A polyamide composition, a process for preparing the same, and a process for preparing a lightweight material from the same

Abstract

The present invention pertains to a composition comprising a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) and a process for preparing the same, and to a process for preparing a lightweight material comprising the composition, and to use of an isocyanurate derivate of formula (I) in the preparation of a lightweight polyamide material. The inventive composition affords an easy, safe and cost-effective access for obtaining a polyamide-based material having reduced weight and advantageous mechanical properties (such as flexural strength, flexural modulus and impact strength).

Description

A POLYAMIDE COMPOSITION, A PROCESS FOR PREPARING THE SAME, AND A PROCESS FOR PREPARING A LIGHTWEIGHT MATERIAL FROM THE SAMETechnical Field

[0001] The present invention relates to a polyamide (PA) composition, to a process for preparing the same, and to a process for preparing a lightweight material from the same.Background

[0002] Nowadays lightweight engineering plastics is highly attractive for application in different industries, for example, air intake manifold for transportation, base station, and VR frame. In the field of lightweight engineering plastics, polyamide, which is widely utilized in a variety of applications, shows promise.

[0003] One of the methods for lowering weight (or density) of plastic materials is foaming. Injection foaming, which combines foaming and injection molding technology, can be used to fabricate different structures with lightweight thermoplastic material for different applications. The most frequently used injection foaming methods include physical injection foaming method and chemical injection foaming method.

[0004] In physical injection foaming process, which is usually conducted in an equipment such as  polyamide melt is blended with high pressure gas (such as CO2 and N2) to obtain a single-phase mixture, which is then injected to the mold and subjected to a pressure drop. With the pressure drop, the gas and melted polymer in the single-phase mixture separate into different phases, creating a foam structure in the resulted material. This method has a shortcoming that expensive equipment is frequently required to prepare the aforesaid single-phase melt / gas mixture.

[0005] In chemical injection foaming of polyamide, a chemical blowing agent is used. A mixture of polyamide pellets and blowing agent is fed into an injection molding machine, in which the blowing agent is, for example, thermally decomposed, generating gas and thus allowing foaming. Such process has disadvantages because, on the one hand, blending of the blowing agent and the polyamide pellets is an additionally required step before the injection. Unlike polyurethane, polyamide should be fed in the form of readily-prepared polyamide pellets and dry-blended with the blowing agents, rather than incorporating the blowing agent during the polymerization of the polyamide. Incorporating the blowing agent during polymerization of the polyamide is not technically feasible because: (1) the high temperature during the polymerization of the polyamide may result in decomposition of most of the blowing agents, triggering the foaming untimely; and (2) the existence of the blow agent will block the polymerization of the monomers, and thus it is necessary to strictly control reaction environment and reagent ratios. On the other hand, dry-blending process usually affords a dry blend in which the blowing agent particles adhere to the surface of the polyamide pellets instead of being homogeneously dispersed throughout the blend. Accordingly, such dry blend, when being subjected to foaming process, would give a foamed product with uneven pore distribution and unsatisfying properties. Therefore, the selections and adding methods of blowing agents in PA system are greatly limited.

[0006] In addition to above conventional blowing agents, some chemical agents or additives may also be used as blowing agents. In this connection, reference may be made to some isocyanate derivates, such as polyisocyanates, oligomeric isocyanates, and isocyanate-impregnated rubbers. Foaming is achieved by thermal decomposition of the isocyanates at high temperature and subsequent reaction between isocyanates and trace moisture / polyamide side groups. However, two defects were observed in these blowing agents: one is the safety concerns caused by toxic gas emissions; and the other is that the processing window is rather narrow. In addition, the foaming effect of isocyanate derivates may depend largely on the presence of reinforcing fillers, and the foaming caused by some of such additives may merely take place in the presence of reinforcing fillers.

[0007] Owing to the above shortcomings, light-weight polyamide material cannot yet be obtained in an environment-friendly, safe, cost-efficient and handy way. Therefore, there is a need in industry for foamable polyamide composition, which is cost-effective and easy to use in the preparation of light-weight material.Summary of the Invention

[0008] In light of the above need, the present invention provides a foamable polyamide composition, which may be used for obtaining a light-weight material.

