CN101309995B - 阻燃聚砜共混物 - Google Patents
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Abstract
具有改进的阻燃性的聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜与间苯二酚类聚酯，或间苯二酚类聚酯碳酸酯聚合物，和有机硅共聚物的共混物。峰值放热能降低且达到峰值放热的时间增加。
Description
技术领域
本发明涉及具有改进的阻燃性的聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜与间苯二酚类聚酯，或间苯二酚类聚酯碳酸酯聚合物，和有机硅共聚物的共混物。
背景技术
长期以来对开发可以耐燃的热塑性树脂有兴趣。关注的具体领域是开发用于运输应用(如轨道车和飞机)的塑料。已经发展了多种评估技术来测试这些材料的有效性，例如Federal Aviation Regulation(FAR)25.853。在该测试中，有时称为Ohio State University(OSU)等级，测量样品达到峰值放热(peak heat release)的时间，2分钟之后释放的能量和峰值放热能。较低的放热值和较长达到峰值放热的时间是合乎需要的。这是一项苛刻的测试，设计其以获得乘客在火灾事件中不得不逃离交通工具所需时间量的一些概念，然而，它不能代替最终用途应用中的测试装置，也不能保证在实际火灾状态下实施。例如，在美国专利5,051,483中描述了在这些用途中使用的聚合物共混物。这些组合物组合有聚醚酰亚胺(PEI)和有机硅聚醚酰亚胺及聚碳酸酯(PC)。尽管这些组合物有效，但本领域对于更好的阻燃性能仍存在需要。
发明简述
我们已经发现，通过对聚碳酸酯结构作少许变化，聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜与有机硅共聚物和聚碳酸酯的共混物的阻燃(FR)性能和FAR 25.853等级具有令人惊讶的改进。用间苯二酚衍生的酯连接基(linkage)代替聚碳酸酯双酚A衍生的连接基在放热方面得到非常大的改进，甚至在间苯二酚类聚合物为少量组分的共混物中也是如此。因此，聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜与有机硅共聚物和间苯二酚类芳基聚酯的共混物显示明显改进的FR性能。所述共混物还展示出高挠曲模量和高断裂拉伸伸长率。聚砜共混物的熔体流动性也得到改进。
发明详述
有机硅共聚物的组合，例如有机硅聚酰亚胺或有机硅聚碳酸酯，和高的玻璃化转变温度(Tg≥180℃)的聚砜(PSu)、聚醚砜(PES)和聚苯醚砜(PPUS)树脂，和间苯二酚衍生的聚芳基酯的组合具有令人惊讶的低放热值和改进的熔体流动性。间苯二酚衍生的芳基聚酯也可以是含有非-间苯二酚类连接基的共聚物，例如间苯二酚-双酚A共聚酯碳酸酯。为了获得更好的效果，间苯二酚酯的含量(REC)应大于衍生自间苯二酚的聚合物连接基的约50mol％。更高的REC可能是优选的。在一些情况中，REC大于间苯二酚衍生的连接基的75mol％，或者高至90或100mol％可能是期望的。
在阻燃共混物中含间苯二酚酯的聚合物的用量可变化很大，可以使用任何有效量来降低放热或增加到达峰值放热的时间。在一些情况中，含间苯二酚酯的聚合物可以为聚合物共混物的1-50wt％。一些关注的组合物具有10-50％间苯二酚类聚酯。在其它情况中，聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜与高REC共聚物的共混物的聚砜玻璃化转变温度(Tg)约为180℃。
间苯二酚类聚芳酯树脂应含有至少约50mol％衍生自间苯二酚或官能化间苯二酚与适合形成芳酯连接基的芳基二羧酸或二羧酸衍生物(例如，羧酸卤化物、羧酸酯和羧酸盐)的反应产物的单元。
间苯二酚类聚芳酯还可以含有得自双酚和形成碳酸酯的物质(如光气)的反应的碳酸酯连接基，制备聚酯碳酸酯共聚物。在本发明的另一实施方案中，间苯二酚聚芳酯碳酸酯共聚物包括间苯二甲酸和对苯二甲酸，间苯二酚，和任选双酚A和光气的反应产物。在一方面，间苯二酚聚酯碳酸酯共聚物将以使得双酚二羧酸酯连接基的数量最小化的方式制备，例如通过将间苯二酚部分和二羧酸部分预先反应以形成芳基聚酯嵌段，然后将所述嵌段与双酚和碳酸酯部分反应，形成共聚物的聚碳酸酯部分。
在其一个方面，本发明包括含有芳酯聚酯链成分(chain member)的聚合物。所述链成分包括至少一个双酚残基和至少一个芳族二羧酸残基。在一种实施方案中，双酚残基衍生自1，3-二羟基苯部分，如式I所示，在整个说明书中通称为间苯二酚或间苯二酚部分。在本发明上下文中使用的间苯二酚或间苯二酚部分应认为包括未取代的1，3-二羟基苯和取代的1，3-二羟基苯，除非另有明确说明。
式I
在式I中，R为C1-12烷基、C6-C24芳基、烷基芳基、烷氧基或卤素中的至少一种，n为0-4。
合适的二羧酸残基包括衍生自单环部分的芳族二羧酸残基。在不同实施方案中，合适的二羧酸残基包括衍生自间苯二甲酸、对苯二甲酸、或间苯二甲酸和对苯二甲酸的混合物的那些。合适的二羧酸残基还包括衍生自多环部分的那些，其说明性实例包括二苯基二羧酸、二苯基醚二羧酸和萘二羧酸，特别是萘-2，6-二羧酸。在一些实施方案中，芳族二羧酸残基得自间苯二甲酸和/或对苯二甲酸的混合物，通常如式II所示。
式II
因此，在一种实施方案中，本发明提供了热稳定的聚合物，其包括通常如式III所示的间苯二酚芳酯聚酯链成分，其中R和n如前面定义：
式III
在其一个方面，本发明提供了一种由树脂制得的组合物，该树脂使用制备聚合物的界面聚合法制得，所述聚合物包括基本上不含酸酐连接基的间苯二酚芳酯聚酯链成分，所述方法包括第一步，将至少一种间苯二酚部分和至少一种催化剂在水和至少一种基本上与水不混溶的有机溶剂的混合物中结合。适当的间苯二酚部分包括式IV单元：
式IV
其中R为C1-12烷基、C6-C24芳基、烷基芳基、烷氧基或卤素中的至少一种，且n为0-4。烷基在存在时，通常为直链、支化、或环状烷基，且最常位于两个氧原子的邻位，但也预计位于其它的环位置。合适的C1-12烷基包括但不限于，甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、己基、环己基、壬基、癸基，和芳基取代的烷基，包括苄基。在具体实施方案中，烷基为甲基。合适的卤素基团为溴、氯和氟。在不同的实施方案中，n的值可以为0-3，在一些实施方案中为0-2，在另一些实施方案中为0-1。在一种实施方案中，间苯二酚部分为2-甲基间苯二酚。在另一种实施方案中，间苯二酚部分为未取代的间苯二酚部分，其中n为0。所述方法进一步包括将至少一种催化剂与反应混合物组合。该催化剂在不同实施方案中可以存在的总量为0.01-10mol％，在一些实施方案中总量为0.2-6mol％，基于酰氯基团的总摩尔量。合适的催化剂包括叔胺、季铵盐、季鏻盐、六烷基胍盐，及其混合物。
