本申请要求2006年8月7日提交的美国临时申请60/821,598的权益,并且本申请是2006年6月27日提交的共同未决美国申请11/426,680的部分继续申请,美国申请11/426,680是2004年12月29日提交的共同未决美国申请11/025,635的部分继续申请,美国申请11/025,635是2005年3月1日授权的美国专利6,861,482的部分继续申请,美国专利6,861,482是2003年8月26日授权的美国专利6,610,409的部分继续申请,美国专利6,610,409是2001年10月23日授权的美国专利6,306,507的部分继续申请,美国专利6,306,507要求1999年5月18日提交的美国临时申请60/134,692的权益,将这些申请通过参考合并到本申请中。
具体实施方式
出乎意料的是,聚硅氧烷共聚物组合物(其包括聚芳酯单元、碳酸酯单元,和低含量(小于或等于10wt%)的具有较少数目的硅氧烷重复单元(即,4至50个硅氧烷单元)的聚硅氧烷单元,所述聚硅氧烷单元分布在聚酯单元中,聚碳酸酯单元中,或者所述聚酯和聚碳酸酯单元中)具有低的OSU 65/65放热率,通过燃烧由所述聚硅氧烷共聚物组合物组成的制品测定。这些组合物的聚硅氧烷共聚物组合物可通过任何已知的聚碳酸酯,聚酯,或聚酯-聚碳酸酯反应制备,并且得到的聚合物可为不透明的,半透明的,或透明的。所述聚硅氧烷共聚物组合物也期望地满足低烟雾浓度的FAR要求,以及各种毒性燃烧副产物的含量。所述聚硅氧烷共聚物组合物可用于制备例如商用喷气式航空器中使用的透明组件,如用于覆盖航空器窗户的机舱侧壁的透明防尘罩,来给这些组件显著改善的防火性同时保持优异的透明度。
本申请所用的术语“烷基”是指直链或支链一价烃基;“亚烷基”是指直链或支链二价烃基;“烷叉”是指直链或支链二价烃基,其中两个价键在单个相同的碳原子上;“烯基”是指具有至少两个通过碳碳双键连接的碳原子的直链或支链一价烃基;“环烷基”是指具有至少三个碳原子的非芳族一价单环或多环烃基;“亚环烷基”是指具有至少三个碳原子的非芳族脂环族二价烃基,其具有至少一个不饱和度;“芳基”是指在芳族环或多个芳族环中仅含有碳的芳族一价基团;“亚芳基”是指在芳族环或多个芳族环中仅含有碳的芳族二价基团;“烷芳基”是指被如上所定义的烷基取代的芳基,4-甲基苯基是示例性的烷芳基;“芳烷基”是指被如上所定义的芳基取代的烷基,苄基是示例性的芳烷基;“酰基”是指通过羰基碳桥(-C(=O)-)附接的具有指定数目的碳原子的如上所定义的烷基;“烷氧基”是指通过氧桥(-O-)连接的具有指定数目的碳原子的如上所定义的烷基;和“芳氧基”是指通过氧桥(-O-)连接的具有指定数目的碳原子的如上所定义的芳基。
除非另外指出,否则,各自上述基团都可为未取代的或取代的,条件是所述取代不显著有害地影响化合物的合成,稳定性,或用途。本申请所用的术语“取代的”是指所指的原子或基团上的任何至少一个氢被另一基团取代,条件是不超过所指的原子的正常化合价。当取代基是氧代(即,=O)时,那么所述原子上的两个氢被取代。同样,本申请所用的术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。取代基和/或变量的组合是允许的,条件是所述取代基不显著不显著有害地影响合成或化合物的用途。
所述聚硅氧烷共聚物组合物包括含芳基酯的单元,其可包括芳族碳酸酯单元。所述芳族碳酸酯单元也可称为聚碳酸酯单元。本申请所用的术语“聚碳酸酯”,“聚碳酸酯树脂”,和“聚碳酸酯单元”是指具有式(1)的碳酸酯重复结构单元的组分:
其中R1基团总数的至少60%是芳族有机基团,其余为脂肪族或脂环族基团。所述芳族有机基团可源自二羟基芳族化合物,包括间苯二酚或双酚。在一种实施方式中,R1各自是C6-30亚芳基基团。在另一实施方式中,R1各自是式(2)的基团:
-A1-Y1-A2-(2)
其中A1和A2各自为单环二价芳基,和Y1为具有一或两个分隔A1和A2的原子的桥接基团。在示例性的实施方式中,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。在另一种实施方式中,Y1为连接A1和A2的碳-碳键(-)。具有连接A1和A2的碳碳键的式(2)的R1的实例是源自4,4’-双苯酚的基团。在一种实施方式中,所述R1基团理想地最少地取代有含烃取代基如烷基,烷氧基,或亚烷基取代基。
聚碳酸酯可通过具有式HO-R1-OH的二羟基芳族化合物的界面反应产生,所述式HO-R1-OH的二羟基芳族化合物包括式(3)的二羟基芳族化合物,在本申请中也称为双酚:
HO-A1-Y1-A2-OH (3)
其中Y1,A1和A2如上所述。还包括下面通式(4)的更具体的双酚化合物:
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。在本申请中应该理解,对于某个原子没有指定取代基时,例如当式(4)中的p为0时,未指定的一个化合价或多个化合价被一个氢原子或足以填充所述未指定的化合价的多个氢原子所占据,否则会另外指出。同样,在式(4)中,Xa表示式(5)的基团之一。
其中Rc和Rd各自独立地为氢,C1-12烷基,环C1-12烷基,C7-12芳烷基,C1-12杂烷基,或环C7-12杂芳烷基,和Re为二价C1-12烃基。
在一种实施方式中,Xa是C1-18亚烷基,C3-18亚环烷基,稠合的C6-18亚环烷基,或式-B1-W-B2-的基团,其中B1和B2为相同或不同的C1-6亚烷基,并且W为C3-12环烷叉或C6-16亚芳基基团。
在另一实施方式中,Xa为非环C1-18烷叉,C3-18环烷叉,或C2-18杂环烷叉,即,在环中具有至多三个杂原子的环烷叉基团,其中所述杂原子包括-O-,-S-或-N(Z)-,其中Z为氢,卤素,羟基,C1-12烷基,C1-12烷氧基,或C1-12酰基。
仍然在另一实施方式中,Xa为式(5)的取代的C3-18环烷叉,其中Rr,Rp,Rq,和Rt独立地为氢,卤素,氧,或C1-12有机基团;I为直接键,碳,或二价氧,硫,或-N(Z)-,其中Z为氢,卤素,羟基,C1-12烷基,C1-12烷氧基,或C1-12酰基;h为0至2,j为1或2,i为整数0或1,k为0至3的整数,条件是Rr,Rp,Rq,和Rt中的至少两个一起是稠合的脂环族环,芳族环,或杂芳环。应该理解,当稠合的环为芳族的时,如式(5)中所示的环将在所述环稠合处具有不饱和的碳碳连接基团。当k为1并且i为0时,如式(5)中所示的环含有4个碳原子,当k为2时,所示的环含有5个碳原子,并且当k为3时,该环含有6个碳原子。在一种实施方式中,两个相邻的基团(例如,Rq和Rt一起)形成芳族基团,并且在另一实施方式中,Rq和Rt一起形成一个芳族基团,并且Rr和Rp一起形成第二芳族基团。
聚碳酸酯可源自含有环烷叉桥的双酚。环烷叉-桥接的双酚可包括例如环己叉桥接的双酚,其对应于式(6):
其中R
a,R
b和R
g各自独立地为C
1-12烷基或卤素,r和s各自独立地为0至4,和t为0至10。应该理解,当r为0时R
a为氢,当s为0时R
b为氢,和当t为0时R
g为氢。取代基R
a,R
b,和R
g,当包括合适数目的碳原子时,可为直链的、环状、双环、支化的、饱和的或不饱和的。在具体的实施方式中,基于环己叉的双酚,例如2mol取代的或未取代的酚与1mol环己酮如,在示例性的实施方式中的环己酮或氢化的异佛尔酮(例如,3,3,5-三甲基环己烷-1-酮)的反应产物可用于制备具有高玻璃化转变温度和高热变形温度的聚碳酸酯聚合物。基于异佛尔酮双酚的聚合物,包括由非-环己叉双酚制成的聚碳酸酯共聚物,和含有烷基环己叉双酚的聚碳酸酯与非-烷基环己基双酚聚碳酸酯的共混物,由Bayer Co.以商标名APEC
提供。
适宜的二羟基芳族化合物的一些说明性的非限制性的实例包括以下:4,4′-二羟基联苯、1,6-二羟基萘、2,6-二羟基萘、双(4-羟基苯基)甲烷、双(4-羟基苯基)二苯基甲烷、双(4-羟基苯基)-1-萘基甲烷、1,2-双(4-羟基苯基)乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷、2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)苯基甲烷、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、1,1-二(羟基苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟基苯基)环十二烷、反式-2,3-双(4-羟基苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟基苯基)金刚烷、(α,α′-双(4-羟基苯基)甲苯、双(4-羟基苯基)乙腈、2,2-双(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯、4,4′-二羟基二苯甲酮、3,3-双(4-羟基苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟基苯基)-1,6-己二酮、乙二醇二(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)硫醚、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)砜、9,9-双(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-双(4-羟基苯基)苯酞、2,6-二羟基二苯并-对-二噁英、2,6-二羟基噻蒽、2,7-二羟基酚黄素、2,7-二羟基-9,10-二甲基吩嗪、3,6-二羟基苯并呋喃、3,6-二羟基苯并噻吩和2,7-二羟基咔唑等等,以及包含至少一种前述二羟基芳族化合物的组合。
由式(3)表示的这些类型的双酚化合物的具体实例包括1,1-双(4-羟苯基)甲烷、1,1-双(4-羟苯基)乙烷、2,2-双(4-羟苯基)丙烷(下文“双酚A”或“BPA”)、2,2-双(4-羟苯基)丁烷、2,2-双(4-羟苯基)辛烷、1,1-双(4-羟苯基)丙烷、1,1-双(4-羟苯基)正丁烷、2,2-双(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基叔丁基苯基)丙烷、3,3-双(4-羟苯基)苯并[c]吡咯酮、2-苯基-3,3-双(4-羟苯基)苯并[c]吡咯酮(PPPBP)和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷(DMBPC)。也可使用含至少一种前述二羟基芳族化合物的组合。
另一芳族有机基团R1(其不是双酚)源自式(7)的二羟基芳族化合物:
其中Rf各自独立地为卤素原子,C1-10烃基,或C1-10卤素取代的烃基,u为0至4。卤素通常为溴。在一种实施方式中,式(7)的化合物(其中-OH基团彼此间位地取代,并且其中Rf和u如上所述)在本申请中也通常称为间苯二酚类。可由式(7)表示的化合物的实例包括间苯二酚(其中u为0),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;儿茶酚;氢醌;取代氢醌,例如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、2,3,5,6-四溴氢醌或类似物;或含至少一种前述化合物的组合。在具体的实施方式中,式(7)的化合物没有被含烃的取代基取代。在一种实施方式中,当使用通式(7)的二羟基芳族化合物时,小于或等于5mol%,具体地小于或等于2mol%,仍然更具体地小于或等于1mol%的二羟基芳族化合物具有烷基,烷氧基,或亚烷基取代基。
在一种实施方式中,有用的聚碳酸酯单元源自式(3)的双酚化合物。在具体的实施方式中,聚碳酸酯单元包括双酚-A碳酸酯重复单元。在另一具体的实施方式中,聚碳酸酯单元可包括源自式(3),式(4),式(6),式(7)的二羟基芳族化合物,或包括至少一种前述二羟基芳族化合物的组合的碳酸酯重复单元的组合。除了均聚碳酸酯之外,本申请公开的聚碳酸酯也可包括,在碳酸酯中含有不同的R1基团的共聚物,在本申请中称为“共聚碳酸酯”。在一种实施方式中,所述双酚聚碳酸酯单元占聚硅氧烷共聚物组合物总重量的0至35mol%,具体地1至30mol%,更具体地2至25mol%,仍然更具体地,3至20mol%。
在一种实施方式中,聚碳酸酯单元是源自双酚A的直链均聚物,其中A1和A2的各自为对亚苯基,Y1为异丙叉。
聚硅氧烷共聚物的特性粘度可为0.3至1.5分升每克(dl/g),具体地0.45至1.0dl/g,在25℃的氯仿测定。所述聚硅氧烷共聚物的重均分子量(Mw)可为10,000至100,000g/mol,通过凝胶渗透色谱(GPC)使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱,以1毫克每毫升的样品浓度测量,并且使用聚碳酸酯标样校准。
在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物的流动性质由熔体体积流速(常常简写为MVR)来描述,它测量在预定的温度和载荷下,热塑性聚合物通过孔口(orifice)挤出的速度。有用的聚硅氧烷共聚物的MVR可为0.5至80立方厘米每10分钟(cc/10min),在300℃,1.2kg的载荷下根据ASTM D1238-04标准测量。在具体的实施方式中,示例性的聚碳酸酯的MVR为小于或等于0.5至100cc/10min,具体地1至75cc/10min,更具体地1至50cc/10min,在300℃,1.2kg的载荷下根据ASTM D1238-04标准测量。也可使用具有不同流动性的聚碳酸酯的组合来获得总的期望的流动性。
在一种实施方式中,厚度为2.0±0.12毫米由所述聚硅氧烷共聚物组成的模制的试验片制品的透光率(根据ASTM D1003-00标准)可为大于或等于70%,具体地大于或等于80%和更具体地大于或等于85%。在另一实施方式中,厚度为2.0±0.12毫米由所述聚碳酸酯组成的模制的试验片制品的雾度(根据ASTM D1003-00标准)可为小于或等于10%,具体地小于或等于5%,最具体地小于或等于3%。
除了所述任选的式(1)的碳酸酯链重复单元之外,聚硅氧烷共聚物组合物包括聚酯单元。如本申请所公开的,聚酯单元或聚合物包括式(8)的重复酯单元:
其中D为源于二羟基化合物的二价基团,并且可以为例如C6-20脂环族基团或C6-20芳族基团;及T为源于二羧酸的二价基团,并且可以为例如C6-20脂环族基团,C6-20亚烷基-亚芳基,或者C6-20亚芳基基团。在具体的实施方式中,T为C6-20亚芳基基团。在一种实施方式中,D源自二羟基芳族化合物,其包括式(3),式(4),式(6),式(7),或包括至少一种前述二羟基芳族化合物的组合。所述D和T基团理想地最少取代有含烃取代基如烷基,烷氧基,或亚烷基取代基。在一种实施方式中,D和T基团的总摩尔数的小于5mol%,具体地小于或等于2mol%,仍然更具体地小于或等于1mol%被含烃取代基如烷基,烷氧基,或亚烷基取代基取代。
作为式(8)的酯单元中的T基团的来源的芳族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组合,其中间苯二甲酸与对苯二甲酸的重量比为99∶1~1∶99。
在一种实施方式中,所述含芳基酯的单元的芳基酯单元源自1当量的间苯二甲酸衍生物和/或对苯二甲酸衍生物的反应产物。在这种实施方式中,所述芳基酯单元如式(9)中所示:
其中Rf和u如以上式(7)中所定义,m为大于或等于4。在一种实施方式中,m为4至50,具体地5至30,更具体地5至25,仍然更具体地10至20。也在一种实施方式中,m为小于或等于100,具体地小于或等于90,更具体地小于或等于70,仍然更具体地小于或等于50。应该理解,m的低和高端点值可独立地结合。在另一实施方式中,间苯二甲酸酯与对苯二甲酸酯的摩尔比可为约0.25∶1至约4.0∶1。在具体的实施方式中,所述芳基酯单元由间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯单元组成。在另一实施方式中,所述芳基酯单元源自1当量的间苯二甲酸衍生物和/或对苯二甲酸衍生物与式(7)的间苯二酚的反应产物。该芳基酯单元对应于以下的式(14),其中R1源自间苯二酚。
示例性的芳基酯单元是芳族聚酯单元如间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚酯单元,间苯二甲酸-对苯二甲酸-双酚酯单元,或包括这些的每一种的组合。具体的芳基酯单元包括聚(间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚)酯,聚(间苯二甲酸-对苯二甲酸-双酚-A)酯,聚[(间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚)酯-共聚-(间苯二甲酸-对苯二甲酸-双酚-A)]酯,或包括至少一种这些物质的组合。在一种实施方式中,有用的芳基酯单元是聚(间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚)酯。在一种实施方式中,所述芳基酯单元包括间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚酯单元,其量为大于或等于95mol%,具体地大于或等于99mol%,仍然更具体地大于或等于99.5mol%,基于聚芳酯单元中酯单元的总摩尔数。在另一实施方式中,所述芳基酯单元没有被含非-芳族烃的取代基如烷基,烷氧基,或亚烷基取代基取代。
在一种实施方式中,本申请所公开的聚硅氧烷共聚物组合物是耐候性的组合物,其包括间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚酯单元。本领域已知的是,将间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯如(10)暴露于紫外辐射,能够导致快速的光化学诱导的重排,称为Photo-Fries重排,从而在表面上形成式(11)的2-羟基苯甲酮,其作为下面的聚合物的紫外光吸收剂和稳定剂。因此包括间苯二酚酯单元的组合物也仅在组合物的表面下进行缓慢的Photo-Fries重排,并因此同时具有耐候性并且适合于用于本申请公开的热塑性组合物中。
其它酯单元如式(12)的含双酚的酯单元,也进行Photo-Fries重排,形成相应的具有式(13)的2-羟基苯甲酮。因为这些物类的电子结构,所以在约400nm的波长处有更大的光吸收。结果,传递的或反射的光比其它结构例如由式(11)表示的结构具有可见的令人讨厌的更黄的黄色,这可通过黄度指数(yellowing index,“YI”)测得。因此,对于耐候性的应用,还期望使存在于该树脂以及尤其得到的制品中的双酚酯单元的数目最小化。
在一种实施方式中,芳基酯单元是聚酯-聚碳酸酯单元,其具有式(14)中所示的结构:
其中Rf,u,和m如式(9)中所定义,R1各自独立地为C6-30亚芳基基团,并且n为大于或等于1。在一种实施方式中,n为3至50,具体地5至25,更具体地5至20。同样,在一种实施方式中,n为小于或等于50,具体地小于或等于25,更具体地小于或等于20。应该理解,n的端点值是可独立地结合的。在一种实施方式中,m为5至75,具体地5至30,更具体地10至25。在具体的实施方式中,m为5至75,n为3至50。在具体的实施方式中,m为10至25,n为5至20。在一种实施方式中,聚酯-聚碳酸酯单元是间苯二甲酸和对苯二甲酸(或其衍生物)的组合与式(7)的二羟基化合物的反应产物,其中间苯二甲酸酯单元与对苯二甲酸酯单元的摩尔比为99∶1至1∶99,具体地95∶5至5∶95,更具体地90∶10至10∶90,仍然更具体地80∶20至20∶80。在一种实施方式中,间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯单元与碳酸酯单元在聚酯-聚碳酸酯中的摩尔比可为1∶99至99∶1,具体地5∶95至90∶10,更具体地10∶90至80∶20。
在具体的实施方式中,聚酯聚碳酸酯单元包括源自式(7)的间苯二酚的间苯二酚碳酸酯单元,具有式(15):
其中Rf和u如上所述,并且na为大于或等于1。在另一实施方式中,聚酯-聚碳酸酯单元还包括源自式(4)和(6)的双酚的双酚碳酸酯单元,具有式(16),
其中Ra和Rb各自独立地为C1-8烷基,Rc和Rd独立地为C1-8烷基或C1-8亚环烷基,p和q是0至4,和nb为大于或等于1。在另一实施方式中,聚酯-聚碳酸酯单元包括式(15)的间苯二酚碳酸酯单元和式(16)的双酚碳酸酯单元,其中间苯二酚碳酸酯单元与双酚碳酸酯单元的摩尔比为1∶99至100∶0。在具体的实施方式中,聚酯-聚碳酸酯单元源自间苯二酚(即,1,3-二羟基苯)或包括间苯二酚和双酚-A的组合。在具体的实施方式中,所述聚酯-聚碳酸酯单元是聚(间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚酯)-共聚-(间苯二酚碳酸酯)-共聚-(双酚-A碳酸酯)聚合物。
聚硅氧烷共聚物组合物理想地包括最少量的以取代基或结构基团如桥接基团或其它连接基团的形式存在的饱和烃。在另一实施方式中,芳基酯单元和碳酸酯单元的总量的小于或等于25mol%,具体地小于或等于15mol%,仍然更具体地小于或等于10mol%包括烷基,烷氧基,或亚烷基。在具体的实施方式中,当聚硅氧烷共聚物组合物包括碳酸酯单元时,所述碳酸酯单元的小于或等于25mol%,具体地小于或等于15mol%,仍然更具体地小于或等于10mol%含有烷基,烷氧基,或亚烷基,基于芳基酯单元和碳酸酯单元的总摩尔数。在另一实施方式中,芳基酯单元和碳酸酯单元不被含非-芳族烃的取代基如烷基,烷氧基,或亚烷基取代基取代。
在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物的含芳基酯的单元的组成为:50至100mol%(mol%)的芳基酯单元,具体地58至90mol%的芳基酯单元;0至50mol%的芳族碳酸酯单元(例如,间苯二酚碳酸酯单元,双酚碳酸酯单元和其它碳酸酯单元如脂肪族碳酸酯单元);0至30mol%的间苯二酚碳酸酯单元,具体地5至20mol%的间苯二酚碳酸酯单元;和0至35mol%的双酚碳酸酯单元,具体地5至35mol%的双酚碳酸酯单元。
在示例性的实施方式中,所述含芳基酯的单元是聚酯-聚碳酸酯单元,其Mw可为2,000至100,000g/mol,具体地3,000至75,000g/mol,更具体地4,000至50,000g/mol,更具体地5,000至35,000g/mol,仍然更具体地17,000至30,000g/mol。分子量测定使用GPC用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱,以1毫克每毫升的样品浓度测定,并用聚碳酸酯标样进行校准。以使用二氯甲烷作为洗脱剂约1.0ml/min的流速对样品进行洗脱。
除了含芳基酯的单元之外,聚硅氧烷共聚物组合物还包括聚硅氧烷(在本申请中也称为“聚二有机基硅氧烷”)单元。聚硅氧烷单元包括式(17)的硅氧烷重复单元(在本申请中也称为“二有机硅氧烷单元”):
其中每次出现时R为相同或不同,且为C1-13单价有机基团。例如,R可独立地为C1-13烷基,C1-13烷氧基,C2-13烯基,C2-13烯基氧基,C3-6环烷基,C3-6环烷氧基,C6-14芳基,C6-10芳氧基,C7-13芳烷基,C7-13芳基烷氧基,C7-13烷基芳基,或C7-13烷基芳氧基。前述基团可被氟,氯,溴,或碘,或其组合全部或部分卤化。可将前述R基团的组合用于相同的共聚物中。在一种实施方式中,聚硅氧烷包括具有最少的烃含量的R基团。在具体的实施方式中,最少的烃含量的R基团是甲基。
式(17)中的E值可根据热塑性组合物中各组分的类型和相对量,组合物的期望性质以及类似的考虑而宽泛地变化。在本申请中,E的平均值为4至50。在一种实施方式中,E的平均值为16至50,具体地20至45,更具体地25至45。在另一实施方式中,E的平均值为4至15,具体地5至15,更具体地6至15,仍然更具体地7至10。
在一种实施方式中,所述聚二有机基硅氧烷单元通过式(18)的重复结构单元提供:
其中E如上所定义;R各自是相同的或不同的,并且如上所定义;并且Ar可各自独立地为相同的或不同的,且为取代的或未取代的C6-C30亚芳基,其中所述化学键直接连接至芳族部分。式(18)中合适的Ar基团可源自C6-C30二羟基芳族化合物,例如以上式(3)、(4)、(6)或(7)的二羟基芳族化合物。也可以使用包含至少一种前述二羟基芳族化合物的组合。示例性的二羟基芳族化合物是间苯二酚(即,1,3-二羟基苯),4-甲基-1,3-二羟基苯,5-甲基-1,3-二羟基苯,4,6-二甲基-1,3-二羟基苯,1,4-二羟基苯,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。也可使用包括至少一种前述二羟基化合物的组合。在一种实施方式中,所述二羟基芳族化合物是未取代的,或没有被含非-芳族烃的取代基例如烷基、烷氧基或亚烷基取代基取代。
式(18)的单元可源自相应的式(19)的二羟基芳族化合物:
其中R、Ar和E如上所述。在具体的实施方式中,当Ar源自间苯二酚时,聚硅氧烷具有式(20):
或者,当Ar源自双酚-A时,聚硅氧烷具有式(21):
其中式(20)和(21)的E如以上式(17)中所定义。
在另一实施方式中,聚二有机基硅氧烷单元是式(22)的单元:
其中R和E如式(17)所述,并且R2每次出现时独立地为二价C1-30亚烷基或C7-30亚芳基-亚烷基,并且其中所述聚合的聚硅氧烷单元是它的相应的二羟基芳族化合物的反应残基。在具体的实施方式中,当R2为C7-30亚芳基-亚烷基时,所述聚二有机基硅氧烷单元具有式(23):
