CN105026494B - 用于激光直接成型的改善的热塑性组合物及其制造方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及热塑性组合物。公开的组合物包含聚碳酸酯聚合物、聚硅氧烷‑聚碳酸酯共聚物、激光直接成型添加剂以及硅氧烷添加剂。也公开了用于制备公开的热塑性组合物的方法以及包括公开的热塑性组合物的制品。
Description
背景技术
可以提供电气组件作为具有期望的印刷导体的模制注射装置(MID)。与由玻璃纤维增强塑料等制成的常规电路板形成对比的是,以这种方法制造的MID组件是三维(3D)模制部件,具有集成的印刷导体布线以及可能的进一步的电子或电机组件。即使组件仅具有印刷导体并且用来替代常规的电气装置或电子装置内的布线,使用这种类型的MID组件节省了空间,使得相关装置变得更小。通过减少组装和接触步骤的数量,还降低了制造成本。这些MID装置在手机、PDA和笔记本应用中作用巨大。
冲压金属(stamp metal)、安装的柔性印刷电路板(FPCB)以及双射模制法是用来制造MID的三种现有技术。然而,冲压和FPCB安装方法在图案几何形状方面具有限制,并且加工昂贵。同样地,RF图案的改变导致在加工方面昂贵并且耗时的改变。也已经使用双射模制(双组分注射模制)方法以生产具有真实的三维结构的3D-MID。例如,通过随后的化学腐蚀,化学表面活化和选择性金属涂层可以形成天线。该方法涉及相对较高的初始成本并且仅对于大的生产数量是经济上可行的。双射模制(2-shot molding)也不认为是环境友好的方法。所有的这三种方法是基于工具的技术,其具有有限的灵活性、较长的开发周期、困难的原型、昂贵的设计改变,以及有限的小型化产生能力。因此,越来越普遍地使用激光直接成型(LDS)方法形成MID。在LDS方法中,计算机控制的激光束穿过MID以便在设置导电路径的位置激活塑料表面。
用于3D MID的激光-支持的或激光直接的成型方法(LDS)简化了制造方法。简化小型化方法,具有小于0.1毫米(mm)的可能的分辨率的激光可以产生精细的结构并且从塑料表面精确地和选择性地除去材料。例如,LDS方法允许直接地和成本有效地将天线结构结合至手机外壳。此外,LDS方法允许复杂的机电系统,其结合用于汽车和医疗应用的机械和电性能。利用激光直接成型方法,也可以获得小的导电路径宽度(如150微米以下)。另外,导电路径之间的间距也可以很小。因此,由该方法形成的MID在最终使用的应用中可以节省空间和重量。激光直接成型的另一个优点是它的灵活性。如果将要改变电路的设计,只是简单地重新编程控制激光的计算机即可。
在常规的LDS方法中,热塑性组合物可以掺杂有含金属的LDS添加剂,使得它可以通过激光活化。然后,可以使用激光束以活化LDS添加剂,在表面上形成微小粗糙轨道(micro-rough track)。存在于微小粗糙轨道的表面上的来自LDS添加剂的金属颗粒可以进而形成用于后续金属化的核。然而,由于使用的不同的化学镀溶液和条件,常规LDS材料的电镀性能在如电镀速率和镀层的粘附性的方面可以变化。此外,一些LDS填料在加工期间具有可以对聚合物基质有害的表面pH,从而导致聚合物的降解。例如,该聚合物基质的降解导致,最终组合物的下降的延展性。改变的延展性伴随其它性质变化一起,可以导致显著的,以及潜在的不期望的材料的整体性能的改变。
因此,有利的是提供具有优良的电镀性能同时保持良好的机械性能的LDS共混的热塑性组合物(或LDS化合物)。还有利的是提供LDS共混的热塑性组合物,其由于组合物提供优良的机械性能的能力能够用于各种应用中。还有利的是提供能够用于激光直接成型方法的热塑性组合物。因此,仍然存在对于在加工过程中防止或减少聚合物基质的降解的热塑性组合物的需要。本公开的各个方面满足了这个需要和其他需要。
发明内容
如本文具体地体现和广泛地描述的,根据本发明的目的,在一个实施方式中,本发明涉及包含以下的热塑性组合物:
a.聚碳酸酯聚合物;
b.聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由组合物形成的具有3.2毫米(mm)厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品所表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10百分比(%)。
本发明还公开了用于制备热塑性组合物的方法,包括形成包含以下各项的共混组合物:
a.聚碳酸酯聚合物;
b.聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由共混组合物形成的具有3.2毫米(mm)厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考共混组合物形成的模制品所表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
还公开了包含以下各项的制品
a.聚碳酸酯聚合物;
b.聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由共混组合物形成的具有3.2毫米(mm)厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考共混组合物形成的模制品所表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
虽然本发明的实施方式可以以特定的法定类别,如系统法定类别进行描述并要求保护,但这只是出于方便的考虑,并且本领域的技术人员应该理解本发明的每个方面可以以任何的法定类别进行描述并要求保护。除非另有明确说明,本文所列出的任何方法或方面绝不是旨在解释为要求其步骤以特定顺序来进行。因此,在权利要求或说明书中没有明确说明方法权利要求的情况下,即步骤并不限定为特定的顺序,绝不是旨在在任何方面推断顺序。这适用于用于解释的任何可能的非表达性基础,包括有关步骤或操作流程的排列的逻辑问题、由语法组织或标点衍生的明显含义或在本说明书中描述的方面的数量或类型。
在接下来的说明中将部分地阐述其它优点,或者可以通过实践进行学习。通过在所附权利要求中特别指出的元素和组合将实现并获得这些优点。如要求保护的,应该理解的是前面的总体描述和以下的详细描述仅是示例性和说明性的而不是限制性的。
附图说明
结合于本说明书中并且构成说明书一部分的附图示出了示例性方面,并且与说明书一起用来解释本文公开的组合物、方法和系统的原理。
图1示出了混合装置(compounding set-up)的代表性的示意图。图1包括(100)电机、(120)齿轮箱、(130)振动器进料器、(140)挤出机、(150)硬质模头(die hard)、(160)真空泵、(170)线束(strand)、(180)水浴,以及(190)造粒机。
图2示出了具有用于混合的螺杆设计的代表性的温度曲线。图2示出了在点A处添加聚合物、LDS填料和添加剂。在点B处的温度为240℃,在点C处为260℃,而在点D处为280℃。
图3示出了比较配制品的代表性的热重分析。
图4示出了对于代表性的公开的组合物在室温和零下温度(-23℃)下测得的代表性缺口悬臂梁冲击强度。
图5示出了对于代表性的公开的组合物在室温和零下温度下(-23℃)测得的的代表性缺口悬臂梁冲击强度。
图6示出了相比于未处理的组分材料,用于代表性的公开的组合物的代表性FTIR数据。图片A示出了未反应的SO1的FTIR。虚线示出了与和金属氧化物的化学键形成一致的峰。在图片B示出了提取的组合物。在图片B中,箭头示出了与金属氧化物的M-O键一致的峰。图片C示出了用于未处理的Cu-Cr尖晶石的FTIR
图7A、图7B和图7C示出了相比于用硅氧烷材料处理的代表性Cu-Cr尖晶石表面,用于未处理的Cu-Cr尖晶石的代表性的X射线光电子数据。特别地,图7A示出未处理的Cu-Cr尖晶石批次1,图7B示出了未处理的Cu-Cr尖晶石批次2,以及图7C示出了用SO1处理的Cu-Cr尖晶石表面。
图8示出了对于纯组合物、对照组合物和代表性的公开的组合物的代表性的分子量数据。箭头指向具有SF-处理的LDS1的柱。
图9A、图9B和图9C示出了用于各种公开的组合物的代表性的缺口悬臂梁冲击数据。
图10示出了用于在不同代表性条件下加工的代表性的公开的组合物的代表性的缺口悬臂梁冲击强度数据。箭头指向用SF处理的组合物的柱。
图11示出了用于在不同代表性条件下加工的代表性的公开的组合物的代表性的缺口悬臂梁冲击强度数据。
图12示出了用于代表性的公开的组合物的代表性的热性质、挠曲性质和拉伸性质。样品11也具有2.1GPa的挠曲模量,而样品12具有2.27GPa的挠曲模量。样品11具有2.12GPa的拉伸模量,而样品12具有2.3GPa的拉伸模量。
图13示出了用于代表性的公开的组合物的代表性的熔体流动速率、分子量和缺口悬臂梁冲击强度性能。
图14示出了用于筛选代表性的公开的组合物的激光蚀刻参数(功率和频率)的代表性的电镀数据。
具体实施方式
通过参考以下具体实施方式、实施例、附图、和权利要求以及之前和之后的它们的描述可以更容易地理解本发明。然而,在公开和描述本发明的组合物、制品、装置、系统、和/或方法之前,应该理解,除非有另外的指明,本发明并不限于公开的特定的组合物、制品、装置、系统、和/或方法,当然其本身是可以改变的。应该理解的是,本文使用的术语仅是为了描述特定的方面的目的,而不是旨在进行限制。
也提供了本发明的以下描述作为本发明以其最佳的、目前已知的实施方式能够教导。为此,相关领域的技术人员将认识并理解可以对在此公开的本发明的各种实施方式做出改变和修改,而仍能获得本发明的有利的结果。也将显而易见地是通过选择本发明的一些特征而不利用其他特征可以获得本发明的一些期望的益处。因此,那些相关领域的技术人员将认识到对本发明的许多更改和修改都是可以的,并且在某些情况下甚至是希望的,并且因此也是本发明的一部分。因此,提供以下说明作为本发明原理的说明而不是对其的限制。
本公开的元素的各种组合也包括在本发明内,例如来自从属于相同的独立权利要求的从属权利要求的元素的组合。
此外,应该理解的是,除非另有明确说明,本文所列出的任何方法绝不是旨在解释为要求其步骤以特定顺序来进行。因此,在方法权利要求没有实际地说明其步骤按照顺序进行或,在权利要求或说明书中没有另外地特别说明,步骤限定为特定的顺序的情况下,绝不是旨在在任何方面推断顺序。这适用于用于解释的任何可能的非表达性基础,包括有关步骤或操作流程的排列的逻辑问题;由语法组织或标点衍生的明显含义;以及在本说明书中描述的方面的数量或类型。
本文提及的所有出版物通过引用结合于此以公开和描述与出版物所述内容结合的本公开的方法和/或材料。
也应该理解的是,本文使用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式的目的,而并不是旨在限制本发明。如在说明书和权利要求中使用的,术语“包括”可以包括“由…组成”和“基本由…组成”的方面。除非另有定义,本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域技术人员所通常理解的相同的意义。在本说明书和随附的权利要求中,将引用将在本文中限定的多个术语。
如在说明书和所附权利要求中使用的,单数形式“一种”、“一个”和“该”包括复数指示物,除非上下文另外明确地指出。因此,例如,提及“聚碳酸酯”包括两种或更多种这类聚碳酸酯的混合物。此外,例如,提及填料包括两种或更多种这类填料的混合物。
在本文中范围可以表达为从“约”一个特定的值,和/或至“约”另一特定的值。当表达这类范围时,另一实施方式包括从一个特定的值和/或至另一特定的值。相似地,当值通过使用先行词“约”表示为近似值时,应该理解的是特定值形成了另一实施方式。应该进一步理解的是每个范围的端点显然与另一端点是相关的,而且又独立于其他端点。也应该理解的是存在本文公开的多个值,并且,每个值也在本文公开为除了该值本身之外的“约”该特定值。例如,如果公开了值“10”,那么也公开了“约10”。还应该理解的是也公开了在两个特定单元之间的每个单元。例如,如果公开了10和15,那么也公开了11、12、13和14。
如本文使用的术语“可选的”或“可选地”是指后续描述的事件、条件、部件、或情况可以发生或可以不发生,以及该描述包括其中所述事件或和情况发生的情况,以及其中所述事件或情况不发生的情况。
如本文使用的,术语或短语“有效的”、“有效量”或“有效的条件”是指能够执行有效量表达的功能或特性的这类量或条件。如下文将要指出的,取决于公认的变量,如所用的材料和观察到的加工方法,所需的确切量或特定条件将从一个实施方式到另一实施方式而变化。因此,并不总是可能指定精确的“有效量”或“有效的条件”。然而,应当理解的是本领域普通技术人员仅使用常规实验可以容易地确定合适的有效量。
