NO812700L - Vaerbestandig, slagfast plastblanding. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører blandinger av en akrylpolymer,

for eksempel polymetylmetakrylatharpiks, og en slagfast interpolymer. De resulterende blandinger kan anvendes for dannelse av værbestandige, slagfaste artikler.

Akrylpolymerer, for eksempel polymetylmetakrylatharpikser, har god optisk kvalitet, utmerket værbestandighet og god strekk- og bøyestyrke. De finner anvendelse på en lang rekke områder inklusive bygningspaneler og listverk, utvendige kjøretøykomponenter , møbler for utendørs bruk, svømmebasseng-deler osv. Slagfastheten til umodifiserte akrylharpikser er imidlertid svært lav og utelukker anvendelse av slike harpikser for visse formål hvor det også ønskes en høyere grad av slagfasthet.

Det er nylig" foreslått, i US-patentskrift nr. 3 655 826,

å blande forskjellige termoplastpolymerer (inklusive akrylharpikser, se spalte 8, linjene 11-13) og en tretrinns akryl-elastomer-slagfast-interpolymer. Denne representant for teknikkens stand indikerer at utvelgelse av den tredje fase i interpolymeren er avgjørende, og det foreslås at hvis det ønskes slagfasthetsmodifikasjon , så bør det tredje trinn være et metakrylat eller akry lat (se spalte 5 , linjene .65-70).

Foreliggende oppfinnelse vedrører en værbesgandig , slagfast blanding av: (1) en akrylpolymer, for eksempel poly-mety lmetakry latharpiks ; og (2) en slagfast interpolymer som omfatter tverrbundet (met)akrylat, tverrbundet styren/- akrylnitril, samt ikke-tverrbundne styren/akrylnitril-polymer-komponenter. Denne type interpolymer er mer fullstendig beskrevet, i US-patent nr. 3 944 631. Den er i teknikkens stand beskrevet som et passende additiv for polykarbonat-harpikser (US-patent nr. 4 148 842), for blandinger av klorert vinylkloridpolymer og vinylkloridpolymer (US-patent nr. 4 160 793), og for vinylkloridpolymerer (US-patent nr. 4 168 285).

Blandingene i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter: (1) en akrylharpiks; og (2) en slagfast interpolymer som omfatter tverrbundet (met)akrylat, tverrbundet styren/- akrylnitril og ikke-tverrbundne styren/akrylnitril-polymere komponenter.

Betegnelsen "akrylharpiks" brukes her i den betydning å omfatte slike akrylharpikser som lages ved polymerisering av akrylestermonomerer. Detaljer vedrørende strukturen til disse polymere materialer såvel som fremgangsmåter for dannelse av dem er tilgjengelige fra en rekke kilder inklusive Modern Plastics Encyclopedia (1977-1978 Edition), s. 9-10; Handbook of Plastics and Elastomers, C. A. Harper, ed., McGraw-Hill, Inc. 1975, s. 1 linjer 71-75; and Polymers and Resins av

B. Golding, Van Nostrand Co., 1959, s. 448-462. Representa-tive polymerer som er inkludert i denne klasse av akrylharpikser eller plaster inkluderer: polymetylmetakrylat, poly-etylakrylat og polybutylakrylat. Kopolymerer av disse akryl-estere med små mengder av en eller flere kopolymeriserbare monomerer skal også omfatte sin oppfinnelses ramme, for eksempel kopolymeren av.metylmetakrylat med styren og akrylnitril. Kommersielt tilgjengelige akrylharpikser inkluderer dem som selges under følgende handelsbetegnelser: LUCITE (E.I. duPont de Nemours and Co.); og PLEXIGLAS (Rohm and Haas Co. ) .

