CN103897373A - 聚碳酸酯组成物及隔热材 - Google Patents

聚碳酸酯组成物及隔热材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚碳酸酯组成物及隔热材。一种聚碳酸酯组成物包含具有末端羟基的聚碳酸酯及0.007wt%至0.09wt%的式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨。MxWO3-yRy (I)。其中，M表示碱金属；R表示卤素；0.001≤x≤1，且0＜y≤0.5。该具有末端羟基的聚碳酸酯的重量平均分子量范围为15,000至50,000，且以该具有末端羟基的聚碳酸酯的总量为100wt%计，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为2ppm至1,000ppm。由该聚碳酸酯组成物所形成的隔热材具有较佳的雾度值，且该隔热材的可见光穿透率与红外光阻隔率的总和为大于[45倍的式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的重量百分比]加上134%。

Description

聚碳酸酯组成物及隔热材
技术领域
本发明涉及一种适用于形成隔热材用的聚碳酸酯组成物，特别是涉及一种包含具有末端羟基的聚碳酸酯及卤素系碱金属氧化钨的聚碳酸酯组成物。
背景技术
近年来，随着环保意识的提升，如何节约能源已成为目前重要的课题。隔热材的使用为节约能源的方法之一，能有效地遮蔽日照并抑制室内温度上升，进而减低空调的使用量，所以隔热材成为目前节约能源的最佳工具。
日本特开2008-214596揭示一种聚碳酸酯组成物及由其所形成的隔热材。该日本专利申请案的聚碳酸酯组成物包含100重量份的具有末端羟基的聚碳酸酯，及0.001重量份至5重量份的碱金属系氧化钨。该碱金属系氧化钨由式(a)所示：
MaWbOc (a)
其中，M表示氢、氦、碱土金属、碱金属、稀土金属、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Hf、Os、Bi或I；W表示钨；0.001≤a/b≤1；2.2≤a/c≤3。该日本专利申请案于实施例揭示使用0.15重量份及0.24重量份的碱金属系氧化钨，所制得的隔热材的可见光穿透率与红外光阻隔率的总和为134%至136%间，且雾度值为0.9%至2.4%。虽该日本专利申请案所制得的隔热材的可见光穿透率与红外光阻隔率的总和为134%至136%间，但其红外光阻隔率在加入0.24重量份的碱金属系氧化钨也只能提升至76.2%，仍不符合业者所需。
有鉴于上述，改良聚碳酸酯组成物以提升成型品的透明性及隔热效果，仍是此技术领域相关技术人员可再突破的课题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种聚碳酸酯组成物。
本发明聚碳酸酯组成物，包含：
具有末端羟基的聚碳酸酯，重量平均分子量范围为15,000至50,000，且以该具有末端羟基的聚碳酸酯的总量为100wt%计，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为2ppm至1,000ppm；
0.007wt%至0.09wt%的卤素系碱金属氧化钨，由式(I)所示：
MxWO3-yRy (I)
其中，M表示碱金属；R表示卤素；0.001≤x≤1，且0＜y≤0.5。
本发明的聚碳酸酯组成物中，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为30ppm至350ppm。
本发明的聚碳酸酯组成物中，M表示铯或铷。
本发明的聚碳酸酯组成物中，该具有末端羟基的聚碳酸酯由二羟基芳基系化合物及碳酸酯系化合物进行酯化及聚合反应所制得。
本发明的聚碳酸酯组成物中，该二羟基芳基系化合物择自于2,2-二(4-羟基苯基)丙烷、卤化双酚、对苯二酚、双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)硫、双(4-羟基苯基)砜、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)酮、双(4-羟基苯基)醚、2,2-双(3,5-二溴-4-羟基苯基)丙烷，或它们的组合。
本发明的聚碳酸酯组成物中，该碳酸酯系化合物择自于碳酸二苯基酯、碳酸二甲基酯、碳酸二乙基酯，或它们的组合。
本发明的第二目的在于提供一种低雾度且隔热效果佳的隔热材。本发明隔热材由上所述的聚碳酸酯组成物所形成。
本发明的隔热材中，可见光穿透率与红外光阻隔率的总和为大于[45倍的式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的重量百分比]加上134%。
本发明的有益效果在于：通过使用卤素系碱金属氧化钨及其使用量的搭配，可使得由本发明聚碳酸酯组成物所形成的隔热材具有较佳的雾度值，同时，可见光穿透率与红外光阻隔率的总和为大于[45倍的式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的重量百分比]加上134%。
具体实施方式
本发明聚碳酸酯组成物，包含：