公开了用来制备本发明公开的组合物的组分材料以及本文公开的方法中将使用的组合物本身。在本文中公开了这些和其它材料,以及应该理解的是当公开了这些材料的组合、子集、相互作用、组等时,即当这些化合物的每个不同的单个和集合的组合和排列的特定的引用不能明确公开时,在本文中对每一种进行了特定的考虑和描述。例如,如果公开并讨论了特定的化合物,并且讨论了可以对包括这些化合物的多种分子进行的多种修改,特别考虑的是化合物的各自的所有的组合和排列以及可能的修改,除非明确地表明相反。因此,如果公开了一类分子A,B,和C并且公开了一类分子D、E、和F以及组合分子A-D的实例,那么即使每一种没有单独说明每一种是单独地和集合地考虑的含义组合,认为公开了A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F。同样地,也公开了这些的任何子集或组合。因此,例如,认为公开了亚组A-E、B-F和C-E。这种概念适用于本申请的所有实施方式包括,但不限于制备和使用本发明的组合物的方法中的步骤。因此,如果存在多种可以进行的另外的步骤的话,应该理解的是利用本发明的方法的方面的任何特定的实施方式或组合可以进行这些另外的步骤中的每一个。
在说明书和随附的权利要求中提及组合物或制品中的特定的元素或组分的重量份(pbw),表示组合物或制品中的元素或组分与任何其它元素或组分的之间的重量关系,其表示为重量份。因此,在包含2重量份的组分X和5重量份的组分Y的组合物中,X和Y以2:5的重量比存在,并且以这种比例存在而不论化合物中是否含有其它组分。
组分的重量百分数(wt%或重量%),除非特别地表明是相反的,是基于其中包含组分的配制品或组合物的总重量。例如,如果说组合物或制品中特定的元素或组分具有8wt%,应该理解的是该百分数是相对于100wt%的总组成百分数。
本文中公开的化合物使用标准命名法进行描述。例如,未被任何指定基团取代的任何位置应该理解为其化合价由所指定的价键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的破折号(“-”)用来表示取代基的连接点。例如,-CHO是通过羰基的碳连接。除非另外地限定,本文使用的技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。
如本文使用的术语“烷基基团”是指具有1至24个碳原子的支链或直链饱和烃基,如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、癸基、十四烷基、十六烷基、二十烷基、二十四烷基等。“低级烷基”是包含1至6个碳原子的烷基基团。
如本文使用的术语“烷氧基”是通过单个末端醚键连接的烷基基团;即,“烷氧基”可以限定为-OR,其中,R是如上面限定的烷基。“低级烷氧基”基团是包含1至6个碳原子的烷氧基基团。
如本文使用的术语“烯基”是2至24个碳原子和包括至少一个碳-碳双键的结构式的烃基。不对称结构,如(AB)C=C(CD)旨在包括E和Z两种异构体。这可以在本文的结构式(其中,存在不对称烯烃)中推测出,或者它可以明确地由键符号C表示。
如本文使用的术语“炔基基团”是2至24个碳原子以及包括至少一个碳-碳三键的结构式的烃基。
如本文使用的术语“芳基基团”是指任何碳基芳族基团,包括但不限于,苯、萘等,术语“芳族”还包括“杂芳基基团”,其限定为具有结合至芳族基团的环中的至少一个杂原子的芳族基团。杂原子的实例包括但不限于氮、氧、硫和磷。芳基基团可以是取代的或未取代的。用包括但不限于,烷基、炔基、烯基、芳基、卤素、硝基、氨基、酯、酮、醛、羟基、羧酸、或烷氧基中的一个或多个基团取代芳基基团。
如本文使用的术语“环烷基”是由至少三个碳原子组成的非芳族碳基环。环烷基的实例包括,但不限于,环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。术语“杂环烷基基团”是如上限定的环烷基基团,其中,环的至少一个碳原子用杂原子取代,例如但不限于氮、氧、硫或磷。
如本文使用的术语“芳烷基”是具有烷基、炔基或烯基基团(如上面限定的连接至芳族基团)的芳基基团。芳烷基基团的实例是苄基基团。
如本文使用的术语“羟基烷基”是具有用羟基基团取代的至少一个氢原子的上述烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基或杂环烷基基团。
术语“烷氧基烷基基团”限定为具有用上述烷氧基取代的至少一个氢原子的上述烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基或杂环烷基基团。
如本文使用的术语“酯”由式-C(O)OA表示,其中,A可以是上述烷基、卤代烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基、环烯基、杂环烷基或杂环烯基。
如本文使用的术语“碳酸酯基团”由式-OC(O)OR表示,其中,R可以是上述氢、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基或杂环烷基基团。
如本文使用的术语“羧酸”由式-C(O)OH表示。
如本文使用的术语“醛”由式-C(O)H表示。
如本文使用的术语“酮基”由式-C(O)R表示,其中,R是上述烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基或杂环烷基基团。
如本文使用的术语“羰基基团”由式C=O表示。
如本文使用的术语“醚”由式AOA1表示,其中,A和A1可以独立地是上述烷基、卤代烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基、环烯基、杂环烷基或杂环烯基基团。
如本文使用的术语“硫代-氧代基团”由式-S(O)2R、-OS(O)2R4,或-OS(O)2OR表示,其中,R可以是上述氢、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基、环烷基、卤代烷基或杂环烷基基团。
如本文使用的术语“数均分子量”或“Mn”可以互换使用,并且是指样品中所有聚合物链的统计平均分子量并且由下式限定
其中,Mi是链的分子量以及Ni是该分子量的链的数量。通过本领域技术人员已知的方法可以确定聚合物,如聚碳酸酯聚合物或聚碳酸酯-聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)共聚物的Mn。应该理解的是如本文中使用的,Mn是凝胶渗透色谱法测得的,并且用聚碳酸酯标准物校准。例如,利用合适的流动相溶剂使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱以1毫克每毫升的样品浓度可以进行凝胶渗透色谱。
如本文使用的,术语“重均分子量”或“Mw”可以互换使用,并且由下式限定
其中,Mi是链的分子量以及Ni是该分子量的链的数量。相比于Mn,在确定对平均分子量的贡献中Mw考虑到给定链的分子量。因此,给定链的分子量越大,链对Mw的贡献越大。应该理解的是,如本文使用的,Mw是凝胶渗透色谱测得的。在某些情况下,Mw是凝胶渗透色谱测得的并且用聚碳酸酯标准物校准。利用合适的流动相溶剂使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱以约1毫克每毫升的样品浓度可以进行凝胶渗透色谱。
如本文使用的,术语“多分散性指数”或“PDI”可互换使用,并且由下式限定
PDI具有大于或等于1的值,但是当聚合物链接近一致的链长时,PDI趋于一致。
如本文使用的术语“聚碳酸酯”或“聚碳酸酯类”包括共聚碳酸酯、均聚碳酸酯和(共)聚酯碳酸酯。
用于提及聚合物的组成的术语“残基”和“结构单元”在整个说明书中是同义的。
本文公开的每种组分材料是可商购的,和/或其生产的方法对于本领域技术人员来说是已知的。
应该理解的是本文公开的组合物具有某些功能。本文公开的是用于执行所公开的功能的某些结构要求,并且应该理解的是存在各种结构(其可以执行与所公开的结构相关的相同功能),并且这些结构通常将会实现相同的结果。
综上所述,本公开提供了改进的热塑性组合物,其与激光直接成型(LDS)技术结合是特别有用的。例如,如以下所更详细地描述的,公开的实施方式提供了热塑性组合物,其能够用于激光直接成型(LDS)方法,并且提供增强的电镀性能,同时表现出相对优良的机械性能。为此,公开的热塑性组合物通常包含以下各项的共混物:聚碳酸酯聚合物组分;聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物组分;激光直接成型添加剂;以及硅氧烷添加剂。公开的热塑性组合物可以进一步可选地包含一种或多种另外的添加剂。
公开于本文中的公开的热塑性组合物提供了稳健的电镀性能,同时保持优良的机械性能(例如,高于大约400焦耳/米(J/m)的缺口悬臂梁冲击强度)。通过各种测试,如悬臂梁冲击试验、夏比试验(Charpy test),Gardner试验等,根据多种标准(例如,ASTM D256)可以对机械性能进行评价。经由范围为最高性能(例如,“最优”)至最低性能的性能等级或电镀等级可以测量镀层性能的稳健性。该等级可以划分成各种水平。在一个方面,电镀等级可以具有用于最高性能的“10”的等级以及用于最低性能的“0”的等级。
公开的热塑性组合物可以表现出,例如改善的机械、热、和/或形态特性。此外,例如,热塑性组合物可以表现出改善的延展性和改善的冲击强度。甚至进一步地,例如,热塑性组合物可以表现出改善的延展性和改善的冲击强度,而不会不利地影响其它机械和热性能。
根据本公开的实施方式,如通过增加的悬臂梁冲击能量所证明的,所公开的热塑性组合物可以表现出改进的机械性能。例如,由公开的热塑性组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷的添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。参考组合物具有相同的热塑性组合物,但不包含硅氧烷添加剂。在另一方面,由热塑性组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷的添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现的缺口悬臂梁冲击能量大至少100%。在又一方面,由热塑性组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷的添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现的缺口悬臂梁冲击能量大至少500%。
根据本公开的实施方式,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出在23℃为至少500焦耳/米(J/m)的缺口悬臂梁冲击能量。在进一步的实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出在23℃为400J/m至600J/m的范围的缺口悬臂梁冲击能量,包括示例性的冲击能量值为410J/m、420J/m、430J/m、440J/m、450J/m、460J/m、470J/m、480J/m、490J/m、500J/m、510J/m、520J/m、530J/m、540J/m、550J/m,560J/m、570J/m、580J/m和590J/m。在又一些方面中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出在23℃衍生自上面列出的任何两个值的任何范围的缺口悬臂梁冲击能量。例如,由热塑性组合物形成的模制品可以表现出在23℃为500J/m至550J/m的范围的缺口悬臂梁冲击能量。
在进一步的方面,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出在-23℃为250J/m至500J/m的范围的缺口悬臂梁冲击能量,包括示例性的冲击能量值260J/m、270J/m、280J/m、290J/m、300J/m、310J/m、320J/m、330J/m、340J/m、350J/m、360J/m、370J/m、380J/m、390J/m、400J/m、410J/m、420J/m、430J/m、440J/m、450J/m、460J/m、470J/m、480J/m和490J/m。在又一些方面,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出在-23℃在衍生自上面列出的任何两个值的任何范围的缺口悬臂梁冲击能量。例如,由热塑性组合物形成的模制品可以表现出在-23℃为300J/m至400J/m的范围的缺口悬臂梁冲击能量。
在示例性方面,由公开的热塑性组合物形成的模制品表现出在23℃为至少500J/m缺口悬臂梁冲击能量,以及在-23℃为至少300J/m缺口悬臂梁冲击能量。
