法的组合。
通过以下实施例进一步说明本公开,该实施例是非限制性的。
实施例
在表1中描述在以下实施例中使用的材料。
表1
对于每个实施例,使用表2中总结的参数将所有组分共混在一起并且在37毫米双螺杆挤出机上挤出。
表2
参数
单位
实施例1-9
实施例10
实施例11
区域1温度
℃
50
50
50
区域2温度
℃
250
100
200
区域3温度
℃
300
220
280
区域4温度
℃
300
220
280
区域5温度
℃
300
220
280
区域6温度
℃
310
220
280
区域7温度
℃
320
220
280
区域8温度
℃
320
220
280
区域9温度
℃
320
220
280
区域10温度
℃
320
220
280
区域11温度
℃
325
220
280
模头(die)温度
℃
330
220
280
螺杆转速
rpm
300
300
300
吞吐量
kg/h
40
30
30
使用表3中总结的条件模制测试样品
表3
参数
单位
实施例1-9
实施例10
实施例11
Cnd:预干燥时间
小时
5
4
4
Cnd:预干燥温度
℃
120
100
100
料斗温度
℃
310
250
280
区域1温度
℃
315
250
280
区域2温度
℃
320
250
280
区域3温度
℃
320
250
280
喷嘴温度
℃
320
250
290
模具温度
℃
110
80
80
介电常数(Dk)和耗散因子(Df)使用QWED分体后介质谐振器在1.9GHz下测试。
根据ASTM D256,使用5lbf/ft的摆锤能量,在23℃测试冲击性能(缺口或无缺口悬臂梁)。
根据ASTM D638使用50mm/min的测试速度进行拉伸测试。
根据ASTM D790,使用具有3.2mm的厚度、100mm的跨度的测试样品和2.54mm/min的测试速度测试挠曲特性。
表4示出了每个实施例的组合物和特性。每种组分的量是基于组合物的总重量的重量百分数。
表4
“*”表示对比例
表4的实施例2-3是包括PPE和抗冲改性剂的玻璃纤维增强的含聚邻苯二甲酰胺的组合物的代表性制剂。与比较例1的玻璃纤维增强的PA6T/66复合材料相比,在实施例2的制剂中添加PPE(PA6T/66与PPE的比例为1:1)显著降低了Dk和Df值。大部分机械特性得以保持。为了改善实施例2的冲击性能,在实施例3的制剂中添加5wt%抗冲改性剂,并且与实施例2相比,缺口冲击强度改善了约27%。对于实施例3,Dk和Df值也进一步降低。
表4的实施例5是玻璃纤维增强的聚邻苯二甲酰胺/聚苯醚共混物的代表性制剂。如表4所示,在实施例5的低Dk/Df玻璃纤维载荷水平为50%的制剂中加入PPE(PPA与PPE的比例为1:2),改变介电和机械性能。Dk降低0.29,Df降低约46%,这表明在高玻璃纤维载荷下,PPE的添加降低了Dk/Df性能。实施例5的机械性能足以满足一些特定应用的要求。
表4的实施例7-9是玻璃纤维增强的聚邻苯二甲酰胺和聚邻苯二甲酰胺/聚苯醚/HIPS组合物的代表性制剂。如表4所示,介电和机械性能随着在具有40%载荷水平的低Dk/Df玻璃纤维的基于PPA/PPE的制剂中添加HIPS而改变。HIPS和PPE的添加导致与PPE在基于PPA的玻璃纤维增强复合材料中的添加相同的效果,同时保持机械性能(参见例如实施例7和8,与对比例6相比。如果HIPS完全替代PPE,如实施例9中那样,观察到Dk和Df与实施例7或8的PPE/HIPS共混物相似。表4所示数据表明,当在一定范围内使用时,HIPS还可以帮助降低Dk/Df,同时保持良好的机械性能。
实施例10和11显示了在具有45%载荷水平的低Dk/Df玻璃纤维的制剂中添加PPE(PA1010与PPE的比例为1:1)的介电和机械性能的变化。对于实施例11,Dk降低0.06,Df降低约33%,这表明PPE的添加也可以降低PA1010复合材料中的Dk/Df。实施例11的机械性能足以满足一些特定应用的要求。
本公开还涵盖以下方面。