Terminologien "slagfast interpolymer som omfatter tverrbundet (met)akrylat, tverrbundet styren/akrylnitril, og ikke-tverrbundne styren/akrylnitrilkomponenter" er ment å skulle omfatte den type av interpolymerproduktér som er beskrevet i US-patentskrift nr. 3 944-631. Disse interpolymerproduktér dannes ved den idet.følgende angitte tretrinns, sekvensielle polymerisasjonsprosess av følgende type: 1. emulsjonspolymerisering av en'monomersats (her betegnet "(met)akrylat", for formålene i henhold til foreliggende oppfinnelse), av minst ett C2"C^Q-alky lakry lat , Cg-C22-alkyl-metakrylat eller forlikelige blandinger derav, i et vandig polymerisasjonsmiljø i nærvær av en effektiv mengde av et egnet di- eller polyetylenisk umettet tverrbindingsmiddel for en slik monomer-type, idet C^-Cg-alkylakrylåtene fore-trekkes som (met)akrylat-monomerer for anvendelse i dette trinn; 2. emulsjonspolymerisering av en monomersats av styren og akrylnitril i et vandig polymerisasjonsmiljø, også i nærvær av en effektiv mengde av et egnet di- eller polyetylenisk umettet tverrbindingsmiddel for slike monomerer, idet poly-merisas jonen utføres i nærvær av produktét fra trinn 1 slik at de tverrbundne (met)akrylat og tverrbundne styren-akry1-nitril-komponenter danner en interpolymer hvor de respektive faser omgir og penetrerer hverandre; og 3. enten emulsjons- eller suspensjonspolymerisering av en

monomersats av styren og akrylnitril, i fravær av et tverrbindingsmiddel, i nærvær av produktet som resulterer fra trinn 2. Om ønskes, kan trinn 1 og 2 reverseres i den ovenfor beskrevne metode.

Dette produkt, som anvendes som den slagfaste interpolymer-komponent i blandingene i henhold til oppfinnelsen, omfatter generelt fra ca. 5 til ca. 50 vekt% av den ovenfor identi-fiserte tverrbundne (met)akrylatkomponent, fra ca. 5 til ca.

35 vekt% av den tverrbundne styren/akrylnitrilkomponent og

fra ca. 15 til ca. 90 vekt% av den ikke-tverrbundne styren/- akrylnitrilkomponent. Det inneholder lite podepolymerisasjon mellom styren/akrylnitril-kopolymerkomponentene og den tverrbundne (met)akrylatpolymere komponent. Ytterligere detaljer angående denne type polymerprodukt kan finnes i US-patentskrift nr. 3 944 631, som herved inkorporeres ved referanse.

Blandingene i henhold til oppfinnelsen kan settes sammen i vektforhold mellom akrylharpiks og interpolymer-additiv på fra ca. 75:25 til ca. 5:95, avhengig av de nøy-aktige fysikalske egenskaper som ønskes i sluttproduktet.

Et foretrukket område er fra 60:40 til 20:80. Blanding kan oppnås ved hvilken som helst av de velkjente polymer-blande-teknikker, for eksempel blanding ved hjelp av et to-valse-system eller en Branbury-mikser, enkelt- eller flerskrue-ekstrudering, eller hvilken som helst annen metode som an-vender tilstrekkelig varme (f.eks. 175-300°C, fortrinnsvis 200-250°C) og skjærkraft på de respektive polymere ingredienser (akrylharpiks og interpolymer-additiv) til å oppnå en tilfreds-stillende blanding i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Blandingene i henhold til oppfinnelsen kan også inneholde hvilket som helst konvensjonelle funksjonelle additiver som normalt anvendes i forbindelse med akrylpolymerprodukter, inklusive fyllstoffer, farvemidler, smøremidler, flammehemmende midler og lignende.

Oppfinnelsen skal i det følgende illustreres ved hjelp av eksempler.

EKSEMPEL 1

Dette eksempel illustrerer slagfastheten, hårdheten,

■ strekk- og bøyeegenskapene til en rekke blandinger av et

kommersielt tilgjengelig polymetakrylat (PMMA), LUCITE 147K fabrikat fra E.I. duPont de Nemours and Co., og den slagfaste interpolymer som er beskrevet ovenfor (forkortet som "Interpolymer"). Interpolymeren omfattet 32 vekt% tverrbundet polybutylakrylat, 10 vekt% tverrbundet styren/akry1-nitril og 58 vekt% ikke-tverrbundet styren/akrylnitril.

Prøver nr. 2-5 som er angitt nedenunder, ble blandet i ekstruder ved temperaturer på 221-232°C ved 90 opm i en konvensjonell ekstruderingsapparatur under anvendelse av en enkelt trinnsskrue med kompressjonsforhold 2:1. Prøver nr.