在更进一步的实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品表现出改进的延展性。例如,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出如根据ASTM D256-2010测得的100%的百分比(%)延展性。在进一步的实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出根据ASTM D256-2010测得的至少为90%的%延展性。在又一个方面,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出根据ASTM D256-2010测得的至少80%的%延展性。
根据本发明的实施方式,由所公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出改善的拉伸模量。例如,拉伸模量可以在1.0吉帕斯卡(GPa)至3.0GPa的范围,包含示例性值为1.1GPa、1.2GPa、1.3GPa、1.4GPa、1.5GPa、1.6GPa、1.7GPa、1.8GPa、1.9GPa、2.0GPa、2.1GPa、2.2GPa、2.3GPa、2.4GPa、2.5GPa、2.6GPa、2.7GPa、2.8GPa和2.9GPa。在另一实施方式中,拉伸模量可以在衍生自任何两个上面的拉伸模量值的任何范围内。例如,拉伸模量可以在2.0GPa至3.0GPa的范围内。在另一方面,拉伸模量可以在2.1GPa至2.5GPa的范围。
根据本公开的实施方式,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出改善的拉伸强度。例如,拉伸强度可以是在30兆帕(MPa)至50MPa的范围,包括示例性的拉伸强度为31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa、40MPa、41MPa、42MPa、43MPa、44MPa、45MPa、46MPa、47MPa、48MPa和49MPa。在又一实施方式中,拉伸强度可以在衍生自上面的拉伸强度值的数值的任何范围内。例如,拉伸强度可以在40MPa至50MPa的范围。在另一方面,拉伸强度可以在40MPa至45MPa的范围。
在更进一步的实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出断裂百分比伸长率的期望值。例如,根据这些方面,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出断裂伸长率为5%至30%的范围,包括示例值为6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%和29%。在更进一步的实施方式中,断裂伸长百分比可以在衍生自任何两个上面列出的示例性断裂伸长百分比的范围内。例如,断裂伸长可以在10%至30%的范围。在另一实施方式中,断裂伸长可以在10%到20%的范围。
根据本公开的实施方式,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出改善的挠曲模量。例如,挠曲模量可以在1.0Gpa至3.0GPa的范围内,包括示例值为1.1GPa、1.2GPa、1.3GPa、1.4GPa、1.5GPa、1.6GPa、1.7GPa、1.8GPa、1.9GPa、2.0GPa、2.1GPa、2.2GPa,2.3GPa、2.4GPa、2.5GPa、2.6GPa、2.7GPa、2.8GPa、和2.9GPa。在另一实施方式中,挠曲模量可以在衍生自任何两个上面的挠曲模量值的任何范围内。例如,挠曲模量可以在2.0GPa至3.0GPa的范围。在另一实施方式中,挠曲模量可以在2.1GPa至2.5GPa的范围。
根据本公开的实施方式,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出改进的挠曲强度。例如,挠曲强度可以在60MPa至90MPa的范围内,包括示例性挠曲强度为61MPa、62MPa、63MPa、64MPa、65MPa、66MPa、67MPa、68MPa、69MPa、70MPa、71MPa、72MPa、73MPa、74MPa、75MPa、76MPa、77MPa、78MPa和79MPa、80MPa、81MPa、82MPa、83MPa、84MPa、85MPa、86MPa、87MPa、88MPa以及89MPa。在更进一步的方面,挠曲强度可以在衍生自上面的挠曲强度值的数值的任何范围内。例如,拉伸强度可在70MPa至90MPa的范围。在另一实施方式中,挠曲强度可以在75MPa至90MPa的范围。在另一实施方式中,挠曲强度可以在79至90MPa的范围。
在更进一步的实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出期望的热挠曲温度(HDT)。例如,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出90至150℃的热挠曲温度。在另一实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出100至130℃的热挠曲温度。在另一实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出110至120℃的热挠曲温度。在又一示例性实施方式中,由公开的热塑性组合物形成的模制品可以表现出112℃、113℃、115℃或117℃的热挠曲温度。
在本文中使用的术语“聚碳酸酯”并不旨在仅涉及特定的聚碳酸酯或聚碳酸酯的组,而是指包含碳酸酯基团的重复链的任何一类的化合物。在一个方面,聚碳酸酯材料可以包括任何的一种或多种在美国专利7,786,246(通过引用将其整体结合于此,用于公开各种聚碳酸酯组合物及其制造方法的特定的目的)中公开和描述的那些聚碳酸酯材料。
在一个实施方式中,如本文中公开的聚碳酸酯聚合物组分可以是脂肪族二醇类聚碳酸酯。在另一方面,聚碳酸酯聚合物组分可以包含衍生自如,例如,不同于脂肪族二醇的双酚的二羟基化合物的碳酸酯单元。在更进一步的方面,示例性聚碳酸酯聚合物组分包括芳族聚碳酸酯,通常通过在一种或多种催化剂存在下,一种或多种芳族二羟基化合物和碳酸二酯的酯交换反应制备。
在一个实施方式中,合适的双酚化合物的非限制性实例包括以下:4,4'-二羟基联苯、1,6-二羟基萘、2,6-二羟基萘、双(4-羟苯基)甲烷、双(4-羟苯基)二苯基甲烷、双(4-羟苯基)-1-萘基甲烷、1,2-双(4-羟苯基)乙烷、1,1-双(4-羟苯基)-1-苯基乙烷、2-(4-羟苯基)-2-(3-羟苯基)丙烷、双(4-羟苯基)苯基甲烷、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、1,1-双(羟苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基-3-甲苯基)环己烷1,1-双(4-羟苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟苯基)环十二烷、反式-2,3-双(4-羟苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟苯基)金刚烷、(α,α'-双(4-羟苯基)甲苯、双(4-羟苯基)乙腈、2,2-双(3-甲基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-乙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-仲丁基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(4-羟苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟苯基)乙烯、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟苯基)乙烯、4,4′-二羟基二苯甲酮、3,3-双(4-羟苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟苯基)-1,6-己二酮、乙二醇双(4-羟苯基)醚、双(4-羟苯基)醚、双(4-羟苯基)硫醚、双(4-羟苯基)亚砜、双(4-羟苯基)砜、9,9-双(4-羟苯基)芴、2,7-二羟基芘、6,6′-二羟基-3,3,3',3'-四甲基螺(双)茚满(“螺二茚满双酚”)、3,3-双(4-羟苯基)苯酞、2,6-二羟基二苯并-对-二噁英、2,6-二羟基噻蒽、2,7-二羟基吩噻噁、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2,7-二羟基咔唑等,以及包括至少一种前述二羟基芳族化合物的组合。
在另一实施方式中,示例性的双酚化合物可以包括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(以下为“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)苯并吡咯酮、2-苯基-3,3-双(4-羟苯基)苯并吡咯酮(“PPPBP”)和9,9-双(4-羟苯基)芴。也可以使用包括至少一种二羟基芳族化合物的组合。在另一实施方式中,其它类型的二醇可以存在于聚碳酸酯中。
在另一实施方式中,具有支链基团的聚碳酸酯可以是有用的,条件是这种支化并不显著不利地影响聚碳酸酯的期望的性能。支链的聚碳酸酯嵌段可以通过在聚合过程中加入支化剂来制备。这些支化剂包括含有选自羟基、羧基、羧酸酐、卤代甲酰基,及前述官能团的混合物中的至少三种官能团的多官能有机化合物。特定的实例包括偏苯三酸、偏苯三酸酐、偏苯三酰氯、三-对羟苯基乙烷、靛红-双酚、三酚TC(1,3,5-三((对-羟苯基)异丙基)苯)、三酚PA(4(4(1,1-双(对-羟苯基)-乙基)α,α-二甲基苄基)苯酚)、4-氯甲酰基邻苯二甲酸酐、苯均三酸,以及二苯甲酮四羧酸。在一个实施方式中,支化剂可以以约0.05wt%至约2.0wt%的水平添加。在另一实施方式中,可以使用包含直链聚碳酸酯和支链聚碳酸酯的混合物。
聚碳酸酯聚合物组分可以包含含有碳酸酯单元和包括酯单元的其它类型的聚合物单元的共聚物,以及包括均聚碳酸酯和共聚碳酸酯中的至少一种的组合。示例性的这种类型的聚碳酸酯共聚物是聚酯碳酸酯,也称为聚酯-聚碳酸酯。这类共聚物进一步包含衍生自含低聚酯二羟基化合物(本文也称为羟基封端低聚丙烯酸酯)的碳酸酯单元。在另一实施方式中,第一聚碳酸酯组分不包含单独的聚合物,如聚酯。在一个实施方式中,脂肪族类聚碳酸酯包含脂肪族单元,其是衍生自脂肪族二醇的脂肪族碳酸酯单元,或者衍生自具有大于13个碳原子的脂肪族二酸的脂肪族酯单元的组合。
在一个实施方式中,任何特定的聚碳酸酯的分子量可以通过,例如使用基于聚苯乙烯(PS)标准的通用校准方法的凝胶渗透渗透层析测定。基于PS标准,通常聚碳酸酯可以具有大于约5,000克/摩尔(g/mol)的重均分子量(Mw)。在一个实施方式中,聚碳酸酯可以具有基于PS标准的大于或等于约20,000g/mol的Mw。在另一实施方式中,聚碳酸酯具有基于PS标准的约20,000g/mol至100,000g/mol的Mw,包括,例如30,000g/mol、40,000g/mol、50,000g/mol、60,000g/mol、70,000g/mol、80,000g/mol或90,000g/mol。在更进一步的实施方式中,聚碳酸酯具有基于PS标准的约22,000g/mol至约50,000g/mol的Mw。在更进一步的实施方式中,聚碳酸酯具有基于PS标准的约25,000g/mol至40,000g/mol的Mw。
使用凝胶渗透色谱(GPC),使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱,以及指定的PS或PC标准可以测得如本文所述的分子量(Mw和Mn),以及由其计算出的多分散性。可以在溶剂,如二氯甲烷或氯仿中以约1毫克/毫升(mg/ml)的浓度制备GPC样品,并且可以以约0.2毫升/分钟至1.0毫升/分钟(ml/min)的流速洗脱。在一个实施方式中,聚碳酸酯的玻璃化转变温度(Tg)可以小于或等于约160摄氏度(℃)、小于或等于约150℃、小于或等于约145℃、小于或等于约140℃或小于或等于约135℃。在另一方面,聚碳酸酯的玻璃化转变温度可以是约85℃至约160℃、约90℃至约160℃、约90℃至约150℃或约90℃至约145℃。在又一方面,聚碳酸酯的玻璃化转变温度可以是约85℃至约130℃、约90℃至约130℃、约90℃至约125℃或约90℃至约120℃。
在一个实施方式中,公开的聚碳酸酯聚合物组分可以使用界面相转移方法或熔融聚合制造。虽然界面聚合的反应条件可以变化,示例性的方法通常包括将二元酚反应物溶解或分散于苛性钠或苛性钾水溶液中,将所得混合物加入至水不混溶的溶剂介质,如,例如二氯甲烷,并且使反应物与碳酸酯前体(如光气)在催化剂(如三乙胺或相转移催化剂盐)的存在下,在受控的pH条件,例如约8至约10下接触。