其中R和E如式(17)所定义。式(23)中的R3各自独立地为二价C2-8脂族基团。式(23)中的M可各自为相同的或不同的,且可为卤素、氰基、硝基、C1-C8烷基硫基、C1-C8烷基、C1-C8烷氧基、C2-C8烯基、C2-C8烯基氧基、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C7-C12烷芳氧基,其中n各自独立地为0、1、2、3或4。
在一种实施方式中,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,或芳基如苯基、氯苯基或甲苯基;R3为二亚甲基、三亚甲基或四亚甲基;且R为C1-8烷基,卤代烷基如三氟丙基,氰基烷基,或芳基如苯基、氯苯基或甲苯基。在另一实施方式中,R为甲基,或甲基和三氟丙基的组合,或甲基和苯基的组合。仍然在另一实施方式中,M为甲氧基,n为0或1,R3为二价C1-C3脂族基团,和R为甲基。
式(23)的单元可源自相应的二羟基聚二有机基硅氧烷(24):
其中R、E、M、R3和n如式(23)所述。
在具体的实施方式中,所述二羟基低聚二有机基硅氧烷具有式(25)中给出的结构:
其中E如以上式(17)中所述。
在另一具体的实施方式中,所述聚二有机基硅氧烷单元源自式(26)的二羟基低聚二有机基硅氧烷:
其中E如以上式(17)所定义。
在具体的实施方式中,通式(21)的羟基芳族封端的聚硅氧烷(其中Ar源自双酚-A)在形成聚硅氧烷共聚物组合物的过程中与羧酸衍生物形成酯连接的结构,其具有式(27)的结构:
或者,在通式(21)的羟基芳族封端的聚硅氧烷(源自双酚-A)与碳酸酯前体或卤代甲酸酯共聚时,在聚硅氧烷共聚物组合物中形成碳酸酯连接的结构,具有式(28)的结构:
或包括前述聚硅氧烷的组合,其中对于式(27)和(28),R和E都如以上式(17)所述;式(27)中的T是C6-30亚芳基基团;式(28)中的R1是C6-30亚芳基基团。在一种实施方式中,T源自间苯二甲酸和/或对苯二甲酸的反应性衍生物的反应产物。在一种实施方式中,R1源自以下物质的碳酸酯反应产物:式(7)的间苯二酚,或式(7)的间苯二酚与式(4)的双酚的组合。
在另一具体的实施方式中,通式(19)的羟基芳族封端的聚硅氧烷(其中Ar源自间苯二酚)在形成聚硅氧烷共聚物组合物的过程中与羧酸衍生物形成酯连接的结构,其具有式(29)的结构:
或,其中式(20)的羟基芳族封端的聚硅氧烷(源自间苯二酚)与碳酸酯前体或卤代甲酸酯共聚时,在聚硅氧烷共聚物组合物中形成碳酸酯连接的结构,具有式(30)的结构:
其中对于式(29)和(30),R和E都如以上式(17)所述;式(29)中的T是C6-30亚芳基基团;式(30)中的R1是C6-30亚芳基基团。在一种实施方式中,T源自间苯二甲酸和/或对苯二甲酸的反应性衍生物的反应产物。在一种实施方式中,R1源自以下物质的碳酸酯反应产物:式(7)的间苯二酚,或式(7)的间苯二酚与式(4)的双酚的组合。
在另一具体的实施方式中,通式(23)的羟基芳族封端的聚硅氧烷(其中R3为三亚甲基)能够在形成聚硅氧烷共聚物组合物的过程中与羧酸衍生物形成酯连接的结构,其具有式(31)的结构:
或者,在通式(23)的羟基芳族封端的聚硅氧烷(其中R3为三亚甲基)与碳酸酯前体或卤代甲酸酯共聚时,在聚硅氧烷共聚物组合物中形成碳酸酯连接的结构,具有式(32)的结构:
或包括这些聚硅氧烷的组合,其中对于式(31)和(32),R和E都如以上式(17)所述,并且M和n如以上式(23)所述;式(31)中的T是C6-30亚芳基基团;式(32)中的R1是C6-30亚芳基基团。在一种实施方式中,T源自间苯二甲酸和/或对苯二甲酸的反应性衍生物的反应产物。如式(23)中看出的,式(31)和(32)的亚芳基部分各自都连接至以下两个基团:氧原子,其给相邻的芳基酯单元和/或芳族碳酸酯单元提供连接性,并且源自羟基;和聚硅氧烷端基的亚烷基部分,其进一步连接到聚硅氧烷部分的端部的硅原子和聚硅氧烷单元的亚芳基部分。在一种实施方式中,将所述亚芳基部分连接至聚硅氧烷单元的端部的硅原子的所述氧原子和亚烷基基团在式(31)或(32)的芳基部分上可以彼此处于邻位、间位或对位。在一种实施方式中,R1源自以下物质的碳酸酯反应产物:式(7)的间苯二酚,或式(7)的间苯二酚与式(4)的双酚的组合。
二羟基聚硅氧烷通常可通过使式(33)取代的硅氧烷低聚物官能化而制备:
其中R和E如上所定义,Z为H、卤素(Cl、Br、I)或羧酸酯。示例性的羧酸酯包括乙酸酯,甲酸酯,苯甲酸酯等。在示例性的实施方式中,当Z为H时,式(33)的化合物可通过与脂肪族不饱和一元酚的铂催化的加成反应制备。合适的脂肪族不饱和一元酚包括例如丁子香酚,2-烯丙基苯酚,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-烯丙基苯酚,2-甲基-4-丙烯基苯酚,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,和2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚。也可使用至少一种前述物质的组合。当Z为卤素或羧酸酯时,可通过与式(3)、(4)、(6)或(7)的二羟基芳族化合物,或包括至少一种前述二羟基芳族化合物的组合的反应来完成官能化。在示例性的实施方式中,式(19)的化合物可由α,ω-二-乙酰氧基-聚二有机基硅氧烷低聚物和二羟基芳族化合物在相转移条件下形成。
在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物包括其量为0.5至20mol%的硅氧烷单元,具体地1至10mol%的硅氧烷单元,基于硅氧烷单元,芳基酯单元和碳酸酯单元的总摩尔百分数,条件是该硅氧烷单元由聚硅氧烷共聚物组合物的聚合物主链中共价键合的聚硅氧烷单元提供。
所述聚硅氧烷共聚物组合物包括硅氧烷单元,其量为0.1至25重量%(wt%)。在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物包括硅氧烷单元,其量为0.2至10wt%,具体地0.2至6wt%,更具体地0.2至5wt%,仍然更具体地0.25至2wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物的总重量,条件是所述硅氧烷单元由聚硅氧烷共聚物组合物的聚合物主链中共价键合的聚硅氧烷单元提供。
聚硅氧烷共聚物组合物还可包括式(1)的碳酸酯单元。在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物包括0.2至6wt%的聚硅氧烷单元,50至99.8wt%的酯单元,和0至49.85wt%的碳酸酯单元,其中所述聚硅氧烷单元,酯单元,和碳酸酯单元的总重量百分比为所述聚硅氧烷共聚物组合物的总重量的100wt%。在另一实施方式中,所述聚硅氧烷共聚物组合物包括0.25至2wt%的聚硅氧烷单元,60至94.75wt%的酯单元,和3.25至39.75wt%的碳酸酯单元,其中所述聚硅氧烷单元,酯单元,和碳酸酯单元的总重量百分比为所述聚硅氧烷共聚物组合物的总重量的100wt%。
在一种实施方式中,上述的聚硅氧烷共聚物组合物的Tg为小于或等于165℃,具体地小于或等于160℃,和更具体地小于或等于155℃。类似地,在一种实施方式中,上述聚硅氧烷共聚物组合物的聚碳酸酯单元的Tg为大于或等于115℃,具体地大于或等于120℃。
本申请所述的聚硅氧烷共聚物能够通过不同的方法制备,如溶液聚合,界面聚合,和熔融聚合。在这些中,特别有用的方法是界面聚合。虽然界面聚合的反应条件可变化,但是工艺通常包括:将二元酚反应物溶解或分散到苛性钠或苛性钾的水溶液中,或者可供选择地将二元酚反应物悬浮或溶解在水中,将得到的混合物添加到不与水混溶的溶剂介质中,和在受控的pH条件下(例如,约pH8至约pH11.5)在催化剂例如三乙胺或相转移催化剂盐存在下使反应物与碳酸酯前体接触。最通常使用的不与水混溶的溶剂包括二氯甲烷,1,2-二氯乙烷,氯苯,甲苯等。示例性的碳酸酯前体包括例如碳酰卤(carbonyl halide)如碳酰溴或碳酰氯,或卤代甲酸酯如二元酚的二卤代甲酸酯(例如,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。在示例性的实施方式中,形成碳酸酯连接基团的界面聚合反应使用光气作为碳酸酯前体,并且称为光气化反应。
聚合期间可以包括链终止剂(也称之为封端剂或端盖)。链终止剂限制分子量增长速度,因此控制共聚物的分子量。链终止剂可以是单酚化合物、单酰氯和/或单氯甲酸酯中的至少一种。当将链终止剂添加到共聚物中时,所述链终止剂也可称为端基。
例如,可用作链终止剂的单酚化合物包括单环酚,如苯酚、C1-C22烷基取代的酚、对枯基-苯酚、对叔丁基苯酚、羟基苯基苯基醚、苯基苯酚;二酚的单醚,例如对甲氧基苯酚。烷基取代的苯酚包括具有8~9个碳原子的支链烷基取代基的那些酚。单酚UV吸收剂可以用作封端剂。这些化合物包括:4-取代的-2-羟基二苯甲酮和它们的衍生物、水杨酸芳基酯、二酚的单酯(例如间苯二酚单苯甲酸酯)、2-(2-羟基芳基)-苯并三唑和它们的衍生物、2-(2-羟基芳基)-1,3,5-三嗪以及它们的衍生物等。特别地,单酚链终止剂包括苯酚、对枯基-苯酚和/或间苯二酚单苯甲酸酯。
单酰氯也可用作链终止剂。这包括单环的单酰氯如苯甲酰氯,C1-C22烷基取代的苯甲酰氯,4-甲基苯甲酰氯,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胺苯甲酰氯,及其混合物;多环的单酰氯如偏苯三酸酐氯化物,及萘甲酰氯;以及单环和多环单酰氯的混合物。具有最多22个碳原子的脂族单羧酸的氯化物是合适的。官能化的脂族单酰氯如丙烯酰氯和甲基丙烯酰氯也是合适的。还合适的有单氯甲酸酯,包括单环的单氯甲酸酯如氯甲酸苯酯,烷基取代的氯甲酸苯酯,氯甲酸对枯基苯酯,氯甲酸甲苯酯、氯甲酸叔丁基苯基酯,及其组合。
具有支化的聚碳酸酯的含芳基酯的单元也是有用的,直链聚碳酸酯和支化的聚碳酸酯的共混物也是有用的。支化的聚碳酸酯嵌段可通过在聚合过程中添加支化剂来制备。这些支化剂包括含有至少三个官能团的多官能有机化合物,所述官能团选自羟基、羧基、酸酐、卤甲酰基(haloformyl)以及前述官能团的组合。具体的实例包括偏苯三甲酸、偏苯三酸酐、偏苯三酰氯、三-对羟基苯基乙烷、靛红双酚、三苯酚TC(1,3,5-三((对羟基苯基)异丙基)苯),三苯酚PA(4(4(1,1-双(对羟基苯基)-乙基)α,α-二甲基苄基)苯酚),4-氯甲酰基邻苯二甲酸酐,均苯三酸,和二苯甲酮四羧酸。支化剂的加入量可为聚碳酸酯的约0.05至约2.0wt.%。可预期各种类型的聚碳酸酯端基都可用于聚碳酸酯中,条件是这些端基不显著影响热塑性组合物的期望性质。
可以用于界面聚合中的相转移催化剂是式(R3)4Q+X的催化剂,其中R各自是相同或不同的,并且为C1-10烷基;Q是氮原子或磷原子;X为卤原子或C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。示例性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、CH3[CH3(CH2)3]3NX和CH3[CH3(CH2)2]3NX,其中X为卤素离子(如F-,Cl-,Br-或I-)、C1-8烷氧基或C6-18芳氧基、氢氧根(hydroxide)、C1-20羧酸根。在一种实施方式中,特别有用的相转移催化剂是CH3[CH3(CH2)3]3NCl(甲基叔正丁基氯化铵)。相转移催化剂的有效量可以为约0.1~10wt%,基于光气化混合物中双酚的重量。在另一实施方式中,相转移催化剂的有效量可以为0.5~2wt%,基于光气化混合物中二羟基芳族化合物的重量。
本申请所述的共聚物也可通过界面聚合制备。通常,使用期望的芳族或脂肪族二羧酸的反应性衍生物。在一种实施方式中,使用二酰卤尤其是二酰氯,其在预碳酸酯缩合中在如上所述的界面聚合条件下(双相溶剂,pH4至11,添加碱来保持期望的pH)与二羟基芳族化合物缩合,形成聚酯单元。在示例性的实施方式中,在制备具有芳基酯单元的聚酯时,不是采用间苯二甲酸、对苯二甲酸或其组合,理想地是采用间苯二酰氯、对苯二酰氯及其组合。在界面聚合使二羧酸衍生物和二羟基芳族化合物缩合(有时称为聚酯低聚反应)之后,使得到的聚酯聚合物或低聚物与二羟基芳族化合物在界面聚碳酸酯反应条件下共缩合(co-condense),形成聚酯-聚碳酸酯。在示例性的实施方式中,式(3),(4),(6)或(7)的二羟基芳族化合物用于所述聚酯低聚反应或界面聚碳酸酯反应的任一或二者中。
或者,可使用熔体方法来制备本申请所述的聚硅氧烷共聚物。通常,在所述熔融聚合方法中,聚碳酸酯可通过在熔融状态下,使二羟基反应物和二芳基碳酸酯如碳酸二苯酯在相转移催化剂存在下在Banbury
密炼机、双螺杆挤出机等中共反应(co-reacting),形成均匀的分散体。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聚合物。制备芳族碳酸酯单元的特别有用的熔体方法使用在芳基上具有吸电子取代基的碳酸二芳基酯。特别有用的具有吸电子取代基的碳酸二芳基酯的实例包括碳酸二(4-硝基苯基)酯,碳酸二(2-氯苯基)酯,碳酸二(4-氯苯基)酯,碳酸二(甲基水杨基)酯,碳酸二(4-甲基羧基苯基)酯,碳酸二(2-乙酰基苯基)酯,碳酸二(4-乙酰基苯基),或包括至少一种前述物质的组合。此外,示例性的酯交换反应催化剂可包括式(R)
4Q
+X的相转移催化剂,其中R,Q和X各自如上所定义。这些酯交换反应催化剂的实例包括氢氧化四丁基铵,氢氧化甲基三丁基,乙酸四丁基铵,氢氧化四丁基鏻,乙酸四丁基鏻,四丁基鏻酚盐,或包括至少一种前述物质的组合。
应该理解,可使用所有常规的在溶液中制备聚酯,聚碳酸酯,和聚酯-聚碳酸酯的方法,来制备聚硅氧烷共聚物组合物聚合物。在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物通过界面聚合制备。通常,所述聚硅氧烷共聚物组合物由二酸衍生物,二官能聚硅氧烷聚合物,二羟基芳族化合物,以及当需要时,羰基源(carbonyl source),在包括不可混溶的有机相和水相的双相介质中的反应而提供。在一种实施方式中,所述芳基酯单元通过使二羟基芳族化合物和二酰氯在双相介质中在碱存在下形成。可以改变将这些组分添加到聚合反应中的顺序和时间,来提供具有聚硅氧烷在聚合物主链中不同分布的聚硅氧烷共聚物组合物。可以这样分布聚硅氧烷,使得酯单元分布到聚酯单元中,碳酸酯单元分布到聚碳酸酯单元中,或者使酯和碳酸酯单元同时分布到聚酯和聚碳酸酯单元中。
在一种实施方式中,形成聚硅氧烷共聚物组合物的示例性的方法包括在介质中混合羟基封端的聚硅氧烷,二酸衍生物,二羟基芳族化合物,碱,和溶剂。示例性的碱包括如三乙胺,氢氧化钠,碳酸钠,碳酸氢钠,乙酸钠,葡萄糖酸钠,柠檬酸钠,酒石酸钠,等,或包括至少一种前述物质的组合。可在混合和反应时将介质保持在合适的pH,并且是双相的,具有溶剂相和水相。在一种实施方式中,pH为4至11.5,更具体地4至8.5。可在反应过程中根据需要通过添加合适的碱来调节pH,所述合适的碱例如氢氧化钠在水中的浓溶液。在一种实施方式中,二酸衍生物化合物是1,4-对苯二甲酰氯,1,3-间苯二甲酰氯,或这些酰氯的混合物。在形成聚硅氧烷共聚物组合物之后,然后可向所述混合物添加另外的二羟基芳族化合物,羰基化合物,另外的溶剂,链终止剂,和碱,来保持反应的pH为8.5至11。在一种实施方式中,羰基化合物为光气。在另一实施方式中,制备本申请的聚硅氧烷共聚物组合物的方法包括链终止剂。
在另一实施方式中,所述二羟基芳族化合物和/或羟基封端的聚硅氧烷可与羰基化合物进行预反应,然后缩合,从而形成聚硅氧烷共聚物组合物。在一种实施方式中,可使用光气进行预反应,形成聚硅氧烷聚合物的单-或二卤代甲酸酯。可原位或者通过分离预反应的中间体来完成反应,其中在完成预反应之后,才添加其它组分和开始聚芳酯的低聚反应和/或聚碳酸酯的形成。
在一种实施方式中,当需要含聚酯-聚碳酸酯芳基酯的单元时,所述聚酯单元与聚碳酸酯单元独立地形成。所述聚酯单元源自聚酯聚合物或低聚物,包括羟基封端的聚酯,它接着与羰基源和二羟基芳族化合物共聚合,形成聚碳酸酯单元,所述二羟基芳族化合物包括例如式(3),(4)和(6)的双酚,和式(7)的间苯二酚。在一种实施方式中,羟基封端的聚芳酯低聚物使用间苯二酚制备,其中所述间苯二酚-OH部分包括所述低聚物端基。可通过聚合反应的方法和存在于所述端基官能化的聚硅氧烷中的硅氧烷重复单元的数目的组合来影响所述聚硅氧烷共聚物组合物的光学性质。具有小于或等于约15个硅氧烷重复单元的聚硅氧烷向本申请所公开的所有的聚酯和/或聚碳酸酯和/或聚酯-聚碳酸酯聚合方法提供低的雾度。通常,在硅氧烷单元之间提供更加均匀的间隔的聚合方法(例如通过将它们转化成相应氯甲酸酯并使他们与羟基封端的聚芳酯单元反应)能够使得产生较低雾度的聚合物(即,聚硅氧烷共聚物组合物,它能够被模制成厚度为2毫米的试验片,其根据ASTM D1003-00标准的雾度为小于或等于5%)。通过这种方式,具有大于20个硅氧烷单元且小于或等于50个硅氧烷单元的聚硅氧烷也给由其模制的制品提供低雾度值。
另一通过更加均匀地将聚硅氧烷单元隔开的产生低雾度聚合物的聚合方法是:首先使用相转移催化剂和基本上不使用叔胺催化剂制备氯甲酸酯封端的聚酯低聚物和任选的氯甲酸酯封端的二羟基芳族化合物(及其低聚物)。其次,将所述二-羟基-封端的聚硅氧烷与氯甲酸酯封端的聚酯低聚物和任选的氯甲酸酯封端的二羟基芳族化合物缩合。所述缩合步骤可使用相转移催化剂和/或叔胺进行催化。在一些情况下,有利的是在缩聚步骤之后使混合物光气化,从而确保所有的苯酚端基都基本上被加入。可将链终止剂加入到所述聚酯低聚物中,氯甲酸酯封端的二羟基芳族化合物中,或者二-羟基-封端的聚硅氧烷。
在一种实施方式中,二羟基芳族化合物包括间苯二酚,双酚,或这些的组合。在一种实施方式中,当同时使用了间苯二酚和双酚时,将间苯二酚与反应物混合,从而使得得到的聚合物的中间苯二酚-酯连接基团的数目相对于双酚-酯连接基团的数目被最大化。在更具体的实施方式中,可使用合适的碱和任选的催化剂将所述聚硅氧烷单元与一些或所有的二羧酸衍生物进行预反应,然后进行二羧酸衍生物与间苯二酚的共反应。
在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物包括端基官能化的聚硅氧烷单元,并且与所述二羧酸衍生物和二羟基芳族化合物(例如,间苯二酚)无规共聚合。无规共聚反应在最初进料的聚合物包括在二羧酸衍生物存在下的未反应的聚硅氧烷和二羟基芳族化合物时进行。所述聚硅氧烷和二羟基芳族化合物各自与二羧酸衍生物反应反应形成酯连接基团。只要二羟基芳族化合物和端基官能化的聚硅氧烷的相对反应性存在差异,聚硅氧烷在聚酯主链中的分布就可较少无规地分布,较低反应性的基团(例如,丁子香酚封端的聚硅氧烷)在聚合反应的后期形成的聚合物链中富集。以此方式,形成包括聚硅氧烷的反应产物、二羧酸衍生物、任何未反应的硅氧烷和二羟基芳族化合物的低聚物。在一种实施方式中,在形成低聚物之后,可将第二二羟基化合物(如间苯二酚和/或双酚)添加到所述低聚物中,并通过添加羰基源使其聚合。在具体的实施方式中,羰基源是光气。在一种实施方式中,当端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于15个硅氧烷单元时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物具有低雾度,意味着它可用来形成如上所述的雾度小于5%的试验片。
在另一实施方式中,在添加二羟基芳族化合物之后,将端基官能化的聚硅氧烷添加到包括二羧酸衍生物的单体进料中。以此方式,一部分端基官能化的聚硅氧烷反应形成酯连接基团,同时剩余部分的端基官能化的聚硅氧烷在最初的酯化反应中保持不反应,形成低聚物。向包括该部分未反应的官能化的聚硅氧烷的反应混合物中,可将第二二羟基化合物(如间苯二酚和/或双酚)添加到所述低聚物中,并通过添加羰基源而聚合。在具体的实施方式中,羰基氯是光气。以此方式,聚硅氧烷共聚物组合物可具有遍布聚芳酯单元和聚碳酸酯单元分布的聚硅氧烷单元。在一种实施方式中,当所述端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于20个硅氧烷单元时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物具有低雾度。
在另一实施方式中,可使端基官能化的聚硅氧烷与过量的二羧酸衍生物反应,然后添加二羟基芳族化合物。已经观察到,丁子香酚羟基端基官能化的聚硅氧烷比二羟基芳族化合物如双酚和/或间苯二酚反应得慢。通过使聚硅氧烷在添加二羟基芳族化合物之前反应,能够在聚硅氧烷共聚物组合物结构中得到更加均匀间隔分布的聚硅氧烷单元和酯单元。在一种实施方式中,使羟基封端的聚硅氧烷和每mol官能的羟基端基约1mol胺催化剂/碱与过量的二羧酸衍生物反应,然后添加间苯二酚。或者,可将所述端基官能化的聚硅氧烷(和约2mol胺催化剂)与所有或部分所述二羧酸衍生物反应,形成低聚物。在示例性的实施方式中,胺催化剂包括三乙胺,三丙基胺,三丁基胺,二异丙基乙基胺,二甲基氨基吡啶,4-吡咯烷基吡啶(4-pyrrolidinopyridine),或包括至少一种前述胺的组合。在另一实施方式中,可将二羧酸衍生物和端基官能化的聚硅氧烷反应性地混合到合适的预反应器中,例如,管式反应器,从而形成预缩合反应产物,接着将其与间苯二酚一起添加到聚合反应的反应器中。在一种实施方式中,在形成低聚物之后,可将第二二羟基化合物(例如间苯二酚和/或双酚)添加到低聚物中,并通过添加羰基氯而共聚。在具体的实施方式中,羰基源是光气。在一种实施方式中,当端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于50个硅氧烷单元时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物可具有低雾度。在另一实施方式中,当所述端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于15个硅氧烷单元时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物具有低雾度。
在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物使用上述无规或预反应方法制备,并且它仅包括聚硅氧烷单元和聚酯单元,并且不包括碳酸酯单元。在一种实施方式中,当端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于15个硅氧烷单元时,根据这些方法中的任一种制备的聚硅氧烷共聚物组合物具有低雾度。
或者,可能期望将聚硅氧烷单元分布到聚碳酸酯单元中,并且由此排除了形成聚硅氧烷-酯连接基团。在一种实施方式中,形成聚酯单元的低聚反应在不存在端基官能化的聚硅氧烷的情况下完成,并将端基官能化的聚硅氧烷与二羟基芳族化合物同时添加到反应中,接着添加羰基源。在一种实施方式中,端基官能化的聚硅氧烷是羟基封端的聚硅氧烷。在另一实施方式中,在添加二羟基芳族化合物之前添加羟基封端的聚硅氧烷,并使其与添加的一部分羰基氯反应。本申请讨论的一些羟基封端的聚硅氧烷(例如,源自丁子香酚的那些)可具有比二羟基芳族化合物如间苯二酚和/或双酚更低的反应性,并因此可提供这样的聚硅氧烷的分布,其在反应的后期形成的聚合物片段中更多地富集。在另一实施方式中,可以在添加羟基封端的聚硅氧烷之后与聚合反应成比例地添加二羟基芳族化合物和羰基氯。在一种实施方式中,当端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于15个硅氧烷单元时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物具有低雾度。
在另一实施方式中,其中理想的是将聚硅氧烷单元随机地与碳酸酯单元一起分布到聚碳酸酯单元中,二羟基芳族化合物和/或羟基封端的聚硅氧烷被转化成它相应的二-氯甲酸酯,然后缩合形成聚碳酸酯的碳酸酯连接基团。在该方法中,聚芳酯低聚物最初在不存在胺或缩合催化剂的情况下在双相介质中使用相转移催化剂制备。在一种实施方式中,聚芳酯低聚物使用间苯二酚制备,其中所述间苯二酚包括所述低聚物端基。聚芳酯低聚物和过量的间苯二酚通常在2至11的pH进行光气化。在一种实施方式中,聚芳酯低聚物光气化的pH为4至10,具体地5至8,从而提供氯甲酸酯端基,并且接着使其与羟基封端的聚硅氧烷在约8.5至约11的pH反应足够的时间,例如,小于或等于20min。可进一步添加二羟基芳族化合物,例如间苯二酚和/或双酚,并且额外添加羰基源(例如,光气)。聚合物的分子量可通过在反应中添加缩合催化剂例如叔胺而得到增加。任选地,可添加额外的光气,以确保基本上所有的酚端基都被加入。在另一实施方式中,使用相转移催化剂进行制备羟基封端的聚芳酯的低聚反应,并添加羟基封端的聚硅氧烷。在示例性的实施方式中,有用的相转移催化剂具有式(R)4Q-X,其中R,Q和X如上所定义。将所述组合光气化,从而将酚羟基端基在2至11的pH,具体地4至10的pH,和更具体地4至7的pH转化成氯甲酸酯基团。将第二二羟基芳族化合物,例如间苯二酚和/或双酚,添加到所述氯甲酸酯的组合中,并在7.7至11.5的pH,具体地8至9的pH缩合,使所述氯甲酸酯和二羟基芳族化合物与另外的光气和叔胺反应。如果需要,可加入另外的光气来完成聚合反应。