1 og 6 var kontrollprøvene.

Prøver nr. 1-6 ble så tørket natten over ved 90°C og ble sprøytestøpt (på en sprøytemaskin med kapasitet 28 gram, tilgjengelige fra Boy Company) ved 190-200°C med støpetemperatur innstilt på 54°C. Skruehastigheten ble innstilt på "lav", baktrykket var moderat, og injeksjonstrykkinnstillingen var "34". Cyklusen hadde en injeksjonsoppholdstid på 10 sekunder og en skrueretur-tid på 20 sekunder.

De produserte prøverplater. ble testet , og følgende fysikalske egenskaper ble notert:

Disse dataer illustrerer at for prøver nr. 2-5 gir en . økning i mengden av interpolymer (og en tilsvarende reduksjon i mengden av polymetylmetakrylat) en kompositt-blanding med forbedret slagfasthet.

Disse data illustrerer at nærvær av polymetylakrylat bidrar til blandingens hårdhet.

Nærværet av polymetylmetakrylat bidrar til blandingens styrke. Avlesningene for eksempel 6 ble ikke ansett pålite-lige på grunn av brudd ved innspenningsområdet som stammet fra prøvestykkenes sprøhet.

Større bøyestyrke og -modul (stivhet) oppvises når prosent polymetylmetakrylat økes i blandingene.

EKSEMPEL 2

Dette eksempel illustrerer effekten av blandebetingelser , for eksempel råmaterialets temperatur og blande-skjærkraft på slagfastheten, målt ved Izod-slagtestén, på en blanding av 70 vekt% slagfast interpolymer og 30 vekt% polymetylmetakrylat (LUCITE 40'fabrikat fra. DuPont). De respektive blandinger

i porsjoner a 250 g ble smelte-flukset i en liten satsmikser (PREP MIXER TM fra Brabender Co.) under de betingelser som er beskrevet nedenunder. Miksetiden ble variert inverst med opm-verdiene for å holde antall totale omdreininger konstant.

Disse data indikerer at i en satsmikse-prosess med høy skjærkraft av den type som er anvendt i ovenstående test, har svært alvorlige temperaturbetingelser under miksing tilbøyelighet til å være skadelige for Izod-slagstyrken til blandingen. Variasjoner i skjærhastigheten viser imidlertid ikke denne effekt når det totale antall omdreininger holdes konstant.

EKSEMPEL 3

Dette eksempel tester den ultrafiolett-induserte mis-farvning av blandingene i henhold til oppfinnelsen inklusive slike som er pigmentert med titandioksyd.

Prøvene ble laget ved å sette sammen materialene ved 200°C og 50 opm ved blanding i 10 minutter i en liten satsmikser-apparatur, og de ble deretter presset for dannelse av homogene test-plater som også omfattet rutil Ti02_pigment i en mengde av 6 vektdeler pr. 100 vektdeler prøve. Prøvene ble anbragt i en germicid lampeapparatur med høy intensitet (30 watt) i en avstand av 3,2 cm fra lampen i varierende tidsrom, som angitt nedenunder , og etter det aktuelle tidsrom ble farve-endringen mot et ikke-eksponert kontrollprøvestykke fra samme prøve målt på et Hunter Color Meter. Lavere verdier indikerer mindre misfarvet prøvestykke.

Disse data indikerer at polymetylmetakrylat forbedrer ultrafiolett lys-resistensen til blandingen overfor mis-farvning og at fasen somTiC^-pigmentet tilsettes til, ikke innvirker særlig på blandingens ultrafiolett-resistens.

EKSEMPEL 4

Dette eksempel illustrerer effekten ved forarbeidelses-betingelser på slagfasthetsegenskapene til en blanding av 70 vekt% slagfast interpolymer og 30 vekt% polymetylmetakrylat (LUCITE 147K fabrikert fra DuPont).

Blandingene ble fremstilt ved ekstrudering ved forskjellige skruehus-temperaturer i området 177-265°C og forskjellige skruehastigheter (40-120 opm). En enkelt trinns skrue med kompressjon 2:1 med diameter 25,4 mm ble anvendt. De ekstru-derte prøvestykker ble så sprøytestøpt ved 200-220°C inn i en 54°C støpeform. Sprøytemaskinen som er beskrevet i eksempel.