在各种实施方式中,聚碳酸酯可以通过熔融聚合方法制备。一般地,在熔融聚合方法中,通过在熔融状态下,在酯交换催化剂存在下使二羟基反应物和碳酸二芳基酯,如碳酸二苯酯,或更特别地在一个方面,活性碳酸酯,如碳酸双(甲基水杨基)酯共反应制备聚碳酸酯。反应可以在典型的聚合设备,如一个或多个连续搅拌反应器(CSTR)、塞流反应器、线湿落聚合器、自由下落聚合器、刮膜聚合器、BANBURYTM混合器、单螺杆或双螺杆挤出机、或前述的组合中进行。在一个实施方式中,挥发性一元酚可以通过蒸馏从熔融反应物中除去,以及分离作为熔融残留物的聚合物。在另一实施方式中,用于制备聚碳酸酯的有用的熔融方法利用具有芳基上的吸电子取代基的碳酸二芳基酯。具有吸电子取代基的特别有用的碳酸二芳基酯的实例包括碳酸双(4-硝基苯基)酯、碳酸双(2-氯苯基)酯、碳酸双(4-氯苯基)酯、碳酸双(甲基水杨基)酯、碳酸双(4-甲基羧基苯基)酯、羧酸双(2-乙酰基苯基)酯、羧酸双(4-乙酰基苯基)酯,或其包含前述的至少一种的组合。
熔融聚合可以包括酯交换催化剂,酯交换催化剂包括第一催化剂(本文中也称为α催化剂),其含有金属阳离子和阴离子。在一个实施方式中,阳离子为碱金属或碱土金属,包括Li、Na、K、Cs、Rb、Mg、Ca、Ba、Sr或包括前述至少一种的组合。阴离子是氢氧化物(OH-)、超氧化物(O2 -),硫醇盐(HS-)、硫化物(S2 -)、C1-20烷氧化物、C6-20芳基氧化物、C1-20羧酸盐、磷酸盐,包括磷酸氢盐、C1-20膦酸盐、包括硫酸氢盐的硫酸盐、包括亚硫酸氢盐和偏亚硫酸氢盐的亚硫酸盐、C1-20磺酸盐、包括重碳酸盐的碳酸盐,或包括前述至少一种的组合。在另一实施方式中,也可以使用包含碱土金属离子和碱金属离子的有机酸的盐。可用作催化剂的有机酸的盐例举为甲酸、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”是指引用的化合物在环境温度和压力下没有明显的蒸汽压。特别地,这些化合物在通常进行聚碳酸酯的熔融聚合的温度下是不挥发的。非挥发性酸的盐是亚磷酸酯的碱金属盐;亚磷酸酯的碱土金属盐;磷酸酯的碱金属盐;以及磷酸酯的碱土金属盐。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、苯酚锂、苯酚钠、苯酚钾、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、乙二胺四乙酸二钠镁(EDTA镁二钠盐)或包括前述至少一种的组合。应该理解的是前述所列是示例性的,并且不应该认为限制于此。在一个方面,酯交换催化剂是包括碱金属或碱土金属盐的α催化剂。在示例性实施方式中,酯交换催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、甲醇钠、甲醇钾、NaH2PO4,或包括前述至少一种的组合。
根据熔融聚合的条件,α催化剂的量可以广泛地变化,并且可以是约0.001至约500微摩尔(μmol)。在一方面,α催化剂的量可以是每摩尔存在于熔融聚合中的脂肪族二醇以及任何其它二羟基化合物约0.01μmol至约20μmol,特别地约0.1μmol至约10μmol,更特别地约0.5μmol至约9μmol,还更特别地约1μmol至约7μmol。在另一实施方式中,第二酯交换催化剂(本文中也称为β催化剂)可以可选地包括在熔融聚合方法中,条件是包括这类第二酯交换催化剂并不会显著不利地影响聚碳酸酯的期望的特性。示例性酯交换催化剂可以进一步包括上式(R3)4Q+X的相转移催化剂的组合,其中,每个R3相同或不同,并且是C1-10烷基;Q是氮或磷原子;以及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盐包括,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Cl-、Br-、C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。这类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、四丁基苯酚鏻或包括前述至少一种的组合。其他的熔融酯交换催化剂包括碱土金属盐或碱金属盐。在各种实施方式中,其中,β催化剂是合乎需要的,β催化剂可以以相对于α催化剂的小于或等于10,特别地小于或等于5,更特别地小于或等于1,和仍更特别地小于或等于0.5的摩尔比存在。在其它实施方式中,本文公开的熔融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。如本文所限定的,“基本不含”可以表示,其中,β催化剂从熔融聚合反应中排除。在一个实施方式中,基于在熔融聚合反应中使用的所有组分的总重量,β催化剂以小于约10份每百万份(ppm),特别地小于1ppm,更特别地小于大约0.1ppm,更特别地小于或等于约0.01ppm,以及更特别地小于或等于约0.001ppm的量存在。
在一个实施方式中,利用的是采用活性碳酸酯的熔融方法。如本文所使用的,术语“活性碳酸酯”限定为碳酸二芳基酯,其在酯交换反应中比碳酸二苯酯反应性更强。活性碳酸酯的特定的非限制性实例包括碳酸双(邻-甲氧基羰基苯基)酯、碳酸双(邻-氯苯基)酯、碳酸双(邻-硝基苯基)酯、碳酸双(邻-乙酰基苯基)酯、碳酸双(邻-苯基酮苯基)酯、碳酸双(邻-甲酰苯基)酯。特定的酯取代的碳酸二芳基酯的实例包括但不限于,碳酸双(甲基水杨基)酯(CAS登记号82091-12-1)(也称为“BMSC”或碳酸双(邻-甲氧基羰基苯基)酯)、碳酸双(乙基水杨基)酯、碳酸双(丙基水杨基)酯、碳酸双(丁基水杨基)酯、碳酸双(苄基水杨基)酯、碳酸双(甲基-4-氯代水杨基)酯等。在一个实施方式中,由于碳酸双(甲基水杨基)酯的较低分子量和较高的蒸汽压,它在熔融聚碳酸酯合成中用作活性碳酸酯。非活性基团的一些非限制性实例是烷基、环烷基或氰基,当它们存在于邻位时不期望将导致活性碳酸酯。非活性碳酸酯的一些特定的和非限制性的实例是碳酸双(邻-甲基苯基)酯、碳酸双(对-枯基苯基)酯、碳酸双(对-(1,1,3,3-四甲基)丁基苯基)酯以及碳酸双(邻-氰基苯基)酯。这些结构的不对称的组合也可以用作非活性碳酸酯。
在一个实施方式中,封端剂(也称为链终止剂)可以可选地用来限制分子量的增长速率,从而控制聚碳酸酯的分子量。示例性的链终止剂包括特定的单酚化合物(即,具有单个游离羟基的苯基化合物)、单羧酸氯化物和/或单氯甲酸酯。苯酚链终止剂的实例是苯酚和C1-C22烷基取代的苯酚,如对枯基-苯酚、间苯二酚单苯甲酸酯以及对-丁基苯酚和叔-丁基苯酚、甲酚以及二酚的单醚,如对甲氧基苯酚。可以特别地提及具有有8至9个碳原子的支链烷基取代基的烷基取代的苯酚。也可以使用某些单酚UV吸收剂作为封端剂,例如4-取代-2-羟基二苯甲酮和它们的衍生物、水杨酸芳基酯、二元酚的单酯,如间苯二酚单苯甲酸酯、2-(2-羟基芳基)-苯并三唑及其衍生物、2-(2-羟基芳基)-1,3,5-三嗪及其衍生物等。
在另一实施方式中,端基可以衍生自羰基源(即,碳酸二芳基酯),其来自选择的单体比例、不完全聚合、断链等,以及任何添加的封端基团,并且可以包括可衍生的官能团,如羟基、羧酸基等。在一个方面,聚碳酸酯的端基可以包含衍生自碳酸二芳基酯的结构单元,其中,结构单元可以是端基。在另一方面,端基衍生自活性碳酸酯。这类端基可以衍生自在其中羟基基团与来自活性碳酸酯的酯羰基而不是与活性碳酸酯的碳酸酯羰基反应的条件下合适取代的活性碳酸酯的烷基酯与位于聚碳酸酯聚合物链端部的羟基基团的酯交换反应。以这种方式,衍生自含酯的化合物的结构单元或衍生自活性碳酸酯的亚结构(并且存在于熔融聚合反应中)可以形成酯端基。在另一实施方式中,衍生自水杨基酯的酯端基可以是BMSC或其它取代的或未取代的碳酸双(烷基水杨基)酯,如碳酸双(乙基水杨基)酯、碳酸双(丙基水杨基)酯、碳酸双(苯基水杨基)酯、碳酸双(苄基水杨基)酯等的残基。在一个实施方式中,其中,在熔融聚合中使用α和β催化剂的组合,由活性碳酸酯制备的聚碳酸酯聚合物可以包括基于聚碳酸酯的重量的小于2,000ppm,小于1,500ppm,或小于1,000ppm的量的端基。在另一实施方式中,其中,在熔融聚合中仅使用α催化剂,由活性碳酸酯制备的聚碳酸酯聚合物可以包括基于聚碳酸酯的重量的小于或等于500ppm、小于或等于400ppm、小于或等于300ppm,或小于或等于200ppm的量的端基。
在一个实施方式中,使用活性芳族碳酸酯用于聚合反应的反应物可以以固体形式或熔融形式进料至反应器。起初将反应物进料至反应器中并且随后在惰性气体氛围中,例如在氮气氛中,在用于聚合的反应条件下对这些材料可以进行混合。在聚合反应的后面的阶段也可以进行一种或多种反应物的进料。反应混合物的混合是通过本领域已知的任何的方法完成,如通过搅拌。反应条件包括时间、温度、压力和影响反应物聚合的其它因素。活性芳族碳酸酯通常以相对于单体单元化合物(即芳族二羟基化合物和脂肪族二酸或二醇)的总摩尔数的0.8至1.3,和更优选0.9至1.3,以及它们之间所有的子范围的摩尔比添加。在特定的实施方式中,活性芳族碳酸酯与单体单元化合物的摩尔比是1.013至1.29,特别地1.015至1.028。在另一特定的实施方式中,活性芳族碳酸酯是BMSC。
在一个实施方式中,熔融聚合反应可以通过使反应混合物经历一系列的温度-压力-时间规程来进行。在一些实施方式中,这包括分阶段逐渐升高反应温度,同时分阶段逐渐降低压力。在一个实施方式中,压力从在反应开始时的约大气压力降低至约1毫巴(100帕斯卡(Pa))或更低,或者在另一方面中随着反应接近完成,在多个步骤中降低至0.1毫巴(10Pa)或更低。温度可以以逐步的方式变化,在约反应混合物的熔融温度的温度开始,并且随后升高至最终温度。在一个实施方式中,反应混合物从室温加热至约150℃。在这类实施方式中,聚合反应开始于约150℃至约220℃的温度。在另一实施方式中,聚合温度可以高达约220℃。在其它实施方式中,聚合反应可以随后升高至约250℃,并且随后可选地进一步升高至约320℃的温度,以及它们之间的所有子范围。在一个实施方式中,总反应时间可为约30分钟至约200分钟以及它们之间的所有子范围。这个步骤通常确保了使得反应物反应以产生具有期望的分子量、玻璃化转变温度和物理特性的聚碳酸酯。进行该反应以构建聚碳酸酯链,并产生酯取代的醇的副产物,例如水杨酸甲酯。在一个实施方式中,通过不同的技术,如降低压力可以实现有效地除去副产物。在反应开始时,压力开始通常相对较高,并且随着反应逐渐降低,以及在整个反应中温度升高。
在一个实施方式中,通过使用本领域已知的技术,如凝胶渗透色谱法通过测量反应混合物的熔体粘度或者重均分子量可以监测反应的进程。这些属性可以通过采集离散样本测量或者可以在线测量。在达到期望的熔体粘度和/或分子量之后,最终的聚碳酸酯产物可以以固体或熔融形式从反应器中分离。本领域技术人员应该理解的是制备脂肪族均聚碳酸酯和脂肪族-芳族共聚碳酸酯的方法,如在前面的部分中描述的,可以以分批法或连续法进行并且本申请公开的方法优选在无溶剂方式中进行。选择的反应器应该理想地是自清洁的,并且应该最小化任何“热点”。然而,可以使用与可商购的那些相似的排气式挤出机(vented extruder)。
在一个实施方式中,在挤出机中,在一种或多种催化剂存在下,可以制备脂肪族均聚碳酸酯和脂肪族-芳族共聚碳酸酯,其中,碳酸化试剂是活性芳族碳酸酯。在一个实施方式中,用于聚合反应的反应物可以以粉末或熔融形式进料至挤出机。在另一实施方式中,在加入至挤出机之前,干燥共混反应物。挤出机可以装备减压装置(例如,排放口),其用于除去活性苯酚副产物并且因此驱动聚合反应继续完成。在不同的方面,可以通过控制(连同其他因素)反应物的进料速率、挤出机的类型、挤出机螺杆设计和构造、挤出机中的停留时间、反应温度和存在于挤出机上的减压技术操作聚碳酸酯产物的分子量。聚碳酸酯产物的分子量也可以取决于反应物的结构,如活性芳族碳酸酯、脂肪族二醇、二羟基芳族化合物以及使用的催化剂。许多不同的螺杆设计和挤出机的构造是可商购的,其使用单螺杆、双螺杆、排气口、后向飞行区(back flight zone)和前向飞行区域(forwardflight zone)、密封、和侧流。本领域技术人员可以发现使用通常已知的商业挤出机设计原理的最佳的设计。当使用活性碳酸酯时,控制碳酸二芳基酯与二醇的比例,特别是BMSC与二醇的比率可以影响Mw。较低的比例通常可以产生较高的分子量。
在示例性实施方式中,聚碳酸酯聚合物组分包含双酚A聚碳酸酯聚合物。在另一示例性实施方式中,聚碳酸酯组分包含至少两种不同等级的双酚A聚碳酸酯的共混物。为此,聚碳酸酯等级可以例如,表征为聚碳酸酯的熔体体积速率(MVR)。例如,公开的聚碳酸酯,如双酚A聚碳酸酯,可以表征为表现出在300℃/1.2千克(kg)下4克/10分钟(g/10min)至30g/10min的范围的熔体体积率(MVR)。例如,MVR范围为10g/10min至25g/10min,包括,例如15g/10min至20g/10min的范围的MVR。此外,例如,MVR可以在4g/10min或30g/10min的范围。