在另一实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物可使用已经首先被转化成它相应的二-氯甲酸酯的羟基封端的聚硅氧烷制备。羟基封端的聚硅氧烷的二-氯甲酸酯可根据授权给Silva等的美国专利6,723,864制备,将所述专利并入本申请作为参考。该方法包括使二羟基芳族化合物和羰基源,具体地光气,以及碱如氢氧化钠的水溶液,同时通过冷却的管式反应器,从而以连续工艺形成二羟基芳族化合物的二-氯甲酸酯。该工艺的优点是以高产率形成二-氯甲酸酯,使单-氯甲酸酯中间体的形成最小化,所述单-氯甲酸酯中间体可能导致聚硅氧烷的氯甲酸酯端基和羟基端基具有不平衡的反应性。
在一种实施方式中,当使用氯甲酸酯方法并且端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于50个硅氧烷单元时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物可具有低雾度。在另一实施方式中,当将端基官能化的聚硅氧烷与二羧酸衍生物进行预反应时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物可具有低雾度。在另一实施方式中,当所述端基官能化的聚硅氧烷具有小于或等于15个硅氧烷单元时,根据该方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物具有低雾度。
可通过添加非溶剂而从有机相中析出来将得到的聚硅氧烷共聚物组合物分离。在一种实施方式中,有机相是二氯甲烷,非溶剂是甲醇。在另一实施方式中,有机相是二氯甲烷,溶剂通过蒸气沉积(steam precipitation)而被除去。在另一实施方式中,当有机相是二氯甲烷时溶剂通过将有机相添加到热水中而被除去。在另一实施方式中,当有机相是二氯甲烷时,在称为“凝胶粉碎(gel crush)”的工艺中除去溶剂,其中树脂粉末通过在加热、混合和捏合所述溶液的同时将溶液连续进料而制备。所述捏合在拉长的机筒(elongated barrel)中通过在一组安装在旋转轴上的螺旋叶片(spiral blade)的帮助下产生聚碳酸酯溶液的受限制的前后(或者“往复”)移动而完成。该“凝胶粉碎”工艺进一步描述于授权给Narita等的美国专利4,074,864中,将该专利通过参考并入本申请。在另一实施方式中,当有机相含有氯苯时,将溶剂在刮膜式蒸发器,去极化挤出机挤出机(depolarization extruder)中,或者这些方法的组合中除去。本领域技术人员可选择反应成分的比例、类型和量,从而提供具有特别期望的物理性质的聚硅氧烷共聚物组合物,所述物理性质包括但不限于例如放热率、发烟试验、毒性、雾度、透明度、分子量、多分散性、玻璃化转变温度、冲击强度、延性、熔体流动速率,和耐候性。
由所述聚硅氧烷共聚物组合物制备的热塑性材料可用作在受限的或密封的区域中例如航空器的内部使用的组件的构成材料。对于这些应用,各种阻燃性质都是非常重要的。在空中运输业中,有用的阻燃性质,尤其是热塑性材料的放热率通常根据Federal Aviation Regulations(FARs)标准尤其是FAR/JAR 25.853(d)测量和管制(regulate)。FAR F25.4(FAR第25节,附录F,第IV部分)标准中所述的放热率标准是一种这种具体的性质,要求与该标准相适应的热塑性材料具有的2分钟积分放热率为小于或等于65千瓦-分钟每平方米(kW-min/m2),峰值放热率为小于65千瓦每平方米(kW/m2),使用Ohio State University热量计(缩写为OSU 65/65(2min/峰值))测定。在要求更大的放热率性能的一些更加严格的应用中,可能需要的2分钟积分放热率为小于或等于55kW-min/m2,峰值放热率为小于55kW/m2(缩写为OSU 55/55)。此外,对于许多应用,都需要热塑性材料的烟雾浓度(Ds)(如FAR F25.5(FAR第25节,附录F,第V部分)中所述)小于200,根据ASTMF814-83标准在燃烧或不燃烧的场景中4分钟后测定。
使用高水平的增加溴化或氯化(即,卤化)的阻燃化合物,可能给热塑性塑料的性质施加不一致的要求,导致性质受损,所述性质例如浸出性质(leaching properties),机械性质,光学性质,热流动性,或者烟毒性(smoketoxicity)(由于存在HCl或HBr)。但是,可使用卤化阻燃剂,其量足以提供期望的阻燃性质如放热率性能,但是其量足够低以使其它性质如烟毒性在可接受的限度内提供。热塑性塑料如聚酰亚胺,聚硅氧烷-聚酰亚胺,聚砜,丙烯酸类,聚氯乙烯(PVC),和这些物质的合金可能具有期望的如FAR F25.5(FAR第25节,附录F,第V部分)标准中所述的放热率性能,和烟雾浓度。但是,这些材料可能具有在制造用于例如航空器内部中的具体制品时不期望的其它性质。例如,已经观察到,聚砜如RADEL
A聚苯砜(购自SolvaySpecialty polymers)和聚酰亚胺如ULTEM
共混物(购自GE Plastics)对于片材应用可能热成型能力(thermoformability)不够,和/或对于注塑应用可能熔体流动性不够,和/或延性有限。PVC的共混物或合金,包括丙烯酸类/PVC共混物如Kydex
片材(购自Kleerdex Company)可能在燃烧时具有不期望的高毒性排放物(卤化化学副产物(例如,HCl))。
此外,热塑性塑料如聚酰亚胺,聚砜,丙烯酸类,聚氯乙烯,和这些物质的合金不具有使它们可用于透明的或高光泽应用如窗户和面板仪器镜头等光学应用的放热率性质和期望的光学性质。
已经发现,向聚酯-聚碳酸酯组合物中添加聚硅氧烷单元能够增加得到的聚硅氧烷共聚物组合物的放热率性能,其中增加聚硅氧烷-聚碳酸酯的量能够提供增加的放热率性能。但是,聚硅氧烷的用量在大于聚硅氧烷的总重量的6wt%的浓度下,能够导致不期望的雾度水平和/或放热率性能的劣化。
此外,已经发现,聚硅氧烷单元的尺寸可能影响聚硅氧烷共聚物组合物的雾度和/或透明度。共聚物中组成不同的组分单元,如聚碳酸酯中的聚硅氧烷单元,聚酯,或其组合,可按顺序排列,从而形成大的离散相,在该离散相中有更多按顺序排列的单元从周围的热塑性基质中相分离。这些大的相分离的域(domain)在大的聚硅氧烷单元(即,大于15个硅氧烷单元),大于30个芳基酯单元的聚芳酯单元,和/或聚碳酸酯单元在聚合物链中不均匀地分散时会产生。各个单元可能由此形成相分离的区域(在本申请中有时称为“域”)。域定义为在周围的基质中的区域,具有离散的可见的边界将它与周围的基质分开。可通过合适的分析方法如透射电镜(TEM)来观察存在的不可混溶的,相分离的区域的具体的域。这些相分离区域能够在尺寸上宽泛地变化,但是可能通常在邻接长度上具有20至200纳米,或者更长的长尺寸,其中所述长度与热塑性组合物在挤出或注塑过程中的流动方向一致。认为,在共聚物中存在的这些相分离的区域会散射入射光。认为增加相分离的区域的尺寸,增加相分离的区域的数目,和增加链内相分离单元的浓度都单独地与增加入射光的散射相关。因此可使用雾度和/或光透射测量来观察域形成(domain formation)的主体性质(bulk properties)。因此,还没有防止,减少,减轻,或消除这些相分离的区域机理,当使用不同的不可混溶的聚合物单元的组合时,形成域。控制域形成的机理包括限制单元尺寸,限制共聚物中单元的浓度,和增加分布在聚碳酸酯中的单元的随机性和均匀间隔。因此,较小的相分离区域和减少的相分离区域的数目可减少散射的入射光的量,并由此减少组合物的可测量雾度,当需要时,提供增加的光透射。
还已经发现,增加单元长度,同时保持聚硅氧烷的总重量(作为聚硅氧烷共聚物组合物的重量百分比),导致OSU试验中放热率性能降低。增加聚硅氧烷单元长度至大于15的值,导致组合物的放热率性能降低,所述组合物包括不同单元长度的聚硅氧烷但是具有恒定的总聚硅氧烷含量。最高的放热率性能使用短聚硅氧烷单元长度(小于或等于15个重复单元)在给定的总聚硅氧烷单元含量(作为聚硅氧烷-聚碳酸酯的重量百分比)下获得。以此方式,更高数目的短聚硅氧烷分布在聚合物基质中提供了更大的燃烧折回(flame retrace)和最优的透明度。最好的延性通过使用最大的硅氧烷单元获得。对于要求高韧性和良好FR性能的组合物,可使用较大的硅氧烷单元或大的和小的硅氧烷单元的组合。对于要求适当水平的韧性和良好FR的组合物,优选较短硅氧烷单元。
因此,期望具有这样的聚硅氧烷共聚物组合物的聚硅氧烷单元的单元尺寸,其具有足够大的尺寸从而确保聚硅氧烷共聚物组合物基于聚硅氧烷的分布具有足够的放热率性能,并且所述单元足够小,不形成能够导致可觉察的光散射(即,雾度)的尺寸的域。所述单元也理想地以足够的浓度存在于聚硅氧烷共聚物组合物中,从而提供上述期望的冲击强度,同时保持低雾度。此外,因为上述改善放热率性能和低雾度的原因,理想的是,所述单元在整个聚硅氧烷共聚物组合物中足够无规地分布,并且均匀地间隔。
出乎意料的是,包括低含量的(小于或等于10wt%)聚硅氧烷单元的聚硅氧烷共聚物组合物具有低的放热率,通过燃烧由该聚硅氧烷共聚物组合物组成的制品测定,其中所述聚硅氧烷单元具有分布在聚酯单元,聚碳酸酯单元,或同时分布在聚酯和聚碳酸酯单元中的相对低数目的硅氧烷重复单元(即,4至50个硅氧烷单元)。这些组合物的聚硅氧烷共聚物组合物可通过任何已知的聚碳酸酯,聚酯,或聚酯-聚碳酸酯反应制备,并且得到的聚合物可为不透明的、半透明的或透明的。所述聚硅氧烷共聚物组合物也理想地满足低烟雾浓度,以及各种毒性燃烧副产物的含量的FAR要求。在一种实施方式中,包括低含量的(小于或等于6wt%)聚硅氧烷单元的聚硅氧烷共聚物组合物,具有低雾度,和低放热率,通过燃烧由该聚硅氧烷共聚物组合物组成的制品测定,其中所述聚硅氧烷单元具有分布在聚酯单元,聚碳酸酯单元,或同时分布在聚酯和聚碳酸酯单元中相对低数量的硅氧烷重复单元(即,4至15个硅氧烷单元)。具有这些性质的聚硅氧烷共聚物组合物可通过无规共聚反应,预反应方法,或氯甲酸酯方法制备。在另一实施方式中,包括低含量的(小于或等于6wt%)聚硅氧烷单元的聚硅氧烷共聚物组合物,具有低雾度,和低放热率,通过燃烧由该聚硅氧烷共聚物组合物组成的制品测定,其中所述聚硅氧烷单元具有分布在聚碳酸酯单元,或同时分布在聚酯和聚碳酸酯单元中相对高数量的硅氧烷重复单元(即,大于15并且小于或等于50个硅氧烷单元)。
当与聚碳酸酯,聚酯-聚碳酸酯,和包括这些物质的组合相比时,所述具有聚硅氧烷单元的聚硅氧烷共聚物组合物具有改善的固有放热性。当与具有良好放热性的聚酰亚胺和聚硅氧烷-聚酰亚胺相比时,聚硅氧烷共聚物组合物还具有相当的或者更低的雾度,以及相当的或者改善的透明度性质。当与具有良好放热性并且具有高雾度和低透明度的聚合物例如聚酰亚胺和聚硅氧烷-聚酰亚胺相比时,具有聚硅氧烷单元的聚硅氧烷共聚物组合物具有较低的雾度,较浅的颜色和相当的或改善的透明度性质。
此外,具有聚硅氧烷单元的聚硅氧烷共聚物组合物的低雾度使热塑性组合物具有其它理想的性质如良好的耐候性,高保光性,和良好的耐候性。聚芳酯对由紫外辐射和/或空气中的湿气所引起的天候老化具有较好耐性,它优于其它抗冲改性的阻燃组合物。根据合适的耐候性标准,例如根据ASTM G155-04a的耐候性标准,认为使用前述聚芳酯单元制备聚硅氧烷共聚物组合物提供优良的耐候性。此外,聚芳酯单元的耐候性提供了改善的透明度,黄度(通过天候老化之后黄度指数的变化测定),天候老化之后表面光泽,和在聚硅氧烷共聚物组合物中形成雾度的耐性。此外,如上所述遍布整个聚合物链分散的聚硅氧烷单元的使用提供了期望的放热率性能,冲击强度,和延性,同时保持或改善了期望的低雾度和透明度。
也出乎意料的是,在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物中低含量的小于或等于0.25wt%的聚硅氧烷能够提供期望的放热性,同时保持期望的低雾度。本领域技术人员应该理解,在这些限定中,参数组合(包括聚硅氧烷单元尺寸、聚硅氧烷单元的数目、聚硅氧烷单元的分布和聚硅氧烷单元的组成)也可以各自在组成参数范围内根据其它参数而调节,所述组成参数是指提供用来由聚硅氧烷共聚物组合物获得期望的雾度和冲击性能的参数。与为了改善熔体流动特性而抗冲改性的其它聚碳酸酯相比,包括本申请所公开的聚硅氧烷共聚物组合物的组合物还可具有改善的延性,和较低的在高剪切速率下的熔融粘度。
虽然不需要提供本发明如何发挥作用的解释,但是这些理论可以用于更好地帮助读者理解本发明的目的。因此,应该理解,权利要求不应该受以下操作理论的限制。认为相对小尺寸的硅氧烷单元(其中E为小于或等于15),和低浓度的单元(作为聚硅氧烷共聚物组合物的重量百分比)提供更完全可混溶的单元,其在能够形成域时,提供在最长的尺寸上尺寸小于30nm的域。或者,良好地无规分布在整个聚合物链中的较长聚硅氧烷单元(即,大于15个硅氧烷单元)也能够提供小于约30nm的域。因此,各个相之间的相间边界足够小,使得入射光的散射被最小化,并且聚合物组合物获得了透明的外观。这些相分离的区域的减少、减轻或消除提供了这样的热塑性组合物,其具有非常低的入射光散射,并因此具有低雾度。
模制用于试验的制品的热塑性组合物可含有添加剂,通常包含在聚碳酸酯中,所述添加剂如脱模剂和抗氧化剂,其中这些添加剂存在的量对实现目的功能有效,而不显著有害地影响热塑性组合物的期望性质。通常这些添加剂的总量小于或等于热塑性组合物中存在的组分总重量的5.0重量%(wt%),具体地小于或等于1wt%。在示例性的实施方式中,在用于制备用于光学试验(雾度和/或透光百分率)的模制品的热塑性组合物中,存在的添加剂可包括0.2至0.4wt%的季戊四醇四硬脂酸酯作为脱模剂,和0.01至0.06wt%的芳基亚膦酸酯(例如,Sandostab
P-EPQ,购自Clariant)作为抗氧化剂。
因此,在一种实施方式中,厚度为2.0±0.12毫米并由所述聚硅氧烷共聚物组合物组成的模制品的雾度为小于或等于10%,具体地小于或等于5%,更具体地小于或等于3%,仍然更具体地小于或等于2.5%,并且仍然还更具体地小于或等于2%,根据ASTM D1003-00标准测量。
在另一实施方式中,厚度为2.0±0.12毫米并由所述聚硅氧烷共聚物组合物组成的模制品的透光率(%T)为大于或等于70%,具体地大于或等于75%,更具体地大于或等于78%,仍然更具体地大于或等于80%,和仍然还更具体地大于或等于82%,根据根据ASTM D1003-00标准测量。
根据ASTM G155-04a标准通过紫外光暴露而天候老化之后热塑性组合物的黄度增加可如下测定:测量由所述热塑性组合物制备的模制品的黄度指数(YI),并将其与天候老化前制品的YI相比较。YI值的差,即,天候老化后YI值减去天候老化前YI值的差称为黄度指数的增加变化,并且缩写为dYI。热塑性组合物的YI可使用透射率和/或反射分光方法(transmittanceand/or reflective spectroscopic method)根据由所述热塑性组合物模制的制品的透明度,颜色,和表面光洁度外观的组合进行测量。当由所述热塑性组合物制备的模制品是透明的或半透明的;是无色的,白色的,或米白色的;并且是有光泽的,半光泽的,或无光泽的时,所述模制品的YI可根据ASTMD1925-70标准测定。当模制品是不透明的;是米白色或非白色;并且具有有光泽的表面光洁度时,YI可使用反射系数测量根据ASTM E313-73标准测定。
因此,在一种实施方式中,厚度为2.0±0.12毫米、由所述聚硅氧烷共聚物组成的模制的、具有小于或等于制品总重量的1.0wt%的添加剂的模制品,在根据ASTM G155-04a标准使用氙弧灯在1,000kJ/m2的总暴露下天候老化之后,当根据ASTM D1925-70标准测量时,黄度指数的增加变化(dYI)为小于或等于12,具体地小于或等于10,更具体地小于或等于8,仍然更具体地小于或等于6,这是与未天候老化的模制品相比的结果。
聚硅氧烷共聚物组合物在根据ASTM G155-04a标准天候老化时可提供优良的保光性。在一种实施方式中,厚度为2.0±0.12mm并且由所述热塑性组合物组成的模制的黑色色片,在根据ASTM G155-04a标准在使用氙弧灯的3,629kJ/m2的总暴露下,在60度(°)的角测量并且使用100光泽单位(GU)的黑色玻璃标样根据ASTM D2457-03标准校准时,表面光泽的损失为小于或等于30GU,具体地小于或等于25GU,仍然更具体地小于或等于20GU,仍然更具体地小于或等于15GU,仍然更具体地小于或等于10GU,这个结果是与未天候老化的模制色片比较的结果。
可使用冲击强度测量聚硅氧烷共聚物组合物的机械性质。通常,厚度为3.2±0.12毫米并且由聚硅氧烷共聚物组合物组成的模制品的缺口伊佐德冲击(NII)强度为大于或等于160焦耳每米(J/m),在23℃根据ASTMD256-04标准测得。在一种实施方式中,厚度为3.2±0.12毫米并且由聚硅氧烷共聚物组合物组成的模制品的NII强度为160至1,000J/m,具体地500至900J/m,在23℃根据ASTM D256-04标准测得。在另一实施方式中,厚度为3.2±0.12毫米并且由聚硅氧烷共聚物组合物组成的模制品的%延性为大于或等于80%,具体地大于或等于85%,更具体地大于或等于90%,在23℃根据ASTM D256-04标准测得。在另一实施方式中,所述聚硅氧烷共聚物组合物在热老化时比抗冲改性的聚碳酸酯具有改善的冲击强度保持率。在另一实施方式中,所述聚硅氧烷共聚物组合物比抗冲改性的聚碳酸酯具有改善的厚截面冲击强度。
根据Federal Aviation Regulation FAR 25.853(d),附录F25.5,聚硅氧烷共聚物组合物具有各种烟雾浓度水平,来满足Airbus Test Specifications ATS1000.0001和ABD 0031,以及Boeing Standard Specification BSS 7238中所述的要求。为了合格,所述聚硅氧烷共聚物组合物根据ASTM F814-83标准在4.0分钟测得的光学烟雾浓度(4.0min的Ds)为小于或等于200。在一种实施方式中,在燃烧模式下,聚硅氧烷共聚物组合物根据ASTM F814-83(以及ASTM E 662-83)标准在4.0分钟测得的光学烟雾浓度(4.0min的Ds)小于或等于100,具体地小于或等于75,更具体地小于或等于50。在另一实施方式中,在非燃烧模式下,聚硅氧烷共聚物组合物根据ASTM F814-83标准在4.0分钟测得的光学烟雾浓度(4.0min的Ds)为小于或等于10,具体地小于或等于5,更具体地小于或等于2。
聚硅氧烷共聚物组合物具有各种毒性排放物水平,来满足Airbus TestSpecifications ATS 1000.0001和ABD 0031,以及Boeing StandardSpecification BSS 7239中所述的对毒性的要求。在一种实施方式中,使用Draeger管测定的满足要求的毒性结果是,对于燃烧条件,小于150份每百万份(ppm)的氰化氢(HCN),小于3,500ppm的一氧化碳(CO),小于100ppm氧化氮(NO和NO2),小于100ppm二氧化硫(SO2),和小于150ppm氯化氢(HCl);以及对于非燃烧条件,小于150份每百万份(ppm)的氰化氢(HCN),小于3,500ppm一氧化碳(CO),小于100ppm氧化氮(NO和NO2),小于100ppm二氧化硫(SO2),以及小于150ppm氯化氢(HCl)。
在一种实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物的熔体流动速率(MVR)为1至30cc/10min,具体地1至20cc/10min.,在300℃在1.2kg的载荷下根据ASTM D1238-04标准测得。在另一实施方式中,聚硅氧烷共聚物组合物的Tg为120至160℃,具体地125至155℃,仍然更具体地130至150℃。
聚硅氧烷共聚物组合物聚合物可用来制备热塑性组合物。热塑性组合物还可包括添加剂如另外的树脂,包括:如上所述的聚碳酸酯,所述聚碳酸酯包括均聚碳酸酯,共聚碳酸酯,和聚酯-聚碳酸酯;聚硅氧烷-聚碳酸酯;和聚酯。也可使用通常引入这种类型的热塑性组合物的其它添加剂。可使用添加剂的组合。这些添加剂可在混合组分从而形成热塑性组合物的过程中引入。在热塑性组合物中使用添加剂要满足以下条件:选择添加剂和量,使得它的引入不显著有害地影响热塑性组合物的雾度,并且不显著有害地影响热塑性组合物的期望的机械性质,例如冲击强度。
热塑性组合物中聚硅氧烷共聚物组合物的用量有效地改善热塑性组合物的OSU放热性,同时保持雾度在合适的低水平。本领域技术人员容易确定有效量,并且所述的有效量将会根据以下因素而变化:所用的另外树脂和/或添加剂的类型,这些树脂和/或添加剂的每个的类型和量,以及组合物的目的用途。聚硅氧烷共聚物组合物通常可以与间苯二酚聚芳酯完全混溶,并且具有与间苯二酚聚芳酯相当的物理和流变性质。
如上所述,可与聚硅氧烷共聚物组合物组合的聚合物包括聚碳酸酯,聚酯-聚碳酸酯,和聚硅氧烷-聚碳酸酯。此外,可使用聚碳酸酯与其它热塑性聚合物的组合,例如均聚碳酸酯和/或聚碳酸酯共聚物与聚酯的组合。合适的聚酯可包括,例如,具有式(8)的重复单元的聚酯,其包括聚(亚烷基二羧酸酯),液晶聚酯,和聚酯共聚物。本申请所述的聚酯当共混时可理想地与聚碳酸酯完全混溶。当将聚酯与聚硅氧烷共聚物组合物组合时,所述聚酯可有利地包括或者贡献最少量的取代基或结构基团(如桥基或其它连接基团)形式的饱和烃。在另一实施方式中,总量为小于或等于20mol%,具体地小于或等于10mol%,仍然更具体地小于或等于5mol%的非-芳基酯单元、芳基酯单元和碳酸酯单元包括烷基、烷氧基或亚烷基。在具体的实施方式中,小于或等于30mol%,具体地小于或等于25mol%,仍然更具体地小于或等于20mol%的所述酯单元包括烷基,烷氧基,或亚烷基,基于芳基酯单元和碳酸酯单元的总摩尔数。在另一实施方式中,所述芳基酯单元和碳酸酯单元没有被含有非-芳族烃的取代基所取代。
所述聚酯可通过如上所述的界面聚合或熔体工艺缩聚,溶液相缩合,或者酯交换聚合反应而获得,其中,例如,可将二烷基酯例如二甲基对苯二甲酸酯与乙二醇使用酸催化剂进行酯交换,产生聚(对苯二甲酸乙二醇酯)。可使用支化的聚酯,在所述支化的聚酯中已经添加了支化剂,例如,具有三个或更多个羟基基团的多元醇(glycol)或者三官能或更高官能的羧酸。此外,根据组合物的最终用途,有时期望在聚酯上具有各种浓度的酸和羟基端基。
有用的聚酯可包括芳族聚酯,聚(亚烷基酯),包括聚(亚烷基芳基酯),和聚(亚环烷基二酯)。芳族聚酯可具有根据式(8)的聚酯结构,其中D和T各自为上文中所述的亚芳基基团。在一种实施方式中,有用的芳族聚酯可包括例如,聚(间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚)酯,聚(间苯二甲酸-对苯二甲酸-双酚-A)酯,聚[(间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚)酯-共聚-(间苯二甲酸-对苯二甲酸-双酚-A)]酯,或包括至少一种前述物质的组合。也可以想到的是芳族聚酯,其具有少量的例如0.5至10wt%的源自脂肪族二酸和/或脂肪族多元醇的单元来制备共聚酯。
聚(亚烷基芳基酯)可具有根据式(8)的聚酯结构,其中T包括源自芳族二羧酸酯,脂环族二羧酸,或其衍生物的基团。特别有用的T基团的实例包括1,2-,1,3-,和1,4-亚苯基;1,4-和1,5-亚萘基;顺式-或反式-1,4-亚环己基;等。具体地,当T为1,4-亚苯基,所述聚(亚烷基芳基酯)是聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。此外,对于聚(亚烷基芳基酯),特别有用的亚烷基基团D包括,例如,亚乙基,1,4-亚丁基,和双-(亚烷基-二取代的环己烷),包括顺式-和/或反式-1,4-(亚环己基)二亚甲基。
聚(对苯二甲酸亚烷基酯)的实例包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET),聚(对苯二甲酸1,4-丁二醇酯)(PBT),和聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(PPT)。也有用的是聚(萘二甲酸亚烷基酯),例如聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN),和聚(萘二甲酸丁二醇酯)(PBN)。特别合适的聚(亚环烷基二酯)是聚(对苯二甲酸1,4-环己烷二亚甲酯)(PCT)。也可使用包括至少一种前述聚酯的组合。
也可使用包括对苯二甲酸亚烷基酯重复酯单元和其它合适的酯基团的共聚物。特别有用的酯单元可包括不同的对苯二甲酸亚烷基酯单元,其可作为单独的单元,或者作为聚(对苯二甲酸亚烷基酯)的单元存在于聚合物链中。这种共聚物的特别合适实例包括聚(对苯二甲酸1,4-环己烷二亚甲酯)-共聚-聚(对苯二甲酸乙二醇酯),在所述聚合物包括大于或等于50mol%的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)时缩写为PETG,并且在所述聚合物包括大于50mol%的聚(对苯二甲酸1,4-环己烷二亚甲酯)时缩写为PCTG。
合适的聚(亚环烷基二酯)可包括聚(环己烷二羧酸亚烷基酯)。在这些中,具体的实例是聚(1,4-环己烷-二甲醇-1,4-环己烷二羧酸酯)(PCCD),其具有式(34)的重复单元:
其中,如式(8)所述,D是源自环己烷二甲醇的环己烷二亚甲基,T为源自环己烷二羧酸酯或其化学等价物的环己烷环,并且选自顺式-异构体,反式-异构体,或顺式-和反式-异构体的组合。在一种实施方式中,组合物包括聚碳酸酯和PCCD。这种组合物期望地具有比单独的聚碳酸酯更大的化学稳定性。
根据所期望的功能和性质,聚硅氧烷共聚物组合物和聚酯可使用的重量比为1∶99至99∶1,具体地10∶90至90∶10,更具体地30∶70至70∶30,基于聚硅氧烷共聚物组合物和聚酯的总重量。
