CN103328570A - 异山梨醇聚碳酸酯的紫外线稳定性 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了适当地被保护以免受UV-诱导的变色和降解的聚合物组合物。这样的树脂包含异山梨醇聚合物和一种或多种受阻胺。这些树脂组合物用于制造各种成形、成型和/或模塑的制品。
Description
技术领域
本发明涉及UV稳定的基于异山梨醇的聚合物组合物的发展和用途。
背景技术
需要生物来源的物质,因为这是生产产品更为环境友好的方法。异山梨醇源自基于生物的来源,即糖,而非源自用于制备其它聚合物单元的石油原料。基于异山梨醇的物质和产品具有低的净环境影响,并且可以通过塑料制造工业用作可再生资源。这些物质和产品可以用于生产聚合物材料例如聚碳酸酯。聚碳酸酯用于多种应用,例如眼镜镜片和光学介质,其中它们的透明度和韧性物理性质是有益的。
光诱导的降解对于所有的聚碳酸酯聚合物是个通用问题,不管是非异山梨醇基础聚合物还是异山梨醇基础聚合物。由于UV辐射导致聚碳酸酯的链断裂加速,最初易延展的聚碳酸酯会变得脆性。这些聚合物在材料的表面发生降解。可以使用光稳定剂,但是仅有限的选择可用于避免不利地影响加工性(即,通过分子量下降而减小熔体粘度),和长期热老化。聚合物中的的HALS也用作聚烯烃(聚乙烯,聚丙烯)中的UV稳定剂。它们中的一些也已经作为这些聚合物的阻燃剂出售。仅之前用于聚碳酸酯的HALS是针对用作阻燃剂的目的的基于哌嗪酮的HALS并且不可提供足够的UV保护。在基于非异山梨醇的聚碳酸酯中,不包括使用空间受阻胺(HALS),因为HALS显著加速聚碳酸酯的水解。
因此,需要提供适当地被保护以免受UV-诱导的变色和降解的聚合物组合物。
发明内容
本申请提供了组合物,其包含异山梨醇聚合物和一种或多种受阻胺。一种或多种受阻胺(HALS)可以具有选自以下的化学式:
其中R4是氢,烃氧基,羟基,具有1至20个碳原子的烷基,具有3至8个碳原子的链烯基或炔基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,具有1至10个碳原子的脂族酰基,具有7至13个碳原子的芳族酰基,具有2至9个碳原子的烷氧基羰基,具有7至15个碳原子的芳氧基羰基,具有2至13个碳原子的烷基、芳基、环烷基或芳基烷基取代的氨基甲酰基,具有1至5个碳原子的羟基烷基,2-氰基乙基,具有3至10个碳原子的环氧烷基,或具有4至30个碳原子的聚环氧烷烃基团;
R5是氢或具有1至4个碳原子的烷基;
R6是氢,羟基,或具有1至4个碳原子的烷氧基,
其中R是甲基或酰基;或
其中当R6是氢时,X是选自-Z-R7-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-R9-C(=O)-N(R8)-,-R7-C(=O)-N(R8)-,或-C(=O)-N(R8)-的二价基团,
Z是-O-,-N(R10)-,或-N(R12)-R11-N(R12)-,当R6是羟基或烷氧基时,X是选自-R7-C(=O)-N(R8)-或-C(=O)-N(R8)-的二价基团,
R7是具有1至4个碳原子的亚烷基二基,R8选自氢,具有1至8个碳原子的伯烷基或仲烷基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,或具有5至12个碳原子的环烷基,R9选自直接键或以下取代或未取代的基团:具有1至14个碳原子的亚烷基,具有4至10个碳原子的氧二亚烷基,具有4至10个碳原子的硫代二亚烷基,具有2至10个碳原子的亚烯基,邻-亚苯基,间-亚苯基,对-亚苯基,其中R9的取代基选自低级烷基,低级烷氧基,羟基,溴,氯,巯基,或低级烷基巯基。
R10和R12选自氢,具有1至10个碳原子的烷基,具有6至12个碳原子的芳基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,和具有5至12个碳原子的环烷基,
R10可以是2-氰基乙基的基团或下式的基团:
R11是具有2至12个碳原子的亚烷基。
组合物中HALS的分子量可以低于0.3%。HALS的重均分子量(Mw)可以低于2000g/mol。
组合物中的聚合物可以包含至少20重量%的基于生物的单元。基于生物的单元可以是异山梨醇。
聚合物的异山梨醇得自以下异山梨醇的至少一种:1,4:3,6-二脱水-D-山梨醇;2,6-二氧杂双环[3.3.0]辛-4,8-二醇;1,4:3,6-二脱水-D-葡萄糖醇;2,3,3a,5,6a-六氢呋喃并[3,2-b]呋喃-3,6-二醇,及其异构体。聚合物可以是均聚物或共聚物。聚合物可以是聚碳酸酯。聚碳酸酯可以是
其中n大于1。聚碳酸酯可以是
其中Z1是芳族化合物,n大于1。
组合物可以进一步包括至少一种抗冲改性剂。抗冲改性剂可以是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS),ABS共聚物(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯共聚物(AES),苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS),苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN),或其组合。抗冲改性剂可以是MBS。抗冲改性剂可以是SEBS。
组合物也可以包含至少一种UV稳定剂。UV稳定剂可以是羟基二苯甲酮,羟基苯基苯并三唑,氰基丙烯酸酯,草酰替苯胺,羟基苯基三嗪,或其组合。
任选地,组合物可以不包括以下UV稳定剂中的一种或多种:
(也称为Cyasorb5411(Cytec)或Tinuvin329(Ciba)(Mw323.4原子质量单位(amu);熔点(mp)为101-105℃));
(也称为Tinuvin234(Ciba)或Tinuvin900(Ciba)(Mw=447.6;mp=135-143℃);
(Cyasorb UV-3638);和
(Uvinul3030)。
本申请提供了包含本申请描述的组合物的制品,所述组合物包含异山梨醇聚合物和一种或多种受阻胺。
本申请也提供了制造制品的方法。该方法可挤出本申请描述的组合物,并将挤出的组合物模塑为制品,其中所述组合物包含异山梨醇聚合物和一种或多种受阻胺。
本申请也提供了组合物,其包含90至95wt%的异山梨醇聚碳酸酯;4至8wt%的SEBS抗冲改性剂;任选的0.1至0.6wt%的抗氧化剂;任选的2wt%至6wt%的二氧化钛;任选的0.1至0.5wt%的增塑剂、润滑剂和/或脱模剂和/或其它添加剂;和0.1至0.5wt%的HALS770。组合物可以进一步包含0.15至0.30wt%的HALS770。组合物可以进一步包含0.01至0.05wt%的NaOH,其中NaOH是在水中的33wt%溶液。本申请也提供了包含前述组合物的制品。
具体实施方式
本申请公开了包含受阻胺(HALS)的基于异山梨醇的聚合物组合物。该组合物可以是树脂的形式,可以将该树脂制造成对由紫外光(UV)诱导的变色和降解具有耐受性的制品。发明人已经发现,特定的HALS可以赋予基于异山梨醇的聚合物以及源自包含这些特定HALS和聚合物的组合的树脂的制品以UV保护。
1.定义
本申请使用的术语仅针对描述特定实施方式的目的而不意在限制。如说明书和所附权利要求书中使用,除非上下文明确指出,否则单数形式“一个”、“一种”和“这个”包括复数指代物。
本申请所用的术语“烷基”可以表示线性、支化、或环状基团,例如甲基,乙基,正丙基,异丙基,正丁基,异丁基,叔丁基,正戊基,异戊基,正己基,异己基,环戊基,环己基等。
本申请所用的“链烯基”可以是包含一个或多个双键的直链或支化的烃基链。每个碳-碳双键可以在链烯基部分内具有相对于双键碳上取代的基团而言顺式或反式的几何结构。链烯基的非限制性实例包括乙烯基,2-丙烯基,3-丙烯基,1,4-戊二烯基,1,4-丁二烯基,1-丁烯基,2-丁烯基,和3-丁烯基。
本申请所用的“亚烯基”可以是二价不饱和烃基链,该烃基链可以是线性的或支化的并且具有至少一个碳-碳双键。亚烯基的非限制性实例包括─C(H)=C(H)─,─C(H)=C(H)─CH2─,─C(H)=C(H)─CH2─CH2─,─CH2─C(H)=C(H)─CH2─,─C(H)=C(H)─CH(CH3)─,和─CH2─C(H)=C(H)─CH(CH2CH3)─。
本申请所用的“炔基”可以是包含一个或多个三键的直链或支化的烃基链。炔基的非限制性实例包括乙炔基,1-丙炔基,2-丙炔基,3-丙炔基,癸炔基,1-丁炔基,2-丁炔基,和3-丁炔基。
本申请所用的“亚炔基”可以是二价不饱和烃基,该烃基可以是线性的或支化的并且具有至少一个碳-碳三键。代表性的亚炔基包括,例如,─C≡C─,─C≡C─CH2─,─C≡C─CH2─CH2─,─CH2─C≡C─CH2─,─C≡C─CH(CH3)─,和─CH2─C≡C─CH(CH2CH3)─。
本申请所用的“C3-C6环烷基”和“C3-6环烷基”可以表示环丙基,环丁基,环戊基和环己基。
本申请所用的“碳环”或“碳环形的”或“碳环基”可以是包含0个杂原子环原子的饱和的(例如,“环烷基”),部分饱和的(例如,“环烯基”或“环炔基”)或完全不饱和的(例如,“芳基”)环系统。“环原子”或“环成员”是结合在一起形成一个或多个环的原子。碳环基可以是但不限于,单环,两个稠环,或桥接环或螺环。取代的碳环基可以具有顺式或反式的几何结构。碳环基的代表性实例包括但不限于,环丙基,环丁基,环戊基,环己基,环庚基,环辛基,环戊烯基,环戊二烯基,环己二烯基,金刚烷基,十氢化萘基,八氢化茚基,环己烯基,苯基,萘基,茚满基,1,2,3,4-四氢萘基,茚基,异茚基,十氢化萘基,和降蒎烷基。碳环基可以通过任何可取代的碳环原子连接于母分子部分。
本申请所用的“碳环基烷基”可以是通过亚烷基悬挂于母分子部分的碳环基。例如,C3-C6碳环基,C1-C6烷基是指通过C1-C6亚烷基悬挂于母分子部分的C3-C6碳环基。
本申请所用的“环烯基”可以是非芳族的、部分不饱和的碳环基部分,其具有0个杂原子环成员。环烯基的代表性实例包括但不限于,环丁烯基,环戊烯基,环己烯基,和八氢萘基。
本申请所用的“环烷基”可以是包含0个杂原子环成员的饱和的碳环基。环烷基的非限制性实例包括环丙基,环丁基,环戊基,环己基,环庚基,环辛基,十氢化萘基和降蒎烷基。
本申请所用的“卤代”可以是取代有一个或多个独立选择的卤素基团的取代基的前缀。例如,“C1-C6卤代烷基”表示C1-C6烷基取代基,其中一个或多个氢原子由独立选择的卤素基团替代。C1-C6卤代烷基的非限制性实例包括氯甲基,1-溴甲基,氟甲基,二氟甲基,三氟甲基,和1,1,1-三氟乙基。应该知道,如果取代基由多于一个卤素基团取代,则那些卤素基团可以是相同的或不同的(除非另有说明)。
本申请所用的“卤素”或“卤素原子”可以表示氟,氯,溴或碘原子。
本申请所用的“杂芳基”可以表示任何芳族杂环,其可以包括任选苯并缩合的5元或6元杂环,该杂环具有1至3个选自N、O或S的杂原子。杂芳基的非限制性实例可以包括吡啶基,吡嗪基,嘧啶基,哒嗪基,吲哚基,咪唑基,噻唑基,异噻唑基,吡咯基,苯基-吡咯基,呋喃基,苯基-呋喃基,唑基,异唑基,吡唑基,噻吩基,苯并噻吩基,异吲哚满基,苯并咪唑基,喹啉基,异喹啉基,1,2,3-三唑基,1-苯基-1,2,3-三唑基等。
本申请所用的“杂环”或“杂环的”或“杂环基”可以是部分饱和的(例如,“杂环烯基”或“杂环炔基”)或完全不饱和的(例如,“杂芳基”)环系统,其中至少一个环原子是杂原子(即,氮,氧或硫),剩余的环原子独立地选自碳,氮,氧和硫。杂环可以是但不限于,单环,两个稠环,或桥接环或螺环。杂环基团可以经基团中任何可取代的碳或氮原子连接于母分子部分。
杂环基可以是但不限于,包含单个环的单环。单环的非限制性实例包括呋喃基,二氢呋喃基,四氢呋喃基,吡咯基,异吡咯基,吡咯啉基,吡咯烷基,咪唑基,异咪唑基,咪唑啉基,咪唑烷基,吡唑基,吡唑啉基,吡唑烷基,三唑基,四唑基,二硫醇基,硫醇基(oxathiolyl),唑基,异唑基,噻唑基,异噻唑基,噻唑啉基,异噻唑啉基,噻唑烷基,异噻唑烷基,噻二唑基,噻唑基(oxathiazolyl),二唑基(包括1,2,3-二唑基,1,2,4-二唑基(也称为“二唑基”),1,2,5-二唑基(也称为“呋咱基”),和1,3,4-二唑基),三唑基(包括1,2,3,4-三唑基和1,2,3,5-三唑基),二唑基(包括1,2,3-二唑基,1,2,4-二唑基,1,3,2-二唑基,和1,3,4-二唑基),硫醇烷基(oxathiolanyl),吡喃基(包括1,2-吡喃基和1,4-吡喃基),二氢吡喃基,吡啶基,哌啶基,二嗪基(包括哒嗪基(也称为“1,2-二嗪基”),嘧啶基(也称为“1,3-二嗪基”),和吡嗪基(也称为“1,4-二嗪基”)),哌嗪基,三嗪基(包括s-三嗪基(也称为“1,3,5-三嗪基”),as-三嗪基(也称为1,2,4-三嗪基),和v-三嗪基(也称为“1,2,3-三嗪基),嗪基(包括1,2,3-嗪基,1,3,2-嗪基,1,3,6-嗪基(也称为“五唑基”),1,2,6-嗪基,和1,4-嗪基),异嗪基(包括邻-异嗪基和对-异嗪基),唑烷基,异唑烷基,噻嗪基(包括1,2,5-噻嗪基或1,2,6-噻嗪基),二嗪基(包括1,4,2-二嗪基和1,3,5,2-二嗪基),吗啉基,氮杂基,氧杂基,硫杂基,和二氮杂基。
杂环基也可以是但不限于,包含两个稠环的双环,例如,萘啶基(包括[1,8]萘啶基,和[1,6]萘啶基),噻唑并嘧啶基,噻吩并嘧啶基,嘧啶并嘧啶基,吡啶并嘧啶基,吡唑并嘧啶基,吲嗪基,氮茚基,吡喃并吡咯基,4H-喹嗪,嘌呤基,吡啶并吡啶基(包括吡啶并[3,4-b]-吡啶基,吡啶并[3,2-b]-吡啶基,和吡啶并[4,3-b]-吡啶基),吡啶并嘧啶,和蝶啶基。稠环杂环的其它非限制性实例包括苯并稠合的杂环基,例如吲哚基,异吲哚基,假吲哚基(也称为“异氮杂茚基”),异吲唑基(也称为“苯并吡唑基”),苯并吡咯基(benzazinyl)(包括喹啉基(也称为“1-苯并吡咯基”)和异喹啉基(也称为“2-苯并吡咯基”)),苯并咪唑基,二氮杂萘基,喹喔啉基,苯并二嗪基(包括噌啉基(也称为“1,2-苯并二嗪基”)和喹唑啉基(也称为“1,3-苯并二嗪基”)),苯并吡喃基(包括“色烯基”和“异色烯基”),苯并硫代吡喃基(也称为“硫代色烯基”),苯并唑基,吲哚并嗪基(也称为“苯并异唑基”),蒽基,苯并二氮杂环戊二烯基,苯并二烷基,苯并二唑基,苯并呋喃基(也称为“香豆冉酮基”),异苯并呋喃基,苯并噻吩基(也称为“苯并噻吩基”,“苯并噻吩基”,和“苯并噻吩基”),异苯并噻吩基(也称为“异苯并噻吩基”,“异苯并噻吩基”,和“异苯并噻吩基”),苯并噻唑基,苯并噻二唑基,苯并咪唑基,苯并三唑基,苯并嗪基(包括1,3,2-苯并嗪基,1,4,2-苯并嗪基,2,3,1-苯并嗪基,和3,1,4-苯并嗪基),苯并异嗪基(包括1,2-苯并异嗪基和1,4-苯并异嗪基),和四氢异喹啉基。
杂环基可以包含一个或多个硫原子作为环成员;在一些情况下,硫原子被氧化为SO或O2。杂环基中的氮杂原子可以是或可以不是季铵化的,可以是或可以不氧化为N-氧化物。而且,氮杂原子可以是或可以不是N-保护的。
烃基部分中的碳原子数目可以由前缀“Cx-Cy,”或“Cx-y”指出,其中x是该部分中碳原子数的最小值,y是最大值。因此,例如,“C1-C6烷基”和“C1-6烷基”是指包含1至6个碳原子的烷基取代基。进一步说明,C3-C6碳环表示包含3至6个环碳原子的碳环。连接于多组分取代基的前缀仅作用于紧随该前缀之后的第一组分。为说明,术语“碳环基烷基”包含两种组分:碳环基和烷基。因此,例如,C3-C6碳环基C1-C6烷基是指通过C1-C6烷基悬挂于母分子部分的C3-C6碳环基。
本申请所用的“聚碳酸酯”可以表示包含通过碳酸酯连接基链接的一个或多个聚合物结构单元或单体的残基的低聚物或聚合物。
本申请所用的“直链或支化的C1-C3烷基”或“直链或支化的C1-C3烷氧基”可以表示甲基,乙基,正丙基,异丙基,甲氧基,乙氧基,正丙氧基和异丙氧基。除非另有说明,否则各前述基团可以是未取代或取代的,条件是取代基未显著不利地影响化合物的合成、稳定性、或用途。
本申请所用的“取代的”可以表示所指原子或基团上的任何至少一个氢由另一基团取代,条件是未超过指定原子的正常价态。例如,当取代基是氧代(即,=O),那么原子上的两个氢被取代。取代基和/或变量的组合是允许的,条件是取代不会显著不利地影响化合物的合成或用途。
术语“结构单元”和“单体”可在本申请互换使用。
为陈述本申请的数值范围,可明确地预期具有相同精确度的其间的各中间数值。例如,对于范围6-9,除了6和9之外还可预期数值7和8,对于范围6.0-7.0,可明确地预期数值6.0,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,6.6,6.7,6.8,6.9,和7.0。
2.UV-稳定的异山梨醇聚合物组合物
本发明涉及光致抗蚀组合物,其包含一种或多种包含异山梨醇的聚合物和一种或多种特定HALS的组合。聚合物可以是聚碳酸酯。HALS保护基于异山梨醇的聚合物免受UV-诱导的变色和降解。组合物可以进一步包含其它添加剂,例如一种或多种抗冲改性剂和/或UV稳定剂。
a.包含异山梨醇的聚合物的组分
包含异山梨醇的聚合物可以包含至少一种包含异山梨醇的单体。包含异山梨醇的单体可以由异山梨醇双酚和与异山梨醇-双酚反应的化合物的聚合反应形成,其中形成单体并使单体聚合以制备包含异山梨醇的聚合物(“聚合物1”)。包含异山梨醇的聚合物可以是均聚物或共聚物。为形成共聚物,可以使其它单体(例如,其可以是非包含异山梨醇的单体)与至少一种异山梨醇-双酚和与异山梨醇-双酚反应的化合物在聚合条件下反应。聚合条件由聚合方法的类型规定,例如界面聚合或熔融聚合,这些更详细地描述于2010年12月10日提交的美国专利12/965,574,完全通过参考并入本申请。
包含异山梨醇的聚合物可以是聚碳酸酯聚合物。聚碳酸酯聚合物可以包括异山梨醇单元,源自C14-44脂族二酸、C14-44脂族二醇,或其组合的脂族单元;和任选的不同于异山梨醇和脂族单元的另外的单元(“聚合物2”)。异山梨醇单元、脂族单元、和另外的单元可以各自包含碳酸酯,或碳酸酯和酯单元的组合。聚碳酸酯聚合物可以是均聚物或共聚物。
(1)聚合物1的组分
(a)异山梨醇-双酚
异山梨醇-双酚可以由式(I)表示:
其中R1是异山梨醇,R2-R9可以独立地选自氢,卤素,C1-C6烷基,甲氧基,乙氧基,烷基酯和芳基烷基。双酚的pKa可以为8至11。
(b)与异山梨醇-双酚反应的化合物
与异山梨醇-双酚反应的化合物可以与式(I)的异山梨醇-双酚反应。与异山梨醇-双酚反应的化合物可以是以下的一种或多种:光气,三光气,二酰卤,二卤代甲酸酯,二氰酸酯,二酯,二环氧化物,二芳基碳酸酯,二酐,二羧酸,和/或二酰氯。与异山梨醇-双酚反应的化合物和异山梨醇-双酚可以在聚合条件下反应以形成聚合物结构单元,该单元可以聚合。
(c)异山梨醇单元
异山梨醇单元可以源自异山梨醇。异山梨醇单元可以是以下的一种或多种的衍生物:1,4:3,6-二脱水-D-山梨醇;2,6-二氧杂双环[3.3.0]辛-4,8-二醇;1,4:3,6-二脱水-D-葡萄糖醇;2,3,3a,5,6a-六氢呋喃并[3,2-b]呋喃-3,6-二醇,和/或其异构体。