具有末端羟基的聚碳酸酯，重量平均分子量范围为15,000至50,000，且以该具有末端羟基的聚碳酸酯的总量为100wt%计，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为2ppm至1,000ppm；
0.007wt%至0.09wt%的卤素系碱金属氧化钨，由式(I)所示：
MxWO3-yRy 式(I)
其中，M表示碱金属；R表示卤素；0.001≤x≤1，且0＜y≤0.5。
当该式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的使用量小于0.007wt%时，由该聚碳酸酯组成物所形成的隔热材的红外光阻隔率低，导致隔热效果不佳。当该式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的使用量大于0.09wt%时，由该聚碳酸酯组成物所形成的隔热材的雾度值会快速上升，导致透明性下降。
以下将逐一对各个成分进行详细说明。
[具有末端羟基的聚碳酸酯]
该具有末端羟基的聚碳酸酯的重量平均分子量范围为15,000至50,000，且以该具有末端羟基的聚碳酸酯的总量为100wt%计，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为2ppm至1,000ppm。该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量高于1,000ppm时，由该聚碳酸酯组成物所形成的成型品机械性质(如冲击强度)不佳，而该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量低于2ppm时，该聚碳酸酯组成物的流动性不佳，导致不易制作成型品。
较佳地，该具有末端羟基的聚碳酸酯的重量平均分子量范围为23,000至50,000。较佳地，以该具有末端羟基的聚碳酸酯的总量为100wt%计，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为30至350ppm。更佳地，以该具有末端羟基的聚碳酸酯的总量为100wt%计，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为50至200ppm。
该具有末端羟基的聚碳酸酯可以由二羟基芳香系化合物与聚碳酸酯前驱物，借由通过界面聚合、熔融聚合或固相聚合等方法所得的聚合物。前述聚碳酸酯前驱物例如为光气或碳酸酯系化合物。
较佳地，该具有末端羟基的聚碳酸酯由二羟基芳香系化合物及碳酸酯系化合物进行酯化及聚合反应所制得。
该二羟基芳香系化合物可单独或混合使用，且该二羟基芳香系化合物例如但不限于2,2-双(4-羟基苯基)丙烷[2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane或bisphenol A，简称双酚A]、卤化双酚[halogenated bisphenol]、对苯二酚[hydroquinone]、双(4-羟基苯基)甲烷[bis(4-hydroxyphenyl)methane]、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷[1,1-bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexane]、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷[2,2-bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propane]、双(4-羟基苯基)硫[bis(4-hydroxyphenyl)sulfide]、双(4-羟基苯基)砜[bis(4-hydroxyphenyl)sulfone]、双(4-羟基苯基)亚砜[bis(4-hydroxyphenyl)sulfoxide]、双(4-羟基苯基)酮[bis(4-hydroxyphenyl)ketone]、双(4-羟基苯基)醚[bis(4-hydroxyphenyl)ether]，或2,2-双(3,5-二溴-4-羟基苯基)丙烷[2,2-bis(3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl)propane]等。该二羟基芳香系化合物可以是上述化合物的均聚物、上述化合物的共聚物，或它们的组合。较佳地，该二羟基芳香系化合物是2,2-二(4-羟基苯基)丙烷。
该碳酸酯系化合物可单独或混合使用，且该碳酸酯系化合物例如但不限于碳酸二苯基酯(diphenyl carbonate)、碳酸二甲基酯(dimethyl carbonate)，或碳酸二乙基酯(diethyl carbonate)等。
[卤素系碱金属氧化钨]
该卤素系碱金属氧化钨，由式(I)所示：
MxWO3-yRy 式(I)
其中，M表示碱金属；R表示卤素；0.001≤x≤1，且0＜y≤0.5。
该式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的吸收波长范围为900nm至2,600nm。
