CN101490156A - 阻燃和抗刮的热塑性聚碳酸酯组合物 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种热塑性组合物,其包含下列物质的组合:包含具有下面结构的碳酸酯重复单元的二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物,阻燃剂,以及防滴剂;式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,并且T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与芳基相连的C5-C10环烷烃;该组合物具有优异的抗刮性以及诸如熔体流动等物理性质的改善平衡,同时还保持其优良的阻燃性。
Description
背景技术
本发明涉及包含聚碳酸酯的阻燃的热塑性组合物,它们的制造方法及其使用方法,以及具体是具有改善的抗刮性的热塑性聚碳酸酯组合物。
聚碳酸酯已用于制造应用广泛的制品和部件,从汽车部件到电子器件。由于其广泛的用途特别是电子应用,期望使聚碳酸酯具有抗刮性和阻燃性。许多用于聚碳酸酯的已知阻燃剂包含溴和/或氯。含溴和/或含氯的阻燃剂是较不理想的,这是因为源于这些阻燃剂的杂质和/或副产品可腐蚀与聚碳酸酯的制造和使用有关的设备。含溴和/或含氯阻燃剂还日益受到法规限制。
无溴无氯的阻燃剂已被提议用于聚碳酸酯,其包括各种填料、含磷化合物、以及某些盐。使用上述阻燃剂而未另外使用含溴和/或含氯阻燃剂已难以满足阻燃性的最严格标准,尤其是在薄壁样品中。
聚碳酸酯(PC)树脂因其强度和透明性而具有很多种重要的商业应用。不幸的是,聚碳酸酯树脂固有地不是非常阻燃的,因此在燃烧时,会滴落热的熔融物质引起附近的物质也着火。因而,为了在多种商业应用中安全利用聚碳酸酯,必须包含进一步阻止材料的可燃性和/或减少滴落的添加剂。已报道多种不同的材料用于制备阻燃(FR)和/或防滴的聚碳酸酯。这些材料的实例包括美国专利3971756;4028297;4110299;4130530;4303575;4335038;4552911;4916194;5218027;及5508323中描述的那些材料。
现今使用的阻燃添加剂通常包括各种磺酸盐、亚磷酸酯、含溴和/或含氯阻燃剂等。但是,以相对高的含量(即大于5%和大约10%,以产生类似与UL94 V0的性能)使用的磷酸盐添加剂,会破环整个材料机械性能。此外,各种非政府组织(NGO′s)和环境保护条例(如Blue Angel,TCO′99,DIN/VDE等)禁止含溴和含氯的添加剂。因此,如今磺酸盐非常广泛地用作阻燃添加剂。
磺酸盐阻燃添加剂的实例包括全氟烷基磺酸盐,如全氟丁烷磺酸钾("KPFBS",也称为"Rimar盐")。例如,另一种磺酸盐阻燃添加剂为二苯基砜磺酸钾("KSS")。
在这点上,全氟烷基磺酸盐在聚碳酸酯树脂中的用途描述于美国专利号3775367中。另外,美国专利号6353046公开了,通过将全氟丁烷磺酸钾和环状硅氧烷(诸如八苯基环四硅氧烷)混入聚碳酸酯可赋予聚碳酸酯树脂组合物改良的阻燃性。美国专利号6790899说明了KPFBS与甲苯磺酸的钠盐(NaTS)之间对于阻燃聚碳酸酯组合物的协同效应的发现。而且,美国专利申请2005/0009968教导了在透明的阻燃碳酸酯组合物中KPFBS与大量无机钠盐之间的协同效应。但是,KPFBS包含氟因此不符合Blue Angel。
当期望薄壁阻燃性能时,可使用含氟防滴剂。然而,为了满足Eco标签要求,只能使用有限含量的含氟防滴剂。例如,DIN/VDE要求氟含量不超过0.1%。但是有限含量的含氟防滴剂通常具有差的防滴效果。例如当使用KSS/NaTS组合作为阻燃剂包和DIN/VDE所要求含量的TSAN作为防滴剂,不能获得呈现UL94 V0在1.5mm的等级的聚碳酸酯组合物。
而且,对于KSS,当单独使用时只能获得有限的阻燃性能。用于提高阻燃性又保持透明性的常规方法是通过使用可溶的有机卤素添加剂和KSS。例如,在某些聚碳酸酯树脂组合物中,使用0.3~0.5phr含量的KSS和含溴聚碳酸酯。如果没有溴的话,这些组合物在UL94 V0于3.0mm可燃性试验中具有不一致和/或不可靠的性能,该试验是这些组合物设计为应满足的。
尽管前述阻燃剂适用于它们的预期用途,但是工业界仍持续期望对阻燃性能的继续改进同时还提供良好的抗刮性并保持诸如熔体流动和HDT等其它机械性质。阻燃的聚碳酸酯共混物已用于各种应用中,如计算机和商业设备、充电器、工业外壳等。存在对具有高流动性的抗冲改性共混物的需求,其是模塑诸如平板电视框等大外壳的诱人选择,这是因为它们提供了包括填充长流动长度的能力、适当的机械强度和阻燃性等感兴趣的性质的组合。这些抗冲改性的共混物也要求不含氯和溴的阻燃剂,但是无溴和/或无氯阻燃剂可不利影响聚碳酸酯组合物的期望物理性质,尤其是抗冲强度。尽管许多由抗冲改性共混物制备的部件具有良好的机械性质,但是由这些共混物制备的部件常常因所述抗冲改性剂的存在而具有差的抗刮性。需要提供优良抗刮性与优良机械性质(诸如熔体流动等)和优良阻燃性能的组合的阻燃共混物。
因此,在本领域仍然持续需要具有优良物理性质的组合的热塑性聚碳酸酯组合物,所述优良物理性质包括熔体流动和阻燃性能以及抗刮性,在某些情形还包括透明性。
发明内容
在一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物,芳族聚碳酸酯,以及阻燃剂;
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与式(17)中的芳基相连的C5-C10环烷烃;其中所述组合物在3.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有源自下面结构的重复单元的DMBPC均聚物或共聚物,芳族聚碳酸酯,以及阻燃剂;
其中所述组合物在3.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
在另一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物,阻燃剂,以及防滴剂;
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与式(17)中的芳基相连的C5-C10环烷烃;其中所述组合物在2.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有源自下面结构的重复单元的DMBPC均聚物或共聚物,阻燃剂,以及防滴剂;
其中所述组合物在2.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
在另一实施方案中,制品包含上述的热塑性组合物。
在又一实施方案中,制品的制造方法包括对上述热塑性组合物进行模塑、挤出或成形。
附图说明
图1为粘度起飞(起飞)温度对组合物中的DMBPC共聚物百分数曲线图。
具体实施方式
本发明人已发现:具有特定结构的二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物、阻燃剂与任选的防滴剂的使用赋予含聚碳酸酯的热塑性组合物以多种物理性质(如熔体流动以及抗刮性)的平衡的极大改进,同时又保持其优良的阻燃性能且使用较低量的防滴剂或者在某些实施方案中不使用防滴剂。这种在未显著不利影响阻燃性能条件下物理性质的改进是非常出乎意料的,尤其是在组合物中具有较低水平的聚四氟乙烯(PTFE)或TeflonTM的情况下,这是因为不含二烷基双酚聚碳酸酯的类似组合物的阻燃性能和物理性质可明显较差。
在一些实施方案中,所述组合物是透明的且其雾度水平小于2.0%,在某些实施方案中小于1.0%。在一些实施方案中,所述组合物具有至少20g/10min的熔体流动速率(MFR)。如在3.0mm、任选2.0mm、任选1.5mm厚度(这取决于组合物)时至少0.90、任选地至少0.95的p(FTP)所说明,该组合物能实现了稳定的UL94 V0性能。
在一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物,芳族聚碳酸酯,以及阻燃剂;
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与式(17)中的芳基相连的C5-C10环烷烃;其中所述组合物在3.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP),任选地在2.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
在一些实施方案中,含有式(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物包括二烷基双酚聚碳酸酯共聚物,所述二烷基双酚聚碳酸酯共聚物包含下面结构的碳酸酯重复单元,
式中R1和R2独立地选自C1~C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位。在其它实施方案中,所述二烷基双酚聚碳酸酯共聚物的重复单元源自下面结构,
在一些实施方案中,组合物中式(17)的碳酸酯单元的量至少为5wt.%。
在一些实施方案中,所述阻燃剂为C1-16烷基磺酸盐,具体为C1-4烷基磺酸盐。
在一些实施方案中,当根据ASTM D1003-00用3.2mm厚的试板测量时,由该热塑性组合物构成的模塑制品的雾度值为2.0%或更小,任选地1.0%或更小。在一些实施方案中,当根据ASTM D1003-00用3.2mm厚的试板测量时,由该热塑性组合物构成的模塑制品的透射率为至少85.0%。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有源自下面结构的重复单元的DMBPC均聚物或共聚物,芳族聚碳酸酯,以及阻燃剂;
其中所述组合物在3.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
在另一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物,阻燃剂,以及防滴剂;
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与式(17)中的芳基相连的C5-C10环烷烃;其中所述组合物在2.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。该组合物任选地包含第二聚碳酸酯。
在一些实施方案中,所述组合物在1.5mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
在一些实施方案中,由所述组合物形成的制品。在一些实施方案中,当根据ASTM D3363-92a铅笔硬度试验测量,所述制品具有HB或更硬的抗刮性。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有源自下面结构的重复单元的DMBPC均聚物或共聚物,阻燃剂,以及防滴剂;
其中所述组合物在2.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