[0009] In one aspect, the invention provides a composition, which comprises a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) ,

[0010] wherein

[0011] R1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-6-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group; the substituent group in each case is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-6-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl; and

[0012] m, n and p are integers each independently selected from 1-6.

[0013] Further, the present invention provides a process for preparing a composition comprising a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) , which is defined as above, wherein the process comprises a step of dispersing the isocyanurate derivate into the polyamide at a temperature no greater than 270 ℃.

[0014] Still further, the present invention provides a process of preparing a lightweight material, comprising the steps of

[0015] (i) providing the inventive composition; and

[0016] (ii) subjecting the composition to injection molding at a temperature greater than 270℃.

[0017] Still further, the present invention provides an article comprising the inventive composition or the inventive lightweight material.

[0018] Even still further, the present invention provides use of the isocyanurate derivate of formula (I) , as defined above, in the preparation of a lightweight polyamide material.

[0019] The inventive composition allows an easy, safe and cost-effective access for obtaining a polyamide-based lightweight material with advantageous mechanical properties (such as flexural strength, flexural modulus and impact strength) . The lightweight material resulted from the inventive composition can be widely and advantageously utilized in industry.

[0020] Description of the Figures

[0021] The following figures are included to illustrate certain aspects of the present disclosure, and should not be viewed as exclusive embodiments. The subject matter disclosed is capable of considerable modifications, alterations, combinations, and equivalents in form and function, as will occur to one having ordinary skill in the art and having the benefit of this disclosure.

[0022] Figure 1 shows a schematic diagram of the process and equipment for preparing the polyamide foam according to the present invention.

[0023] Figure 2 shows the thermal gravity analysis result of 1, 3, 5-tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate (THEIC) , an exemplary blowing agent according to the present invention.

[0024] Figure 3 shows the section analysis result of the polyamide foam according to the present invention.Detailed Description of the Invention

[0025] Before the present compositions and processes of the invention are described, it is to be understood that this invention is not limited to particular compositions and processes described, since such compositions and processes may vary.

[0026] It is to be understood that the terminology used herein is not intended to be limiting, since the scope of the present invention will be limited only by the appended claims. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the meaning commonly understood by a person skilled in the art to which the invention belongs. It is to be understood that the terminology so used are interchangeable under appropriate circumstances and that the embodiments of the invention described herein are capable of operation in other sequences than described or illustrated herein.

[0027] The term “comprising” , as used in the claims, should not be interpreted as being restricted to the means listed thereafter; it does not exclude other elements or steps. It is thus to be interpreted as specifying the presence of the stated features, integers, steps or components as referred to, but does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps or components, or groups thereof. Thus, the scope of the expression “acomposition comprising means A and B” should not be limited to compositions consisting only of components A and B. It means that with respect to the present invention, the only relevant components of the composition are A and B. In addition, the terms “comprising” , “comprises” and “comprised of” as used herein are synonymous with “including” , “includes” or “containing” , “contains” , and are inclusive or open-ended and do not exclude additional, non-recited members, elements or process steps.

[0028] In the following passages, different aspects of the invention are defined in more detail. Each aspect so defined may be combined with any other aspect or aspects unless clearly indicated to the contrary. In particular, any feature indicated as being preferred or advantageous may be combined with any other feature or features indicated as being preferred or advantageous.

[0029] Reference throughout this specification to “one embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present invention. Thus, appearances of the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment.

[0030] Furthermore, whereas some embodiments described herein include some but not other features included in other embodiments, combinations of features of different embodiments are meant to be within the scope of the invention, and form different embodiments, as would be understood by those familiar with the art. For example, in the following claims, any of the claimed embodiments can be used in any combination.

[0031] As used herein, the articles “a” and “an” refer to one or to more than one (i.e., to at least one) of the grammatical object of the article. By way of example, “an element” means one element or more than one element.

