本发明涉及可用硅烷交联的卤化聚合物组合物(a silane-crosslinkable halogenated polymer composition),以及该组合物的交联方法。 迄今为止,已经提出过用硅烷偶联剂来交联卤化聚合物组合物,制成各种交联结构。例如,用乙烯基硅烷和二枯基过氧化物(DCP)使卤化橡胶交联的方法,用巯基硅烷使卤化橡胶交联的方法以及用伯胺基硅烷交联卤化橡胶的方法,都已为人们所知。
在用DCP交联时,需要进行高温处理(高于100℃),就高温处理设备以及热控制成本而言,这种先有技术实际上是无用的。在用巯基硅烷交联时,需要二胺化合物或胺盐化合物与巯基硅烷并用,这是因为巯基硅烷可与卤代橡胶起反应。反应几乎不能在常温下进行,交联速度很低,结果使生产效率降低。当用伯胺基硅烷时,可得到合乎要求的交联产品。尽管整个反应速度比较低,但是交联反应进行的很快。所以,一旦伯胺基硅烷与卤化橡胶相混合,组合物的适用期极短,在挤出阶段容易发生焦烧(早期交联)。
本发明旨在减少传统方法的上述缺点。
一方面,本发明提供了一种可用硅烷交联的卤化聚合物组合物。该组合物含100重量份的卤化聚合物和约0.1-20重量份的含氨基的有机硅烷化合物。
另一方面,本发明直接涉及可用硅烷交联的卤化聚合物组合物的交联方法,包括,使组合物和水接触以实现交联。
本发明的可用硅烷交联的聚合物组合物可用来制作电线、电缆的包皮和绝缘层,以及其它模塑件,如,软管。
本发明之卤化聚合物包括任何含卤素的橡胶和含卤素的塑料,例如,通常分子量的聚氯丁二烯(Neopren W),氯磺化聚乙烯,氯醇橡胶和卤化丁基橡胶。
按照本发明,含氨基的有机硅烷化合物的用量为,以重量计,每100份卤化聚合物,用0.1-20份有机硅化合物。假若有机硅烷化合物地用量小于0.1份,交联产物的机械强度不够,这是因为交联密度低,几乎不能制得在实际应用上令人满意的橡胶弹性体。假若有机硅烷化合物的用量大于20份,交联密度过高,从而使交联产物的伸长率达不到要求,所以在实际应用上也不能为人们所接受。另外,制造费用也有所增加。
按照本发明,在可用硅烷交联的卤化聚合物组合物中,可有选择地加入填料、抗氧剂、润滑剂以及着色剂等普通添加剂。
在本发明中,每100重量份卤化聚合物组合物可含有5-80重量份的低分子量聚氯丁二烯,这些低分子量级份作软化剂。
由于低分子量的聚氯丁二烯在加工阶段受热会变成流体,从而使基础(base)聚合物的流动性增大,并且使整个树脂组合物的可加工性(processbility)可有所改进,进一步,当模塑后温度降低时低分子量氯丁二烯会固化,并且生成交联产物。所以,交联产物的形状稳定(shape-retaining)性能良好,几乎不变形,机械强度的降低也很小。
“低分子量聚氯丁二烯”这一术语是指粘度值为约800,000至约1,200,000厘泊的聚氯丁二烯,粘度测定温度为50℃,这种聚氯丁二烯市面可以买到。例如,美国杜邦化学公司出售的聚氯丁二烯,商品名为“Neopvene FB”和“Neoprene FC”。室温时,低分子量聚氯丁二烯是固体,高于50℃的温度时,低分子量聚氯丁二烯变成液态。假若把低分子量聚氯丁二烯作为软化剂加到可用硅烷交联的卤化聚合物组合物中。在加工阶段,由于受揑和或挤出产生的热的作用,聚氯丁二烯液化,使聚合物组合物变软,从而使加工易于进行。另外,在模塑后,当温度下降时,聚氯丁二烯变成固态,模塑的制件不再变形,具有良好的形状稳定性。
假若聚氯丁二烯的用量小于约5重量份,那么,可加工性就得不到改进,形状稳定性也有所下降。如果聚氯丁二烯的用量超过约80重量份之上限值,交联产物的机碱强度会下降,在实际应用中就会发生问题。
这种含有聚氯丁二烯的可交联的组合物在经过加压,挤出或注塑等加工后,通过与水相接触而交联。交联步骤可以在硅烷催化剂存在下进行,也可以不用硅烷催化剂,交联反应在常压常温下进行。
按照本发明,含氨基的有机硅烷化合物可用下述通式表示:
RHNR′Si(OR″)3-n
式中,R是氢、烷基或苯基,R′为亚烷基,R″为含1至6个碳原子的烷氧烷氧基或烷氧基,n为0或1。
这种氨基硅烷偶联剂的例子有,N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷,N-苯基氨基丙基三乙氧基硅烷,N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷,N-甲基氨基丙基三乙氧基硅烷,γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和γ-氨基丙基三甲氧基硅烷。这种具有特定仲胺结构的氨基硅烷偶联剂,在整个反应中的速度比任何伯胺结构的氨基硅烷偶联剂都快,但是交联增长的速度并不过分快,这就带来很多益处。即,当仲胺硅烷偶联剂与卤化橡胶混合以后,适用期(a pot life)约为0.5天至1天,这对复合物的实际应用不会发生问题,另外的好处是:几乎不发生焦烧(早期交联)。