本文所用术语"聚碳酸酯"是指包含相同或相异的碳酸酯单元的聚合物,或者包含相同或相异的碳酸酯单元以及一种或更多种不同于碳酸酯的单元的共聚物(即共聚碳酸酯);术语"脂肪族"是指由线型或支化的非环状碳原子排列组成的化合价至少为1的烃基;"芳族"是指包括至少一个芳基的化合价至少为1的基团;"脂环族"是指包括非芳族的环状碳原子排列的化合价至少为1的基团;"烷基"是指直链或支化的一价链烃基;"亚烷基(烷撑)"是指直链或支化的二价链烃基;"烷叉"直链或支化的二价链烃基,其两个价键在单个共同的碳原子上;"链烯基"是指直链或支化的一价链烯基,其至少两个碳原子通过碳碳双键连接;"环烷基"是指非芳族的一价脂环族烃基,其具有至少三个碳原子,具有至少一个不饱和度;"亚环烷基"是指非芳族的二价脂环族烃基,其具有至少三个碳原子,具有至少一个不饱和度;"芳基"是指一价芳族苯环基团,或者是指稠合到至少一个任选取代的苯环上的任选取代的苯环体系基团(radical system);"芳族基团"是指包含至少一个芳基且化合价至少为1的基团;芳族基团的实例包括苯基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、萘基等;"亚芳基"是指苯环二价基团或稠合到至少一个任选取代的苯环的苯环体系二价基团;"烷芳基"是指取代到如上所定义的芳基上的如上所定义的烷基;"芳烷基"是指取代到如上所定义的烷基上的如上所定义的芳基;"烷氧基"是指通过氧基团与相邻的基团连接的如上所定义的烷基;"芳氧基"是指通过氧基团与相邻的基团连接的如上所定义的芳基;以及"直接键",当作为结构变量说明的一部分时,是指作为"直接键"的变量之前和之后的取代基直接连接。
在本文中,化合物采用标准命名法描述。例如,未被任何指定的基团所取代的任意位置应理解为其化合价被指定的键或者氢原子所填充。不介于两个字母或符号之间的破折号("-")用于表示取代基的连接点。例如,-CHO是通过羰基(C=O)的碳连接的。
本文术语“聚碳酸酯”和“聚碳酸酯树脂”是指具有式(1)的碳酸酯重复结构单元的组分:
其中至少约60%总数的R1基团是芳族有机基团,其余为脂族、脂环族、或芳族基团。在一实施方案中,每个R1均为芳族有机基团,更具体为式(2)的基团:
——A1—Y1—A2—(2)
式中A1和A2各自为二价单环芳基,Y1是具有一或两个分隔A1和A2的原子的桥接基团。在示例性的实施方案中,一个原子分隔A1和A2。该类型基团的说明性和非限制性实例是-O-,-S-,-S(O)-,-S(O)2-,-C(O)-,亚甲基,环己基亚甲基,2-[2.2.1]-二环庚叉,乙叉,异丙叉,新戊叉,环己叉,环十五烷叉,环十二烷叉,及金刚烷叉。桥接基团Y1可以为烃基或饱和烃基如亚甲基,环己叉,或异丙叉。
聚碳酸酯可通过式HO-R1-OH的二羟基化合物的界面反应制备,所述二羟基化合物包括式(3)的二羟基化合物:
HO-A1—Y1—A2-OH (3)
式中Y1、A1和A2同上所述。还包括通式(4)的二酚化合物:
其中Ra和Rb各自代表卤原子或一价烃基,并且可以相同或相异;p和q各自独立地为0~4的整数;及Xa代表式(5)的基团之一:
其中Rc和Rd各自独立地代表氢原子或一价直链或环状烃基,及Re为二价烃基。
适宜的二羟基化合物的某些说明性和非限制性实例包括下列:间苯二酚,4-溴间苯二酚,对苯二酚,4,4′-二羟基联苯,1,6-二羟基萘,2,6-二羟基萘,二(4-羟基苯基)甲烷,二(4-羟基苯基)二苯基甲烷,二(4-羟基苯基)-1-萘基甲烷,1,2-二(4-羟基苯基)乙烷,1,1-二(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷,2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷,二(4-羟基苯基)苯基甲烷,2,2-二(4-羟基-3-溴苯基)丙烷,1,1-二(羟基苯基)环戊烷,1,1-二(4-羟基苯基)环己烷,1,1-二(4-羟基苯基)异丁烯,1,1-二(4-羟基苯基)环十二烷,反式-2,3-二(4-羟基苯基)-2-丁烯,2,2-二(4-羟基苯基)金刚烷,(α,α′-二(4-羟基苯基)甲苯,二(4-羟基苯基)乙腈,2,2-二(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基苯基)六氟丙烷,1,1-二氯-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二溴-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二氯-2,2-二(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯,4,4′-二羟基二苯甲酮,3,3-二(4-羟基苯基)-2-丁酮,1,6-二(4-羟基苯基)-1,6-己二酮,乙二醇二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)硫醚,二(4-羟基苯基)亚砜,二(4-羟基苯基)砜,9,9-二(4-羟基苯基)芴,2,7-二羟基芘,6,6′-二羟基-3,3,3′,3′-四甲基螺(双)茚满("螺双茚满双酚"),3,3-二(4-羟基苯基)苯酞,2,6-二羟基二苯并-p-二氧芑,2,6-二羟基噻蒽,2,7-二羟基酚黄素(phenoxathin),2,7-二羟基-9,10-二甲基吩嗪,3,6-二羟基二苯并呋喃,3,6-二羟基硫芴,以及2,7-二羟基咔唑等。还可使用包含至少一种前述二羟基化合物的组合。
可用式(3)表示的双酚化合物类型的具体实例的非限制性列表包括:1,1-二(4-羟基苯基)甲烷,1,1-二(4-羟基苯基)乙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(下文为"双酚A"或"BPA"),2,2-二(4-羟基苯基)丁烷,2,2-二(4-羟基苯基)辛烷,1,1-二(4-羟基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基苯基)正丁烷,2,2-二(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷,以及1,1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷。还可使用包含至少一种前述双酚化合物的组合。
也可以使用支链聚碳酸酯,以及包含线形聚碳酸酯和支链聚碳酸酯的共混物。支链聚碳酸酯可通过在聚合期间加入支化剂来制备。例如这些支化剂包括多官能的有机化合物,其包含至少三个选自下列的官能团:羟基,羧基,羧酸酐,卤代甲酰基,及前述官能团的组合。具体实例包括偏苯三酸,偏苯三酸酐,偏苯三酰氯,三对羟基苯基乙烷,靛红-二酚,三酚TC(1,3,5-三((对-羟基苯基)异丙基)苯),三酚PA(4(4(1,1-二(对-羟基苯基)-乙基)α,α-二甲基苄基)苯酚),4-氯甲酰基邻苯二酸酐,均苯三酸,及二苯甲酮四羧酸。支化剂可以聚碳酸酯的约0.05%~2.0%重量的量添加。所有类型的聚碳酸酯端基均可用于聚碳酸酯,只要这种端基不显著地影响聚碳酸酯产品的所需要的性质。
适宜的聚碳酸酯可通过诸如界面聚合和熔体聚合等方法制备。尽管界面聚合的反应条件可以变化,但是示例性的方法通常包括溶解或分散二元酚反应物于苛性钠或苛性钾水溶液中,将所得混合物加到适宜的与水不混溶的溶剂介质中,及在受控pH(如约8~10)条件和适宜催化剂(如三乙胺)或相转移催化剂存在下使该反应物与碳酸酯前体接触。最常用的与水不混溶的溶剂包括二氯甲烷,1,2-二氯乙烷,氯苯,甲苯等。适宜的碳酸酯前体包括例如碳酰卤如碳酰溴或碳酰氯,或者卤代甲酸酯例如二元酚的二卤代甲酸酯(如双酚A、氢醌等的二氯甲酸酯)或者二醇的二卤代甲酸酯(如乙二醇、新戊二醇、聚乙二醇等的二卤代甲酸酯)。也可以使用包含至少一种前述类型的碳酸酯前体的组合。
示例性的可用的相转移催化剂有式(R3)4Q+X的催化剂,其中每个R3为相同或相异的C1-10烷基;Q为氮或磷原子;X为卤素原子或C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。适宜的相转移催化剂包括,例如,[CH3(CH2)3]4NX,[CH3(CH2)3]4PX,[CH3(CH2)5]4NX,[CH3(CH2)6]4NX,[CH3(CH2)4]4NX,CIH3[CH3(CH2)3]3NX,及CH3[CH3(CH2)2]3NX,其中X为Cl-、Br-、C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。相转移催化剂的有效量可以是约0.1~10%重量,基于在光气化混合物中的双酚重量。在另一实施方案中,相转移催化剂的有效量可以是约0.5~2%重量,基于在光气化混合物中的双酚重量。
作为选择,可以使用熔体方法制备聚碳酸酯。通常,在熔体聚合法中,可以如下制备聚碳酸酯:在熔融状态和酯交换催化剂存在下,使二羟基反应物与碳酸二芳酯如碳酸二苯酯共同反应。通过蒸馏,从熔融反应物中除去挥发性一元酚,并以熔融的剩余物的形式分离出聚合物。
在一实施方案中,聚碳酸酯为来源于双酚A的线型均聚物,其中A1和A2各自为对亚苯基,Y1为异丙叉。于25℃氯仿中测定,聚碳酸酯的特性粘度可以为约0.3~1.5分升/克(dl/g),特别是约0.45~1.0dl/g。通过凝胶渗透色谱法测量,聚碳酸酯的重均分子量可以为约10000~200000,特别是约20000~100000。
本文所用"聚碳酸酯"和"聚碳酸酯树脂",还包括含有碳酸酯链单元和其它类型的链单元的共聚物。这种共聚物可以是无规共聚物、嵌段共聚物、树枝状共聚物等。可用的一种具体的共聚物是聚酯碳酸酯,也称之为共聚酯-聚碳酸酯。这种共聚物,除了式(1)的碳酸酯重复链单元之外,还包含下式(6)的重复单元:
其中E为源于二羟基化合物的二价基团,并且可以为例如C2-10亚烷基,C6-20脂环族基团,C6-20芳族基团或者聚亚烷基氧化物基团,其中亚烷基包含2至约6个碳原子,具体是2、3或4个碳原子;及T为源于二羧酸的二价基团,并且可以为例如C2-10亚烷基,C6-20脂环族基团,C6-20烷基芳族基团,或者C6-20芳族基团。
在一实施方案中,E为C2-6亚烷基。在另一实施方案中,E为源于下面式(7)的二羟基芳族化合物:
其中每个Rf独立地为卤原子,C1-10烃基,或者C1-10卤代烃基;及n为0~4。卤素优选为溴。可由式(7)表示的化合物的实例包括间苯二酚,取代的间苯二酚化合物如5-甲基间苯二酚、5-乙基间苯二酚、5-丙基间苯二酚、5-丁基间苯二酚、5-叔丁基间苯二酚、5-苯基间苯二酚、5-枯基间苯二酚、2,4,5,6-四氟间苯二酚、2,4,5,6-四溴间苯二酚等;邻苯二酚;氢醌;取代的氢醌如2-甲基氢醌,2-乙基氢醌,2-丙基氢醌,2-丁基氢醌,2-叔丁基氢醌,2-苯基氢醌,2-枯基氢醌,2,3,5,6-四甲基氢醌,2,3,5,6-四叔丁基氢醌,2,3,5,6-四氟氢醌,2,3,5,6-四溴氢醌等;以及包含至少一种前述化合物的组合。
可用于制备所述聚酯的芳族二羧酸的实例包括:间苯二甲酸或对苯二甲酸,1,2-二(对-羧基苯基)乙烷,4,4′-二羧基二苯基醚,4,4′-联苯甲酸,及包含至少一种前述酸的组合。也可以存在包含稠环的酸,例如1,4-、1,5-或2,6-萘二羧酸。具体的二羧酸为对苯二甲酸,间苯二甲酸,萘二羧酸,环己烷二羧酸,或其组合。具体的二羧酸包括间苯二甲酸和对苯二甲酸的混合,其中对苯二甲酸与间苯二甲酸的重量比为约10:1~0.2:9.8。在另一具体实施方案中,E为C2-6亚烷基,T为对亚苯基、间亚苯基、萘、二价脂环族基团或其混合。这类聚酯包括聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。
于25℃氯仿中测定,所述共聚酯-聚碳酸酯树脂的特性粘度可以为约0.3~1.5分升/克(dl/g),具体是约0.45~1.0dl/g。通过凝胶渗透色谱法测量,所述共聚酯-聚碳酸酯树脂的重均分子量可以为约10000~200000,特别是约20000~100000。
除了上述的聚碳酸酯之外,还可以使用聚碳酸酯与其它热塑性聚合物的组合,例如聚碳酸酯均聚物和/或共聚物与聚酯等的组合。本文所用的"组合"包括混合物、共混物、合金等。适宜的聚酯包括式(6)的重复单元,并且可以为例如聚(亚烷基二羧酸酯),液晶聚酯,及聚酯共聚物。还可以使用其中混有支化剂(如具有三或多个羟基的二醇或者三或多官能的羧酸)的支化聚酯。而且,有时根据组合物的最终用途,优选聚酯上具有不同浓度的酸和羟基端基。