异山梨醇单元可以源自异山梨醇,异山梨醇的混合物,异山梨醇的异构体的混合物和/或源自单独的异山梨醇的异构体。式III的基于异山梨醇的碳酸酯单元的立体化学不特别受限。特别地,异山梨醇具有通式III:
并且可以是单一二醇异构体或二醇异构体的混合物。式III的异山梨醇的立体化学也不特别受限。这些二醇可以通过相应己糖醇的脱水反应制备。己糖醇工业上由相应糖(己醛糖)制备。式III的脂族二醇包括式IV的1,4:3,6-二脱水-D-葡萄糖醇;式V的1,4:3,6-二脱水-D甘露醇;和式VI的1,4:3,6-二脱水-L艾杜糖醇,及其任何组合。异山梨醇可商购自各种化学供应商,包括ArcherDaniels Midland Company,Cargill,Roquette,和Shanxi。
式IV的二醇可能是所需的,因为其为硬质的、化学和热稳定的脂族二醇,可用于制备较高玻璃化转变温度(Tg)的共聚物,与式V和VI的其它二醇相比。
异山梨醇的湿含量可以小于5%。
异山梨醇的pKa值可以大于12。
异山梨醇可以由源自淀粉的生物质通过水解、氢化、和脱水反应制备。例如,
由很多商业供应商提供的异山梨醇可以包含山梨醇,山梨醇的存在可能是由于未完全转化为异山梨醇。山梨醇可以反应,从而在升高的温度和延长的反应时间形成各种反应混合物的源自山梨醇的颜色体。可以测试异山梨醇是否存在山梨醇并对其进行处理以降低聚合之前山梨醇的浓度。可以处理异山梨醇以降低山梨醇的浓度,而不管其是否存在。异山梨醇中的山梨醇含量可以通过有机纯度测量方法例如色谱法测得。这样的色谱方法包括气相色谱法,和高效液相色谱法。
(d)双酚聚合物单元
双酚聚合物结构单元可以具有下式(VII):
其中R选自氢,C1-C6烷基,和芳族化合物。芳族化合物可以是取代的芳族化合物,例如苯酚。苯酚可以是取代的。芳族化合物可以取代有羟基,烷氧基,烷氧基羰基,芳基烷基,卤素,硫醚,硫酸酯,硝酸酯,氨基,腈,和/或硝基。芳族化合物可以包含每个烷基取代基具有一个或多个碳原子的烷基取代基。芳族化合物可以是单环的或多环的并且可以包含一个或多个烷基取代基。例如,第二反应物可以是单烷基、二烷基、三烷基、或四烷基取代的芳族烃,例如二甲基苯,三甲基苯,二甲基萘,三甲基萘,四甲基萘,二乙基苯,单甲基苯,单乙基苯,单甲基萘,二乙基萘,甲基菲,二甲基蒽,二甲基芘,四乙基菲,二甲基,四乙基芘,三甲基蒽,二乙基-二甲基菲,甲基乙基苯,甲基乙基萘等。烷基取代基可以具有2个或更多个碳原子。芳族化合物可以是杂环的。
第二反应物的pKa值可以使得,当第二反应物与第一反应反应时,制得的双酚的pKa值为8至11。第二反应物可以是甲基-4-羟基苯甲酸酯。
(e)其它单体
可以相同或不同的上述一种或多种异山梨醇-双酚结构单体单元可以与一种或多种其它非包含异山梨醇的单体化合物(“其它单体”)(例如第二、第三、第四、第五、第六等单体化合物)聚合。针对结合到产物聚合物中,可以任选地选择其它单体或化合物。因此,聚合物或聚碳酸酯可以是包含异山梨醇的共聚物。
异山梨醇-双酚单体和其它单体可以无规地结合到聚合物中。例如,共聚物可以按统计学分布的交替序列排列,这与聚合物链中存在的结构单元的摩尔比无关。无规共聚物可以具有结构,该结构可以由存在按照统计学分布的包含异山梨醇的单体(I-I)和其它单体(O-O)的几个嵌段序列和交替序列(I-O)或(O-I)指示。在无规x:(1-x)共聚物中,其中x是其它单体的摩尔百分比,1-x是包含异山梨醇的单体的摩尔百分比,例如可以使用通过13C NMR确定的峰面积值计算各单体的分布。
共聚物可以具有含有规则的交替的I和O单元(-I-O-I-O-I-O-I-O-)的交替共聚物,I和O单元以重复序列排列(例如具有下式的周期共聚物:(I-O-I-O-O-I-I-I-I-O-O-O)n))。共聚物可以是统计学共聚物,其中单体残基的序列遵循统计学规则。例如,如果在链中特定点发现给定类型单体残基的概率等于链中该单体残基的摩尔分数,那么聚合物可以称为真实无规共聚物。共聚物可以是包括通过共价键连接的两个或更多个均聚物子单元(-I-I-I-I-I-O-O-O-O-O-)的嵌段共聚物。均聚物子单元的联合可能需要中间的非重复子单元,称为连接嵌段。具有两个或三个独特嵌段的嵌段共聚物分别称为二嵌段共聚物和三嵌段共聚物。
其它单体可以是二羟基化合物。二羟基化合物可以由式(II)表示:
其中Z2可以是芳族化合物或脂族化合物。
二羟基化合物可以是4,4’(3,3,5-三甲基环己叉)二苯酚;4,4’-二(3,5-二甲基)二苯酚,1,1-二(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷,1,1-二(4’羟基-3’甲基苯基)环己烷(DMBPC),4,4’-1-甲基-4-(1-甲基-乙基)-1,3-环己烷二基]双酚(1,3BHPM),4-[1-[3-(4-羟基苯基)-4-甲基环己基]-1-甲基-乙基]-苯酚(2,8BHPM),3,8-二羟基-5a,10b-二苯基-香豆满合-2’,3’,2,3-香豆满(DCBP),2-苯基-3,3-二(4-羟基苯基)庚烷,2,4’-二羟基二苯基甲烷,二(2-羟基苯基)甲烷,二(4-羟基苯基)甲烷,二(4-羟基-5-硝基苯基)甲烷,二(4-羟基-2,6-二甲基-3-甲氧基苯基)甲烷,1,1-二(4-羟基苯基)乙烷,1,1-二(4-羟基-2-氯苯基)乙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(BPA),2,2-二(3-苯基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基-3-甲基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基-3-乙基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基-3-异丙基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基-3,5-二甲基苯基)丙烷,2,2-二(3,5,3’,5’-四氯-4,4’-二羟基苯基)丙烷,二(4-羟基苯基)环己基甲烷,2,2-二(4-羟基苯基)-1-苯基丙烷,2,4-二羟基苯基砜,4,4’-二羟基二苯基砜(BPS),二(4-羟基苯基)甲烷(双酚F,BPF),4,4’二羟基-1,1-联苯,2,6-二羟基萘,对苯二酚,间苯二酚,C1-3烷基取代的间苯二酚,3-(4-羟基苯基)-1,1,3-三甲基茚满-5-醇,1-(4-羟基苯基)-1,3,3-三甲基茚满-5-醇,和2,2,2’,2’-四氢-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二[1H-茚]-6,6’-二醇。二羟基化合物可以是1,3-丙二醇,1,2-丙二醇,2,2-二乙基-1,3-丙二醇,2,2-二甲基-1,3-丙二醇,2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇,2-乙基-2-异丁基-1,3-丙二醇,1,3-叔丁二醇,1,4-丁二醇,1,5-戊二醇,1,6-己二醇,2,2,4-三甲基-1,6-己二醇,1,3-环己烷二甲醇,1,4-环己烷二甲醇,或2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇。
异山梨醇-双酚可以聚合形成均聚物,异山梨醇-双酚可以与一种或多种其它异山梨醇-双酚结构单元聚合和/或其可以与一种或多种其它非包含异山梨醇的单体聚合以形成共聚物。均聚物可以通过选择单一可聚合的包含异山梨醇的单体和使其反应制备。共聚物可以通过选择两种或更多种不同可聚合单体并使其反应制备,其中至少一种单体是包含异山梨醇的单体,例如包含异山梨醇双酚的结构单元。包含异山梨醇的聚合物可以是聚碳酸酯,聚氨酯,聚脲,多芳基化合物,聚酯,聚醚,聚醚酰胺,聚甲醛,和聚苯醚。
聚碳酸酯可以是
其中n大于1。
聚碳酸酯可以是
其中Z1是芳族化合物,n大于1。
聚合物的重均分子量(Mw)可以为约3,000至约150,000,为约10,000至约125,000,为约50,000至约100,000,或为约75,000至约90,000,和玻璃化转变温度(Tg)为约80℃至约300℃,为约100℃至约275℃,为约125℃至约250℃,为约150℃至约225℃,或为约175℃至约200℃。聚合物可以具有高机械强度。弹性模量可以为约2.0GPa至约6Gpa或约3.0GPa至约5Gpa,通过例如仪器压痕技术(instrumented indentation technique)确定。聚合物的硬度可以为约150MPa至约350MPa,为约200MPa至约325MPa,为约225MPa至约300MPa,或为约250MPa至约275MPa。聚合物的Fries产物浓度可以小于约500ppm,小于约400ppm,小于约300ppm,小于约200ppm,或小于约100ppm。Fries产物浓度可以通过高效液相色谱法(HPLC)确定。聚合物可以表现出较低的折射率(RI),较高的抗刮擦性和/或较低的氧渗透率,与常规均聚物和共聚物相比。聚合物可以是光学活性的。
本申请描述的聚合物可以与其它聚合物共混,例如热塑性材料和热固性材料。本申请描述的聚合物可以与聚碳酸酯共混,该聚碳酸酯包括但不限于,常规BPA聚碳酸酯和使用单体制备的聚碳酸酯,所述单体例如间苯二酚,1,1-二(4’-羟基-3’甲基苯基)环己烷和4,4’[1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1,3-环己烷二基]双酚。本申请描述的聚合物可以与脂族聚酯共混。脂族聚酯可以是聚环己叉环己烷二羧酸酯(PCCD)。
(2)聚合物2的组分
聚合物2可以是具有任选的脂族二醇基础物质的基于异山梨醇的聚碳酸酯。聚碳酸酯可以是具有下式碳酸酯重复结构单元的均聚碳酸酯或共聚碳酸酯:
其中R1基团源自二羟基化合物,该二羟基化合物可以是脂族的、芳族的、或这些的组合。
本申请描述的聚碳酸酯可以具有100重量%的异山梨醇。
聚碳酸酯可以是异山梨醇和二醇的组合;或异山梨醇/二醇/脂族基础物质。聚碳酸酯可以包含按wt%计时为50至100%、60至100%、70至100%的异山梨醇单元,基于用于制备聚碳酸酯的二醇和二酸的总重量。聚碳酸酯可以包含按摩尔%计时为60至65%、65至70%、70至75%、75至80%、80%至85%、85%至90%、或90至95%的异山梨醇单元,基于用于聚碳酸酯的二醇和二酸的总重量。异山梨醇wt%可以为70%,71%,72%,73%,74%,75%,76%,77%,78%,78%,79%,80%,81%,82%,83%,84%,85%或86%。基于异山梨醇-脂族二醇的聚碳酸酯的实例也可以包括但不限于,描述于美国专利公开2009/0105444的那些,其内容完全通过参考并入本申请。
基于脂族二醇的聚碳酸酯,其中式(A)的碳酸酯单元的R1基团包括脂族基团,特别是稠环的烷氧基,例如在脂族二醇中发现的基于稠合的呋喃环结构的那些,例如异山梨醇。特别地,基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯包括式(B)所示的基于异山梨醇的碳酸酯单元:
(a)异山梨醇
异山梨醇单元可以源自异山梨醇,异山梨醇的混合物,异山梨醇的异构体的混合物和/或源自单独的异山梨醇的异构体。式III的基于异山梨醇的碳酸酯单元的立体化学不特别受限。特别地,异山梨醇具有通式(C):
并且可以是单一二醇异构体或二醇异构体的混合物。式C的异山梨醇的立体化学也不特别受限。这些二醇可以通过相应己糖醇的脱水反应制备。己糖醇工业上由相应糖(己醛糖)制备。式3的脂族二醇包括式D的1,4:3,6-二脱水-D-葡萄糖醇;式E的1,4:3,6-二脱水-D甘露醇;和式F的1,4:3,6-二脱水-L艾杜糖醇,及其任何组合。异山梨醇可商购自各种化学供应商,包括ArcherDaniels Midland Company,Cargill,Roquette,和Shanxi。
式IV的二醇可能是所需的,因为其为硬质的、化学和热稳定的脂族二醇,可用于制备较高Tg的共聚物,与式E和F的其它二醇相比。
包括本申请公开的基于异山梨醇的聚碳酸酯的聚碳酸酯可以包含源自二羟基化合物的其它碳酸酯单元,所述二羟基化合物例如为双酚,其不同于式(C)的脂族二醇。在一种实施方式中,式(A)中的各其它R1基团是二价芳族基团,例如源自式(G)的芳族二羟基化合物的基团:
HO—A1—Y1—A2—OH (G)
其中A1和A2各自为单环二价的亚芳基,Y1是单键或具有一或两个分隔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。在另一种实施方式中,当A1和A2各自为亚苯基时,Y1位于亚苯基上的各羟基的对位。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,及金刚烷叉等。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。
异山梨醇含量为50重量百分比(wt%)至100wt%异山梨醇(即,具有高生物含量)的聚合物可能难以加工,这是由于异山梨醇碳酸酯单元的均匀嵌段所带来的高Tg,其中预期异山梨醇均聚物的Tg为165至170℃。因此,预期含有异山梨醇的组合物具有稍高的Tg,与基于BPA的类似组合物相比。异山梨醇碳酸酯单元的这些试验可能需要大于或等于280℃的高加工温度,这可能导致异山梨醇碳酸酯单元降解,由此导致聚碳酸酯整体降解。而且,具有高异山梨醇碳酸酯单元含量(转化为大于约20个异山梨醇单元的异山梨醇嵌段长度)并通过界面聚合方法制备的异山梨醇均聚物、或基于异山梨醇的聚碳酸酯可以结晶,使得它们更难以加工,与异山梨醇共聚物或非包含异山梨醇的聚碳酸酯(例如双酚A均聚碳酸酯)相比。已知具有小于50wt%异山梨醇的聚合物,但是根据定义也具有降低的生物含量。
本申请描述的聚合物2的异山梨醇摩尔%可以为60至65%,为65至70%,为70至75%为75至80%,为80至85%,为85至90%,或为90至95%。聚合物2的异山梨醇wt%可以为80%,81%,82%,83%,84%,85%,86%,87%,88%,89%,或90%。
本申请描述的聚合物2可以具有一定量源自存在基于生物的单元的生物含量。基于生物的单元可以是源于生物的单体。基于生物的单元可以源自例如植物。植物可以是任何植物,例如基于淀粉的植物,甘蔗,玉米等。基于生物的单元可以是异山梨醇。聚合物的或源自聚合物的组合物的至少20重量%、至少25重量%、至少30重量%、至少35重量%、至少40重量%、至少45重量%、至少50重量%、至少55重量%、至少60重量%、或至少65重量%可以是基于生物的单元。聚合物或源自聚合物的组合物可以具有至少20重量%的异山梨醇和/或可回收聚合物。
(b)双酚
式(G)范围内包括的是通式(H)的双酚化合物:
其中Ra和Rb各自表示卤素原子或一价烃基并且可以相同或不同;p和q各自独立地为整数0至4;Xa表示单键或下式基团之一:
其中Rc和Rd各自独立地为氢,C1-12烷基,C1-12环烷基,C7-12芳基烷基,C1-12杂烷基,或环状C7-12杂芳基烷基,Re是二价C1-12烃基。特别地,Rc和Rd各自相同且为氢或C1-4烷基,特别为相同的C1-3烯丙基,甚至更特别为甲基。
在一种实施方式中,Rc和Rd共同表示C3-20环状亚烷基或含杂原子的C3-20环状亚烷基,它们包含碳原子以及化合价为2或更大的杂原子。这些基团的形式可以是单饱和或不饱和的环,或稠合的多环环系,其中稠环是饱和的、不饱和的或芳族的。特定的含杂原子的环状亚烷基包括至少一个化合价为2或更大的杂原子和至少两个碳原子。含杂原子的环状亚烷基中的示例性杂原子包括-O-,-S-,和-N(Z)-,其中Z是选自氢,羟基,C1-12烷基,C1-12烷氧基,或C1-12酰基的取代基。
在一种具体的示例性实施方式中,Xa是式(K)的取代的C3-18环烷叉:
其中Rr,Rp,Rq,和Rt各自独立地为氢,卤素,氧,或C1-12有机基团;I是直接键,碳,或二价氧,硫,或-N(Z)-,其中Z是氢,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为整数0至3,条件是Rr,Rp,Rq,和Rt中的至少两个共同为稠合的脂环族、芳族、或杂芳族环。应该理解,当稠环为芳族的时,式(K)中所示的环将具有不饱和的碳-碳连接基,其中环是稠合的。当k为1且i为0时,式(K)中所示的环包含4个碳原子,当k为2时,所示的环包含5个碳原子,当k为3时,环包含6个碳原子。在一种实施方式中,两个邻近的基团(例如,Rq和Rt共同)形成芳族基团,在另一种实施方式中,Rq和Rt共同形成一个芳族基团,而Rr和Rp共同形成第二个芳族基团。
当k为3且i为0时,使用包含取代或未取代的环己烷单元的双酚,例如式(L)的双酚:
其中取代基Ra′和Rb′可以是脂族或芳族的,直链的,环状的,双环的,支化的,饱和的,或不饱和的,Rg为C1-12烷基或卤素,r和s独立地为整数0至4,t为整数0至10。应该理解,当r为0,s为0,和t为0时,氢填满各化合价。在一种实施方式中,Ra′和Rb′各自独立地为C1-12烷基。在特别的实施方式中,当r和/或s为1或更大时,各Ra′和Rb′的至少一个位于环己叉桥接基团的间位。当包含适当数目的碳原子时,取代基Ra′,Rb′,和Rg可以是直链的,环状的,双环的,支化的,饱和的,或不饱和的。在特别的实施方式中,Ra′,Rb′,和Rg各自为C1-4烷基,特别是甲基。在又另一种实施方式中,Ra′,Rb′,和Rg是C1-3烷基,特别是甲基,r和s为0或1,t为0至5,特别是0至3。有用的式(L)的含环己烷的双酚包括,例如源自两摩尔苯酚与一摩尔氢化异佛尔酮(例如,3,3,5-三甲基环己酮)的反应产物的那些,它们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,其中t为3,r和s为0,Rg为甲基。这些异佛尔酮桥接的含双酚的聚碳酸酯或包括至少一种前述物质与其它双酚聚碳酸酯的组合可以按商业名称APEC*得自Bayer Co.。