方面1:一种增强组合物,包含40至80重量百分数的增容共混物,该共混物包含聚酰胺、聚苯醚、足以实现增容的量的官能化试剂和可选的高抗冲聚苯乙烯,其中,聚酰胺与聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯的重量比为1:2至3:1;以及20至60重量的玻璃纤维,该玻璃纤维具有在1MHz至1GHz的频率下小于5.0的介电常数和在1MHz至1GHz的频率下小于0.002的耗散因子;其中,每种组分的重量百分数是基于组合物的总重量;并且其中,组合物在1MHz至5GHz的频率下具有小于4的介电常数和在1MHz至5GHz的频率下具有小于0.012的耗散因子。
方面2:根据方面1的增强组合物,其中,增容共混物包含聚酰胺和聚苯醚,优选地,其中,增容共混物包含20至60重量百分数的聚酰胺和10至40重量百分数的聚苯醚。
方面3:根据方面11的增强组合物,其中,增容共混物包括聚酰胺、聚苯醚和高抗冲聚苯乙烯,优选地,其中,增容共混物包含20至60重量百分数的聚酰胺、1至39重量百分数的聚苯醚和1至20重量百分数的高抗冲聚苯乙烯。
方面4:根据方面1-3中任一项的增强组合物,其中,官能化试剂包括柠檬酸、马来酸酐或富马酸,优选地,其中,官能化试剂是柠檬酸。
方面5:根据方面1-4中任一项的增强组合物,其中,基于组合物的总重量,以0.2至0.9重量百分数的量使用官能化试剂。
方面6:根据方面1-5中任一项的增强组合物,其中,聚酰胺是聚邻苯二甲酰胺。
方面7:根据方面1-5中任一项的增强组合物,其中,聚酰胺是聚(C1-12亚烷基二羧酸酯)。
方面8:根据方面1-8中任一项的增强组合物,其中,聚苯醚包含聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)。
方面9:根据方面1至4中任一项或多项的增强组合物,还包含0.1至10重量百分数的抗冲改性剂。
方面10:根据方面9的增强组合物,其中,抗冲改性剂包含烯基芳香族单体和共轭二烯的氢化嵌段共聚物。
方面11:根据方面10的增强组合物,其中,氢化嵌段共聚物是聚苯乙烯-聚(乙烯-丁烯)-聚苯乙烯三嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)二嵌段共聚物、或它们的组合。
方面12:根据方面1-11中任一项的增强组合物,还包含抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收添加剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂,加工助剂、抗静电剂、防雾剂、抗微生物剂、着色剂、表面效应添加剂、辐射稳定剂,阻燃剂、抗滴落剂、水稳定剂、或包含前述中的至少一种的组合,优选地,抗氧化剂、热稳定剂、水稳定剂、紫外光稳定剂、加工助剂、或包含前述中的至少一种的组合。
方面13:一种用于制备方面1至12中任一项或多项的增强组合物的方法,所述方法包括熔融混合增强组合物的组分;以及可选地,挤出增强组合物。
方面14:一种包含方面1至12中任一项或多项的增强组合物的制品。
方面15:根据方面14的制品,其中,制品是注塑制品(injection molded article,注射模制制品)、挤出制品或压塑制品(compression molded article,压缩模制制品)。
组合物、方法和制品可以替代地包含本文公开的任何合适材料、步骤或组分,由本文公开的任何合适材料、步骤或组分组成或基本上由本文公开的任何合适材料、步骤或组分组成。另外地或替代性地可以配制组合物、方法和制品以便不含或基本上不含对实现组合物、方法和制品的功能或目的来说并非必需的任何材料(或物种)、步骤或组分。
本文所公开的所有范围包括端点,并且端点可独立地相互结合。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性,而是用于区别一个要素与另一要素。术语“一个”和“一种”以及“该”不表示数量的限制,并且被理解为涵盖单数和复数二者,除非本文另外指出或上下文清楚规定相反的情况。除非另有明确说明,“或”是指“和/或”。在整个说明书中,提及“一些实施方式”、“一个实施方式”等是指结合实施方式所描述的特定元素包含在本文描述的至少一个实施方式中并且可以或可以不存在于其它实施方式中。另外,应理解的是,所描述的元素可以在各种实施方式中以任何合适的方式组合。
