发明内容
本发明提供在耐化学性、耐热性和/或外观方面能够具有优异性能的共聚聚碳酸酯树脂、制备其的方法及包含其的制品。
共聚聚碳酸酯树脂包含由式1表示的重复单元、由式2表示的重复单元、以及由式3表示的重复单元,其中,由式1表示的重复单元不同于由式3表示的重复单元,
[式1]
其中,R1和R2是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基;并且a和b是相同或不同的,并且各自独立地是从1至4的整数,
[式2]
其中,R3和R4是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基;并且c和d是相同或不同的,并且各自独立地是从1至4的整数,
[式3]
其中,A是取代或未取代的C1至C30烃基、包含O或S的C1至C30烃基、卤酸酯(氢卤酸酯,halogen acid ester)、碳酸酯、CO、S、或SO2;并且R5、R6、R7和R8是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基。
在一个实施方式中,共聚聚碳酸酯树脂可以包含40mol%至99.8mol%的量的由式1表示的重复单元,0.1mol%至50mol%的量的由式2表示的重复单元,以及0.1mol%至50mol%的量的由式3表示的重复单元。
在一个实施方式中,共聚聚碳酸酯树脂可以具有15,000g/mol至50,000g/mol的重均分子量。
在一个实施方式中,共聚聚碳酸酯树脂可具有如根据ASTM D1525测定的150℃以上的维卡软化温度(VST)。
在一个实施方式中,共聚聚碳酸酯树脂可具有75%以上的可见光透射率,如对2.5mm厚的扁平试样在将试样浸渍在稀释剂中以涂布聚碳酸酯树脂2分钟并在80℃下将其干燥30分钟后所测定的。
本发明还涉及用于制备共聚聚碳酸酯树脂的方法。所述方法包括使碳酸酯前体与包含由式4表示的二醇、由式5表示的二醇、以及由式6表示的二醇的二醇混合物聚合,其中由式4表示的二醇不同于由式6表示的二醇,
[式4]
其中,R1和R2是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基,并且a和b是相同或不同的,并且各自独立地是从1至4的整数,
[式5]
其中,R3和R4是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基,并且c和d是相同或不同的,并且各自独立地是从1至4的整数,
[式6]
其中,A是取代或未取代的C1至C30烃基、包含O或S的C1至C30烃基、卤酸酯、碳酸酯、CO、S、或SO2,并且R5、R6、R7和R8是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基。
在一个实施方式中,二醇混合物可以包含40mol%至99.8mol%的量的由式4表示的二醇,0.1mol%至50mol%的量的由式5表示的二醇,以及0.1mol%至50mol%的量的由式6表示的二醇。
在一个实施方式中,聚碳酸酯前体可以是碳酸二芳基酯。
在一个实施方式中,可通过熔融聚合进行聚合。
本发明还涉及由共聚聚碳酸酯树脂形成的制品。
具体实施方式
现将在以下具体实施方式中更全面地描述本发明,其中描述了本发明的一些而不是全部的实施方式。实际上,本发明可以以许多不同形式实现并且不应当被解释为局限于本文所给出的实施方式;相反提供这些实施方式是使得本公开能够满足申请的法律要求。
根据本发明,共聚聚碳酸酯树脂在主链中包含由式1表示的重复单元、由式2表示的重复单元、以及由式3表示的重复单元。在此,由式1表示的重复单元具有不同于由式3表示的重复单元的结构。
[式1]
其中,R1和R2是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基;并且a和b是相同或不同的,并且各自独立地是从1至4的整数,
[式2]
其中,R3和R4是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基;并且c和d是相同或不同的,并且各自独立地是从1至4的整数,
[式3]
其中,A是取代或未取代的C1至C30烃基、包含O或S的C1至C30烃基、卤酸酯、碳酸酯、CO、S、或SO2;并且R5、R6、R7和R8是相同或不同的,并且各自独立地是取代或未取代的C1至C6烷基。
