專利名稱：：耐熱性、光學(xué)透明的cpvc及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及氯化聚氯乙烯("CPVC")配混物(compounds)及其制造方法。
背景技術(shù)：
：CPVC是一種常在工業(yè)及商業(yè)結(jié)構(gòu)的管線中使用的聚合物，因其在這種管線中流過的固體和流體的高熱溫度存在下仍保持其強度。常規(guī)的CPVC管線要么是不透明的，要么充其量不過是半透明的，意味著人們無法看到是否有液體、固體、氣體、或者它們的組合在這種管線中行進。例如，人們無法在管線中察看以便確定阻塞或薄弱環(huán)節(jié)的位置所在。常規(guī)的不透明CPVC管線可能是耐熱的，也可能是不耐熱的，可通過熱撓曲溫度("HDT")試驗確定。
發(fā)明內(nèi)容本領(lǐng)域需要的是高HDT、光學(xué)透明的CPVC配混物，用于制造管線以及其它工業(yè)制品。本發(fā)明解決該問題的方法是在高HDT的CPVC配混物中使用特定的成分，以便當該配混物擠出成管線或者其它工業(yè)設(shè)備時，所得制品是光學(xué)透明的。本發(fā)明的一個方面是一種熱撓曲溫度高的CPVC配混物，包含熱氯化CPVC、外部潤滑劑、熱穩(wěn)定劑、及任選成分；其中(a)所述配混物基本不含內(nèi)在潤滑劑；(b)所述配混物的熱撓曲溫度較高；且(C)所述配混物是光學(xué)透明的。本發(fā)明的另一方面是用光學(xué)透明CPVC管線制成的制品。出于本發(fā)明之目的，高的熱撓曲溫度(HDT)是至少約88。C(190。F)，湖ij定方法是美國材料實驗協(xié)會試驗ASTMTestD-648，試樣是未經(jīng)退火的板，長15cm,寬15cm，厚0.3cm(0.125英寸)。出于本發(fā)明的目的，"光學(xué)透明"和"光學(xué)透明度"都是指用ASTM試驗D1003-00測定的混濁度不超過約22。本發(fā)明的一個特征是由本發(fā)明的配混物制造所得制品的主要部分不會對入射其表面的光線產(chǎn)生散射。本發(fā)明的一個益處是當形成管線或其它承載或者容納流體的制品時，人們可以透過表面或者其主要部分看到制品內(nèi)部的固體、流體、或其兩者。其它特征及優(yōu)勢將結(jié)合以下實施方式加以描述。具體實施例方式CPVC配混物CPVC實質(zhì)上是一種氯乙烯的均聚物或者是氯乙烯與較少量的(若有)其它共聚單體的共聚物。CPVC是氯化PVC，其中含有約57X氯元素的PVC進一步與由分散在水中并經(jīng)光輻射生成溶解于水的氯基的氯氣所產(chǎn)生的氯基發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生CPVC——一種具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)及熱撓曲溫度的聚合物。商品CPVC通常含有約58重量。/。至約70重量。/。，優(yōu)選約63重量％至約68重量％的氯。用于制備CPVC的聚氯乙烯包含發(fā)生了聚合的氯乙烯單體，其中優(yōu)選的聚合物基本上是均聚的氯乙烯，很少或沒有共聚了的共聚單體。如果需要，可用的共聚單體包括可以通過加聚反應(yīng)與氯乙烯單體共聚的單不飽和烯鍵式不飽和單體?？捎玫墓簿蹎误w包括其它乙烯基單體，比如乙酸乙烯酯、醚和偏二氯乙烯。其它可用的共聚單體包括單烯鍵式不飽和單體，包括丙烯酸或甲基丙烯酸低級垸基酯、丙烯酸及甲基丙烯酸之類的丙烯酸類物質(zhì)，低級鏈烯烴，苯乙烯即苯乙烯衍生物之類的乙烯基芳族物質(zhì)，以及乙烯基酯和醚。典型的可用商品共聚單體包括丙烯腈、丙烯酸2-乙基己基酯、偏二氯乙烯、異丁基醚?？捎玫腃PVC共聚物可以含有約0.1重量。/。