合适的二羧酸二卤化物可以包括衍生自单环部分的芳族二羧酸二氯化物，其说明性实例包括间苯二酰二氯化物、对苯二酰二氯化物、或间苯二酰二氯化物和对苯二酰二氯化物的混合物。合适的二羧酸二卤化物也可以包括衍生自多环部分的芳族二羧酸二氯化物，其说明性实例包括二苯基二羧酸二氯化物、二苯醚二羧酸二氯化物、和萘二羧酸二氯化物，尤其是萘-2，6-二羧酸二氯化物；或衍生自单环和多环芳族二羧酸二氯化物的混合物的芳族二羧酸二氯化物。在一种实施方案中，该二羧酸二氯化物包括间苯二酰和/或对苯二酰二氯化物的混合物，通常如下式V所示。
式V
间苯二酰二氯化物和对苯二酰二氯化物之一或两者均可以存在。在某些实施方式中，该二羧酸二氯化物包括间苯二酰二氯化物和对苯二酰二氯化物的混合物，间苯二酰和对苯二酰的摩尔比约为0.25-4.0∶1；在其它实施方式中，摩尔比约为0.4-2.5∶1，在其它实施方式中，摩尔比约为0.67-1.5∶1。
二羧酸卤化物仅仅提供一种制备本文所述的聚合物的方法。制备间苯二酚芳酯连接基的其它途径预计也使用，例如二羧酸、二羧酸酯，尤其是活化酯，或二羧酸盐或偏盐。
在本发明的方法和组合物中还可以存在至少一种链终止剂(此后有时也称为封端剂)。添加至少一种链终止剂的目的是限制含有间苯二酚芳酯聚酯链成分的聚合物的分子量，由此提供具有受控分子量和良好加工性能的聚合物。通常，当不需要含间苯二酚芳酯的聚合物具有用于进一步应用的反应性端基时，添加至少一种链终止剂。在没有链终止剂的情况下，含间苯二酚芳酯的聚合物可在溶液中使用或者可从溶液中回收用于后续使用，例如形成共聚物，其可能需要具有位于间苯二酚芳酯聚酯链段上的反应性端基，通常是羟基。链终止剂可以是单酚化合物、单羧酸氯化物、和/或一氯甲酸酯中的至少一种。通常，在单酚化合物的情形时基于间苯二酚部分，以及在单羧酸氯化物和/或一氯甲酸酯的情形时基于酰二氯，该至少一种链终止剂的存在量可以为0.05-10摩尔％。
合适的单酚化合物包括单环酚，例如苯酚、C1-C22烷基取代的酚、对枯基酚、对叔丁基酚、羟基二苯基；双酚的单醚例如对甲氧基苯酚。烷基取代的酚包括具有8-9个碳原子的支链烷基取代基的那些，如美国专利4,334,053中描述的。在一些实施方式中，单酚链终止剂是苯酚、对枯基酚和间苯二酚单苯甲酸酯。
合适的单羧酸氯化物包括单环的单羧酸氯化物，例如苯甲酰氯、C1-C22烷基取代的苯甲酰氯、甲苯酰氯、卤素取代的苯甲酰氯、溴苯甲酰氯、肉桂酰氯、4-桥亚甲基四氢化邻苯二甲酰亚胺苯甲酰氯(4-nadimidobenzoylchloride)、及其混合物；多环单羧酸氯化物，例如偏苯三酸酐氯化物和萘甲酰氯；以及单环和多环单羧酸氯化物的混合物。具有至多22个碳原子的脂族单羧酸的氯化物也是合适的。脂族单羧酸的官能化氯化物，例如丙烯酰氯和异丁烯酰氯也是合适的。合适的单氯甲酸酯包括单环单氯甲酸酯，例如氯甲酸苯酯、烷基取代的苯基氯甲酸酯、对枯基苯基氯甲酸酯、甲苯氯甲酸酯、及其混合物。
链终止剂可以与间苯二酚部分结合在一起，可以被包含在二羧酸二氯化物溶液中，或可以在制备预缩合物之后被添加到反应混合物中。如果将单羧酸氯化物和/或单氯甲酸酯用作链终止剂，常常将它们与二羧酸二氯化物一起引入。也可以在二羧酸的氯化物已经大量反应或反应完全时，将这些链终止剂添加到反应混合物中。如果将酚化合物用作链终止剂，在一种实施方案中它们可以在反应期间加入反应混合物，或者，在另一实施方案中，在间苯二酚部分和酰氯部分之间的反应开始之前，加入反应混合物中。当制备含有羟基封端的间苯二酚芳酯的预缩合物或低聚物时，则可以没有或仅存在少量链终止剂以帮助控制低聚物分子量。
在另一实施方式中，本发明可以包括引入至少一种支化剂例如三官能或更高官能的羧酸氯化物和/或三官能或更高官能的酚。如果包含该支化剂，通常用量分别基于使用的二羧酸二氯化物或间苯二酚部分，可以是0.005-1摩尔％。合适的支化剂包括例如三官能或更高官能的羧酸氯化物，例如1，3，5-苯三酸三酰氯、3，3’，4，4’-二苯酮四羧酸四氯化物、1，4，5，8-萘四羧酸四氯化物或均苯四酸四氯化物，以及三官能或更高官能的酚，例如4，6-二甲基-2，4，6-三-(4-羟基苯基)-2-庚烯、4，6-二甲基-2，4，6-三-(4-羟基苯基)-庚烷、1，3，5-三-(4-羟基苯基)-苯、1，1，1-三-(4-羟基苯基)-乙烷、三-(4-羟基苯基)-苯基甲烷、2，2-二-[4，4-二-(4-羟基苯基)-环己基]-丙烷、2，4-二-(4-羟基苯基异丙基)-苯酚、四-(4-羟基苯基)-甲烷、2，6-二-(2-羟基-5-甲基苄基)-4-甲酚、2-(4-羟基苯基)-2-(2，4-二羟基苯基)-丙烷、四-(4-[4-羟基苯基异丙基]-苯氧基)-甲烷、1，4-二-[(4，4-二羟基三苯基)甲基]-苯。可以将酚支化剂与间苯二酚部分首先引入，而酰氯支化剂可以与酰二氯一起引入。
在其一种实施方案中，本发明包括由本发明方法制得的热稳定性间苯二酚芳酯聚酯，并且基本上不含连接至少两个聚酯链节(mers)的酐连接基。在具体实施方案中，所述聚酯包含衍生自间苯二甲酸和对苯二甲酸的混合物的二羧酸残基，如式VI所示：
式VI
其中R为C1-12烷基、C6-C24芳基、烷基芳基、烷氧基或卤素中的至少一种，n为0-4，且m至少为约5。在不同实施方案中，n为0且m为约10至约300。在一种实施方案中，间苯二甲酸酯和对苯二甲酸酯的摩尔比为约0.25-4.0∶1，在另一种实施方案中为约0.4-2.5∶1，及在又一实施方案中为约0.67-1.5∶1。基本上没有酐连接基的意思是在温度约为280-290℃下加热所述聚合物5分钟时，所述聚酯在一种实施方案中表现出分子量下降小于30％，在另一实施方案中下降小于10％。
本发明范围内还包括含有软嵌段链段的间苯二酚芳酯共聚酯，如共同拥有的美国专利5,916,997中公开的。在此使用的术语软嵌段是指该聚合物中的一些链段是由非芳族单体单元形成的。该非芳族单体单元通常是脂族的并且已知其赋予含软嵌段的聚合物以柔性。该共聚物包括含有式I、VII和VIII的结构单元的那些：
式I
式VII
式VIII
其中R和n如前面所定义，Z是二价芳基，R2是C3-20直链亚烷基、C3-10支链亚烷基、或C4-10环或二环亚烷基，以及R3和R4是各自独立地表示