如在本文中使用的,除非另有说明,术语“取代的”意指用卤素、C1至C10烷基、C1至C10卤代烷基、C6至C10芳基、C1至C10烷氧基、或它们的组合取代氢原子。术语“烷基”意指直链、支链或环状烷基。此外,术语“烃基”意指饱和或不饱和的直链、支链或环状烃基。如本文所使用的,“直链”类型的烷基和/或烃基可以具有1至30个碳原子,“支链”类型的烷基和/或烃基可具有两个以上的碳原子并且可以具有上达至30个碳原子,以及“环状”烃基可具有四个以上的碳原子并且可以具有上达至30个碳原子。
通过用烷基取代苯环的3、3'、5、5'位获得由式3表示的重复单元以防止在200℃以上温度下的弗里斯重排。在一个实施方式中,A可以是取代或未取代的C1至C30亚烷基、取代或未取代的C2至C5亚烯基、取代或未取代的C2至C5烷叉基、取代或未取代的C5至C6环亚烷基、取代或未取代的C5至C6环亚烯基、取代或未取代的C5至C10环烷叉基、取代或未取代的C6至C30亚芳基、取代或未取代的C1至C20亚烷氧基、卤酸酯、碳酸酯、CO、S、或SO2。R5、R6、R7和R8可各自独立地是甲基,但不限于此。
根据本发明的共聚聚碳酸酯树脂可以包含,基于100mol%共聚聚碳酸酯树脂的40mol%至99.8mol%、例如45mol%至96mol%、又例如又例如50mol%至90mol%的量的由式1表示的重复单元;基于100mol%共聚聚碳酸酯树脂的0.1mol%至50mol%、例如1mol%至30mol%、又例如5mol%至20mol%的量的由式2表示的重复单元,以及基于100mol%共聚聚碳酸酯树脂的0.1mol%至50mol%、例如3mol%至40mol%、又例如5mol%至30mol%的量的由式3表示的重复单元。
当共聚聚碳酸酯树脂包含的由式1、式2和式3表示的重复单元的量在上述范围内时,在耐热性、耐化学性、外观等方面,共聚聚碳酸酯树脂可具有优异的性能。
在一个实施方式中,由式1表示的重复单元与由式3表示的重复单元的摩尔比(式1:式3)可以是1:0.01-1:0.7、例如1:0.02-1:0.6。在此范围内,共聚聚碳酸酯树脂可具有耐热性、外观等之间的优异平衡。
根据本发明的共聚聚碳酸酯树脂可具有如根据凝胶渗透色谱法(GPC)测定的从15,000g/mol至50,000g/mol、例如从20,000g/mol至40,g/mol的重均分子量。在此范围内,在耐热性、耐化学性、外观等方面,共聚聚碳酸酯树脂可表现出优异的性能。
共聚聚碳酸酯树脂可具有如根据ASTM D1525测定的150℃以上、例如从152℃至180℃的维卡软化温度(VST)。
此外,共聚聚碳酸酯树脂可具有75%以上、例如从80%至98%的可见光透射率(浸渍在涂漆溶液之后的透射率,单位:%),如使用浊度计对2.5mm厚的扁平试样在将试样浸渍在稀释剂中以涂布聚碳酸酯树脂2分钟并在80℃下将其干燥30分钟之后所测定的。在此范围内,聚碳酸酯树脂可提供优异的耐化学性。
可通过用于制备聚碳酸酯树脂的任何典型方法制备根据本发明的共聚聚碳酸酯树脂。例如,可通过使碳酸酯前体与包含由式4表示的二醇、由式5表示的二醇、以及由式6表示的二醇的二醇混合物聚合来制备共聚聚碳酸酯树脂。
[式4]
其中,R1、R2、a和b与在式1中定义的相同。
[式5]
其中,R3、R4、c和d与在式2中定义的相同。
[式6]
其中,A、R5、R6、R7和R8与在式3中定义的相同。
由式4表示的二醇(芳族二羟基化合物)具有不同于由式6表示的化合物的结构。由式4表示的二醇的实例可包括但不限于2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二乙基-4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二异丙基-4-羟苯基)-丙烷、以及2,2-双-(3,5-二丁基-4-羟苯基)-丙烷等,以及它们的组合。在示例性实施方式中,由式4表示的二醇包括2,2-双-(4-羟苯基)-丙烷(双酚A)。
此外,由式5表示的二醇的实例可包括但不限于4,4'-双酚、2,2'-二甲基-4,4'-联苯二醇、3,3-二甲基-4,4-二羟基联苯、2,2',6,6'-四甲基-4,4'-双酚等,以及它们的组合,并且由式6表示的二醇的实例可包括3,3',5,5'-四甲基双酚A(3,3',5,5'-四甲基双酚A:TMBPA)。