该聚碳酸酯组分可以以任何期望的量存在于热塑性组合物中。例如,根据本公开的方面,聚碳酸酯聚合物组分可以以相对于热塑性组合物的总重量的约5重量%至最高达约85重量%的范围的量存在,包括进一步示例性的量为约10重量%、15重量%、20重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、和80重量%。在更进一步的实施方式中,聚碳酸酯组分可以以衍生自任何两个上述值的量的范围存在。例如,聚碳酸酯聚合物组分可以以约5重量%至约15重量%的范围的量,或者约5重量%至约20重量%范围的量,或者约50重量%至约85重量%的范围的量存在。
在实施方式中,其中,聚碳酸酯组分包含两种或更多种聚碳酸酯聚合物的共混物,应该理解的是存在于聚碳酸酯组分中的每种有关的聚碳酸酯聚合物可以以相对于聚碳酸酯聚合物组分总重量百分数的任何期望的量存在。例如,在实施方式中,其中,聚碳酸酯聚合物组分包括至少第一和第二聚碳酸酯聚合物,第一聚碳酸酯聚合物可以以相对于聚碳酸酯聚合物组分的总重量的大于0重量%至小于100重量%的范围的量存在。相似地,第二聚碳酸酯聚合物可以以相对于聚碳酸酯聚合物组分的总重量的大于0重量%至小于100重量%的范围的量存在。
例如,在示例性实施方式中,包括两种不同等级的双酚A聚碳酸酯的聚碳酸酯聚合物组分可以以约14重量%至16重量%的范围的量存在于热塑性组合物中。根据该实施方式,第一双酚A聚碳酸酯可以以相对于热塑性组合物的总重量的约5重量%至约6重量%的范围的量存在,或者以替代的方式表示为以相对于聚碳酸酯组分的总重量百分数的35重量%至约45重量%范围的量存在。同样地,第二双酚A聚碳酸酯可以以相对于热塑性组合物的总重量的约9重量%至约10重量%的范围的量存在,或者以替代的方式表示为以相对于聚碳酸酯组分的总重量%的55重量%至约65重量%范围的量存在。在至少一个实施方式中,至少一种聚碳酸酯包含相对于热塑性组合物总重量百分数的至少5重量%。例如,总的聚碳酸酯量的范围为相对于热塑性组合物的总重量百分数的5重量%至14重量%。
在另一示例性的实施方式中,包含两种不同等级的双酚A聚碳酸酯的聚碳酸酯聚合物组分可以以约70重量%至72重量%的范围的量存在于热塑性组合物中。根据该实施方式,第一双酚A聚碳酸酯可以以相对于热塑性组合物的总重量的约53重量%至约54重量%的范围的量存在,或者以替代的方式表示为以相对于聚碳酸酯组分的总重量百分数的73重量%至约78重量%范围的量存在。同样地,第二双酚A聚碳酸酯可以以相对于热塑性组合物的总重量的约17重量%至约18重量%的范围的量存在,或者以替代的方式表示为以相对于聚碳酸酯组分的总重量%的22重量%至约27重量%范围的量存在。
公开的热塑性组合物进一步包含聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物组分。如本文使用的,术语聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物等效于聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物、聚碳酸酯-聚硅氧烷聚合物,或聚硅氧烷-聚碳酸酯聚合物。聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物包含含有以下通式(I)的结构单元的聚二有机硅氧烷嵌段:
其中,聚二有机硅氧烷嵌段长度(E)为约20至约60;其中,每个R基团可以相同或不同,并且选自C1-13一价有机基团;其中,每个M可以相同或不同,并且选自卤素、氰基、硝基、C1-C8烷硫基、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,每个n独立地是0、1、2、3或4。聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物还包含含有下述通式(II)的结构单元的聚碳酸酯嵌段:
其中,R1基团总数的至少60%包含芳族部分,其余量包含脂肪族部分、脂环族部分或芳族部分
根据本公开的示例性的非限制性实施方式,聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物包括下述通式(III)的二有机聚硅氧烷嵌段:
其中,x表示约20至约60的整数。根据这些实施方式的聚碳酸酯嵌段可以是衍生自双酚-A单体。
上面的式(III)的二有机聚硅氧烷嵌段可以衍生自相应的式(IV)的二羟基化合物:
其中,x为如上面所描述的。在Kress等人的美国专利4,746,701和Carrillo的US 8,017,0697中进一步描述了这种类型和其他的化合物。该式的化合物可以在相转移条件下通过适当的二羟基亚芳基化合物与,例如α,ω-双乙酰氧基聚二有机硅氧烷的反应获得。
这种二羟基的聚硅氧烷可以通过进行铂催化的式(V)的硅氧烷氢化物(其中,x为前面定义的)与脂肪族不饱和一元酚(如丁香酚)之间的加成以产生式(IV)化合物而制备:
聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以通过如由式(IV)描述的双酚聚硅氧烷与碳酸酯源以及二羟基芳族化合物,如双酚-A的反应(可选地在如上所述的相转移催化剂存在下)制备。合适的条件类似于在形成聚碳酸酯中有用的那些。例如,共聚物可以在低于0℃至约100℃的温度下,包括例如,在约25℃至约50℃的温度下通过光气化制备。由于反应是放热的,光气添加的速率可以用来控制反应温度。所需的光气的量通常取决于二羟基反应物的量。可替代地,聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以通过在上述酯交换催化剂存在下,在熔融状态下使二羟基单体和碳酸二芳基酯,如碳酸二苯酯共反应制备。
在聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的生产中,可以选择二羟基二有机聚硅氧烷的量以便在共聚物中提供期望的量的二有机聚硅氧烷单元。因此,取决于组合物的期望的物理性能,x的值(例如,约20至约60的范围),以及组合物中每种组分的类型和相对量,包括聚碳酸酯的类型和量,聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的类型和量,以及任何其它添加剂的类型和量,决定使用的特定的量。二羟基二有机聚硅氧烷的合适量可由本领域的技术人员使用本文教导的指导不需过多的实验来决定。
例如,根据本公开的实施方式,可以提供具有任何期望水平的硅氧烷含量的聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物。例如,硅氧烷含量可以在4摩尔%至20摩尔%的范围。在另外的方面,聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物的硅氧烷含量可以在4摩尔%至10摩尔%的范围。在更进一步的实施方式中,聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物的硅氧烷含量可以在4摩尔%至8摩尔%的范围。在进一步的实施方式中,聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物包含5至7摩尔重量%的范围的二有机硅氧烷含量。在更进一步的示例性实施方式中,聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物的硅氧烷含量可以是约6摩尔%。更进一步,二有机聚硅氧烷嵌段可以无规地分布于聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物。
公开的聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物也可以是封端的,如结合本文列出的聚碳酸酯制造相似地描述。例如,根据本公开的实施方式,聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物可以是用对枯基苯酚封端的。
聚碳酸酯-硅氧烷共聚物的非限制性实例包括可购自SABICInnovative Plastics的透明的EXL。来自SABIC的透明EXL是聚碳酸酯-聚硅氧烷(9030T)共聚物,已经进行了商业上的试验,并且发现具有约6摩尔%的硅氧烷,Mw为约44,600,Mn为约17800(在聚苯乙烯标准中,使用氯仿溶剂)。
聚硅氧烷聚碳酸酯共聚物组分可以以任何期望的量存在于热塑性组合物中。例如,在本公开的实施方式中,聚硅氧烷聚碳酸酯共聚物以相对于热塑性组合物的总重量的至少10重量%的量存在。例如,聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以以相对于热塑性组合物的总重量的10重量%至80重量%的范围,包括示例性量的15重量%、20重量%、25重量%、30重量%、35重量%、40重量%、45重量%、50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%和75重量%的量存在。在更进一步的实施方式中,聚硅氧烷聚碳酸酯共聚物可以以衍生自任何两个上述值的量的任何范围存在。例如,聚硅氧烷聚碳酸酯共聚物可以以约10重量%至约20重量%的范围的量,或约60重量%至约80重量%的范围的量存在。
公开的热塑性组合物进一步包含常规的激光直接成型添加剂(LDS)添加剂。如本文使用的,激光直接成型添加剂是指适用于激光直接成型方法的含金属的添加剂。为此,如在本文更充分地讨论的,选择LDS添加剂使得在用激光活化后,可以通过后续的标准的金属化和电镀方法形成导电路径。因此,当将LDS添加剂暴露于激光时,释放或活化了元素金属。因此,激光将电路图案绘制在热塑性部件上,并且留下包含嵌入的金属颗粒的粗糙表面。在后续的金属化以及电镀方法,例如铜电镀方法或其他电镀方法,包括金电镀、镍电镀、银电镀、锌电镀、锡电镀等中,这些颗粒用作用于晶体生长的核。
根据本公开的实施方式,激光直接成型添加剂可以包含一种或多种金属氧化物,包括例如,铬、铜的氧化物,或它们的组合。也可以提供具有尖晶石型晶体结构的这些激光直接成型添加剂。可商购的激光直接成型添加剂的示例性而非限制性的实例包括可商购自Ferro Corp.,USA的PK3095黑色颜料。PK3095,例如,包括铬氧化物(Cr2O3、Cr2O4 2-、Cr2O7 2-)以及铜的氧化物(CuO),如使用XPS测定的。PK3095黑色颜料也具有尖晶石类型晶体结构。另一种示例性可商购的激光直接成型添加剂是可商购自The Shepherd Color公司的Black1G颜料黑28。Black 1G颜料黑28包含铬酸铜并且具有约7.3的pH。Black 1G颜料也具有尖晶石类型晶体结构。
激光直接成型添加剂可以以相对于热塑性组合物的总重量大于0到15重量%的范围的量,包括例如,约1重量%、约2重量%、约3重量%、约4重量%、约5重量%、约6重量%、约7重量%、约8重量%、约9重量%、约10重量%、约11重量%、约12重量%、约13重量%和约14重量%的量存在于热塑性组合物中。在更进一步的实施方式中,激光直接成型(LDS)添加剂可以以衍生自任何两个上述值的量的任何范围的量存在于热塑性组合物中。例如,激光直接成型添加剂可以以相对于热塑性组合物的总重量的7重量%至12重量%的量存在。可替代地,激光直接成型添加剂可以以相对于热塑性组合物的总重量9重量%至14重量%的范围的量存在于热塑性组合物中。在更进一步的实施方式中,激光直接成型添加剂可以以相对于热塑性组合物的总重量约10重量%的量存在于热塑性组合物中。
公开的热塑性组合物进一步包括硅氧烷添加剂。如本领域技术人员将理解的,一些常规的激光直接成型添加剂,如本文所描述的那些,具有可以损害基础热塑性树脂组合物的表面pH水平。例如,表面pH的这些水平可以导致在混合过程中热塑性基础树脂的降解。结果组合物的性能特性和由获得的组合物形成的部件可以受到影响。例如,组合物的冲击属性和延展性可显著地下降。然而,如在本文描述的实例中更充分地举例说明的,硅氧烷添加剂的存在可以减少或者甚至消除可以发生在混合过程期间的基础热塑性树脂的有害降解。这可以通过,例如,适用于激光直接成型同时也保持或表现出如本文描述的期望性能特性的获得的热塑性组合物进行例证。
不期望受理论的约束,根据本发明的实施方式,硅氧烷添加剂和激光直接成型添加剂可以一起表现出化学缔合(chemical association)。化学缔合可以导致LDS添加剂的改性。例如,在铬酸铜氧化物的表面官能团和硅氧烷添加剂的官能团之间可以发生化学缔合。可以在LDS添加剂与硅氧烷添加剂之间形成的化学缔合的非限制性实例包括化学键、氢键、离子的静电相互作用,以及范德华力。在另一实施方式中,可以在硅氧烷添加剂的氧和来自LDS添加剂的金属原子,如,铬酸铜氧化物之间形成化学键。在另一实施方式中,在加工或混合热塑性组合物期间使用的挤出条件可以,例如将烷氧基官能团(例如存在于硅氧烷添加剂上的甲氧基(–OMe)基团)水解为–OH。然后获得的羟基部分可用于与LDS添加剂(例如铬酸铜氧化物)的表面官能团反应。
