CN101831176A - 芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物 - Google Patents
芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物属于低温固化材料的技术领域。组合物的组分包括烯属不饱和双键的聚醚砜化合物和芳基硫醇化合物;其配比按芳基硫醇化合物的巯基与烯属不饱和双键的摩尔比计,为1∶99~1。组分中还可以有聚合引发剂。当吸收光和/或热时可光聚合获得固化物。本发明通过使用特定的芳基硫醇和特定的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物,可以获得光反应活性高、耐热性好、硬度高的聚醚砜材料;从所获得的固化反应性、固化收缩的缓和、与基材的黏附性、透明性等的特征出发,适合于光学材料、涂布材料、阻止剂、UV固化涂料等。
Description
技术领域
本发明属于低温固化材料的技术领域,涉及涂布材料、UV和热固化性涂料、成形材料、粘结剂、墨、光学材料、光造型材料、印刷版材料、阻止剂材料等中使用的固化性组合物,其中特别涉及适合作为光学材料的固化性组合物。更详细地说,涉及一种稳定性优异的固化性组合物,其特征在于,作为成分,含有芳基硫醇化合物和烯属不饱和双键的聚醚砜化合物,利用光而固化。
背景技术
近年通过照射紫外线等的活性光线而固化的组合物,在涂布材料、UV和热固化性涂料、成形材料、粘结剂、墨、阻止剂、光学材料、光造型材料、印刷板材料、齿科材料、聚合物电池材料或聚合物的原料等的广泛用途中使用。例如作为光固化涂料的用途,用作光学材料的用途,用作光学透镜、膜等的涂布材料、光纤维的包层用材料或光纤维、光学透镜等的光学粘结剂等。
这样的固化性组合物,根据上述的光学材料、电子材料的各种用途领域的高性能化的要求,反应性、固化特性、固化物的透射率、折射率等的光学特性、对基材的黏附性、耐热性等的各性能的要求水平也可以提高。
作为这样的光固化性组合物之一,已知含有硫醇化合物作为成分的固化性组合物。
这种固化性组合物是单组分型或双组分型的光固化型。通过光照射,含有多烯属不饱和双键的脂肪族化合物与硫醇化合物进行自由基聚合,在几秒~几分钟的短时间内固化。但是,这样的现有的多烯/多硫醇系的光固化性组合物,存在加工性、固化性优异的另一方面,稳定性差,如果在使用前以液体状态保存,则增稠,容易凝胶化。另外,由液体保存状态的组合物制成的光固化物存在耐热性低的问题。
聚醚砜因具有良好的耐热性、耐湿性和良好的电性能及机械性能在航空航天、通信、电子技术、机械化工等领域获得广泛应用。
但作为一种工程塑料,通常聚醚砜聚合物是无定形聚合物,导致其使用温度较低。为提高其使用温度,一般采用提高主链刚性或加入交联剂使其交联的办法。在其主链中引入刚性结构以提高其使用温度,但是刚性结构的引入会使加工温度升高或溶解性的降低,从而导致其加工性的降低。而引入热可交联基团后,聚合物材料需要一个较高温度的热交联过程,这就限制了其应用。在具有可交联基团的聚醚砜中加入光引发剂后,材料在紫外下能够交联,但是其光敏性较差,双键转化率较低,而且光反应速率太低,仅能应用于少数对光处理速度要求不高的应用要求方面。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服背景技术的不足,通过将可交联聚醚砜与硫醇的复合来提供耐热性好、反应性以及透明性高的固化性组合物。将烯属含双键聚醚砜与芳基硫醇混合,在光和/或热引发剂的作用下,可以大幅提高其光反应速率及双键反应速率。
为了解决上述难题,深入研究的结果发现,通过组合特定的硫醇化合物和含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物,可以获得耐热性好、反应性及透明性高的固化物,进而通过将双键含量限定在合适的范围内,还可以提高耐热性、硬度,从而达到本发明的目的。另外,作为特定的硫醇化合物,特别是在使用芳基硫醇化合物的情况下,还可以增加反应速率。
本发明的固化性组合物,更具体来说,是下述固化组合物,其特征在于,含有:硫醇化合物和含烯属不饱和双键的聚醚砜化合物,并且通过照射光而固化,所述的硫醇化合物是芳基硫醇。
本发明包含下述内容。
1.一种芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物,其特征在于,组分包括烯属不饱和双键的聚醚砜化合物和芳基硫醇化合物;所述的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物结构如通式(1)所示;所述的芳基硫醇化合物结构如通式(2)所示;芳基硫醇化合物与含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物的配比,按芳基硫醇化合物的巯基与烯属不饱和双键的摩尔比计,为1∶99~1;