当使用聚酯时,理想的是,这种聚酯和聚硅氧烷共聚物组合物共混物的熔体体积速率为2至150cc/10min.,具体地3至100cc/10min,更具体地3至80cc/10min,仍然更具体地5至60cc/10min.,在300℃和1.2千克的载荷根据ASTM D1238-04标准测得。
适合用于该热塑性组合物中的其它树脂可包括聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物,也称为聚硅氧烷-聚碳酸酯,其包括式(1)的碳酸酯单元和式(17)的聚硅氧烷单元。所述聚硅氧烷-聚碳酸酯可包括50至99.9wt%的碳酸酯单元和0.1至50wt%的硅氧烷单元。在该范围内,聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物可包括70至99wt%的碳酸酯单元,具体地75至98wt%的碳酸酯单元,和更具体地80至98wt%的碳酸酯单元,基于聚硅氧烷-聚碳酸酯的总重量。也在该范围内,聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物可包括1至30wt%的硅氧烷单元,具体地2至25wt%的硅氧烷单元,具体地2至20wt%的硅氧烷单元,基于聚硅氧烷-聚碳酸酯的总重量。
在一种实施方式中,聚硅氧烷-聚碳酸酯可包括聚硅氧烷单元,和源自双酚A的碳酸酯单元,例如,式(3)的二羟基芳族化合物,其中A1和A2各自为对亚苯基,Y1为异丙叉。聚硅氧烷-聚碳酸酯的Mw可为2,000至100,000g/mol,具体地5,000至50,000g/mol,通过GPC使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱,在1毫克每毫升的样品浓度测得,并且用聚碳酸酯标样校准。
聚硅氧烷-聚碳酸酯的熔体体积速率可为1至50立方厘米每10分钟(cc/10min),具体地2至30cc/10min,,在300℃在1.2Kg的载荷下测量。可将具有不同流动性的聚硅氧烷-聚碳酸酯的组合用于获得总的期望的流动性。
因此,在一种实施方式中,热塑性组合物包括聚硅氧烷共聚物组合物和额外聚合物。聚硅氧烷共聚物组合物与额外树脂在热塑性组合物中的重量比分别可为1∶99至99∶1,具体地10∶90至90∶10,更具体地20∶80至80∶20,仍然更具体地30∶70至70∶30。应该理解,当使用额外聚合物,聚合物的组合,或任何其它添加剂时,选择额外聚合物或添加剂的量和类型,使得聚硅氧烷共聚物组合物在热塑性组合物中的期望性质不受到显著有害影响。在一种实施方式中,额外聚合物包括均聚碳酸酯,共聚碳酸酯,聚酯,共聚酯,聚酯-聚碳酸酯,聚硅氧烷-聚碳酸酯,或包括至少一种前述额外聚合物的组合。虽然预期可在本申请所述的热塑性组合物中使用其它树脂,但是所述聚硅氧烷共聚物组合物特别适合于用于本申请所述的仅含有聚碳酸酯-型树脂或聚碳酸酯-型共聚物树脂的热塑性组合物中。因此,在一种实施方式中,热塑性组合物基本上由聚硅氧烷共聚物组合物和含有聚碳酸酯-的聚合物组成。
热塑性组合物还可含有一种或多种改善冲击强度的试剂,即,抗冲改性剂。有用的抗冲改性剂包括含有烯烃的共聚物如丙烯酸烯烃酯和烯烃二烯的三元共聚物。烯烃丙烯酸酯共聚物抗冲改性剂的实例是以DPD-6169购自Union Carbide的乙烯丙烯酸乙酯共聚物。可将其它更高级的烯烃单体用于与丙烯酸烷基酯的共聚物,例如,丙烯和丙烯酸正丁酯。烯烃二烯三元共聚物在本领域中是已知的,并且通常落入三元共聚物的EPDM(乙烯丙烯二烯单体)家族。它们是可商购的,例如以EPSYN
704购自CopolymerRubber Company。
也可将各种橡胶聚合物和共聚物用作抗冲改性剂。这些橡胶聚合物的实例是聚丁二烯,聚异戊二烯,和具有橡胶二烯类单体的各种其它聚合物或共聚物,例如苯乙烯和丁二烯的无规共聚物(SBR)。
其它合适的热塑性抗冲改性剂是单元共聚物,例如,具有一个或两个烯基芳族单元A和橡胶单元B的A-B二嵌段共聚物和A-B-A三嵌段共聚物,单元A通常为苯乙烯单元,单元B通常为异戊二烯或丁二烯单元。所述丁二烯单元可被部分氢化。特别有用的是这些二嵌段和三嵌段共聚物的混合物。
合适的A-B和A-B-A共聚物包括但不限于聚苯乙烯-聚丁二烯,聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯),聚苯乙烯-聚异戊二烯,聚(α-甲基苯乙烯)-聚丁二烯,聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯(SBS),聚苯乙烯-聚(乙烯-丙烯)-聚苯乙烯,聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯和聚(α-甲基苯乙烯)-聚丁二烯-聚(α-甲基苯乙烯),以及其选择氢化的产物,等。前述单元共聚物的混合物也是有用的。含有苯乙烯的聚合物也可用作抗冲改性剂。
含有乙烯基芳族化合物例如苯乙烯、对-甲基苯乙烯或α-甲基苯乙烯和乙烯基氰化物例如丙烯腈或甲基丙烯腈的其它共聚物也可用作抗冲改性剂。一个实例是苯乙烯-丙烯腈(SAN),其包括15至30wt%的丙烯腈(AN),其余为苯乙烯。SAN还可通过接枝到橡胶基质如1,4-聚丁二烯而被改性,从而产生橡胶接枝聚合物,例如,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS),和甲基丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(MBS)。这种类型的高橡胶含量的(大于约50wt%)树脂(例如,HRG-ABS)可能是特别有用的。
这些类型的聚合物通常可作为芯-壳聚合物而得到。所述芯通常基本上由丙烯酸酯橡胶或丁二烯橡胶组成,其中一个或多个壳已经接枝到了所述芯上。常常这些壳由乙烯基芳族化合物,乙烯基氰化物,丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯,丙烯酸,甲基丙烯酸,或前述物质的组合形成。所述芯和/或壳常常包括可作为交联剂和/或接枝剂的多官能化合物。这些聚合物通常在几个阶段中制备。
其它已知的抗冲改性剂包括各种弹性物质例如有机硅橡胶,弹性氟代烃,弹性聚酯,无规单元聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物,等。优选的有机聚硅氧烷-聚碳酸酯单元共聚物是二甲基硅氧烷-聚碳酸酯单元共聚物。
抗冲改性剂,当与聚硅氧烷共聚物组合物合并时,期望地包括或贡献最少量的取代基或结构基团(如桥基或其它连接基团)形式的饱和烃。在一种实施方式中,抗冲改性剂具有低弹性体含量,并且不被含有非-芳族烃的取代基取代。在另一实施方式中,抗冲改性剂以一定的量使用,所述量使得不显著有害地影响聚硅氧烷共聚物组合物的放热率性能。当存在时,抗冲改性剂在热塑性组合物中存在的量可为1至30wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
热塑性组合物可包括着色剂如颜料和/或染料添加剂。适合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;钠硫代硅酸盐、硫酸盐、铬酸盐等;炭黑;铁酸锌;群青蓝;有机颜料,如偶氮、重氮、喹吖啶酮、苝、萘四羧酸、黄烷士酮、异吲哚啉酮、四氯异吲哚啉酮、蒽醌、蒽嵌蒽二醌、二噁嗪、酞菁、和偶氮色淀;颜料棕24、颜料红101、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15:4、颜料蓝28、颜料蓝60、颜料绿7、颜料黄119、颜料黄147和颜料黄150,或包含至少一种前述颜料的组合。颜料的用量可以是聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量的约0.01-约10wt%。
适合的染料可以是有机材料,并包括例如香豆素染料如香豆素460(蓝)、香豆素6(绿),尼罗红等;镧系络合物;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、重氮染料;硝基染料;醌亚胺染料;氨基酮染料;四唑染料;噻唑染料;苝染料;苝酮染料;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,如抗斯托克司频移染料,其吸收近红外波长并发射可见波长等;发光染料,如7-氨基-4-甲基香豆素;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;2,5-二-(4-联苯基)-噁唑;2,2’-二甲基-对-四联苯;2,2-二甲基-对-三联苯;3,5,3””,5””-四叔丁基-对-五联苯;2,5-二苯基呋喃;2,5-二苯基噁唑;4,4’-二苯基均二苯代乙烯;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;3,3’-二乙基-4,4’,5,5’-二苯并硫代三羰花青碘化物;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;2-(4-(4-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)-3-乙基苯并噻唑高氯酸盐;3-二乙基氨基-7-二乙基亚氨基吩噁唑高氯酸盐;2-(1-萘基)-5-苯基噁唑;2,2’-对-亚苯基-二(5-苯基噁唑);若丹明700;若丹明800;芘;1,2-苯并菲(chrysene);红荧烯;晕苯等,或者包含至少一种前述染料的组合。当期望使用有机染料和颜料时,可筛选染料来确定它们对在给定的暴露剂量和暴露剂量范围的γ辐射的敏感性。染料的用量可为0.01至10wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
热塑性组合物还可包括致电离辐射稳定化添加剂(ionizing radiationstabilizing additive)。示例性的致电离辐射稳定化添加剂包括某些脂肪族醇、芳族醇、脂肪族二醇、脂肪族醚、酯、二酮、烯、硫醇、硫醚和环硫醚、砜、二氢芳族化合物、二醚、氮化合物,或包括至少一种前述物质的组合。基于醇的稳定化添加剂可选自单-,二-,或多取代的醇,并且可为直链的,支化的,环状的和/或芳族的。合适的脂肪族醇可包括具有不饱和位点的烯醇(alkenol),其实例包括4-甲基-4-戊烯-2-醇,3-甲基-戊烯-3-醇,2-甲基-4-戊烯-2-醇,2,4-二甲基-4-戊烯-2-醇,2-苯基-4-戊烯-2-醇,和9-癸烯-1-醇;叔醇,包括3-羟基-3-甲基-2-丁酮,2-苯基-2-丁醇,等;羟基-取代的叔酯环族化合物如1-羟基-1-甲基-环己烷;和具有芳族环的羟基甲基芳族化合物,所述芳族环具有甲醇取代基如羟甲基基团(-CH2OH)或更复杂的烃基如(-CRHOH)或(-CR2OH),其中R是直链C1-20烷基或支化的C1-20烷基。示例性的羟基甲醇芳族化合物包括二苯基甲醇、2-苯基-2-丁醇、1,3-亚苯基二甲醇、苄醇、4-苄氧基-苄醇和苄基-苄醇。
有用类型的致电离辐射稳定化添加剂是二-和多官能脂肪醇,也称为脂肪族二醇和脂肪族多元醇。特别有用的是式(35)的脂肪族二醇:
HO-(C(A’)(A”))d-S-(C(B’)(B”))e-OH (35)
其中A’,A”,B’和B”各自独立地为H或C1-6烷基;S是C1-20烷基,C2-20亚烷氧基,C3-6环烷基,或C3-6取代的环烷基;d和e各自为0或1,条件是,当d和e各自为0时,选择S使得两个-OH基团都不直接连接到单个相同的碳原子。
在式(35)中,A’,A”,B’和B”可各自独立地选自H,甲基,乙基,正丙基,异丙基,正丁基,仲丁基,叔丁基,正戊基,2-戊基,3-戊基,异戊基,新戊基,正己基,2-己基,3-己基,2-甲基戊基,3-甲基戊基,2,2-二甲基丁基,2,3-二甲基丁基,等,以及包括至少一个前述烷基的组合。
间隔基团S可选自甲烷二基、乙烷二基、1,1-乙烷二基、1,1-丙烷二基、1,2-丙烷二基、1,3-丙烷二基、2,2-丙烷二基、1,1-丁烷二基、1,2-丁烷二基、1,3-丁烷二基、1,4-丁烷二基、2,2-丁烷二基、2,3-丁烷二基、1,1-戊烷二基、1,2-戊烷二基、1,3-戊烷二基、1,4-戊烷二基、1,5-戊烷二基、2,2-戊烷二基、2,3-戊烷二基、2,4-戊烷二基、3,3-戊烷二基、2-甲基-1,1-丁烷二基、3-甲基-1,1-丁烷二基、2-甲基-1,2-丁烷二基、2-甲基-1,3-丁烷二基、2-甲基-1,4-丁烷二基、2-甲基-2,2-丁烷二基、2-甲基-2,3-丁烷二基、2,2-二甲基-1,1-丙烷二基、2,2-二甲基-1,2-丙烷二基、2,2-二甲基-1,3-丙烷二基、3,3-二甲基-1,1-丙烷二基、3,3-二甲基-1,2-丙烷二基、3,3-二甲基-2,2-丙烷二基、1,1-二甲基-2,3-丙烷二基、3,3-二甲基-2,2-丙烷二基、1,1-己烷二基、1,2-己烷二基、1,3-己烷二基、1,4-己烷二基、1,5-己烷二基、1,6-己烷二基、2,2-己烷二基、2,3-己烷二基、2,4-己烷二基、2,5-己烷二基、3,3-己烷二基、2-甲基-1,1-戊烷二基、3-甲基-1,1-戊烷二基、2-甲基-1,2-戊烷二基、2-甲基-1,3-戊烷二基、2-甲基-1,4-戊烷二基、2-甲基-2,2-戊烷二基、2-甲基-2,3-戊烷二基、2-甲基-2,4-戊烷二基、2,2-二甲基-1,1-丁烷二基、2,2-二甲基-1,2-丁烷二基、2,2-二甲基-1,3-丁烷二基、3,3-二甲基-1,1-丁烷二基、3,3-二甲基-1,2-丁烷二基、3,3-二甲基-2,2-丁烷二基、1,1-二甲基-2,3-丁烷二基、3,3-二甲基-2,2-丁烷二基,等;辛烷二基、癸烷二基、十一烷二基、十二烷二基、十六烷二基、十八烷二基、二十碳烷二基和二十二烷二基的异构体;以及取代的和未取代的环丙烷二基、环丁烷二基、环戊烷二基、环己烷二基,其中取代基可为在基团附接的点处,如1,4-二亚甲基环己烷中,或者可包括支化的或直链的烷基、环烷基等。此外,间隔基团S可选自至少一个二官能基团,其包括聚亚烷氧基单元如亚乙基氧基、1,2-亚丙基氧基、1,3-亚丙基氧基、1,2-亚丁氧基、1,4-亚丁氧基、1,6-亚甲基基,等;以及包括至少一种前述基团的组合。
合适的脂肪族二醇的具体实例包括乙二醇,丙二醇,1,3-丙烷二醇,1,2-丁烷二醇,1,4-丁烷二醇,内消旋-2,3-丁烷二醇,1,2-戊烷二醇,2,3-戊烷二醇,1,4-戊烷二醇,1,4-己烷二醇,等;脂环族醇如1,3-环丁烷二醇,2,2,4,4-四甲基环丁烷二醇,1,2-环戊烷二醇,1,2-环己烷二醇,1,3-环己烷二醇,1,4-环己烷二醇,1,4-二甲醇环己烷,等;支化的非环二醇如2,3-二甲基-2,3-丁烷二醇(频哪醇),和2-甲基-2,4-戊烷二醇(己二醇);和含有聚亚烷氧基的醇例如聚乙二醇,聚丙二醇,单元或无规聚(乙二醇-共聚-丙二醇),和含有聚亚烷氧基基团的共聚物的二醇。有用的多元醇可包括聚亚芳基氧基化合物如聚羟基苯乙烯;烷基多元醇例如聚乙烯醇,多糖,和酯化多糖。也可使用包括至少一种前述物质的组合。特别合适的二醇包括2-甲基-2,4-戊烷二醇(己二醇),聚乙二醇,和聚丙二醇。
合适的脂肪族醚可包括烷氧基-取代的环或者非环烷烃例如1,2-二烷氧基乙烷,1,2-二烷氧基丙烷,1,3-二烷氧基丙烷,烷氧基环戊烷,烷氧基环己烷,等。酯化合物(-COOR)可用作稳定剂,其中R可为取代的或未取代的,芳族或脂肪族烃,并且该母羧基化合物同样可为取代的或未取代的,芳族或脂肪族的,和/或单-或多官能的。当存在时,取代基可包括,例如,C
1-8烷基,C
1-8烷基醚,C
6-20芳基,等。已经证明有用的酯包括四(亚甲基[3,5-二-叔丁基-4-羟基-氢化肉桂酸酯])甲烷,2,2′-草酰氨基双(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯),和三官能的受阻酚类酯化合物如GOOD-RITE
3125,可购自Cleveland OH的B.F.Goodrich。
也可使用二酮化合物,具体地是具有两个羰基官能团并且被单个插入的碳原子隔开的那些,如2,4-戊二酮。
适合用作稳定化添加剂的含硫化合物可包括硫醇,硫醚和环硫醚。硫醇包括例如2-巯基苯并噻唑;硫醚包括硫代丙酸二月桂酯;环硫醚包括1,4-二噻烷,1,4,8,11-四硫基环十四烷。含有多于一个硫醚基团的环硫醚是有用的,具体地是在两个硫醚基团之间具有单个插入碳的那些,例如,1,3-二噻烷。所述环状环可含有氧或氮成员。
也可使用通式结构R-S(O)2-R’的芳基或烷基砜稳定化添加剂,其中R和R’包括C1-20烷基,C6-20芳基,C1-20烷氧基,C6-20芳氧基,其取代的衍生物,等,并且其中R或R’的至少一个为取代的或未取代的苄基。当存在时,取代基可包括,例如,C1-8烷基,C1-8烷基醚,C6-20芳基,等。具体地有用的砜的一个实例是苄基砜。
烯烃可用作稳定化添加剂。合适的烯烃可包括通式结构RR’C=CR”R”’的烯烃,其中R、R’、R”和R”’可各自独立地为相同或不同,并且可选自氢、C1-20烷基、C1-20环烷基、C1-20烯基、C1-20环烯基、C6-20芳基、C6-20芳烷基、C6-20烷基芳基、C1-20烷氧基、C6-20芳氧基及其取代的衍生物。当存在时,取代基可包括例如C1-8烷基、C1-8烷基醚、C6-20芳基,等。烯烃可为非环状的、外环的,或内环的。特别有用的烯烃的实例包括1,2-二苯基乙烷、烯丙基苯酚、2,4-二甲基-1-戊烯、柠檬烯、2-苯基-2-戊烯、2,4-二甲基-1-戊烯、1,4-二苯基-1,3-丁二烯、2-甲基-1-十一碳烯、1-十二碳烯等,或包括至少一种前述物质的组合。
氢化芳族化合物也可用作稳定化添加剂,包括部分氢化的芳族化合物,和结合有不饱和环的芳族化合物。具体的芳族化合物包括基于苯和/或萘的体系。合适的氢化芳族化合物的实例包括茚满;5,6,7,8-四氢-1-萘酚;5,6,7,8-四氢-2-萘酚;9,10-二氢蒽;9,10-二氢菲;1-苯基-1-环己烷;1,2,3,4-四氢-1-萘酚;等;或包括至少一种前述物质的组合。
也可使用二醚类(其包括氢化的和未氢化的,取代的和未取代的吡喃)作为稳定化添加剂。当存在时,取代基可包括C1-8烷基、C1-8烷基醚或C6-20芳基。所述吡喃可具有取代基,所述取代基包括C1-20烷基、C6-20芳基、C1-20烷氧基或C6-20芳氧基,并且其可位于吡喃环的任何碳原子上。特别有用的取代基包括位于所述环的六位上的C1-20烷氧基或C6-20芳氧基。特别有用的是氢化的吡喃。合适的二醚的实例包括二氢吡喃基醚和四氢吡喃基醚。
可用作稳定剂的氮化合物包括高分子量草酰胺苯酚类化合物,例如,2,2-草酰氨基双-[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯],高分子量草酰苯胺(oxalic anilides)以及它们的衍生物,和胺化合物如硫脲。
致电离辐射稳定化添加剂通常的用量为0.001至1wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外树脂的总重量。在一种实施方式中,具体合适的致电离辐射稳定化添加剂是脂肪族二醇。
热塑性组合物可包括填料或增强剂,条件是添加所述填料或增强剂不会显著有害地影响热塑性组合物的期望性质。所述填料和增强剂可期望地为纳米粒子的形式,即,中值粒度径(D50)为小于或等于200纳米(nm),具体地小于或等于100nm,更具体地小于或等于80nm,仍然更具体地小于或等于50nm的粒子。在另一实施方式中,纳米粒子的平均直径为大于或等于5nm,具体地大于或等于8nm,仍然更具体地大于10nm,使用光散射方法测定。当使用时,合适的填料或增强剂包括例如硅酸盐和二氧化硅粉末如硅酸锆,熔凝硅石,结晶硅石,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);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;单晶纤维或″晶须″如碳化硅,氧化铝,碳化硼,铁,镍,铜等;纤维(包括连续的和切断的纤维)如碳纤维和玻璃纤维,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,薄片碳化硅,二硼化铝,铝薄片,钢薄片等;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等中的至少一种的共混物获得的那些;有机填料如聚四氟乙烯;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,所述有机聚合物如聚(醚酮),聚酰亚胺,聚苯并噁唑,聚(亚苯基硫化物),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。
本申请中想到的其它填料包括视觉效果填料,其具有适合于光的反射和/或折射的组成、形状和尺寸品质。视觉效果填料包括具有平的小平面(facets)的那些,并且可以是多面性的(multifaceted)或者是片状、碎片状(shard)、板状、叶片状、晶片状等形式。形状可以是不规则的或者规则的。规则形状的非限制性实例是六边形板。视觉效果填料可以是两维的、板型填料,其中板型填料的粒子的最大尺寸与最小尺寸的比为大于或等于3∶1,具体地大于或等于5∶1,更具体地大于或等于10∶1。定义的最大尺寸也可称为粒子的直径。板型填料的粒径分布通过最小和最大粒径(particle diameter)描述。最小粒径通过用于测定粒径的方法的检测下限描述,并且与其相对应。典型的测定粒径的方法是激光散射,其检测下限可为例如0.6纳米的粒径。应该指出,可能存在直径小于检测下限的粒子,但是它们不能通过该方法检测到。最大粒径通常小于所述方法的检测上限。本申请中的最大粒径可为小于或等于1,000微米,具体地小于或等于750微米,更具体地小于或等于500微米。粒径的分布可以是单模态的、双模态的或多模态的。直径可以使用粒径分布的平均值来更一般地描述,也称为平均直径。具体地,适合用于本申请中的粒子的平均直径为1至100微米,具体地5至75微米,更具体地10至60微米。
视觉效果填料可以为反射性的或者折射性的。反射填料具有可用来反射入射光的光学致密的表面外部光洁度(optically dense surface exteriorfinish)。特别有用的是金属的和非金属的填料如基于以下物质的那些:铝、银、铜、青铜、钢、黄铜、金、锡、硅、这些物质的合金、包括至少一种前述金属的组合等。也特别有用的是无机填料,其由具有可用于反射和/或折射入射光的表面的组合物制备。与反射性填料相反,具有折射性的折射性填料可以是至少部分透明的,即,能够容许一定百分比的入射光透过,并且能够提供基于入射光的反射、折射或反射和折射的组合的光学性质。适合用于本申请的具有光反射和/或折射性质的无机填料可包括云母,氧化铝,层状滑石,二氧化硅,碳化硅,包括至少一种前述无机填料的组合等。
认为,使用视觉效果填料和聚硅氧烷共聚物组合物能够提供期望的视觉效果的增强,这是由于相对于具有较低透明度和/或较大雾度的组成不同的共聚物,聚硅氧烷共聚物组合物具有增加的透明度和/或降低的雾度。与在不包括所述聚硅氧烷共聚物组合物的制品中观察到的相比,这种改善的视觉效果可在包括所述聚硅氧烷共聚物组合物的制品中在更大的深度上观察到。此外,可获得包括视觉效果填料的制品的这种改善的外观,而不显著有害地影响聚硅氧烷共聚物组合物的机械性质。
可将填料和增强剂用金属材料的层涂覆从而有利于导电性,或者用硅烷表面处理,从而改善与聚硅氧烷共聚物组合物基质的粘着力和分散性。另外,该增强填料可以以单丝或复丝纤维形式来提供,且可以单独地或者与其它类型纤维通过以下例举的方法组合地使用:共编织或芯/皮、并列(side-by-side)、橙型或矩阵和原纤维结构,或纤维制造技术领域的技术人员已知的其他方法。合适的共编织结构包括例如玻璃纤维-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玻璃纤维或类似物。纤维状填料可以以下列形式来提供,例如,粗纱(rovings)、纺织的纤维状增强物,如0-90度织物等;无纺纤维增强材料,例如连续原丝片(continuous strandmat)、短切原丝片(chopped strand mat)、绢纱(tissue)、纸和毛毯等;或者三维增强材料如编带(braids)。填料的用量可为0至90wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
热塑性组合物也可包括合适的抗氧化剂添加剂,包括例如有机基亚磷酸酯,例如三(壬基苯基)亚磷酸酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯或类似物;烷化单酚或多酚;多酚与二烯烃的烷化反应产物,例如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷的烷化反应产物或类似物;对甲酚或二环戊二烯的丁化反应产物;烷化氢醌;羟化硫代二苯醚;亚烷基双酚类;苄基化合物;β-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸与一元或多元醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)丙酸与一元或多元醇的酯;硫代烷基或硫代芳基化合物的酯,例如二硬脂基硫代丙酸酯、二月桂基硫代丙酸酯、双十三烷基硫代二丙酸酯、十八烷基-3(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯、季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯或类似物;β-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸的酰胺或类似物;或者含至少一种前述抗氧化剂的组合。示例性的抗氧化剂是可购自Clariant的SANDOSTAB