较佳地，M表示铯或铷。
较佳地，以该聚碳酸酯组成物的总量为100wt%计，该式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的使用量范围为0.01wt%至0.05wt%。该式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的使用量范围为0.01wt%至0.05wt%时，能避免吸收过多的热量导致成型品软化。
该式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的制备方式可采用以往所使用方式，例如，将卤素盐类及碱金属盐类，与形成氧化钨的前驱物混合，于氢气环境下进行还原反应即可，其中，该形成氧化钨的前驱物例如但不限于偏钨酸铵(ammonium metatungstate)、正钨酸铵(ammonium orthotungstate)、碱金属钨酸盐、钨酸、氯氧钨、醇氧钨、碳氧化钨或其他含有钨的盐类等；该卤素盐类例如但不限于卤化铵、有机铵盐、卤化钨或其他含有卤素的盐类等；该碱金属盐类例如但不限于碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱金属硝酸盐、碱金属亚硝酸盐、碱金属氢氧化物、碱金属族卤化盐、碱金属硫酸盐，或碱金属亚硫酸盐等。该还原反应的操作温度范围为300℃至800℃。
较佳地，该式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨择自于Cs0.33WO2.97Cl0.03、Cs0.33WO2.95Cl0.05、Cs0.33WO2.8Cl0.2、Cs0.33WO2.7Cl0.3、Cs0.33WO2.5Cl0.5、Cs0.33WO2.95Br0.05、Cs0.33WO2.95F0.05、Rb0.33WO2.95Cl0.05，或它们的组合。
在不损及本发明的效果范围内，该聚碳酸酯组成物还包含添加剂。该添加剂可单独或混合使用，且该添加剂例如但不限于硅油、无机添加剂、热稳定剂、抗氧化剂、光稳定剂、阻燃剂、润滑剂、颜料或染料等。该无机添加剂例如但不限于玻璃纤维、碳纤维、滑石、二氧化硅、云母或氧化铝等。
本发明聚碳酸酯组成物的制备方法并没有特别的限定，只要能将该具有末端羟基的聚碳酸酯与式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨均匀混合即可。该制备方法所适用的设备可以利用高速混合机、双螺杆挤出机、单螺杆挤出机混合或其他周知混合器进行制备。
[隔热材]
本发明隔热材，由上所述的聚碳酸酯组成物所形成。
该隔热材的制备方式并无特别的限制，可采用以往的方式，例如，将聚碳酸酯组成物置于射出成型机中进行射出成型处理即可；也可以将聚碳酸酯组成物以挤出成型方式形成板状、膜状等不同成型物。该隔热材例如但不限于窗户、车窗、遮阳板、安全玻璃或防弹玻璃等。该隔热材的雾度值范围为1.5%至6.0%。该隔热材的可见光穿透率与红外光阻隔率的总和范围为大于[45倍的式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的重量百分比]加上134%。较佳地，该隔热材的可见光穿透率与红外光阻隔率的总和范围为135.1%以上。该可见光穿透率与红外光阻隔率的总和越大表示隔热效果好，且透明性与隔热效果间可取得平衡。
本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
<实施例>[聚碳酸酯组成物及隔热材的制备]
＜实施例1＞
将6公斤(99.99重量份)的该具有末端羟基的聚碳酸酯(厂牌：奇美；型号：PC-110U；末端羟基浓度：167ppm；重量平均分子量：26,500)放入双螺杆押出机(W&P制，温度为270°C)的主进料斗，接着，将0.04重量份浓度为25wt%的Cs0.33WO2.97Cl0.03溶液(溶剂：甲苯)(厂牌：工研院；型号：MCL-ISC-TOL)由侧边入料进入双螺杆押出机混炼，即可制得本发明聚碳酸酯组成物，然后，进一步地作成颗粒状。
将所制得的颗粒状聚碳酸酯组成物以射出成型机(JSW制，射出成型温度为290°C)作成厚度为3mm的隔热材，进行各检测项目评价，所得结果如表1所示。
<实施例2至4及比较例1至3>
实施例2至4及比较例1至3以与实施例1相同的步骤来制备该聚碳酸酯组成物及隔热材，不同的地方在于：改变该具有末端羟基的聚碳酸酯及Cs0.33WO2.97Cl0.03的使用量，如表1所示。将这些聚碳酸酯组成物及隔热材进行各检测项目评价，所得结果如表1所示。
【检测项目】
1.红外光阻隔率(infrared light shielding ratio，简称Rir，%)及可见光穿透率(T，%)：
实施例1至4及比较例1至3所制得的隔热材以波长380nm至2,000nm的光进行照射，并依照ISO9050规范所定义的可见光穿透率以及红外光穿透率的计算方式作计算，其中，可见光穿透率的计算范围为380nm至780nm，红外光穿透率的计算范围为780nm至2,000nm，且红外光阻隔率的计算方式如下：红外光阻隔率(Rir，%)=100%-红外光穿透率%。
2.隔热效果测试：