在一个实施方式中,二醇混合物可以包含:基于100mol%二醇混合物的40mol%至99.8mol%、例如45mol%至96mol%、又例如50mol%至90mol%的量的由式4表示的二醇;基于100mol%二醇混合物的0.1mol%至50mol%、例如1mol%至30mol%、又例如5mol%至20mol%的量的由式5表示的二醇;以及基于100mol%二醇混合物的0.1mol%至50mol%、例如3mol%至40mol%、又例如5mol%至30mol%的量的由式6表示的二醇。
当二醇混合物包含的由式4、式5和式6表示的重复单元的量在上述范围内时,在耐热性、耐化学性、外观等方面,共聚聚碳酸酯树脂可提供优异的性能。
在一个实施方式中,由式4表示的二醇与由式6表示的二醇以1:0.01-1:0.7、例如以1:0.02-1:0.6的摩尔比(式4:式6)存在。在此摩尔比范围内,共聚聚碳酸酯树脂可提供耐热性、外观等之间的优异平衡。
在本发明中,碳酸酯前体可以是用于制备聚碳酸酯的任何典型的碳酸酯前体。碳酸酯前体的实例可包括但不限于光气、三光气、碳酸二芳基酯等、以及它们的混合物。在示例性实施方式中,碳酸酯前体包括碳酸二芳基酯。碳酸二芳基酯的实例可包括碳酸二苯酯、碳酸二甲苯基酯、碳酸双(氯苯基)酯、碳酸间甲苯酯、碳酸二萘酯、碳酸双(联苯)酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丁酯、碳酸二环己酯等,但不限于此。这些可以单独使用或以其组合使用。在示例性实施方式中,碳酸二芳基酯包括碳酸二苯酯。
二醇混合物与碳酸酯前体的摩尔比(二醇混合物/碳酸酯前体)范围可从0.7至1.0、例如从0.8至0.98。在此摩尔比范围内,共聚聚碳酸酯树脂可降低未反应单体的量并提供优异的机械性能。
在一个实施方式中,可通过熔融聚合、界面聚合、溶液聚合等,例如通过熔融聚合进行二醇和碳酸酯前体之间的聚合(酯交换)。在降低的压力下,可在从150℃至330℃、例如从170℃至310℃、又例如从200℃至290℃的温度下进行聚合。在此温度范围内,由反应速率和减少副反应来看聚合可以有利地进行。
此外,可在100托以下,例如75托以下、又例如30托以下、又例如1托以下的降低的压力下进行聚合10分钟以上、例如15分钟至24小时、又例如15分钟至12小时,鉴于反应速率和减少副反应,这可以是有利的。
可在催化剂的存在下进行聚合。作为催化剂,可以使用用于酯交换的任何典型的催化剂。催化剂的实例可包括但不限于碱金属催化剂、碱土金属催化剂等,以及它们的组合。碱金属催化剂的实例可包括但不限于LiOH、NaOH、KOH等。这些可以单独使用或以其组合使用。
催化剂可以以1×10-8mol至1×10-3mol、例如1×10-7mol至1×10-4mol的量存在于每摩尔二醇混合物中。在此范围内,共聚聚碳酸酯树脂可以表现出充分的反应活性同时使由副反应引起的副产物减少到最小的产量,从而获得改善热稳定性和颜色稳定性的效果。
根据本发明,根据需要,共聚聚碳酸酯树脂可进一步包含由式7表示的硫酸酯化合物。即,由式7表示的硫酸酯化合物可加入通过前述方法制备的聚合物中以钝化催化剂。
[式7]
其中,每个R9独立地是取代或未取代的C1至C20烷基,R10是取代或未取代的C11至C20亚烷基,并且m是从0至5的整数。
由式7表示的硫酸酯化合物的实例可包括但不限于十二烷基对甲苯硫酸酯、十八烷基对甲苯硫酸酯、十二烷基(十二烷基苯)硫酸酯、十八烷基(十二烷基苯)硫酸酯等,以及它们的组合。
基于100重量份的共聚聚碳酸酯树脂,硫酸酯化合物可以以0.0001重量份至0.001重量份、例如以0.0003重量份至0.0008重量份的量存在。在此范围内,共聚聚碳酸酯树脂可展现出优异的热稳定性和/或耐水解性。
在一个实施方式中,硫酸酯化合物可经由通过将硫酸酯化合物引入包含共聚聚碳酸酯树脂的反应器中的原位反应加入到共聚聚碳酸酯树脂中。在另一个实施方式中,共聚聚碳酸酯树脂可与硫酸酯化合物在挤压过程中混合。在将共聚聚碳酸酯树脂转移至挤出机后,可以将硫酸酯化合物引入挤出机中并与聚碳酸酯树脂一起挤出以形成颗粒。
根据需要,无论是否加入硫酸酯化合物,根据本发明的聚碳酸酯树脂可进一步包括一种或多种典型的添加剂。添加剂的实例可包括而不限于阻燃剂如磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯等、抗氧化剂如十八烷基3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯等、抗菌剂、脱模剂、热稳定剂、光稳定剂、增容剂、染料、无机添加剂、填料、增塑剂、抗冲改性剂、化学试剂、润滑剂、抗静电剂、颜料、耐候剂、UV保护剂等,但不限于此。这些可以单独使用或以其组合使用。
