[发明专利]由PET聚合物材料制成的玩具搭建元件

说明书

本发明涉及玩具搭建元件，其由聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)聚合物材料制成并且通过包括PET聚酯的树脂的注射模塑而制造。本发明还涉及用于制造这样的玩具搭建元件的方法。

技术领域

本发明涉及由聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)聚合物材料制成并且通过包括PET聚酯的树脂的注射模塑而制造的玩具搭建(building)元件(element)。本发明还涉及用于制造这样的玩具搭建元件的方法。

背景技术

聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，常常简写为PET或PETE，是常用的热塑性聚合物树脂。其作为无定形(透明)状态和以半结晶性状态存在。无定形PET材料呈现为透明材料，而半结晶性PET材料取决于其晶体结构以及添加剂的类型和量而可能呈现为透明的或不透明和白色的。

现今，由于其机械和气体阻隔性质的优异组合，PET被广泛用于制造用于食物、水和苏打水以及软饮料等的容器。透明的水瓶是通过无定形PET的吹塑而制造的。因此，由于其普遍的可获得性(例如从再循环饮料瓶)，无定形PET可被认为是用于生产工程化合物的低成本原材料。

从注射模塑化合物的观点来看，PET具有许多缺点。未经改性的PET通常不能用作注射模塑化合物，因为干燥要求是必要的。通常，为了获得具有令人满意的物理性质的注射模塑物体，必须将PET树脂干燥，使得达到在50-100ppm的范围内的水分含量。

在PET树脂的注射模塑中，缓慢的结晶速率是个挑战。半结晶性PET典型地在范围140-150摄氏度的温度下注射模塑并且需要添加结晶剂来获得经济可行的生产速率。此外，随着结晶度提高，PET变得越来越脆。无定形PET典型地在范围5-40度的温度下注射模塑。在这样的情况下，典型地需要添加结晶抑制剂，使得获得不含晶体或者仅含有少量晶体的无定形PET。然而，无定形PET倾向于在热处理(退火)期间结晶化并且所得材料是脆性的。

此外，已知注射模塑的PET物体的性质从技术或商业观点来看是不可接受的，因为它们呈现出差的维度(尺寸，dimensional)稳定性和不令人满意的冲击强度。

可将PET的性质改性和提升至这样的程度：其可被用于耐用品的工业生产。缓慢的结晶速率可通过成核剂的添加而改善并且差的冲击强度可通过玻璃、纤维、矿物或有机增强物，比如碳纳米管、石墨烯和石墨、和/或冲击改性剂的添加而改善。

标准瓶等级PET典型地具有在0.75-0.85dl/g的范围内的特性粘度。共聚物改性(酸或二醇改性)已经被用于降低结晶速率和降低PET熔融温度，从而降低生产过程中的能量需要。使用共聚物改性的标准PET瓶聚合物典型地具有在0％和3mol％之间的间苯二甲酸(IPA)改性以降低结晶速率和容许生产重量最高达100克的清亮的预成型件。

US 3,405,198描述了抗冲击的注射模塑的聚对苯二甲酸乙二醇酯产品，其是通过将聚对苯二甲酸乙二醇酯作为其中已经均匀分布有0.5-50重量％的细碎的聚乙烯的熔融组合物注射模塑而实现的。

US 4,753,980描述了经增韧的热塑性聚酯组合物，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯均聚物和其它类似聚合物，其中冲击强度已经通过如下而改善：将某些乙烯共聚物增韧剂共混到聚酯基质中，使得所述乙烯共聚物遍及所述聚酯基质作为离散相或离散颗粒分散，该颗粒具有小于3微米的平均颗粒尺寸值。所述乙烯共聚物增韧剂以3-40重量％的量存在，基于仅有的所述聚酯和所述乙烯共聚物的总重量。这样的组合物被认为具有非凡的低温韧性，如对于样品在0摄氏度或更低的温度下通过标准缺口型艾佐德(悬臂梁，Izod)试验(ASTM D-256)测量的。

对于用于制造玩具比如玩具搭建元件而言，PET也似乎是令人感兴趣的材料。然而，冲击强度需要改进，以满足产品安全性和玩耍(游戏)体验的要求并且使得可生产当例如下落在地面上时或者当被成年人踩上时不破裂的持久的玩具搭建积木(brick)。该改善的冲击强度需要聚焦于如下的注射模塑物体：其具有复杂的几何形状，比如当以常规材料比如举例来说ABS生产时已经上市许多年的传统的积木的几何形状。