实施例1至3及比较例1的隔热材分别剪裁成长度10cm、宽度10cm且厚度3mm的待测样品。
提供长宽高各为60公分且具有一开口直径为8公分的木箱，并放置于温度为25℃的环境中，将这些待测样品分别放置于木箱的开口处，且将温度计设置在木箱正中央。
将120W卤素灯设置于距离木箱开口20公分处，并照射这些待测样品8小时，定时测量木箱内的空间温度。
3.软化点温度测量：
将实施例1至4及比较例1至3的聚碳酸酯组成物依ASTM D-1525规定测定软化点温度(Vicat softening temp.)，单位为℃。
4.熔融流动指数(Melt flow index，本文简称MI)测量：
将实施例1至4及比较例1至3的聚碳酸酯组成物依ASTM D-1238法测试，测试温度300℃，荷重1.2公斤。单位为克/10分钟(g/10min)。
5.冲击强度测量：
将实施例1至4及比较例1至3的隔热材依据ASTM D256，测量缺口(Notched)的冲击强度(1/8")，单位为kg-cm/cm。
6.雾度值测量：
将实施例1至4及比较例1至3的隔热材依ASTM D-1003测试标准测定雾度值，其中，雾度值越高表示透明性越差。
7.抗张强度测量：
将实施例1至4及比较例1至3的隔热材依据ASTM D-638标准方法测定，以6mm/min速度测定，单位为kg/cm2。
8.色度测量：
将实施例1至3及比较例1至3的隔热材以分光光度计[厂牌：美能达(Minolta)；型号CR-400]进行测量。
表1
Figure BDA00003404693000091
“--”：无测量。
由表1的实验数据结果可知，本发明聚碳酸酯组成物中的Cs0.33WO2.97Cl0.03的使用量在0.01wt%至0.08wt%间，所形成的隔热材具有较佳的雾度值(1.5%至6.0%)，可使该隔热材具有透明性，且可见光穿透率与红外光阻隔率的总和范围为135.1%至155.3%，表示该隔热材在具有优异透明性的同时也具有较佳的隔热效果。
相较于比较例1，在未使用Cs0.33WO2.97Cl0.03时，虽有不错的雾度值，但该红外光阻隔率不佳，表示由其所形成的隔热材的隔热效果不佳。
相较于比较例2，使用0.005wt%的Cs0.33WO2.97Cl0.03时，虽有不错的雾度值，且该红外光阻隔率略有提升，但仍无法满足业者所需，且可见光穿透率与红外光阻隔率的总和不佳。
相较于比较例3，使用0.1wt%的Cs0.33WO2.97Cl0.03时，虽有不错的红外光阻隔率，但雾度值不佳，表示由其所形成的隔热材的透明性不佳，无法满足业者所需。
综上所述，通过使用卤素系碱金属氧化钨及其使用量的搭配，可使得由本发明聚碳酸酯组成物所形成的隔热材具有较佳的雾度值，同时，可见光穿透率与红外光阻隔率的总和为大于[45倍的式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的重量百分比]加上134%，所以确实能达成本发明的目的。

Claims (8)

1.一种聚碳酸酯组成物，其特征在于包含：
具有末端羟基的聚碳酸酯，其重量平均分子量范围为15,000至50,000，且以该具有末端羟基的聚碳酸酯的总量为100wt%计，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为2ppm至1,000ppm；
0.007wt%至0.09wt%的卤素系碱金属氧化钨，其由式(I)所示：
MxWO3-yRy (I)
其中，M表示碱金属；R表示卤素；0.001≤x≤1，且0＜y≤0.5。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组成物，其特征在于，该具有末端羟基的聚碳酸酯的末端羟基的含量范围为30ppm至350ppm。
3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组成物，其特征在于，M表示铯或铷。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯组成物，其特征在于，该具有末端羟基的聚碳酸酯由二羟基芳基系化合物及碳酸酯系化合物进行酯化及聚合反应所制得。
5.根据权利要求4所述的聚碳酸酯组成物，其特征在于，该二羟基芳基系化合物择自于2,2-二(4-羟基苯基)丙烷、卤化双酚、对苯二酚、双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)硫、双(4-羟基苯基)砜、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)酮、双(4-羟基苯基)醚、2,2-双(3,5-二溴-4-羟基苯基)丙烷，或它们的组合。
6.根据权利要求4所述的聚碳酸酯组成物，其特征在于，该碳酸酯系化合物择自于碳酸二苯基酯、碳酸二甲基酯、碳酸二乙基酯，或它们的组合。
7.一种隔热材，其特征在于，由权利要求1至6中任一项所述的聚碳酸酯组成物所形成。
8.根据权利要求7所述的隔热材，其特征在于，可见光穿透率与红外光阻隔率的总和为大于[45倍的式(I)所示的卤素系碱金属氧化钨的重量百分比]加上134%。
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