其中式VIII构成该聚酯的酯连接基的约1-约45摩尔％。在本发明的其它实施方式中提供了一种组合物，其中在各种实施方案中，式VIII构成该聚酯的酯连接基的约5-约40摩尔％，在其它实施方案中，构成该聚酯的酯连接基的约5-约20摩尔％。另一实施方式提供了一种组合物，在一种实施方案中R2表示C3-14直链亚烷基或C5-6环亚烷基，其中在另一种实施方案中R2表示C3-10直链亚烷基或C6环亚烷基。式VII表示芳族二羧酸残基。在不同实施方案中式VII中的二价芳族基团Z可以衍生自至少一种适当的如上所定义的二羧酸残基，并且在一些实施方案中衍生自1，3-亚苯基、1，4-亚苯基或2，6-亚萘基中的至少一种。在不同实施方案中，Z包括至少约40摩尔％1，3-亚苯基。在不同实施方案中，对于含有软嵌段链成分的共聚酯，式I中的n为0。
在另一实施方式中，本发明包括嵌段共聚酯碳酸酯，其包括含间苯二酚芳酯的嵌段链段和有机碳酸酯嵌段的链段。在该共聚物中含有间苯二酚芳酯链成分的链段基本上没有酐连接基。基本上没有酐连接基的意思是在温度约为280-290℃下加热所述共聚酯碳酸酯5分钟时，该共聚酯碳酸酯表现出在一种实施方案中分子量下降小于10％，在另一种实施方案中分子量下降小于5％。该嵌段共聚酯碳酸酯包括那些含有交替的芳酯和有机碳酸酯嵌段的嵌段共聚酯碳酸酯，通常如式IX所示，其中R和n如前面所定义，并且R5是至少一种二价有机基团：
式IX
该芳酯嵌段的聚合度(DP)，其由m表示，在一种实施方案中至少为大约4，在另一种实施方案中至少为大约10，在另一种实施方案中至少为大约20，在又一种实施方案中为大约30-150。该有机碳酸酯嵌段的DP，其由p表示，通常在一种实施方案中至少为大约2，在另一种实施方案中至少为大约10-20，以及在又一种实施方案中为大约2-200。该嵌段的分布可以是这样，它使共聚物具有任何想要的芳酯嵌段对于碳酸酯嵌段的重量比。通常，在一种实施方案中芳酯嵌段的含量约为10-95重量％，并且在另一种实施方案中约为50-95％。
虽然在式IX中举例说明了间苯二甲酸酯和对苯二甲酸酯的混合物，但是该芳酯嵌段中的二羧酸残基可衍生自任何适当的二羧酸残基，其如上所定义，或者适当的二羧酸残基的混合物，包括衍生自脂族二酸二氯化物(通常所说的“软嵌段”链段)的那些。在不同实施方案中，n是0并且该芳酯嵌段包括衍生自间和对苯二甲酸残基的混合物的二羧酸残基，其中间苯二甲酸酯与对苯二甲酸酯的摩尔比在一种实施方案中约为0.25-4.0∶1，在另一种实施方案中约为0.4-2.5∶1，在又一种实施方案中约为0.67-1.5∶1。
在有机碳酸酯嵌段中，每个R5独立地是二价有机基团。在不同实施方案中，所述基团包括至少一种二羟基取代的芳烃，聚合物中R5基团总数的至少约60％是芳族有机基并且其剩余部分是脂族、脂环族或者芳族基团。合适的R5基团包括间亚苯基、对亚苯基、4，4’-亚联苯基、4，4’-二(3，5-二甲基)-亚苯基、2，2-二(4-亚苯基)丙烷、6，6’-(3，3，3’，3’-四甲基-1，1’-螺二[1H-茚满])及类似的基团，例如与如美国专利4,217,438中所述的以名称或结构式(通式或特定式)公开的二羟基取代的芳烃相应的那些基团。
在一些实施方案中，每个R5是芳族有机基团，在其它实施方案中为式X的基团：
-A1-Y-A2-
式X
其中A1和A2各自是单环二价芳基，并且Y是其中一个或两个碳原子隔开A1和A2的桥连基。式X中的自由价连接基通常相对于Y在A1和A2的间位或对位。其中R5具有式X的化合物是双酚，并且为了简短起见，在此使用术语“双酚”有时是指二羟基取代的芳烃。然而，应该了解的是这种类型的非双酚化合物也可以酌情使用。
在式X中，A1和A2通常表示未取代的亚苯基或其取代的衍生物，举例说明的取代基(一种或多种)是烷基、链烯基和卤素(特别是溴)。在一种实施方案中，优选未取代的亚苯基。A1和A2二者通常都是对亚苯基，虽然两者可以都是邻或间亚苯基或者一个是邻亚苯基或间亚苯基而另一个是对亚苯基。
桥连基Y是其中一个或两个原子将A1与A2隔开的基团。在特定实施方式中，一个原子将A1与A2隔开。举例说明的该类型基团是-O-，-S-，-SO-或-SO2-，亚甲基，环己基亚甲基，2-[2.2.1]二环庚基亚甲基，亚乙基，异丙叉，新戊叉，环己叉，环十五叉，环十二叉，金刚烷叉等基团。
在一些实施方案中，偕亚烷基(通常称为“烷叉”)是优选的，然而，也还包括不饱和基团。在一些实施方案中，优选的双酚是2，2-二(4-羟基苯基)丙烷(双酚A或BPA)，其中Y是异丙叉以及A1和A2各自是对亚苯基。取决于反应混合物中具有的间苯二酚部分的过量摩尔数，碳酸酯嵌段中的R5可以至少部分包括间苯二酚部分。换句话说，在本发明的某些实施方式中，式X的碳酸酯嵌段可包括间苯二酚部分与至少一种其它二羟基取代的芳烃相结合。
本发明包括二嵌段、三嵌段和多嵌段共聚酯碳酸酯。含间苯二酚芳酯链成分的嵌段和含有机碳酸酯链成分的嵌段之间的化学连接基可包括(a)和(b)中的至少一种：
(a)在适当的芳酯部分的二羧酸残基和有机碳酸酯部分的-O-R5-O-部分之间的酯连接基，例如在式XI中所示的典型例子，其中R5如前面所定义：
式XI
以及(b)间苯二酚芳酯部分的二酚残基和有机碳酸酯部分的-(C＝O)-O-部分之间的碳酸酯连接基，如式XII所示，其中R和n如前面所定义：
式XII
在一种实施方案中，该共聚酯碳酸酯基本上包含间苯二酚芳酯嵌段和有机碳酸酯嵌段之间具有碳酸酯连接基的二嵌段共聚物。在另一种实施方案中，该共聚酯碳酸酯基本上包含间苯二酚芳酯嵌段和有机碳酸酯端嵌段之间具有碳酸酯连接基的三嵌段碳酸酯-酯-碳酸酯共聚物。
在热稳定性间苯二酚芳酯嵌段和有机碳酸酯嵌段之间具有至少一种碳酸酯连接基的共聚酯碳酸酯通常是由含间苯二酚芳酯的低聚物制备的，该低聚物是通过本发明不同实施方案制备的，且在一种实施方案中含有至少一个羟基终端位点，在另一种实施方案中含有至少两个羟基终端位点。所述低聚物通常的重均分子量在一种实施方案中约为10,000-40,000，在另一种实施方案中约为15,000-30,000。可以通过在催化剂如叔胺存在的条件下，将所述含间苯二酚芳酯的低聚物与光气、至少一种链终止剂、和至少一种二羟基取代的芳烃反应来制备热稳定性共聚酯碳酸酯。
在一种情况中，具有改进的阻燃性的组合物包括选自以下树脂的共混物：聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜，及其混合物，有机硅共聚物和间苯二酚类芳基聚酯树脂，其中预计大于或等于50mol％的芳基聚酯连接基是衍生自间苯二酚的芳酯连接基。