除非本文另有相反说明,否则所有测试标准均为截止本申请提交日期时有效的最新标准,或者如果要求优先权,则为最早优先权申请的提交日期出现的测试标准。
除非另有限定,否则本文使用的技术和科学术语具有与本申请所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。所有引用的专利、专利申请和其它参考文献都通过引用以其全部内容结合于此。然而,如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语相矛盾或者冲突,则来自本申请的术语优先于来自所并入参考文献的冲突术语。
化合物使用标准命名法描述。例如,未被任何指示的基团取代的任何位置应理解为其化合价被如所指示的键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的连字符(“-”)用于指示取代基的连接点。例如,-CHO通过羰基基团的碳连接。
如在本文中使用的,术语“烃基”,无论是本身使用,还是作为另一术语的前缀、后缀、或片段使用,是指仅含有碳和氢的残基。残基可以是脂肪族或芳香族的、直链、环状的、双环的、支化的、饱和的、或不饱和的。它还可以含有脂肪族、芳香族、直链、环状的、双环的、支化的、饱和的、和不饱和的烃部分的组合。然而,当烃基残基被描述为取代的时,它可以可选地含有取代基残基的碳以上和之上的杂原子和氢成员。因而,当具体地描述为取代的时,烃基残基还可以含有一个或多个羰基、氨基、羟基等,或它可以含有在烃基残基的主链内的杂原子。术语“烷基”是指支链或直链、不饱和脂肪族烃基团,例如,甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基以及正己基和仲己基。“烯基”是指直链或支链,具有至少一个碳-碳双键的单价烃基(例如,乙烯基(-HC=CH2))。“烷氧基”是指经由氧连接的烷基(即,烷基-O-),例如,甲氧基、乙氧基和仲丁氧基。“亚烷基”是指直链或支链、饱和的二价脂肪族烃基(例如,亚甲基(-CH2-)或亚丙基(-(CH2)3-))。“亚环烷基”是指二价环状亚烷基,-CnH2n-x,其中,x是被一个或多个环化作用替换的氢的数目。“环烯基”是指具有一个或多个环和在环中的一个或多个碳-碳双键的单价基团,其中,所有环成员都是碳(例如,环戊基和环己基)。“芳基”是指包含指定数目的碳原子的芳族烃基,诸如,苯基、环庚三烯酮、茚满基或萘基。“亚芳基”是指二价芳基。“烷基亚芳基”是指被烷基取代的亚芳基。“芳基亚烷基”是指被芳基(例如,苄基)取代的亚烷基。前缀“卤代”指的是包含一个或多个氟、氯、溴或碘取代基的基团或化合物。可以存在不同卤基(例如,溴和氟)或仅氯基的组合。前缀“杂”是指化合物或基团包括至少一个环成员,该环成员是杂原子(例如,1个、2个、或3个杂原子),其中,一个或多个杂原子各自独立地是N、O、S、Si、或P。“取代的”是指化合物或基团被至少一个(例如,1、2、3或4个)取代基取代来代替氢,该取代基可以各自独立地是C1-9烷氧基、C1-9卤代烷氧基、硝基(-NO2)、氰基(-CN)、C1-6烷基磺酰基(-S(=O)2-烷基)、C6-12芳基磺酰基(-S(=O)2-芳基)巯基(-SH)、硫代氰基(-SCN)、甲苯磺酰基(CH3C6H4SO2-)、C3-12环烷基、C2-12烯基、C5-12环烯基、C6-12芳基、C7-13芳基亚烷基、C4-12杂环烷基和C3-12杂芳基,条件是不超过取代的原子的正常化合价。基团中指示的碳原子数不包括任何取代基。例如,-CH2CH2CN是被腈取代的C2烷基。
虽然已经描述了特定实施方式,但是申请人或本领域其他技术人员可以想到目前未预料到或可能未预料到的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此,所提交的和可能修改的所附权利要求旨在涵盖所有这些替代、修改、变化、改进和实质等同物。