P-EPQ亚磷酸酯稳定剂。抗氧化剂的用量可为0.0001至1wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
合适的热稳定剂添加剂包括例如有机基亚磷酸酯,例如亚磷酸三苯酯、三(2,6-二甲基苯基)亚磷酸酯、三(混合单-和二-壬基苯基)亚磷酸酯或类似物;膦酸酯,例如二甲基苯膦酸酯或类似物,磷酸酯,例如磷酸三甲酯或类似物,或含至少一种前述热稳定剂的组合。热稳定剂的用量可为0.0001至1wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
也可使用光稳定剂和/或紫外光(UV)吸收添加剂。合适的光稳定剂添加剂包括例如苯并三唑类,例如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-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或类似物,或含至少一种前述光稳定剂的组合。光稳定剂的用量可为0.0001至5wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
热塑性组合物也可包括紫外线(UV)吸收添加剂,也称为UV吸收剂。适合用作UV吸收添加剂的化合物包括例如羟基二苯甲酮类;羟基苯并三唑类;羟基苯并三嗪类;氰基丙烯酸酯类;草酰二苯胺;苯并噁嗪酮类;或包括至少一种前述物质的组合。特别有用的可商购的UV吸收剂包括TINUVIN
234,TINUVIN
329,TINUVIN
350,和TINUVIN
360,购自Ciba Specialty Chemicals;2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚(CYASORB
5411);2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORB
531);2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)苯酚(CYASORB
1164),2,2′-(1,4-亚苯基)-双-(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)(CYASORB
UV-3638),CYASORB
UV吸收剂,得自Cyanamide;和2,2′-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮),1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷,和1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基]丙烷(UVINUL
3030),购自BASF。此外,可使用的UV吸收剂可包括纳米尺寸的无机材料如氧化钛、氧化铈和氧化锌等,所有这些的粒度小于100nm;或类似物。可使用包括至少一种前述UV吸收剂的组合。UV吸收剂的用量可为0.0001至1wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
也可使用增塑剂、润滑剂和/或脱模剂添加剂。这些类型的材料存在显著的重叠,其中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(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯;三硬脂精;二-或多官能芳族磷酸酯,例如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的双(二苯基)磷酸酯和双酚A的双(二苯基)磷酸酯;聚-α-烯烃;环氧化大豆油;硅氧烷类,其中包括硅油;酯,例如脂肪酸酯,例如烷基硬脂酯,例如硬脂酸甲酯;硬脂酸硬脂酯、四硬脂酸季戊四醇酯和类似物;硬脂酸甲酯和含聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物及其共聚物的亲水和疏水非离子表面活性剂的组合,例如在合适的溶剂中的硬脂酸甲酯和聚乙二醇-聚丙二醇共聚物;蜡,例如蜂蜡、褐煤蜡、石蜡或类似物。这些物质的用量可为0.001至1wt%,具体地0.01至0.75wt%,更具体地0.1至0.5wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
术语“防静电剂”是指可加工入聚合物树脂和/或喷洒在材料或制品上以改进导电性能和总的物理性能的单体、低聚物或聚合物材料。单体防静电剂的实例包括甘油单硬脂酸酯、甘油二硬脂酸酯、甘油三硬脂酸酯、乙氧化胺,伯、仲和叔胺,乙氧化醇、烷基硫酸酯、烷芳基硫酸酯、烷基磷酸酯、烷胺硫酸酯、烷基磺酸盐,例如硬脂基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或类似物,季铵盐、季铵树脂、咪唑啉衍生物、脱水山梨醇酯、乙醇酰胺、甜菜碱或类似物,或含至少一种前述单体防静电剂的组合。
例举的聚合物防静电剂包括一些聚酯酰胺聚醚-聚酰胺(聚醚酰胺)单元共聚物、聚醚酯酰胺单元共聚物、聚醚酯或聚氨酯,各自含有聚亚烷基二醇部分、聚环氧烷单元,例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇等。这些聚合物防静电剂是可商购的,例如Pelestat
6321(购自Sanyo)、Pebax
MH1657(购自Atofina)、或Irgastat
P18和P22(二者都购自Ciba-Geigy)。可用作防静电剂的其它聚合物材料是固有地导电的聚合物,例如聚苯胺(以PANIPOL
EB商购于Panipol)、聚吡咯和聚噻吩(商购自Bayer),它们在升高的温度熔融加工之后保留一些它们固有的导电率。在一种实施方案中,可在含化学防静电剂的聚合物树脂内使用碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、碳黑或前述物质的任何组合,以赋予组合物静电耗散性。防静电剂的用量可为0.0001至5wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
可添加的合适的阻燃剂可为含有磷、溴和/或氯的有机化合物。因为法规的原因,非溴化的和非氯化的含磷阻燃剂在某些应用中可能是优选的,例如有机磷酸酯和含有磷氮键的有机化合物。
一类示例性的有机磷酸酯是式(GO)3P=O的芳族磷酸酯,其中G各自独立地为烷基、环烷基、芳基、烷芳基或芳烷基,条件是至少一个G是芳族基团。两个G基可连接在一起提供环状基团,例如二苯基季戊四醇二磷酸酯。其它合适的芳族磷酸酯可为例如苯基双(十二烷基)磷酸酯、苯基双(新戊基)磷酸酯、苯基双(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-氯代乙基二苯基磷酸酯、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或类似物。具体芳族磷酸酯是其中G各自是芳族基团的磷酸酯,例如是磷酸三苯酯、磷酸三甲酚酯、异丙基化三苯基磷酸酯和类似物。
双或多官能的芳族含磷化合物也是有用的,例如下式的化合物:
其中,G1各自独立地为具有1~30个碳原子的烃基;G2各自独立地为具有1~30个碳原子的烃或烃氧基;Xa各自独立地为具有1~30个碳原子的烃基;X各自独立地为溴或氯;m为0~4,且n为1~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),氢醌的双(联苯基)磷酸酯和双酚-A的双(联苯基)磷酸酯,它们各自的低聚物和聚合物对应物,等等。
示例性合适的含磷-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、三(吖啶基)氧化膦。当存在时,含磷阻燃剂通常存在的量为0.1至10wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
卤化材料也可用作阻燃剂,例如式(36)的卤代化合物和树脂:
其中,R为烷撑、烷叉或环脂族连接基,例如亚甲基、乙撑、丙撑、异丙撑、异丙叉、丁撑、异丁撑、戊撑、环己撑、环戊叉等;或者氧醚,羰基,胺,或含硫连接基,例如硫化物,亚砜,砜等。R也可以由通过诸如芳基、氨基、醚、羰基、硫化物、亚砜、砜等的基团连接的两个或多个烷撑或烷叉连接基团组成。
式(36)中Ar和Ar’各自独立地为单或多碳环芳族基团,例如亚苯基、亚联苯基、亚三联苯基、亚萘基或类似基团。
Y是有机、无机或有机金属基团,例如卤素,例如氯、溴、碘、氟,或通式OX’的醚基,其中X’是类似于X的单价烃基;用R表示的类型的单价烃基;或其它取代基,例如硝基、氰基和类似基团,所述取代基是基本上惰性的,条件是各自芳核存在至少一个,具体地至少两个卤素原子。
当存在时,则X各自独立地为单价烃基,例如烷基,例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、癸基或类似基团;芳基,例如苯基、萘基、联苯基、二甲苯基、甲苯基或类似基团;和芳烷基,例如苄基、乙基苯基或类似基团;脂环族基团,例如环戊基、环己基或类似基团。单价烃基本身可含有惰性取代基。
d各自独立地为1到与在构成Ar或Ar’的芳环上取代的可取代氢数量相等的最大值。e各自独立地为0到与在R上的可取代氢数量相等的最大值。a、b和c各自独立地为包括0的整数。若b不为0,则a和c都不能为0。在其它情况下,或者a或者c(但不同时)可以为0。若b为0,则芳族基团通过直接的碳碳键连接。
在芳族基团Ar和Ar’上的羟基和Y取代基可在芳环上的邻、间或对位上变化,且这些基团可以彼此处于任何可能的几何关系上。
包括在上式范围内的是下述代表性的双酚:2,2-双(3,5-二氯苯基)丙烷;双(2-氯苯基)甲烷;双(2,6-二溴苯基)甲烷;1,1-双(4-碘苯基)乙烷;1,2-双(2,6-二氯苯基)乙烷;1,1-双(2-氯-4-碘苯基)乙烷;1,1-双(2-氯-4-甲基苯基)乙烷;1,1-双(3,5-二氯苯基)乙烷;2,2-双(3-苯基-4-溴苯基)乙烷;2,6-双(4,6-二氯萘基)丙烷;2,2-双(2,6-二氯苯基)戊烷;2,2-双(3,5-二溴苯基)己烷;双(4-氯苯基)苯基甲烷;双(3,5-二氯苯基)环己基甲烷;双(3-硝基-4-溴苯基)甲烷;双(4-羟基-2,6-二氯-3-甲氧基苯基)甲烷;2,2-双(3,5-二氯-4-羟苯基)丙烷;和2,2-双(3-溴-4-羟苯基)丙烷。同样包括在上述结构式内的是1,3-二氯苯、1,4-二溴苯、1,3-二氯-4-羟苯和联苯类,例如2,2’-二氯联苯、多溴化1,4-二苯氧基苯、2,4’-二溴联苯和2,4’-二氯联苯以及十溴二苯醚和类似物。
同样有用的是低聚和聚合的卤代芳族化合物,例如双酚A和四溴双酚A和碳酸酯前体,例如光气的共聚碳酸酯。金属增效剂,例如氧化锑也可与阻燃剂一起使用。当存在时,含卤素的阻燃剂存在的量可为0.1至10wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
也可使用无机阻燃剂,例如C1-16烷基磺酸盐如全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐),全氟辛烷磺酸钾,全氟己烷磺酸四乙基铵,和联苯砜磺酸钾,等;通过使例如碱金属或碱土金属(例如锂,钠,钾,镁,钙和钡盐)和无机酸复合物盐反应形成的盐,例如氧代阴离子盐,例如碳酸的碱金属和碱土金属盐,例如Na2CO3、K2CO3、MgCO3、CaCO3和BaCO3或氟阴离子复合物例如Li3AlF6、BaSiF6、KBF4、K3AlF6、KAlF4、K2SiF6和/或Na3AlF6等。当存在时,无机阻燃剂盐存在的量可为0.1至5wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
也可在组合物中使用防滴剂,例如形成原纤或不形成原纤的氟聚合物,例如聚四氟乙烯(PTFE)。可通过以上所述的硬质共聚物,例如苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)包封防滴剂。包封在SAN内的PTFE被称为TSAN。可通过在氟聚合物,例如含水分散液存在下,聚合包封聚合物,从而制造包封的氟聚合物。与PTFE相比,TSAN可提供显著的优势,其在于TSAN可更加容易地分散在组合物内。基于包封的氟聚合物的总重量,示例性的TSAN可包括例如50wt%PTFE和50wt%SAN。基于共聚物的总重量,SAN可包括例如75wt%苯乙烯和25wt%丙烯腈。或者,可按照某一方式将氟聚合物与第二聚合物,例如芳族聚碳酸酯树脂或SAN预共混,形成用作防滴剂的附聚材料。可使用这两种中的任何一种方法生产包封的氟聚合物。防滴剂的用量可0.1至5wt%,基于聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外聚合物的总重量。
因此,在一种实施方式中,热塑性组合物可包括添加剂,所述添加剂选自填料、致电离辐射稳定剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光吸收剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、防静电剂、颜料、染料、阻燃剂、防滴剂,或包括至少一种前述物质的组合。
可通过本领域通常可获得的各种方法制备热塑性组合物,例如,在一种实施方式中,以一种进行方式,首先在HENSCHEL-Mixer
高速混合机中将粉状的聚碳酸酯,聚硅氧烷共聚物组合物和其它任选的组分共混,其中所述其它任选的组分包括致电离辐射稳定化添加剂和/或其它添加剂。其它低剪切工艺(其中包括,但不限于手混)也可完成这一混合。然后借助料斗将共混物进料到挤出机的进料喉内。或者,可通过在进料喉处和/或通过下游的侧进料段(sidestuffer)直接进料到挤出机内,将至少一种组分掺入到组合物中。需要时,也可将聚硅氧烷共聚物组合物和任何额外树脂和/或添加剂混配到母料中,并与所需的聚合物树脂合并,并将其进料到挤出机中。通常在比引起组合物流动所需的温度高的温度操作挤出机。挤出物立即在水浴内骤冷并造粒。当切割挤出物时,如此制备的粒料可以视需要为小于或等于1/4英寸长。这种粒料随后可用于模塑、成型或成形。
在具体的实施方式中,制备热塑性组合物的方法包括:熔融合并聚硅氧烷共聚物组合物和添加剂。所述熔融合并可通过挤出来完成。在一种实施方式中,选择聚硅氧烷共聚物组合物,任何添加的树脂,和添加剂的比例,使得热塑性组合物的光学性质最大化,同时机械性能在期望的水平上。在另一具体的实施方式中,将添加剂与聚硅氧烷共聚物组合物合并,从而制备热塑性组合物。在一种实施方式中,选择聚硅氧烷共聚物组合物,额外树脂,或其它添加剂的比例,使得热塑性组合物的光学性质最大化,机械性能在期望的水平上。
在具体的实施方式中,挤出机是单螺杆或双螺杆挤出机。挤出机通常操作的温度为180至385℃,具体地200至330℃,更具体地220至310℃,其中模头温度可以不同。将挤出的热塑性组合物在水中骤冷并造粒。
在一些实施方式中,包括聚硅氧烷共聚物组合物的热塑性组合物可用于生产不透明的,半透明的,或透明的制品。例如,所述制品可包括薄膜,片材,模制品(molded object),膜(membrane),或复合材料,其中所述薄膜,片材,模制品,或复合材料具有至少一个包括聚硅氧烷共聚物组合物的层。可使用通常的热塑性方法例如薄膜和片材挤出、注塑、气辅注塑(gas-assistinjection molding)、挤塑、压塑、吹塑等将聚硅氧烷共聚物组合物制成制品。薄膜和片材挤出方法可包括熔融流延(melt casting),吹膜挤出(blown filmextrusion),和压延。共挤出和层压方法可用来形成复合的多层薄膜或片材。还可将单层或多层涂层施用至单层或多层基板上,从而赋予额外的性质,例如耐刮擦性,耐紫外光性(ultraviolet light resistance),美学吸引力,润滑性,和生物相容性。涂层可通过标准的施涂技术施用,例如辊涂,喷涂,浸涂,刷涂,或流涂。或者可通过将组合物在合适的溶剂中的溶液或悬浮液流延到基板、带或辊上,接着除去溶剂,而制备本发明的薄膜和片材。
可使用包括聚硅氧烷共聚物组合物的热塑性组合物来形成片材。例如在制备片材的操作中,可将熔融的热塑性组合物(例如,已经被加热至高于热塑性组合物的玻璃化转变温度(Tg)的热塑性组合物)从狭缝状模头中挤出。可使用双螺杆或单螺杆挤出机。可使用单或多歧管模头(multi-manifold die)。挤出温度为200至320℃,具体地220至290℃,更具体地230至260℃。然后可使熔融的热塑性组合物穿过辊隙(nip)(例如,两个压延辊之间形成的间隔),其在冷却时可形成片材。冷却辊的温度可为相同或不同。各个辊的温度可为80至150℃,具体地90至140℃,更具体地100至130℃。在通过辊隙之后,可将热塑性组合物冷却(例如,冷却至小于热塑性组合物的Tg),并且然后能够通过拉伸辊(pull roll)。可任选地将掩模施加到冷却的片材上,从而保护片材不受损害或污染。可将片材切成适合于处理的长度。
在各种实施方式中,压延辊可包括抛光的辊(polished roll)(例如,镀铬的辊)。在其它实施方式中,该辊可包括纹理化的辊(例如,包括弹性材料(例如,基于EPDM(乙烯丙烯二烯单体)的橡胶)的辊)。辊的合适的材料包括塑料,金属(例如,铬,不锈钢,铝,等),橡胶(例如,EPDM),陶瓷材料,等。此外,通常注意到的是辊的尺寸、辊的材料、辊的数目、包在辊周围的薄膜等可随所用的体系而变化。此外,注意到,加工条件(例如,压延辊的温度,线速度,辊隙压力,等)也可变化。
片材可包括给片材中提供期望的额外性质的盖层。在一种实施方式中,盖层可为硬涂层,在本申请中定义为施用至片材上用来提高耐刮擦性和耐磨性、耐化学性或其它期望的表面性质的涂层。盖层也可包括UV阻挡层,其被施加用来提供光学性质如给下层提供改善的耐候性。
在一种实施方式中,片材包括OSU依从层。本申请所用的术语“OSU依从层”是制品(例如,片材)的一个层,它包括聚硅氧烷共聚物组合物,并且满足上文所述的OSU 65/65要求。在另一实施方式中,片材包括作为盖层的置于OSU依从层的表面上的硬涂层。在另一实施方式中,片材包括作为盖层的置于OSU依从层的表面上的UV阻挡层。在另一实施方式中,片材包括多层盖层,所述盖层包括第一盖层和第二盖层,所述第一该层包括置于OSU依从层的表面上的UV阻挡层,所述第二盖层包括置于与OSU依从层相对的UV阻挡层的表面上的硬涂层。在另一实施方式中,所述盖层可被置于OSU依从层的一个或两个表面上。在另一实施方式中,当将盖层置于OSU依从层的两个表面上时,置于OSU依从层的一个表面上的盖层与置于相对的表面上的盖层是相同的或不同的。在另一实施方式中,当将盖层置于OSU依从层的两个表面上时,一个盖层是多层盖层。在另一实施方式中,当将盖层置于OSU依从层的两个表面上时,两个盖层都是多层盖层。在具有多层盖层的片材的具体实施方式中,所述片材包括OSU依从层,所述OSU依从层具有置于所述OSU依从层的两个相对的表面上的UV阻挡层,和置于与所述OSU依从层相对的UV阻挡层的各表面上的硬涂层。
在一种实施方式中,在图1中,涂覆有硬涂层的片材100包括含有热塑性组合物的第一层110,和包括硬涂层的第二层140。在另一实施方式中,在图2中,涂覆有硬涂层的片材200包括第一层210,第二(硬涂层)层220,和置于第一层210和第二层220之间的底漆层230。如本申请所用的,当一层被置于另一层上时,应该理解为所述的两个层应该至少部分地彼此接触。还应该理解,可将硬涂层置于片材的一个或两个表面上。
虽然可使用任何应用热塑性组合物形成制品的合适方法(例如,热成型,异形挤出,吹塑,注塑,等),但是在特定的实施方式中,热塑性片材组合物可有利地通过热成型而模塑,这可减少制造制品的总成本。通常注意到,术语“热成型”用来描述一种方法,该方法可包括将材料连续或同时加热和在模具上成型,其中所述材料最初是薄膜、片材、层等的形式,并且然后能够被成型为期望的窗户形状。一旦获得期望的形状,就将成型的制品(例如,航空器窗户的组件)冷却至低于它的玻璃化转变温度。例如,合适的热成型方法包括包括但不限于机械成型(例如,对模成型(matched too1forming)),膜辅助的压力/真空成型(membrane assisted pressure/vacuumforming),具有柱塞辅助的膜辅助的压力/真空成型(membrane assistedpressure/vacuum forming with a plug assist),等。
在一种实施方式中,当期望片材或窗户具有耐刮擦性时,可施用硬涂层。硬涂层包括硬涂层组合物,其在固化之后具有比所覆盖的制品的硬度更高的硬度。理想的是,硬涂层也是透明的和无色的,仍然更加理想的是,能够保护下面的覆盖的制品不暴露于紫外辐射。硬涂层通常是热固性的,但是可以是可热成型的或者是不可热成型的。通常,不可热成型的硬涂层在要涂覆硬涂层的制品已经成型为最终形状之后再施用,但是可热成型的硬涂层可在成形(例如,热成型例如)之前通过共挤出、涂覆或其它合适的方法施用,然后在成形的过程中或成形之后固化成它期望的最终硬度,从而形成制品。硬涂层可为具有足够的耐刮擦性的单层硬涂层。硬涂层包括可固化的(即,可交联的)聚合物,可以基于含羟基的有机聚合物如线型酚醛清漆,有机硅聚合物如聚倍半硅氧烷(polysilsesquioxane)共聚物,丙烯酸酯,或包括至少一种前述物质的组合。
可用作基于有机硅的硬涂层的有机硅氧烷聚合物包括以下结构:
MaDbTcQd,
其中下标a,b,c和d为0或正整数,其具有以下限制:如果下标a和b都等于0,那么下标c大于或等于2;M具有式R3SiO1/2;D具有式R2SiO2/2;T具有式RSiO3/2;和Q具有式SiO4/2,其中R基团各自独立地表示氢,C1-12烷基,C2-12烯基,C6-12芳基,或C7-12芳烷基。示例性的烯基R-基团包括乙烯基,烯丙基,丁烯基,戊烯基,己烯基,和庚烯基,其中乙烯基是特别有用的。烯基可键合在分子链的末端,分子链上的侧基位置,或者这两个地方。其它示例性的R基团包括烷基基团例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基;芳基基团例如苯基、甲苯基和二甲苯基;芳烷基基团例如苄基和苯乙基;反应性烷基基团,包括环氧封端的烷基或者环烷基例如缩水甘油基氧基丙基和(3,4-环氧环己基)乙基基团等,烷氧基硅烷-封端的基团例如三烷氧基甲硅烷基乙基,烷基二烷氧基甲硅烷基乙基,等,其源自例如单体(所述单体包括缩水甘油氧基丙基三烷氧基硅烷,缩水甘油氧基丙基二烷氧基烷基硅烷,2,3-环氧环己基-4-乙基三烷氧基硅烷,2,3-环氧环己基-4-乙氧基乙基二烷氧基烷基硅烷,或包括至少一种前述烷氧基硅烷单体的组合),或者(甲基)丙烯酸酯封端的烷基基团,例如源自三烷氧基甲硅烷基丙基(甲基)丙烯酸酯的那些;和卤化烷基基团例如3-氯丙基和3,3,3-三氟丙基。特别有用的是甲基和苯基。
当使用至少一种有机硅氧烷聚合物时,所述有机硅氧烷聚合物可包括硅烷醇端基,其在水分和酸或碱催化剂存在下是可固化的。在另一实施方式中,使用至少一种有机硅氧烷聚合物,其中所述有机硅氧烷聚合物包括一个或多个反应性基团例如环氧或(甲基)丙烯酸酯。当反应性基团包括环氧基团时,可使用包括至少两个芳族羟基基团的二羟基有机化合物例如间苯二酚、双酚-A等,使所述有机硅氧烷聚合物固化形成交联的网络。
或者,所述硬涂层组合物包括含有羟基芳族基团的可固化的含羟基的有机聚合物,例如线型酚醛清漆或可溶酚醛树脂聚合物。这些聚合物可源自苯酚和/或单或多C1-12烷基取代的苯酚和醛例如甲醛、乙醛、己醛、辛醛、月桂醛等。含羟基的有机聚合物可源自基于羟基苯乙烯的聚合物如聚羟基苯乙烯。所述含羟基的有机聚合物可取代有反应性的,即,可交联的基团如环氧基团。在具体的实施方式中,含羟基的有机聚合物是线型酚醛清漆,环氧取代的线型酚醛清漆,或包括至少一种前述线型酚醛清漆的组合。在又一实施方式中,可使用基于羧酸的聚合物,例如含聚(甲基)丙烯酸的聚合物,其中含羧酸的聚合物用于与含环氧的聚合物交联。
在另一实施方式中,使用两种聚合物的组合,其中第一有机硅氧烷聚合物中的至少2个R基团是烯基,并且第二有机硅氧烷聚合物中的至少2个R基团是氢基团(即,硅氢化物(silicon hydride)基团)。所述含烯基的有机聚硅氧烷可具有直链、部分支化的直链、支化的链,或网络状分子结构,或者可为这些结构的混合物。含烯基的有机聚硅氧烷的实例是三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物;三甲基甲硅烷氧基-封端的甲基乙烯基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物;三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物;二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷;二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的甲基乙烯基聚硅氧烷;二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的甲基乙烯基苯基硅氧烷;二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基乙烯基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物;二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物;二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物;和包括至少一种前述有机聚硅氧烷的混合物。