合适的聚酯的实例包括:聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。适宜的聚(对苯二甲酸亚烷基酯)的具体实例有聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET),聚(对苯二甲酸1,4-丁二醇酯)(PBT),聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN),聚(萘二甲酸丁二醇酯)(PBN),聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(PPT),聚(对苯二甲酸环己二甲醇酯)(PCT),及包含至少一种前述聚酯的组合。本文还预期有,上述聚酯与少量如约0.5~10%重量源于脂族二酸和/或脂族多元醇的单元制成的共聚酯。
聚碳酸酯和聚酯的共混物可包含约10~99wt%的聚碳酸酯和相应的约90~1wt%的聚酯,特别是聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。在一实施方案中,共混物包含约30~70wt%的聚碳酸酯和相应的约70~30wt%的聚酯。前述各量基于聚碳酸酯树脂和聚酯的总重量。
尽管本文预期了聚碳酸酯与其它聚合物的共混物,但是在一实施方案中聚碳酸酯成分基本上由聚碳酸酯组成,即该聚碳酸酯成分包含聚碳酸酯均聚物和/或聚碳酸酯共聚物,不含其它会显著负面影响热塑性组合物的冲击强度的树脂;在另一实施方案中聚碳酸酯成分由聚碳酸酯组成,即该聚碳酸酯成分只包含聚碳酸酯均聚物和/或聚碳酸酯共聚物。
所述热塑性组合物还包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物:
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和P各自为值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与式(17)中的芳基相连的C5-C10环烷烃。
在一实施方案中,式(17)的结构包括具有下面结构(18)的二烷基双酚碳酸酯重复单元:
式中R1和R2独立地选自C1~C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位。在一些实施方案中,R1和R2为C1~C3烷基,具体为CH3。
在一实施方案中,所述二烷基双酚聚碳酸酯包含DMBPC(二甲基双酚环己烷或1,1-二(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷)的均聚物或共聚物的重复单元。所述均聚物或共聚物包含具有下面结构(19)的DMBPC重复单元:
如果期望共聚物的话,DMBPC可在聚碳酸酯中聚合(或共聚)。在一实施方案中,使用DMBPC聚碳酸酯,其中该DMBPC包含5~95mol%,任选20~80mol%,25~75mol%的DMBPC和95~5mol%,任选80~20mol%,75~25mol%的双酚A。
制备DMBPC聚碳酸酯的方法没有具体限制。可通过任何已知的制备聚碳酸酯的方法来制备,包括众所周知的使用光气的界面工艺和/或使用碳酸二芳酯作为碳酸酯源的熔融工艺,所述碳酸二芳酯例如有碳酸二苯酯或碳酸二(o-甲氧基羰基苯基)酯(也称为碳酸二(水杨酸甲酯基)酯或BMSC)。
如上所述,可能将其它单体并入聚合物链从而形成包含与源于结构(17)、(18)或(19)的那些单体单元不同的单体单元的共聚物。对其它单体没有限制,其合适地源自与上面结构(17),(18)或(19)的组分不同的二羟基组分。其它单体的实例包括但不限于:芳族二羟基化合物,例如双酚,二羟基苯类如氢醌、间苯二酚、甲基氢醌、丁基氢醌、苯基氢醌、4-苯基间苯二酚和4-甲基间苯二酚,以及包括脂族二醇和/或酸在内的二羟基化合物。如前所述,DMBPC均聚物或DMBPC-PC共聚物中还可包含二酰氯、二羧酸、或二酯单体以提供聚酯碳酸酯。
在一实施方案中,二烷基双酚聚碳酸酯成分的量按聚碳酸酯成分的总重量计至少为5wt.%,具体为5~100wt.%。
所述热塑性组合物任选地包含抗冲改性剂和/或未接枝的刚性共聚物,条件是该抗冲改性剂和/或未接枝的刚性共聚物不影响组合物的期望性质。合适的抗中改性剂通常为源自烯烃、单乙烯基芳族单体、丙烯酸和甲基丙烯酸及其酯衍生物、以及共轭二烯的高分子量弹性体物质。由共轭二烯形成的聚合物可以是完全或部分氢化的。所述弹性体物质可呈均聚物或共聚物的形式,包括无规、嵌段、星形嵌段、接枝、以及核-壳共聚物。也可使用抗冲改性剂的组合。
抗冲改性剂的具体类型为弹性体改性的接枝共聚物,其包含:(i)弹性(即,橡胶状)聚合物基材,该基材的Tg小于约10℃,更具体为小于约-10℃,或更具体为约-40℃至-80℃;和(ii)接枝至该弹性聚合物基材的刚性聚合物上层(superstrate)。例如,合适用作弹性相的物质包括:共轭二烯橡胶,如聚丁二烯和聚异戊二烯;共轭二烯与小于约50wt%的可共聚的单体(例如单乙烯基化合物如苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸正丁酯或丙烯酸乙酯)的共聚物;烯烃橡胶,诸如乙烯丙烯共聚物(EPR)或者乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM);乙烯-乙酸乙烯酯橡胶;硅橡胶;弹性(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯;(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯与丁二烯和/或苯乙烯的弹性共聚物;或者包含至少一种前述弹性体的组合。例如,合适用作刚性相的物质包括:单乙烯基芳族单体如苯乙烯和α-甲基苯乙烯;和单乙烯基单体如丙烯腈,丙烯酸,甲基丙烯酸,以及丙烯酸和甲基丙烯酸的C1-C6酯,具体为甲基丙烯酸甲酯。
具体的示例性弹性体改性的接枝共聚物包括由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS),丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES),苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS),以及苯乙烯-丙烯腈(SAN)形成的那些共聚物。抗冲改性剂的量按组合物的总重量计通常为1~30wt.%。
合适的抗冲改性剂的另一实例为聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。所述聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物包含聚碳酸酯嵌段和聚二有机基硅氧烷嵌段。该共聚物中的聚碳酸酯嵌段包含如上所述的式(1)重复结构单元,例如其中R1为如上所述的式(2)。这些单元可源于如上所述的式(3)的二羟基化合物的反应。在一实施方案中,所述二羟基化合物为双酚A,其中A1和A2均为对亚苯基,Y1为异丙叉。
所述聚二有机基硅氧烷嵌段包括下面式(11)的重复结构单元(本文有时称为‘硅氧烷’):
其中R每次出现相同或相异,并且为C1-13一价有机基团。例如,R可以为C1-C13烷基,C1-C13烷氧基,C2-C13链烯基,C2-C13链烯氧基,C3-C6环烷基,C3-C6环烷氧基,C6-C10芳基,C6-C10芳氧基,C7-C13芳烷基,C7-C13芳烷氧基,C7-C13烷芳基,或者C7-C13烷芳氧基。在同一共聚物中,可以使用前述R基团的组合。
式(11)中D的值可以广泛地变化,这取决于热塑性组合物中各组分的类型和相对量,所需要的组合物性质,及其它需要考虑的事项。一般地,D可具有约2~1000,特别是约2~500,尤其是约5~100的平均值。在一个实施方案中,D具有约10~75的平均值,在又一实施方案中,D具有约40~60的平均值。当D的值较低例如小于约40时,可能需要使用较大量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。相反,如果D的值较高例如大于约40,可能需要使用较小量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。
可以使用第一和第二(或更多)聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的组合,其中第一共聚物的D的平均值小于第二共聚物的D的平均值。
在一个实施方案中,聚二有机基硅氧烷嵌段通过下面式(12)的重复结构单元提供:
其中D定义如上;每个R可以相同或相异,并且定义如上;及Ar可以相同或相异,并且为取代或未取代的C6-C30亚芳基,其中价键直接连接到芳族部分。式(12)中的适宜的Ar基团可来源于C6-C30二羟基亚芳基化合物,例如上述式(3)、(4)或(7)的二羟基亚芳基化合物。也可以使用包含至少一种前述二羟基亚芳基化合物的组合。适宜的二羟基亚芳基化合物的具体实例有1,1-二(4-羟基苯基)甲烷,1,1-二(4-羟基苯基)乙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丁烷,2,2-二(4-羟基苯基)辛烷,1,1-二(4-羟基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基苯基)正丁烷,2.2-二(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基苯基)环己烷,二(4-羟基苯基)硫醚,及1,1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷。也可以使用包含至少一种前述二羟基化合物的组合。
这种单元可来源于下式的相应的二羟基化合物:
其中Ar和D如上所述。这种化合物进一步描述于Kress等人的美国专利4746701中。该式的化合物可在相转移条件下通过二羟基亚芳基化合物与例如α,ω-二乙酰氧基聚二有机基硅氧烷得到。
在另一实施方案中,聚二有机基硅氧烷嵌段通过下面式(13)的重复结构单元提供:
其中R和D定义如上。式(13)中的R2为二价的C2-C8脂族基团。式(13)中的每个M可以相同或相异,并且可以为卤素,氰基,硝基,C1-C8烷硫基,C1-C8烷基,C1-C8烷氧基,C2-C8链烯基,C2-C8链烯氧基,C3-C8环烷基,C3-C8环烷氧基,C6-C10芳基,C6-C10芳氧基,C7-C12芳烷基,C7-C12芳烷氧基,C7-C12烷芳基,或者C7-C12烷芳氧基,其中每个n独立地为0,1,2,3,或者4。
在一个实施方案中,M为溴或氯,烷基如甲基、乙基或丙基,烷氧基如甲氧基、乙氧基或丙氧基,或者芳基如苯基、氯苯基或甲苯基;R2为二亚甲基,三亚甲基或四亚甲基;以及R为C1-8烷基,卤代烷基如三氟丙基、氰基烷基,或者芳基如苯基、氯苯基或甲苯基。在另一个实施方案中,R为甲基,或者甲基与三氟丙基的组合,或者甲基与苯基的组合。在又一实施方案中,M为甲氧基,n为1,R2为二价的C1-C3脂族基团,及R为甲基。
这些单元可以来源于下面的相应的二羟基聚二有机基硅氧烷(14):
其中R、D、M、R2和n如上所述。
这种二羟基聚硅氧烷可通过在下面式(15)的硅氧烷氢化物和脂族不饱和的一元酚之间实施铂催化的加成反应来制备:
其中R和D如前面所定义的。适宜的脂族不饱和一元酚包括,例如,丁子香酚,2-烷基苯酚,4-烯丙基-2-甲基苯酚,4-烯丙基-2-苯基苯酚,4-烯丙基-2-溴苯酚,4-烯丙基-2-叔丁氧基苯酚,4-苯基-2-苯基苯酚,2-甲基-4-丙基苯酚,2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚,2-烯丙基-4-溴-6-甲基苯酚,2-烯丙基-6-甲氧基-4-甲基苯酚,及2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚。也可以使用包含至少一种前述酚类的混合。
聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以通过二苯酚聚硅氧烷(14)与碳酸酯源以及式(3)的二羟基芳族化合物的反应来制备,任选地在如上所述的相转移催化剂存在下进行反应。适宜的条件类似于制造聚碳酸酯中可用的那些条件。例如,在低于0℃~约100℃的温度下、优选约25℃~约50℃下通过光气化来制造共聚物。由于该反应是放热反应,可以利用添加光气的速率来控制反应温度。所需光气的量通常取决于二羟基反应物的量。作为选择地,熔融状态下,使二羟基单体和碳酸二芳基酯如碳酸二苯酯在上述酯交换催化剂的存在下发生共反应而制备聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。
在聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的制备中,选择二羟基聚二有机基硅氧烷的量以便提供共聚物中所需量的聚二有机基硅氧烷单元。聚二有机基硅氧烷单元的量可以宽范围变化,例如可以是约1wt%~约99wt%聚二甲基硅氧烷,或者等摩尔量的其它聚二有机基硅氧烷,余下是碳酸酯单元。因此根据所希望的热塑性组合物的物理性能、D值(在2~约1000的范围内)和热塑性组合物中各个组分的类型和相对用量来确定该具体用量,各个组分的类型和相对用量包括聚碳酸酯的类型和用量、抗冲改性剂的类型和用量、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的类型和用量以及任何其它添加剂的类型和用量。二羟基聚二有机基硅氧烷的适当用量可以由本领域普通技术人员根据本文教导的原则来确定而无需过多的实验。例如,可以选择二羟基聚二有机基硅氧烷的用量以便制备出这样的共聚物,其包含约1wt%~约75wt%或约1wt%~约50wt%聚二甲基硅氧烷或者等摩尔量另一种聚二有机硅氧烷。在一种实施方案中,共聚物包含约5wt%~约40wt%、任选地约5wt%~约25wt%聚二甲基硅氧烷,或者等摩尔量的另一种聚二有机基硅氧烷,余下是聚碳酸酯。在特定的实施方案中,共聚物可包含约20wt%硅氧烷。
所述聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物具有约10000g/mol~200000g/mol、特别是约20000g/mol~100000g/mol的重均分子量(Mw,例如由凝胶渗透色谱法、超离心法或光散射法测定)。
所述组合物还任选地包含未接枝的刚性共聚物。该刚性共聚物是抗冲改性剂中存在的任何刚性共聚物之外所附加的。它未经弹性体改性,可以相同于上述的任何刚性共聚物。所述刚性共聚物通常具有大于约15℃的,具体大于约20℃的Tg。所述刚性共聚物例如包括源于下面单体的聚合物:含有稠合芳环结构的单乙烯基芳族单体,例如乙烯基萘、乙烯基蒽等,或如上所概括的式(9)的单体(例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯);单乙烯基单体如衣康酸、丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、马来酸酐、马来酰亚胺、N-烷基-、芳基-或卤代芳基-取代的马来酰亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、以及如上所概括的通式(10)的单体(例如丙烯腈、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯)。所述刚性共聚物例如前述单体的共聚物,如苯乙烯-丙烯腈(SAN),苯乙烯-α-甲基苯乙烯-丙烯腈,甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-苯乙烯,以及甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯。
除了前述的成分之外,所述聚碳酸酯组合物还包括阻燃剂,例如,无机阻燃剂如磺酸盐,有机磷酸酯和/或含磷-氮键的有机化合物。
在一实施方案中,也可以使用无机阻燃剂,例如C1-16烷基磺酸盐的盐类,如全氟甲烷磺酸钾、全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、全氟辛烷磺酸钾、全氟己烷磺酸四乙基铵和二苯砜磺酸钾等;盐,诸如CaCO3、BaCO3和BaCO3;氟阴离子络合物,如Li3AlF6、BaSiF6、KBF4、K3AlF6、KAlF4、K2SiF6、以及Na3AlF6;等等。存在时,无机阻燃盐的用量通常是约0.01~25重量份,更具体为约0.1~10重量份,更具体为约0.1~5重量份,基于100重量份的聚碳酸酯成分。
也可使用有机磷酸酯。一类示例性的有机磷酸酯为式(GO)3P=O的芳族磷酸酯,其中每个G独立地为烷基、环烷基、芳基、烷芳基、或芳烷基,前提是至少一个G为芳族基团。两个G基团可以连接在一起以提供环状基团,例如,二苯基季戊四醇二磷酸酯,其由Axelrod描述于美国专利4154775中。其它适宜的芳族磷酸酯可以为,例如,苯基二(十二烷基)磷酸酯,苯基二(新戊基)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,2-乙基己基二(对-甲苯基)磷酸酯,双(2-乙基己基)对-甲苯基磷酸酯,三甲苯基磷酸酯,双(2-乙基己基)苯基磷酸酯,三(壬基苯基)磷酸酯,双(十二烷基)对-甲苯基磷酸酯,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,等等。具体的芳族磷酸酯为其中每个G为芳族基团的磷酸酯,例如,磷酸三苯基酯,磷酸三甲苯基酯,异丙基化三苯基磷酸酯等。
二或多官能芳族含磷化合物也是有用的,例如下式的化合物:
其中,各个G1独立地是具有1至约30个碳原子的烃基;各个G2独立地是具有1至约30个碳原子的烃基或烃氧基;各个X独立地是溴或氯;m是0至4,以及n是1至约30。合适的二或多官能芳族含磷化合物的实例包括间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的二(联苯基)磷酸酯和双酚-A的二(联苯基)磷酸酯、它们各自的低聚物和聚合物对应物,等等。制备上述二或多官能芳族化合物的方法在英国专利2043083中得到描述。
示例性的合适的含有磷-氮键的阻燃剂化合物包括氯化磷腈、磷酯酰胺、磷酸酰胺、膦酸酰胺、次膦酸酰胺、和三(氮丙啶基)氧化膦。所述有机含磷阻燃剂通常的存在量为约0.5-约20重量份,以除任何填料以外100重量份的总的组合物计。
所述热塑性组合物可以基本上不含氯和溴,特别是氯和溴阻燃剂。本文所用的“基本上不含氯和溴”是指所产生的材料没有有意加入的氯、溴和/或含氯或含溴的材料。然而可以理解的是在处理多种产品的设备中会存在一定量的交叉污染,导致溴和/或氯水平通常在百万重量分之若干份的等级。在这一理解下可以容易地认识到基本上不含溴和氯可以定义为具有小于或等于约每百万重量分之100(ppm),小于或等于约75ppm、或小于或等于50ppm的溴和/或氯含量。当该定义应用于阻燃剂时,它以该阻燃剂的总重量为基准。当该定义应用于热塑性组合物时,它以聚碳酸酯、任选的抗冲改性剂和阻燃剂的总重量为基准。
示例性的合适的含有磷-氮键的阻燃剂化合物包括氯化磷腈和三(氮丙啶基)氧化膦。存在时,含磷阻燃剂的存在量通常为约1至约20重量份,以100重量份的聚碳酸酯成分和任选的抗冲改性剂组分为基准。
若需要的话,含卤物质也可用作阻燃剂。合适的含卤阻燃剂的实例包括但不限于:二(2,6-二溴苯基)甲烷;1,1-二-(4-碘苯基)乙烷;2,6-二(4,6-二氯萘基)丙烷;2,2-二(2,6-二氯苯基)戊烷;二(4-羟基-2,6-二氯-3-甲氧基苯基)甲烷;以及2,2-二(3-溴-4-羟基苯基)丙烷。还包括在上述结构式内的有1,3-二氯苯,1,4-二溴苯,以及联苯类如2,2′-二氯联苯,多溴化的1,4-二苯氧基苯,2,4′-二溴联苯和2,4′-二氯联苯,以及十溴联苯氧化物等。还可使用低聚的和聚合的含卤芳族化合物,如双酚A和四溴双酚A与碳酸酯前体如光气的共聚碳酸酯。金属增效剂如氧化锑也可与所述阻燃剂一起使用。存在时,含卤阻燃剂的用量通常是约1~50重量份,基于100重量份的聚碳酸酯成分。
在一些实施方案中,所述组合物还包含防滴剂。在一实施方案中,当使用含氟防滴剂时,其增加了聚碳酸酯的熔体强度,从而降低了该树脂加热至接近熔融时发生滴落的可能性。合适的含氟防滴剂的实例包括基于含氟聚合物的防滴剂。合适的含氟聚合物和制备这样的含氟聚合物的方法是已知的,例如美国专利3671487和3723373。合适的含氟聚合物包括含有源自一种或多种氟化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”是包含至少一个氟原子取代基的α-烯烃单体。例如,合适的氟化α-烯烃单体包括:氟代乙烯如四氟乙烯、三氟乙烯、1,1-二氟乙烯、氟乙烯、1,1-二氟-2-氯乙烯、1,1-二氟-1,1-二氯乙烯、1,2-二氟-1,2-二氯乙烯、1-氟-2,2-二氯乙烯、1-氯-1-氟乙烯以及1,1,2-三氯-2-氟乙烯;和氟代丙烯如六氟丙烯、1,1,1,3-四氟丙烯、1,1,1,3,3-五氟丙烯和1,1,1,2-四氟丙烯。在其它实施方案中,合适的氟化α-烯烃共聚物包括:含有源自两种或更多种氟化α-烯烃共聚物的结构单元的共聚物,例如聚(四氟乙烯-六氟丙烯);和含有源自一种或更多种氟化单体和一种或更多种可与所述的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。例如,合适的非氟化单烯键式不饱和单体包括: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,乙烯基醚如环己基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、正丁基乙烯基醚,乙烯基酯如醋酸乙烯酯和叔羧酸乙烯酯(vinylversatate)。含氟聚合物可通过本领域中已知的任何方法混入组合物中,例如美国专利6613824中所披露的那些方法。
在又一实施方案中,含氟聚合物呈被包封的含氟聚合物的形式以最小量来使用。具体被包封的含氟聚合物有:用苯乙烯-丙烯腈共聚物包封的聚四氟乙烯(PTFE),或者TeflonTM接枝的苯乙烯-丙烯腈共聚物(TSAN)。可这样制备TSAN:在TeflonTM的含水分散体/乳液的存在下共聚苯乙烯和丙烯腈,从而制得部分被SAN包封的TeflonTM颗粒。例如,TSAN可包含约50wt%的PTFE和约50wt%的苯乙烯-丙烯腈共聚物,以已被包封的含氟聚合物的总重量为基准。所述苯乙烯-丙烯腈共聚物例如可来自约75wt%的苯乙烯和约25wt%的丙烯腈,以该共聚物的总重量为基准。TSAN提供显著好于聚四氟乙烯的优点,即TSAN更易分散于组合物中。该TSAN颗粒的粒度通常为约35~70微米,更具体为约40~65微米。
所述热塑性组合物各组分的相对量将取决于所用的聚碳酸酯的具体类型,任何其它树脂的存在,以及该组合物的期望性质。本领域普通技术人员可利用本文提供的指导来容易地选择具体的量。
除了所述聚碳酸酯共聚物、所述阻燃剂以及在一些实施方案中所述的防滴剂之外,所述热塑性组合物可以包括各种添加剂如填料、增强剂、稳定剂等,条件是所述添加剂不会不利影响该热塑性组合物的期望性能。可使用添加剂的混合物。可在混合用于形成组合物的各成分的过程中合适时机混合上述添加剂。