[0032] Furthermore, the terms “first” , “second” , “third” or “ (i) ” , “ (ii) ” , “ (iii) ” etc. and the like in the description and in the claims, are used for distinguishing between similar elements and not necessarily for describing a sequential or chronological order. It is to be understood that the terms so used are interchangeable under appropriate circumstances and that the embodiments of the invention described herein are capable of operation in other sequences than described or illustrated herein. In case the terms “first” , “second” , “third” or “ (A) ” , “ (B) ” and “ (C) ” or “ (a) ” , “ (b) ” , “ (c) ” , “ (d) ” , “i” , “ii” etc. relate to steps of a method or use or assay there is no time or time interval coherence between the steps, that is, the steps may be carried out simultaneously or there may be time intervals of seconds, minutes, hours, days, weeks, months or even years between such steps, unless otherwise indicated in the application as set forth herein above or below.

[0033] In one aspect, the present invention provides a composition, which comprises a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) ,

[0034] wherein

[0035] R1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-6-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group; the substituent group in each case is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-6-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl; and

[0036] m, n and p are integers each independently selected from 1-6.

[0037] It was found that the inventive polyamide composition, which comprises an isocyanurate derivate of formula (I) as the blowing agent, can be readily foamed into a light-weight polyamide material having uniform pore distribution, satisfactory foam ratio and good mechanical properties. Meanwhile, the inventive composition can eliminate the need of costly and dedicated device and avoid the generation of toxic substances.

[0038] The isocyanurate derivates of formula (I) , due to their advantageous thermal decomposition temperatures, which are higher than many blowing agents such as isocyanates, are quite appropriate to be used as blowing agent in polyamide systems. On the one hand, the decomposition temperature of the isocyanurate derivates of formula (I) is higher than the typical compounding temperature (or the melting point) of polyamides, and they are chemically stable during the compounding; thus, the isocyanurate derivates of formula (I) can be fed from the throat zone of a compounding machine, allowing it to be compounded with the polyamide melt for a sufficient time and to achieve better dispersing within the PA matrix. On the other hand, the decomposition temperature of the isocyanurate derivates of formula (I) is slightly lower than the injection molding temperature commonly used in polyamide systems, allowing these blowing agents to be thermally decomposed during the injection molding and thus leading to the foaming. In the context of the present application, the term “injection molding” is exchangeable with “injection foaming” , because the foaming always happens during the injection molding. As used herein, the term “compounding” means to melt and mix PA with other components, so as to disperse these components in the PA matrix.

[0039] The isocyanurate derivates of formula (I) are typically in powder form at ambient temperature, which makes them easier to handle during the production of polyamide lightweight material than those in liquid form, such as isocyanates. Moreover, there are no harmful compounds produced during thermo-decomposition of the isocyanurate derivates of formula (I) , and thus security concerns can be eliminated. Also, the isocyanurate derivates of formula (I) are far less expensive and simpler to obtain than other high temperature blowing agents (such as 1, 3, 5-triazine-2, 4, 6 (1 H, 3H, 5H) -trione trihydrazone) .

[0040] In an embodiment, R1, R2 and R3 in formula (I) are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-4-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group.

[0041] According to the invention, “linear or branched, substituted or unsubstituted alkyl” means a straight-chain or branched open-chain, saturated hydrocarbon radical which is optionally mono-or poly-substituted. The expression “C1-6-alkyl” mentioned here by way of example is a brief notation for straight-chain or branched alkyl having 1 to 6 carbon atoms. Such alkyl groups may be, for example, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, or n-amyl radicals. Similarly, the expression “C1-4-alkyl group” refers to straight-chain or branched alkyl having 1 to 4 carbon atoms, and may be, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, or tert-butyl.

[0042] In an embodiment, R1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear unsubstituted C1-4-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group. For example, the linear unsubstituted C1-4-alkyl group may be methyl, ethyl, propyl, or n-butyl. In an embodiment, the phenyl group is mono-or multi-substituted, and preferably multi-substituted.

[0043] In an embodiment, as defined in formula (I) , the substituent group in each case is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-4-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl. For example, linear or branched C1-4-alkyl in each case is independently selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, and tert-butyl. As a substituent group, preferably, the C1-4-alkyl is unsubstituted. In a further embodiment, preferably, the substituent group is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-4-alkyl and hydroxyl. These substituent groups are preferable because they would not react with each other or with the polyamide, thus avoiding the undesired side-reactions such as crosslinking during the high-temperature processing.

[0044] In an embodiment, as defined in formula (I) , m, n and p are integers each independently selected from 1-4. In this disclosure, m, n and p may each independently be 1, 2, 3, 4, 5 or 6, and preferably 1, 2, 3 or 4.