在一些情况中，聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜及其混合物的氢原子和碳原子之比(H/C)小于或等于约0.85是值得关注的。碳含量相对于氢含量较高(即，氢原子和碳原子之比较低)的聚合物往往显示出改进的FR性能。这些聚合物具有较低的燃料值(fuel value)且在燃烧时可发出较小的能量。它们还通过具有在聚合物燃料和点火源之间形成绝缘焦炭层的倾向来阻止燃烧。不受任何具体作用模式或机理的约束，已观察到具有低H/C比的这类聚合物具有优异的阻燃性。在一些情况中，H/C比可小于或等于0.85。在其它情况中，优选H/C比大于约0.4，以得到具有充分柔软连接基的聚合物结构，从而获得熔体可加工性。给定聚合物或共聚物的H/C比可以通过独立于在化学重复单元中存在的任何其它原子而计算碳原子和氢原子，由其化学结构测定。
在一些情况中，阻燃聚合物共混物，和由其制得的制品的2分钟放热小于约60kW-min/m2。在另一些情况中，峰值放热将小于约80kW/m2。达到峰值放热的时间(time to peak heat release)大于约2分钟也是一些组合物和由其制得的制品的有利方面。在其它情况中，可以获得大于约3分钟的达到峰值放热的时间。
在本文提出的阻燃共混物中，聚砜、聚醚砜、聚苯醚砜及其混合物存在的量可以为约1-约99wt％，基于组合物的总重。在此范围内，聚砜、聚醚砜、聚苯醚砜及其混合物的量可以大于或等于约20wt％，更具体地，大于或等于约50wt％，甚至更具体地，大于或等于约70wt％。
在另一种实施方案中，存在包括以下物质的阻燃聚合物共混物的组合物：
a)1-99wt％聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜及其混合物，
b)99-1wt％芳基聚酯树脂，含有至少50mol％间苯二酚衍生的连接基，
c)0.1-30wt％有机硅共聚物，
d)0-20wt％一种或多种金属氧化物。
在另一方面，存在包括以下物质的阻燃聚合物共混物的组合物：
50-99wt％一种或多种聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜树脂，
1-50wt％一种或多种芳基聚酯碳酸酯树脂，含有至少50mol％间苯二酚衍生的连接基，
0.1-10wt％有机硅共聚物
0-20wt％一种或多种金属氧化物，和
0-2wt％一种或多种含磷稳定剂。
可以如美国专利3,634,355、4,008,203、4,108,837和4,175,175所述制备热塑性聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜。
聚芳基醚砜也称为聚砜、聚醚砜和聚苯醚砜，是线型热塑性聚合物，具有诸如耐高温、良好电性能和良好水解稳定性等大量吸引人的特征。可购买到各种各样的聚芳基醚砜，包括二羟基二苯基砜和二氯二苯基砜的缩聚产物，称为聚醚砜(PES)树脂，和双酚-A和二氯二苯基砜的聚合物，在本领域称为聚砜(PSu或PSF)树脂。
其它聚芳基醚砜为聚二苯基醚砜树脂，得自Solvay Inc.，商标为RADELR树脂。该树脂可描述为双酚和4，4′-二氯二苯基砜的缩聚产物且在本领域也是已知的并描述在，例如加拿大专利847,963中。
Solvay Co出售聚砜，商标为UDEL。Solvay出售聚醚砜，商标为RADELA，以及BASF Co出售聚醚砜，商标为ULTRASON E。也可以找到各种PES共聚物，例如包括摩尔比不为1∶1的双酚A(BPA)部分、其它双酚和二苯基砜部分。
制备聚芳基醚砜的方法是广为人知的，且现有技术已经清楚地说明了几种合适的方法。已知有两种方法用于此用途，即碳酸酯法和碱金属氢氧化物法。在碱金属氢氧化物法中，在基本上无水的条件下二元酚的双碱金属盐在偶极非质子溶剂存在下与二卤代苯类化合物(dihalobenzenoidcompound)接触。在碳酸酯法中，将至少一种二元酚和至少一种二卤代苯类化合物，例如，和碳酸钠或碳酸氢钠一起加热，现有技术，例如美国专利4,176,222中还公开了第二种碱金属碳酸盐或碳酸氢盐。或者，通过任意本领域已知的用于制备聚芳基醚树脂的各种方法可以制备聚二苯醚砜、PSu和PES树脂组分。
聚砜的分子量通过在适当溶剂如二氯甲烷、氯仿、N-甲基吡咯烷酮等中降低的粘度数据来指示，该粘度例如为至少0.3dl/g，优选至少0.4dl/g，且通常不超过约1.5dl/g。在一些情况中，聚砜重均分子量可以为10,000至100,000。在一些情况中，聚砜树脂的玻璃转化温度可以为180-250℃。
在用于砜塑料(Sulfone Plastics)的ASTM方法D6394标准规范中进一步描述了聚砜树脂。
可以使用有效量的任何硅氧烷共聚物来改进组合物的放热性能。在一些情况中，可以使用聚醚酰亚胺、聚醚酰亚胺砜、聚砜、聚苯醚砜、聚醚砜或聚苯醚的硅氧烷共聚物。在其它情况中，含有聚醚酰亚胺或聚碳酸酯硅氧烷的共聚物在降低放热和改进FR性能方面可能是有效的。也可以预计使用不同类型的硅氧烷共聚物的混合物。在一些情况中优选具有20-50wt％硅氧烷含量的硅氧烷共聚物。
共聚物的硅氧烷链段的嵌段长度可以是任何有效长度。在一些实例中，它可以为2-50硅氧烷重复单元。在其它情况中，硅氧烷嵌段长度可以为5-30个重复单元。在很多情况中，可以使用二甲基硅氧烷。
硅氧烷聚醚酰亚胺共聚物是可以在本发明共混物中使用的硅氧烷共聚物的特定实施方案。在美国专利4,404,350、4,808,686和4,690,997中示出了这些硅氧烷聚醚酰亚胺的实例。在一种情况中，聚醚酰亚胺硅氧烷可以与用于聚醚酰亚胺的相同方式制备，不同的是部分或全部有机二胺反应物用胺-封端的有机硅氧烷代替，例如式XIII的胺-封端的有机硅氧烷，其中g为1至约50的整数，优选为约5至约30，以及R′为具有2-20个碳原子的芳基、烷基或芳基烷基。
通过本领域技术人员熟知的任何方法可以制备聚酰亚胺硅氧烷，包括式(XIV)的芳族二(醚酐)和式(XVI)的有机二胺反应
(式XIV)
其中式中T为-O-、-S-、-SO2-或式-O-Z-O-的基团，其中-O-或-O-Z-O-基团的二价键在3，3′、3，4′、4，3′或4，4′位，且Z包括但不限于取代或未取代的二价有机基团例如：(a)具有约6至约24个碳原子的芳烃基团及其卤化衍生物；(b)具有约2至约20个碳原子的直链或支链亚烷基；(c)具有约3至约20个碳原子的亚环烷基，或(d)通式(XV)的二价基团，