其中,
R为氢或C1-C4的烷基;R1为亚甲基或异丙基 (1)
x表示分支结构上重复单元占全部重复单元的比例,为1~0.01;
2.上述1所述的固化性组合物,除了芳基硫醇化合物和含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物之外,组分还有光或/和热聚合引发剂。
3.一种芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物的用途,由上述1-2的任一项所述的固化性组合物获得固化物。具体的可以以N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、环丁砜、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮为稀释剂,调配芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物;在基材上涂布芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物形成涂膜,再照射放射线或/和加热使其固化。
这样,本发明通过使用特定的芳基硫醇和特定的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物,可以获得光反应活性高、耐热性好、硬度高的聚醚砜材料。
这是由于,在利用光进行固化时,产生自由基连锁反应,同时与本发明中使用的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物中含有的烯属不饱和双键发生加成反应。即是由于,在现有技术中使用的芳基硫醇化合物的情况下,自由基成长反应中的末端自由基的巯基中的氢的脱去反应很快,所以光反应速度快。
进而,本发明中使用的含有烯属不饱和双键的聚醚砜聚合物,在加入芳基硫醇紫外光照交联后的玻璃化转变温度(Tg)要比纯聚醚砜高。这是由于交联结构的产生导致分子链运动更为困难。而且,本发明中使用的烯属不饱和双键是与苯环共轭的,容易发生与硫醇的加成反应,能更有效的得到稳定的自由基中间体,因此活性更高。所以可以得到高的处理速度的聚醚砜低温固化材料。
本发明的固化性组合物可以用于成形材料、阻止剂(阻焊剂、抗蚀剂、滤色阻止剂、垫片等)、密封剂(防水密封剂等)、涂料(UV和热固化涂料、防污涂料、氟系列涂料等)、粘合剂·粘结剂(粘结剂、刀割胶带等)、印刷板材料(CTP版、平板等)、印刷校正(色彩校样等)、透镜(接触透镜、微透镜、光波导路等)、齿科材料、涂布材料(光纤维涂布、盘涂布等)、电池材料(固体电解质等)等的用途。
特别的,从所获得的固化反应性、固化收缩的缓和、与基材的黏附性、透明性等的特征出发,适合于光学材料、涂布材料、阻止剂、UV固化涂料等。但是,不限定于此。
下面,对本发明中的实施方法进行详细说明。
[含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物]
本发明使用的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物,是能够利用自由基聚合(或交联)反应和加成反应而固化的化合物。它们可以使用结构通式(1)中的1种,或2种以上的组合。
本发明中使用的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物的双键当量(即分支结构上重复单元占全部重复单元的比例X)为1~0.01,优选0.10~0.25。如果双键当量小于0.10,则导致交联密度低,不能达到相当的凝胶含量,如果超过0.25,则导致交联密度大,得到的固化膜较脆而损伤其力学性能。使用了上述优选范围内的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物的固化性组合物,除了黏附性,反应性外,耐热性、硬度也高。另外,本发明中的双键当量,是由下式获得的值:
(A1R分子量)/(A1R分子量+A2R分子量)。
[硫醇化合物]
本发明中使用的硫醇化合物是具有硫醇端基的芳香族化合物。使用的芳基硫醇化合物如前结构通式(2)给出。
由公知,在紫外光照交联的硫醇/烯体系中,芳基硫醇的活性是最高的,这样,在本发明中的自由基聚合反应时,与使用脂肪族的硫醇情况相比,可以获得更高的交联反应速率,而且由于其具有和聚醚砜相似的全芳香结构,这样也就不会对聚合物的耐热性造成太大损害。
对本发明中使用的硫醇化合物的制备方法没有特别的限定,对于芳基硫醇,可以通过例如,4,4’-二巯基二苯砜可以利用4,4’-二氯二苯砜和硫氢化钠在二甲基亚砜(DMSO)120℃中发生的取代反应来获得。对于取代反应的条件没有特别的限定,可以从现有的公知的反应条件中适当选择。