根据本公开的实施方式,硅氧烷添加剂和LDS添加剂之间的化学反应可以导致LDS添加剂的表面pH的变化或改变。pH的这种变化可以减少或甚至防止混合期间基础热塑性树脂的降解。在另一实施方式中,硅氧烷添加剂本身和硅氧烷添加剂与铬酸铜氧化物之间的化学反应可以改变填料组合物的表面pH以便防止或限制在加工过程中的聚合物基质的降解。在另一实施方式中,填料组合物包含氨基硅氧烷添加剂和形成化学键的铬酸铜氧化物。
该变化可以,例如包括两种途径中的一种:1)原位变化和2)外部(ex-situ)变化。原位变化包括在挤出期间的单阶段操作。例如,在原位变化中,在挤出过程期间,将硅氧烷添加剂与聚碳酸酯聚合物、聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物、激光直接成型添加剂、以及任何另外的成分一起直接加入。外部变化涉及多个步骤,例如至少两个步骤。例如,外部变化可以包括用硅氧烷添加剂处理激光直接成型添加剂。可替代地,外部变化可以包括用偶联剂和/或增容剂处理激光直接成型添加剂。这样处理的组合物随后可以进料至挤出作为该方法的第二步骤。变化过程或挤出过程可以,例如在室温或23℃下进行。
在另一实施方式中,硅氧烷添加剂可以吸附至铬酸铜氧化物的表面。硅氧烷添加剂和铬酸铜氧化物之间的化学缔合可以,例如,使用X-射线光电子光谱(“XPS”)分析或傅里叶变换红外光谱(“FTIR”)示出。
硅氧烷添加剂实际上可以是聚合物或低聚物,或者,可替代地,可以是单体或单一化合物。如之前提及的,至少一种填料组合物包含至少一种硅氧烷添加剂。至少一种硅氧烷添加剂,例如可以包含选自氨基、苯基和环氧基的官能团。硅氧烷添加剂的非限制性实例可以包括环氧硅烷、氨基硅烷、氨基硅氧烷或苯基硅氧烷。在一个实施方式中,硅氧烷添加剂包括氨基硅氧烷。在另一实施方式中,硅氧烷添加剂包含苯基硅氧烷。
硅氧烷添加剂可以是氨基硅氧烷,如氨基二甲基聚硅氧烷倍半硅氧烷或包含氨基二甲基聚硅氧烷倍半硅氧烷的混合物。如本文使用的,“氨基二甲基聚硅氧烷(amodimethicone)”是指胺-官能化硅酮。例如,聚二甲基硅氧烷(通过INCI命名标准的二甲基聚硅氧烷)由甲基基团(-CH3)(作为沿聚合物链主链的侧基)组成。胺-官能化的硅酮进行了化学修饰,使得沿着主链的一些侧基已经用各种烷基胺基团(-烷基-NH2)取代。在各种实施方式中,氨基硅氧烷可以包含约60wt%至约90wt%的硅氧烷和硅酮的混合物,包括具有甲基倍半硅氧烷和约10wt%至约30wt%的氨基官能低聚硅氧烷的二甲基聚合物。例如,包含氨基二甲基聚硅氧烷倍半硅氧烷的合适的氨基硅氧烷混合物是SF-1706,其可商购自MomentivePerformance Materials,USA。可替代地,合适的氨基硅氧烷可以包括甲氧基封端的氨基乙基氨基丙基聚硅氧烷和甲氧基封端的硅氧烷树脂的25/75混合物。
在一个实施方式中,氨基硅氧烷可以包括具有由下式表示的结构的一种或多种低聚或聚合硅氧烷化合物:
其中,每次出现的R和R2是未取代的或取代的基团,独立地选自烷基、芳基、烯族(乙烯基),以及–OR5;其中,R1每次出现时独立地选自未取代的或取代的基团,该基团选自烷基、芳基、烯族(乙烯基)、–OR4以及包含基团–F1-NR6-F-NH2的二氨基基团,条件是至少一个R1基团是含二氨基的基团;其中,F1是1至12个碳原子的直链或支链亚烷基;F是2至10个碳原子的直链或支链亚烷基;其中,每次出现的R3和R4独立地选自未取代的或取代的烷基、芳基、封端或未封端的聚氧亚烷基、烷芳基、亚芳烷基或烯基;其中,每次出现的R5独立地是氢或烷基;其中,每次出现的R6独立地是氢或低级烷基;其中,a为0至10,000的整数;以及其中,b为10至1000的整数,条件是a和b以a∶b为至少1:1至200:1的比例存在。
在各种实施方式中,氨基硅氧烷可以是包含具有由下式表示的结构的化合物的混合物:
可替代地,氨基硅氧烷可以是可固化的胺官能硅酮,如可商购的可固化胺官能硅酮Dow Corning Silicone 531和536,以及SWS Silicones Corp.SWS E-210。其它合适的可固化的氨基官能硅酮由Wacker,SiltechCorporation以及其他公司销售。术语“胺官能硅酮(amine functionalsilicone)”、“氨基硅氧烷”和“氨基烷基硅氧烷”在文献中是同义的并且可以互换使用。如本文使用的术语“胺”是指任何合适的胺,并且特别是环胺、多胺和烷基胺,其包括可固化的烷基单胺、烷基二胺和烷基三胺官能硅酮。
在一个实施方式中,硅氧烷添加剂可以包含可商购的硅酮,如SFR-100(迈图高新材料,Momentive Performance Materials)或EC4952硅酮(Emerson Cummings Co.,USA)。SFR-100硅酮表征为硅烷醇或三甲基甲硅烷基封端的聚甲基硅氧烷,并且是液体共混物,该共混物包含约60至80重量百分数的具有约150,000的数均分子量的二官能聚二甲基硅氧烷,以及20至40重量百分数的具有为约0.8至1:1的平均比率的单官能(即三甲基硅氧烷)和四官能团(即SiO2)重复单元并且具有约2,200的数均分子量的聚三甲基甲硅烷基硅酸酯树脂。EC 4952硅酮表征为具有约85摩尔%的双官能二甲基硅氧烷重复单元,约15摩尔%的三官能甲基硅氧烷重复单元,并且具有约21,000的数均分子量的硅烷醇封端的聚甲基硅氧烷。可以使用的其它多官能聚(C1-6烷基)硅氧烷聚合物公开于美国专利第4,387,176号以及第4,536,529号中,其公开内容通过引用结合于此。
在各种实施方式中,硅氧烷添加剂可以包括苯基硅氧烷,例如,可商购为含苯基的硅氧烷流体,称为来自Momentive Performance Materials,USA的SE 4029。
在一个实施方式中,硅氧烷添加剂以大于0wt%至5wt%的范围的超量添加量存在。以超量添加量存在的至少一种硅氧烷添加剂范围为基于组合物的总重量的0.25wt%至5.0wt%,例如0.5wt%至4.0wt%的范围、1wt%至4wt%的范围、0.75wt%至2.5wt%的范围、1wt%至3wt%的范围或者为1wt%至2wt%的范围。
公开的热塑性组合物可以可选地包含常规地用于制造模制的热塑性部件的一种或多种添加剂,条件是可选的添加剂不会不利地影响获得的组合物的期望的性能。也可以使用可选的添加剂的混合物。在混合这些组分用于形成复合物混合物期间,在合适时间可以混合这类添加剂。例如,公开的组合物可以包含一种或多种填料、增塑剂、稳定剂、抗静电剂、阻燃剂、冲击改性剂、着色剂、抗氧化剂,和/或脱模剂。在一个实施方式中,组合物进一步包含选自抗氧化剂、阻燃剂、无机填料和稳定剂的一种或多种可选的添加剂。
示例性的热稳定剂包括,例如有机亚磷酸酯,如亚磷酸三苯酯、亚磷酸三-(2,6-二甲基苯基)酯、亚磷酸三-(混合的单-和二-壬基苯基)酯等;膦酸酯,如膦酸二甲苯酯等、磷酸酯,如磷酸三甲酯等,或包括至少一种前述热稳定剂的组合。基于100重量份的不包括任何填料的总组合物,热稳定剂通常以0.01至0.5重量份的量使用。
示例性的抗氧化剂包括,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、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;烷基化单酚或多酚;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-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等;对甲酚或二环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化氢醌;羟基化硫代二苯基醚;烷叉基-双酚;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)-丙酸与一元醇或多元醇的酯;硫代烷基或硫代芳基化合物的酯,如硫代丙酸二硬脂基酯、硫代丙酸二月桂基酯、硫代二丙酸双十三烷基酯、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯、季戊四醇基-四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯等;β-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)-丙酸的酰胺等,或包括至少一种前述抗氧化剂的组合。抗氧化剂通常以基于不包括任何填料的100重量份的总组合物的0.01至0.5重量份的量使用。
公开的热塑性组合物可以进一步包括可选的填料,如,例如无机填料或增强剂。填料的特定的组合物,如果存在的话,可以不同,条件是填料与热塑性组合物的其余组分是化学相容的。在一个实施方式中,热塑性组合物包括矿物填料。在另一实施方式中,热塑性组合物包括含有滑石的填料。如果存在的话,填料的量可以包括适合用于热塑性组合物的任何量,这不会不利地影响其期望的特性。
在另一实施方式中,示例性的填料可以包括硅酸盐和硅石粉末,如硅酸铝(莫来石)、合成硅酸钙、硅酸锆、气相硅石、结晶二氧化硅石墨、天然硅砂等;硼粉,如硼-氮化物粉末,硼-硅酸盐粉末等;氧化物,例如TiO2、氧化铝、氧化镁等;硫酸钙(作为其酐、二水合物或三水合物)等;滑石,包括纤维状、模块状、针状、层状滑石等;硅灰石;表面处理的硅灰石;玻璃球,如中空的和实心的玻璃球、硅酸盐球、硅酸铝等;高岭土,包括硬质高岭土、软质高岭土、煅烧高岭土、包括本领域已知的各种涂层以促进与聚合物基质树脂的相容性的高岭土等;单晶纤维或“晶须”,如碳化硅、氧化铝、碳化硼、铁、镍、铜等;纤维(包括连续的和切短的纤维)、碳纤维、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,如颗粒或纤维状铝、青铜、锌、铜和镍等;片状填料例如玻璃片、片状碳化硅、二硼化铝、铝片、钢片等;纤维填料,例如短的无机纤维,如衍生自包含硅酸铝、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的那些;天然填料和增强材料,如通过粉碎木材获得的木粉、纤维产品,如纤维素、棉等;有机填料,如聚四氟乙烯;由能够形成纤维的有机聚合物,如聚(醚酮)、聚酰亚胺、聚苯并唑、聚(亚苯基硫醚)、芳族聚酰胺、芳族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯等形成的增强的有机纤维填料;以及其它填料和增强剂,如云母、粘土、长石、烟道灰、铝硅酸镁盐、石英、石英岩、珍珠岩、硅藻岩、硅藻土、炭黑等,或者包括至少一种前述填料或增强剂的组合。
示例性的光稳定剂包括例如苯并三唑,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-正辛氧基二苯甲酮等,或者包括至少一种前述光稳定剂的组合。光稳定剂通常的用量为基于不包括任何填料的100重量份的总组合物的0.1至1.0重量份。
示例性增塑剂包括,例如,邻苯二甲酸酯,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、三硬脂酸甘油酯、环氧化大豆油等,或包括至少一种前述增塑剂的组合。增塑剂通常以基于不包括任何填料的100重量份的总组合物的0.5至3.0重量份的量使用。
示例性的抗静电剂包括,例如单硬脂酸甘油酯、硬脂基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,或前述抗静电剂的组合。在一个实施方式中,碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑或前述的任何组合可以用于含化学抗静电剂的聚合树脂中以赋予组合物静电耗散性。
示例性的脱模剂包括,例如,硬脂酸金属盐、硬脂酸硬脂基酯、四硬脂酸季戊四醇酯、蜂蜡、褐煤蜡、石蜡等,或者包括至少一种前述脱模剂的组合。脱模剂通常以基于不包括任何填料的100重量份的总组合物的0.1至1.0重量份的量使用。
示例性UV吸收剂包括例如,羟基二苯甲酮;羟基苯并三唑;羟基苯并三嗪;氰基丙烯酸酯;草酰替苯胺;苯并噁嗪酮;2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯酚(CYASORBTM 5411);2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORBTM531);2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)-苯酚(CYASORBTM 1164);2,2′-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并恶嗪-4-酮)(CYASORBTM UV-3638);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]甲基]丙烷(UVINULTM3030);2,2′-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并恶嗪-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]甲基]丙烷;纳米尺寸的无机材料,如氧化钛、氧化铈和氧化锌等,所有都具有小于100纳米的粒径;或包括前述UV吸收剂中的至少一种的组合。UV吸收剂通常以基于不包括任何填料的100重量份的总组合物的0.01至3.0重量份的量使用。