适宜的双酚化合物的一些说明性非限制性实例包括下列物质:4,4′-二羟基联苯,1,6-二羟基萘,2,6-二羟基萘,二(4-羟基苯基)甲烷,二(4-羟基苯基)二苯基甲烷,二(4-羟基苯基)-1-萘基甲烷,1,2-二(4-羟基苯基)乙烷,1,1-二(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷,2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷,二(4-羟基苯基)苯基甲烷,2,2-二(4-羟基-3-溴苯基)丙烷,1,1-二(羟基苯基)环戊烷,1,1-二(4-羟基苯基)环己烷,1,1-二(4-羟基-3甲基苯基)环己烷,1,1-二(4-羟基苯基)异丁烯,1,1-二(4-羟基苯基)环十二烷,反式-2,3-二(4-羟基苯基)-2-丁烯,2,2-二(4-羟基苯基)金刚烷,(α,α′-二(4-羟基苯基)甲苯,二(4-羟基苯基)乙腈,2,2-二(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基苯基)六氟丙烷,1,1-二氯-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二溴-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二氯-2,2-二(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯,4,4′-二羟基二苯甲酮,3,3-二(4-羟基苯基)-2-丁酮,1,6-二(4-羟基苯基)-1,6-己二醇,乙二醇二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)硫醚,二(4-羟基苯基)亚砜,二(4-羟基苯基)砜,9,9-二(4-羟基苯基)芴,2,7-二羟基芘,6,6′-二羟基-3,3,3′,3′-四甲基螺(双)茚满(“螺双茚满双酚”),3,3-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺,2,6-二羟基苯并-对-二英,2,6-二羟基噻蒽,2,7-二羟基吩噻(phenoxathin),2,7-二羟基-9,10-二甲基吩嗪,3,6-二羟基二苯并呋喃,3,6-二羟基二苯并噻吩,和2,7-二羟基咔唑和类似物,以及包括上述二羟基化合物中至少一种的组合。
可以由式(G)表示的类型的双酚化合物的具体实例包括1,1-二(4-羟基苯基)甲烷,1,1-二(4-羟基苯基)乙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(下文称为“双酚A”或“BPA”)、2,2-二(4-羟基苯基)丁烷、2,2-二(4-羟基苯基)辛烷、1,1-二(4-羟基苯基)丙烷、1,1-二(4-羟基苯基)正丁烷、2,2-二(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷、1,1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷,3,3-二(4-羟基苯基)苯并吡咯酮,2-苯基-3,3-二(4-羟基苯基)苯并吡咯酮(″PPPBP″),和9,9-二(4-羟基苯基)芴。也可以使用包括前述二羟基芳族化合物中至少一种的组合。
聚合物2的双酚wt%可以为5至10%,为10至15%,为15至20%,为20至25%,为25至30%,为30至35%,为35至40%,为40至45%,为45至50%,或为50至55%。聚合物2的双酚wt%可以小于95%,小于90%,小于85%,小于80%,小于75%,小于70%,小于60%,小于55%,小于50%,小于45%,小于40%,或小于35%。
(c)其它二醇
其它类型的二醇可以存在于基于异山梨醇的聚碳酸酯。例如,R1也可以进一步源自式(M)的二羟基芳族化合物:
其中Rf各自独立地为C1-12烷基,或卤素,u为0至4。应该理解,当u为0时,Rf是氢。通常,卤素可以是氯或溴。在一种实施方式中,式(M)的化合物在本申请也通常称为间苯二酚,其中-OH基团是彼此间位取代的,并且其中Rf和u如上所述。可以由式(M)表示的化合物的实例包括间苯二酚(其中u是0),取代的间苯二酚化合物,例如5-甲基间苯二酚,5-乙基间苯二酚,5-丙基间苯二酚,5-丁基间苯二酚,5-叔丁基间苯二酚,5-苯基间苯二酚,5-枯基间苯二酚,2,4,5,6-四氟间苯二酚,2,4,5,6-四溴间苯二酚等;邻苯二酚;对苯二酚;取代的对苯二酚,例如2-甲基对苯二酚,2-乙基对苯二酚,2-丙基对苯二酚,2-丁基对苯二酚,2-叔丁基对苯二酚,2-苯基对苯二酚,2-枯基对苯二酚,2,3,5,6-四甲基对苯二酚,2,3,5,6-四叔丁基对苯二酚,2,3,5,6-四氟对苯二酚,2,3,5,6-四溴对苯二酚等;或包括至少一种前述化合物的组合。
也可以使用具有支化基团的各种类型的聚碳酸酯,条件是这样的支化不会显著地不利影响聚碳酸酯的所需性质。支化聚碳酸酯嵌段可以通过在聚合的过程中加入支化剂来制备。这些支化剂包括包含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、羧酸酐、卤代甲酰基、以及前述官能团的混合物。具体实例包括偏苯三酸,偏苯三酸酐,偏苯三酰氯,三对羟基苯基乙烷,靛红-二酚,三酚TC(1,3,5-三((对-羟基苯基)异丙基)苯),三酚PA(4(4(1,1-二(对-羟基苯基)-乙基)α,α-二甲基苄基)苯酚),4-氯甲酰基邻苯二酸酐,均苯三酸,及二苯甲酮四羧酸。支化剂可以约0.05至2.0wt%的量添加。可以使用线性聚碳酸酯和支化聚碳酸酯的共混物。
包括基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯的聚碳酸酯也包括共聚物以及包括均聚碳酸酯和共聚碳酸酯中至少一种的组合,该共聚物包含碳酸酯单元和其它类型的聚合物单元(包括酯单元)。该类型聚碳酸酯共聚物是聚酯碳酸酯,也称为聚酯-聚碳酸酯。除了式(A)的碳酸酯链重复单元之外,这样的共聚物还包含源自包含低聚酯的二羟基化合物(在本申请也称为羟基封端的低聚丙烯酸酯)的碳酸酯单元,该单元包含式(N)的重复单元:
其中D是源自二羟基化合物的二价基团,并且可以是,例如,C2-120亚烷基,C6-120脂环族基团,C6-120芳族基团或C2-200聚环氧烷烃基团,其中亚烷基包含2至约6个碳原子,特别是2、3、或4个碳原子;T是源自二羧酸的二价基团,并且可以是,例如,C2-120亚烷基,C6-120脂环族基团,C6-120烷基芳族基团,或C6-120芳族基团。
通常,聚酯-聚碳酸酯可以具有式(N)的结构,其中在一些实施方式中D是具有直链、支链、或环状(包括多环)结构的C2-120亚烷基。在其它实施方式中,D源自上式(G)的二羟基芳族化合物。再在其它实施方式中,D源自上式(L)的二羟基芳族化合物。在特别的实施方式中,如本申请公开,D是源自式(C)的脂族二醇的基团。当脂族链长(例如大于约18个碳原子)时,其必须支化以防止结晶。因此,在特别的实施方式中,D是具有支链结构的C14-20亚烷基,使得脂族亚烷基链不会在聚合物中结晶。
可用于制备聚酯单元的芳族二羧酸的实例包括间苯二甲酸或对苯二甲酸,1,2-二(对-羧基苯基)乙烷,4,4′-二羧基二苯醚、4,4′-联苯甲酸、以及包括前述酸中至少一种的混合物。包含稠环的酸也可以存在,例如1,4-萘二羧酸、1,5-萘二羧酸、或2,6-萘二羧酸。具体的二羧酸是对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘二羧酸、环己烷二羧酸、或其组合。具体的二羧酸包括间苯二甲酸和对苯二甲酸的混合物,其中间苯二甲酸与对苯二甲酸的重量比为约91:9至约2:98。在另一种特定的实施方式中,D是C2-6亚烷基,而T是对-亚苯基、间亚苯基、亚萘基、二价脂环族基团、或其组合。这类聚酯包括聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。
当酯单元在不存在其它交联化学(例如,碳酸酯前体,例如光气,或碳酸二芳酯)的情况下形成时,单独的酯将低聚以形成聚酯单元,也称为聚酯嵌段。聚酯单元然后可以在碳酸酯前体和二羟基化合物的存在下共聚以形成聚酯-聚碳酸酯。这样的聚酯-聚碳酸酯的聚酯单元中酯重复单元的数目通常大于或等于4,特别为大于或等于5,更特别为大于或等于8。在一种实施方式中,式(I)的酯单元的数目小于或等于100,特别为小于或等于90,更特别为小于或等于70。应该理解,存在的式(I)酯单元数目的低端点值和高端点值可独立组合。在特别的实施方式中,聚酯-聚碳酸酯中式(I)的酯单元的数目可以为4至50,特别为5至30,更特别为8至25,再更特别为10至20。相反,当酯单元在其它交联化学例如碳酸酯前体的存在下形成时,可以形成较无规的聚酯-聚碳酸酯,其中单独的酯单元或2或3个酯重复单元的较小嵌段与一种或多种其它交联化学(例如碳酸酯单元)散布。总体而言,在聚酯-聚碳酸酯中,聚酯-聚碳酸酯共聚物中酯单元与碳酸酯单元的摩尔比可以广泛变化,例如为1:99至99:1,特别为10:90至90:10,更特别为25:75至75:25,这取决于最终组合物的所需性质。
在一种实施方式中,聚酯-聚碳酸酯的酯单元可以源自间苯二甲酸和对苯二甲酸(或其衍生物)的组合与间苯二酚的反应。在另一种具体的实施方式中,聚酯-聚碳酸酯的聚酯单元源自间苯二甲酸和对苯二甲酸的组合与双酚-A的反应。在特别的实施方式中,聚酯-聚碳酸酯的碳酸酯单元可以源自式(C)的脂族二醇。可替换地或另外,在示例性的实施方式中,碳酸酯单元可以源自间苯二酚和/或双酚A。在另一种示例性的实施方式中,聚酯-聚碳酸酯的碳酸酯单元可以源自间苯二酚和双酚A,其中间苯二酚碳酸酯单元与双酚A碳酸酯单元的摩尔比为1:99至99:1。
如本申请公开,在特别的实施方式中,酯单元源自式(C)的异山梨醇以得到式(O)的聚酯单元:
其中T1是源自C4-120脂族二酸与式(C)的脂族二醇的酯化反应产物的C2-118亚烷基,z是大于或等于1的整数。
(d)脂族二酸/脂肪酸二聚物
如本申请讨论,除了式(B)的碳酸酯单元之外,基于脂族的聚碳酸酯还包括脂族单元,该脂族单元或为源自不同于式(C)(即,异山梨醇)的脂族二醇且具有大于13个碳原子的脂族碳酸酯单元,或为源自具有大于13个碳原子的脂族二酸的脂族酯单元与异山梨醇和具有大于13个碳原子的脂族二醇的组合。特别地,基于异山梨醇的聚碳酸酯是基于异山梨醇的共聚碳酸酯,该共聚碳酸酯除了式(B)的碳酸酯单元之外还包含源自大于13个碳原子的脂族二醇的另外的脂族碳酸酯单元;或基于异山梨醇的聚碳酸酯是基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯,除了式(B)的碳酸酯单元之外还包含式(O)的酯单元,其中基于异山梨醇的聚酯聚碳酸酯的酯单元的T1源自大于13个碳原子的脂族二酸,和异山梨醇和/或具有大于13个碳原子的脂族二醇。因此,在特别的实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯包括源自C14-44脂族二酸、C14-44脂族二醇、或这些的组合的脂族单元。
C14-44脂族二酸或C14-44脂族二醇各自是具有基本式(P)的线性或支化的二官能的亚烷基或亚烯基化合物:
X—(L)—X
其中X1各自表示羧酸(-C(O)OH)或羟甲基(-CH2OH)官能团(其中各自包含单个碳原子)。在一种实施方式中,式(10)中的各X相同。同样在式(P)中,L表示大于11个碳原子的连接基团。更特别地,L是支化的C12-42亚烷基或C12-42亚烯基。L也可以包括环状碳子结构,特别是单环的、多环的、或稠合多环的C3-12环烷基,C3-12环烯基,C3-12环烷叉基,C3-12环亚烷基,或C3-12环亚烯基。在特别的实施方式中,L是包含两个烷基分支的C12-42亚烷基。在特别的实施方式中,式(P)的化合物可以是支化的二聚C36或C44脂肪酸或醇。在另一种实施方式中,式(P)的化合物是支化或线性的C13-18二聚脂肪酸或醇。必须将C36或C44二聚脂肪酸或醇支化以防止亚烷基或亚烯基链结晶。
脂族二酸可以是支链二羧酸,并且如果需要可以包含环状基团。特别地,在一种实施方式中,脂族二酸是具有式(Q)的C14-44脂族二酸或其衍生物:
其中m和m′独立地为0至38,n和n′独立地为0至38,m+m′+n+n′的总和为整数8至38。在特别的实施方式中,C36脂族二酸具有式(Q)的结构,其中m和m′独立地为0至30,n和n′独立地为0至30,m+m′+n+n′的总和为30。在另一种具体的实施方式中,C36脂族二酸具有式(Q)的结构,其中m和m′各自独立地为5至10,n和n′各自独立地为5至10,m+m′+n+n′的总和为30。在示例性的实施方式中,m和m′独立地为7或8,n和n′独立地为7或8,m+m′+n+n′的总和为30。在特别的实施方式中,C44脂族二酸具有式(Q)的结构,其中m和m′独立地为0至30,n和n′独立地为0至30,m+m′+n+n′的总和为38。在示例性的实施方式中,m和m′独立地为12或13,n和n′独立地为6或7,m+m′+n+n′的总和为38。这样的二酸也通常称为二聚脂肪酸,并且可以源自容易得到的基于生物的原料的缩合反应。
聚合物2的二聚脂肪酸摩尔%可以为2摩尔%至8摩尔%,为5摩尔%至10摩尔%,为10摩尔%至15摩尔%,为15摩尔%至20摩尔%,为20摩尔%至25摩尔%,为25摩尔%至30摩尔%,为30摩尔%至35摩尔%,为35摩尔%至40摩尔%,或为40摩尔%至45摩尔%。聚合物2的二聚脂肪酸含量可以为5摩尔%,6摩尔%,7摩尔%,8摩尔%,9摩尔%,或10摩尔%。聚合物2的二聚脂肪酸含量可以小于50摩尔%,小于40摩尔%,小于30摩尔%,小于20摩尔%,小于10摩尔%或小于5摩尔%。聚合物2的二聚脂肪酸含量可以为0摩尔%,1摩尔%,2摩尔%,3摩尔%,或4摩尔%。
在特别的实施方式中,基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯可以包括具有式(R)的酯单元:
其中m,m′,n,和n′以及它们的总和与针对式(Q)所描述的相同,z为大于或等于1的整数。在示例性的实施方式中,在式(R)中,m和m′各自独立地为7或8,n和n′各自独立地为7或8,m+m′+n+n′的总和为30。
在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯是基于异山梨醇的共聚碳酸酯,其包含源自具有大于13个碳原子的脂族二醇的碳酸酯单元。在一种实施方式中,脂族二醇是式(S)的C14-44脂族二醇:
其中t和t′独立地为0至38,u和u′独立地为0至38,t+t′+u+u′的总和为整数8至38。在特别的实施方式中,C36脂族二醇具有式(S)的结构,其中t和t′独立地为0至30,u和u′独立地为0至30,t+t′+u+u′的总和为30。在另一种具体的实施方式中,C36脂族二醇具有式(S)的结构,其中t和t′各自独立地为5至10,u和u′各自独立地为5至10,t+t′+u+u′的总和为30。在示例性的实施方式中,C36脂族二醇具有式(S)的结构,其中t和t′独立地为7或8,u和u′独立地为7或8,t+t′+u+u′的总和为30。在另一种具体的实施方式中,C44脂族二醇具有式(S)的结构,其中t和t′独立地为0至30,u和u′独立地为0至30,t+t′+u+u′的总和为38。在示例性的实施方式中,C44脂族二醇具有式(S)的结构,其中t和t′独立地为12或13,u和u′独立地为6或7,t+t′+u+u′的总和为38。
在特别的实施方式中,除了式(B)的碳酸酯单元之外,基于异山梨醇的共聚碳酸酯还包括式(T)的碳酸酯单元:
其中t,t′,u,和u′,以及它们的总和,与针对式(S)所限定的相同,w为大于或等于1的整数。
在另一种具体的实施方式中,除了式(B)和(T)的碳酸酯单元和式(R)的酯单元之外,基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯还可以包括式(U)的酯单元:
其中m,m′,n,和n′以及这些的总和与针对式(U)所描述的相同,t,t′,u,和u′以及这些的总和与针对式(S)所描述的相同,z为大于或等于1的整数。在示例性的实施方式中,在式(U)中,m,m′,t,和t′各自独立地为7或8,n,n′,u,和u′各自独立地为7或8,m+m′+n+n′之和与t+t′+u+u′之和各自为30。
在一种实施方式中,具有大于或等于13个碳原子的有用的脂族二酸或二醇可以源自两种不饱和脂族酸的加成反应。本申请使用的″不饱和的″可以表示单不饱和的,二不饱和的,三不饱和的,多不饱和的,或前述至少一种的组合。应该理解,对于脂族二酸中的不饱和位点,顺式异构体、反式异构体、或顺式和反式异构体的组合可以存在于反应物不饱和脂族酸内(例如其中单个脂族二酸可以具有顺式异构化的双键和反式异构化的双键中的各自至少一个),或者不饱和脂族酸的不同异构体可以组合(例如其中使用反式脂族酸和顺式脂族酸的组合)。可以反应形成脂族二酸的脂族酸可以包括C3-37不饱和酸,特别为C4-30不饱和酸,更特别为C6-22不饱和酸,再更特别为C12-22不饱和酸,条件是选择的反应的不饱和酸中碳的总数使得所得脂族二酸是C14-44二酸。
示例性的不饱和酸包括不饱和脂肪酸,该脂肪酸源自植物油,包括向日葵油,油菜籽油,妥尔油,蓖麻豆油,大豆油等。具体的不饱和脂族酸包括以下物质的异构体:辛烯酸,壬烯酸,癸烯酸,十一碳烯酸,和十二碳烯酸;C14不饱和酸,例如肉豆蔻酸(在C9-C10不饱和);C16不饱和酸,例如棕榈酸(在C9-C10不饱和);C18不饱和酸,例如油酸(在C9-10不饱和),异油酸(在C11-C12不饱和),亚油酸(在C9-C10和C12-C13不饱和),α-亚油酸(在C9-C10,C12-C13,C15-C16不饱和),和花生烯酸;C20酸,例如二十碳烯酸(在C9-C10不饱和)和二十碳五烯酸(具有4个不饱和位点);C22酸,例如芥子酸(在C14-C15不饱和)和二十二碳六烯酸(具有6个不饱和位点)。可以使用前述的组合。在特别的实施方式中,有用的脂族二酸是可以得自两种C18不饱和酸的反应的C36脂族二酸,所述C18不饱和酸例如油酸,亚油酸,或这些的组合。在另一种具体的实施方式中,有用的脂族二酸是C44脂族二酸。在其它具体的实施方式中,C44脂族二酸可以通过芥子酸的二聚反应制备。
两种不饱和脂族酸的反应可以如下完成:进行不同不饱和脂族酸的不饱和位点之间的碳-碳键形成反应,该反应也可以导致形成单键、多个单键(其中使用至少二不饱和的脂族单体),环二聚以形成桥接的碳环,或不饱和脂族酸之间的其它这种碳-碳键合。应该理解,这样的反应可以生成产物和异构体的混合物,并且产物和异构体的所有的这些组合在本申请是可预期的。不饱和二酸之间的反应可以通过自由基引发、金属催化、光引发、酸催化、或任何适当的方法完成。在一种实施方式中,不饱和脂族酸的形成C14-44脂族二酸的反应可以使用催化性的无机物质进行,该无机物质包括具有催化性质的粘土,例如蒙脱土。也可以的是,脂族二酸可以源自两个较短链不饱和脂肪酸与一种或多种不具有酸基团的不饱和化合物的缩合反应,所述较短链不饱和脂肪酸例如为丙烯酸,甲基丙烯酸,巴豆酸等。期望的是,C14-44脂族二酸基团源自基于植物的生物来源(例如,植物油),但是也可以由其它商业可得的原料制备,所述原料例如为石油衍生物,煤提取物,动物来源,其它植物来源如木材等,不应该认为这些限于植物或作物来源。源自天然来源的二聚脂肪酸可商购自化学供应商,包括Uniqema,Cognis,和Oleon。
(e)聚合物2特征