含氢的有机聚硅氧烷的实例是三甲基甲硅烷氧基-封端的甲基氢聚硅氧烷;三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物;三甲基甲硅烷氧基-封端的甲基氢硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物;三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物;二甲基氢甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷;二甲基氢甲硅烷氧基-封端的甲基氢聚硅氧烷;二甲基氢甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物;二甲基氢甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物;和二甲基氢甲硅烷氧基-封端的甲基苯基聚硅氧烷。
含氢的有机聚硅氧烷组分以足以使组合物固化的量使用,具体地用量为给含烯基的有机聚硅氧烷中每个烯基提供约1.0至约10个硅键合的氢原子。
当使用有机硅氧烷聚合物,(具有烯基的聚合物和具有氢基团的第二聚合物)的组合时,硬涂层还包括氢甲硅烷化反应催化剂(hydrosilylation-reaction catalyst),通常作为该部分(其含有每个分子具有至少两个烯基的有机聚硅氧烷)的组分。有效的催化剂促进将硅键合的氢添加到烯基多重键上,来加速固化。这种催化剂可包括贵金属如铂、铑、钯、钌、铱或包括至少一种前述物质的组合。催化剂也可包括载体物质,具体地为活性碳,氧化铝,二氧化硅,热塑性树脂,和包括至少一种前述物质的组合。
称为氢甲硅烷化反应催化剂的铂和铂化合物是优选的,并包括例如铂黑,铂/氧化铝粉末,铂/二氧化硅粉末,Pt/C粉末,氯铂酸,氯铂酸的醇溶液,铂烯烃复合物,铂-烯基硅氧烷复合物和通过将如上所述的铂加成反应催化剂在热塑性树脂(例如甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、有机硅等)中的分散体微粉化得到的催化剂。也可使用催化剂的混合物。有效地使本发明的组合物固化的催化剂的用量通常为约0.1至约1,000重量份金属(例如,铂)每百万份(ppm),基于反应性有机聚硅氧烷组分的总量。
可添加其它可添加到涂层组合物中的添加剂,来增加或提高硬涂层的性质。例如,填料可用来增加硬度。特别有用的硬涂层填料是二氧化硅填料,其在硬涂层组合物中具有良好的分散性。所述二氧化硅的期望的平均粒度为约10nm至100μm,并且可以是未处理的,或者是用例如硅烷粘着促进剂处理过的。当使用时,填料在硬涂层中的用量为有机硅氧烷聚合物总重量的0.1至50wt%。其它添加剂包括:甲基乙烯基环烷基固化阻滞剂,其在室温与铂结合,来防止过早固化,但是在较高的温度下释放铂从而产生固化;紫外光吸收剂(UVA)例如苯并三唑和羟基二苯甲酮,甲硅烷基化的UVA如4,6-二苯甲酰基-2-(三烷氧基甲硅烷基烷基)间苯二酚(如授权给Pickett的美国专利5,391,795中所述)和4-(γ-三乙氧基硅烷)丙氧基-2-羟基二苯甲酮(例如授权给Ching的美国专利4,373,061中所述的那些)。UV吸收剂,当使用时,可以以0.2至10wt%的量被添加到用于形成UV吸收层的组合物中,基于涂层组合物的总重量。在另一实施方式中,涂层组合物是包括聚碳酸酯和额外聚合物例如PCCD的UV吸收层。当使用时,添加剂的存在的量可为0.1至20wt%,基于聚合物的总重量。
硬涂层组合物还包括溶剂,例如水,或支化或直链C1-12醇、醚醇、二醇、多元醇、或醚-乙酸酯,或可与这些醇混溶的其它C1-12有机溶剂。
一旦施涂,硬涂层就干燥,形成未固化的硬涂层,并且可被热固化,或者在硬涂层组合物包括光固化催化剂和与所述固化催化剂反应的可固化基团时通过光引发而固化。
硬涂层也可包括置于制品上的在硬涂层涂覆之前涂覆的底漆层。有用的底漆层包括基于共聚物的那些,所述共聚物包括C1-12烷基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸、取代的甲基丙烯酸酯如羟基烷基(甲基)丙烯酸酯、硅烷取代的甲基丙烯酸酯(其包括烷氧基硅烷取代的甲基丙烯酸酯、环氧-取代的甲基丙烯酸酯等)。可与(甲基)丙烯酸酯单体共聚合的其它非-(甲基)丙烯酸酯单体包括苯乙烯,C1-12烯烃,C1-12乙烯基醚,C1-12(甲基)丙烯酰胺,甲基(丙烯腈),等。
包括硬涂层层和底漆层的示例性的可固化(热固性)硬涂层包括具有FHP470底漆层的可热固化有机硅硬涂层体系AS4700硬涂层,和具有SHP401底漆层的AS4000硬涂层,都得自GE Silicones。也可使用UV可固化硬涂层。UV可固化丙烯酸硬类涂层的实例可为UVHC 3000S(也得自GESilicones)。其它示例性的硬涂层可根据美国专利5,679,820中所述的组成和方法制备,将该专利公开的内容通过参考并入本申请。
在要求另外的耐刮擦性使得能够在涂覆硬涂层之后热成型的另一实施方式中,可使用可热成型的硬涂层体系。可热成型的苯酚类硬涂层的实例是FMR Clear Coat AEG21153,购自Red Spot Paint and Varnish Company。如上所述,可使具有涂层例如FMR涂层的片材或薄膜热成型,得到期望的窗户形状,而不损害该硬涂层。其它示例性的可热成型的硬涂层。合适可热成型的硬涂层的实例可根据美国专利6,350,521中描述的组成和方法制备,将所述专利所公开的内容通过参考并入本申请。
在一种实施方式中,热塑性组合物用于制备窗户制品。本申请所用的“窗户制品”包括框架,和由该框架支撑的片材。也如本申请所公开的,“片材”意指成形的或未成形的片材,并且还可指模制的或挤出的基本上均匀厚度的未成形的或进一步成形的制品。也如本申请所公开的,“由...支撑”是指其中所述窗户制品与框架接触并且固定在框架上或者相对于框架可移动,并且其中所述框架可固定到周围的元件(例如,航空器的机身)上或者相对于周围元件可移动,从而使得框架插在窗户制品和周围元件之间,并且所述片材不直接与所述周围元件接触。在一种实施方式中,窗户包括所述窗户制品。在一种实施方式中,窗户制品可为航空器,火车,船,汽车等的窗户的组件。在另一实施方式中,窗户制品可为航空器,火车,船,汽车等的窗户。在示例性的实施方式中,窗户制品用于军事航空器中,例如喷气式战斗机航空器的座舱盖,或商业客运航空器的航空器窗户。窗户制品可为透明的,半透明的,或不透明的,并且可为相对于窗户是固定的或可移动的。在一种实施方式中,窗户制品可为航空器窗户的透明的或不透明的内部覆盖物。示例性的透明的窗户制品是“防尘罩”,其相对于窗户是固定的。在另一实施方式中,相对于窗户是可移动的不透明的窗户制品是窗帘。
在一种实施方式中,透明的窗户制品是内部覆盖物,在本申请中也称为航空器窗户的内部部件的“防尘罩”。防尘罩可用于商业或非商业(即,军事)客运航空器的航空器窗户,或者可根据需要用于货物运输航空器。这些航空器窗户可包括至少三个元件:外部窗户,内部窗户,和防尘罩。在一种实施方式中,在图3中,商业航空器300的窗户包括外部窗户310,内部窗户320,和防尘罩330。外部窗户310和内部窗户320通常比防尘罩330厚,并且因此设计用来承受载荷,其中外部窗户310和内部窗户320是航空器机身的结构元件。外部窗户310还是航空器机身的正压外壳的一部分。防尘罩330保护内部窗户320和外部窗户310不受损害。
也在图3中,内部窗户320和外部窗户310通常由丙烯酸类聚合物组合物制成。防尘罩330由阻燃聚碳酸酯例如本申请所述的热塑性组合物的阻燃聚碳酸酯制备。可能有利的是,将所述聚碳酸酯防尘罩330涂覆上硬涂层,来增加防尘罩330的耐刮擦性,并且由此增加防尘罩330的内部透明度,硬度,和烟雾释放能力。内部窗户320和外部窗户310相隔有间隔301,内部窗户320和防尘罩330也相隔有间隔302。外部窗户310,内部窗户320,和防尘罩330各自都通过它们的边与框架340接触,使得框架340给外部窗户310,内部窗户320,和防尘罩330提供支撑,并将它们保持在原位。在另一实施方式中,商业航空器的窗户结构还可含有可移动的窗帘(未示出)这允许乘客阻断外部的光。
在另一实施方式中,商业的客运航空器的新设计可包括至少四个主要元件。在图4中,新设计包括含有透明物质的外部窗户410,含有透明物质的内部窗户420,和防尘罩430。外部窗户410和内部窗户420较厚并且设计为承受载荷,其中至少外部窗户元件是航空器机身的正压外壳的一部分。但是,防尘罩430由阻燃的聚碳酸酯(即,热塑性组合物)制备。可能有利的是,将所述聚碳酸酯防尘罩430涂覆上硬涂层,来增加防尘罩430的耐刮擦性,并且由此增加防尘罩430的内部透明度,硬度,和烟雾释放能力。内部窗户420和外部窗户410相隔有间隔401,内部窗户420和防尘罩430也相隔有间隔402。外部窗户410,内部窗户420,和防尘罩430各自都通过它们的边与框架440接触,使得框架440给外部窗户410,内部窗户420,和防尘罩430提供支撑,并将它们保持在原位。保持外部窗户410和内部窗户420的框架440可以与保持防尘罩430的框架相同或不同。所述“防尘罩”保护内部和外部元件不受损害。可包括电致变色元件450来代替可移动的窗帘来阻断光。在实施例中,可将电致变色元件450插入到内部窗户420和防尘罩430之间的空间402中。PPG Aerospace已经在商业上宣布将这种可变暗的窗户(dimmable window)用于787航空器。
在商业客运航空器上,用于内部的材料和由其制备的制品包括窗户制品常常要求满足OSU 65/65放热要求。但是防尘罩通常还是由阻燃的聚碳酸酯制备,因为上文所公开的原因,它们还不能通过OSU 65/65要求。包括所述热塑性组合物的防尘罩至少能够满足OSU 65/65要求。
还可使用已知可以与聚碳酸酯一起有效地使用的标准染料和颜料对用于防尘罩的热塑性组合物进行染色。可通过片材挤出(接着任选地通过热成型)或者注塑而将热塑性组合物成型为防尘罩。任选地当需要时,可将所述防尘罩的一面或者两面都使用上述的硬涂层和底漆层进行硬涂覆。可将所述硬涂层在挤出之后施用至所述片材上,或者施用至成型的窗户上。防尘罩的厚度为约1至约4mm。
热塑性组合物也可用于形成多层片材或膜。这些多层片材或膜可为不透明的,透明的,或发光的(luminant)(即,半透明的)。当暴露于火焰时仅产生或释放低含量的热和烟的片材制品,在运输业(航空器,海事,铁路)中是有用的,这是因为使用这些材料可增加例如飞机的乘客在着火的情况下逃离可获得的时间。片材制品当暴露于UV光时可具有色移或雾度化(hazing)的显著耐性。也根据应用,制品可具有各种程度的不透明性,透明度,和散射性(diffusive nature)。根据部件的用途,也需要不同水平的耐刮擦性。最终,根据部件的几何结构,可将片材或薄膜热成型,从而提供由所述片材制备的制品的最终形状。
对于运输业中使用的多层片材,放热率通常通过本申请所述的OSU试验(FAR/JAR 25.853 Amendment 25-83 Part IV)测量和管制(regulate)。对于许多应用,材料需要具有65/65(2min/峰值放热率)的评级。在一些应用中,需要55/55的评级。在运输业中,烟雾浓度通常受ASTM E-662试验(FAR/JAR25.853 Amendment 25-83 Part V FAA Smoke Density)测量和管制。对于许多应用,材料也必须具有小于200的烟雾浓度。使用具有这种放热性能的热塑性组合物制备的片材可以说是OSU依从的,并且可包括至少一个该OSU依从层。
除了上文所述的放热,烟雾,和毒气释放标准,所述片材还可具有低黄度指数(YI),并且因此具有良好的着色能力。所述片材可根据需要进行染色或着色,并且在暴露于UV光时具有良好的颜色稳定性。例如片材理想地具有良好的着色能力、
所述片材可具有良好的亮度,其中该透明的片材提供高水平的入射光(例如通过窗户或天窗的自然光,或人工光)透射率,具有最小的通过反射或散射的光损失,其中不期望看见片材或薄膜另一侧的光源或其它物体。具有高水平的遮蔽能力(hiding power)(即,亮度)的片材容许大量的光通过,但是具有足够的散射性,从而使得光源或图像不可通过面板分辨。亮度可通过添加散射剂例如购自GE Silicones的Tospearl
聚甲基倍半硅氧烷,交联的PMMA,或低含量的TiO
2至片材中而提供,向在OSU依从层和/或UV阻挡层中使用的热塑性组合物中添加。因此散射性片材对于制备散射性组件是有用的,在散射性组件中期望从外部或光源有良好的亮度(半透明),但是不期望看见片材另一侧的光源或其它物体。散射性片材可为可热成型的,并且可包括可热成型的硬涂层或非-可热成型的硬涂层。这种片材或薄膜可能适合于制造发光组件例如天窗、窗户、散射隔板、照明和光显示器。
该片材可为多层片材。加到OSU依从层的层可为包括热塑性塑料和紫外光吸收剂(UVA)的UV阻挡层。在示例性的实施方式中,UV阻挡层包括聚碳酸酯层,其包括均聚碳酸酯,共聚碳酸酯,支化的聚碳酸酯,或包括至少一种前述聚碳酸酯的组合。任选地,如上所述,UV阻挡层可含有有效量的阻燃剂。在具体的实施方式中,当需要改善的耐化学性时,UV阻挡层包括聚碳酸酯与聚酯如PCCD的共混物。UV阻挡层也包括至少一种UVA,例如,苯并三唑,邻羟基二苯甲酮,联苯甲酰间苯二酚,氰基丙烯酸酯,三嗪,甲脒,草酰二苯胺和苯并噁嗪酮。可无限制地使用其它UVA。在具体的实施方式中,UV阻挡层的厚度为10至250μm。在另一具体的实施方式中,UV阻挡层包括2至10wt%的UVA,基于热塑性塑料的总重量。在另一具体的实施方式中,UV阻断吸收剂共挤出到多层片材或薄膜的一个或两个侧面上。
可用硬涂层涂覆多层片材或薄膜,从而提供比未涂覆的多层片材或薄膜将会获得的更高水平的耐刮擦性,由此通过添加硬涂层而制备耐刮擦和耐磨的片材或薄膜。任选地,多层片材或薄膜可用硬涂层涂覆在多层片材或薄膜的一面或两面上,从而增加所述薄膜或片材的耐刮擦性和耐化学性。
在一种实施方式中,片材或多层片材当暴露于UV光时可具有小于或等于4个黄度指数(YI)单位的色移,或者换句话说,黄度指数的变化dYI可为小于或等于4,根据ASTM D1925-70标准测得。
芳族芳基酯对光是高度反应性的,产生如以上式(10)和(11)所述的photo-Fries反应,其提供耐候性的表面层,所述表面层包括式10和11的材料。当片材是涂覆有硬涂层的多层片材时,涂覆有硬涂层的包括热塑性组合物的片材层能够在硬涂层和热塑性组合物的界面进行photo-Fries反应,并且可发生硬涂层和(ITR层的)芳族芳基酯之间粘着力的损失。认为ITR单元能够在重排后极性变小,并因此能够在photo-Fries重排之后减少对结合层的粘着力。
可通过添加UVA和可漂白的黄色染料到OSU依从层的热塑性组合物中来抑制片材或多层片材中photo-Fries的形成(并因此抑制黄变)。缓和或防止由photo-Fries重排导致的变黄的另一方法包括给片材施用含有UV稳定剂的硬涂层,已知在硬涂层中存在UV稳定剂可保护聚碳酸酯(美国专利6,350,521;参见表2;通过参考并入本申请)。已经发现,通过选择UVA,UVA浓度,和UVA盖层的厚度,可制备满足OSU试验的片材,其具有高的透光率,并且在暴露于UV光时具有低的YI变化。理想的盖层(包括硬涂层)具有吸收UV光并且缓和或防止photo-Fries重排以及OSU依从层的dYI的能力;在涂层本身中具有最小的色移;并且提供低颜色、高透光率的OSU依从片材,而不显著有害地影响片材,多层片材,或由其制备的制品的放热率(OSU)性质。
多层片材或薄膜可通过共挤出、层压、压延或注塑,或其它适合用于制备多层片材或薄膜的方法制备。在具体的实施方式中,多层片材或薄膜通过共挤出制备。可由这些片材或薄膜制备制品,用于其中需要低放热材料和制品的航空器,海事,或轨道运输工业,并且这些片材或薄膜可使用标准热成型技术成形为期望形状的制品。如上所述,可使用不同类型的片材或薄膜制备不同的制品。例如,由不透明的片材制备的不透明的制品包括侧壁和天花板(ceiling panel),其它平板,或具体的热成型的部件例如轮廓板(contoured panel),舱口(hatches),箱子,箱门,等。由透明的片材制备的透明的制品具有高透光率和/或低等级的雾度。透明的制品包括例如天窗,窗户,透明的隔墙,照明和光显示器。这些制品可任选地具有良好的亮度(即,可为半透明的),并且可由具有高亮度的片材或薄膜制备。所述制品可为平的或者具有各种水平的曲率。具有曲率的制品理想地使用可热成型的片材制备。
在一种实施方式中,多层片材或薄膜500包括含有热塑性组合物的OSU依从层510(其至少满足本申请所公开的放热标准),和置于OSU依从层510的表面上的UV阻挡层520(如图5中所示)。OSU依从层510还可满足本申请所公开的发烟试验或毒性测试的要求,并且当暴露于火焰时仅产生或释放低量的热和烟雾。此外,在一种实施方式中,OSU依从层510当暴露于热和/或火焰时仅释放低量的毒性气体。UV阻挡层520是UV稳定的,从而使得它在暴露于波长为275至410nm的UV光时不发生显著的色移。此外,UV阻挡层520具有足够的厚度来提供期望的UV保护,从而基本上防止入射光导致的柔性层510中的Photo-Fries重排OSU,但是存在的膜厚度使得多层片材或薄膜500能够满足OSU,毒性试验,或发烟试验的要求。在具体的实施方式中,任选地将第二UV阻挡层530在与第一UV阻挡层相对的OSU依从层的侧面上共挤出。
在另一实施方式中,多层片材或薄膜可在与UV阻挡层520相对的OSU依从层510的一侧上包括附加层(未示出)。在具体的实施方式中,附加层是UV阻挡层。在另一实施方式中,OSU依从层510具有置于与UV阻挡层520相对的一侧上的反射层。在另一实施方式中,OSU依从层510具有置于OSU依从层510和UV阻挡层520之间的反射层。
在另一实施方式中,多层片材或薄膜600包括含有热塑性组合物的OSU依从层610(其至少满足本申请所公开的放热标准),置于OSU依从层610的表面上的UV阻挡层620,和置于与OSU依从层610相对的UV阻挡层620的表面上的硬涂层630(如图6中所示)。硬涂层630还可包括置于硬涂层630和UV阻挡层620之间的底漆层(未示出)。理想地,OSU依从层610还满足本申请所披露的发烟试验或毒性试验要求,并当暴露于火焰时仅产生或释放低量的热和烟雾。此外,OSU依从层610当暴露于热和/或火焰时仅释放低量的毒性气体。UV阻挡层620是UV稳定的,从而使得它在暴露于波长为275至410nm的UV光时不发生显著的色移。此外,UV阻挡层620具有足够的厚度来提供期望的UV保护,从而基本上防止入射光导致的OSU依从层610中的Photo-Fries重排,但是存在的膜厚度使得多层片材或薄膜600能够满足OSU,毒性试验,或发烟试验的要求。在一种实施方式中,UV阻挡层620可包括聚碳酸酯均聚物,聚碳酸酯共聚物,支化的聚碳酸酯,或包括至少一种前述聚碳酸酯的共混物。任选地,如上所述,UV阻挡层可含有有效量的阻燃剂。在具体的实施方式中,当需要改善的耐化学性时,UV阻挡层包括与聚酯例如PCCD的共混物。添加硬涂层630,来给片材或薄膜提供耐刮擦性和耐磨性,并且能够将所述硬涂层630施加到一侧或两侧。在示例性的实施方式中,合适的硬涂层包括AS4000或AS4007有机硅硬涂层,这两种都购自GE Silicones。
多层片材或薄膜600可通过共挤出,层压,压延,或注塑,或其它适合制备多层片材或薄膜的方法制备。在具体的实施方式中,多层片材或薄膜通过共挤出制备。此外,置于UV阻挡层620上的硬涂层630也可以是共挤出的、喷涂的、浸涂的、帘涂的(curtain coated)等,或者使用提供硬涂层的合适的涂覆方法涂覆。硬涂层,当使用施涂方法例如喷涂、浸涂、帘涂等施涂时,可随后通过空气干燥、烘炉干燥、真空干燥或这些的组合而干燥,从而形成预固化的层。然后将预固化的层固化,通过使用热固化、辐射固化或包括至少这些的组合来形成硬涂层,从而使硬涂层630固化。多层片材或薄膜600可以是热成型的。在一种实施方式中,硬涂层630被部分固化,然后使片材或薄膜热成型,并且在热成型过程中或在热成型之后使硬涂层完全固化。在另一实施方式中,将硬涂层630施加至包括OSU依从层610和UV阻挡层620的部分片材或薄膜上。在另一实施方式中,多层片材或薄膜600可任选地在与UV阻挡层620相对的OSU依从层610的一侧上包括附加层650。在一种实施方式中,附加层是UV阻挡层。在另一具体的实施方式中,多层片材或薄膜还可任选地包括第二附加层660。在另一实施方式中,第二附加层是硬涂层。在具体的实施方式中,多层片材或薄膜500是不透明的片材。对于不透明的片材,可将颜料和着色剂添加到OSU树脂层或UV阻挡层中,或者这两层中。此外,可将填料例如玻璃和/或云母添加到这些层的一个或多个中。添加这些填料也可增加OSU层的模量,并由此可增加片材的模量,而添加填料到UV阻挡层中能够减少片材的光泽。在另一具体的实施方式中,多层片材或薄膜600是耐刮擦和耐磨的不透明的片材,其与以上的不透明的片材具有基本上相同的性质,所不同的是所述片材包括硬涂层。可将硬涂层施用至不透明的片材的一个或两个暴露的侧面上,并且期望的是不显著有害地影响不透明的片材的性质。
在另一具体的实施方式中,多层片材或薄膜600是具有硬涂层630的不透明的片材,其中所述硬涂层是可热成型的。
在另一具体的实施方式中,多层片材或薄膜500是透明的片材,其通过具有高百分比的透射率或低雾度而具有高透明度。对于透明的片材,可将低用量的颜料和着色剂添加到OSU树脂层或UV阻挡层中,或者这二者中。在另一具体的实施方式中,多层片材600是耐刮擦的和耐磨的透明的片材,其包括热固化的硬涂层。在片材的两侧都需要暴露在UV的应用中,可将UV吸收层施加到片材的两侧上。这也可用于防止将片材不正确的一侧安装为面向UV光。在示例性的实施方式中,合适的硬涂层包括AS4000(和底漆SHP401)或AS4007(和SHP470)有机硅硬涂层,都可购自GE Silicones。在另一具体的实施方式中,多层片材或薄膜600是耐刮擦的和耐磨的可成型的透明片材,其包括可热成型的硬涂层630。
在另一实施方式中,多层片材或薄膜500包括具有高水平的遮蔽能力和良好的亮度的可热成型的散射性片材。对于该散射性片材,可将低用量的颜料和着色剂添加到OSU依从层510或UV阻挡层520的任一个上或二者上。为了达到散射性光学要求,可将合适的散射剂添加到OSU层和/或UV阻挡层中。
在另一具体的实施方式中,多层片材或薄膜600是耐刮擦的和耐磨的散射性片材,其包括可热固化的硬涂层630。在另一具体的实施方式中,多层片材包括耐刮擦的和耐磨的可成型的散射性片材,其包括可热成型的硬涂层630。
在另一具体的实施方式中,也提供包括所述聚硅氧烷共聚物组合物的塑料镜子(mirror)。塑料镜子700包括片材710,置于片材表面上的硬涂层720,和置于与硬涂层720相对的片材表面上的金属层730。硬涂层还可包括置于硬涂层720和片材710之间的底漆层(未示出)。任选地,在一些实施方式中,存在置于硬涂层720和片材710之间的UV层(未示出)。在一种实施方式中,金属层包括铝,其中铝通过使用设计用来提供高光学品质的方法例如在高真空下进行的溅射或气相沉积而被施涂到片材上。在另一实施方式中,金属层的厚度为2至50nm。在另一具体的实施方式中,保护层740可任选地被施加到与OSU依从层710相对的金属层的表面上,从而保护金属层不被磨损。
取向膜可通过吹膜挤出或通过使用常规的拉伸技术在热变形温度的附近将膜拉伸流延或压延而制备。例如,可使用径向拉伸缩放仪用于多轴同时拉伸;x-y方向的拉伸缩放仪可用于在平面x-y方向上同时或顺序拉伸。具有顺序单轴拉伸段的设备也可用于获得单轴和双轴拉伸,例如安装有用于在机器方向上拉伸的差式速度辊(differential speed rolls)的段和用于在横向拉伸的张布架(tenter)框架段的机器。
上述的薄膜和片材还可通过成型和模塑方法被热塑性加工成成形的制品,所述成形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。多层成形制品也可通过将热塑性树脂注塑到单层或多层薄膜或片材基板上而形成,如下所述:(a.)例如使用丝网印刷或转印染料提供任选地在表面上具有至少一种颜色的单层或多层热塑性基板;(b.)例如通过将基板成型和剪切成三维形状并将基板切合到模具中,而使基板与模具结构相贴合,所述模具具有与所述基板的三维形状相匹配的表面;(c.)将热塑性树脂从基板后面注入到膜腔中,从而(i)产生一体永久粘合的三-维产品,或(ii)将图案或美学效果从印刷的基板转印到注入的树脂上,并除去印刷的基板,由此将美学效果赋予给模塑的树脂。
本领域技术人员将会理解,通常的固化和表面改性方法(包括但不限于热固化,纹理化,浮雕,电晕处理,燃烧处理,等离子体处理和真空沉积)可进一步被用到上述制品上,从而改变表面外观并给制品赋予附加功能。