至約10重量％或15重量％，優(yōu)選約0.5重量％至約5重量％的共聚了的共聚單體?？梢允褂贸Ｒ?guī)方法通過將這種PVC共聚物氯化來獲取CPVC共聚物，比如美國專利2,996,489所描述的方法，該專利通過引用納入本發(fā)明。作為起始材料的優(yōu)選PVC是懸浮聚合氯乙烯，雖然可以使用次優(yōu)選的本體聚合的。剛性PVC基本上不含增塑劑，且以IOO重量份的氯乙烯為基準計優(yōu)選含有少于約IO或約5重量份的共聚了的共聚單體，更優(yōu)選基本上是氯乙烯的均聚物?？捎玫腃PVC重均分子量可以在約39,000至約150,000,優(yōu)選在約55,000至約109,000，其中分子量用尺寸排阻色譜法測定并關(guān)聯(lián)至伯金斯等測定的絕對PVC分子量，參見Perkins等，JournalofVinylTechnology,第15巻，第2期(1993年)。制造本發(fā)明的CPVC的基本聚氯乙烯(PVC)樹脂的固有粘度可以在約0.45至約1.5，較佳地在約0.68至約1.2，測定方法是用0.2克樹脂在100ml環(huán)己酮中，在30攝氏度用ASTMD1243測定。本發(fā)明的CPVC的K值范圍在約53至60，較佳地在約55至58。滿足上述規(guī)格的市售CPVC樹脂可以使用。商品CPVC樹脂的非限制性貨源是美國紐約州紐約市的積水美國公司(SekisuiAmericaCorporation)、卡乃卡德克薩斯公司(KanekaTexasCorporationofPasadena,TX,USA)、以及諾威昂公司(NoveonCorporationofBrecksville,OH,USA)。在這些供貨源中，首選積水公司的高HDT型CPVC樹脂，因為可以獲得較好的按混濁度測定的光學(xué)透明度。盡管不受限于任何特定理論，但有可能是積水公司用于進行熱氯化以制造CPVC的工藝造就了其價值。本發(fā)明確定，作為優(yōu)選實施方式，光學(xué)透明度可通過選擇以下成分來實現(xiàn)。但是，無需進行過度的試驗，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員即可確定配方，使用其它商品化成分制造出HDT高、光學(xué)透明的CPVC配混物，只要所產(chǎn)生的混濁度不超過約22%，稱心合意地低于約20%，較佳地低于約18%。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，可以用本發(fā)明的配混物制造混濁度低于約16%的擠出型管線。本發(fā)明配混物的另一個因素是透光率，同樣用ASTM試驗D-1003-00測量。本發(fā)明的配混物的透光率至少是36%，合心意地是約39%，優(yōu)選至少約42%。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，可以用本發(fā)明的配混物制造透光率至少為約50%的擠出型管線。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，用本發(fā)明的配混物制成的光學(xué)透明擠出物并非必須是無色擠出物。擠出物的顏色由其成分、制造方法、以及其它變量確定。研究發(fā)現(xiàn)，制成本發(fā)明管線的優(yōu)選CPVC配方呈草黃色。本發(fā)明的配混物的黃度指數(shù)可以不大于約78，合意地不大于約68，優(yōu)選不大于約58。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，可以用本發(fā)明的配混物制造黃度指數(shù)(遠、近皆然)不大于約42的擠出型管線。對用本發(fā)明的配混物制成的草黃色管線(1英寸標稱管子號40尺寸)的人工檢查表明，人們可以透過管線以足夠的細節(jié)看清TimesNewRoman12號字體或者看到人手指上的皺紋細節(jié)。