存在于基于异山梨醇的聚碳酸酯的各类型碳酸酯和/或酯单元的相对量将取决于共聚物的所需性质。通常,基于异山梨醇的聚碳酸酯或聚酯-聚碳酸酯将包含55至97.5摩尔%、特别为60至95摩尔%、甚至更特别为65至90摩尔%的异山梨醇单元,该单元包括式(B)的碳酸酯单元或式(O)的酯单元。在一种实施方式中,异山梨醇碳酸酯或酯单元源自式(C)的异山梨醇。在一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯或聚酯-聚碳酸酯将包括2.5至15摩尔%、特别为3至13摩尔%、甚至更特别为5至10摩尔%的脂族单元,其中脂族单元是源自式(S)的脂族二醇和/或式(Q)的脂族二酸的碳酸酯和/或酯单元。在一种实施方式中,脂族单元包括式(T)的碳酸酯单元,式(R)的酯单元,式(U)的酯单元,或这些的组合。基于异山梨醇的聚碳酸酯可以进一步包含0至42.5摩尔%、特别为2至40摩尔%、甚至更特别为5至30摩尔%的另外的单元,该另外的单元可以为碳酸酯和/或酯单元并且不同于基于异山梨醇的聚碳酸酯中的异山梨醇或脂族单元。在一种实施方式中,另外的碳酸酯单元各自源自式(C)的二羟基芳族化合物。在示例性的实施方式中,另外的碳酸酯单元源自双酚A。因此,应该理解,异山梨醇单元、脂族单元、和另外的单元是碳酸酯,或碳酸酯和酯单元的组合,异山梨醇单元、脂族单元、和另外的单元的以上摩尔%值的总和等于100摩尔%。在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯基本上由异山梨醇单元,脂族单元,和另外的单元组成。
在一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯基本上由式(B)碳酸酯单元的和式(T)的碳酸酯单元组成。在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯进一步基本上由式(A)的碳酸酯单元组成,其中式(A)的碳酸酯单元不同于式(B)和(T)的碳酸酯单元。在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯基本上由式(B)的碳酸酯单元和式(R)的酯单元组成。在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯进一步基本上由式(A)的碳酸酯单元组成,其中式(A)的碳酸酯单元不同于式(B)和(T)的碳酸酯单元。再在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯基本上由式(B)和(T)的碳酸酯单元,和式(R)和(U)的酯单元组成。在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯进一步基本上由式(A)的碳酸酯单元组成,其中式(A)的碳酸酯单元不同于式(B)和(T)的碳酸酯单元。在特别的实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯和/或基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯各自进一步基本上由源自式(D)和/或(L)的二羟基芳族化合物的碳酸酯单元组成。在示例性的实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯和/或基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯各自进一步基本上由源自双酚A和/或间苯二酚的碳酸酯单元组成。
在一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯(共聚碳酸酯或聚酯-聚碳酸酯)中源自生物的物质的含量大于或等于50重量百分比(wt%),特别为大于或等于55wt%,更特别为大于或等于60wt%,再更特别为大于或等于65wt%,基于基于异山梨醇的聚碳酸酯的总重量。在特别的实施方式中,源自式(C)的异山梨醇的单元的含量为65至95wt%,特别为70至90wt%,更特别为75至90wt%,再更特别为78至86wt%,基于基于异山梨醇的聚碳酸酯中源自生物的物质的总量。在另一种具体的实施方式中,源自式(Q)的脂族二酸和/或式(S)的脂族二醇的脂族单元的含量为5至35wt%,特别为10至30wt%,更特别为15至25wt%,再更特别为14至22wt%,基于基于异山梨醇的聚碳酸酯中源自生物的物质的总量。在一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯的生物含量包括源自式(C)的异山梨醇的单元,和源自式(Q)的脂族二酸的单元和/或源自式(S)的脂族二醇的单元。在特别的实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯的生物含量基本上由源自式(C)的异山梨醇的单元,和源自式(Q)的脂族二酸的单元和/或源自式(S)的脂族二醇的单元组成。
在一种实施方式中,生物来源的单体的含量占异山梨醇聚碳酸酯聚合物中所有单体的大于60摩尔%。在另一种实施方式中,其占大于70摩尔%。再在另一种实施方式中,其占大于80摩尔%。再在另一种实施方式中,其占大于90摩尔%。
包括本申请公开的基于异山梨醇的聚碳酸酯的聚碳酸酯的分子量可以通过凝胶渗透色谱法使用通用的校正方法确定,基于聚苯乙烯(PS)标样。通常,聚碳酸酯的重均分子量(Mw)可以大于约5,000g/mol,基于PS标样。在一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯的Mw可以大于或等于约39,000g/mol,基于PS标样。在特别的实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯(包括基于异山梨醇的聚酯-聚碳酸酯)的基于PS标样的Mw为39,000至100,000g/mol,特别为40,000至90,000g/mol,更特别为40,000至80,000g/mol,再更特别为40,000至70,000g/mol。在另一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯的基于聚碳酸酯(PC)标样的Mw为20,000至70,000g/mol,特别为21,000至65,000g/mol,更特别为22,000至60,000g/mol,再更特别为25,000至60,000g/mol。
在一种实施方式中,基于异山梨醇的基于PS标样的聚碳酸酯的数均分子量(Mn)为15,000至65,000g/mol,特别为16,000至60,000g/mol,更特别为17,000至55,000g/mol,再更特别为18,000至50,000g/mol。基于异山梨醇的聚碳酸酯的多分散性(Mw/Mn)小于或等于3,特别为小于或等于2.5,更特别为小于或等于2.3。在特别的实施方式中,多分散性为2.0至2.3。
本申请描述的分子量(Mw和Mn),以及由它们计算的多分散性,使用凝胶渗透色谱法(GPC),使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱,和按照规定的PS或PC标样确定。GPC样品在溶剂例如二氯甲烷或氯仿中以约1mg/ml的浓度制备,并以约0.2至1.0ml/min的流动速率洗脱。
基于异山梨醇的聚碳酸酯的玻璃化转变温度(Tg)可以小于或等于135℃。在一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯的玻璃化转变温度为85至130℃,特别为90至130℃,更特别为90至125℃,再更特别为90至120℃。
包括本申请公开的基于异山梨醇的聚碳酸酯的聚碳酸酯的熔体体积比率(MVR)可以为0.5至80,更特别为2至40cm3/10分钟,在250℃在5kg载荷下根据ASTM D1238-04测得。
可以进一步将基于异山梨醇的聚碳酸酯制造成基本透明的。在该情况下,基于异山梨醇的聚碳酸酯的透明度可以大于或等于55%,特别为大于或等于60%,更特别为大于或等于70%,再更特别为大于或等于80%,再更特别为大于或等于90%,使用3.2mm试验样片根据ASTM D1003-00测得。可替换地或另外,基于异山梨醇的聚碳酸酯的雾度可以小于或等于15%,特别为小于或等于10%,再更特别为小于或等于5%,使用3.2mm厚试验样片根据ASTM-D1003-00测得。在特别的实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯是基于异山梨醇的聚碳酸酯均聚物或共聚物,其雾度小于约5%,更特别为小于或等于4%,再更特别为小于或等于3%,使用3.2mm厚试验样片根据ASTM D1003-00测得。
此外,热塑性组合物的颜色能力(color capability)和稳定性可以在挤出的粒料上根据分光光度法确定,并根据由CIE(Commission Internationale del′Eclairage)详述的CIELAB颜色测量方法分类。用于描述测试材料的色空间的E、L、a和b的值由方程(1)描述:
ΔEab=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]0.5 (方程1)
在该方程中,L表示明亮(L=100)和黑暗(L=0)之差。值a表示绿色(-a)和红色(+a)之差,b表示黄色(+b)和蓝色(-b)之差。各参数的值表示颜色差异的幅度。颜色能力的净偏差由总偏差值E给出,该总偏差值E是三维空间中两个点之间的欧几里得距离。因此,点a和b之间的分隔,以及得自标准比色的净偏差由总偏差值ΔEab给出。
在一种实施方式中,基于异山梨醇的聚碳酸酯具有使用挤出粒料测得的初始颜色,使得L大于或等于70,特别为大于或等于75,更特别为大于或等于80,再更特别为大于或等于81,在挤出和/或模塑之后测得。在另一种实施方式中,a的值为-0.5至10,特别为0至8,在挤出和/或模塑之后测得。在另一种实施方式中,b的值为10至30,特别为12至29,更特别为14至28,再更特别为15至28,在挤出和/或模塑之后测得。
在一些实施方式中,聚碳酸酯也可以包括聚硅氧烷-聚碳酸酯,其包含式(A)的碳酸酯单元和源自含硅氧烷的二羟基化合物的聚硅氧烷嵌段(本申请也称为″羟基芳基封端的聚硅氧烷″),该嵌段包含式(V)的二有机基硅氧烷单元嵌段:
其中每次出现的R相同或不同,并且为C1-13一价有机基团。例如,R可以为C1-13烷基基团、C1-13烷氧基基团、C2-13链烯基基团、C2-13链烯氧基基团、C3-6环烷基基团、C3-6环烷氧基基团、C6-14芳基基团、C6-10芳氧基基团、C7-13芳基烷基基团、C7-13芳基烷氧基基团、C7-13烷基芳基基团、或C7-13烷基芳氧基基团。前述基团可以用氟、氯、溴、或碘、或其组合完全或部分卤化。在一种实施方式中,当需要透明的基于异山梨醇的聚碳酸酯时,R不包含任何卤素。前述R基团的组合可以用于相同的基于异山梨醇的聚碳酸酯。
式(V)中E的值可以根据以下因素广泛变化:基于异山梨醇的聚碳酸酯中不同单元各自的类型和相对量,基于异山梨醇的聚碳酸酯的所需性质等考量。通常,E的平均值可以为约2至约1,000,特别为约2至约500,更特别为约2至约100。在一种实施方式中,E的平均值为约4至约90,特别为约5至约80,更特别为约10至约70。当E是较低的值例如小于约40时,可以期望使用相对较大量的含聚硅氧烷的单元。相反,当E是较大的值例如大于约40时,可以期望使用相对较低量的含聚硅氧烷的单元。
在一种实施方式中,聚硅氧烷嵌段由式(W)的重复结构单元提供:
其中E如上限定;R各自可以相同或不同,并且如上定义;Ar可以相同或不同,并且为取代或未取代的C6-30亚芳基,其中键直接连接于芳族部分。式(W)中的Ar基团可以源自C6-30二羟基亚芳基化合物,例如以下详述的式(H)或(M)的二羟基芳族化合物。也可以使用包括前述二羟基芳族化合物中至少一种的组合。适宜的二羟基芳族化合物是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)、1,1-二(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷、和1,1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷、或包括前述二羟基化合物中至少一种的组合。
包括这样的单元的聚碳酸酯源自式(X)的相应二羟基化合物:
其中Ar和E如上描述。式(T)的化合物可以通过二羟基芳族化合物与例如α,ω-双乙酰氧基聚二有机基硅氧烷低聚物在相转移条件下的反应获得。式(T)的化合物也可以得自二羟基芳族化合物与例如α,ω-双-氯-聚二甲基硅氧烷低聚物在除酸剂存在下的缩合产物。
在另一种实施方式中,聚二有机基硅氧烷嵌段包括式(Y)的单元:
其中R和E如上描述,R6各自独立地为二价C1-30有机基团,并且其中低聚的聚硅氧烷单元是其相应二羟基化合物的反应剩余物。对应于式(Y)的聚硅氧烷嵌段源自式(Z)的相应二羟基化合物:
其中R和E和R6按照式(Y)的描述。
在特别的实施方式中,聚二有机基硅氧烷嵌段由式(AA)的重复结构单元提供:
其中R和E如上限定。式(AA)中的R7是二价C2-8脂族基团。式(AA)中各M可以相同或不同,并且为卤素、氰基、硝基、C1-8烷基硫基、C1-8烷基、C1-8烷氧基、C2-8链烯基、C2-8链烯氧基基团、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、C6-10芳基、C6-10芳氧基、C7-12芳基烷基、C7-12芳基烷氧基、C7-12烷基芳基、或C7-12烷基芳氧基,其中n各自独立地为0、1、2、3、或4。
在一种实施方式中,M是溴或氯,烷基基团例如甲基、乙基、或丙基,烷氧基基团例如甲氧基、乙氧基、或丙氧基,或芳基基团例如苯基、氯苯基、或甲苯基;R7是二亚甲基、三亚甲基或四亚甲基基团;R是C1-8烷基,卤代烷基例如三氟丙基,氰基烷基,或芳基例如苯基、氯苯基或甲苯基。在另一种实施方式中,R是甲基、或甲基和三氟丙基的组合、或甲基和苯基的组合。在又另一种实施方式中,M是甲氧基,n是1,R7是二价C1-3脂族基团,R是甲基。
包含式(AA)的单元的聚硅氧烷-聚碳酸酯可以源自相应的二羟基聚二有机基硅氧烷(BB):
其中R,E,M,R7,和n各自如上描述。这样的二羟基聚硅氧烷可以通过进行式(CC)的硅氧烷氢化物和脂族不饱和的一元酚之间的铂催化的加成反应制备:
其中R和E如上定义。示例性的脂族不饱和的一元酚包括,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-苯基苯酚,2-甲基-4-丙基苯酚,2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚,2-烯丙基-4-溴-6-甲基苯酚,2-烯丙基-6-甲氧基-4-甲基苯酚,4-烯丙基苯酚,和2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚。也可以使用包括前述物质中至少一种的混合物。
在一种实施方式中,聚硅氧烷-聚碳酸酯可以包括源自相应二羟基聚硅氧烷化合物的聚硅氧烷嵌段,其存在量为0.15至30wt%,特别为0.5至25wt%,更特别为1至20wt%,基于聚硅氧烷嵌段和碳酸酯单元的总重量。在特别的实施方式中,聚硅氧烷嵌段的存在量为1至10wt%,特别为2至9wt%,更特别为3至8wt%,基于聚硅氧烷嵌段和碳酸酯单元的总重量。
聚硅氧烷-聚碳酸酯还包括源自式(H)的二羟基芳族化合物的式(A)的碳酸酯单元。在示例性的实施方式中,二羟基芳族化合物是双酚A。在一种实施方式中,构成聚硅氧烷-聚碳酸酯的碳酸酯单元的存在量为70至99.85wt%,特别为75至99.5wt%,更特别为80至99wt%,基于聚硅氧烷嵌段和碳酸酯单元的总重量。在特别的实施方式中,碳酸酯单元的存在量为90至99wt%,特别为91至98wt%,更特别为92至97wt%,基于聚硅氧烷嵌段和碳酸酯单元的总重量。
(3)制备聚合物2的方法
聚碳酸酯通常可以使用界面相转移法或熔体聚合反应制备。尽管界面聚合的反应条件可以变化,但是示例性的方法通常包括将二元酚反应物溶解于或分散于含水苛性钠或苛性钾中,将得到的混合物加入到不能与水溶混的溶剂介质(如二氯甲烷)中,和使反应物与碳酸酯前体(例如光气)在催化剂(如三乙胺)或相转移催化剂盐存在下和在可控pH条件(例如,约8至约10)下接触。
基于异山梨醇的聚碳酸酯或聚酯-聚碳酸酯可以通过熔体聚合法制备。通常,在熔体聚合法中,聚碳酸酯可以通过使呈熔融状态的二羟基反应物(即,异山梨醇,脂族二醇和/或脂族二酸,和任何另外的二羟基化合物)和碳酸二芳酯(例如碳酸二苯酯,或更特别地在一种实施方式中为活化碳酸酯例如碳酸二(甲基水杨基)酯)在酯交换催化剂的存在下共反应制备。反应可以在典型的聚合设备中进行,例如一个或多个连续搅拌的反应器(CSTR′s),活塞流反应器,金属丝润湿沉降聚合器(wire wetting fall polymerizers),自由沉降聚合器(free fall polymerizers),转膜聚合器(wiped film polymerizers),BANBURY*混合机,单螺杆或双螺杆挤出机,或包括前述设备的组合。挥发性一元酚通过蒸馏从熔融反应物中移除,而聚合物作为熔融剩余物分离。制备聚碳酸酯的特别有用的熔体法使用在芳基上具有拉电子取代基的碳酸二芳基酯。特别有用的具有拉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,羧酸二(2-乙酰基苯基)酯,羧酸二(4-乙酰基苯基)酯,或包含至少一种前述酯的组合。
熔体聚合反应包括酯交换催化剂,该酯交换催化剂包含第一催化剂,在本申请也称为α催化剂,其包含金属阳离子和阴离子。在一种实施方式中,阳离子是碱金属或碱土金属,包括Li,Na,K,Cs,Rb,Mg,Ca,Ba,Sr,或包括至少一种前述金属的组合。阴离子是氢氧根(OH-),过氧根(superoxide)(O2 -),硫醇根(thiolate)(HS-),硫离子(sulfide)(S2 -),C1-20醇盐根离子(alkoxide),C6-20酚盐根离子(aryloxide),C1-20羧酸根,磷酸根(包括磷酸氢根),C1-20膦酸根,硫酸根(包括硫酸氢根),亚硫酸根(包括亚硫酸氢根和偏亚硫酸氢根),C1-20磺酸根,碳酸根(包括碳酸氢根),或包括至少一种前述阴离子的组合。也可以使用同时包含碱土金属离子和碱金属离子的有机酸的盐。用作催化剂的有机酸的盐的实例是甲酸、乙酸、硬脂酸和乙二胺四乙酸的碱金属和碱土金属盐。催化剂也可以包括非挥发性无机酸的盐。″非挥发性″表示所引用的化合物在环境温度和压力不具有可感知的蒸气压。特别地,这些化合物在聚碳酸酯通常进行熔体聚合反应时的温度是非挥发性的。非挥发性酸的盐是:亚磷酸的碱金属盐;亚磷酸的碱土金属盐;磷酸的碱金属盐;和磷酸的碱土金属盐。示例性的酯交换催化剂包括,氢氧化锂,氢氧化钠,氢氧化钾,氢氧化铯,氢氧化镁,氢氧化钙,氢氧化钡,甲酸锂,甲酸钠,甲酸钾,甲酸铯,乙酸锂,乙酸钠,乙酸钾,碳酸锂,碳酸钠,碳酸钾,甲醇锂,甲醇钠,甲醇钾,乙醇锂,乙醇钠,乙醇钾,酚锂,酚钠,酚钾,硫酸钠,硫酸钾,NaH2PO3,NaH2PO4,Na2H2PO3,KH2PO4,CsH2PO4,Cs2H2PO4,Na2SO3,Na2S2O5,甲磺酸钠,甲磺酸钾,甲苯磺酸钠,甲苯磺酸钾,乙二胺四乙酸镁二钠(EDTA镁二钠盐),或包括至少一种前述盐的组合。应该理解,前述名单是示例性的,不应该认为其具有限制作用。在一种实施方式中,酯交换催化剂是基本上由碱金属盐或碱土金属盐组成的α催化剂。在示例性的实施方式中,酯交换催化剂基本上由氢氧化钠,氢氧化钾,碳酸钠,碳酸钾,甲醇钠,甲醇钾,NaH2PO4,或包括至少一种前述酯交换催化剂的组合组成。