上述的硫醇化合物与含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物的配比,硫醇化合物的巯基与烯属不饱和双键,以摩尔比计,优选1∶99~1的范围内,特别的优选以摩尔比计,在1∶19~4的范围内。
[聚合引发剂]
本发明的固化性组合物可以添加聚合引发剂,可以使用例如光或/和热聚合引发剂。在本发明中优选光聚合引发剂。
光聚合引发剂,通过照射紫外线或可见光或电子束等活性能量线而活性化,树脂成分与其反应,从而可以连锁地发生聚合反应和加成反应,获得固化物。
作为这样的光聚合引发剂的具体例,可以列举出1-羟基环己基苯基酮、2,2’-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、芴、芴酮、苯甲醛、蒽醌、三苯基胺、咔唑、3-甲基苯乙酮、4-氯苯甲酮、4,4’-二甲氧基苯甲酮、4,4’-二氨基苯甲酮、米蚩酮、苯甲酰基丙基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶酰缩-甲醇、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、噻吨酮、二乙基噻吨酮、2-异丙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫基)苯基]-2-吗啉代丙烷-1-酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)丁烷-1-酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮等的单独一种或二种以上的组合。其中,特别优选使用2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦或2,2’-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
另外,也可以利用热而发生聚合反应,从而获得固化物。即,通过添加热聚合引发剂,可以形成固化性组合物,但是根据情况的不同,即使不存在热聚合引发剂,也可以发生加成反应。
作为这样的热聚合引发剂,可以使用偶氮二苯基甲烷、2,2’-偶氮双异丁腈、二甲基-2,2’-偶氮双(2-甲基丙烯酸)等那样的偶氮化合物、或二戊基过氧化物类、酮过氧化物类、过氧化氢类、二烷基过氧化物类、过氧化酯类的有机过氧化物、过硫酸盐等,它们可以单独使用一种,或组合使用二种以上。
作为有机过氧化物的具体例,可以列举出,苯甲酰基过氧化物、3,5,5-三甲基己酰基过氧化物、月桂酰基过氧化物、硬脂酰基过氧化物、辛酰基过氧化物、二正丙基过氧化二碳酸酯、二异丙基过氧化二碳酸酯、双(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯、二-2-乙氧基乙基过氧化二碳酸酯、二-2-乙基己基过氧化二碳酸酯、二-2-甲氧基丁基过氧化二碳酸酯、二(3-甲基-3-甲氧基丁基)过氧化二碳酸酯、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化新癸酸酯、1-环己基-1-甲基以及过氧化新癸酸酯、叔己基过氧化新癸酸酯、叔丁基过氧化新癸酸酯、叔己基过氧化戊酸酯、叔丁基过氧化戊酸酯、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化-2-乙基-己酸酯、1-环己基-1-甲基乙基过氧化-2-乙基-己酸酯、叔己基过氧化-2-乙基-己酸酯等。
对聚合引发剂的使用量没有特别的限定,相对于上述含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物100质量份,优选在0.1~20质量份的范围内,更优选在0.5~10质量份的范围内。这是因为,在聚合引发剂的使用量小于0.1份的情况下,有时聚合速度变慢,或容易受到氧等引起的聚合阻碍。另一方面,如果聚合引发剂的使用量超过20质量份,则相应地聚合反应中的终止反应增加,对所获得的粘度强度、透明性产生影响。即聚合引发剂的优选使用量按质量计为:烯属不饱和双键聚醚砜化合物∶聚合引发剂=1∶0.005~0.1。
另外,本发明的固化性组合物中,根据需要,还可以添加硅烷偶联剂、酸性磷酸酯等的黏附性提高剂、抗氧化剂、固化促进剂、燃料、填充剂、颜料、触变性赋予剂、增塑剂、表面活性剂、润滑剂、防静电剂等的添加剂。
[固化性组合物及其用途]
本发明的固化性组合物可以如下那样配合调制。