[0045] In an embodiment, the isocyanurate derivate of formula (I) is 1, 3, 5-tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate (THEIC) , tris [3- (trimethoxysilyl) propyl] isocyanurate, tris (2, 3-dibromopropyl) isocyanurate, tris [2- (acryloyloxy) ethyl] isocyanurate, 1, 3, 5-triallyl-1, 3, 5-triazine-2, 4, 6 (1 H, 3H, 5H) -trione, tris (2, 3-epoxypropyl) isocyanurate or 1, 3, 5-tris (3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate, or any combination thereof. In an embodiment, preference is given to 1, 3, 5-tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate (THEIC) .

[0046] It was found that due to its relatively high decomposition temperature, the isocyanurate derivate of formula (I) (taking THEIC for example, its thermal decomposition peak temperature is about 271℃ according to thermogravimetric analysis (TGA) , as shown in Figure 2) , can be easily incorporated into PA, which typically has a melting temperature of lower than 270℃ (for example, PA6 has a melting temperature of 223℃, and PA66 has a melting temperature of 269℃) , via compounding (or mixing / melt blending) before injection molding. Using the isocyanurate derivate of formula (I) as the blowing agent allows relatively broad processing window for injection molding process of PA system.

[0047] In an embodiment, the polyamide is one or more aliphatic polyamides. In an embodiment, the aliphatic polyamide is one or more of those prepared by polycondensation of C5-12 aliphatic diamine and C5-18 aliphatic diacid, or those prepared by ring opening polymerization of C6-12 lactams. In an embodiment, the aliphatic polyamide is one or more of those prepared by polycondensation of C5-6 aliphatic diamine and C6-10 aliphatic diacid, or those prepared by polycondensation or ring opening polymerization of C6 lactam. In an embodiment, the polyamide is PA6, PA66 or a mixture thereof. More preferably, the polyamide is PA66.

[0048] In an embodiment, the isocyanurate derivate of formula (I) is present in the composition in an amount of 0.5-5 wt. %, more preferably of an amount of 1-3 wt. %, based on the total weight of the composition. Such a range of blowing agent amount allows the light-weight material to exhibit satisfactory mechanical properties while also ensuring cost efficiency. It was found that more blowing agent may not result in a better foaming effect, but may negatively affect the mechanical properties of the resulting light-weight material.

[0049] In an embodiment, the polyamide is present in the composition in an amount of 40-99 wt. %, based on the total weight of the composition. According to the present invention, the polyamide is used as the matrix, and its amount is not important and may vary from case to case. For example, in glass fiber (GF) reinforcing filler or other filler loaded recipes, the GF / fillers may occupy a large proportion, and accordingly, the proportion of the polyamide proportion would be lower. Alternatively, in the recipes without fillers / additives, the proportion of polyamide may be very high.

[0050] In an embodiment, the isocyanurate derivate of formula (I) is dispersed in / among the polyamide. In an embodiment, the inventive composition may be provided as isocyanurate derivate-containing polyamide pellets, wherein the isocyanurate derivate of formula (I) is uniformly dispersed in the polyamide matrix. As used herein, the term “disperse” , or any grammatical variation thereof, means to allow the isocyanurate derivate of formula (I) to spread within the polyamide matrix during the compounding. Accordingly, the inventive composition may be provided as a “single-material (or single-phase material) ” that can be used directly for injection molding. This has the advantage of lowering costs and efforts of end-users for the injection molding process, because such “single-material” injection may eliminate the need for additional specific equipment and / or complex processing. Furthermore, due to the uniform dispersion of the isocyanurate derivate in the polyamide matrix, the generation of CO2 gas from the isocyanurate would be enhanced by the surrounding polyamide, thus achieving a better foaming effect.

[0051] Surprisingly, it was observed that the foamability of the isocyanurate derivate of formula (I) in PA is less influenced by the existence of fillers (such as reinforcing fillers) . Thus, the inventive composition may be suitable for producing PA foaming materials with or without fillers.

[0052] In an embodiment, the composition further comprises filler. In an embodiment, the filler is one or more selected from glass fibers, preferably milled glass fibers, and mineral fillers. Preference is given to glass fibers. In an embodiment, the filler is present in an amount of 0-65 wt. %, more preferably 20-40 wt. %, based on the total weight of the composition.