α催化剂的量可以根据熔体聚合的条件广泛变化,并且可以为约0.001至约500μmol。在一种实施方式中,α催化剂的量可以为:相对于每摩尔脂族二醇和任何其它存在于熔体聚合反应中的二羟基化合物,约0.01至约20μmol,特别为约0.1至约10μmol,更特别为约0.5至约9μmol,再更特别为约1至约7μmol,相对于存在于熔体聚合物反应的每摩尔脂族二醇和任何其它二羟基化合物。
而且,第二酯交换催化剂,在本申请也称为β催化剂,可以任选地包含在熔体聚合工艺中,条件是引入这样的第二酯交换催化剂不会显著地不利影响基于异山梨醇的聚碳酸酯的所需性质。示例性的酯交换催化剂可以进一步包括以上式(R3)4Q+X的相转移催化剂的组合,其中R3各自相同或不同,并且为C1-10烷基;Q为氮或磷原子;X是卤素原子或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是C-,Br-,C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。这样的酯交换催化剂的实例包括四丁基氢氧化铵,甲基三丁基氢氧化铵,四丁基乙酸铵,四丁基氢氧化鏻,四丁基乙酸鏻,四丁基酚鏻,或者包含至少一种前述物质的组合。其它熔融酯交换催化剂包括碱土金属盐或碱金属盐。在一些实施方式中,当需要β催化剂时,β催化剂相对于α催化剂存在的摩尔比可以为小于或等于10,特别为小于或等于5,更特别为小于或等于1,再更特别为小于或等于0.5。在其它实施方式中,本申请公开的熔体聚合反应仅使用上文所述的α催化剂,并且基本上不含任何β催化剂。如本申请定义,″基本上不含″可以表示其中β催化剂已经从熔体聚合反应中排除。在特别的实施方式中,β催化剂的存在量小于约10份每百万份(ppm),特别为小于1ppm,更特别为小于约0.1ppm,更特别为小于或等于约0.01ppm,更特别为小于或等于约0.001ppm,基于用于熔体聚合反应的所有组分的总重量。
利用其中使用活化碳酸酯的熔体法是特别优选的。如本申请使用,术语“活化碳酸酯”定义为在酯交换反应中比碳酸二苯酯活性大的碳酸二芳酯。在一种实施方式中,活化碳酸酯具有式(DD):
其中Ar是取代的C6-30芳族基团。在特别的实施方式中,活化碳酸酯具有式(EE):
其中Q1和Q2各自独立地为分别存在于A1和A2上且位于碳酸酯连接基邻位的活化基团;A1和A2各自独立地为可以相同或不同的芳环;″d″和″e″的值分别为0到最大等于芳环A1和A2上取代的可取代氢基团的数目,″d+e″的总和大于或等于1;R1和R2各自独立地为C1-30脂族基团,C3-30脂环族基团,C5-30芳族基团,氰基,硝基或卤素;″b″的值为0到最大等于芳环A1上可取代氢原子的数目减去″d″;″c″为从0到最大等于芳环A2上可取代氢原子的数目减去″e″的整数。芳环上R1或R2取代基的数目、类型和位置不受限,除非它们会使碳酸酯钝化并导致碳酸酯的活性低于碳酸二苯酯。
适当的活化基团Q1和Q2的非限制性实例包括(酰氧基羰基)芳基,卤素,硝基,酰胺基团,砜基团,亚砜基团,或亚胺基团,其结构如下所示:
其中X是卤素或硝基;M1和M2独立地包括N-二烷基,N-烷基芳基,脂族官能团或芳族官能团;R3为脂族官能团或芳族官能团。
活化碳酸酯的具体非限制性实例包括碳酸二(邻-甲氧基羰基苯基)酯,碳酸二(邻-氯苯基)酯,碳酸二(邻-硝基苯基)酯,碳酸二(邻-乙酰基苯基)酯,碳酸二(邻-苯基酮苯基)酯,碳酸二(邻-甲酰基苯基)酯。这些结构的不对称组合也可以用作碳酸酯前体,其中A1和A2上的取代基的类型和数目不同。在一种实施方式中,活化碳酸酯是具有式(FF)的酯取代的碳酸二芳酯:
其中R4每次出现时独立地为C1-20脂族基团,C4-20脂环族基团,或C4-20芳族基团,R5每次出现时独立地为卤素原子,氰基,硝基,C1-20脂族基团,C4-20脂环族基团,或C4-20芳族基团,f每次出现时独立地为整数且数值为0至4。在一种实施方式中,取代基-CO2R4的至少一个连接在式(AA)的邻位。
具体酯取代的碳酸二芳酯的实例包括但不限于,碳酸二(甲基水杨基)酯(CAS登记号No.82091-12-1)(也称为BMSC或碳酸二(邻甲氧基羰基苯基)酯)、碳酸二(乙基水杨基)酯、碳酸二(丙基水杨基)酯、碳酸二(丁基水杨基)酯、碳酸二(苄基水杨基)酯、碳酸二(甲基4-氯水杨基)酯和类似物。在一种实施方式中,碳酸二(甲基水杨基)酯在熔体聚碳酸酯合成中用作活化碳酸酯,是由于其分子量较低和蒸气压较高。
当在邻位存在时,预期不会导致活化碳酸酯的非活化基团的一些非限定性实例是烷基、环烷基或氰基。非活化碳酸酯的一些具体和非限定性实例是碳酸二(邻甲基苯基)酯、碳酸二(对枯基苯基)酯、碳酸二(对-(1,1,3,3-四甲基)丁基苯基)酯和碳酸二(邻氰基苯基)酯。这些结构的不对称的组合也可以用作非活化的碳酸酯。
封端剂(也称为链终止剂)可以用于限制分子量增长速率,由此控制聚碳酸酯的分子量。示例性的链终止剂包括某些一元酚类化合物(即,具有单个游离羟基的苯基化合物),单羧酸酰氯,和/或单氯代甲酸酯。酚类链终止剂的实例为苯酚和C1-22烷基-取代的苯酚例如对-枯基苯酚,间苯二酚单苯甲酸酯,和对丁基苯酚和叔丁基苯酚,甲酚,和二酚的单醚例如对-甲氧基苯酚。可以特别提及具有包含8至9个碳原子的支链烷基取代基的烷基-取代的苯酚。某些单酚类UV吸收剂也可以用作封端剂,例如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)-1,3,5-三嗪和它们的衍生物等。
端基可以源自羰基源(即,碳酸二芳酯),来自对以下的选择:单体比率、不完全聚合、链断裂等、以及任何添加的封端基团,并且可以包括可衍生的官能团例如羟基、羧酸基团等。在一种实施方式中,聚碳酸酯(包括本申请限定的基于异山梨醇的聚碳酸酯聚合物)的端基可以包括源自碳酸二芳酯的结构单元,其中该结构单元可以是端基。在进一步的实施方式中,端基源自活化碳酸酯。这样的端基可以源自适当取代的活化碳酸酯的烷基酯,与在聚碳酸酯聚合物链末端的羟基,在其中羟基与来自活化碳酸酯的酯羰基而不是活化碳酸酯的碳酸酯羰基反应的条件下的酯交换反应。以这种方式,源自含酯化合物的结构单元或源自活化碳酸酯并存在于熔体聚合反应的子结构可以形成酯端基。在一种实施方式中,源自水杨酸酯的酯端基可以是BMSC或其它取代或未取代的碳酸二(烷基水杨基)酯例如碳酸二(乙基水杨基)酯、碳酸二(丙基水杨基)酯、碳酸二(苯基水杨基)酯、碳酸二(苄基水杨基)酯等的残留物。在特别的实施方式中,当BMSC用作活化羰基源时,端基源自BMSC并且是BMSC的残留物,并且是源自水杨酸酯的酯端基,其具有式(GG)的结构:
在更特别的实施方式中,端基是源自异山梨醇水杨酸酯(-IS-Sal-OH)的酯端基,其具有式(HH)的结构:
其中次末异山梨醇单元(酯或碳酸酯)在增长的基于异山梨醇的聚碳酸酯聚合物的终端处的自由羟基形成式(HH)所示的酯交换产物(即,酯端基)。酯端基的量可以根据熔体聚合反应条件变化。在一种实施方式中,当α催化剂和β催化剂的组合用于熔体聚合时,由活化碳酸酯制备的基于异山梨醇的聚碳酸酯聚合物包括量小于2,000ppm、特别为小于1,500ppm、更特别为小于1,000ppm的端基,基于聚碳酸酯的重量。在另一种实施方式中,当仅α催化剂用于熔体聚合时,由活化碳酸酯制备的基于异山梨醇的聚碳酸酯聚合物包括量为小于或等于500ppm、特别为小于或等于400ppm、更特别为小于或等于300ppm、再更特别为小于或等于200ppm的端基,基于聚碳酸酯的重量。在特别的实施方式中,端基是式(GG)的端基。
可以将使用活化芳族碳酸酯的聚合反应的反应物以固体形式或以熔融形式装入反应器中。可以在惰性气体氛围例如氮气氛围中进行以下步骤:最初将反应物装进反应器,然后在聚合的反应性条件下将这些物质混合。填装一种或多种反应物也可以在聚合反应的稍后阶段进行。反应混合物的混合通过本领域已知的任何方法完成,例如通过搅拌完成。反应性条件包括时间,温度,压力和影响反应物聚合的其它因素。通常,活化芳族碳酸酯相对于单体单元化合物(即,异山梨醇,芳族二羟基化合物,和脂族二酸或二醇)的总摩尔数添加的摩尔比为0.8至1.3,更优选为0.9至1.3,以及其间的所有子范围。在特别的实施方式中,活化芳族碳酸酯与单体单元化合物的摩尔比为1.013至1.29,特别为1.015至1.028。在另一种具体的实施方式中,活化芳族碳酸酯是BMSC。
使用活化芳族碳酸酯的熔体聚合反应通过使以上反应混合物经受一系列温度-压力-时间方案进行。在一些实施方式中,这包括在分段逐渐升高反应温度,同时分段逐渐降低压力。在一种实施方式中,在反应开始时将压力从约大气压降至约1毫巴(100Pa)或更低,或在另一种实施方式中在反应接近完成的几个步骤中降至0.1毫巴(10帕斯卡(Pa))或更低。温度可以按逐步的方式变化,在约为反应混合物的熔融温度的温度开始,然后增加至约320℃。在一种实施方式中,将反应混合物从室温加热到约150℃。聚合反应在约150℃至约220℃的温度开始,然后增加至约220℃至约250℃,然后进一步增加至约250℃至约320℃的温度以及其间的所有子范围。总的反应时间为约30分钟至约200分钟以及其间的所有子范围。该过程将通常确保反应物反应,得到具有所需分子量、玻璃化转变温度和物理性质的聚碳酸酯。反应进行下去,构建聚碳酸酯分子链,并产生酯取代的醇副产物例如水杨酸甲酯。副产物的有效移除可以通过不同的技术例如降低压力实现。通常,在反应一开始,压力开始相对较高,并随着反应进行逐渐降低,温度随着反应进行会升高。需要进行实验以找出特定生产设备的最有效条件。
反应的进程可以通过使用本领域已知技术例如凝胶渗透色谱法测量反应混合物的熔体粘度或重均分子量来监测。这些性质可以通过小心取出样品测量或可以在线测量。在达到所需熔体粘度和/或分子量之后,最终聚碳酸酯产物可以呈固体或熔融形式从反应器分离。本领域技术人员应该知道,制备前述部分描述的脂族均聚碳酸酯和脂族-芳族共聚碳酸酯的方法可以在间歇法或连续法中制备,本申请公开的方法基本上优选以无溶剂模式进行。选择的反应器应该理想地是自洁式的并且应该使任何″热斑″最小化。但是,可以使用类似于可商购的那些的排气挤出机。熔体聚合的进一步描述,例如其可以用于制备聚合物2,可见于美国专利7,138,479和7,718,755,其内容完全通过参考并入本申请。
b.HALS
光致抗蚀组合物还包括受阻胺。受阻胺用于制备紫外线辐射稳定的包含异山梨醇的聚合物。将空间受阻胺(HSV)共混进上述包含异山梨醇的聚合物并且该受阻胺具有式I的结构:
其中R4选自氢,烃氧基,羟基,具有1至20个碳原子的烷基,具有3至8个碳原子的链烯基或炔基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,具有1至10个碳原子的脂族酰基,具有7至13个碳原子的芳族酰基,具有2至9个碳原子的烷氧基羰基,具有7至15个碳原子的芳氧基羰基,具有2至13个碳原子的烷基、芳基、环烷基或芳基烷基取代的氨基甲酰基,具有1至5个碳原子的羟基烷基,2-氰基乙基,具有3至10个碳原子的环氧烷基,或具有4至30个碳原子的聚环氧烷烃基团;R5选自氢或具有1至4个碳原子的烷基;R6选自氢,羟基,具有1至4个碳原子的烷氧基,
当R6为氢时,X是选自-Z-R7-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-R9-C(=O)-N(R8)-,-R7-C(=O)-N(R8)-,或-C(=O)-N(R8)-的二价基团;Z是-O-,-N(R10)-,或-N(R12)-R11-N(R12)-;当R6是羟基或烷氧基时,X是选自-R7-C(=O)-N(R8)-或-C(=O)-N(R8)-的二价基团;R7是具有1至4个碳原子的亚烷基二基;R8选自氢,具有1至8个碳原子的伯烷基或仲烷基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,或具有5至12个碳原子的环烷基;R9选自直接键或以下取代或未取代的基团:具有1至14个碳原子的亚烷基,具有4至10个碳原子的氧二亚烷基,具有4至10个碳原子的硫代二亚烷基,具有2至10个碳原子的亚烯基,邻-亚苯基,间-亚苯基,对-亚苯基,其中R9的取代基选自低级烷基,低级烷氧基,羟基,溴,氯,巯基,或低级烷基巯基;R10和R12选自氢,具有1至10个碳原子的烷基,具有6至12个碳原子的芳基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,和具有5至12个碳原子的环烷基;R10可以是2-氰基乙基的基团,或式R11是具有2至12个碳原子的亚烷基。
含反应性酰肼官能团的HALS可以与包含异山梨醇的聚合物反应,所述HALS包括以下物质:3-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基氨基)丙酰肼,3-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基氨基)丙酰肼,(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基氨基)乙酰肼,(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基氨基)乙酰肼,N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)肼甲酰胺,N-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)肼甲酰胺,N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基草酰胺,N-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-N′-氨基草酰胺,N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基琥珀酰胺,N-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-N′-氨基琥珀酰胺,N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基丙二酰胺,N-(1-苄基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基丙二酰胺,N-(1-苄基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基草酰胺,N-(1-β-羟基乙基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基草酰胺,N-(2,6-二乙基-2,3,6-三甲基-4-哌啶基)-N′-氨基己二酰胺,N-(1-乙酰基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基草酰胺,3-(1-乙酰基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基氨基)丙酰肼,(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)乙酰肼,(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶氧基)乙酰肼,3-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)丙酰肼,3,(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶氧基)丙酰肼,N-(1-乙酰基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)肼甲酰胺,N-(1-苯甲酰基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基草酰胺,3-(1-苯甲酰基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基氨基)丙酰肼,N,N-二-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-N′-氨基草酰胺,和3-[N,N-二-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)氨基]丙酰肼。
HALS也可以具有以下结构:
(也称为Tinuvin770-Mw为480.7amu;mp为82-86℃),
其中R是CH3(Cyasorb UV-3529(Cytec))或酰基(Cyasorb UV-3631(Cytec))(MW1700amu),或
以上描述的HALS用作稳定剂,因为它们容易被氧化成硝酰基,该硝酰基用作自由基氧化循环的终止步骤的催化剂(参见方案1)。这些HALS也是良好的催化剂并缓慢消耗,由此它们极大地增加聚碳酸酯的稳定性,该聚碳酸酯的氧化循环具有缓慢的引发步骤和极长的动力学链。
在挤出之前,可以将HALS添加到聚合反应和异山梨醇-双酚聚合物。在一种或多种异山梨醇-双酚共聚物的存在下,聚合反应可以包括一种或多种HAL结构单元。
HALS在组合物中存在的重量百分比低于0.5%,低于0.4%,低于0.3%,低于0.2%,低于0.1%,低于0.007%,或低于0.005%。HALS在组合物中存在的重量百分比可以低于0.3%。单一HALS化合物的分子量可以低于3000g/mol,低于2500g/mol,低于2000g/mol,低于1870g/mol,低于1700g/mol,低于1600g/mol,低于1530g/mol,低于1500g/mol,低于1000,低于750g/mol,低于500g/mol,低于250g/mol,或低于100g/mol。分子量可以由HALS化合物的结构计算得出。
(1)制备酰肼基官能化的受阻胺的方法
用作制备本发明组合物的起始物质的大多数酰肼基官能化的受阻胺光稳定剂是4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶的衍生物。4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶通常通过2,2,6,6-四烷基哌啶酮与氨或伯胺的还原性胺化制备[参见美国专利4,191,683或W.B.Lutz,S.Lazarus and R.I.Meltzer,J.Org.Chem.27,1695(1962)]。4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶、N-丁基三丙酮二胺和二-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)胺可购自Huls Chemische Werke in Germany。
