本發(fā)明涉及一種表面可改性注塑成型體，其包含熱塑性聚合物基體并且至少部分地包含第二聚合物材料，并且涉及一種相應(yīng)的用于其制造的方法，以及用途。
汽車工程中的合成材料如今占重量的15至20百分比之間，該份額持續(xù)增長。此處涉及的部分通常是外部和內(nèi)部構(gòu)件，該外部和內(nèi)部構(gòu)件通過將各種表面裝飾物粘附在注塑成型的構(gòu)件上而具有相應(yīng)的光學(xué)、觸覺和功能特性。對質(zhì)量、經(jīng)濟性和資源的有效利用的日益增長的需求，以及全球競爭壓力，都要求涂覆工藝越來越經(jīng)濟、可持續(xù)和靈活。
注塑成型體形式的塑料件特別地用于諸如儀表板、門板或中控臺這樣的汽車內(nèi)飾應(yīng)用。它們經(jīng)常設(shè)置有皮革或箔的表面裝飾物，以給予它們更優(yōu)雅的外觀。這些裝飾物通過分散或熱熔粘合劑的方式固定并且結(jié)合在成型體上。
這通常需要用于預(yù)處理成型體的表面的步驟，以確保在限定的處理窗口期內(nèi)獲得合適的表面張力。通常，通過利用火焰或等離子體處理或氣相氟化來活化表面，從而優(yōu)化粘合性能。
然而，該方法的一個缺點在于，在制造過程中需要至少一個額外的步驟。并且，需要通常復(fù)雜并且昂貴的額外的設(shè)備。尤其是，利用酸和溶劑處理表面具有嚴重的環(huán)境影響。
背景技術(shù)：
這已經(jīng)引起了減少由塑料制成的附著體中的膠合步驟的數(shù)量的發(fā)展趨勢，例如通過將膠合功能集成到注塑成型工藝中。
聚丙烯或強化聚丙烯是有成本效益的，并且是經(jīng)常用于注塑成型部件的塑料。在大多數(shù)情況下，由于聚丙烯的非極性性質(zhì)，不能夠在沒有預(yù)處理的情況下進一步處理或精加工注塑成型部件。預(yù)處理是必要的，特別是在膠合和涂漆的情況下，否則粘合劑和油漆將不會充分地粘結(jié)至表面。
在所謂的“按需加工處理”中，在緊接著注塑成型之后的工藝步驟中，將膠或粘合劑層施加到注塑成型部件。
例如，de10349177a1公開了一種用于精加工預(yù)先成型的板件的工藝，其包括以下步驟：
(a)將基于反應(yīng)性聚氨酯的固體粘合劑型的熱熔(hotmelt)100％層利用刮板或輥施加于用于被覆目的的層壓制件、箔或膜的兩個表面中的一個表面，所述層壓制件、箔或膜特別是由聚合物材料或天然材料或工業(yè)織物制成的；
(b)將用于被覆的層壓制件、箔或膜放置在待精加工的面板的相應(yīng)表面上；
(c)預(yù)熱用于被覆的層壓制件、箔或膜；
(d)通過熱壓，使待精加工的面板被用于被覆的層壓制件、箔或膜覆蓋。
特別地，在金屬-塑料復(fù)合材料領(lǐng)域中找到了可比的方法。
ep2374593a1公開了一種用于改性非極性聚合物的成型體的表面的注塑成型方法、適合于該目的的多層箔以及具有改性表面的成型聚合物部件。該方法涉及背面注塑成型多層箔，該多層箔至少具有第一非極性層和具有至少一種與第一層不同的表面性質(zhì)的第二層。將箔背面注塑成型是本身已知的技術(shù)，其中，首先將箔放置在注塑成型工具的腔體內(nèi)，或者在注塑模具上展開。將箔壓入腔體內(nèi)，然后按照腔體的形狀成型。然后將聚合物注入腔體內(nèi)，隨之箔的面向聚合物的一側(cè)與聚合物粘結(jié)。由此得到被覆有箔的成型部件?，F(xiàn)如今，特別地在裝飾箔中應(yīng)用背面注塑成型，如在稱為“模內(nèi)裝飾”(in-mold-decoration，imd)的技術(shù)中。