其中Q包括但不限于选自以下的二价基团：-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-CyH2y-(y为1-8的整数)，及其氟化衍生物，包括全氟亚烷基，
H2N-R-NH2(式XVI)
式中基团R包括但不限于取代或未取代的二价有机基团，例如：(a)具有约6至约24个碳原子的芳烃基团及其卤化衍生物；(b)具有约2至约20个碳原子的直链或支链亚烷基；(c)具有约3至约20个碳原子的亚环烷基，或(d)通式(XV)的二价基团。
例如，在美国专利3,972,902和4,455,410中公开了具体芳族二酐和有机二胺的实例。式(XIV)的芳族二酐的说明性实例包括：3，3-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐；4，4′-双(3，4-二羧基苯氧基)二苯基醚二酐；4，4′-双(3，4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酐；4，4′-双(3，4-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酐；4，4′-双(3，4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酐；2，2-双[4-(2，3-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐；4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯基醚二酐；4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酐；4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酐；4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯基砜二酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基-2，2-丙烷二酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基醚二酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基硫醚二酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酐和4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酐，以及其各种混合物。
适宜化合物的实例为乙二胺、丙二胺、三亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、六亚甲基二胺、七亚甲基二胺、八亚甲基二胺、九亚甲基二胺、十亚甲基二胺、1，12-十二烷二胺、1，18-十八烷二胺、3-甲基七亚甲基二胺、4，4-二甲基七亚甲基二胺、4-甲基九亚甲基二胺、5-甲基九亚甲基二胺、2，5-二甲基六亚甲基二胺、2，5-二甲基七亚甲基二胺、2，2-二甲基丙二胺、N-甲基-双(3-氨基丙基)胺、3-甲氧基六亚甲基二胺、1，2-双(3-氨基丙氧基)乙烷、双(3-氨基丙基)硫醚、1，4-环己烷二胺、二-(4-氨基环己基)甲烷、间苯二胺、对苯二胺、2，4-二氨基甲苯、2，6-二氨基甲苯、间亚二甲苯基二胺、对亚二甲苯基二胺、2-甲基-4，6-二乙基-1，3-亚苯基-二胺、5-甲基-4，6-二乙基-1，3-亚苯基-二胺、对二氨基联苯、3，3′-二甲基对二氨基联苯、3，3′-二甲氧基对二氨基联苯、1，5-二氨基萘、双(4-氨基苯基)甲烷、双(2-氯-4-氨基-3，5-二乙基苯基)甲烷、双(4-氨基苯基)丙烷、2，4-双(氨基-叔丁基)甲苯、双(对氨基-叔丁基苯基)醚、双(对甲基-邻氨基苯基)苯、双(对甲基-邻氨基戊基)苯、1，3-二氨基-4-异丙基苯、双(4-氨基苯基)硫醚、双(4-氨基苯基)砜、双(4-氨基苯基)醚和1，3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷。还可以使用这些化合物的混合物。优选的二氨基化合物为芳族二胺，尤其是间苯二胺和对苯二胺，磺酰基二苯胺及其混合物。
一些聚醚酰亚胺硅氧烷可以通过式XVI的有机二胺，或二胺的混合物和式XIII的胺-封端的有机硅氧烷反应而形成。在反应之前二氨基组分可以与二酐物理混合，从而形成基本上无规共聚物。或者，通过XVI和XIII与二酐(如式XIV的那些)的选择性反应可以形成嵌段或交替共聚物，以制备随后在一起反应的聚酰亚胺嵌段。在另一情况中，用于制备聚醚酰亚胺共聚物的硅氧烷可以具有酐而不是胺官能端基。
在一种情况中，硅氧烷聚醚酰亚胺共聚物可以是式XVII的，其中T、R′和g如上所述，n为5-100，以及Ar为6-36个碳的芳基或烷基芳基。
(式XVII)
在一些硅氧烷聚醚酰亚胺中，硅氧烷聚醚酰亚胺共聚物的二胺组分可以含有约20-50mol％式XXII的胺-封端的有机硅氧烷，和约50-80mol％式XVI的有机二胺。在一些硅氧烷共聚物中，硅氧烷组分含有约25-约40mol％胺-或酐封端的有机硅氧烷，例如美国专利4,404,350中描述的。
组合物的高挠曲模量和高拉伸伸长率使得它们在诸如片材的应用中是有用的，其中它们显示出抗冲击破坏的性能，也显示出足够的硬度，从而它们在载荷下不挠曲或弯曲。在高断裂拉伸伸长率中显示的韧性、在高挠曲模量中显示的硬度和在低放热值中显示的阻燃性的结合使得由这些组合物形成的片材或其它制品非常有用。例如，这些片材可用于构造运输交通工具，如飞机或列车内部。它们还可以用于房屋和建筑物。片材可以按制备的原样使用，例如通过挤出、压塑或压延来制备，以及可以热成形或通过其它方法成形。膜和片材也可以是较复杂的多层结构中的组件。在一些情况中，例如根据ASTM方法D638测量的断裂拉伸伸长率大于或等于约50％，由此显示了良好的抗冲性。在其它情况中，例如根据ASTM方法D790测量的挠曲模量大于或等于约300Kpsi(2070Mpa)，由此显示了高硬度。
在一些情况中可以将金属氧化物加入聚砜、聚醚砜或聚苯醚砜硅氧烷共聚物和含有间苯二酚酯的聚合物的共混物中。在一些情况中金属氧化物可以通过降低放热和增加达到峰值放热的时间进一步改进阻燃(FR)性能。发现二氧化钛是有效的。其它金属氧化物包括氧化锌、氧化硼、氧化锑、氧化铁和过渡金属氧化物。在一些情况中，白色的金属氧化物可能是期望的。金属氧化物可以单独使用或与其它金属氧化物组合使用。金属氧化物可以任何有效量使用，在一些情况中，为聚合物共混物的0.01-20wt％。