可以使用的合适填料或增强剂包括:例如,硅酸盐和硅石粉末如硅酸铝(莫来石)、合成的硅酸钙、硅酸锆、熔凝硅石、结晶二氧化硅石墨、天然硅砂等;硼粉如硼-氮化物粉末、硼-硅酸盐粉末等;氧化物如TiO2、氧化铝、氧化镁等;硫酸钙(作为其无水物,二水合物或三水合物);碳酸钙如白垩、石灰石、大理石、合成沉淀的碳酸钙等;滑石,包括纤维状的,模块的(modular),针形,层状滑石等;硅灰石;表面处理的硅灰石;玻璃球如中空和实心玻璃球、硅酸盐球、空心煤胞、铝硅酸盐(armospheres)等;高岭土,包括硬高岭土、软高岭土、煅烧高岭土、包含本领域中用于促进与聚合物基质树脂的相容性的各种涂层的高岭土等;单晶纤维或"晶须"如碳化硅、氧化铝、碳化硼、铁、镍、铜等;纤维(包括长纤维和短纤维)如石棉、碳纤维、玻璃纤维,如E、A、C、ECR、R、S、D、或NE玻璃等;硫化物如硫化钼,硫化锌等;钡化合物如钛酸钡、铁酸钡、硫酸钡、重晶石等;金属和金属氧化物如粒状或纤维状铝、青铜、锌、铜和镍等;薄片的填料如玻璃片、薄片的碳化硅、二硼化铝、铝片、钢片等;纤维填料,例如,短的无机纤维如由包含硅酸铝、氧化铝、氧化镁、和硫酸钙半水合物的至少一种的共混物获得的那些等;天然填料和增强材料,如通过粉碎木材获得的木屑,纤维状产品如纤维素、棉花、剑麻、黄麻、淀粉、软木粉、木质素、磨碎的稻谷壳、玉米、稻谷外壳等;有机填料如聚四氟乙烯(Teflon)等;增强的有机纤维状填料,由能够形成纤维的有机聚合物形成,如聚(醚酮)、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚(苯硫醚)、聚酯、聚乙烯、芳族聚酰胺、芳族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、丙烯酸类树脂、聚(乙烯醇)等;以及其它填料和增强剂如云母、粘土、长石、烟灰、惰性硅酸盐微球、石英、石英岩、珍珠岩、硅藻石、硅藻土、碳黑等,或者包含至少一种前述填料或增强剂的组合。所述填料/增强剂可以进行涂敷以防止与基质的反应,或者可以化学钝化以中和可能促进水解或热降解的催化降解点。
所述填料和增强剂可涂敷一层金属材料以利于传导,或表面用硅烷处理以改善对聚合基体树脂的粘合性和分散性。此外,增强填料可以单丝或复丝纤维形式提供,以及可单独使用,或者例如通过共编织或芯/皮、并列式、橙型或矩阵和原纤构造,或通过纤维制造领域技术人员已知的其他方法与其他类型的纤维组合使用。合适的共编织结构例如包括玻璃纤维-碳纤维、碳纤维-芳族聚酰亚胺(芳族聚酰胺)纤维、和芳族聚酰亚胺纤维玻璃纤维等。纤维填料例如可呈以下形式提供:粗纱(rovings)、纺织的纤维状增强物例如0-90度织物等;无纺纤维状增强物例如连续原丝片(continuous strand mat)、短切原丝片(chopped strand mat)、绢纱(tissue)、纸和毛毯等;或三维纺织增强物,如编带(braids)。填料的用量通常为约0至约100重量份,以100重量份的总的组合物为基准。
合适的抗氧化添加剂包括例如烷基化的一元酚或多元酚;多元酚与二烯的烷基化反应产物,例如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等;对甲苯酚或二环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化氢醌;羟基化硫代二苯醚;亚烷基双酚;苄基化合物;β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯;等等,以及包含至少一种上述抗氧化剂的组合。抗氧化剂的通常用量为约0.01至约1重量份,特别地约0.1至约0.5重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
合适的热和颜色稳定添加剂包括例如有机亚磷酸酯,如亚磷酸三-(2,4-二叔丁基苯基)酯。热和颜色稳定剂的通常用量为约0.01至约5重量份、特别地约0.05至约0.3重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
合适的热辅助稳定助添加剂包括例如硫醚和硫酯,如季戊四醇四(3-(十二烷基硫代)丙酸酯)、季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸二硬脂酯、硫代二丙酸二肉豆蔻酯、硫代二丙酸双十三烷基酯、季戊四醇辛基硫代丙酸酯、双十八烷基二硫醚等,和包含至少一种上述热稳定剂的组合物。助稳定剂的通常用量为约0.01至约5重量份、特别地约0.03至约0.3重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
还可以使用光稳定剂,包括紫外线(UV)吸收添加剂在内。合适的此类光稳定添加剂例如包括苯并三唑和羟基苯并三唑,如2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑和2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯酚(获自Cytec的CYASORBTM 5411),和获自Ciba Specialty Chemicals的TINUVINTM 234;羟基苯并三嗪;羟基苯基-三嗪或嘧啶UV吸收剂如TINUVINTM 1577(Ciba),和2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)-苯酚(获自Cytec的CYASORBTM 1164);非碱性受阻胺光稳定剂(以下称作“HALS”),包括取代的哌啶部分及其低聚物,例如4-哌啶酚(piperidinol)衍生物,如TINUVINTM 622(Ciba)、GR-3034、TINUVINTM 123和TINUVINTM 440;苯并噁嗪酮,如2,2′-(1,4-亚苯基)二(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)(CYASORBTM UV-3638);羟基二苯甲酮如2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORB 531);草酰苯胺;氰基丙烯酸酯如1,3-二[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]-2,2-二[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]甲基]丙烷(UVINULTM 3030)和1,3-二[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]-2,2-二[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]甲基]丙烷;以及纳米大小的无机材料,如氧化钛、氧化铈和氧化锌,粒度全都小于约100纳米,等等;和包含至少一种上述稳定剂的组合。光稳定剂的通常用量为约0.01至约10重量份、特别地约0.1至约1重量份,以100重量份所述聚碳酸酯组分和抗冲改性剂组分的重量为基准。UV吸收剂的通常用量为约0.1至约5重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
还可以使用增塑剂、润滑剂和/或脱模剂等添加剂。这些类型的材料之间有很大的重叠,这些材料包括例如邻苯二甲酸酯,例如二辛基-4,5-环氧-六氢邻苯二甲酸酯;三(辛氧羰基乙基)异氰脲酸酯;三硬脂酸甘油酯;二或多官能芳族磷酸酯,如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的二(二苯基)磷酸酯和双酚-A的二(二苯基)磷酸酯;聚α-烯烃;环氧化大豆油;有机硅,包括硅油;酯,例如脂肪酸酯如烷基硬脂基酯,如硬脂酸甲酯;硬脂酸硬脂基酯、季戊四醇四硬脂酸酯等;包含聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物及其共聚物的亲水和亲油非离子型表面活性剂与硬脂酸甲酯的混合物,例如在合适溶剂中的聚乙二醇-聚丙二醇共聚物和硬脂酸甲酯的混合物;蜡,如蜂蜡、褐煤蜡、石蜡等;以及聚α-烯烃如EthylfloTM 164、166、168和170。上述材料的通常用量为约0.1至约20重量份、特别地约1至约10重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
还可以存在着色剂,例如颜料和/或染料添加剂。合适的颜料包括例如无机颜料,如金属氧化物和混合的金属氧化物如氧化锌、二氧化钛、氧化铁等;硫化物,如硫化锌等;铝酸盐;磺基硅酸盐硫酸钠、铬酸盐等;炭黑;铁酸锌;群青蓝;颜料棕24;颜料红101;颜料黄119;有机颜料,如偶氮、重氮、喹吖酮、苝、萘四羧酸、黄烷士酮、异吲哚啉酮、四氯异吲哚啉酮、蒽醌、蒽嵌蒽二酮、二噁嗪、酞菁、和偶氮色淀;颜料蓝60、颜料红122、颜料红149、颜料红177、颜料红179、颜料红202、颜料紫29、颜料蓝15、颜料绿7、颜料黄147和颜料黄150,以及包含至少一种上述颜料的组合。颜料可以进行涂敷以防止与基质的反应,或者可以化学钝化以中和可能促进水解或热降解的催化降解点。颜料的通常用量为约0.01至约10重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
合适的染料通常是有机材料,包括例如香豆素染料如香豆素460(蓝)、香豆素6(绿),尼罗红等;镧系复合物;烃和取代的烃染料;多环芳烃染料;闪烁染料,如噁唑或噁二唑染料;芳基或杂芳基取代的聚(C2-8)烯烃染料;羰花青染料;阴丹士酮染料;酞菁染料;噁嗪染料;喹诺酮(carbostyryl)染料;萘四羧酸染料;卟啉染料;二(苯乙烯基)联苯染料;吖啶染料;蒽醌染料;花青染料;次甲基染料;芳基甲烷染料;偶氮染料;靛类染料、硫代靛类染料、重氮鎓染料;硝基染料;醌亚胺染料;氨基酮染料;四唑鎓染料;噻唑染料;苝染料;苝酮(perinone)染料;二-苯并噁唑基噻吩(BBOT);三芳基甲烷染料;呫吨染料;噻吨染料;萘二甲酰亚胺染料;内酯染料;荧光团,如反斯托克司频移染料,其吸收近红外波长并发射可见波长等;发光染料,如5-氨基-9-二乙基亚氨基苯并吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;7-氨基-4-甲基喹诺酮;7-氨基-4-甲基香豆素;7-氨基-4-三氟甲基香豆素;3-(2′-苯并咪唑基)-7-N,N-二乙基氨基香豆素;3-(2′-苯并噻唑基)-7-二乙基氨基香豆素;2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑;2-(4-联苯基)-5-苯基-1,3,4-噁二唑;2-(4-联苯)-6-苯基苯并噁唑-1,3;2,5-二(4-联苯基)-1,3,4-噁二唑;2,5-二(4-联苯基)-噁唑;4,4′-二(2-丁基辛基氧)-对四联苯;对-二(邻甲基苯乙烯基)-苯;5,9-二氨基苯并酚噁嗪酮鎓高氯酸盐;4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-(对二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃;1,1′-二乙基-2,2′-羰花青碘化物;1,1′-二乙基-4,4′-羰花青碘化物;3,3′-二乙基-4,4′,5,5′-二苯并硫三碳菁(benzothiatricarbocyanine)碘化物;1,1′-二乙基-4,4′-碳菁碘化物;1,1′-二乙基-2,2′-碳菁碘化物;3,3′-二乙基-9,11-新亚戊基硫三碳菁碘化物;1,3′-二乙基-4,2′-喹啉基噁碳菁碘化物;1,3′-二乙基-4,2′-喹啉基硫碳菁碘化物;3-二乙基氨基-7-二乙基亚氨基吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;7-二乙基氨基-4-甲基香豆素;7-二乙基氨基-4-三氟甲基香豆素;7-二乙基氨基香豆素;3,3′-二乙基噁二碳菁碘化物;3,3′-二乙基硫碳菁碘化物;3,3′-二乙基硫二碳菁碘化物;3,3′-二乙基硫三碳菁碘化物;4,6-二甲基-7-乙基氨基香豆素;2,2′-二甲基-对-四联苯;2,2-二甲基-对-三联苯;7-二甲基氨基-1-甲基-4-甲氧基-8-氮杂喹诺酮-2;7-二甲基氨基-4-甲基喹诺酮-2;7-二甲基氨基-4-三氟甲