然而，根據(jù)ep2374593a1，多層箔具有至少一個非極性層以及至少一個第二層，該第二層具有至少一種與第一層不同的表面性質(zhì)，該多層箔以如下方式置入注塑成型工具的腔體內(nèi)：第一非極性層面向腔體的內(nèi)部，同時第二層靠置在腔體的內(nèi)壁上。然后將非極性聚合物注入模具的內(nèi)部。在模具中，被注入的聚合物與多層箔的第一非極性層彼此接觸，并且隨后結(jié)合在一起。
此處，多層箔的第二層具有至少一種與第一非極性層不同的表面性質(zhì)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的目的是提供一種注塑成型體或者成型塑料體，其具有能夠容易地改性的粘著和潤濕性能，即在滿足粘附的質(zhì)量要求的同時減少了用于成型體的粘附的工藝步驟數(shù)量以及必要工具的成本。
本發(fā)明的另一目的是提供一種相應(yīng)的方法，其中，在注塑成型期間或者之后，功能性地提高成型部件的表面的粘著和潤濕性能，而不需額外的工作或費用。
根據(jù)本發(fā)明，通過具有權(quán)利要求1的特征的注塑成型體以及根據(jù)權(quán)利要求9的方法，實現(xiàn)上述目的。
本發(fā)明的基本思想在于，表面可改性注塑成型體包含熱塑性聚合物基體并且至少部分地包含第二聚合物材料。聚合物基體和第二聚合物材料具有不同的重均分子量和極性，并且第二聚合物材料適合作為粘合劑。
換言之，第二聚合物材料已經(jīng)作為可粘結(jié)組分被并入注塑成型體中的熱塑性聚合物基體內(nèi)。在成品中，在冷卻狀態(tài)下，可粘結(jié)組分至少部分地形成了諸如表面層這樣的分離層。為進一步的處理或粘合而加熱期望的成型體區(qū)域。這種性質(zhì)的活性表面由此表現(xiàn)為好像已經(jīng)施加了粘合劑。這一方面體現(xiàn)為表面的粘性，并且另一方面體現(xiàn)為表面張力的增加，因為極性組分遷移到表面。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員意想不到和不可預(yù)見的是，本發(fā)明的目的可以通過本發(fā)明的注塑成型體及其制造方法來實現(xiàn)。本發(fā)明的特別的優(yōu)點在于，通過注塑成型體和上述提出的方法，完全消除了單獨地激活基質(zhì)以及從外部施加粘合劑的步驟。
這不僅節(jié)省了用于粘合劑施加和/或激活的設(shè)備的投資成本，而且還消除了與激活設(shè)備相關(guān)以及與施加粘合劑相關(guān)的操作成本。
根據(jù)表面可改性注塑成型體的有利的改進方案，熱塑性聚合物基體和第二聚合物材料在經(jīng)受熱量的情況下，隨著第二聚合物材料富集在注塑成型體的表面上而至少部分的相分離(phaseseparation)。這意味著在注塑成型過程之前或期間，熱塑性聚合物基體和增粘的第二聚合物組分首先作為大程度的均勻混合物存在于注塑成型材料中。在熱影響之下，例如通過加熱或輻射以及隨后的冷卻，表面可改性注塑成型體得以變化。由于第二聚合物組分的低平均分子量和密度，以及其相對于基體材料較高的極性，其在被加熱時在聚合物基體內(nèi)相對自由地移動。在冷卻時，實現(xiàn)能夠用作粘合功能的熱力學(xué)控制的相分離。
熱塑性聚合物基體優(yōu)選地選自由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、苯乙烯-丙烯腈(san)、聚苯乙烯(ps)、聚碳酸酯(pc)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚酰胺(pa)、或其混合物所組成的組。它們可以被纖維強化。
第二聚合物材料優(yōu)選為官能化熱塑性聚烯烴彈性體(poe)、烯烴嵌段共聚物(obc)、或其混合物。
此處，第二聚合物材料優(yōu)選地是能夠熔融并且再固化的。