也提供包括所述热塑性组合物的其它成形的,成型的,模制的制品。可通过各种方法将所述热塑性组合物模制成有用的成形制品,所述各种方法例如注塑,挤出,旋转模塑,吹塑和热成型。由这些树脂制备的制品包括注塑的部件例如航空器部件,包括氧气面罩隔间盖;以及由热塑性塑料的片材制备的热成型的和非热成型的制品例如:灯具;照明器具;灯罩,用于公共运输的覆层或座套;用于火车、地铁或公共汽车的覆层或座套;仪表壳;等应用。其它具体的应用包括可由所述聚硅氧烷共聚物组合物制备的不透明的制品,例如,窗帘(注塑的或热成型的),风管,用于存储的隔间和隔间门,皮箱,座位部件,扶手,圆桌,氧面罩隔间部件,风管,窗饰,和用于航空器、货车或船内部的其它部件;透明的应用包括运输应用(航空器,铁路,海事)的窗户,透明隔墙,窥镜,透明门,仪器的盖,显示器膜,照明应用中使用的膜,以及要求达到OSU 65/65级别的其它透明的部件;和半透明的制品包括窗帘,窗户,显示器或显示器膜,用于照明应用中的膜。可在制品上进行另外的制造操作,例如但不限于模塑,模内装饰,在烤漆炉中烘焙,层压,用硬涂层涂覆,和/或热成型。在一种实施方式中,如图1至6中所示的多层结构如100、200、300、400、500和600可用作挤出的照明盖。
在一种实施方式中,热塑性组合物和包括所述热塑性组合物的制品,包括片材,窗户制品,窗户,和本申请中公开的其它制品可显示出至少一种以下的理想性质:2分钟积分放热率为小于或等于65千瓦-分钟每平方米(kW-min/m2),具体地小于或等于55kW-min/m2,峰值放热率为小于65千瓦每平方米(kW/m2),具体地小于或等于55kW/m2,使用FAR F25.4的方法,根据Federal Aviation Regulation FAR 25.853(d)测得;百分比雾度为小于或等于10%,更具体地小于或等于5%,更具体地小于或等于3%,在2.0±0.12mm的厚度根据ASTM D1003-00标准测得;熔体体积速率(MVR)为1至25,更具体地2至20cm3/10分钟,在300℃在1.2kg的载荷下根据ISO 1133标准测得;热变形温度(HDT)为110至170℃,在0.455兆帕斯卡(MPa)根据ISO179标准测得;或者缺口伊佐德冲击(NII)强度为160至1,000焦耳每米(J/m),根据ASTM D256-04标准在23℃测得。该热塑性组合物还可具有30至120%的%拉伸伸长率,根据ASTM D256-04标准测得。此外,所述热塑性组合物可具有小于或等于15的黄度指数(YI),根据ASTM D1925-70标准在2.0±0.12mm厚的试验样品上测得。
在另一实施方式中,可形成芯层材料(core layer material),其包括使用包括聚硅氧烷共聚物组合物的热塑性组合物粘结在一起的、不连续的无规取向的增强纤维。在示例性的实施方式中,将热塑性组合物首先形成具有期望的形状和尺寸的粒子,然后将其用上述不连续的增强纤维随机分散,并将其热处理使得热塑性组合物熔融并流动,从而使得热塑性组合物在冷却时将相邻的纤维粘合到一起。以此方式,可形成纤维和热塑性组合物的相互连接的网络,其以热塑性组合物的总量计的量足够高,可产生粘结,但是也足够低,可避免芯材料密度增加成固体物质。与具有高水平的热塑性组合物的密度增加的结构相比,如此制备的网络具有高蓬松(high loft)和低密度的结构。
在一种实施方式中,制造方法包括首先将分散的介质施用到多孔的表面,并除去过量的分散介质,所述分散的介质包括含有聚硅氧烷共聚物组合物的热塑性组合物和不连续的增强纤维。可通过施加真空到多孔表面的与具有置于其上的分散介质的一侧相对的一侧上而通过抽吸所述多孔表面除去过量的分散介质。
包含在分散介质中的聚硅氧烷共聚物组合物的粒子具有期望的尺寸上限和下限。对于最优的制造,大部分粒子都具有期望的尺寸。本申请所用的“大部分”是指大于或等于80%,具体地大于或等于85%,最具体地大于或等于90%的聚硅氧烷共聚物组合物的粒子具有可用于制造芯材料的尺寸。通过容许形成纤维垫(fibrous mat)而将粒度控制用于控制芯材料或包括芯材料的复合物的一致性和品质、缺陷、机械性质和产率,所述纤维垫包括均匀分散的聚硅氧烷共聚物组合物和不连续的增强纤维。
已经观察到的尺寸上限大约是容许聚硅氧烷共聚物组合物与增强纤维充分粘结,并且能够在粘结工艺的时间尺度上提供快速、均匀的熔融特性的最大粒度。所述粒子此外具有容许在制造工艺中形成泡沫或浆料的尺寸和形状。粒子可为基本上均匀的形状,具有球形,段状(unit),线型,曲线型,或不规则的形状,并满足粒度上限的标准。除了较小的第一尺寸之外,粒子也可具有较大的第二尺寸,其中添加较大的第二尺寸可改善与增强纤维的接触。观察到的粒度下限是使在其上形成纤维垫的多孔表面(例如,多孔传送带)中的孔封闭的粒度。与多孔表面的孔直径相称的粒度能够导致孔阻塞,这妨碍了在形成纤维垫的过程中在真空除去过量的分散介质时适当地引流液体。粒子足够大,使得它们不阻塞多孔表面的孔,取而代之的是被纤维垫捕获。在示例性的实施方式中,粒子可具有0.02至1.5毫米(mm)的第一尺寸,0.02至30mm的第二尺寸,不大于30mm3的总体积,和大于约4∶1的表面积与体积的比。
聚硅氧烷共聚物组合物的粒子可通过常规方法形成,例如通过研磨挤出的或模塑的聚硅氧烷共聚物组合物而形成。具有期望尺寸范围的研磨的粒子可通过以下方法制备:控制研磨工艺来减少小于粒度下限的细粒的产生。可通过筛网、过滤或其它手段机械地除去不在范围内的粒子,或者可将不在范围内的粒子作为流过的废物或制造工艺的其它副产物除去。或者,当聚硅氧烷共聚物组合物的块是片材、嵌段、条、带状或层状结构时,聚硅氧烷共聚物组合物的粒子可通过将聚硅氧烷共聚物组合物的块切割或削成长条而制备。聚硅氧烷共聚物组合物的块可具体地包括条,在与切割工具接合时可将它旋转或往复,从而产生长条。这些长条可具有适合于上述应用的第一尺寸和第二尺寸。在另一方法中,可通过将聚硅氧烷共聚物组合物的细直径挤出物沿着挤出的轴切割或短切成期望的长度而形成具有合适大小的粒子。应该理解,在本申请中提供的形成粒子的方法是示例性的,并且不应该认为粒子的制备方法限于这些方法。
将增强纤维与聚硅氧烷共聚物组合物一起使用。增强纤维可为玻璃,相容的非玻璃物质,或这些的组合。本申请所用的术语“相容的非玻璃物质”是指至少具有与玻璃类似的表面粘着力和润湿性的非玻璃物质,这将使得可以使增强纤维和聚硅氧烷共聚物组合物均匀分散,并且增强纤维和聚硅氧烷共聚物组合物粘结。在一种实施方式中,增强纤维是不连续的,单独的离散纤维的形式。当使用玻璃纤维,并且以短切的线料束的形式得到时,在形成结构前将所述束破裂成单独的纤维。
通常,用于形成芯材料的不连续的增强纤维在最长的尺寸方向上可为大于或等于3毫米,而更短的增强纤维不给芯材料、包括所述芯材料的组合物,和最终由这些中的一种制备的模制品提供足够的增强。不连续的增强纤维在最长的尺寸方向上通常可为小于或等于50mm,而更长的纤维难以在制备芯材料的工艺中处理。具体地,不连续的增强纤维在最长的尺寸方向上为3至25mm,更具体地4至15mm,仍然更具体地5至13mm。此外,不连续的增强纤维的直径可为2至16微米(μm)。当将不连续的增强纤维用于给出更大级别的结构强度时,不连续的增强纤维的直径可为小于或等于13微米。直径大于16微米的不连续的增强纤维比更细的纤维,以单位重量计,模塑之后在增强塑料基质方面效率低。
有用的增强纤维包括由玻璃形成的那些。可使用不含苏打的石灰-硼硅酸铝玻璃(Lime-aluminum borosilicate glass)(″E″玻璃)。此外,也可使用碳纤维,陶瓷纤维,芳族聚酰胺纤维,如以商标名Kevlar
和Nomex
出售的那些,不锈钢纤维,和金属涂覆的石墨纤维。合适的增强纤维通常包括模量高于10千兆帕(GPa)的纤维。
聚硅氧烷共聚物组合物与不连续的增强纤维的比可根据芯材料和可由其制备的复合物的期望性质而变化。不连续的增强纤维与聚硅氧烷共聚物组合物在芯材料中的重量比可为20∶80至70∶30,具体地25∶75至65∶35,更具体地30∶70至60∶40。当在芯材料中同时需要较高级别的刚性和强度和更加多孔的结构时,就使用较高的增强纤维与聚硅氧烷共聚物组合物的比例。
将颗粒状聚硅氧烷共聚物组合物和纤维组分在液体介质中合并,从而形成分散的介质。本申请所用的术语“分散的介质”是指聚硅氧烷共聚物组合物的粒子和不连续的增强纤维的组合,其中聚硅氧烷共聚物组合物的粒子基本上均匀地与增强纤维一起悬浮和分布在整个介质中。在一种实施方式中,合并通过如下方法进行:将微粒状聚硅氧烷共聚物组合物和不连续的增强纤维添加到水性介质中来提供分散的介质。所述分散的介质可为浆料,分散体,悬浮液,泡沫,或乳液。进行合并,从而使聚硅氧烷共聚物组合物与不连续的增强纤维基本上均匀地分散在水性介质中,并且可使用搅拌来建立和保持这些组分的分散。分散的介质还可包括添加剂例如分散剂、缓冲液、抗凝固剂、表面活性剂、包括至少一种这些物质的组合等,来调节或改善分散的介质的流动性、分散性、粘着力或其它性质。具体地,分散的介质可为包括聚硅氧烷共聚物组合物的粒子、不连续的增强纤维、水和表面活性剂的发泡的悬浮液。
分散的介质(包括聚硅氧烷共聚物组合物和不连续的增强纤维)的固体(wt%)的重量百分比可为1至99wt%,具体地2至50wt%。添加剂存在的量可有效地赋予发泡,悬浮,流动等期望的性质。
分散的介质可以以分批的模式制备,并且直接使用或者储存以备后来之用。或者,可在连续制造工艺中形成分散的介质,其中聚硅氧烷共聚物组合物粒子和不连续的增强纤维各自合并,在即将使用分散的介质之前形成分散的介质。
在一种实施方式中,将分散的介质作为浆料施加到多孔的表面上,并且通过使用真空通过多孔的表面除去液体和太小而不能保持在多孔的表面上的悬浮组分,从而在多孔的表面上留下纤维垫,所述纤维垫包括聚硅氧烷共聚物组合物的粒子和不连续的增强纤维的分散体。在示例性的实施方式中,多孔表面是具有孔的传送带,其尺寸适合于在施用分散的介质并除去液体之后,提供具有2米的宽度和连续长度的纤维垫。可使分散的介质通过头盒(head box)分散而与多孔表面接触,其施涂出分散的介质的涂层,所述涂层在多孔的表面上具有基本上均匀的宽度和厚度。通常,在与施加分散的介质的一侧相对的一侧上将真空施加到多孔表面,来通过该多孔表面吸取残余液体和/或小粒子,由此提供基本上干形式的纤维垫。在一种实施方式中,通过使热空气通过纤维垫而使纤维垫干燥来除去水分。
在除去过量的分散的介质和/或水分时,将包括聚硅氧烷共聚物组合物和不连续的增强纤维的非粘结的纤维垫热处理,从而形成芯材料。在一种实施方式中,通过在炉中使热空气穿过纤维垫来加热纤维垫。以此方式,可在空气流下使用在大于或等于100℃的温度加热的空气使纤维垫干燥。在加热纤维垫的过程中,聚硅氧烷共聚物组合物熔融并流动,在两个或更多个不连续的增强纤维之间形成共同接触(例如,桥),并在冷却至非流动状态时与不连续的增强纤维形成粘性粘结,由此形成芯材料。热的芯材料传送通过夹辊形成芯材料的压紧的片材,并将其切成片材或期望尺寸的长度。
包括聚硅氧烷共聚物组合物的粒子和增强纤维的纤维垫是多孔的,并且容许使用热空气炉来使分散的聚硅氧烷共聚物组合物粒子和增强纤维粘结,然后得到的芯材料通过另外的加工而保持多孔。在该多孔表面上如此形成的纤维垫包括均匀分散的聚硅氧烷共聚物组合物粒子和不连续的增强纤维。可在使纤维垫粘结之前或之后另外施用粘合剂,从而便于处理,以防止损害该易碎的纤维结构和伴随发生的纤维损失。该炉用来使热空气通过纤维垫,从而导致所述聚硅氧烷共聚物组合物至少部分变软,并粘结到纤维上,同时在不同的纤维之间形成桥接,由此将不连续的增强纤维与聚硅氧烷共聚物组合物粘结。以此方式产生芯材料,其具有多孔的相互连通的结构,该结构可为刚性的或者柔性的,这取决于加工时间,温度,聚硅氧烷共聚物组合物与不连续的增强纤维的比例,和所用的增强纤维的类型和量。
在一种实施方式中,将纤维垫加热至足以导致聚硅氧烷共聚物组合物来粘结聚硅氧烷共聚物组合物粒子和不连续的增强纤维,从而形成具有蓬松结构(lofted structure)的芯材料。所述芯材料可为易碎的,并且易于受到损害并损失纤维。包括热固性树脂的粘合剂组合物可与蓬松芯材料接触,并将所述粘合剂处理的蓬松芯材料加热至固化并防止不连续的增强纤维的损失。可在所述粘合剂组合物中使用热固性树脂来浸渍芯材料,并且热固性树脂可包括例如,聚酯树脂,酚类树脂例如酚醛树脂,脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂,环氧树脂,不饱和聚酯,聚氨酯,和包括一种或多种这些的组合。合适的粘合剂组合物,浓度,和加工条件可由本领域技术人员确定,并且可基于以下考虑选择:例如期望密度的芯材料,期望的粘合剂组合物和含量,聚硅氧烷共聚物组合物与纤维在芯材料中的比例,芯材料的期望的加工条件,等。
可将芯材料压紧,从而使结构变密,以便于存储、运输和在接下来的加工过程中处理。热的芯材料,在粘结之后,穿过夹辊,从而使该结构压紧,并且将压紧的芯材料切成期望的尺寸。芯材料的结构的压紧给增强纤维施加了张力,使它们变形并通过软化的而非流动的聚硅氧烷共聚物组合物将变形的纤维锁在原位。以此方式,芯材料的组分可彼此粘合,但是在压紧之后保持变形状态。接着施加足够量的热给压紧的芯材料,用于使保持变形的纤维处于压紧的状态的聚硅氧烷共聚物软化,释放应变,并由此恢复芯材料的蓬松结构。可在接下来的压紧的芯材料的模塑过程中施加足够的热,从而使芯材料成型为期望的形状,并同时使蓬松结构恢复。在一种实施方式中,压紧的芯材料的模塑在190至205℃进行,该温度足以产生压紧的芯材料的模塑和蓬松(lofting)。
在一种实施方式中,在进入夹辊之前,可将一个或多个热塑性材料的片材,例如稀松纤维层(scrim layer),施加到芯材料上。所述稀松纤维层可以是多孔的或不是多孔的。然后在使所述热芯材料通过夹辊时将芯材料和另外的层同时层压,从而形成复合材料。
可将热塑性材料,纺织的和无纺的织物等的层任选地层压到多孔的织物上,从而形成具有两个或多个层的复合结构。层压通过将一个或多个任选的材料的上层和/或一个或多个材料的下层例如稀松纤维层,与纤维垫同时进料到夹辊中而进行。可通过使水循环通过该辊而被冷却的夹辊,可提供施加压力过程中,即在形成复合材料的过程中的温度控制。可调节压紧和/或压实纤维垫和/或附加层的辊压力,从而使结构的最终性质最大化。以此方式,可将各个层例如粘合层,阻挡层,稀松纤维层,增强层等,或包括至少一种前述层的组合施加至芯材料上。各层可为连续的片材,膜,纺织的织物,无纺织物等,或包括至少一种前述层的组合。可用于所述层的材料包括聚烯烃例如聚乙烯,聚丙烯,聚(乙烯-丙烯),聚丁烯,粘合改性的聚乙烯,等;聚酯,包括聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,PCTG,PETG,PCCD,等;聚酰胺例如尼龙6和尼龙6,6,等;聚氨酯,例如基于pMDI的聚氨酯;等;或包括至少一种前述物质的组合。
如上所述用热和压力处理过的所述芯材料或由其制备的复合材料可被卷起来、折叠或成型为片材。所述复合材料可被切割或卷绕成中间体形式。可将切割的芯材料和/或复合材料模塑和展开,从而形成期望形状的制品,以用于制备另外的制品。用中间体卷绕的、折叠的或做成片材的芯材料或复合材料可进一步被模塑成合适形状、尺寸和结构的制品,用于进一步的制造方法,从而产生另外的制品。所述芯材料或者,在层压之后的压紧的复合材料,可保持在压紧的状态(具有低的蓬松和降低的绝缘能力),直到经受热成型或包括热处理在内的其它片材模塑方法为止。这些方法,当施用至所述芯材料或复合材料时,会释放存在于压紧的结构中的应力,并使纤维结构再次蓬松。再次蓬松的结构比相应的未蓬松的(即,压紧的)结构具有显著改善的绝缘能力。在一种实施方式中,在模塑和同时释放芯材料和/或复合材料中的应变的过程中热处理的温度为190至205℃。
示例性的芯材料及其复合材料包括用于制造航空器、火车、汽车、客船等的内部面板的那些,并在需要良好的热和声绝缘时是有用的。
进一步通过以下非限制性实施例说明热塑性组合物。
所有的热塑性组合物都在Sterling 13/4英寸(44.5mm)单螺杆挤出机(长度/直径(L/D)比=24/1,真空端口位于模头面附近)上进行混配,否则会另外说明。在121℃干燥4小时之后将组合物在操作于约304℃,模具温度为82℃的260-吨(236公吨)Van Dorn模塑机上模塑。根据部件的几何形状,将组合物混配并在250至330℃的温度模塑,否则会另外指出。本领域技术人员可认识到该方法不限于这些温度。
聚合反应本申请所述的聚硅氧烷共聚物组合物根据以下提供的方法制备。通常,该聚合反应使用75-升缩聚反应器或者以中试规模在300加仑(1,125L)光气化反应器中进行。聚合反应方法进一步描述于以下实施例中。得到的聚合物通过蒸气沉积作为粉末被分离,并在流化床干燥器中使用氮气在82至107℃干燥。
试验在试验之前所有模制的样品都在50%相对湿度适应至少48小时。
放热试验在2.0mm厚的15.2×15.2cm试验样片上使用Ohio StateUniversity(OSU)放热速率装置,用在FAR 25.853(d)和附录F第IV部分(FARF25.4)中所列的方法测量。总的放热在2分钟测得,以kW-min/m2(千瓦分钟每平方米)计。峰值放热作为kW/m2(千瓦每平方米)测得。放热试验方法也描述于“Aircraft Materials Fire Test Handbook”DOT/FAA/AR-00/12,第5章“Heat Release Test for Cabin Materials”中。
烟雾浓度试验(ASTM E-662-83,ASTM F-814-83,Airbus ABD0031,Boeing BSS 7238)在2.0mm厚度的7.5×7.5cm的试验样片上根据在FAR25.853(d)和附录F第V部分(FAR F25.5)中所列的方法进行。烟雾浓度在燃烧模式下测得。记录在1.5min,4.0min,和最大水平的烟雾浓度(Ds)。
气体Draeger管毒性试验在2.0mm厚的7.5×7.5cm试验样片上根据Airbus ABD0031(也是Boeing BSS 7238)进行。
雾度(%)和透射率(%T)根据ASTM D1003-00标准使用Gardner HazeGuard Dual,在2.0毫米厚的模制的试验样片上测定。熔体体积速率(MVR)在干燥的粒料上根据ASTM D1238-04标准在300℃使用1.2Kg砝码测定。缺口伊佐德冲击值在室温在3.2mm厚的试条上根据ASTM D256-04标准测得。实验室规模的样品的黄度指数(YI)使用HunterLab Color System在C/2的发光观察器(illuminant observer)上根据ASTM D1925-70标准在2.0±0.12毫米厚的模制的试验样片上,在根据ASTM G155-04a标准天候老化之前和之后进行测量。YI的增加(dYI)计算为相同组合物的天候老化的样品(模制品)的黄度指数值减去未天候老化的样品(模制品)的黄度指数值。分子量通过凝胶渗透色谱使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯-填充的柱,用操作于254nm的紫外线(UV)探测器,以1.0mg/ml的样品浓度测定,并使用聚碳酸酯标样校准。
以下实施例使用描述于式(25)中的丁子香酚-封端的聚硅氧烷(也称为丁子香酚硅氧烷),其中E=7至45,但是这不应该被认为是对其的限制。
方法1.表1的实施例1-5、1-7、1-11、1-14至1-17、和1-19至1-23,和对比例1-1和1-2:DAC-硅氧熔-RS无规低聚反应方法。以下方法是使用一锅法制备表1所述的树脂的“DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法”的样品实施例。表1中所述的目标组合物通过改变硅氧烷单元长度,硅氧烷填充量,DAC填充量,间苯二酚填充量,和/或双酚A的填充量而获得。低聚物合成向安装有冷凝器,搅拌器,pH探针,苛性碱,光气入口,和再循环回路的75L玻璃反应器中添加二氯甲烷(14L),水(1994mL),丁子香酚封端的硅氧烷(式(25),其中E为约10,80.72g;0.067mol),三乙胺(84mL,0.603mol),间苯二酚(2438g,22.1mol),和对枯基苯酚(175g,0.82mol)。将间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯异构体的熔融混合物(DAC,1∶1的异构体摩尔比,3,600g,17.7mol,240g/min)添加到反应容器中,同时历时15分钟的时间将氢氧化钠(50%w/w氢氧化钠溶液,氢氧化钠/DAC摩尔比为1.8)作为单独的流体添加。pH从pH 7-8降低至pH~4。在完全加入DAC之后,添加氢氧化钠从而使pH升高至7-8。将反应器内容物搅拌10min,并取样用于低聚物分子量分析。光气化反应向反应器中的低聚物溶液中添加双酚A(450g,1.97mol)、水(7L)和二氯甲烷(8L)。将光气(1072g,80g/min,10.8mol)与氢氧化钠同时在比率-pH控制(氢氧化钠/光气的摩尔比为2.10,目标pH为8.0)下作为单独的流体进料到反应器中,保持pH在7和9之间。对所述批料取样用于分子量分析,然后进行再光气化(200g光气,2.02mol,氢氧化钠/光气摩尔比为2.10,目标pH为8.6)。用50%w/w氢氧化钠将pH升高至约9,然后将该批料转移至离心进料罐,在此添加盐酸,从而将其该批料的pH降低至pH≤8。将得到的聚合物在二氯甲烷中的溶液通过离心用酸洗接着水洗而纯化。最终的聚合物通过蒸气沉积而分离,并在热氮气的气流下干燥。
方法2.表2的实施例2-1至2-16,和对比例2-1至2-7:DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法。以下方法是用来产生表2所述的树脂的两锅法的实例。表2中所述的目标组合物通过改变硅氧烷单元长度,硅氧烷填充量,DAC填充量,间苯二酚填充量,和/或双酚A的填充量而获得。低聚物合成向安装有冷凝器,搅拌器,pH探针,苛性碱入口,和再循环回路的200加仑(750L)玻璃衬里的反应器中添加丁子香酚-封端的硅氧烷(式(25),E=约12;1.38kg,1.14mol),二氯甲烷(281L),三乙胺(0.74kg,7.31mol),间苯二酚的水溶液(92Kg溶液,44.9%w/w,374.4mol),和对枯基苯酚的二氯甲烷溶液(9.29kg,33%w/w,14.4mol)。将间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯异构体的熔融混合物(DAC,1∶1的异构体摩尔比,66.3Kg,326mol,4.3Kg/min)添加到反应容器中,同时历时15分钟的时间将氢氧化钠(50%w/w氢氧化钠溶液,Kg氢氧化钠/Kg DAC 0.7或1.77的氢氧化钠/DAC摩尔比)作为单独的流体添加。pH从pH 7-8降低至pH~4。在完全加入DAC之后,添加氢氧化钠从而使pH升高至7-8.5。将反应器内容物搅拌10min,并取样用于低聚物分子量分析。光气化反应向安装有冷凝器,搅拌器,pH探针,光气入口,苛性碱入口,和再循环回路的300加仑(1,125L)玻璃衬里的反应器中添加双酚A(6.5Kg,28.2mol),葡萄糖酸钠(0.16Kg),水(132L)和二氯甲烷(154L)。将得自低聚反应器的整个低聚物溶液转移到光气化反应器中,用22.5L的二氯甲烷冲洗低聚物反应器和它的冷凝器。将光气(总共18Kg,183.4mol)与氢氧化钠(50%w/w)在比率-pH控制下共进料到反应器中。对于最初添加的80%光气(14.5Kg)将光气添加速度保持在91Kg/hr,对于剩余添加的20%光气(3.6Kg)光气添加速度降低至68Kg/hr。从2.30的Kg氢氧化钠/Kg光气比开始的批料的氢氧化钠/光气比曲线(profile),在10%的光气添加时变为2.20,在50%的光气添加时变为2.00,和在70%的光气添加时变为2.50。对于最初的70%光气化反应,光气化反应的目标pH为8.2,对于剩余的30%的光气化反应目标pH为8.5。对所述批料取样用于分子量分析,然后进行再光气化(4.5Kg光气,45.9mol,pH目标9.0)。用50%w/w氢氧化钠将pH升高至约9,然后将该批料转移至离心进料罐,在此添加盐酸,从而将其该批料的pH降低至pH≤8。将得到的聚合物在二氯甲烷中的溶液通过离心用酸洗接着水洗而纯化。最终的聚合物通过蒸气沉积而分离,并在热氮气的气流下干燥。
方法3.表4的实施例4-3:DAC-硅氧烷预反应方法。实施例4-3根据美国专利6,861,482的实施例2中所述的方法制备。DAC-丁子香酚硅氧烷预反应:向安装有冷凝器,搅拌器,pH探针,苛性碱和光气入口,和再循环回路的75L玻璃反应器中添加二氯甲烷(14L)和间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯的熔融混合物(DAC,摩尔比为1∶1,总共31.11g,0.153mol)。然后通过加料漏斗向反应器中添加丁子香酚封端的硅氧烷(式(25),E=约12;80.72g,0.067mol),三乙胺(105mL,0.753mol)和N,N-二甲基氨基吡啶(DMAP,0.840g,0.00688mol)在二氯甲烷(1L)中的溶液。将反应器的内容物搅拌~5min。低聚物合成然后将间苯二酚(2438g,22.1mol)在水(1994mL)中的溶液和对枯基苯酚(175g,0.82mol)在二氯甲烷(1L)中的溶液添加到反应器中,接着用1.5L二氯甲烷冲洗。历时15min将熔融的DAC(3568.0g,17.6mol,240g/min)和氢氧化钠(50%w/w氢氧化钠溶液,氢氧化钠/DAC摩尔比1.8)作为单独的流共进料到反应容器中。pH从pH 7-8降低至pH~4。添加氢氧化钠(约400-600g)从而使pH升高至7-8。将反应器内容物搅拌10min,并取样用于低聚物分子量分析。光气化反应向反应器中的低聚物溶液中添加双酚-A(450g,1.97mol),水(7L)和二氯甲烷(8L)。在比率-控制控制(氢氧化钠/光气摩尔比2.10,目标pH为8.0)下将光气(1,072g,80g/min,10.8mol)和氢氧化钠作为单独的流共进料到反应器中,保持pH在7和9之间。对所述批料取样用于分子量分析,然后进行再光气化(200g光气,2.02mol,80g/min,氢氧化钠/光气摩尔比2.10,目标pH为8.6)。通过添加50%w/w氢氧化钠将pH升高至约9,用氮气冲洗反应器内容物,并将该批料转移至离心进料罐,在此添加盐酸,从而将其该批料的pH降低至pH≤8。将得到的聚合物在二氯甲烷中的溶液通过离心用酸洗接着水洗而纯化。最终的聚合物通过蒸气沉积而分离,并在热氮气的气流下干燥。