基香豆素;2-(4-(4-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)-3-乙基苯并噻唑鎓高氯酸盐;2-(6-(对-二甲基氨基苯基)-2,4-新亚戊基-1,3,5-己三烯基)3-甲基苯并噻唑鎓高氯酸盐;2-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)-1,3,3-三甲基-3H-吲哚鎓高氯酸盐;3,3′-二甲基噁三碳菁碘化物;2,5-二苯基呋喃;2,5-二苯基噁唑;4,4′-二苯基茋;1-乙基-4-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)吡啶鎓高氯酸盐;1-乙基-2-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)吡啶鎓高氯酸盐;1-乙基-4-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)喹啉鎓高氯酸盐;3-乙基氨基-7-乙基亚氨基-2,8-二甲基吩噁嗪-5-鎓高氯酸盐;9-乙基氨基-5-乙基氨基-10-甲基-5H-苯并吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;7-乙基氨基-6-甲基-4-三氟甲基香豆素;7-乙基氨基-4-三氟甲基香豆素;1,1′,3,3,3′,3′-六甲基-4,4′,5,5′-二苯并-2,2′-吲哚三碳菁碘化物;1,1′,3,3,3′,3′-六甲基吲哚二碳菁碘化物;1,1′,3,3,3′,3′-六甲基吲哚三碳菁碘化物;2-甲基-5-叔丁基-对四联苯;N-甲基-4-三氟甲基哌啶子基-<3,2-g>香豆素;3-(2′-N-甲基苯并咪唑基)-7-N,N-二乙基氨基香豆素;2-(1-萘基)-5-苯基噁唑;2,2′-对亚苯基-双(5-苯基噁唑);3,5,3""5""-四叔丁基-对-六联苯;3,5,3""5""-四叔丁基-对-五联苯;2,3,5,6-1H,4H-四氢-9-乙酰基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-9-羰乙氧基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-8-甲基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-9-(3-吡啶基)-喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-8-三氟甲基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;3,3′,2",3″′-四甲基-对四联苯;2,5,2"",5″′-四甲基-对五联苯;对三联苯;对四联苯;尼罗红;若丹明700;噁嗪750;若丹明800;IR 125;IR 144;IR 140;IR 132;IR 26;IR 5;二苯基己三烯;二苯基丁二烯;四苯基丁二烯;萘;蒽;9,10-二苯基蒽;芘;1,2-苯并菲(chrysene);红荧烯;六苯并苯、菲,等等,以及包含至少一种上述染料的组合物。染料的通常用量为约0.1ppm至约10重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
可以有利地使用单体、低聚或聚合的抗静电添加剂,可以将它们喷雾到制品上或者加工到所述热塑性组合物中。单体抗静电剂的实例包括:长链酯如单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯等,脱水山梨醇酯,乙氧基化的醇,烷基硫酸酯,烷基芳基硫酸酯,烷基磷酸酯,烷基胺硫酸酯,烷基磺酸盐如十八烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,氟化的烷基磺酸盐,甜菜碱,等等。可以使用包含上述抗静电剂组合。示例性的聚合抗静电剂包括各自含有聚亚烷基二醇部分如聚乙二醇、聚丙二醇、聚1,4-丁二醇等的某些聚醚酯。上述聚合抗静电剂可购得,包括例如PELESTATTM 6321(Sanyo)、PEBAXTMMH1657(Atofina)、以及IRGASTATTMP18和P22(Ciba-Geigy)。可用作抗静电剂的其它聚合材料是固有导电的聚合物,如聚噻吩(从Bayer购得),其在高温下熔融处理之后仍保留一些固有导电性。在一种实施方案中,碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑或上述的任意组合可用于含化学抗静电剂的聚合树脂中,使得组合物静电消散。抗静电剂的通常用量为约0.1至约10重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
当需要泡沫时,合适的发泡剂例如包括:低沸点卤代烃和那些产生二氧化碳的发泡剂;在室温为固体并且在加热到高于其分解温度的温度时产生气体如氮气、二氧化碳、氨气的发泡剂,例如偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酰胺的金属盐、4,4′-氧二(苯磺酰肼)、碳酸氢钠、碳酸铵等,或包含至少一种上述发泡剂的组合。发泡剂的通常用量为约0.5至约20重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
所述热塑性组合物可通过本领域通常可获得的方法来制造,例如在一种实施方案中,在一种加工方式中,在HenschelTM高速混合机中,首先混合粉状的一种或多种聚碳酸酯、抗冲改性剂、和/或其他任选的组分,任选地与填料混合。包括但不限于手工混合等其他的低剪切方法也可以完成该混合。然后,通过进料斗将共混物加入挤出机的进料口。作为选择,一种或多种组分可以通过侧充填机从进料口和/或下游直接加入挤出机来混入组合物中。上述添加剂也可以与所需的聚合树脂配混成母料中并加入挤出机。可以将添加剂加入到聚碳酸酯基材中或加入到抗冲改性剂基材中以形成浓缩物,然后将它加入到最终产物中。挤出机一般在高于使组合物流动所需温度的温度下操作,通常为500℉(260℃)至650℉(343℃)。将挤出物立即在水浴中骤冷并造粒。切割挤出物时,根据需要如此制成的粒料可以是四分之一英寸长或更小。这种粒料可以用于随后的模塑、成形、挤出或成型。
还提供了包含所述热塑性组合物的成形、成型或模塑制品。可以将所述热塑性组合物通过各种方法如注塑、挤出、旋转模塑、吹塑和热成型来模塑成有用的成型制品,从而形成制品如计算机和商用机器外壳,如监视器的外壳、手提式电子设备外壳如手机外壳,电池组,电子连接器,以及照明器材、电视机、装饰品、家用器具、屋顶、温室、阳光房、游泳池围栅等的元件。
发现该组合物在电子商业设备和设备外壳中特别有用,例如电视机、电脑、笔记本电脑、手机、电池组、个人数字助手(PDAs)、打印机、复印机、投影仪、传真机、无线设备、数码相机和相机外壳、电视机框,以及其它本领域已知的设备和装置。
热挠曲温度(HDT)是材料在载有负荷的同时,短期内承受高温的能力的相对量度。该试验测量温度对刚性的影响:对标准试样施加给定的表面应力,使温度以均匀速率升高。用平的1/8英寸厚试条按照ASTM D648测定热挠曲温度(HDT),模塑拉伸试条承受264psi。
缺口伊佐德冲击强度(NII)在1/8英寸(3,12mm)的试条上按照ASTMD256测定。伊佐德冲击强度ASTM D256用于比较塑性材料的抗冲击性。结果定义为用于破坏测试试样的冲击能量除以缺口处试样面积。结果以lb.f/in记录。
熔体流速(MFR)或者熔体体积速率(MVR)是根据ASTM 1238-04在300℃利用1.2千克负荷6分钟来测定的。结果以crm3/10min记录。
用下面的方法来测定拉伸模量:根据ASTM D638用I型3.2mm厚模塑拉伸试条,以1mm/min的拉伸速率直至1%应变,然后以50mm/min的速率直至样品断裂。如果具体应用有要求的话,也可以5mrm/min的速率来测量,但是在本文的这些试验中样品是以50mm/min来测量的。拉伸模量结果以MPa记录,拉伸断裂伸长率以百分数记录。
根据ASTM D1003-00利用Gardner Haze Guard Dual,对3.2毫米厚模塑试板测定雾度(%)。
根据ASTM D1003-00利用Gardner Haze Guard Dual,对3.2毫米厚模塑试板测定透射率(%)。
划痕试验是根据ASTM D3363-92a利用铅笔硬度试验来测量的。ASTMD3363-92a描述了用已知硬度范围(从最软到最硬:6B,5B,4B,3B,2B,B,HB,F,H,2H,3H,4H,5H,6H)的制图笔芯(drawing lead)或铅笔芯来快速便宜地测定在基底上的有机涂层的膜硬度。在该方法中,将已涂布的板条(或其它试验基底)置于稳固的水平面上。牢牢地持有铅笔使之以45度角紧靠在膜或基底上(其中尖端背离操作者),再推铅笔使之以6.5mm长的一划远离操作者。该方法开始于最硬的铅笔,继续降低硬度等级直至两终点之一:一,不切入或者凿出该膜的铅笔(铅笔硬度);或者二,不刮擦该膜的铅笔(划痕硬度)。铅笔硬度越高和划痕越浅(划痕深度越浅)说明抗刮性越好。
可燃性测试按照题为"塑料材料的可燃性测试,UL94"的保险业实验室公报94的方法进行。按照该方法,可以将材料基于对5个规定样品厚度的试样所得的测试结果分类成HB、V0、V1、V2、5VA和/或5VB。样品是根据UL94试验方法利用标准ASTM模塑标准来制备的。对于每一个可燃性测试分类的标准描述如下。
V0:其长轴与火焰成180度放置的试样中,移去点火火焰后燃烧和/或闷烧的平均周期应当不超过5秒,并且垂直放置的试样无一产生点燃脱脂棉的燃烧颗粒的滴落物,无试样余焰或余辉烧至支持夹具。5试条燃烧熄灭时间(FOT)是5个试条的总计燃烧熄灭时间,其各自点燃两次,每次10秒,最大燃烧熄灭时间为50秒。FOT1是在第一次点燃之后的平均燃烧时间。FOT2是在第二次点燃之后的平均燃烧时间。
V1,V2,FOT:其长轴与火焰成180度放置的试样中,移去点火火焰后燃烧和/或闷烧的平均周期应当不超过25秒,对于V1等级,垂直放置的试样无一产生点燃脱脂棉的燃烧颗粒的滴落物。V2标准与V1相同,所不同的是允许滴落。5试条燃烧熄灭时间(FOT)是5个试条的总计燃烧熄灭时间,其各自点燃两次,每次10秒,最大燃烧熄灭时间为250秒。
另外通过计算平均消焰时间、消焰时间的标准偏差和滴落的总量来分析数据,并且通过使用统计方法转换该数据进行分析以预测第一次通过的可能性或"p(FTP)",也就是特定试样配方在5根试条的常规UL94V0或V1测试中实现"通过"等级的可能性。第一次提交时第一次通过的可能性(pFTP)可以根据下式来确定:
pFTP=(Pt1>mbt,n=0×Pt2>mbt.n=0×P总计<=mtbt×P滴落,n=0)
其中Pt1>mbt,n=0是没有第一燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性,Pt2>mbt,n=0是没有第二燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性,P总计<=mtbt是燃烧时间之和小于或等于最大总计燃烧时间值的可能性,以及P滴落,n=0是火焰测试过程中没有试样显示滴落的可能性。第一和第二燃烧时间分别是指在第一次和第二次施加火焰之后的燃烧时间。
没有第一燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性Pt1>mbt,n=0可以由下式确定:
Pt1>mbt,n=0=(1-Pt1>mbt)5
其中Pt1>mbt是在t1>mbt的对数正态分布曲线下的面积,以及其中指数"5"与进行测试的试条数目有关。
没有第二燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性可以由下式确定:
Pt2>mbt,n=0=(1-Pt2>mbt)5
其中Pt2>mbt是在t2>mbt的正态分布曲线下的面积。同上,燃烧时间数据组的平均值和标准偏差用于计算正态分布曲线。对于UL-94V0等级,最大燃烧时间是10秒。对于V1或V2等级,该最大燃烧时间是30秒。
火焰测试过程中没有试样显示滴落的可能性P滴落,n=0是属性函数(attribute function),由下式来估计,
(1-P滴落)5
其中P滴落=(滴落的试条数/进行测试的试条数)。
燃烧时间之和小于或等于最大总计燃烧时间值的可能性P总计<=mtbt可以由模拟的5试条总计燃烧时间的正态分布曲线来确定。可以用上述测定的燃烧时间数据的分布由1000组5试条的Monte Carlo模拟来产生分布。MonteCarlo模拟的技术是本领域公知的。用该模拟1000组的平均值和标准偏差可以产生5试条总计燃烧时间的正态分布曲线。因此,可以由总计<=最大总计燃烧时间的一组1000Monte Carlo模拟5试条总计燃烧时间的对数正态分布曲线下的面积来确定P总计<=mtbt。对于UL-94 V0等级,最大总计燃烧时间是50秒。对于V1或V2等级,该最大总计燃烧时间是250秒。
优选地,对于UL测试中最大阻燃性能而言,p(FTP)尽可能接近1,例如大于或等于约0.7,任选地大于或等于约0.85,任选地大于或等于约0.9,或者更特别地大于或等于约0.95。与仅仅规定符合所引用的V0或V1测试相比,p(FTP)≥0.7尤其p(FTP)≥0.85是更严格的标准。
本发明进一步通过下列非限制性实施例来说明。
在Werner & Pfleiderer25mm双螺杆挤出机上,采用260~275℃的标称熔融温度,25英寸(635mm)汞真空和400rpm,通过熔融挤出来制备样品。将挤出物造粒并在约120℃干燥约4小时。
为了制备试验样品,将干燥粒料在Van Dorn 85吨注塑机上以245~270℃的标称温度进行注塑以形成用于下面大多数试验的试样。用于燃烧试验的试条以245~270℃的标称温度在Husky注塑机上进行注塑。试样根据如上所述的ASTM或ISO标准进行测试。使用了下列成分:
表1
成分 | 种类 | 来源 |
PC-1 | 通过界面法制得的高流动性BPA聚碳酸酯树脂,分子量为约22000(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
PC-2 | 通过界面法制得的BPA聚碳酸酯树脂,分子量为约29500(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
PC-3 | 通过界面法制得的支化PC,分子量为约37700(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
PC-4 | 包含50mol% DMBPC和50mol.% BPA聚碳酸酯的DMBPC共聚物,分子量为约23500(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
PC-5 | 包含25mol% DMBPC和75mol.% BPA聚碳酸酯的DMBPC共聚物,分子量为约18900(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
PC-6 | 通过界面法制得的BPA聚碳酸酯树脂,分子量为约23300(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
PC-Si | 包含80wt.%源自BPA的单元和6wt.%源自二甲基硅氧烷的单元的透明聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物 | GE Plastics |
PC-7 | 包含20wt.%的源自基于间苯二酚的聚芳基酯的单元和80wt.%的源自BPA的单元的基于间苯二酚的聚芳基酯共聚物,分子量为31000(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
PC-8 | 溴化的BPA聚碳酸酯,分子量为23000(相对于聚碳酸酯标样测得) | GE Plastics |
FR-1 | 全氟丁烷磺酸钾(C4K Rimar盐or KPFBS) | Bayer,3M |
FR-2 | 二苯基砜磺酸钾(KSS) | Seal Sands,Sloss,Metropolitan |
FR-3 | 全氟甲烷磺酸钾(C1K Rimar盐) | 3M |
TSAN | 以SAN包封的PTFE(50wt.% PTFE,50wt.%SAN) | GE Plastics |
利用表1的材料根据上述的方法制备样品,并根据前述的试验方法进行测试。样品配方示于表2,试验结果示于下表3。
表2
成分 | 单位 | 1 | 22 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
PC-1 | % | 100 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 90 | 80 | 95 | 88 |
PC-2 | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 30 | 10 | 20 | 0 | 0 |
PC-3 | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | 12 |
PC-5 | % | 0 | 0 | 100 | 100 | 75 | 70 | 0 | 0 | 0 | 0 |
FR-1 | % | 0 | 0.08 | 0 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
其它* | % | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 |
*还将包括0.05wt.%的抗氧化剂(IrgaphosTM 168)和0.35wt%的脱模剂(按总的组合物重量为100%计)的添加剂包加至所有样品中。
表3
物理性质 | 1 | 22 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
NII,23℃ | lb.f/in | 13.26 | 13.52 | 0.23 | 0.31 | 0.44 | 0.35 | 13.45 | 14.90 | NA | NA |
熔体流动 | cm3/10min | 28.29 | 28.71 | 24.5 | 25.9 | 24.5 | 20.6 | 23.28 | 20.23 | 24.51 | 20.47 |
HHDT(1/8”,于264psi) | 。C | 122.5 | 122.7 | 119 | 119.9 | 121.8 | 120.0 | 123.2 | 123.9 | NA | NA |
拉伸模量,于50mm/m | kpsi | 355 | 351 | 370 | 375 | 383 | 374 | 349 | 349 | NA | NA |
雾度 | % | 0.6 | 0.5 | 0.9 | 1.0 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 0.6 | NA | NA |
透射率 | % | 89.80 | 89.74 | 88.71 | 88.56 | 88.5 | 89.2 | 89.0 | 89.0 | NA | NA |
p(FTP)于3.0mm | -- | 0 | 0.22 | 0 | 0.69 | 0.98 | 0.95 | 0 | 0 | 0 | 0.28 |
燃烧滴落 | 有/无 | 有 | 有 | 有 | 无 | 无 | 无 | 有 | 有 | 有 | 无 |
*NA-不可得。
上面结果说明含有高流动聚碳酸酯的配方(实施例1和2,含和不含阻燃剂)因为差的熔体强度而显示滴落现象。类似地,含DMBPC共聚物的实施例3(不含阻燃剂)也显示滴落现象,但是实施例4(含阻燃剂)在相当高流动性下未显示滴落现象,并具有可接受的0.69的p(FTP)。实施例5和6制备如下:共混DMBPC共聚物与低熔体流动的聚碳酸酯,从而获得多种熔体流动。这些共混物在3.0mm时显示稳定的阻燃性能,如大于0.90的p(FTP)和没有滴落所示。如下配制实施例7~10:在没有DMBPC共聚物的情况下共混多种聚碳酸酯来获得在20~25熔体流动范围内的熔体流动。如表3中所示,实施例7~10中无一显示优良的阻燃性能。含有支化的聚碳酸酯(其具有最高熔体强度、最高分子量和最低熔体流动)的共混物未得到稳定的FR性能,然而含DMBPC共聚物(其具有最低分子量和最高熔体流动)和阻燃剂的实施例(实施例4~6)得到优良的FR性能。这体现了DMBPC共聚物的使用赋予较高的熔体强度容量。
测量了熔体强度和粘度起飞温度。在装备有容纳粒料样品的25mm平行板的流变计Ares上,经过高温流变学测量来进行熔体强度评价。通过热空气以10℃/min在300℃~430℃范围内进行温度扫描来测定支化反应(粘度升高(build-up))温度。具有高流动PC且不含阻燃添加剂的实施例1在390℃左右显示粘度升高。也具有高流动PC但含有阻燃添加剂的实施例2在较低温度(在378℃左右)显示粘度升高。该在较低温度时粘度升高是因为FR添加剂的存在,所述在较低温度时粘度升高有助于实现对应较低熔体流动PC组合物的UL94 V0性能。相比较而言,含有DMBPC共聚物但不含阻燃剂的实施例3在350℃具有粘度升高,其比实施例1低40℃。类似地,也含有DMPBC共聚物以及阻燃剂的实施例4在338℃左右具有粘度升高,其又比不含DMBPC的实施例2低40℃。这清楚地显示了在阻燃试验温度时DMBPC共聚物的优越熔体强度容量,尽管其初始熔体流动与高流动性PC的初始熔体流动相当。此外,实施例4未显示滴落现象,因此具有优良的阻燃性能。
利用表1的成分制备其它样品,并根据前述的试验方法进行测试。样品配方示于表4和6,试验结果示于下表5和7。
表4
成份 | 单位 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
PC-1 | % | 100 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 90 | 80 |
PC-2 | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 30 | 10 | 20 |
PC-5 | % | 0 | 0 | 100 | 100 | 75 | 70 | 0 | 0 |
FR-2 | % | 0 | 0.3 | 0 | 0.3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
FR-3 | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.04 | 0 | 0.04 |
PC-8 | % | 0 | 1.25 | 0 | 1.25 | 0 | 0 | 0 | 0 |
其它* | % | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 |
*还将包括0.05wt.%的抗氧化剂(IrgaphosTM 168)和0.35wt%的脱模剂(按总的组合物重量为100%计)的添加剂包加至所有样品中。
表5
物理性质 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
NII,23° | lb.f/in | 13.32 | 13.87 | 0.2 | 0.2 | 13.63 | 13.23 | 0.19 | 0.20 |
HDT(1/8”,于264psi) | ℃ | 122.8 | 123.7 | 114.7 | 116.1 | 124、9 | 124.3 | 115.4 | 114.9 |