所述第二聚合物材料還優(yōu)選地以5-40質(zhì)量％，優(yōu)選地以10-30質(zhì)量％，并且特別優(yōu)選地以10-25質(zhì)量％的比例包含在表面可改性注塑成型體中。
第二聚合物材料優(yōu)選地具有11,000至37,000g/mol的平均分子量。
表面可改性注塑成型體，即第一和/或第二聚合物優(yōu)選地具有能夠通過微波處理偶聯(lián)的添加劑。
能夠微波處理的添加劑優(yōu)選地包含碳纖維、碳納米管、石墨烯等。這使得成型體在必要時能夠僅通過微波處理而被加熱。
本發(fā)明的用于制造表面改性成型體的方法包括以下步驟：
a)提供熱塑性聚合物基體和第二聚合物材料，其中聚合物基體與第二聚合物材料具有不同的重均分子量和極性，并且第二聚合物材料適合作為粘合劑；
b)在注塑成型工具中熔融、注塑成型并且冷卻材料，其中在熔融時，隨著第二聚合物材料富集在注塑成型體的表面上，熱塑性聚合物和第二聚合物材料至少部分地進入相分離；
c)從注塑成型工具中移除成型體；
d)加熱或者熔融并且再固化注塑成型體，其中，第二聚合物材料用作將注塑成型體粘結(jié)至另一構(gòu)件的粘合劑。
注塑成型體優(yōu)選地在梯度控制下被加熱或者熔融并且冷卻，使得第二聚合物材料在注塑成型體的預(yù)定的表面或表面區(qū)域上選擇性地、受控制地富集。由此，可以想到只有成型體的選定表面區(qū)域被加熱并粘附至另一構(gòu)件。
注塑成型體優(yōu)選地以如下方式在梯度控制下被加熱、熔融和/或冷卻：在注塑成型體的可見表面上發(fā)生第二聚合物材料的選擇性富集，并且該可見區(qū)域然后被粘結(jié)或粘附至平面裝飾部。由此，可以通過加熱以及隨后將加熱的表面可改性注塑成型體粘附至適當(dāng)?shù)难b飾部來有利地提供成型體，其中，能夠消除施加粘合劑的方法步驟。粘合劑已經(jīng)是成型體的內(nèi)在部分，并且能夠利用簡單的加熱而選擇性地釋放。
實施例：
下面的實例意在說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明。
實例以表格形式示出了多種官能化聚烯烴彈性體(poe)、烯烴嵌段共聚物(obc)、或其混合物，作為根據(jù)本發(fā)明的第二聚合物材料。
近來投放市場的一些產(chǎn)品實例包括“infusetm”(陶氏化學(xué)公司(dowchemicalcompany))烯烴嵌段共聚物(obc)和“affinitytm”ga(陶氏化學(xué)公司)聚烯烴彈性體(poe，tpo)，它們代表了用于注塑成型部件的熱熔粘合劑技術(shù)的起點。
與傳統(tǒng)的聚烯烴相比，兩種聚合物通常具有非常低的平均分子量和密度，而具有高極性。其它特殊的物理化學(xué)性質(zhì)已在其他地方討論過。
“infusetm”(陶氏化學(xué)公司)烯烴嵌段共聚物(obc)是乙烯和α-烯烴共聚物，由交替的半結(jié)晶和彈性體嵌段或鏈段組成，其以多嵌段結(jié)構(gòu)呈統(tǒng)計學(xué)分布，并有助于它們的熱熔-粘合功能。
下表示出了“affinitytm”ga(陶氏化學(xué)公司)聚烯烴彈性體(poe，tpo)的不同性質(zhì)的實例。
表1官能化聚烯烴彈性體“affinitytmga1000r”
表2適合的粘合劑“affinitytmga”聚烯烴彈性體的物理性質(zhì)
實例的原材料：
a)聚丙烯(pp)的聚合物基體b)“infuse9817”：乙烯與辛烯的共聚物，熔點120℃，彎曲模量23mpa，密度0.877g/m3，接枝前熔融指數(shù)15g/10min且接枝后熔融指數(shù)4g/10min
c)“affinitytmga”聚烯烴彈性體
實施例1：
在注塑成型機中，在熔融狀態(tài)下，將infuse9817以10-30質(zhì)量％的比例與pp混合，并以平面成型體的形式施加。