在还原性胺化之前,可以将烷基、链烯基、炔基、芳基烷基、羟基烷基或2-氰基乙基通过标准烷基化技术使用烷基卤化物、链烯基卤化物、炔基卤化物或芳基烷基卤化物、二烷基硫酸酯、环氧烷烃或丙烯腈引入到受阻氮原子上。可替换地,可以将4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶转化为相应的4-苯甲酰基氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶,可以用以上烷基化剂之一将受阻胺烷基化,然后用浓盐酸将苯甲酰基水解。这些技术论证于美国专利4,223,147。
4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶或它们的1-取代的衍生物可以与过量二酯反应形成单酰胺-单酯,该单酰胺-单酯然后可以与肼、肼水合物或单取代的烷基肼反应形成酰肼基取代的受阻胺光稳定剂。中间体单酰胺-单酯也可以如下制备,使4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶与二羧酸的单酰氯-单酯或二羧酸的单酯反应,然后将羧基酯化。一些也可以如下制备:使上述哌啶与1,2-二羧酸或1,3-二羧酸的环状酐反应,然后将羧基酯化。中间体单酰胺-单酯可以在受阻氮上烷基化,如果该中间体未取代有上述烷基化剂,或者中间体单酰胺-单酯可以用脂族或芳族酰氯、氯甲酸酯、氨基甲酰氯、或异氰酸酯酰基化。未取代的受阻氮的烷基化或酰基化应该在将中间体单酰胺-单酯转化为酰肼之前进行。这些技术论证于美国专利4,348,524和4,191,683。
可以经Michael加成将4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶或它们的1-取代的衍生物加成到丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯以形成2,2,6,6-四烷基-4-哌啶基取代的丙酸酯或2-甲基丙酸酯,然后使形成的产物与肼反应以形成相应的酰肼。如果需要,可以在肼解作用步骤之前,进行中间体酯的受阻氮的烷基化或酰基化。这些技术论证于美国专利4,223,147。
氨基脲衍生物如下制备:使4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶或它们的1-取代的衍生物与碳酸二苯酯反应,然后使所得氨基甲酸苯基酯与肼反应。同样,在肼解作用步骤之前,可以在中间体氨基甲酸苯基酯上进行受阻氮上的取代。该技术也论证于美国专利4,223,147。
酰肼基官能化的受阻胺光稳定剂也可以如下制备:使卤代的酯例如低级烷基氯代乙酸酯或溴代丙酸酯与4-氨基-2,2,6,6-四烷基哌啶或4-羟基-2,2,6,6-四烷基哌啶反应形成HALS取代的乙酸酯或丙酸酯(美国专利4,578,472和4,618,634),所述HALS取代的乙酸酯或丙酸酯容易用肼转化为相应的酰肼。
肼基甲酸酯衍生物如下制备:使4-羟基-2,2,6,6-四烷基哌啶或1-取代的衍生物与光气或氯甲酸苯基酯在碱的存在下反应分别形成对称的碳酸酯或碳酸苯基酯。同样,如果需要,可以在该点进行受阻氮(如果未取代)上的取代。使用极少或不使用过量的肼进行碳酸酯或碳酸苯基酯的肼解作用将生成2,2,6,6-四烷基-4-哌啶基肼基甲酸酯(或其1-取代的衍生物)。4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-醇和4-羟基-1,2,2,6,6-五甲基哌啶-4-醇都购自Huls ChemischeWerke。
在受阻氮上包含烃氧基的酰肼基官能化的受阻胺光稳定剂通过使相应未取代的受阻氮与过酸或过氧化氢在钨催化剂存在下反应制备(美国专利4,348,524)。将相应未取代的受阻胺氧化为烃氧基的过程优选在肼解作用之前在各种中间体上进行。可以在氢自由基供体的存在下将烃氧基转化为羟基自由基。
c.其它UV稳定剂
光致抗蚀组合物可以进一步包含UV稳定剂用于改善UV稳定化方面的性能。UV稳定剂通过经由可逆化学重排反应例如氢转移吸收能量而使UV辐射能疏散。
UV稳定剂可以是羟基二苯甲酮,羟基苯基苯并三唑,氰基丙烯酸酯,草酰替苯胺,和羟基苯基三嗪。UV稳定剂可以包括但不限于,聚[(6-吗啉并-s-三嗪-2,4-二基)[2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基],2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮(Uvinul*3008),6-叔丁基-2-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-4-甲基苯基(Uvinul*3026),2,4-二-叔丁基-6-(5-氯-2H-苯并三唑-2-基)-苯酚(Uvinul*3027),2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-二-叔戊基苯酚(Uvinul*3028),2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯酚(Uvinul*3029),1,3-二[(2’氰基-3’,3’-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-二-{[(2’-氰基-3’,3’-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基}-丙烷(Uvinul*3030),2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-甲基苯酚(Uvinul*3033),2-(2H-苯并三唑-2-基)-4,6-二(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚(Uvinul*3034),乙基-2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸酯(Uvinul*3035),(2-乙基己基)-2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸酯(Uvinul*3039),N,N’-二甲酰基-N,N’-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)六亚甲基二胺(Uvinul*4050H),二-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-癸二酸酯(Uvinul*4077H),二-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-癸二酸酯+甲基-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-癸二酸酯(Uvinul*4092H)或其组合。
(1)苯并三唑
UV稳定剂可以是苯并三唑。苯并三唑具有下式的通用结构:
其中R1选自氢,烷基,芳基,取代的烷基,取代的芳基,R2选自氢,烷基,芳基,取代的烷基,取代的芳基。
苯并三唑在约295纳米(nm)(ε~14,000)至345nm(ε~16,000)具有最大吸光率。苯并三唑在最大吸光率处可以具有相当尖锐的截止(cut off),由此极少的尾部会进入可见光并具有极少的黄色。这些化合物也可以在邻近羟基处进行取代以增加空间位阻并确保聚合物不包含催化与聚碳酸酯的酯交换反应的碱性剩余物。苯并三唑可以按方案1所示进行合成。烷基必须位于苯酚羟基的对位,从而避免在该位置的偶联,并且羟基必须是自由的。
(方案1)
示例性地但不排他地,苯并三唑UV稳定剂包括Cyasorb5411或Tinuvin234。
(2)二苯甲酮
UV稳定剂可以是二苯甲酮。二苯甲酮具有下式的通用结构:
其中R2是以下之一:氢,烷基,芳基,取代的烷基,取代的芳基,R3是以下之一:氢,烷基,芳基,取代的烷基,取代的芳基。
二苯甲酮在约285nm(ε~15,000)至325nm(ε~10,000)具有最大吸光率。二苯甲酮在最大吸光率处具有长尾巴,并在包含二苯甲酮的化合物中产生较浅的黄色。二苯甲酮可以具有2-羟基并且在4位具有烷氧基或羟基。这两种基团都可减少变色并提供良好的光稳定性。最常见的二苯甲酮的衍生物是4-甲氧基酯和4-辛氧基酯。2-羟基-4-烷氧基二苯甲酮通过使苯甲酸或三氯甲苯Friedel-Crafts偶联到间苯二酚上然后将4-羟基烷基化合成,如方案2所示。
(方案2)
示例性地但不排他地,二苯甲酮UV稳定剂包括Cyasorb24,Uvinul3049和3050。示例性地但不排他地,二苯甲酮UV稳定剂包括Cyasorb24,Uvinul3049和Uvinul3050:
(3)氰基丙烯酸酯
UV稳定剂可以是氰基丙烯酸酯。氰基丙烯酸酯具有下式的通用结构:
氰基丙烯酸酯在约300nm(ε~15,000)具有单一最大吸光率,这使得其在较长的波长处比苯并三唑或二苯甲酮的吸收小。氰基丙烯酸酯可以如下制备:先进行氰基乙酸乙酯与二苯甲酮的Knoevenagel缩合,然后进行酯交换,如方案3所示。
(方案3)
示例性地但不排他地,氰基丙烯酸酯UV稳定剂包括Uvinul3030和Uvinul3059。Uvinul3030是UV吸收剂,以化学名称1,3-二-[2’-氰基-3’3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-二-{[2-氰基-3’,3’-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基}丙烷得自BASF。Uvinul5050H是低聚空间受阻胺,得自BASF。其分子量为约3500g/mol。
(4)三嗪
UV稳定剂可以是三嗪。三嗪具有下式的通用结构:
其中R是烷基,取代的烷基。
三嗪在290nm(ε~43,000)和在约340nm(ε~23,500)具有最大吸光率。三嗪具有高消光系数和高分子量。三嗪UVA通过根据方案4用间二甲苯和氯化铝处理氰尿酰氯而制备二芳基化三嗪来合成。
(方案4)
然后用间苯二酚和氯化铝处理二芳基三嗪以制备二羟基苯基三嗪,然后将该三嗪转化为醚。三嗪可以用于涂料应用,因为它们不是非常易溶的,但是在汽车涂料中具有改善的光稳定性。
示例性地但不排他地,三嗪UV稳定剂包括Tinuvin400,Cyasorb1164L和Tinuvin234:
(5)草酰替苯胺
UV稳定剂可以是草酰替苯胺。草酰替苯胺具有下式的通用结构:
草酰替苯胺具有与氰基丙烯酸酯类似的吸收特性并且可以不对称地取代以加宽吸收带并改善溶解性。
(6)Cyasorb5411,Cyasorb UV-3638,Uvinul3030,和Tinuvin234
UV稳定剂可以是:
(Cyasorb UV-3638),或(Uvinul3030)。
光致抗蚀组合物可以包含一种或多种UV稳定剂,这不包括Cyasorb5411,Cyasorb UV-3638,Uvinul3030,和/或Tinuvin234。
d.抗冲改性剂
光致抗蚀组合物可以进一步包含抗冲改性剂。例如,组合物可以进一步包含抗冲改性剂,条件是选择的添加剂不会显著地不利影响组合物的所需性质。适当的抗冲改性剂可以是源自烯烃、单乙烯基芳族单体、丙烯酸和甲基丙烯酸和它们的酯衍生物、以及共轭二烯的高分子量弹性体材料。由共轭二烯形成的聚合物可以完全或部分氢化。弹性体材料的形式可以是均聚物或共聚物,包括无规、嵌段、径向嵌段、接枝、和芯-壳共聚物。可以使用抗冲改性剂的组合。
特定类型的抗冲改性剂可以是弹性体改性的接枝共聚物,其包含(i)弹性体(即,橡胶状)聚合物基质,其Tg小于约10℃,小于约0℃,小于约-10℃,或为约-40℃至-80℃,和(ii)接枝于弹性体聚合物基质的硬质聚合物。适宜用作弹性体相的物质包括,例如,共轭二烯橡胶,例如聚丁二烯和聚异戊二烯;共轭二烯与少于约50wt%的可共聚单体的共聚物,所述可共聚单体例如为单乙烯基化合物,如苯乙烯,丙烯腈,丙烯酸正丁酯,或丙烯酸乙酯;烯烃橡胶,例如乙烯丙烯共聚物(EPR)或乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM);乙烯-乙酸乙烯基酯橡胶;硅橡胶;弹性体(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯;(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯与丁二烯和/或苯乙烯的弹性体共聚物;或包括前述弹性体中至少一种的组合。适宜用作硬质相的物质包括,例如,单乙烯基芳族单体,例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯,和单乙烯基单体,例如丙烯腈,丙烯酸,甲基丙烯酸,和丙烯酸和甲基丙烯酸的C1-C6酯,特别为甲基丙烯酸甲酯。
具体的抗冲改性剂包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS),ABS共聚物(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯共聚物(AES),苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS),和苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)。示例性的弹性体改性的接枝共聚物包括由以下物质形成的那些:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS),ABS共聚物(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯共聚物(AES),苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS),和苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)。
MBS可以源自以下单体:
SEBS可以是基于苯乙烯和乙烯/丁烯共聚物的线性三嵌段共聚物。各共聚物链可以由三种嵌段组成:为无规乙烯/丁烯共聚物的中间嵌段由两种聚苯乙烯的嵌段包围。SEBS可以为苯乙烯-b-(乙烯-共聚-丁烯)-b-苯乙烯聚合物。
抗冲改性剂的存在量可以为1至30重量份,基于100重量份的共聚碳酸酯、聚硅氧烷-聚碳酸酯、和任何另外的聚合物。抗冲改性剂可以包括MBS和SBS。
e.其它添加剂
光致抗蚀组合物可以进一步包含其它添加剂,例如但不限于,颜料,染料,热稳定剂,脱模剂等。特定的添加剂包括抗氧化剂,例如抗氧化剂1076;聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETS);NaOH,二氧化钛,涂覆的二氧化钛,铜酞菁颜料蓝,颜料蓝28,和颜料红101。这些其它添加剂各自在组合物中的重量百分比可以为0.00010至0.5%。例如,抗氧化剂的存在量可以为0.1至0.6重量%;聚对苯二甲酸乙二醇酯的存在量可以为0.1至0.5重量%;NaOH例如在水中33%的NaOH的存在量可以为0.01至0.05重量%;二氧化钛(其可以被涂覆的)的存在量可以为2至6重量%;铜酞菁颜料蓝(15:4)的存在量可以为0.0001至0.003重量%;颜料蓝28的存在量可以为0.01至0.05重量%;颜料红101的存在量可以为0.002至0.015重量%。
着色剂例如颜料和/或染料添加剂也可以存在。有用的颜料可以包括例如无机颜料,例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;硫代硅酸硫酸钠、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、二嗪、酞菁、和偶氮色淀;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、颜料蓝60、颜料绿7、颜料黄119、颜料黄147、颜料黄150、和颜料棕24;或包含至少一种前述颜料的组合。颜料的用量通常为0.01至10重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
示例性的染料通常为有机材料并且包括,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;闪烁染料如唑或二唑染料;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;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;重氮盐染料;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)-1,3,4-二唑;2,5-二(4-联苯基)-唑;2,2′-二甲基-对-四联苯(quaterphenyl);2,2-二甲基-对-三联苯(terphenyl);3,5,3″″,5″″-四-叔丁基-对-五联苯(quinquephenyl);2,5-二苯基呋喃;2,5-二苯基唑;4,4′-二苯基芪;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-7-二乙基亚氨基吩嗪高氯酸盐;2-(1-萘基)-5-苯基唑;2,2′-对-亚苯基-二(5-苯基唑);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。染料的用量通常为0.01至10重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
各种类型的阻燃剂也可以用作添加剂。在一种实施方式中,阻燃剂添加剂包括,例如,阻燃剂盐,如全氟化的C1-16烷基磺酸的碱金属盐,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盐,二苯基砜磺酸钾(KSS)等;以及通过使如碱金属或碱土金属反应形成的盐(例如锂盐、钠盐、钾盐、镁盐、钙盐和钡盐),以及无机酸复盐(例如,氧-阴离子盐),如碳酸的碱金属和碱土金属盐如Na2CO3、K2CO3、MgCO3、CaCO3、BaCO3、和BaCO3或氟-阴离子复盐如Li3AlF6、BaSiF6、KBF4、K3AlF6、KAlF4、K2SiF6、和/或Na3AlF6等。Rimar盐和KSS,不管是单独还是与其它阻燃剂组合,都可特别用于本申请公开的聚碳酸酯组合物。
在另一种实施方式中,阻燃剂选自以下至少一种:全氟化的C1-16烷基磺酸的碱金属盐;全氟丁烷磺酸钾;全氟辛烷磺酸钾;全氟己烷磺酸四乙基铵盐;和二苯基砜磺酸钾。
在另一种实施方式中,阻燃剂不是含溴或含氯的组分。