[0053] In an embodiment, the composition further comprises an additive. In an embodiment, the additive is one or more selected from antioxidant, nucleation agent, lubricant, pigment and colorant. These additives are well known by those skilled in the art. In some embodiments, the additive is present in amount of 0-5 wt. %, based on the total weight of the composition.

[0054] In some embodiments, the composition at least comprises fillers. In some embodiments, the composition may comprise either or both of fillers and additives.

[0055] In another aspect, the invention provides a process for preparing a composition comprising a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) , which is defined as above, wherein the process comprises a step of dispersing the polyamide and the isocyanurate derivate at a temperature no greater than 270℃. During the dispersing step, the polyamide and the isocyanurate derivate of formula (I) are melted (but not decomposed) and mixed; thus, the isocyanurate derivate can be well spread throughout the polyamide.

[0056] The definitions and / or features in terms of the general formula (I) and the composition as described above apply to the descriptions hereafter in each case.

[0057] In an embodiment, the dispersing step is carried out at a temperature of 240-270℃. For example, the temperature may be 240℃, 245℃, 250℃, 255℃, 260℃, 265℃, 270℃, or may be in the range defined by any two values above. In some embodiments, the polyamide is PA6, and the dispersing is carried out at 240-260℃, preferably 240-250℃. In some embodiments, the polyamide is PA 66, and the dispersing temperature is 250-270℃.

[0058] In an embodiment, the dispersing step is carried out by using a compounder, preferably a twin-screw compounder, more preferably a twin-screw extruder.

[0059] It is known that the compounder, such as twin-screw extruder, contains different processing zones, such as solid feeding (i.e., throat zone) , melting, filler feeding, dispersing, homogenizing, degassing and discharging zones. In some embodiments, for examples, the twin-screw extruder may have 10 different processing zones, Zones 1 to 10, with the following functions: Zone 1 (or throat zone) for solid feeding, Zones 2-3 for melting, Zone 6 for filler feeding, Zones 4-5 and 7 for dispersing, Zone 8 for homogenizing, Zone 9 for degassing, and Zone 10 for discharging.

[0060] In some embodiments, the components of the inventive composition may be subjected to compounding / mixing under a temperature of 220-270℃, preferably 240-270℃. According to the present invention, the temperatures used for compounding in different zones in the compounding machine should be within the aforesaid range; but for each zone, the temperature can be determined by conventional means. For example, in an embodiment, the polyamide may be PA6, and the zone temperatures from Zone 1 to 10 may be respectively set as: 40℃ -220℃ -220℃ -240℃ -240℃ -250℃ -250℃ -260℃ -260℃ -260℃; and in another embodiment, the polyamide may be PA66, and the zone temperatures from Zone 1 to 10 may be respectively set as: 40℃ -250℃ -250℃ -260℃ -260℃ -260℃ -270℃ -270℃ -270℃ -270℃.

[0061] In some embodiments, the inventive process comprises a step of compounding the PA with the isocyanurate derivates of formula (I) , and optionally the additives and / or fillers. The compounding may include melting, dispersing and homogenizing steps, and preferably degassing and / or discharging steps.

[0062] In an embodiment, before the dispersing step, the process further comprises a step of feeding the polyamide together with the isocyanurate derivate of formula (I) , and optionally the fillers and / or additives, into the compounder via the throat zone. As used herein, the term “throat zone” (also referred to as “main zone” or “solid feeding zone” ) refers to the first zone (or Zone 1) of a compounder / extruder, for feeding most components (preferably solid components) of the recipe, such as polyamide pellets, the isocyanurate derivate of formula (I) and most additives. It is to be understood that the components fed through the throat zone should be thermostable enough to withstand high temperature in the succeeding zones, for example, melting and dispersing zones, whereas the unstable materials have to be fed in a latter zone with an extra side feeder so as to shorten the residence time in the machine or to avoid prolonged exposure to high temperature, thereby suppressing undesired side reactions. It was observed that the inventive blowing agent---isocyanurate derivate of formula (I) , can be fed from the throat zone together with the polyamide, such that it may be mixed with polyamide matrix for longer time to achieve sufficient dispersing therein.