然后加熱，粘附成型體并且對成型體進行工業(yè)粘合強度試驗：
a)根據(jù)din，粘結(jié)在一起的兩個成型體具有>7000n的拉伸強度。
b)根據(jù)din，與平面裝飾部件(pvc，pur，發(fā)泡的)粘結(jié)的成型體在加熱至大約180℃之后具有>10-50n的拉伸強度。
測得的拉伸強度在量級上對應(yīng)于通過施加傳統(tǒng)粘合劑實現(xiàn)的拉伸強度。
實施例2：
此外，用于測量表面張力的分析方法也用于表征表面和粘合劑分布：
a)作為參考材料，純pp的成型體表面在加熱后，根據(jù)din具有28mn/m的表面張力。
b)根據(jù)本發(fā)明的pp+tpo/obc成型體表面在加熱后，根據(jù)din具有32-34mn/m的表面張力。
由表面的明顯的粘性所標(biāo)志的表面張力的顯著增加證明了極性tpo/obc聚合物組分在表面中的富集。
附圖說明
下面參考附圖詳細說明注塑成型體和/或其制造以及用途的各個實施例。
在附圖中：
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的表面可改性注塑成型體的示意性圖示，其具有熱塑性聚合物基質(zhì)和至少部分的第二聚合物材料；
圖2示出在經(jīng)受熱量的同時，表面可改性注塑成型體的結(jié)構(gòu)變化和/或相分離的示意性圖示；以及
圖3示出加熱后的表面可改性注塑成型體與裝飾部的粘附的示意性圖示。
在注塑成型期間注塑成型體1的一般性結(jié)構(gòu)由熱塑性聚合物基體2產(chǎn)生，示為較大的纏結(jié)的球?；w可以由各自為纖維強化或者未強化的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、苯乙烯-丙烯腈(san)、聚苯乙烯(ps)、聚碳酸酯(pc)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚酰胺(pa)、或其混合物構(gòu)成。
一體化到該基體中的是產(chǎn)品“infusetm”(陶氏化學(xué)公司)烯烴嵌段共聚物(obc)，和/或“affinitytm”ga(陶氏化學(xué)公司)聚烯烴彈性體(poe)，其形成了成型體的增粘組分，并且示為較小的纏結(jié)的球。它們特別地以低平均分子量和相對高的極性區(qū)別于基體材料。
在注塑成型工藝之前或期間，熱塑性聚合物基體2和增粘烯烴嵌段共聚物(obc)和/或聚烯烴彈性體(poe)初始作為大程度地均勻混合物存在于注塑成型顆粒中，并且隨后作為均勻的統(tǒng)計學(xué)混合物存在于注塑材料中。
圖2示出例如通過加熱或輻射而經(jīng)受熱影響，并且隨后冷卻的表面可改性注塑成型體1中的結(jié)構(gòu)的改變。由于烯烴嵌段共聚物(obc)和聚烯烴彈性體的低平均分子量和密度，以及它們相對于基體材料的較高的極性，在被加熱時，它們在聚合物基體2中相對自由地移動。在冷卻期間發(fā)生了熱力學(xué)控制的相分離，其中烯烴嵌段共聚物(obc)和/或聚烯烴彈性體優(yōu)選地積聚在較冷的工具部分和/或注塑成型體1的一個表面或多個表面上。
圖3示出如何使用烯烴嵌段共聚物(obc)和/或聚烯烴彈性體(poe)的熱熔粘合官能化的示意性圖示。烯烴嵌段共聚物(obc)和/或聚烯烴彈性體(poe)現(xiàn)在已經(jīng)積聚在成型體表面上，加熱表面可改性注塑成型體1然后粘附至適當(dāng)?shù)难b飾部。加熱可以僅通過微波處理進行，優(yōu)選地利用能夠通過微波處理偶聯(lián)的一體化的添加劑支持加熱。不需要單獨地施加粘合劑。裝飾部特別地是彈性的平面覆蓋元素，例如皮革或人造皮革。