拉伸模量,于50mm/m | kpsi | 344 | 344 | 397 | 402 | 342 | 344 | 392 | 400 |
雾度 | % | 0.5 | 1.2 | 0.7 | 1.9 | 0.7 | 0.6 | 0.6 | 0.74 |
透射率 | % | 89.6 | 89.4 | 89.4 | 89.3 | 89.5 | 89.6 | 89.5 | 89.0 |
*NA-不可得。
表6
成分 | 单位 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
PC-1 | % | 60 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 |
PC-2 | % | 40 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 |
PC-5 | % | 0 | 10 | 0 | 25 | 0 | 50 |
PC-Si | % | 0 | 0 | 100 | 75 | 0 | 0 |
PC-7 | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 50 |
FR-1 | % | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
TSAN | % | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
其它* | % | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | 0.40 |
**还将包括0.05wt.%的抗氧化剂(IrgaphosTM 168)和0.35wt%的脱模剂(按总的组合物重量为100%计)的添加剂包加至所有样品中。
表7
物理性质 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | |
NII,23℃ | lb.f/in | 15.84 | 8.61 | 13.43 | 12.34 | 15.35 | 0.89 |
熔体流动 | cm3/10min | 15.42 | 15.47 | NA | NA | NA | NA |
HDT(1/8”,于264psi) | ℃ | 125.6 | 126.8 | 114.7 | 116.1 | 119.2 | 118.5 |
拉伸模量,于50mm/m | kpsi | 355 | 354 | 310 | 334 | 355 | 375 |
雾度 | % | NA | NA | 2.8 | 3.0 | 0.4 | 1.0 |
透射率 | % | NA | NA | 83 | 83 | 89 | 88 |
p(FTP),于1.13mm | -- | 0.63 | 0.95 | NA | NA | NA | NA |
燃烧滴落 | 有/无 | 无 | 无 | NA | NA | NA | NA |
*NA-不可得。
上面的结果说明:用不同阻燃剂制备的组合物也具有优良的熔体强度。相比于不含DMBPC的共混物,由DMBPC共聚物与高流动聚碳酸酯和防滴剂共混制备的实施例(实施例20)具有优越的熔体强度,以及在1.13mm厚时具有稳定的V0性能。其它样品是用DMBPC共聚物和其它种类的聚碳酸酯共聚物来制备的。实施例21为透明聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物,而实施例22为DMBPC共聚物与透明聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物的共混物。实施例22显示比实施例21更好的熔体强度。实施例23为间苯二酚聚酯-聚碳酸酯,而实施例24为DMBPC共聚物与间苯二酚聚酯-聚碳酸酯的共混物。实施例24显示比实施例23更好的熔体强度。
图1显示了粘度起飞温度对组合物中DMBPC共聚物百分数。随着在流变学试验中温度的升高,粘度下降直至其到达最低值。材料处于该最低值时的温度称之为粘度起飞温度。在经过该最低温度之后,粘度开始急剧增大。该最低温度取决于组合物中DMBPC共聚物的量。在0%的DMBPC共聚物(100%芳族聚碳酸酯)时,粘度起飞温度为约380~385℃。随着DMBPC百分数的增加,起飞温度下降,直至对于25%的DMBPC(或者100%的PC-5(即25%DMBPC共聚物))降至约338℃。这很重要,因为起飞温度与交联温度相关。温度越低,交联反应引发越快,从而粘度增大,熔体强度改善。由于熔体强度改善,组合物(和模塑制品)具有更好的阻燃性,如较少或者没有滴落,这意味着在薄壁样品中可实现UL94V0等级。
利用表1的成分制备其它样品,并根据前述的试验方法进行测试。样品配方示于表8,试验结果示于下表9。
表8
成分 | 单位 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
PC-4 | % | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
PC-6 | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
FR-1 | % | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.12 | 0.12 | 0.10 | 0.08 | 0.08 | 0.12 | 0.12 | 0.10 |
TSAN | % | 0.5 | 0.4 | 0.2 | 0.4 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.2 | 0.3 |
其它* | % | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0..32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 |
*还将包括0.05wt.%的抗氧化剂(IrgaphosTM 168)和0.27wt%的脱模剂(按总的组合物重量为100%计)的添加剂包加至所有样品中。
表9
物理性质 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32** | 33** | 34** | 35** | |
铅笔硬度 | - | H | H | H | H | H | H | 2B | 2B | 2B | 2B | 2B |
熔体流动 | cm3/10min | 142 | 14.5 | 14.1 | 14.1 | 144 | 14.2 | 19.7 | 20.4 | 20.6 | 20.6 | 205 |
p(FTP)于2.0mm | - | NA | 0.644 | 0258 | 0.989 | 0.997 | 0.992 | 0.999 | 0.999 | 0.03 | 0.988 | 0.978 |
燃烧滴落 | 秒 | NA | 0 | 2in 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4in 10 | 0 | 0 |
p(FTP)于1.5mm | - | NA | 0.857 | 0 | 0.983 | 0.03 | 0.984 | 0.998 | 0.489 | 0 | 0.131 | 0. |
FOT1于1.5mm* | 秒 | NA | 0 | 9in 10 | 0 | 4in 10 | 0 | 0 | 1in 10 | 6in 10 | 1in 10 | 3in 10 |
NA-不可得。
*当列为5in 10时,它是指10试条中的5个发生滴落;2in 10是指10试条中的2个发生滴落,依此类推。
**在1.5mm时,不含DMBPC共聚物的样品(32~35)有些试条发生滴落。
上面结果说明:用所述DMBPC共聚物、所述阻燃剂和所述防滴剂制备的组合物比不含DMBPC共聚物的组合物显示更好的抗刮性和阻燃性能。此外,在1.5mm的V0可燃性试验中,当配方具有少于0.5wt.%的防滴剂时所有不含DMBPC共聚物的样品均有一些试条发生滴落,并且滴落物点燃棉花。在含有DMBPC共聚物与较低水平(0.3wt.%)的防滴剂的组合的组合物中仍可实现1.5mm时稳定的UL94 V0等级。
本文中使用的术语“第一”、“第二”等并非表示任何次序或重要性,而是用于将一种要素与另一要素区别开来,且术语“该”、“一种”、“一个”并非表示对数量的限制,而是表示存在至少一种所述项。本文中对于相同性能或用量所公开的全部范围包括端点,并且各端点是独立地可组合的。所有引用的专利、专利申请、和其它参考文献均全部引入本文作为参考。
与数量相关使用的修饰词“约”包括所述数值且具有上下文规定的含义(例如,包括与特定量的测量相关的误差程度)。
“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生,或者随后指出的物质可能存在或可能不存在,该描述包括所述事件或情况发生或者所述物质存在的情形,且包括所述事件或情况不发生或者所述物质不存在的情形。
虽然参照优选实施方式描述了本发明,但是本领域技术人员将理解,可以进行各种变化且可以用等价物代替其组分,而不背离本发明的范围。另外,可以采取多种改进以使特定情形或材料适于本发明的教导,而不背离本发明的基本范围。由此,并非旨在将本发明限定于作为预期实施该发明的最佳方式而公开的特定实施方式,而是本发明将包括落入所附权利要求的范围之内的所有实施方式。
Claims (25)
3.权利要求2的热塑性组合物,其中所述组合物中式(17)的碳酸酯单元的量为至少5wt.%。
5.权利要求1的热塑性组合物,其中所述阻燃剂为C1-16烷基磺酸盐。
6.权利要求1的热塑性组合物,其中所述组合物在2.0mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
7.权利要求1的热塑性组合物,其中当根据ASTM D1003-00在厚度3.2mm的试板上进行测量时,由该热塑性组合物构成的模塑制品的雾度值为2.0%或更小。
8.权利要求7的热塑性组合物,其中当根据ASTM D1003-00在厚度3.2mm的试板上进行测量时,由该热塑性组合物构成的模塑制品的雾度值为1.0%或更小。
9.权利要求1的热塑性组合物,其中当根据ASTM D1003-00在厚度3.2mm的试板上进行测量时,由该热塑性组合物构成的模塑制品的透射率至少为85.0%。
10.包含权利要求1的热塑性组合物的制品。
11.权利要求10的制品,其中当根据ASTM D3363-92a铅笔硬度试验测量时,所述制品的抗刮性为HB或更硬。
13.权利要求12的热塑性组合物,其中当根据ASTM D1003-00在厚度3.2mm的试板上进行测量时,由该热塑性组合物构成的模塑制品的雾度值为2.0%或更小。
16.权利要求14的热塑性组合物,其中所述组合物中式(17)的碳酸酯单元的量至少为5wt.%。
18.权利要求14的热塑性组合物,所述阻燃剂为C1-16烷基磺酸盐。
19.权利要求14的热塑性组合物,其中所述组合物在1.5mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
20.权利要求14的热塑性组合物,进一步包含第二聚碳酸酯。
21.包含权利要求14的热塑性组合物的制品。
22.权利要求21的制品,其中当根据ASTM D3363-92a铅笔硬度试验测量时,所述制品的抗刮性为HB或更硬。
24.权利要求23的热塑性组合物,其中所述组合物在1.5mm厚度时能实现至少0.90的p(FTP)。
25.权利要求20的热塑性组合物,进一步包含第二聚碳酸酯。
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