沒能看到人手指的指紋。潤滑劑潤滑劑是聚鹵乙烯配混物的常規(guī)添加劑。一般有兩種類型有助于各成分在擠出機的剪切作用中進行混合和分散的內(nèi)部潤滑劑，和有助于熔融物料運動通過擠出機的外部潤滑劑。常規(guī)上，向典型的CPVC配混物中同時添加內(nèi)部潤滑劑和外部潤滑劑。然而，在本發(fā)明中，因為需要一種HDT高的CPVC配混物，并未有意地使用對HDT性質(zhì)產(chǎn)生負面影響的內(nèi)部潤滑劑。因此，本發(fā)明的配混物基本上不含內(nèi)部潤滑劑。有許多市售的外部潤滑劑，比如硬脂酸酯類、石蠟、其它酯類等。本發(fā)明中外部潤滑劑的量為每百份樹脂(phr)約1到4份，優(yōu)選約2到3份。熱穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定劑是用于PVC及CPVC配混物的常用成分。典型的熱穩(wěn)定劑包括有機金屬酯類及硫醇鹽，比如順丁烯二酸辛基錫穩(wěn)定劑和硫醇辛基錫穩(wěn)定劑。任選的添加劑本發(fā)明的配混物可以包括常規(guī)的塑料添加劑，含量應(yīng)足以獲得所需要的配混物加工或性能屬性，只要該任選添加劑不損害配混物在形成諸如管線等制品時的光學(xué)透明度。這個量即不應(yīng)該造成添加劑的浪費，也不應(yīng)該對配混物的加工或性能造成損害。熱塑料復(fù)配領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需過度試驗，而是參考論文叢集，比如塑料設(shè)計圖書館的塑料添加劑數(shù)據(jù)庫(PlasticsAdditivesDatabase(2004)fromPlasticsDesignLibrary)(www.williamandrew.com),即可從許多不同類型的添加劑中選擇出用于包括在本發(fā)明的配混物中的添加劑。在配制剛性CPVC時，必須將其它復(fù)配成分引入CPVC樹脂中產(chǎn)生配制配方。其它復(fù)配成分包括填料、顏料及著色劑——若有必要、抗沖改性劑、紫外穩(wěn)定劑、其它加工助劑、以及諸如殺生物劑或阻燃劑等添加劑。普遍使用填料在降低成本和光澤，可以包括常規(guī)碳酸鈣、粘土、滑石、云母、和硅藻土填料。可用的顏料及著色劑可以是有機的，但優(yōu)選無機類的，比如二氧化鈦(同時起到紫外穩(wěn)定劑的作用)?？箾_改性劑可用于在CPVC中提高韌度，包括氯化聚乙烯、ABS、丙烯酸類聚合物及共聚物、或甲基丙烯酸類共聚物如甲基丙烯酸甲酯一丁二烯一苯乙烯共聚物(MBS)。用于以復(fù)合輪廓擠出剛性CPVC的其它加工助劑包括丙烯酸類或苯乙烯一丙烯腈共聚物，用以防止在擠出復(fù)雜輪廓或結(jié)構(gòu)時發(fā)生的邊緣撕裂。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，可以從市場上買到各種各樣的CPVC配混物配劑。此外，文獻中教導(dǎo)過許多的CPVC配劑，比如美國專利US6，531，526(Detterman等)中所披露。CPVC配混物通常含有CVPC聚合物、穩(wěn)定劑、操作助劑、抗沖改性劑、潤滑劑、及顏料。各成分按每百份CPVC聚合物的份數(shù)表示。表1顯示了可以接受并且優(yōu)選的本發(fā)明配混物的成分，各成分按每百份CPVC樹脂的份數(shù)表示。因為CPVC以外的所有成分都是任選的，所以其含量范圍都是從o到一個較高的值。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在市售CPVC樹脂中優(yōu)選積水美國公司(SekisuiAmericaCorporationofNewYork,NY,USA)的"PVC-HA"后氯化聚氯乙烯樹脂，特別是HA-27K級(K-58，66.5%Cl)。