根据本发明的共聚聚碳酸酯树脂在耐化学性、耐热性等方面可以展现出优异的性能,可防止或减少由200℃以上温度下的弗里斯重排引起的精细凝胶的形成以便能够进行熔融聚合,并且可用于产生具有优良无银纹外观等的制品如注塑制品或薄膜。例如,共聚聚碳酸酯树脂可用于包括光学薄膜的光学材料、电气和电子产品、外部材料、汽车部件、小产品等的光学材料。可通过典型方法,例如挤塑、注塑、真空模塑、铸塑成形、吹塑、压延成型等生产这些制品。本领域技术人员熟知这些模塑法。
接下来,将参照一些实施例更详细地说明本发明。应当理解,提供以下实施例仅用于说明而不以任何方式解释为限制本发明。
实施例
实施例1至实施例5和比较例1至比较例5
根据表1中的组合物,相对于包含2,2-双(4-羟苯基)丙烷(BPA)、4,4-双酚(BP)、以及3,3,5,5-四甲基双酚A(TMBPA)的100摩尔份的二醇混合物,顺序将104摩尔份至105摩尔份的碳酸二苯酯(DPC)和150ppb的KOH(相对于二醇混合物的总量)加入至反应器中,随后使用氮从反应器中除去氧。将反应器的温度升高到160℃,然后升高到190℃反应6小时。接下来,再将反应器的温度升高到210℃并在100托的压力下维持1小时。接下来,将反应器的温度升高到260℃并在20托的压力下维持1小时。然后,将反应器的压力降低至并维持在0.5托下1小时,从而制备熔融共聚聚碳酸酯树脂。接下来,将熔融共聚聚碳酸酯树脂通过模头以制备颗粒形式的共聚聚碳酸酯树脂。
表1
性能评价
在270℃下,使用双螺杆挤出机(L/D=29,直径=32mm)将在实施例1至实施例5和比较例1至比较例5中制备的每一种共聚聚碳酸酯树脂挤出。然后,使用制粒机从挤出制品中制备颗粒试样。对获得的颗粒试样进行以下性能的评价,并将结果显示在表3中。
(1)维卡软化温度(VST,单位:℃):根据ASTM D1525使用S6-E(Toyoseiki)在5Kg负荷下以50℃/hr的条件下测定维卡软化温度。
(2)银纹评价:在290℃下将颗粒进行注塑以制备各具有10cm×10cm×3mm尺寸的5个试样,随后在试样表面上测定银纹。然后,根据尺寸,参照表2将银纹划分等级,并获得每一试样的银纹等级的平均值用以银纹评价。在此,银纹评价表明注塑制品或薄膜外观的质量。较高的银纹等级表明较低的外观质量。
表2
银纹尺寸(cm) |
0 |
0.5~1.0 |
1.1~1.5 |
1.6~2.0 |
2.1~3.0 |
3.1以上 |
等级 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
(3)耐化学性(醇类):通过注塑制备根据ASTM D638的拉伸试样。然后,根据ASTM D543,耐环境应力开裂性的评价标准,随着将2.1%的应变应用于每一试样,将甲醇和异丙醇滴加到每一试样上,随后在10分钟之后观察弯曲表面上的裂缝(◎:没有裂缝,○:细裂缝,△:许多裂缝,×:由裂缝引起浑浊)。
(4)耐化学性(浸渍在涂漆溶液之后的透射率,单位:%):在将试样浸渍在稀释剂(主要成分:甲基异丁酮、环己酮、2-乙氧基乙醇)以涂布聚碳酸酯树脂2分钟并在80℃下使其干燥30分钟后,使用浊度计GmbH4725(BYK-Gardner)测定2.5mm厚的扁平试样的可见光透射率(%)。
表3
从表3中显示的结果,可以看出根据本发明(实施例1至实施例5)的共聚聚碳酸酯树脂在耐热性耐化学性、外观(银纹评价)、以及其间良好的平衡方面具有良好的性能。另一方面,比较例1的试样(普通聚碳酸酯树脂)在外观和耐化学性方面遇到显著的劣化,并且没有使用TMBPA而制备的比较例2和比较例3的试样由于形成了精细凝胶而产生大量银纹,从而遇到外观的显著劣化。此外,没有使用BP而制备的比较例4和比较例5的试样遇到耐化学性的劣化。
本申请相关领域技术人员受益于上述说明书中给出的教导,将想到本发明的许多修改和其他实施方式。因此,应当理解本发明不限于所公开的具体实施方式,并且意在将修改和其他实施方式包括在所附权利要求书的范围内。
尽管本文采用了具体术语,然而仅以一般及说明性意义使用并且目的不在于限制,本发明的范围在权利要求书中限定。