示例性的润滑剂包括,例如脂肪酸酯,如烷基硬脂基酯,例如硬脂酸甲酯等;硬脂酸甲酯和亲水性和疏水性表面活性剂的混合物,包括聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物,及其共聚物,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;或包括至少一种前述润滑剂的组合。润滑剂通常以基于不包括任何填料的100重量份的总组合物的0.1至5重量份的量使用。
示例性的发泡剂包括,例如低沸卤代烃和产生二氧化碳的那些;发泡剂,其在室温下是固体并且当加热至高于它们的分解温度的温度时,产生气体,如氮气、二氧化碳、氨气,如偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酰胺的金属盐、4,4'-氧双(苯磺酰肼)、碳酸氢钠、碳酸铵等,或包括至少一种前述发泡剂的组合。发泡剂通常以基于不包括任何填料的100重量份的总组合物的1至20重量份的量使用。
如上所述,公开的热塑性组合物可以可选地进一步包括阻燃剂添加剂。在各种实施方式中,阻燃剂添加剂可以包括适用于本发明的热塑性组合物的任何阻燃剂材料或阻燃剂材料的混合物。在另一实施方式中,阻燃剂添加剂包括含磷酸盐的材料。在另一实施方式中,阻燃剂添加剂包括含卤素的材料。在其它实施方式中,阻燃剂添加剂不含或基本不含磷酸盐和/或卤素中的一种或多种。在又一实施方式中,阻燃剂添加剂包括低聚物有机磷阻燃剂,包括例如,双酚A磷酸二苯酯(“BPADP”)。在又一实施方式中,阻燃剂选自低聚磷酸酯、聚合磷酸酯、低聚膦酸酯或混合的磷酸酯/膦酸酯阻燃剂组合物。在更进一步的实施方式中,阻燃剂选自磷酸三苯酯;磷酸甲苯基二苯酯;磷酸三(异丙基苯基)酯;间苯二酚双(磷酸二苯酯);和双酚A双(磷酸二苯酯)。在仍进一步的实施方式中,阻燃剂是双酚A双(磷酸二苯酯)。
阻燃剂添加剂的浓度可以改变,并且本发明并不旨在限制于任何特定的阻燃剂浓度。在一个实施方式中,公开的组合物可以包含大于0至约20wt%的阻燃剂添加剂,包括或例如,约1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%或19wt%。在更进一步的实施方式中,阻燃剂添加剂可以存在于衍生自上面的值的量的任何范围。例如,阻燃剂添加剂可以以约5wt%至约15wt%,或甚至约10wt%至约20wt%的范围的量存在于聚碳酸酯组合物中。阻燃剂添加剂是可商购的,并且本领域的技术人员能够容易地选择合适的阻燃剂添加剂。
此外,可以将可改善流动性和其它属性的材料加入至组合物,如低分子量烃树脂。低分子量烃树脂的特别有用的类别是衍生自石油C5-C9原料(衍生自从石油裂解获得的不饱和C5-C9单体)的那些。非限制性实例包括烯烃,例如戊烯、己烯、庚烯等;二烯烃,例如,戊二烯、己二烯等;环状烯烃和二烯烃,例如,环戊烯、环戊二烯、环己烯、环己二烯、甲基环戊二烯等;环状二烯烃二烯,例如二环戊二烯、甲基环戊二烯二聚物等;和芳族烃,例如乙烯基甲苯、茚、甲基茚等。树脂可以另外地部分地或完全地氢化。
在又一实施方式中,本发明涉及制备热塑性组合物的方法,该方法包括形成包含以下各项的共混组合物:(a)聚碳酸酯聚合物;(b)聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;(c)激光直接成型添加剂;和(d)硅氧烷添加剂;其中,由共混组合物形成的具有厚度为3.2mm的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考共混组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
在一个实施方式中,激光直接成型方法包括三个步骤:1)注射模制,2)激光成型,和3)金属化。
在又一实施方式中,在注射模制步骤期间,激光直接成型添加剂和硅氧烷添加剂可以与聚碳酸酯聚合物和聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物混合。在另一实施方式中,共混组合物进一步包括一种或多种选自抗氧化剂、阻燃剂、无机填料和稳定剂的可选的添加剂。在更进一步的实施方式中,可以使用单射注塑来生产激光成型的部件或制品。在至少一个实施方式中,热塑性组合物可以在该步骤混合并且用于LDS方法中。在另一实施方式中,在该步骤后,可以将另外的成分添加至热塑性组合物。
如本文所描述的,本发明涉及共混的热塑性组合物。使用结合多种组分以形成热塑性树脂的任何已知的方法可以形成本公开的共混的热塑性组合物。在一个实施方式中,组分先在高速混合机中共混。包括但不限于手工混合的其它低剪切方法也可以实现这种共混。然后将共混物经过料斗进料至双螺杆挤出机的进料喉。可替代地,通过在进料喉和/或在下游通过侧进料口直接进料至挤出机,一种或多种组分可以结合至组合物。挤出机通常在温度高于使组合物流动所需要的温度下进行操作。将挤出物立即在水浴中淬火并造粒。当切割挤出物时,如期望的这样制备的粒料可以是四分之一英寸长或更短。可以使用这类粒料用于后续的模制、成形或成型。在一个实施方式中,共混组合物通过挤出共混形成。
在进一步的实施方式中,在激光成型步骤期间,使用激光用来在激光成型步骤期间形成导电路径。在又一实施方式中,用来形成导电路径的激光是激光直接成型。在又一实施方式中,激光直接成型包括激光蚀刻。在更进一步的实施方式中,进行激光蚀刻以提供活化的表面。
在又一实施方式中,在激光成型步骤期间至少一束激光束在热塑性组合物表面上绘制至少一个图案。在更进一步的实施方式中,使用的填料组合物可以释放至少一个金属核。在又一实施方式中,已经释放的至少一个金属核可以用作催化剂用于还原铜电镀方法。
在进一步的实施方式中,在约1瓦特(W)至约10W的功率下,利用约30千赫兹(kHz)至约110kHz的频率,以及约1米/秒(m/s)至约5m/s的速度进行激光蚀刻。在更进一步的实施方式中,在约1W至约10W的功率下,利用约40kHz至约100kHz的频率,以及2m/s至约4m/s的速度进行激光蚀刻。在仍进一步的实施方式中,在约3.5W的功率下,利用约40kHz的频率,以及约2m/s的速度进行激光蚀刻。
在进一步的实施方式中,可以在LDS过程中形成粗糙表面。在更进一步的实施方式中,粗糙表面可使铜板与热塑性组合物中的聚合物基质缠结,其可以在铜板和热塑性组合物之间提供粘附。
在各种实施方式中该金属化步骤可以使用常规技术进行。例如,在一个实施方式中,在LDS方法的金属化步骤期间使用无电镀铜镀浴。因此,在各种实施方式中,将金属层电镀至导电路径是金属化。在更进一步的实施方式中,金属化可以包括以下步骤:a)清洁蚀刻表面;b)另外建立轨道(additive build-up of track);和c)电镀。
在进一步的实施方式中,该方法包括制备热塑性组合物,其中,由组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少100%。在更进一步的实施方式中由组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少500%。
在一个实施方式中,形成的共混组合物包括:(a)双酚A聚碳酸酯聚合物;(b)包含通式(VII)的二有机聚硅氧烷嵌段的聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物:
其中,x为约40至约60;并且聚碳酸酯嵌段衍生自双酚-A单体;其中,二有机聚硅氧烷嵌段随机分布于聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物中;其中,聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物中的硅氧烷含量为4摩尔%至20摩尔%;(c)激光直接成型添加剂;和(d)硅氧烷添加剂;其中,由组合物形成的模制品表现出在23℃至少为500J/m的缺口悬臂梁冲击能量以及在-23℃的至少300J/m的缺口悬臂梁冲击能量。
也提供了包含热塑性组合物的成形的、成型的或模制的制品。热塑性组合物可以通过各种方法,如注塑模制、挤出、旋转模制、吹塑模制和热成型以形成制品,如,例如个人计算机、笔记本和便携式计算机、移动电话天线和其他这类通信设备、医疗应用、RFID应用、汽车应用等从而模制成有用的成形的制品。
本文公开的共混的热塑性组合物,或化合物提供了稳固的电镀性能,同时保持优良的机械性能,例如在23℃至少500J/m的缺口悬臂梁冲击能量或在-23℃至少300J/m的缺口悬臂梁冲击能量。可以通过各种测试,如悬臂梁试验、夏比试验,Gardner试验等,根据多种标准(例如,ASTM D256)进行机械性能的评价。经由范围为最高性能(例如,“最优”)至最低性能的性能等级或电镀等级可以测量电镀性能的稳健性。该等级可以划分成各种水平。在一个实施方式中,电镀等级可以具有用于最高性能的“10”的等级以及用于最低性能的“0”的等级。
在进一步的实施方式中,该方法包括由形成的共混组合物形成模制部件。在另一实施方式中,该方法进一步包括使模制部件进行激光直接成型过程。
在一个实施方式中,根据ASTM D256-2010由组合物形成的模制品表现出延展性破坏模式。
在多个实施方式中,LDS化合物包括固定负载量的LDS添加剂,如铬铜氧化物以及不同量的热塑性基础树脂。在这类实施方式中,在LDS化合物中保持固定的负载量的稳定剂、抗氧化剂和脱模剂。
在一个实施方式中,制品包括挤出模制或注射模制包含以下各项的组合物的产品:(a)聚碳酸酯聚合物;(b)聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;(c)激光直接成型添加剂;以及(d)硅氧烷添加剂;其中,由共混组合物形成的具有3.2毫米(mm)厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品所表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
在另一实施方式中,模制品进一步包括通过利用激光活化形成的导电路径。在又一个实施方式中,制品进一步包括电镀到导电路径上的金属层。在甚至更进一步的实施方式中,金属层是铜层。在更进一步的实施方式中,金属层具有如根据ASTM B568测得的约0.8微米或更高的厚度。
在各种实施方式中,热塑性组合物可以用于电子领域。在另一实施方式中,可以使用3D MID、LDS方法或者热塑性组合物的领域的非限制性的实例包括电气、机电、射频(RF)技术、电信、汽车、航空、医疗、传感器、军事和安全。在更进一步的实施方式中,使用3D MID,LDS方法或热塑性组合物也可以存在于重叠的领域,例如在结合机械和电性质的机电系统中(mechatronic system),其可以例如,用于车辆或医学工程。
在一个实施方式中,根据本发明的模制品可以用来在一个或多个前述领域中生产装置。在更进一步的实施方式中,在这些领域中(其可以使用3DMID、LDS方法,或根据本发明的热塑性组合物)这类装置的非限制性的实例包括计算机装置、家用电器、装饰装置、电磁干扰装置、印刷电路、Wi-Fi装置、蓝牙装置、GPS装置、移动电话天线装置、智能电话装置、车载装置、军用装置、航天装置、医疗装置,如助听器、传感器装置、安全装置、屏蔽装置、RF天线装置或RFID装置。
在又一实施方式中,模制品可以用来制造在汽车领域中的装置。在另一实施方式中,在汽车领域中(其在汽车内部可以使用3DMID、LDS方法,或本发明公开的热塑性组合物)的这类装置的非限制性实例包括自适应巡航控制、前灯传感器、风挡刮水器传感器以及门/窗开关。在进一步的实施方式中,在汽车领域中(其在在汽车外部可以使用3DMID、LDS方法,或公开的热塑性组合物)装置的非限制性实例包括用于发动机管理的压力和流动传感器、空调、故障检测和外部照明设备。
由于低成本、模制较大的和复杂的部件的能力,以及减少重量,开发了塑料电镀用于工业应用。塑料电镀也允许新设计的快速发展并降低生产和这些器件本身的空间要求。随着汽油价格上升,消费者已越来越关心汽车重量减轻。可以电镀的塑料材料的非限制性实例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、特氟龙、聚芳基醚、聚碳酸酯、聚亚苯基氧化物、聚缩醛。可以使用LDS方法用于塑料电镀并且塑料材料可以包含于热塑性组合物或热塑性组合物的聚合物基质中。
在一个实施方式中,模制品的厚度可以是1.2mm至2.0mm。例如,模制制品可以具有1.6mm的厚度。在进一步的实施方式中,模制品可以具有2.8至3.5mm的范围的厚度。例如,模制制品可以具有3.2mm的厚度。