加工制備本發(fā)明的配混物對于熱塑復(fù)配領(lǐng)域的技術(shù)人員而言并不復(fù)雜。本發(fā)明的配混物可以分批制造或連續(xù)制造。以連續(xù)工藝進行的混合通常發(fā)生在溫度升至足以熔化聚合物基質(zhì)的擠出機、連續(xù)混合器或其它裝置中，在擠出機的頭部或者擠出機的下游添加固體成分添加劑。擠出機的速度取決于其尺寸，對于大多數(shù)直徑在約5至23cm的擠出機，可以是在約50到500rpm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在約100至300rpm的范圍內(nèi)。擠出機的產(chǎn)出物通常造粒，供后期擠出或模塑成聚合物制品。分批混合通常使用班伯里密煉機，其中密煉機溫度也升至足以熔化聚合物基質(zhì)以便可以添加任選添加劑的固體成分添加劑的溫度?；旌纤俣确秶?0至1000rpm，而混合溫度可以是環(huán)境溫度。密煉機的產(chǎn)出物也切碎成較小尺寸，供后期擠出或模塑成聚合物制品?；蛘?，分批工藝混合通常發(fā)生在亨舍爾密煉機中，是通過機械作用進行混合而非將聚合物基質(zhì)升至熔化溫度?；旌纤俣确秶?0至1000rpm，而混合溫度可以是環(huán)境溫度。同樣，粉末形式的混合機產(chǎn)出物可以原狀使用，或者送入復(fù)配機切碎成較小的尺寸供后期擠出或模塑成聚合物制品。配混物可以制成粉末、小塊兒、或丸粒，供進一步擠出或者模塑成聚合物建筑組件。后續(xù)擠出或模塑技術(shù)是熱塑性聚合物工程領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。無需過度試驗，而是只需參照以下參考文獻，就可以用本發(fā)明的配混物制造出任何可以想到的形狀和外觀的制品《Extrusion,TheDefinitiveProcessingGuideandHandbook》、《HandbookofMoldedPartShrinkageandWarpage》、《SpecializedMoldingTechniques》、《RotationalMoldingTechnology》、禾B《HandbookofMold,ToolandDieRepairWelding》，皆由塑料設(shè)計圖書館(PlasticsDesignLibrary)(www.williamandrew.com)出版。本發(fā)明的實用性對于建設(shè)或維護工業(yè)管線的人來說，用本發(fā)明的CPVC配混物制造的光學(xué)透明的擠出管線及用于這種管線的模制接頭產(chǎn)生相當?shù)膬?yōu)勢。因其光學(xué)透明度，人們可以憑借目視定位堵塞、收縮、內(nèi)部缺陷等提供更高的安全性條件，而這些是使用不透明或半透明但混濁的管線所無法看到的。本發(fā)明配混物的其它用途包括用在高度重視環(huán)境內(nèi)容物低可燃性的工業(yè)環(huán)境中的配混物平板。本發(fā)明的CPVC配混物不但提供透明度而且提供低可燃性，因為這種配混物不會增加燃料負載，本身也不具備自燃性。用于敏感電子元器件組裝的潔凈室是此類工業(yè)環(huán)境的一個例子。實施例表2顯示了用于驗證本發(fā)明的實施例的成分來源。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3顯示了基于高強度混合、然后研磨的所有實施例和對比例的制造條<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>每一個實施例和對比例分別有兩組板測試混濁度及透光率(ASTMD1003-OO)以及用DataColorSF600+分光光度計測試黃度指數(shù)。所有板均在23°C(+/-2°。和50%(+/-5%)相對濕度下老化40小時。使用C2發(fā)光體。