可以将本发明中使用的芳基硫醇化合物和含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物和根据需要添加的聚合引发剂,在室温或加热条件下,利用混合器、球磨机或三辊机等的混合机进行混合,添加溶剂等作为稀释剂,溶解,来配置调制。
例如,作为硫醇化合物、含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物的例子,可以为前述的结构通式(2)、结构通式(1)的化合物,作为溶剂的例子,可以列举出,N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺等的酰胺类,四氢呋喃等环状醚类,氯仿,二氯甲烷等卤化烃等,环丁砜,二甲基亚砜,N-甲基吡咯烷酮等。
作为上述的固化性组合物的固化方法,没有特别的限制,可以列举出例如,通过在基材上涂布上述的固化性组合物,形成涂膜后,照射放射线或/和加热,可以使其固化。
关于涂膜的厚度,优选为1-200μm的范围内的值,可以根据用途适当设定。
作为涂布方法,可以列举出例如,模涂、旋涂、喷涂、幕涂、辊涂等的涂布、丝网印刷等的涂布、浸涂等的涂布方法。
作为使用的放射线,没有特别的限定,优选电子束或紫外线~红外线范围的光源。例如,如果是紫外线,则可以使用超高压水银或金属卤化物光源,如果是可见光线,则可以使用金属卤化物或卤素光源,另外,如果是红外线,则可以使用卤素光源等,另外,还可以使用激光、LED等的光源。如果使用红外线,则还可以进行热固化。对于放射线的照射量,可以根据光源的种类、涂膜的膜厚等进行适当设定。
附图说明
图1是本发明的其中一种固化性组合物(实施例8)的紫外交联实时红外谱图。
具体实施方式
下面,通过实施例和比较例来对本发明进行更详细的说明,但是本发明不受这些记载的任何限定。
实施例1~10、比较例1-3:
[1]固化性组合物的调制和评价样品的制作
将表1记载的烯属不饱和双键的聚醚砜化合物(聚合物材料)、表2记载的芳基硫醇化合物和作为聚合引发剂的2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(上海汽巴金化(中国)有限公司,TPO)分别按照表3记载的配合量,在室温搅拌混合到二氯甲烷(上海国药集团)20g中,使其均匀溶解,获得固化性组合物溶液。
进而,将这些固化性组合物溶液按照干燥膜厚约为200μm那样涂布在铝基板(尺寸100mm×25mm)上,在50℃将溶剂真空干燥30分钟,获得实施例1-10和比较例1-3的评价样品。
比较例中使用表1中的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物。
表1
表2
[2]固化性组合物的评定
(1)反应性的测定
用傅里叶红外(FT1R)(5PC-FT-IR红外光谱仪,美国Nicolet仪器公司)测定上述[1]中制作的评价样品的烯属不饱和双键的吸收峰,结果为960cm-1。将该样品用安装有高压水银灯得曝光装置,按照反应为恒稳状态的曝光量(50mW/cm2)进行曝光。根据稀释的烯属不饱和双键的吸收峰的变化量来测定烯属不饱和双键的反应率。其结果示于表3。
双键反应率=[曝光后的吸收峰强度/曝光前的吸收峰强度]×100%。
(2)附着力的测定
将上述[1]中制作的评价样品用安装有高压水银灯的曝光装置,以50mW/cm2的曝光强度曝光10分钟。将固化了的各样品的固化膜进行附着力测试机(QFI-II型漆膜附着力试验仪,天津市精科材料试验机厂)测试附着强度。结果示于表3。
(3)摆杆硬度的测定
将上述[1]中制作的评价样品用安装有高压水银灯的曝光装置,以50mW/cm2的曝光强度曝光10分钟。将获得的固化物在下述条件下测定。结果示于表3。
测定器:摆杆硬度计(QBY型漆膜摆式硬度计,天津市精科材料试验机厂)
判定:在规定的条件下,以一定重量的摆杆在涂膜上摆动一定的振幅所需的时间与摆杆在玻璃板上摆动同样的振幅所需时间的比值。以0-1表示。
(4)玻璃化转变温度(Tg)的测定
将上述[1]中制作的评价样品用安装有高压水银灯的曝光装置,以50mW/cm2的曝光强度曝光10分钟。将获得的固化物用DSC测定。结果示于表3。测定条件如下。
测定器:Mettler Toledo DSC821e
升温开始温度:20℃
升温速度:20℃每分钟。
表3
表3中,双键反应率:双键的红外吸收峰强度的变化(曝光后/曝光前)×100%
黏附强度:在铝基板上的黏附强度
在表3中,显示了含有烯属不饱和双键聚醚砜化合物(聚合物)与硫醇化合物反应了的固化物的烯属不饱和双键的反应率、黏附强度、摆杆硬度和玻璃化转变温度(Tg)的测定值。
根据表3所示的测定结果,可知在将实施例1与比较例1进行比较的情况下,本发明的双键反应率更高,本发明的组合物具有更好的双键反应性。这是由于硫醇的存在,由于硫醇基的链转移引起的脱氢,从而产生自由基,以及本发明的含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物的双键和苯环共轭有利于聚合。