其它有用的添加剂包括烟雾抑制剂如金属硼酸盐，例如硼酸锌、碱金属或碱土金属硼酸盐或其它硼酸盐。另外，其它含硼化合物如硼酸、硼酸酯、氧化硼或硼的其它含氧化合物可以是有用的。还可以使用其它阻燃添加剂，例如芳基磷酸酯、磺酸盐和溴化芳族化合物，包括含有得自溴化芳族化合物的连接基的聚合物。还可以使用任何或全部这些阻燃剂的混合物。卤化芳族化合物的实例为溴化苯氧基树脂、卤代聚苯乙烯、卤代酰亚胺、溴化聚碳酸酯、溴化环氧树脂及其混合物。磺酸盐的实例为全氟丁基磺酸钾、甲苯磺酸钠、苯磺酸钠、二氯苯基苯磺酸钠、二苯基砜磺酸钾和甲磺酸钠及其混合物。在一些情况中，碱金属和碱土金属的磺酸盐是优选的。磷酸酯阻燃剂的实例为三芳基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯、双酚A苯基二磷酸酯、间苯二酚苯基二磷酸酯、苯基-二-(3，5，5′-三甲基己基磷酸酯)，乙基二苯基磷酸酯、双(2-乙基己基)-对甲苯基磷酸酯、双(2-乙基己基)苯基磷酸酯、三(壬基苯基)磷酸酯、苯基甲基氢磷酸酯、二(十二烷基)对甲苯基磷酸酯、卤代三苯基磷酸酯、二丁基苯基磷酸酯、2-氯乙基二苯基磷酸酯、对甲苯基双(2，5，5′-三甲基己基)磷酸酯、2-乙基己基二苯基磷酸酯、二苯基氢磷酸酯、间苯二酚二磷酸酯等，以及包含任意上述物质的混合物。
在一些情况中，可能希望阻燃组合物基本上不含卤素原子，特别是溴和氯。基本上不含有卤素原子意味着，在一些实施方案中，组合物含有的卤素小于组合物的约3％重量，而在其它实施方案中，组合物含有的卤素小于组合物的约1％重量。卤素原子的含量可以通过普通化学分析确定。
组合物还任选包括任何有效量的含氟聚合物以便为树脂组合物提供防滴或其它有利性能。在一种情况中，含氟聚合物可以使用的量为约0.01至约5.0％，以组合物的重量计。合适的含氟聚合物及制备这些含氟聚合物的方法的一些可行实例，例如在美国专利3,671,487、3,723,373和3,383,092中已提出。合适的含氟聚合物包括含有衍生自一种或多种氟化α-烯烃单体的结构单元的均聚物和共聚物。术语“氟化α-烯烃单体”指包含至少一个氟原子取代基的α-烯烃单体。一些合适的氟化α-烯烃单体包括，例如，氟代乙烯，如CF2＝CF2、CHF＝CF2、CH2＝CF2和CH2＝CHF，和氟代丙烯，例如CF3CF＝CF2、CF3CF＝CHF、CF3CH＝CF2、CF3CH＝CH2、CF3CF＝CHF、CHF2CH＝CHF和CF3CF＝CH2。
一些合适的氟化α-烯烃共聚物包括含有衍生自两种或更多种氟化α-烯烃单体的结构单元的共聚物，例如聚(四氟乙烯-六氟丙烯)，和含有衍生自一种或多种氟化单体和一种或多种可与该氟化单体共聚的非氟化单烯键式不饱和单体的结构单元的共聚物，例如聚(四氟乙烯-乙烯-丙烯)共聚物。合适的非氟化单烯键式不饱和单体，包括，例如α-烯烃单体，如乙烯、丙烯、丁烯、丙烯酸酯单体(如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等)，优选聚(四氟乙烯)均聚物(PTFE)。
共混物还进一步含有填料和增强物，例如玻璃纤维、磨碎玻璃(milledglass)、玻璃珠、片等。可以添加矿物，如滑石、硅灰石、云母、高岭土或蒙脱土、硅石、石英和重晶石。还可以用有效量的无机填料来改良组合物，该无机填料，例如碳纤维和碳纳米管、金属纤维、金属粉、导电碳，和包括纳米尺寸的增强物的其它添加剂。
其它添加剂包括，抗氧化剂，如亚磷酸盐(酯)、亚膦酸盐(酯)和受阻酚。包括三芳基亚磷酸酯和芳基膦酸酯的含磷稳定剂是有名的可用添加剂。还可以使用双官能含磷化合物。优选分子量大于或等于约300的稳定剂。在其它情况中，分子量大于或等于500的含磷稳定剂是有用的。在组合物中存在的含磷稳定剂通常为组合物重量的0.05-0.5％。共混物中也可以存在着色剂以及光稳定剂和UV吸收剂。也预计有流动助剂和脱模剂化合物。脱模剂的实例为烷基羧酸酯，例如季戊四醇四硬脂酸酯、丙三醇三硬脂酸酯和乙二醇二硬脂酸酯。在组合物中存在的脱模剂通常为组合物重量的0.05-0.5wt％。优选的脱模剂具有高分子量，通常大于约300，以防止在熔体加工时熔融聚合物混合物中的脱模剂损失。
本发明的组合物可以通过大量方法和前述成分共混，包括均匀混合这些物质和组合物中需要的任何其它添加剂。优选的步骤包括熔融共混，但溶液共混也是可行的。由于熔融共混装置在市售的聚合物加工设备中的可获得性，一般优选熔体加工方法。用于该熔体加工方法中的设备的说明性实例包括：同向旋转和反向旋转挤出机、单螺杆挤出机、共-捏合机(co-kneader)、盘-包处理机(disc-pack processor)和各种其它类型的挤出设备。在本发明的方法中熔体的温度优选降低至最小，以避免树脂过分降解。常常希望将熔融树脂组合物的熔体温度保持在约250℃至约370℃，但可以使用更高的温度，条件是保持该树脂在处理装置中的停留时间短暂。在一些实施方案中，熔体加工过的组合物离开处理装置，如通过模头的小出口孔离开挤出机，得到的熔融树脂线料通过使线料经过水浴来冷却。冷却的线料可以切成小粒料，以便包装和进一步处理。
本发明的组合物可以通过许多方法形成制品。优选的方法包括，例如，注塑、吹塑、压塑、型材挤出、片材或膜挤出、气体辅助成型、结构泡沫模塑(structural foam molding)和热成形。这些制品的实例包括但不限于，炊具、食品处理器具(food service device)、医疗设备、盘(tray)、板、把手、头盔、动物笼子、接线盒、电气设备的外壳、发动机部件、汽车发动机部件、照明设备插座和反射镜、电动机部件(electric motor parts)、电力分配装置、通讯装置、计算机等，包括在搭扣配合连接器(snap fit connector)中模塑的装置。本文描述的间苯二酚聚芳酯类共混物还可以制成膜和片，以及层压体系的组件。其它制品包括，例如，纤维、片材、膜、多层片材、多层膜、模塑部件、挤出部件、涂覆部件和泡沫体：窗、行李架、壁板、椅子部件、照明板、扩散器、遮挡板、隔板、透镜、天窗、照明装置、反射镜、管道系统、电缆盘、管道、管子、电缆节(cable ties)、电线涂层(wire coating)、接线盒、空气处理设施、通风设备、顶窗、绝缘器、箱柜、存储容器、门、铰链、把手、水槽(sinks)、镜子外壳、镜子、马桶座、衣架、衣钩、搁置架、梯子、扶手、台阶、手推车(carts)、盘子、炊具、食品处理设备、通讯设备和仪表板。