在另一种实施方式中,阻燃剂添加剂包括有机化合物,该化合物包括磷、溴和/或氯。非溴化的和非氯化的含磷阻燃剂可以由于法规原因用于某些应用,例如有机磷酸酯和包含磷-氮键的有机化合物。一种类型的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、烷基芳基、或芳基烷基,条件是至少一个G是芳族基团。G基团中的两个可以连接在一起而得到环状基团,例如,二苯基季戊四醇二磷酸酯。示例性的芳族磷酸酯包括,磷酸苯基二(十二烷基)酯,磷酸苯基二(新戊基)酯,磷酸苯基二(3,5,5′-三甲基己基)酯,磷酸乙基二苯基酯,磷酸2-乙基己基二(对-甲苯基)酯,磷酸二(2-乙基己基)对-甲苯基酯,磷酸三甲苯基酯,磷酸二(2-乙基己基)苯基酯,磷酸三(壬基苯基)酯,磷酸二(十二烷基)对-甲苯基酯,磷酸二丁基苯基酯,磷酸2-氯乙基二苯基酯,磷酸对-甲苯基二(2,5,5′-三甲基己基)酯,磷酸2-乙基己基二苯基酯等。具体的芳族磷酸酯是其中G各自为芳族基团的磷酸酯,例如,磷酸三苯基酯、磷酸三甲苯基酯、异丙基化的磷酸三苯基酯等。
也可以使用二官能或多官能的芳族含磷化合物作为添加剂,例如,下式的化合物:
其中G1各自独立地为包含1至30个碳原子的烃基;G2各自独立地为包含1至30个碳原子的烃基或烃氧基;X各自独立地为溴或氯;m为0至4,n为1至30。示例性的二官能或多官能的芳族含磷化合物包括间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP),对苯二酚的二(二苯基)磷酸酯和双酚-A的二(二苯基)磷酸酯,它们各自的低聚和聚合配对物等。
示例性的包含磷-氮键的阻燃剂添加剂包括磷腈氯化物、磷酯酰胺,磷酸酰胺、膦酸酰胺、次膦酸酰胺、三(吖丙啶基)氧化膦。
也可以使用卤化的有机阻燃剂化合物作为阻燃剂,例如下式的卤化阻燃剂化合物:
其中R为C1-36烷撑、烷叉或环脂族的连接基(linkage),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,或者含硫的连接基如硫醚、亚砜、砜等。R也可以由两个或多个由诸如芳族、氨基、醚、羰基、硫醚、亚砜、砜等基团连接的烷撑或烷叉连接基构成。
式(20)中的Ar和Ar′各自独立为单碳环或多碳环的芳基如亚苯基,亚联苯基,亚三联苯基,亚萘基等。
Y为有机、无机或有机金属基团,例如,(1)卤素如氯、溴、碘、氟,或(2)通式OB的醚基团,其中B为类似于X的一价烃基,或(3)R所示类型的一价烃基,或(4)其它取代基如硝基、氰基等,该取代基基本是惰性的,条件是每个芳核存在大于或等于一个并且特别为两个卤原子。
如果存在,每个X独立为一价烃基,例如,烷基如甲基,乙基,丙基,异丙基,丁基,癸基等;芳基如苯基,萘基,联苯基,二甲苯基,甲苯基等;芳基烷基如苄基,乙基苯基等;脂环族基团如环戊基,环己基等。该一价烃基本身可包含惰性取代基。
每个d独立地为1至最大相当于取代在构成Ar或Ar′的芳环上可取代的氢的数目。每个e独立地为0至最大相当于R上可取代的氢的数目。a、b和c各自独立地为包括0的整数。当b不为0时,a或c均不可以为0。否则,a或c但不是二者可以为0。如果b为0,则芳族基团通过直接的碳-碳键结合。
芳族基团Ar和Ar′上的羟基和Y取代基可以在邻、间或对位变化,各基团可以相互处于任何可能的几何关系。
在上式范围内所包含的双酚中,下面是代表性的:2,2-二-(3,5-二氯苯基)-丙烷;二-(2-氯苯基)-甲烷;二(2,6-二溴苯基)-甲烷;1,1-二-(4-碘苯基)-乙烷;1,2-二-(2,6-二氯苯基)-乙烷;1,1-二-(2-氯-4-碘苯基)乙烷;1,1-二-(2-氯-4-甲基苯基)-乙烷;1,1-二-(3,5-二氯苯基)-乙烷;2,2-二-(3-苯基-4-溴苯基)-乙烷;2,6-二-(4,6-二氯萘基)-丙烷;2,2-二-(2,6-二氯苯基)-戊烷;2,2-二-(3,5-二溴苯基)-己烷;二-(4-氯苯基)-苯基-甲烷;二-(3,5-二氯苯基)-环己基甲烷;二-(3-硝基-4-溴苯基)-甲烷;二-(4-羟基-2,6-二氯-3-甲氧基苯基)-甲烷;2,2-二-(3,5-二氯-4-羟基苯基)-丙烷;及2,2-二-(3-溴-4-羟基苯基)-丙烷。上面结构式范围内还包括的是:1,3-二氯苯,1,4-二溴苯,1,3-二氯-4-羟基苯,及联苯如2,2′-二氯联苯,多溴化的1,4-二苯氧基苯,2,4′-二溴联苯,及2,4′-二氯联苯,以及十溴二苯醚等。
另一类有用的阻燃剂是具有通式(R2SiO)y的这类环状硅氧烷,其中R是具有1至18个碳原子的一价烃基或氟化烃基,y是数值3至12。氟化烃基的实例包括但不限于,3-氟丙基,3,3,3-三氟丙基,5,5,5,4,4,3,3-七氟丙基,氟苯基,二氟苯基和三氟甲苯基。适宜的环状硅氧烷的实例包括但不限于,八甲基环四硅氧烷,1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-四乙烯基环四硅氧烷,1,2,3,4-四甲基-1,2,3,4-四苯基环四硅氧烷,八乙基环四硅氧烷,八丙基环四硅氧烷,八丁基环四硅氧烷,十甲基环五硅氧烷,十二甲基环六硅氧烷,十四甲基环七硅氧烷,十六甲基环八硅氧烷,二十甲基环十硅氧烷,八苯基环四硅氧烷等。特别有用的环状硅氧烷是八苯基环四硅氧烷。
当存在时,前述阻燃剂添加剂的存在量通常为0.01至10wt.%,更特别为0.02至5wt.%,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
除了封端的聚碳酸酯和阻燃剂(和任何抗冲改性剂,如果使用)之外,热塑性组合物还可以包括通常结合到该类型聚碳酸酯组合物中的各种添加剂,条件是选择的添加剂不会显著地不利影响聚碳酸酯的所需性质,例如,透明度和阻燃性。可以使用添加剂的组合。这样的添加剂可以在混合用于形成组合物的各组分的过程中的适当时间混合。
可以将各种添加剂添加到本公开/要求保护的本发明包括的主题组合物。
在一种实施方式中,一种或多种添加剂选自以下的至少一种:UV稳定添加剂,热稳定添加剂,脱模剂,着色剂,有机和无机填料,和γ-稳定剂。
可用的填料或增强剂包括,例如,硅酸盐和二氧化硅粉末,如硅酸铝(富铝红柱石),合成硅酸钙,硅酸锆,熔凝硅石,结晶硅石,石墨,天然硅砂等;硼粉末例如氮化硼粉末,硼-硅酸盐粉末等;氧化物,例如TiO2,氧化铝,氧化镁等;硫酸钙(作为其无水物、二水合物或三水合物);碳酸钙例如白垩、石灰石、大理石,合成沉淀的碳酸钙等;滑石,包括纤维状、模块状(modular)、针状、薄片状滑石等;硅灰石;表面处理的硅灰石;玻璃球例如空心和实心玻璃球,硅酸盐球,空心煤胞,硅铝酸盐(armospheres)等;高岭土,包括硬高岭土、软高岭土、煅烧高岭土、包括本领域已知的各种涂层以促进与聚碳酸酯聚合物基质的相容性的高岭土等;单晶纤维或“晶须”例如碳化硅、氧化铝、碳化硼、铁、镍、铜等;纤维(包括连续和短切纤维),例如石棉、碳纤维、玻璃纤维,如E、A、C、ECR、R、S、D、和NE玻璃和石英等;硫化物例如硫化钼,硫化锌等;钡化合物例如钛酸钡,铁酸钡,硫酸钡,重晶石等;金属和金属氧化物例如颗粒状或纤维状铝、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,例如短无机纤维如源自包括下列物质中至少一种的共混物的那些:硅酸铝、氧化铝、氧化镁、和硫酸钙半水合物等;天然填料和增强物质,例如通过将木材研磨成粉得到的木粉,纤维产品例如纤维素、棉花、剑麻、黄麻、淀粉、软木粉、木质素、研碎花生壳(ground nut shells)、玉米、稻壳等;有机填料,例如聚四氟乙烯;由能够形成纤维的有机聚合物形成的增强有机纤维填料,例如聚(醚酮)、聚酰亚胺、聚苯并唑、聚(苯硫醚),聚酯,聚乙烯,芳族聚酰胺,芳族聚酰亚胺,聚醚酰亚胺,聚四氟乙烯,丙烯酸类树脂,聚(乙烯基醇)等;以及另外的填料和增强剂例如云母,粘土,长石,烟道尘,伊利石(fillite),石英,石英岩,珍珠岩,硅藻土,硅藻土,炭黑等,或包括前述填料或增强剂中至少一种的组合。
填料和增强剂可以涂布有金属材料的层以增进导电性,或用硅烷进行表面处理以改善与聚碳酸酯聚合物基质的粘合性和分散性。而且,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:例如共编织或芯/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。适宜的共编织结构包括,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、和芳族聚酰亚胺纤维-玻璃纤维等。纤维填料可以提供为以下形式,例如,粗纱,织造纤维增强材料,例如0-90度织物等;非织造纤维增强材料例如连续原丝片(continuous strand mat)、短切原丝片(chopped strandmat)、绢纱(tissue)、纸和毡等;或三维增强材料例如编织物。填料的用量通常为0至80重量份,基于100重量份的组合物中的聚合物组分。
示例性的抗氧化剂添加剂包括:例如,有机亚磷酸酯如三(壬基苯基)亚磷酸酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(“IRGAFOS168”或“I-168”)、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等;烷基化一元酚或多元酚;多元酚与二烯的烷基化反应产物,如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸基)]甲烷(tetrakis[methylene(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)]methane)等;对甲酚或二环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化对苯二酚;羟基化硫代二苯醚;烷叉双酚;苄基化合物;β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与一元醇或多元醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)丙酸与一元醇或多元醇的酯;硫代烷基或硫代芳基化合物的酯诸如二硬脂基硫代丙酸酯、二月桂基硫代丙酸酯、二(十三烷基)硫代二丙酸酯、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)]丙酸季戊四醇酯等的酯;β-(3,5-二叔丁基-4-羟基-苯基)丙酸等的酰胺等,或者含有至少一种前述抗氧化剂的组合。抗氧化剂的用量通常为0.0001至1重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分(不包括任何填料)。
示例性的热稳定添加剂包括:例如,有机亚磷酸酯如亚磷酸三苯酯、三(2,6-二甲基苯基)亚磷酸酯、三(混合的单-和二-壬基苯基)亚磷酸酯等;膦酸酯如二甲基苯膦酸酯等;磷酸酯如磷酸三甲基酯等,或者含有至少一种前述热稳定剂的组合。热稳定剂的用量通常为0.0001至1重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
也可以使用增塑剂、润滑剂、和/或脱模剂。在这些类型的材料之间存在相当多的交叠,这包括,例如,邻苯二甲酸酯例如二辛基-4,5-环氧基-六氢邻苯二甲酸酯;三-(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯;三硬脂酸甘油酯;二官能或多官能的芳族磷酸酯例如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP),对苯二酚的二(二苯基)磷酸酯和双酚-A的二(二苯基)磷酸酯;聚-α-烯烃;环氧化的大豆油;有机硅,包括硅油;酯,例如,脂肪酸酯如硬脂酸烷基酯,例如,硬脂酸甲酯;硬脂酸十八烷基酯,季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)等;硬脂酸甲酯与亲水和疏水非离子型表面活性剂(包括聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物、聚(乙二醇-共聚-丙二醇)共聚物、或包括至少一种前述二醇聚合物的组合)的组合,例如,在合适溶剂内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、石蜡等。这样的物质的使用量通常为0.001至1重量份,特别为0.01至0.75重量份,更特别为0.1至0.5重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
术语“抗静电剂”是指可以加工到聚合物树脂中和/或喷射到材料或制品上以改善导电性质和总的物理性能的单体、低聚、或聚合材料。这些单体、低聚、或聚合材料也可以用作添加剂。单体抗静电剂的实例包括单硬脂酸甘油酯,二硬脂酸甘油酯,三硬脂酸甘油酯,乙氧基化的胺,伯胺、仲胺和叔胺,乙氧基化的醇,硫酸烷基酯,硫酸烷基芳基酯,磷酸烷基酯,烷基胺硫酸酯,烷基磺酸盐例如十八烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,季铵盐,季铵树脂,咪唑啉衍生物,山梨聚糖酯,乙醇酰胺,甜菜碱等,或包括前述单体抗静电剂中至少一种的组合。
示例性的聚合物抗静电剂包括某些聚酯酰胺、聚醚-聚酰胺(聚醚酰胺)嵌段共聚物、聚醚酯酰胺嵌段共聚物、聚醚酯、或聚氨酯,其各自包含聚亚烷基二醇部分,聚亚烷基氧化物单元例如聚乙二醇,聚丙二醇,聚四亚甲基二醇等。这样的聚合物抗静电剂可商购自,例如,PELESTAT*6321(Sanyo)或PEBAX*H1657(Atofina)、IRGASTAT*P18和P22(Ciba-Geigy)。其它可用作抗静电剂的聚合物材料是本身导电的聚合物例如聚苯胺(可作为PANIPOL*EB商购自Panipol)、聚吡咯和聚噻吩(可商购自Bayer),它们在升高的温度下熔融加工之后可以保留一些它们的固有电导率。在一种实施方式中,碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑、或前述物质中任何组合可以用于含化学抗静电剂的聚合物树脂以使组合物呈现静电耗散的性质。抗静电剂的使用量通常为0.0001至5重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
当需要泡沫体时,有用的发泡剂可以用作添加剂并且包括,例如,低沸点卤代烃和产生二氧化碳的那些;在室温为固体且当加热至高于它们的分解温度的温度时产生诸如氮气、二氧化碳和氨气的气体的发泡剂,例如偶氮二甲酰胺,偶氮二甲酰胺的金属盐,4,4′-氧联二(苯磺酰肼),碳酸氢钠,碳酸铵等,或包含至少一种前述发泡剂的组合。发泡剂的使用量通常为0.01至20重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
抗滴剂也可以用于热塑性组合物,例如形成原纤维或非形成原纤维的含氟聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)。抗滴剂可以由如上所述的硬质共聚物例如苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)包封。包封在SAN中的PTFE称为TSAN。包封的含氟聚合物可以通过使包封聚合物在含氟聚合物的存在下,例如,在含水分散体中聚合而制备。TSAN可以提供优于PTFE的显著优点,是因为TSAN可以较容易地分散在组合物中。示例性的TSAN可以包含50wt.%的PTFE和50wt.%的SAN,基于包封的含氟聚合物的总重量。SAN可以包含,例如,75wt.%的苯乙烯和25wt.%的丙烯腈,基于共聚物的总重量。可替换地,含氟聚合物可用以某些方式与第二聚合物例如芳族聚碳酸酯或SAN预共混从而形成用作抗滴剂的凝聚物质。任一方法可以用于制备包封的含氟聚合物。抗滴剂的使用量通常为0.1至5重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
也可以存在辐射稳定剂,特别是γ-辐射稳定剂。示例性的γ-辐射稳定剂包括亚烷基多元醇,例如乙二醇,丙二醇,1,3-丙二醇,1,2-丁二醇,1,4-丁二醇,中间-2,3-丁二醇,1,2-戊二醇,2,3-戊二醇,1,4-戊二醇,1,4-己二醇等;环亚烷基多元醇,例如1,2-环戊烷二醇,1,2-环己烷二醇等;支化的亚烷基多元醇,例如2,3-二甲基-2,3-丁二醇(频哪醇)等,以及烷氧基取代的环状或非环状烷烃。也可以使用不饱和的链烯醇,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,和9-癸烯-1-醇,以及具有至少一个羟基取代的叔碳的叔醇,例如2-甲基-2,4-戊二醇(己二醇),2-苯基-2-丁醇,3-羟基-3-甲基-2-丁酮,2-苯基-2-丁醇等,和环状叔醇,例如1-羟基-1-甲基-环己烷。也可以使用在连接于芳环中不饱和碳的饱和碳上具有羟基取代基的某些羟基甲基芳族化合物。强加取代的饱和碳可以是羟甲基(-CH2OH)或者其可以是较复杂烃基如-CR4HOH或-CR2 4OH的成员,其中R4是复杂或简单的烃。具体的羟基甲基芳族化合物包括二苯基甲醇,1,3-苯二甲醇,苄醇,4-苄氧基苄醇和苄基苄醇。2-甲基-2,4-戊二醇,聚乙二醇,和聚丙二醇通常用于γ-辐射稳定。γ-辐射稳定化合物的存在量通常为0.1至10重量份,基于100重量份的热塑性组合物中的聚合物组分。
3.混合机和挤出机
包含HALS和异山梨醇聚合物和可替换的UV稳定剂和抗冲改性剂稳定剂的组合物可以通过多种方法制备。例如,可以首先将HALS和异山梨醇聚合物和可替换的UV稳定剂和抗冲改性剂稳定剂在高速HENSCHEL-混合机*中共混。包括但不限于手动混合的其它低剪切工艺也可以完成该共混。然后可以将共混物通过料斗进料到单或双螺杆挤出机的进料喉。挤出机可以是单螺杆挤出,其可能不像双螺杆挤出机对共混物那样苛求。或者,可以在进料喉和/或通过侧填充机(sidestuffer)在下游直接注入到挤出机,将至少一种组分加入到组合物中。也可以将添加剂与所需聚合物树脂混配成母料并进料到挤出机。通常在比引起聚合物流动所必需的温度高的温度下操作挤出机。将挤出物在水浴中立即骤冷,然后造粒。当切割挤出物时根据需要,所制备的粒料可以为1/4英寸长或者更小。该粒料可以用于后续的模塑、成形或成型。
4.制品
本发明提供了包含聚合物组合物的成形、成型、或模塑制品。组合物可以通过各种方法例如注塑、挤出、滚塑、吹塑和热成型模塑为有用的成形制品,从而形成制品,例如,计算机和商业机器外壳(如检测器的外壳),手握式电子设备外壳例如手机的外壳,电连接件,和照明设备的部件,装饰物,家用器具,屋顶,温室,花房(sun rooms),游泳池围栏等。组合物可特别用于制造薄壁制品,例如电子装置的外壳。可由组合物形成的制品的另外实例包括用于公共用途的任何装置,电部件,例如继电器,和,电子消费品,例如以下产品的外皮和部件:膝上型电脑,桌上型电脑,系泊部位,PDA,MP3播放器,GPS模件,手机,手机盖或外壳,桌上型电脑和计算机外壳,传统电话,数码相机,桌上型电脑,和通信部件如基地终端(base stationterminals)的部件。
本发明具有多个方面,这由以下非限制性实施例说明。
实施例1
HALS-稳定化的聚碳酸酯
针对在UV辐射存在下增加的稳定性筛选包含UV吸收剂和/或HALS化合物的几种不同的聚碳酸酯树脂。这些树脂的组成显示于表1a和1b。
表1a.