方法4.表4的实施例4-4和4-5:DAC-硅氧烷预反应。向安装有冷凝器,搅拌器,pH探针,苛性碱和光气入口,和再循环回路的75L玻璃反应器中添加二氯甲烷(14L)和间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯的熔融混合物(DAC,摩尔比为1∶1,总共75.0g,0.369mol)。然后通过加料漏斗向反应器中添加丁子香酚封端的硅氧烷(式(25),E=约12;80.72g,0.067mol)和三乙胺(23mL,0.165mol)在二氯甲烷(1L)中的溶液。将反应器的内容物搅拌~5min。低聚物合成然后将间苯二酚(2438g,22.1mol)在水(1994mL)中的溶液和对枯基苯酚(175g,0.82mol)和三乙胺(68mL,0.487mol)在二氯甲烷(1L)中的溶液添加到反应器中,接着用1.5L二氯甲烷冲洗。历时15min将熔融的DAC(3525g,17.4mol,240g/min)和氢氧化钠(50%w/w氢氧化钠溶液,氢氧化钠/DAC摩尔比1.8)作为单独的流共进料到反应容器中。pH从pH 7-8降低至pH~4。添加氢氧化钠(约400-600g)从而使pH升高至7-8。将反应器内容物搅拌10min,并取样用于低聚物分子量分析。光气化反应向反应器中的低聚物溶液中添加双酚-A(450g,1.97mol),水(7L)和二氯甲烷(8L)。在比率-控制控制(氢氧化钠/光气摩尔比2.10,目标pH为8.0)下将光气(1072g,80g/min,10.8mol)和氢氧化钠作为单独的流共进料到反应器中,保持pH在7和9之间。对所述批料取样用于分子量分析,然后进行再光气化(200g光气,2.02mol,80g/min,氢氧化钠/光气摩尔比2.10,目标pH为8.6)。用50%w/w氢氧化钠将pH升高至~9,并将该批料转移至离心进料罐,在此添加盐酸,从而将其该批料的pH降低至pH≤8。将得到的聚合物在二氯甲烷中的溶液通过离心用酸洗接着水洗而纯化。最终的聚合物通过蒸气沉积而分离,并在热氮气的气流下干燥。通过质子NMR分析所述聚合物表明,基本上所有的(即,大于99mol%)的丁子香酚连接基团与聚硅氧烷-聚酯-聚碳酸酯三元共聚物的芳基酯部分连接。这与使用DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法制备的丁子香酚组合物和使用氯甲酸酯方法制备的组合物相反,在使用DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法制备的丁子香酚组合物中,丁子香酚硅氧烷键合至酯和碳酸酯单元,在使用氯甲酸酯方法制备的组合物中丁子香酚硅氧烷键合至碳酸酯单元。
方法5.表4的实施例4-6:氯甲酸酯方法向安装有冷凝器,搅拌器,pH探针,苛性碱和光气入口,和再循环回路的75L玻璃反应器中添加二氯甲烷(18L),水(1994mL),间苯二酚(2438g,22.1mol),对枯基苯酚(175g,0.82mol),和甲基三丁基氯化铵的水溶液(MTBA,相转移催化剂,70%的水溶液,19mL)。低聚物合成将间苯二甲酰氯和对苯二甲酰氯异构体(DAC,1∶1的异构体摩尔比,3600g,17.7mol,240g/min)的熔融混合物添加到反应容器中,同时历时15min将氢氧化钠(50%w/w氢氧化钠溶液,氢氧化钠/DAC摩尔比1.8)作为单独的流添加。pH从pH 7-8降低至pH~4。添加氢氧化钠(约400-600g)从而使pH升高至7-8。将反应器内容物搅拌10min。氯甲酸酯的生产:使用加料口(addition pot)将丁子香酚硅氧烷(式(25),E=约12;80.72g,0.067mol)在二氯甲烷(1L)中的溶液添加到反应中。在pH 4至7将该含聚酯的硅氧烷低聚物溶液光气化(650g光气,6.57mole,80g/min),同时将氢氧化钠共进料至反应容器(氢氧化钠/光气摩尔比1.80,目标pH为5)中。然后通过添加氢氧化钠将pH升高至pH 8-8.5。使用光气试纸(phosgene paper)确认氯甲酸酯的存在。氯甲酸酯缩合向反应器中的聚酯低聚物/硅氧烷氯甲酸酯溶液中添加双酚-A(450g,1.97mol),水(5L)和二氯甲烷(5L)。在将反应混合物搅拌5分钟之后,使用光气试纸没有检测到氯甲酸酯。使用加料漏斗将三乙胺(84mL)添加到反应容器中,并将溶液搅拌5分钟。然后在比率-控制控制(氢氧化钠/光气摩尔比2.10,目标pH为8.2)下将光气(200g,80g/min,10.8mol)和氢氧化钠作为单独的流共进料到反应器中,保持pH在7和9之间。用50%w/w氢氧化钠将pH升高至~9,并将该批料转移至离心进料罐,在此添加盐酸,从而将其该批料的pH降低至pH≤8。将得到的聚合物在二氯甲烷中的溶液通过离心用酸洗接着水洗而纯化。最终的聚合物通过蒸气沉积而分离,并在热氮气的气流下干燥。通过质子NMR分析所述聚合物表明,基本上100%的丁子香酚连接基团与聚硅氧烷-聚酯-聚碳酸酯三元共聚物的碳酸酯部分连接。这与使用DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法制备的丁子香酚组合物和使用DAC-硅氧烷预反应方法制备的组合物相反,在使用DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法制备的丁子香酚组合物中,丁子香酚硅氧烷键合至酯和碳酸酯单元,在使用DAC-硅氧烷预反应方法制备的组合物中丁子香酚硅氧烷键合至酯单元。
实施例1-1至1-22,和对比例1-1和1-2。根据上述方法制备的聚硅氧烷共聚物组合物,及其共混物,示于下表1中。也提供了雾度值和OSU数据。
表1.a
|
总的硅氧烷(wt%)c |
硅氧烷单元长度(“E长度”) |
雾度(%) |
2min时的OSU(kW-min/m2) |
峰值OSU(kW/m2) |
与以下物质的共混物:b |
CEx.1-1 |
0 |
--- |
1 |
32 |
76 |
--- |
CEx.1-2 |
0 |
--- |
1 |
32 |
81 |
--- |
Ex.1-1b |
0.5 |
9 |
2 |
--- |
--- |
1-3 |
Ex.1-2b |
0.5 |
9 |
2 |
--- |
--- |
1-5 |
Ex.1-3 |
1 |
9 |
2 |
21 |
30 |
--- |
Ex.1-4b |
1 |
9 |
3 |
--- |
--- |
1-5 |
Ex.1-5 |
3 |
9 |
3 |
17 |
32 |
--- |
Ex.1-6b |
0.5 |
12 |
1 |
16 |
36 |
1-9 |
Ex.1-7b |
0.5 |
12 |
3 |
29 |
28 |
1-15 |
Ex.1-8b |
0.5 |
12 |
3 |
26 |
33 |
1-14 |
Ex.1-9 |
1 |
12 |
2 |
13 |
34 |
--- |
Ex.1-10b |
1 |
12 |
11 |
--- |
--- |
1-15 |
Ex.1-11b |
1 |
12 |
7 |
--- |
--- |
1-14 |
Ex.1-12 |
3 |
12 |
2 |
14 |
35 |
--- |
Ex.1-13 |
3 |
12 |
2 |
13 |
32 |
--- |
Ex.1-14 |
5.8 |
12 |
2 |
34 |
52 |
--- |
Ex.1-15 |
10.8 |
12 |
11 |
48 |
69 |
--- |
Ex.1-16 |
1 |
14 |
10 |
14 |
33 |
--- |
Ex.1-17b |
0.5 |
16 |
4 |
--- |
--- |
1-18 |
Ex.1-18 |
1 |
16 |
10 |
14 |
33 |
--- |
Ex.1-19 |
3 |
16 |
17 |
17 |
43 |
--- |
Ex.1-20 |
1 |
22 |
10 |
14 |
40 |
--- |
Ex.1-21 |
3 |
22 |
39 |
14 |
43 |
--- |
Ex.1-22 |
3 |
22 |
20 |
15 |
44 |
--- |
a对于所有的聚合物,ITR/RS碳酸酯/BPA碳酸酯摩尔比=73.5/18.3/8.2
b所有的树脂共混物都基于指定的聚合物与50wt%的80/11/91TR/RS/BPA三元共聚物(得自表2的CEx 4,使用方法2制备)的共混物。
cWt%硅氧烷等于(100x-(Si(CH3)2O)的重量)/聚合物的总重量,其中硅氧烷的重量和聚合物的总重量单位相同(例如都为克)。
表1示出了由使用74/18/8(ITR/RS碳酸酯/BPA碳酸酯)的摩尔比制备的共聚物得到的数据。所述批料通过将二酰氯(dicarboxylic acid dichloride,DAC)添加到TEA、式(25)的聚硅氧烷、RS和封端剂(end cap)在二氯甲烷和水中的共混物中而在界面反应中制备(DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法,方法1)。苛性碱用作酸清除剂。在低聚反应完成之后,添加BPA和光气,并使混合物聚合。不含式(25)的聚硅氧烷的ITR批料(对比例1-1和1-2,表1)给出了良好的透明度和颜色,但是没有通过OSU性能试验。实施例1-1至1-22的聚合物通过添加式(25)的聚硅氧烷而制备,并且显示出改善的OSU性能。最优选的组合物含有具有多个硅氧烷重复单元(E小于17)的硅氧烷单元,和总重量小于约3wt%的聚硅氧烷。优良的OSU结果使用硅氧烷含量低至0.25wt%的硅氧烷获得。使用“DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法”的工艺的17至52个硅氧烷重复单元的聚硅氧烷单元长度满足65/65OSU性能标准,但是具有较高的雾度值。这些组合物可使用如下所述的氯甲酸酯方法制备,也可如Davis,G.C.;Mullen,B.D.;Sybert,P.D.,“Weatherable,Thermostable Polymers Having Improved Flow Composition,”美国专利申请2005/0159577 A1中的实施例8&9中所述制备,从而提供具有良好OSU性能和良好透明度的组合物(下表4)。
实施例2-1至2-16,和对比例2-1至2-7。根据以上方法2制备的聚硅氧烷共聚物组合物示于下表2中。也提供了Tg、熔体粘度(MVR)和OSU数据。
表2
d树脂在涂料摇床中干混并在真空端口位于模头面附近的Sterling 13/4英寸(44.5mm)单螺杆挤出机(长度/直径(L/D)比=24/1)上混配,否则会另外指出。
e10是9的重复;12是11的重复;16是15的重复。
fWt%硅氧烷等于100X-(Si(CH3)2O)-的重量/聚合物的总重量。
g%酯(Mol%)=100×硅氧烷-酯连接基团/(硅氧烷-酯连接基团+硅氧烷-碳酸酯连接基团),通过NMR得到。
hASTM D1238-04,300℃,1.2Kg,6min。
表2显示出在增加的组合范围内所研究聚合物的结果。这些树脂也使用DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法(方法2)制备。从对比例2-1至2-7看出,不使用式(25)的聚硅氧烷制备的所有共聚物都没有提供满足65/65要求的OSU值。含有低至0.25%的硅氧烷的组合物给出的值低于65/65的要求,并且还是透明的。表1和2中的结果的比较显示,可通过用于包括硅氧烷单元长度(E)为4至15的共聚物和共混物的方法获得良好的OSU值和通过低雾度值测得的良好的透明度。
实施例3-1至3-6.实施例3-1至3-6根据上述方法制备。OSU和分子量数据提供于下表3中。
表3.i
i对于所有的聚合物,树脂A是ITR/RS碳酸酯/BPA碳酸酯,摩尔比=80/11/9,和硅氧烷单元长度E为~45。
j树脂B是对比例2-4,其中a.Mw为20,000,和b.Mw为25,000。
表1,2和3中的结果的比较使得具有各种长度的硅氧烷单元的共聚物的OSU性能变得突出。根据以上数据,较短的硅氧烷单元给出最好的性能(Exs.1-7,1-14,和1-15,其中各硅氧烷单元长度E为9至14)。E为约17的聚硅氧烷共聚物组合物给出了良好的OSU性能(Ex.1-20)。最长的硅氧烷单元,其中E为约45,也给出了满足要求的OSU值(Exs.3-3至3-6)。
因此,这些共聚物可通过各种聚合反应条件制备,包括溶液和界面条件。优选的是,硅氧烷单元遍布整个共聚物主链基本上均匀地分布,以获得最优的透明度。使用“氯甲酸酯方法”或DAC-预反应方法,可制备透明的树脂,其具有较大的硅氧烷单元尺寸。例如,含有较长的聚硅氧烷单元的树脂(例如,式(25),其中E为约45),描述于表3中的实施例3-3至3-6,可如Davis,G.C.;Mullen,B.D.;Sybert,P.D.,“Weatherable,ThermostablePolymers Having Improved Flow Composition,”美国专利申请2005/0159577A1中所述制备,从而得到基本上透明的树脂。因此,可使用各种聚合反应条件来控制共聚物的结构。通常,虽然透明度可通过选择合适的聚合反应条件而得到改善,但是阻燃性能基本上不受共聚物结构的影响。
实施例4-1至4-6.实施例4-1至4-6根据上述方法制备,并且OSU,雾度,和透射率数据示于下表4中。
表4.
树脂 |
方法 |
在2min时的OSU(kW-min/m2) |
OSU峰值(kW/m2) |
雾度(%) |
%T |
mol%丁子香酚酯连接基团k |
Ex.4-1 |
一锅法 |
--- |
--- |
2.6 |
83.37 |
--- |
Ex.4-2 |
一锅法 |
23 |
34 |
2.2 |
83.68 |
--- |
Ex.4-3 |
Am |
16 |
31 |
1.4 |
86.49 |
100 |
Ex.4-4 |
DAC-Pre-RXN |
--- |
--- |
1.4 |
85.91 |
--- |
Ex.4-5 |
DAC-Pre-RXN |
22 |
36 |
1.7 |
85.34 |
--- |
Ex.4-6 |
Bn |
22 |
35 |
1.7 |
84.57 |
0 |
kmol%丁子香酚(缩写为“Eu”)酯连接基团=(mol frxn Eu酯/(mol Frxn Eu酯+mol frxn Eu碳酸酯))×100
m a使用预反应方法制备,没有光气化反应步骤。
nb使用氯甲酸酯方法制备。
例如,表4示出了使用各种聚合反应方法制备这些组合物。使用“DAC-硅氧烷预反应方法”,DAC与丁子香酚-封端的硅氧烷的预反应给出了基本上100%的丁子香酚连接基团作为芳族酯。“DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法”工艺,其中将丁子香酚-封端的硅氧烷与间苯二酚在DAC添加之前混合,导致丁子香酚-酯和丁子香酚-碳酸酯连接基团的混合物(表2和表4)。氯甲酸酯方法(实施例4-6,表4)给出了基本上100%的丁子香酚-碳酸酯连接基团。虽然各种方法根据硅氧烷单元长度的不同导致产生不同水平的透明度,但是通过OSU值测量的放热率性能基本上与方法无关(表4)。
对比例2-4,实施例2-14,和实施例3-1的性质比较示于下表5中,其中硅氧烷单元尺寸(式(25)中的E)和硅氧烷含量(以wt%计)增加。
表5中突出反应了这些树脂的优良延性。组合物5-3(其含有1wt%具有较小硅氧烷重复单元(式(25),其中E为约12)的丁子香酚-封端的聚硅氧烷)具有优良的韧性,通过缺口伊佐德冲击强度测得。对于要求甚至更大的韧性的应用,组合物5-1和5-2(含有具有更大的硅氧烷重复单元(式(25),其中E为约45)的丁子香酚封端的聚硅氧烷的)具有甚至更大的韧性,在低温时尤其是这样(通过缺口伊佐德冲击强度测得)。
表1至5中的所有组合物的Tg都在120和150℃之间,因此易于用热成型加工。对于需要极高韧性的不透明的组合物,较高含量水平的硅氧烷和具有大于16的较长单元长度的聚硅氧烷可能是理想的(表5)。为了良好的韧性,较低的单元长度是可接受的,或者可使用具有低和高硅氧烷单元长度的聚合物的混合物。
图8是在恒定的单元尺寸(E=12)下OSU性能与硅氧烷含量的关系曲线,其中OSU性能随着硅氧烷含量的增加而不变化。在图8中,可看出在硅氧烷含量为0.5wt%或更大时获得最好的有利的OSU结果。
图9是在恒定的硅氧烷含量(约3wt%的硅氧烷)下OSU性能与硅氧烷单元长度的关系图。在图2中,可看出,对于给定含量的硅氧烷,OSU性能随着单元尺寸的减小而增加,并且这种趋势继续到小于约20个硅氧烷重复单元(E为约20)的值。
图10示出了色移与丁子香酚硅氧烷水平的关系曲线。从图3中看出,增加丁子香酚硅氧烷能够增加暴露于UV光时的色移。因此,对于颜色敏感的应用,较低的丁子香酚硅氧烷水平(0.25至1.0wt%丁子香酚封端的式(25)的聚硅氧烷)是最优选的。或者,可使用不含丁子香酚基团的硅氧烷连接基团。下面示出其中所述硅氧烷-连接基团已经与DAC发生了反应的一些实施例。在氯甲酸酯方法或者DAC-硅氧烷-RS无规低聚反应方法中,连接基团基团分别地或者都为碳酸酯,或者为碳酸酯和酯的混合物。
表6示出了所选组合物的烟雾浓度和毒性值。
表6.
1CO<1000PPM,空中客车内部标准(Airbus internal standard)
从以上表6中的数据可看出,测试的组合物满足了排放物要求。
添加的阻燃剂的使用实施例7-1至7-5使用下表7所述的比例的所述聚合物和添加剂制备。所述实施例使用添加的阻燃剂(FR)添加剂(表7)制备:二苯基砜-3-磺酸钾(KSS),1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟-1-丁烷磺酸钾盐(也称为全氟-正丁烷磺酸钾盐;Rimar盐;和KPFBS),或者聚四氟乙烯-包胶的苯乙烯-丙烯腈共聚物(TSAN;如美国专利申请公开2006/0030647 A1中所述制备),并且如下制备:将所有的组分与0.06phr的芳基亚磷酸酯稳定剂(Sandostab
P-EPQ,购自Clariant),0.3phr的脱模剂(四硬脂酸季戊四醇酯),0.03phr的脂环族环氧树脂(Ebecryl
ERL-4221E,购自BASF的子公司Johnson Polymer),2phr的TiO
2,0.00028phr的C.I.溶剂紫36,0.012phr的C.I.颜料蓝28,和0.00005phr的Sicotan
Yellow K 1010(购自BASF)在涂料摇床中干混约3min。将共混的粉末组合物在30mm双螺杆真空通风的挤出机上在280至300℃以约450rpm的螺杆速度在真空下挤出。将挤出物冷却造粒,并在120℃干燥4小时。将粒料在280至310℃的设定温度和82℃的模具温度注塑成试验部件。
表7.p
p注:所有的原材料的量都以每百份中的份数(phr)给出。
表7显示这些FR制剂符合OSU,烟雾和毒性要求。
UV吸收剂的使用实施例8-1至8-5和对比例8-1至8-4示出了具有不同的膜厚度的含UVA的薄膜的数据,所述含UVA的薄膜使用双酚-A聚碳酸酯和不同含量的可商购的UVA(UVAPLAST
388,购自ColorChemInternational;LA-31RG,购自Amfine Chemicals;CYASORB
3638,购自Cytec;UVINUL
3030,购自BASF)制备,如表8中所示。绘制了这些薄膜的吸收光谱(图11)。
表8.
将所述膜置于聚((间苯二甲酸-对苯二甲酸-间苯二酚酯)-共聚-(双酚A碳酸酯))树脂(ITR-BPA-PC树脂)(ITR与BPA-PC的摩尔比为90∶10并含有1wt%的D10硅氧烷)(也称为ITR-硅氧烷树脂)的3.2mm厚的薄片上,并根据ASTM G155-04a标准通过使该膜暴露于UV(1,800kJ/m2)而使其天候老化。色移数据的变化示于表9中,其通过根据ASTM D1925-70标准在ITR-硅氧烷薄片(用含有各种UV截断(cut offs)的表8中的相应膜覆盖)天候老化之前和之后的黄度差测定。该数据表明在384nm的吸光率小于2的含UVA的薄膜给出不可接受的高YI偏移。因此,期望具有更高UV截断的薄膜。
表9.
a吸光度值为2或更大的最高波长。
b含有1wt%D10硅氧烷的ITR:BPA-PC树脂(摩尔比为90∶10)的3.2mm厚的薄片的ΔYI(dYI)偏移。
制备UVA盖层涂覆的片材。具有7.4phr LA-31RG UVA的UVA吸收层如下制备:首先通过干混Mw为35,000的双酚A均聚碳酸酯树脂(100phr),苯并三唑UVA吸收剂(LA-31RG,购自Amfine Chemicals,7.4phr),0.5phr PET脱模剂,和0.1phr的亚磷酸酯热稳定剂(Sandostab
PEP-Q,购自Clariant)制备含有UVA的组合物,接着在操作于约250至约300℃的温度的双螺杆挤出机中混配。然后将UVA覆盖的片材制备成ABA层结构,其中A表示UVA盖层,B表示包括ITR-硅氧烷树脂(ITR与BPA-PC的摩尔比为90∶10并含有1wt%的D
10硅氧烷)的层。
所述片材不使用UVA盖层在具有25mm直径和24∶1的长度-直径比的Werner and Pfleiderer实验室挤出机上,以114Kg/hr的速率制备。将熔融的OSU依从的热塑性组合物挤出通过76cm平的衣架模头(flat coat-hangerdie),使用操作在250至270℃的电加热器受控加热,并通过一对各自的直径为30cm的抛光的钢夹辊,并用105至125℃的循环油受控冷却。通过调节线速度和夹辊开口使片材厚度在1至4.5mm之间变化。
通过将含UVA的组合物进料通过单独的5cm直径的舱外挤出机(outboard extruder)而产生共挤出的样品。将两种聚合物在共挤出进料段接合,所述共挤出进料段用来分配含有OSU依从热塑性聚碳酸酯组合物的层的上面和下面的第二聚合物的薄层。通过调节舱外共挤出机的进料速率和线速度,可以改变共挤出的盖层的厚度。制备三个样品,其各自在OSU依从层上面和下面的盖层厚度为约50,125和250微米(分别为2,5和10mils)。
通过层压制备UVA盖层涂覆的片材具有5phr LA-31RG UVA的UVA吸收层如下制备:首先通过干混Mw为30,000的双酚A均聚聚碳酸酯树脂(100phr),苯并三唑UVA吸收剂(LA-31RG,购自Amfine Chemicals,5phr),和0.1phr的亚磷酸酯热稳定剂(SandostabPEP-Q,购自Clariant)制备含有UVA的组合物,接着在操作于约250至约300℃的温度的双螺杆挤出机中混配。然后通过在热压机中层压将UVA覆盖的片材制备成AB层结构,其中A表示UVA盖层,B表示在ITR 9010中包括1wt%硅氧烷的层。将薄膜和片材在层压之前在约120℃预干燥4h。盖层一侧上的滚筒为约200℃,而片材一侧的滚筒为约150℃。
在两层(AB)和三层(ABA)片材(其中A层表示UVA涂层,B是OSU依从层)上具有和不具有硬涂层的UVA盖层涂覆的片材的OSU评价。测量各厚度的涂覆有或没有涂覆有机硅硬涂层的样品的OSU放热率。对于AB片材,盖层置于OSU腔室中,盖层朝向火焰。图12中的结果表明,涂覆有硬涂层的和没有涂覆有硬涂层的ABA片材样品通过了OSU试验,放热率值小于65/65(2min和峰值)。UVA盖层为250微米厚度的涂覆有硬涂层的和没有涂覆有硬涂层的样品都没有通过OSU峰值放热试验。
在图13中,制备含有LA-31RG UVA的UVA盖层薄膜,并将其层压到如上所述的在ITR 9010树脂中含有1wt%硅氧烷的层。将具有一个含有5wt%LA-31RG UVA的UV盖层的层压物(AB层结构),和具有两个相对的含有7wt%LA-31RG UVA的UV盖层的层压物(ABA层结构)根据OSU试验进行测试,将结果在图13中做比较。可看出,无论UVA含量如何,或者无论所述涂层是为单层还是双层,盖层厚度大于约125微米的样品没有通过OSU试验,而盖层厚度小于约125微米的样品满足或超过OSU 65/65要求。因此,UVA盖层可理想地在盖层厚度小于125微米时提供所需的吸光度。
在图14中,获得吸光度(abs)为2的最大波长与膜厚度的关系曲线表明,在普通的UVA中,苯并三唑例如LA-31RG UVA具有期望的OSU性能。
在本申请中化合物使用标准的命名法描述。使用不在两个字母或符号之间的破折号(″-″)表示取代基的附着点。例如,-CHO通过羰基的碳连接。单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”(“a,”“an,”和“the”)包括多个参考项,否则上下文会另外明确指出。描述相同特征或组分的所有的范围的端点都是独立地可结合的,并且包括所述端点。将所有的参考文献都通过参考并入本申请。本申请中的术语“第一”、“第二”等不指代任何顺序、数量或重要性,而是用于元素彼此之间的区分。记号“±0.12mm”是指所指的测量值可为比所述值低0.12mm至比所述值高0.12mm的量。
虽然已经为了说明的目的记载了典型的实施方式,但是前述描述不应该被认为是对本申请范围的限制。因此,本领域技术人员可以想到各种改进,适应性改变,和可替代的实施方式,但是不会偏离本发明的精神和范围。