[0063] In an embodiment, the isocyanurate derivate of formula (I) , before feeding, is mixed (or dry-blended) with the polyamide at ambient temperature in advance. In this case, the polyamide to be mixed may be provided as pellets.

[0064] In an embodiment, after the dispersing step, the resulting composition may be subjected to a pelletizing step, which would afford pellets of the inventive composition. The inventive pellets can be used directly for injection molding as a single-material (or single-phase material) as described above. Alternatively, the resulting composition may be subjected to injection molding directly, without the requirement of additional device or any processing in advance (for example, the device or processing for dry-blending PA particles with the blowing agent before molding) . As such, the disclosed invention may have the effect of reducing costs and efforts for injection molding process.

[0065] The descriptions in terms of the process of preparing the composition apply to the descriptions hereafter in each case.

[0066] In a further aspect, the invention provides a process of preparing a lightweight material, comprising the steps of

[0067] (i) providing the inventive composition or the composition obtained via the inventive process as described above, which comprises a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) ; and

[0068] (ii) subjecting the composition to injection molding at a temperature greater than 270℃.

[0069] In an embodiment, in the inventive process, step (ii) is carried out at a temperature of 270-300℃, preferably 275-300℃, more preferably 275-285℃, most preferably 270-280℃. In an embodiment, the polyamide is PA6 and the injection molding is performed at 270 ℃. In another embodiment, the polyamide is PA66 and the injection molding is performed at 280 ℃.

[0070] In even further aspect, the present invention provides an article comprising the inventive composition, or the composition obtained by the inventive process, or the lightweight material obtained by the inventive process, as described above.

[0071] In even further aspect, the invention provides use of an isocyanurate derivate of formula (I) , as defined above, in the preparation of a lightweight polyamide material. The isocyanurate derivate, as a blowing agent for producing lightweight polyamide material, has the advantages of cost-effective, easy-to-use, safe, and good foaming effect.

[0072] To facilitate a better understanding of the present disclosure, the following examples of preferred or representative embodiments are given. In no way should the following examples be read to limit, or to define, the scope of the invention.

[0073] Examples

[0074] 1. The formulations for the examples and comparative examples are shown in the following Table 1 and the specific components used therein are:

[0075] - PA6: Ultramid B27, from BASF

[0076] - PA66:  U3501 NC01, from Invista

[0077] - Glass fiber: ECS 03 T289H, from Nippon Electric Glass (NEG)

[0078] - Blowing agent: THEIC, from Huaan Hungeal Chemical Co.

[0079] - Pigment: Black Masterbatch (black MB) , Ultrabatch 434, from BASF (40% nigrosine + PA 6 60%)

[0080] - Antioxidant: Ultrabatch 101, from BASF (composition)

[0081] - Lubricant: CrodamideTM EBO (Bead) , from Croda

[0082] 2. Testing methods used herein are:

[0083] Preparation Procedure

[0084] As shown in Figure 1, the raw materials were fed into a Coperion ZSK18 twin-screw extruder, in which the polyamide, the additives and the blowing agent THEIC were mixed together and added at the throat zone via feeder 1, while the glass fiber was added at zone 6 via feeder 4. The twin-screw extruder has 10 different processing zones (not shown in Figure 1) , i.e. Zones 1 to 10, with the following functions: solid feeding (throat zone, or Zone 1) , melting (Zones 2-3) , filler feeding (Zone 6) , dispersing (Zones 4-5 and 7) , homogenizing (Zone 8) , degassing (Zone 9) and discharging (Zone 10) . The raw materials were added in an amount as shown in table 1. The raw materials were subjected to compounding in the extruder under a temperature of 240℃ to 270℃ from Zone 1 to Zone 10. In particular, when the polyamide was PA6, the zone temperatures from Zone 1 to 10 were set as: 40℃ -220℃ -220℃ -240℃ -240℃ -250℃ -250℃ -260℃ -260℃ -260℃; and when the polyamide is PA66, the zone temperatures from Zone 1 to 10 were set as: 40℃ -250℃ -250℃ -260℃ -260℃ -260℃ -270℃ -270℃ -270℃ -270℃. By compounding, THEIC was uniformly dispersed in the polyamide melt (or polyamide matrix) . Then, the polyamide melt with dispersed THEIC was melt-extruded from the die at the end of Zone 10, and then pelletized, thus providing a polyamide composition in pellet form.