表1b
在表1a和1b中,百分比是重量或质量百分比。
异山梨醇聚碳酸酯共聚物1是共聚物,其包含80摩尔%的异山梨醇、13摩尔%的BPA和7摩尔%的脂肪酸二聚物。脂肪酸二聚物可以商业名称Pripol1009购自Croda Coatings&Polymers。异山梨醇聚合物的合成描述于美国专利7,666,972和其中引用的专利。
聚碳酸酯1是BPA聚碳酸酯等级,得自SABIC Innovative Plastics,特征在于熔体体积速率(MVR)为6立方厘米每10分钟(cm3/10min)(在300℃,1.2千克(kg)根据ISO1133测定)。聚碳酸酯2是BPA聚碳酸酯等级,得自SABIC Innovative Plastics,特征在于MVR为26cm3/10min(在300℃,1.2kg根据ISO1133测定)。
SAN共聚物1是苯乙烯和丙烯腈的共聚物,其包含25w%的丙烯腈且熔体流动速率(MFR)为6.2克/10分钟(g/10min)(在190℃,2.16kg测定)。
SAN共聚物2是苯乙烯和丙烯腈的共聚物,其包含27w%的丙烯腈且熔体流动速率(MFR)为17g/10min(在220℃,5.0kg测定)。
ABS共聚物1是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物,其包含15wt%的丙烯腈、16wt%的丁二烯和69wt%的苯乙烯,该共聚物的MFR为20g/10min(在220℃,10.0kg测定)。
ABS共聚物2是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物,其包含12wt%的丙烯腈、52wt%的丁二烯和36wt%的苯乙烯,该共聚物的MFR为9.0g/10min(在220℃,10.0kg测定)。
MBS抗冲改性剂是甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的共聚物,其玻璃化转变温度为–77℃,平均粒度为270微米。
抗氧化剂1076是3,5-二(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酸十八烷基酯的akronym。
PETS是季戊四醇硬脂酸酯的缩写。
涂覆的二氧化钛是白色颜料,其中粒子已经涂覆有二氧化硅以便于防止来自二氧化钛的自由基与其中分散颜料的材料相互作用。
颜料蓝28是蓝色颜料,也称为钴蓝或铝酸钴尖晶石。
铜酞菁颜料蓝15:4是蓝色颜料,也称为四苯并卟啉铜。
颜料红101是红色颜料,也称为氧化铁(III)。
颜料棕24是棕色颜料,其基于氧化钛。在金红石晶格中,钛离子部分由铬(III)和锑(V)离子替代。
颜料蓝29是蓝色颜料,也称为群青蓝,具有结构Na2OSAl2O3SiO2
颜料黄53是黄色颜料,其基于氧化钛。在金红石晶格中,钛离子部分由镍(II)和锑(V)离子替代。
溶剂红52是红色染料,其化学名称为3-甲基-6-(对-甲苯二基)-3H-二苯并[f,ij]异喹啉-2,7-二酮。
UVA234是来自苯并三唑类的UV吸收剂,其化学名称为2-[2-羟基-3,5-二-(1,1-二甲基苄基)]-2H-苯并三唑。商业名称为Tinuvin234。
UVA5411是来自苯并三唑类的UV吸收剂,其化学名称为2-(2′-羟基-5′-辛基苯基)-苯并三唑。商业名称为CYASORB*UV-5411。
HALS770是受阻胺光稳定剂,其化学名称为癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯。
Uvinul3030是UV吸收剂,得自BASF,其化学名称为1,3-二-[2’-氰基-3’,3-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-二-{[2-氰基-3’,3’-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基}丙烷。
PELTP是抗氧化剂,其化学名称为季戊四醇四(3-月桂基硫代丙酸酯)。
UV老化试验证明,HALS,特别是HALS770,赋予聚碳酸酯树脂显著的稳定性。参见表2。ΔE值是在UV暴露试验之前和之后材料的颜色试验样片之间的色差的量度。试验于在′标准′和′不良′条件下模塑的试验样片上进行。两种值都报告于该表。
表2
在85℃在空气循环烘箱中干燥物质4小时(hrs)后使用250℃的机筒温度和120秒(s)的停留时间(标准条件)或使用270℃的机筒温度和720s的停留时间(不良条件)进行基于异山梨醇的组合物(样品#1-9)的模塑。将对照样品(样品#10-12)在100℃在空气循环烘箱中干燥4hrs然后使用270℃的机筒温度和120s的停留时间(标准条件)或使用290℃的机筒温度和720s的停留时间(不良条件)模塑。
ASTM G154老化试验进行96小时。尽管包含UVA234的树脂(样品#2)或包含UVA5411的树脂(样品#3)(参见表2)显示了一定的改进,但是包含单独的HALS770的树脂(样品#5)或包含HALS770与UVA5411的组合的树脂(样品#8)(参见表2)表现出了显著的改进。单独的HALS770提供标准模塑的异山梨醇聚碳酸酯(样品#1)的最好的UV保护。包含HALS770的样品#1,包含HALS770且不包含碱的样品#7,不提供UV保护。参见表2。表2中测试的组合物中存在的UV稳定剂显示于以下表2。UV稳定剂和HALS770各自的存在量为0.15%。
实施例2
HALS-稳定化的聚碳酸酯
针对在存在UV辐射下具有增加的稳定性筛选包含UV吸收剂和/或HALS化合物的几种不同的聚碳酸酯树脂。见表3ab和4。ΔE值是在UV暴露试验之前和之后材料的颜色试验样片之间的色差的量度。试验于在′标准′和′不良′条件下模塑的试验样片上进行。两种值都报告于该表。发现在较长时间段(多个试验周期)内ΔE的标准偏差显著高于(~0.3)特定的测试序列/样品组内特定样品的标准偏差。因此不需要实施例1和2之间ΔE值的比较。
在85℃在空气循环烘箱中干燥物质4hrs后使用250℃的机筒温度和120s的停留时间(标准条件)或使用270℃的机筒温度和720s的停留时间(不良条件)进行基于异山梨醇的组合物(样品#14-24)的模塑。将对照样品(样品#13)在100℃在空气循环烘箱中干燥4hrs然后使用270℃的机筒温度和120s的停留时间(标准条件)或使用290℃的机筒温度和720s的停留时间(不良条件)模塑。图2中分析的这些树脂的组成显示于表3。
关于表4,样品#13是对照非异山梨醇聚碳酸酯共混物。样品#14是非HALS异山梨醇聚碳酸酯并且在标准模塑样品和不良模塑样品中都显示出UV降解。样品#15和#16比较了单独的HALS770和HALS770与UV稳定剂的组合,并再次表明单独的HALS在标准模塑样品和不良模塑样品两者中显著的性能。样品#17-19显示可替换的HALS(可替换为HALS770)的效果。其它HALS组分显示类似的性能。它们包括HALS5050H(#17),HALS(3529)(#18),和HALS(3346)(#19)。在样品#20中,评价较高装载量的HALS770(0.3%),但是这并未进一步改善UV性能(与具有0.15%HALS的样品#15的ΔE=0.80相比)。样品#21-#24显示不同抗冲改性剂对包含HALS770的异山梨醇聚合物的UV性能的影响。SEBS抗冲改性剂与HALS770(样品#23和#24)显著改善UV保护并提供比传统PC ABS产品(样品#13)好的颜色稳定性。
表3a
表3b
除非另有指出,否则所有的百分比是指重量百分比。上述样品以及本申请其它表中所示的样品可以包含多于100wt%的全部组分。参见样品14,23和24,例如(~104wt%)。该表中未在邻近的表1a和b中详述且本身无法自我说明的组分如下所述:
聚碳酸酯PDMS嵌段共聚物是嵌段共聚物,由已经共聚的BPA碳酸酯重复单元和聚二甲基硅氧烷嵌段组成。PDMS含量为约20wt%。
丙烯酸酯硅氧烷抗冲改性剂是基于有机硅丙烯酸类橡胶的物质并且可以商业名称Metablen SX005购自Mitsubishi Rayon。
SEBS抗冲改性剂是基于苯乙烯和乙烯/丁烯的线性共聚物,其聚苯乙烯含量为33%。每个聚合物链由三个嵌段组成:为无规乙烯/丁烯共聚物的中间嵌段由两个聚苯乙烯的嵌段包围。
Uvinul5050H是低聚物空间受阻胺,得自BASF。其分子量为约3500g/mol。
Cyasorb3529是受阻胺光稳定剂,得自Cytec,其化学名称为1,6-己二胺,N,N′-二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-,与吗啉并-2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的聚合物。其分子量为约1700g/mol。
Cyasorb3346是受阻胺光稳定剂,以化学名称聚[(6-吗啉并-s-三嗪-2,4-二基)[2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]得自Cytec。其分子量为约1600g/mol。
表3a和3b中测试的组合物中存在的UV稳定剂显示于以下表4:
表4
Hals5050H显示与未稳定化的参照物质大致相等的性能,而其它样品显示改善的性能。参见表4。HALS5050H是表5中所示四种HALS的最大分子量。
在标准和不良模塑的异山梨醇聚碳酸酯的样品中都研究可替换的HALS和HALS的百分比量。同样,UV保护ΔE值表明,在标准条件下,HALS770的表现类似于HALS3529和3346。在标准条件下,与HAL770、3529或3346相比,HALS5050H具有稍低的UV保护分布。HALS770的重量百分比从0.15%增加至0.30%不会改善标准或不良模塑的异山梨醇聚碳酸酯样品的UV保护性能。
表5
描述 | Cas# | 商业名称 | 供应商 | 性能vs.参照 | Mw(g/mol) |
HALS | 52829-07-9 | Uvinul4077H | BASF | 较好 | 481 |
HALS5050H | 152261-33-1 | Uvinul5050H | BASF | 相同 | 3000-4000 |
HALS3529 | 193098-40-7 | Cyasorb UV-3529 | Cytec | 较好 | 1700+/-10% |
HAALS3346 | 082451-48-7 | Cyasorb UV-3346 | Cytec | 较好 | 1600+/-10% |
实施例3
HALS未显示改进
表6
表6中的所有百分比是指重量百分比。组分描述于邻近表1处。使用的H3PO3是在水中的45%溶液。表中的质量百分比是指溶液,而非纯组分。
在与针对实施例1和2描述的标准条件相同的标准条件下进行模塑。
表7指出聚碳酸酯组合物的数值,其中没有使用着色剂或抗冲改性剂。使这些透明材料经受与实施例1和实施例2的样品相同的UV老化试验。ΔE值报告于表7。样品#25是参照物质。具有低含量亚磷酸作为稳定剂的纯的基于异山梨醇的聚碳酸酯用于混配和模塑以便于防止水解。在样品#26和#28至#31中,评价HALS与UV吸收剂的组合的作用。样品#27测试单独的UV吸收剂的作用。样品#26中低含量的HALS770(0.15%)证明是最好的。所有的样品显示出相对于#25参照的改进。
表7
在一种实施方式中,组合物可以包含:(a)异山梨醇聚合物;和(b)一种或多种选自下式的受阻胺:
其中R4是氢,烃氧基,羟基,具有1至20个碳原子的烷基,具有3至8个碳原子的链烯基或炔基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,具有1至10个碳原子的脂族酰基,具有7至13个碳原子的芳族酰基,具有2至9个碳原子的烷氧基羰基,具有7至15个碳原子的芳氧基羰基,具有2至13个碳原子的烷基、芳基、环烷基或芳基烷基取代的氨基甲酰基,具有1至5个碳原子的羟基烷基,2-氰基乙基,具有3至10个碳原子的环氧烷基,或具有4至30个碳原子的聚环氧烷烃基团;
R5是氢或具有1至4个碳原子的烷基;
R6是氢,羟基,或具有1至4个碳原子的烷氧基,
其中当R6是氢时,X是选自-Z-R7-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-R9-C(=O)-N(R8)-,-R7-C(=O)-N(R8)-,或-C(=O)-N(R8)-的二价基团,
Z是-O-,-N(R10)-,或-N(R12)-R11-N(R12)-,
当R6是羟基或烷氧基时,X是选自-R7-C(=O)--N(R8)-或-C(=O)-N(R8)-的二价基团,
R7是具有1至4个碳原子的亚烷基二基,
R8选自氢,具有1至8个碳原子的伯烷基或仲烷基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,或具有5至12个碳原子的环烷基,
R9选自直接键或以下取代或未取代的基团:具有1至14个碳原子的亚烷基,具有4至10个碳原子的氧二亚烷基,具有4至10个碳原子的硫代二亚烷基,具有2至10个碳原子的亚烯基,邻-亚苯基,间-亚苯基,对-亚苯基,其中R9的取代基选自低级烷基,低级烷氧基,羟基,溴,氯,巯基,或低级烷基巯基。
R10和R12选自氢,具有1至10个碳原子的烷基,具有6至12个碳原子的芳基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,和具有5至12个碳原子的环烷基,
R10可以是2-氰基乙基的基团或下式的基团:
R11是具有2至12个碳原子的亚烷基。
在各种实施方式中,组合物可以(i)组合物可以进一步包含以下抗冲改性剂中的至少一种:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS),ABS共聚物(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯共聚物(AES),苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS),苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN),或其组合;和/或(ii)组合物可以包含抗冲改性剂MBS;和/或(iii)组合物可以包含抗冲改性剂SEBS;和/或(iv)组合物可以进一步包含以下UV稳定剂中的至少一种:羟基二苯甲酮,羟基苯基苯并三唑,氰基丙烯酸酯,草酰替苯胺,羟基苯基三嗪或其组合;和/或(v)HALS的重量百分比可以低于0.3%;和/或(vi)HALS的重均分子量可以低于2000g/mol;和/或(vii)聚合物的异山梨醇得自以下异山梨醇的至少一种:1,4:3,6-二脱水-D-山梨醇;2,6-二氧杂双环[3.3.0]辛-4,8-二醇;1,4:3,6-二脱水-D-葡萄糖醇;2,3,3a,5,6a-六氢呋喃并[3,2-b]呋喃-3,6-二醇,或其异构体;和/或(viii)聚合物是均聚物;或聚合物是共聚物;或聚合物是聚碳酸酯;和/或(ix)聚碳酸酯是
其中n大于1;和/或(x)聚碳酸酯是
其中Z1是芳族化合物,n大于1;和/或(xi)组合物不包含以下UV稳定剂:
(也称为Cyasorb5411(Cytec)或Tinuvin329(Ciba)(Mw323.4amu;mp101-105℃)),或
(Cyasorb UV-3638),或(Uvinul3030);和/或(xii)聚合物包含至少20重量%的基于生物的单元,任选地,基于生物的单元可以是异山梨醇;和/或(xiii)组合物可以包含90至95wt%的异山梨醇聚碳酸酯,4至8重量%的SEBS抗冲改性剂,任选的0.1至0.6wt%的抗氧化剂,任选的2wt%至6wt%的二氧化钛,任选的0.1至0.5wt%的增塑剂、润滑剂和/或脱模剂和/或其它添加剂;和0.1至0.5的癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯;和/或(xiv)组合物可以包含0.15至0.30wt%的癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯;和/或(xv)组合物可以进一步包含0.01至0.05wt%的NaOH,其中NaOH是在水中的33wt%溶液。
在一种实施方式中,制品由上述组合物中的任一种形成。
在一种实施方式中,制造制品的方法包括:挤出以上任一组合物形成挤出的组合物;和将挤出的组合物模塑成制品。也包括由该方法形成的制品。
Claims (22)
1.组合物,其包含:
(a)异山梨醇聚合物;和
(b)一种或多种受阻胺,其选自下式:
其中R4是氢,烃氧基,羟基,具有1至20个碳原子的烷基,具有3至8个碳原子的链烯基或炔基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,具有1至10个碳原子的脂族酰基,具有7至13个碳原子的芳族酰基,具有2至9个碳原子的烷氧基羰基,具有7至15个碳原子的芳氧基羰基,具有2至13个碳原子的烷基、芳基、环烷基或芳基烷基取代的氨基甲酰基,具有1至5个碳原子的羟基烷基,2-氰基乙基,具有3至10个碳原子的环氧烷基,或具有4至30个碳原子的聚环氧烷烃基团;
R5是氢或具有1至4个碳原子的烷基;
R6是氢,羟基,或具有1至4个碳原子的烷氧基,
或
其中当R6是氢时,X是选自-Z-R7-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-N(R8)-,-Z-C(=O)-R9-C(=O)-N(R8)-,-R7-C(=O)-N(R8)-,或-C(=O)-N(R8)-的二价基团,
Z是-O-,-N(R10)-,或-N(R12)-R11-N(R12)-,
当R6是羟基或烷氧基时,X是选自-R7-C(=O)--N(R8)-或-C(=O)-N(R8)-的二价基团,
R7是具有1至4个碳原子的亚烷基二基,
R8选自氢,具有1至8个碳原子的伯烷基或仲烷基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,或具有5至12个碳原子的环烷基,
R9选自直接键或以下取代或未取代的基团:具有1至14个碳原子的亚烷基,具有4至10个碳原子的氧二亚烷基,具有4至10个碳原子的硫代二亚烷基,具有2至10个碳原子的亚烯基,邻-亚苯基,间-亚苯基,对-亚苯基,其中R9的取代基选自低级烷基,低级烷氧基,羟基,溴,氯,巯基,或低级烷基巯基,
R10和R12选自氢,具有1至10个碳原子的烷基,具有6至12个碳原子的芳基,具有7至12个碳原子的芳基烷基,和具有5至12个碳原子的环烷基,
R10可以是2-氰基乙基的基团或下式的基团:
R11是具有2至12个碳原子的亚烷基。
2.权利要求1的组合物,还包括下述抗冲改性剂中的至少一种:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS),苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS),ABS共聚物(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯共聚物(AES),苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS),苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN),或其组合。
3.权利要求2的组合物,其中所述抗冲改性剂是MBS。
4.权利要求2的组合物,其中所述抗冲改性剂是SEBS。
5.权利要求1-4任一项的组合物,还包括以下UV稳定剂中的至少一种:羟基二苯甲酮,羟基苯基苯并三唑,氰基丙烯酸酯,草酰替苯胺,羟基苯基三嗪或其组合。
6.权利要求1-5任一项的组合物,其中HALS的重量百分比低于0.3%。
7.权利要求1-6任一项的组合物,其中HALS的分子量低于2000g/mol。
8.权利要求1-7任一项的组合物,其中聚合物的异山梨醇得自以下异山梨醇的至少一种:1,4:3,6-二脱水-D-山梨醇;2,6-二氧杂双环[3.3.0]辛-4,8-二醇;1,4:3,6-二脱水-D-葡萄糖醇;2,3,3a,5,6a-六氢呋喃并[3,2-b]呋喃-3,6-二醇,及其异构体。
9.权利要求1-8任一项的组合物,其中所述聚合物是均聚物。
10.权利要求1-8任一项的组合物,其中所述聚合物是共聚物。
11.权利要求1-8任一项的组合物,其中所述聚合物是聚碳酸酯。
15.权利要求1-14任一项的组合物,其中所述聚合物包含至少20重量%的基于生物的单元。
16.权利要求15的组合物,其中所述基于生物的单元是异山梨醇。
17.权利要求1的组合物,其包含:
(a)90至95wt%的异山梨醇聚碳酸酯;
(b)4至8wt%的SEBS抗冲改性剂;
(c)任选的0.1至0.6wt%的抗氧化剂;
(d)任选的2wt%至6wt%的二氧化钛;
(e)任选的0.1至0.5wt%的增塑剂、润滑剂和/或脱模剂和/或其它添加剂;和
(f)0.1至0.5wt%的癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯。
18.权利要求1-17任一项的组合物,包含0.15至0.30wt%的癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯。
19.权利要求1-18任一项的组合物,还包含0.01至0.05wt%的NaOH,其中NaOH为在水中的33wt%溶液。
20.包含权利要求1-19任一项的组合物的制品。
21.制造制品的方法,包括:
(a)挤出权利要求1-19任一项的组合物;和
(b)将所述挤出的组合物模塑成制品。
22.由权利要求21的方法形成的制品。
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