为了促进交联反应,最好加入硅烷催化剂。然而,按照本发明,也可以在不添加硅烷催化剂的情况下实施交联反应,这是因为加入氨基硅烷偶联剂已可使卤化橡胶变为可交联的。添加硅烷催化剂能获得预定的效果,催化剂用量为,以重量计,每100份卤化聚合物或橡胶,硅烷催化剂用量可高达约5份。如果硅烷催化剂的添加量高于5重量份,则不经济,且常常引起焦烧。
在实际交联反应中,先在低于100℃的温度下制得卤化橡胶和氨基硅烷偶联剂(根据需要,添加硅烷催化剂)的混合物。然后,在低于100℃的温度之下挤出模塑。然后,再将模塑件置于常压常温条件下,或者浸渍在温水中,使之交联。
实施例1至3以及对比实例1和2
采用下述程序,按表1所示的配方分别制备可交联的卤化聚合物组合物。在每个实例中,均是用辊筒混合机,混合表1所示的各组分,辊筒温度为30℃,混合时间为20分钟。然后,在80℃温度下,使各混炼胶加压模塑5分钟,制成1毫米厚的胶片,从胶片上切取下试样,随后进行下述测试:
*1:聚氯丁二烯(w型,门尼粘度约=48)由日本电气化学有限公司(Denki Kagaku Kogro Co.,Ltd)出产,商品名为“Denka chlorprene M-40”
*2:用脂肪酸进行表面处理。
*3:美国杜邦公司生产的低分子量聚氯丁二烯,50℃的粘度为
800,000至1,200,000厘泊。
使各试样在室温下放置一段时间,各试样放置时间如表2所示。然后按IEC标准540(1982),测定各试样的机械性能,如抗张强度,伸长率等,测试结果列在表2中。
从表2清楚地看出,以重量计,N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷的用量少于约0.1份时,卤化聚合物组合物的抗张强度很差,当N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷的用量多于20份时,卤化聚合物组分的伸长率非常低,没有用处。
实施例4-9
将表3所指定的硅烷偶联剂加到与实施例1-3相同的卤化聚合物中,即,加到电气化学有限公司(Denki Kagaku Kogyo Co.,Ltd,)出产的聚氯丁二烯中,硅烷偶联剂的用量为,以重量计,每100份卤化聚合物加5份硅烷偶联剂,并按与前例相同的方法分别进行混炼。制得的样品于室温下停放规定的时间后,用甲苯凝胶分数(%)的方法测定交联密度,测定方法是:将样品浸渍在120℃的甲苯中,浸泡时间为48小时,然后测定残余物重量。测定结果见表3。
A:γ-氨基丙基三乙氧基硅烷
B:γ-氨基丙基三甲氧基硅烷
C:N-甲基氨基丙基三甲氧基硅烷
D:N-乙基氨基丙基三乙氧基硅烷
E:N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷
F:N-苯基氨基丙基三乙氧基硅烷
应当指出的是,尽管所有的硅烷偶联剂均可交联聚氯丁二烯橡胶,但偶联剂C与E更值得推荐,因为用这些偶联剂所得的试样的交联密度更好。另外,还可以看出,使用偶联剂E时,混炼后的混炼胶可贮存较长时间,从这些测试结果可明显地看出,采用偶联剂E时,在相继的挤出步骤中,不易发生焦烧。
实施例10-12以及对比实例3-5
采用与前述实施例同样的方法,按照表4所示的配方,制取各混炼胶。然后,制备试样,并按与实施例1-3相同的方法进行机械强度试验,试验结果列在表5中。
从表5可明显地看出,卤化聚合物组合物所含的硅烷偶联剂用量少于约5重量份时,其伸长率差。当卤化聚合物组合物所含的硅烷偶联剂用量多于约80重量份时,其抗张强度差。值得注意的是,与Neoprene FB相比,轻加工油(Light process oil)赋于组合物的抗张强度低。
*1:日本电气化学有限公司(Denki Kagaku
Kogro Co.,Ltd)出产的聚氯丁二烯(w
型,门尼粘度约=48)商品名“Denka
chloroprene M-40”
*2:用脂肪酸进行表面处理
*3:美国杜邦公司出产的低分子量聚氯丁二烯,50℃的粘度为
800,000至1,200,000厘泊
*4:环烷酸加工油(Naphthenic process
oil)苯胺点为62.6℃。
实施例13-16
将N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷加到表6中各配方的指定卤化聚合物中,按以前实例相同的方法分别进行混炼,所得试样,按实例4-9的同样方法测定交联密度。结果列在表7中。值得注意的是,与实例4-9一样,交联是在常温常压条件下进行的。
卤化聚合物A:日本电气化学有限公司(Denki Kagaku Kogyo Co.,Ltd)出售的聚氯丁二烯(w型,门尼粘度约=48)商品名为“Denka chloroprene M-40”
卤化聚合物B:美国杜邦公司出售的氯磺化聚乙烯,商品名为“Hypalon 40”
卤化聚合物C:日本Geon有限公司出售的氯醇橡胶,商品名为“Gechron 3100”
卤化聚合物D:美国埃索(Esso)化学公司出售的卤化丁基橡胶,商品名“chlorbutyl 1066”