[0085] The resulting polyamide composition in pellet form was directly fed into a LSM (80 ton) injection molding machine, giving a foamed polyamide material, the desired light-weight material / article. The injection molding was performed at 270℃ for the material with PA6 matrix, and at 280℃ for the material with PA66 matrix.

[0086] Examples 1-10

[0087] In these examples, compositions were prepared according to the above preparation procedure, and in each example, the raw materials were added in an amount as indicated in table 1.

[0088] Comparison Example 1

[0089] In this example, composition was prepared according to the above preparation procedure, except that no blowing agent was included.

[0090] The properties of finished material, such as maximum foam ratio, density, flexural strength, flexural modulus and Izod notched, were then determined by tests. The testing results were summarized in the following table 1.

[0091] As indicated in table 1, the inventive composition led to a density-reduced / light-weight polyamide material with good properties, which is comparable to or even better than that of the unfoamed material. Compared with Comp. Ex. 1, the inventive materials of Examples 5-7 had reduced density, but comparable flexural strength, flexural modulus and / or Izod notched. Table 1 also shows that the foaming behavior of the inventive composition is less dependent on the presence of reinforcing agents / fillers---whether there is filler in the composition or not, the resulting light-weight material would exhibit desired foam ratio; thus, the isocyanurate derivate of formula (I) is useful as a blowing agent in filler-free foam materials. The inventors found that the isocyanurate derivate of formula (I) , preferably THEIC, is quite suitable for producing light-weight PA material; in particular, THEIC is more suitable for PA66 system. Furthermore, the isocyanurate derivate-containing PA pellets can be easily used for injection molding and achieve desirable foaming efficacy, eliminating the need of additional equipment for incorporating high-pressure gas into PA mass or dry-blending the blowing agent with plain PA pellets, or any other additional / complicated processing.

[0092] In addition, a section analysis (SEM images of the cryo-fractured surface) was performed on the sample of Example 3, and the results were shown in Figure 3. As shown in Figure 3, lots of voids with diameter from dozens to hundreds of micrometers were dispersed inside the material, which make the material have light weight. These voids are homogeneously distributed in the material, which can be attributed to the good dispersion of blowing agent achieved by sufficient compounding. The uniform distribution of multiple small voids effectively prevents the concentration of stress or the formation of weak points, thereby preserving the mechanical properties of the unfoamed polyamide to a great extent. Furthermore, the multiple voids also act as a barrier against crack propagation upon material fracture, thereby leading to a notable enhancement in Izod notched impact strength.