結(jié)果示于表5，包括測量了混濁度、透光率、及黃度指數(shù)的實施例的兩組板的平均值。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>實施例l一4在混濁度和透光方面明顯優(yōu)于對比例A和B。實施例1、3、對比例A、B之間唯一變化的是所采用的CPVC樹脂的選擇，可以直接進行數(shù)字比較，顯示出了混濁度與透光率以及黃度指數(shù)巨大的改善。出于本發(fā)明權(quán)利要求之目的，實施例1一4與對比例A和B中CPVC樹脂之間的差異將被稱作實施例1一4的"熱氯化的"。將實施例l、3與實施例2、4相比較，可以看到，模塑方法上不存在限制，因為壓塑法和注塑法表現(xiàn)一樣好。本發(fā)明不局限于以上實施方式。權(quán)利要求1.一種CPVC配混物，包含熱氯化的CPVC；外部潤滑劑；熱穩(wěn)定劑；以及任選的成分；其中(a)所述配混物基本上不含內(nèi)部潤滑劑；(b)所述配混物的熱撓曲溫度高；并且(c)所述配混物是光學(xué)透明的。2.如權(quán)利要求1所述的配混物，其特征在于，所述熱氯化的CPVC是氯乙烯的均聚物或者其與少量，若有的話，其它共聚單體的共聚物，含有約58重量％至約70重量％，優(yōu)選約63重量％至約68重量％的氯。3.如權(quán)利要求2所述的配混物，其特征在于，所述共聚單體選自下組單不飽和的烯鍵式不飽和單體、乙酸乙烯酯單體、偏二氯乙烯單體、丙烯酸單體、乙烯基芳烴單體、乙烯基酯單體、以及它們的組合，其中，所述共聚單體的量占所述共聚物的約0.1重量％到約15重量％。4.如權(quán)利要求l所述的配混物，其特征在于，所述熱氯化的CPVC的重均分子量為約39,000至約150,000。5.如權(quán)利要求l所述的配混物，其特征在于，所述熱氯化的CPVC的固有粘度為約0.45至約1.5，根據(jù)ASTMD1243，在3(TC下使用在100毫升環(huán)己酮中的0.2克樹脂測定。6.如權(quán)利要求1所述的配混物，其特征在于，所述熱氯化的CPVC的K值在約53至60的范圍內(nèi)。7.如權(quán)利要求1所述的配混物，其特征在于，所述熱氯化的CPVC的混濁度不超過約22%。8.如權(quán)利要求l所述的配混物，其特征在于，所述熱氯化的CPVC的透光率至少為約36%。9.如權(quán)利要求1所述的配混物，其特征在于，所述熱氯化的CPVC的黃度指數(shù)不超過約78。10.如權(quán)利要求l所述的配混物，其特征在于，所述外部潤滑劑選自下組硬脂酸酯、石蠟、潤滑酯、以及它們的組合，其含量為每一百份所述熱氯化的CPVC約l至4份。11.如權(quán)利要求l所述的配混物，其特征在于，所述熱穩(wěn)定劑選自下組有機金屬酯、硫醇鹽、以及它們的組合，其含量為每一百份所述熱氯化的CPVC約1至4份。12.—種用權(quán)利要求l一ll中任一項所述的CPVC配混物制造的光學(xué)透明制品。13.如權(quán)利要求12所述的制品，其特征在于，所述制品是擠出管。14.如權(quán)利要求12所述的制品，其特征在于，所述制品是所述配混物的平板。全文摘要本發(fā)明披露了一種光學(xué)透明、高HDT型CPVC配混物。CPVC樹脂的選擇、外部潤滑劑的使用、以及其它任選成分實現(xiàn)了所述配混物的光學(xué)透明度閾值，使其得以通過擠出或模制用于制造光學(xué)透明的制品。光學(xué)透明的CPVC工業(yè)管線特別宜于監(jiān)控流體流動。文檔編號C08L27/06GK101421347SQ200780013150公開日2009年4月29日申請日期2007年3月27日優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日發(fā)明者S·李,S·沙柯申請人:普立萬公司