1 ble anvendt. Det ble ikke påført noe baktrykk på smeiten, og cyklustiden var i alt 30 sekunder.

Disse dataer illustrerer at for de testede blandinger under ekstruderingsbetingelser er det en generell tendens i retning av at slagstyrken ér optimal ved moderate til høye temperaturer og skruehastigheter , og at utilstrekkelige nivåer av temperatur og skjærkraft ikke tillater blandingen å utvikle sitt fulle slagstyrke-potensial.

EKSEMPEL 5

Dette eksempel illustrerer glans- og farvekarakteristika for en blanding av 50 vekt% av den slagfaste interpolymer og 50 vekt% av polymetylmetakrylat (LUCITE 147 fabrikat fra DuPont) som var blitt tilleggspigmentert med 6 vektdeler Ti02på 100 vektdeler av interpolymeren og polymetylmetakrylatet.

Prøvestykkene av blandingen ble dannet ved kompressjons-støpning ved 188°C til 0,08 cm tykkelse etter at blandingen var mikset ved 220°C og 30 opm i en liten satsmikser. De kompressjonsstøpte prøvestykker ble eksponert i et WEATHER-OMETER med xenon-bue, en akselerert aldringsapparatur, ved 50 % relativ fuktighet med 18 minutter vanndusj hver 2 timer. Tabellen angir avlesningene i farveendring for prøven i for-hold til den tid som er gått, sammenlignet med et kommersielt tilgjengelig akrylprodukt av slagfast kvalitet med avvikende kjemisk sammensetning.

Disse dataer indikerer at blandingen har farveretensjons-egenskaper som er ekvivalente med det kommersielle akryl-materiale.

Disse dataer illustrerer at glanstapet er større for det kommersielle akrylprodukt etter mer enn ca. 1000 timers eksponering under de beskrevne testbetingelser.

De foranstående eksempler angir visse utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, men må ikke oppfattes på be-grensende måte. Beskyttelsesrammen for foreliggende oppfinnelse er angitt i de medfølgende krav.

Claims (9)

1. Værbestandig, slagfast blanding, karakterisert ved at den omfatter: (1) en akrylharpiks; og (2) en slagfast interpolymer som omfatter tverrbundet (met)akrylat, tverrbundet styren/akrylnitril, og ikke-tverrbundet styren/akrylnitrilpolymer-komponenter.

2. Blanding som angitt i krav 1, karakterisert ved at interpolymeren omfatter fra ca. 5 til ca. 50 vekt% av (met)akrylatkomponenten, fra ca. 5 til ca. 35 vekt% av den tverrbundne styren/akrylnitrilkomponent og fra ca. 15 til ca.

90 vekt% av den ikke-tverrbundne styren/akrylnitrilkomponent.

3. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved .at den omfatter et vektforhold mellom akrylharpiks og interpolymer på fra ca. 75:25 til ca. 5:95.

4. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter et vektforhold mellom akrylharpiks og interpolymer på fra ca. 60:40 til ca. 20:80.

5. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at (met)akrylatkomponenten er utvalgt fra gruppen som består av de tverrbundne C^-C-^ -alkylakrylater, de tverrbundne CQ -C„_-alkylmetakrylater, og forlikelige blandinger derav.

6. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den (met)akrylatkomponent er et tverrbundet C^ -Cg-alkylakrylat.

7. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at akrylharpiksen ér polymetylmetakrylat.

8. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at akrylharpiksen er polymetylmetakrylat og at (met)akrylatkomponenten er tverrbundet butylakrylat.

9. Blanding som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at vektforholdet mellom akrylharpiksen til interpolymeren er fra ca. 60:40 til ca. 20:80 og at interpolymeren omfatter fra ca. 5 til ca. 50 vekt% av en tverrbundet polybutylakrylatkomponent, fra ca. 5 til ca. 35 vekt% av den tverrbundne styren/akrylnitrilkomponent og fra ca. 15 til ca 90 vekt% av den ikke-tverrbundne styren/akrylnitril-komponent .