本文讨论的组合物可以使用普通热塑性方法如膜和片材挤出法转变为制品。膜和片材挤出法包括但不限于熔体流延、吹膜挤出(blown filmextrusion)和压延。可以采用共挤出和层压方法形成复合多层膜或片。可以进一步将单层或多层涂层施用至单层或多层基底以赋予诸如耐刮擦、耐紫外光、美学吸引力等附加性质。可以通过标准涂布技术如辊涂、喷涂、浸渍涂布、刷涂或流涂施加涂层。或者，可以通过将在适当溶剂中的组合物溶液或悬浮液流延在基底、带或辊上，接着除去溶剂而制备膜和片材。还可以使用标准方法如溅射、真空沉积和与箔片层合将膜金属化。
取向膜可以通过吹膜挤出或通过使用常规拉伸技术在热变形温度附近拉伸流延(stretching cast)或压延膜而制备。例如，对于多轴同时拉伸可以采用径向拉伸缩放仪；以及可以使用x-y方向拉伸缩放仪在平面x-y方向同时或顺序拉伸。也可以使用具有顺序单轴拉伸部分的设备以获得单轴和双轴拉伸，例如在纵向方向装配有用于拉伸的差示速度辊(differential speed roll)部分、且在横向方向装配有用于拉伸的绷架部分(tenter frame section)的机器。
本文讨论的组合物可以转变为多层片材，其包括具有第一面和第二面的第一片材，和具有第一面和第二面的第二片材；其中所述第一片材包括热塑性聚合物，且第一片材的第一面位于多个肋材(rib)的第一侧；所述第二片材包括热塑性聚合物，且第二片材的第一面位于所述多个肋材的第二侧，以及其中该多个肋材的第一侧和该多个肋材的第二侧相对。
上述的膜和片材还可以通过成型和模塑方法被热塑加工为成型制品，该成型和模塑方法包括但不限于热成型、真空成型、压力成型、注塑和压塑。多层成型制品还可以通过将热塑性树脂注塑在如下所述的单层或多层膜或片基底上而形成：
1)提供在表面具有任选一种或多种颜色的单层或多层热塑性基底，例如，使用转印染料(transfer dye)的丝网印刷。
2)例如通过将基底成型并剪裁成三维形状并将该基底装入在模具中，使基底和模具结构一致，该模具具有和基底的三维形状相匹配的表面。
3)将热塑性树脂注入基底后面的模腔中，以便(i)制备整块永久结合的三维产品或(ii)将图案或美学效果从印刷基底转印至注入的树脂并移除印刷基底，由此赋予模塑树脂美学效果。
本领域技术人员也将认识到，普通的固化和表面改性方法包括但不限于热固化、纹理化(texturing)、压花、电晕处理、火焰处理(flame treatment)、等离子体处理和真空沉积，可以进一步施用至上述制品，以改变表面外观并赋予制品额外的功能。
因此，本发明的另一实施方案涉及由上述组合物制备的制品、片材和膜。
无需进一步详细说明，认为用本文的描述本领域技术人员可以利用本发明。以下实施例包括给本领域技术人员实践要求保护的本发明其它指导。给出的这些实施例仅仅是本发明的代表并帮助教导本发明。因此，这些实施例不试图以任何方式限制本发明。
本文引用的所有专利在此并入作为参考。
本发明的实施例
在2.5英寸单螺杆、真空排气挤出机中通过挤出间苯二酚类聚酯碳酸酯树脂和聚砜或聚醚砜和有机硅聚酰亚胺共聚物树脂的混合物制备共混物。组分以全部组分的wt％列出，除非另有说明。将挤出机设定在约285-340℃。在约90rpm、真空下进行共混。冷却挤出物，造粒并在120℃干燥。在320-360℃设定温度和120℃模塑温度采用30秒循环时间注塑测试样品。
使用ASTM测试方法测量性质。根据ASTM D1238在295℃使用6.7Kg砝码在干燥粒料上测量熔体流动速率(MFR)。在测试之前在50％相对湿度下调节所有模塑样品至少48h。根据ASTM D256在室温在3.2mm厚的试条上测量缺口伊佐德抗冲值。根据ASTM D648在1.82MPa(264psi)下在3.2mm厚的试条上测量热变形温度(HDT)。根据ASTM方法D638在3.2mm的I型试条上测量拉伸性能。根据ASTM方法D790在3.2mm试条上测量挠曲性能。
放热试验是在厚度2.0mm的15.2×15.2cm试验片上使用Ohio StateUniversity(OSU)放热速率装置进行的，根据FAR 25.853列出的方法测量。在两分钟时测量放热，以kW-min/m2(千瓦分钟每平方米)计。测量了峰值放热，以kW/m2(千瓦每平方米)计。还测量了达到峰值放热的时间，以分钟计。在“Aircraft Materials Fire Test Handbook”DOT/FAA/AR-00/12，Chapter5“Heat Release Test for Cabin Materials”中还描述了该放热测试方法。
注意到，字母表示比较例，而数字表示本发明的实施例。
材料
在这些实施例中使用的间苯二酚酯聚碳酸酯(ITR)树脂是由间苯二酰氯和对苯二酰氯的1∶1混合物与间苯二酚、双酚A(BPA)和光气的缩合制得的聚合物。由酯连接基和碳酸酯连接基的近似摩尔比命名ITR聚合物。ITR9010具有约82mol％间苯二酚酯连接基，8mol％间苯二酚碳酸酯连接基和约10mol％BPA碳酸酯连接基。Tg＝131℃
PEI-硅氧烷为聚醚酰亚胺二甲基硅氧烷共聚物，由间苯二胺、BPA-二酐和含有平均约10个硅原子的二氨基丙基官能化甲基有机硅的酰亚胺化反应制得。它具有约34wt％硅氧烷含量和约24,000的Mn，根据凝胶渗透色谱法测量。
PSu为双酚A和二氯二苯基砜的反应制得的聚砜，且由Solvay Co出售，为UDEL1700。
PES为二羟基苯基砜和二氯二苯基砜制得的聚醚砜，且由BASF Co.出售，为ULTRASON E。
注意到，所有的共混物在混合时加入3份/100份(phr)二氧化钛(TiO2)。
实施例1 & 2
表1的实施例1显示，间苯二酚酯聚碳酸酯(ITR9010)、聚砜(PSu)，和有机硅-聚酰亚胺共聚物(PEI-硅氧烷)的共混物，与对照例A相比，得到了令人惊讶的两分钟放热和峰值放热的降低。两分钟的放热从63kW-min/m2下降至47kW-min/m2。峰值放热也从120kW-min/m2下降至75kW-min/m2。达到峰值放热的时间也从2.56分钟增加到3.72分钟，延迟了放热达到最大强度的时间。注意到，加入间苯二酚酯聚碳酸酯也使流动性(MFR＝熔体流动速率g/10分钟，在295℃测量)从6.7g/10min增加到13.8g/10min。
实施例2显示，聚砜和聚醚砜(PES)和ITR9010及有机硅聚酰亚胺的共混物，与对照例A相比，也具有改进的放热性能和改善的流动性。
表1
| 实施例* | 1 | 2 | A |