另一方面,在附着力方面,通过将实施例1与比较例1进行比较,可知本发明的硫醇化合物的添加有利于附着强度的提高。这是由于硫醇基发生自由基聚合物反应的同时,还发生加成反应。
另外,关于表面硬度,通过将实施例与比较例比较,可知本发明的硫醇化合物的添加有利于表面硬度的提高。这是由于不仅自由基聚合,而其还进行加成反应,因此聚合度不增加,更进一步的是,硫醇在紫外交联体系中可以有效终止氧气的阻聚作用,可以大大的提高自由基的引发效率,所以添加硫醇的聚合物表面比不添加硫醇的聚合物表面更致密,因而硬度更高。
另外,如比较例1、2、3所知,如果不添加硫醇的情况下,聚合物在光引发剂的作用下,并不能发生有效的紫外交联,交联后的Tg比交联前的Tg仅有少许提高(纯聚醚砜Tg为225℃),而如实施例1所示,在添加硫醇后,聚合物的Tg值由220℃提高到240℃以上,得到的固化膜摆杆硬度、玻璃化转变温度Tg(耐热性)都有了很大提高。而比较例1,2,3的摆杆硬度较各实施例都要低,这是由于氧气阻聚导致涂膜表层固化不完全而致使表层性能欠佳。
尤其此处合成的三硫醇的实施例8,在三硫醇的与A-PES-15的摩尔比1∶1的紫外交联实时曲线,选择将添加1wt%TPO的A-PES-15的紫外交联曲线和纯A-PES-15聚合物的紫外交联曲线列于图1中。图1给出室温下A-PES-15,添加1wt%TPO的A-PES-15以及添加1wt%TPO A-PES/TMPSPB的紫外交联实时红外图(I=50mW/cm2)。从图1中可以看到在A-PES-15的纯树脂体系中紫外交联反应进行很慢,辐照60分钟后其双键转化率才仅仅10%,加入1%的TPO后,聚合物能进行较快的紫外交联,但是由于聚醚砜树脂的高Tg,交联在15分钟左右达到拐点,60分钟的双键转化率达到34%左右,但是在加入TMPSPB的硫醇/烯烃体系的紫外交联速率获得了极大的改善,其在5分钟时的转化率达到75%左右。这种现象可以解释为硫醇在空气中紫外交联体系中能够有效的减少氧阻聚的影响,同时由于硫醇交联为点击加成反应能有效的延迟聚合物体系凝胶点的出现有利于交联的进一步进行。
因此,本发明的含有含烯属不饱和双键的聚醚砜和硫醇化合物的固化性组合物,双键反应性、耐热性优异,另外,通过调整双键当量最适化,可以提供摆杆硬度高、附着力也优异的固化物。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物,其特征在于,组分中还有聚合引发剂。
3.根据权利要求1或2所述的芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物,其特征在于,所述的烯属不饱和双键聚醚砜化合物,分支结构上重复单元占全部重复单元的比例X=0.10~0.25;所述的芳基硫醇化合物与含有烯属不饱和双键的聚醚砜化合物的配比,按芳基硫醇化合物的巯基与烯属不饱和双键的摩尔比计,为1∶19~4。
4.根据权利要求2所述的芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物,其特征在于,所述的聚合引发剂是2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦或2,2’-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
5.根据权利要求1或2所述的芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物,其特征在于,所述的芳基硫醇化合物是三硫醇。
6.一种权利要求1的芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物的用途,由芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物获得固化物。
7.根据权利要求6所述的芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物的用途,其特征在于,以N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、环丁砜、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮为稀释剂,调配芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物;在基材上涂布芳基硫醇-烯属不饱和双键聚醚砜的固化性组合物形成涂膜,再照射放射线或/和加热使其固化。
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