Claims

1.A composition, which comprises a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) , whereinR1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-6-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group; the substituent group in each case is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-6-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl; andm, n and p are integers each independently selected from 1-6.2.The composition according to claim 1, wherein R1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-4-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group;preferably, R1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear unsubstituted C1-4-alkyl group and substituted or unsubstituted, preferably multi-substituted phenyl group.3.The composition according to claim 1, wherein the substituent group in each case is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-4-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl; preferably, the substituent group is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-4-alkyl and hydroxyl.4.The composition according to claim 1, wherein m, n and p are integers each independently selected from 1-4.5.The composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the isocyanurate derivate of formula (I) is 1, 3, 5-tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, tris [3- (trimethoxysilyl) propyl] isocyanurate, tris (2, 3-dibromopropyl) isocyanurate, tris [2- (acryloyloxy) ethyl] isocyanurate, 1, 3, 5-triallyl-1, 3, 5-triazine-2, 4, 6 (1H, 3H, 5H) -trione, tris (2, 3-epoxypropyl) isocyanurate or 1, 3, 5-tris (3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate, or any combination thereof; and more preferably, the isocyanurate derivate of formula (I) is 1, 3, 5-tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate.6.The composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyamide is one or more aliphatic polyamide; preferably, the aliphatic polyamide is one or more of those prepared by polycondensation of C5-12 aliphatic diamine and C5-18 aliphatic diacid, or those prepared by ring opening polymerization of C6-12 lactams;more preferably the aliphatic polyamide is one or more of those prepared by polycondensation of C5-6 aliphatic diamine and C6-10 aliphatic diacid, or those prepared by polycondensation or ring opening polymerization of C6 lactam; andmost preferably, the polyamide is PA6, PA66 or a mixture thereof.7.The composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the isocyanurate derivate of formula (I) is present in an amount of 0.5-5 wt. %, more preferably of an amount of 1-3 wt. %, based on the total weight of the composition.8.The composition according to any one of claims 1 to 7, wherein the polyamide is present in an amount of 40-99 wt. %, based on the total weight of the composition.9.The composition according to any one of claims 1 to 8, wherein the isocyanurate derivate is dispersed in the polyamide.10.The composition according to any one of claims 1 to 9, wherein the composition further comprises a filler and / or an additive; preferably, the filler is one or more selected from glass fibers, preferably milled glass fibers, and mineral fillers; preferably, the filler is present in amount of 0-65 wt. %, more preferably 20-40 wt. %, based on the total weight of the composition; preferably, the additive is one or more selected from antioxidant, nucleation agent, lubricant and colorant; preferably, the additive is present in amount of 0-5 wt. %, based on the total weight of the composition.11.A process for preparing a composition comprising a polyamide and an isocyanurate derivate of formula (I) , whereinR1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-6-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group; the substituent group in each case is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-6-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl, andm, n and p are integers each independently selected from 1-6;wherein the process comprises a step of dispersing the isocyanurate derivate into the polyamide at a temperature no greater than 270 ℃.12.The process according to claim 11, wherein R1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-4-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group; preferably, the substituent group is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-4-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl; preferably, m, n and p are integers each independently selected from 1-4; more preferably, the isocyanurate derivate of formula (I) is 1, 3, 5-Tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, tris [3- (trimethoxysilyl) propyl] isocyanurate, tris (2, 3-dibromopropyl) isocyanurate, tris [2- (acryloyloxy) ethyl] isocyanurate, 1, 3, 5-triallyl-1, 3, 5-triazine-2, 4, 6 (1 H, 3H, 5H) -trione, tris (2, 3-epoxypropyl) isocyanurate or 1, 3, 5-tris (3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl) isocyanurate, more preferably 1, 3, 5-tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate. ; preferably, the isocyanurate derivate of formula (I) is present in an amount of 0.5-5wt. %, based on the total weight of the composition.13.The process according to claim 11 or 12, wherein the polyamide is aliphatic polyamide; preferably, the aliphatic polyamide is one or more selected from those prepared by polycondensation of C1-12 aliphatic diamine and C1-12 aliphatic diacid, or those prepared by polycondensation or ring opening polymerization of C1-12 lactams; preferably, the polyamide is PA6 and / or PA66; preferably, the polyamide is present in an amount of 40-99 wt. %, based on the total weight of the composition.14.The process according to any one of claims 11 to 13, wherein the dispersing is carried out at a temperature of 240-270℃.15.The process according to any one of claims 11 to 14, wherein the dispersing is carried out by using a compounder, preferably a twin-screw compounder; preferably, polyamide, the isocyanurate derivate of formula (I) , and optionally the additives are fed into the compounder at the throat zone.16.A process of preparing a lightweight material, comprising the steps of(i) providing a composition according to any one of claims 1-10 or the composition obtained via the process according to any one of claims 11-15;(ii) subjecting the composition to injection molding at a temperature greater than 270℃.17.The process according to claim 16, wherein step (ii) is carried out at a temperature of 270-300℃, preferably 275-300℃, more preferably 275-285℃, most preferably 270-280℃.18.An article comprising the composition according to any one of claims 1-10, or the composition obtained by the process according to any one of claims 11-15, or the lightweight material obtained by the process according to any one of claims 16-17.19.A use of an isocyanurate derivate of formula (I) in the preparation of a lightweight polyamide material, whereinR1, R2 and R3 are the same or different, and are each independently selected from the group consisting of linear or branched, substituted or unsubstituted C1-6-alkyl group and substituted or unsubstituted phenyl group; the substituent group in each case is independently selected from the group consisting of linear or branched C1-6-alkyl, hydroxyl, amino and carboxyl; andm, n and p are integers each independently selected from 1-6.

Images