| PSuPESPEI硅氧烷ITR9010 | 62.502.535 | 31.2531.252535 | 100000 |
| 放热2min(kW-min/m2)峰值(kW/m2)达到峰值的时间(Min) | 47753.72 | 57752.91 | 631202.56 |
| 外观 | 泡沫焦 | 泡沫焦 | 焦 |
| MFR@295℃g/10min | 13.8 | 11.9 | 6.7 |
*共混物具有3phr TiO2
实施例3
表2，即实施例3显示具有间苯二酚酯聚碳酸酯(ITR9010)和2.5wt％有机硅聚酰亚胺共聚物的聚醚砜(PES)共混物。在此例中，对照例B的放热值低但它因烧透(burn through)而没有通过测试。对照的PES样品随火焰流失，不再提供防火屏障。在对照例3中，在根据FAR/OSU测试燃烧时，得到了泡沫焦(foamy char)，充当防止火焰蔓延的屏障。该实施例还具有低放热值，较长的达到峰值放热的时间，并充当防止火焰蔓延的更有效的屏障。注意到，间苯二酚酯PC(ITR9010)，相比于对照例B，改善了熔体流体性。
表2
| 实施例* | 3 | B |
| PESPEI硅氧烷ITR9010 | 62.52.535 | 10000 |
| 放热2min(kW-min/m2)峰值(kW/m2)达到峰值的时间(Min) | 31653.74 | 17612.18 |
| 外观 | 泡沫焦 | 烧透 |
| MFR@295℃g/10min | 10.9 | 2.7 |
*共混物具有3phr TiO2
实施例4 & 5
在表3中的实施例4 & 5显示具有更高间苯二酚酯聚碳酸酯共聚物含量(60wt％)的PSu或PES共混物。共混物显示低的两分钟放热值和低的峰值放热值。当燃烧时，样品发展出充当防止火焰蔓延的屏障的泡沫焦。实施例3 & 4还显示出高的熔体流动性，令人惊讶的是它们在FAR/OSU测试时没有烧透或流失。
共混物还显示高的挠曲模量(≥300Kpsi或2070MPa)和高的挠曲强度(≥15Kpsi或103.5Mpa)，以及高的断裂拉伸伸长率(≥50％)。
表3
| 实施例* | 4 | 5 |
| PSuPESPEI硅氧烷ITR9010 | 37.502.560 | 037.52.560 |
| 放热2min(kW-min/m2)峰值(kW/m2)达到峰值的时间(Min) | 59702.65 | 39582.40 |
| 外观 | 泡沫焦 | 泡沫焦 |
| MFR@295℃g/10minFlex Mod KpsiFlex Str KpsiT Str.(Y)KpsiT.Mod.Kpsi％ Elong(B)HDT 264psi℃N Izod ft-lbs/in | 17.738217.611.0372891342.6 | 13.939918.311.73831101323.5 |
*共混物具有3phr TiO2
Claims (27)
1.具有改进的阻燃性的组合物，包括第一树脂、第二树脂和第三树脂的共混物，该第一树脂选自聚砜，该第二树脂包括有机硅共聚物，该第三树脂包括间苯二酚类芳基聚酯树脂，其中大于或等于50mol％的芳基聚酯连接基是衍生自间苯二酚的芳酯连接基。
2.权利要求1的组合物，其中所述有机硅共聚物选自聚酰亚胺硅氧烷、聚醚酰亚胺硅氧烷、聚醚酰亚胺砜硅氧烷、聚碳酸酯硅氧烷、聚酯碳酸酯硅氧烷、聚砜硅氧烷、及其混合物。
3.权利要求1的组合物，其中所述有机硅共聚物的含量为聚合物共混物的0.1-10.0wt％。
4.权利要求1的组合物，其中所述有机硅共聚物的硅氧烷含量为20-50wt％。
5.权利要求1的组合物，其中聚砜的氢原子和碳原子之比小于或等于0.85。
6.权利要求1的组合物，其进一步包括占聚合物共混物重量的0.1-20％的一种或多种金属氧化物。
7.权利要求1的组合物，其中所述间苯二酚类芳基聚酯树脂具有以下所示的结构：
其中R为C1-12烷基、C6-C24芳基、烷基芳基、烷氧基或卤素中的至少一种，n为0-4且m至少为8。
8.权利要求1的组合物，其中间苯二酚类芳基聚酯树脂是含有具有以下所示结构的碳酸酯连接基的共聚物：
其中R为C1-12烷基、C6-C24芳基、烷基芳基、烷氧基或卤素中的至少一种，n为0-4，R5为至少一种二价有机基团，m为4-150且p为2-200。
9.权利要求8的组合物，其中R5衍生自双酚化合物。
10.权利要求1的组合物，进一步包括含氟聚合物。
11.权利要求1的组合物，其进一步包括含有至少一个硼原子的化合物。
12.权利要求1的组合物，其2分钟峰值放热小于60kW-min/m2，根据FAR 25.853测量。
13.权利要求1的组合物，其峰值放热小于80kW/m2，根据FAR 25.853测量。
14.权利要求1的组合物，其中所述阻燃聚合物共混物的断裂拉伸伸长率大于或等于50％，根据ASTM D638测量。
15.权利要求1的组合物，其中所述阻燃聚合物共混物的挠曲模量大于或等于300Kpsi，根据ASTM D790测量。
16.权利要求1的组合物，其中所述聚砜为聚醚砜。
17.权利要求16的组合物，其中所述聚醚砜为聚苯醚砜。
18.权利要求2的组合物，其中所述聚砜硅氧烷为聚醚砜硅氧烷。
19.权利要求18的组合物，其中所述聚醚砜硅氧烷为聚苯醚砜硅氧烷。
20.组合物，包括以下物质的阻燃聚合物共混物：
a)1-99wt％的一种或多种聚砜树脂，
b)99-1wt％的一种或多种含有至少50mol％间苯二酚衍生的连接基的芳基聚酯树脂，
c)0.1-10wt％的一种或多种有机硅共聚物，
d)0-2wt％的一种或多种含磷稳定剂，和
e)0-20wt％的一种或多种金属氧化物，
组合物的总重量为100wt％。
21.权利要求20的组合物，其包括以下物质的阻燃聚合物共混物：
a)50-99wt％的一种或多种聚砜树脂，
b)1-50wt％的一种或多种含有至少50mol％间苯二酚衍生的连接基的芳基聚酯碳酸酯树脂，
c)0.1-10wt％的一种或多种有机硅共聚物，
d)0-2wt％的一种或多种含磷稳定剂和
e)0-20wt％的一种或多种金属氧化物，
组合物的总重量为100wt％。
22.权利要求20或21的组合物，其中所述聚砜为聚醚砜。
23.权利要求22的组合物，其中所述聚醚砜为聚苯醚砜。
24.由权利要求1的组合物制得的制品。
25.权利要求24的制品，其选自：片材、膜、模塑部件、挤出部件、涂覆部件、纤维和泡沫体。
26.权利要求25的制品，其中所述片材为多层片材。
27.权利要求25的制品，其中所述膜为多层膜。
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