在另一实施方式中,获得的公开的组合物可以用来提供任何期望的成型的、成形的或模制的制品。例如,通过多种方法,如注射模制、挤出、旋转模制、吹塑模制和热成形,公开的组合物可以模制成有用的成型制品。如上所述,公开的组合物特别适合用于在制造电子部件和装置中使用。因此,根据一些实施方式,公开的组合物可以用于形成制品,如印刷电路板载体、在测试插座中燃烧(burn in test socket)、用于硬盘驱动器的柔性支架等。
公开的方法包括至少以下的实施方式。
实施方式1:一种热塑性组合物,包含:
a.聚碳酸酯聚合物;
b.聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;
c.激光直接成型添加剂(laser direct structuring additive);以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由组合物形成的具有3.2mm厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物(referencecomposition)形成的模制品所表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
实施方式2:实施方式1的热塑性组合物,包括:
a.双酚A聚碳酸酯聚合物;
b.包含通式(VII)的二有机聚硅氧烷嵌段的聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物:
其中,x为约40至约60;以及聚碳酸酯嵌段衍生自双酚-A单体;
其中,二有机聚硅氧烷嵌段随机分布于聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物;
其中,聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物中的硅氧烷含量为约20wt%;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
实施方式3:实施方式2的热塑性组合物,其中,a)的双酚A聚碳酸酯聚合物包含至少两种不同的双酚A聚碳酸酯的共混物。
实施方式4:实施方式1至3中任一项的热塑性组合物,其中,由组合物形成的模制品表现出如根据ASTM D256-2010测得的延展性破坏模式(ductile failure mode)。
实施方式5:实施方式1至4的热塑性组合物,包含:
a.相对于不含低聚硅氧烷添加剂的热塑性组合物的总重量5wt%至20wt%的双酚A聚碳酸酯;
b.相对于不含硅氧烷添加剂的热塑性组合物的总重量50wt%至80wt%的聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物。
实施方式6:实施方式1至5中任一项的热塑性组合物,其中,激光直接成型添加剂以相对于不含硅氧烷添加剂的热塑性组合物的总重量5wt%至15wt%的量存在于热塑性组合物中。
实施方式7:实施方式1至6中任一项的热塑性组合物,其中,激光直接成型添加剂选自重金属混合物氧化物尖晶石、铜盐或它们的组合。
实施方式8:实施方式1至8中任一项的热塑性组合物,其中,激光直接成型添加剂包括铜铬氧化物尖晶石。
实施方式9:实施方式1至10中任一项的热塑性组合物,其中,硅氧烷添加剂以大于0wt%至5wt%的范围的超量添加量(super additionamount)存在。
实施方式10:实施方式1至9中任一项的热塑性组合物,其中,硅氧烷添加剂以1wt%至3wt%的范围的超量添加量存在。
实施方式11:实施方式1至10中任一项的热塑性组合物,其中,硅氧烷添加剂包含氨基硅氧烷。
实施方式12:实施方式1至11中任一项的热塑性组合物,其中,硅氧烷添加剂包含苯基硅氧烷。
实施方式13:实施方式1至12中任一项的热塑性组合物,进一步含一种或多种选自抗氧化剂、阻燃剂、无机填料和稳定剂的可选的添加剂。
实施方式14:实施方式1至13中任一项的热塑性组合物,其中,由组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少100%。
实施方式15:实施方式1至14中任一项的热塑性组合物,其中,由组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少500%。
实施方式16:一种用于制备热塑性组合物的方法;包括形成包含以下各项的共混组合物:
a.聚碳酸酯聚合物;
b.聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由共混组合物形成的具有3.2mm的厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考共混组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
实施方式17:实施方式16的方法,其中,形成的共混组合物包含:
a.双酚A聚碳酸酯聚合物;
b.包含通式(VII)的二有机聚硅氧烷嵌段的聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物:
其中,x是约40至约60;以及聚碳酸酯嵌段衍生自双酚-A单体;
其中,二有机聚硅氧烷嵌段随机分布于聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物;
其中,聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物中的硅氧烷含量范围为4摩尔%至20摩尔%;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由组合物形成的模制品表现出在23℃下至少500J/m的缺口悬臂梁冲击能量和在-23℃下至少300J/m的缺口悬臂梁冲击能量。
实施方式18:实施方式16至17中任一项的方法,其中,双酚A聚碳酸酯聚合物包含至少两种不同的双酚A聚碳酸酯的共混物。
实施方式19:实施方式16至18中任一项的方法,其中,由组合物形成的模制品表现出根据ASTM D256-2010的缺口悬臂梁冲击延展性破坏模式。
实施方式20:实施方式16至19中任一项的方法,其中,形成的共混组合物包含:
a.相对于不含硅氧烷添加剂的热塑性组合物的总重量5wt%至20wt%的双酚A聚碳酸酯;
b.相对于不含硅氧烷添加剂的热塑性组合物的总重量50至80wt%聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物。
实施方式21:实施方式16至20中任一项的方法,其中,激光直接成型添加剂以相对于不含硅氧烷添加剂的热塑性组合物的总重量5wt%至15wt%的量存在于形成的共混组合物中。
实施方式22:实施方式16至21中任一项的方法,其中,激光直接成型添加剂选自重金属混合物氧化物尖晶石、铜盐或它们的组合。
实施方式23:实施方式16至22中任一项的方法,其中,激光直接成型添加剂包括铜铬氧化物尖晶石。
实施方式24:实施方式16至23中任一项的方法,其中,硅氧烷添加剂以大于0wt%至5wt%的范围的超量添加量存在于形成的共混组合物中。
实施方式25:实施方式16至24中任一项的方法,其中,硅氧烷添加剂以1wt%至3wt%的范围的超量添加量存在于形成的共混物中。
实施方式26:实施方式16至25中任一项的方法,其中,硅氧烷添加剂包含氨基硅氧烷。
实施方式27:实施方式16至26中任一项的方法,其中,硅氧烷添加剂包含苯基硅氧烷。
实施方式28:实施方式16至27中任一项的方法,其中,共混组合物进一步包含选自抗氧化剂、阻燃剂、无机填料和稳定剂中的一种或多种可选的添加剂。
实施方式29:实施方式16至28中任一项的方法,其中,共混组合物通过挤出共混形成。
实施方式30:实施方式16至29中任一项的方法,进一步包括由形成的共混组合物形成模制部件。
实施方式31:实施方式16至30中任一项的方法,进一步包括使模制部件经受激光直接成型过程。
实施方式32:实施方式16至31中任一项的方法,其中,由组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少100%。
实施方式33:实施方式16至32中任一项的方法,其中,由组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少500%。
实施例
给出下列实施例是为了向本领域的普通技术人员提供如何制造和评价本文公开的和要求保护的方法、装置和系统的完整的公开和说明,并且目的是纯粹示例性的,以及并不旨在限制本发明。已经努力确保有关数字的精确性(例如,量、温度等),但应该考虑一些误差和偏差。除非另有说明,否则份是重量份,温度是摄氏度(℃)或是环境温度,以及压力是大气压或接近大气压。
一般材料和方法
对于本文以下描述的非限制性实施方式,由下表1中描述的组分制备了样品组合物。在本文中进一步描述实施例组合物(标记为“实施例1,”“实施例2”等)以及各种比较样品(标记为“比较实施例1”,“比较实施例2”等)。制备模制品用于分析。
表1
制造模制品用于如本文描述的分析,并且在图1(混合装置(compounding set-up))和图2(具有螺杆设计的温度曲线)。图1包括(100)电动机、(120)齿轮箱、(130)振动器进料器、(140)挤出机、(150)硬质模头(die hard)、(160)真空泵、(170)线束(strand)、(180)水浴,以及(190)造粒机。图2示出了在点B处的温度为240℃,在点C为260℃,而在点D是280℃。对用于样品批次的原料进行称重,并且以约1000转/分钟至3000转/分钟的转速在高速混合机中混合约120秒,通过预共混在干燥共混物中所有成分以及翻滚混合约4至6分钟进行制备。通过将预共混物进料至W&P ZSK2双螺杆挤出机中通过熔融挤出制备所有样品,该双螺杆挤出机具有同向旋转双螺杆(25毫米)具有10个筒的设置,以及长径比为40,使用约260℃至约280℃的筒温度,以及螺杆速度保持在约300转/分钟以及扭矩值保持为约50%至约60%,并且在本领域技术人员熟知的标准加工条件下进行操作。将粒料挤出后,在模制测试样品之前,在约100℃干燥粒料持续最少时间为4小时。在温度曲线为260℃至280℃,注射速度约5至70毫米/分钟(mm/min),和约60至70巴的注射压力,以及模具温度维持在80℃的情况下进行该模制过程。
根据ISO 75利用具有样品尺寸为80mm x 10mm x 4mm平放样品取向测定热挠曲温度(heat deflection temperature)。使用Ceast HDT VICAT仪器收集数据,并且以℃为单位提供于下。
根据ISO180在23℃下在80mm x 10mm x 4mm模制样品(条棒)上进行缺口悬臂梁冲击(“NII”)测试。在23℃和55%相对湿度的ASTM标准条件下持续48小时处理测试样品,并且随后进行评价。使用Ceast冲击试验机测定NII。
根据ISO 178使用3.2mm条棒测定挠曲性能(flexural property)(模量和强度)。报道了屈服挠曲强度(以MPa为单位)和屈服挠曲模量(以GPa单位)。
根据标准ISO 1133在以下测试条件下测定熔体体积流动速率(“MVR”):300℃/1.2kg负载/1080秒停留时间。提供下面的数据是用于MVR(cm3/10min)。
根据ISO 527使用按照ISO 3167Type 1A多用途样品标准制备的样品条棒在3.2毫米的条棒上测定拉伸性能(模量、强度和屈服强度)。报告断裂拉伸强度(对于断裂或屈服拉伸强度,以MPa为单位)、断裂拉伸模量(以GPa为单位),和断裂拉伸伸长率(%)。
包含硅烷和硅氧烷材料的激光直接成型配制品
利用表2中描述的组分和量制备对照制剂和比较配制品(比较实施例1),并且该比较配制品的基线性能示于表3。通过X-射线光电子光谱(“XPS”)分析在比较实施例1中使用的黑色铜铬氧化物尖晶石,并且发现其包含铬的氧化物(Cr2O3、Cr2O4 2-和Cr2O7 2-)和铜的氧化物(CuO)。对比较实施例1进行热重分析(TA Instruments,Inc.),比较两种不同的配制品的制备。该数据在图3中示出,并且它们表明数据结果具有重现性。此外,数据显示,分析的大约14wt%的样品可归于无机填料,这与表2中示出的配制品是一致的(即无机组分如下:LDS1以10wt%加入以及FIL以3wt%加入)。
表2.*
*根据总组合物的百分数提供量(按重量计)。
**如文中描述的在外部将2wt%的环氧硅烷加入至LDS1中。
***如文中描述的在外部将2wt%的氨基硅烷加入至LDS1中。
表3*
为了改善比较实施例1配制品的NII强度,测试结合Cu-Cr尖晶石(LDS1)的添加剂处理的作用(样品1至4)。评价Cu-Cr尖晶石的外部(ex situ)处理和原位处理二者。简单地说,外部处理包括用2wt%的环氧硅烷(基于除了环氧硅烷之外所有组分的总重量的wt%;样品1)或2wt%的氨基硅烷(基于除了环氧硅烷之外所有组分的总重量的wt%;样品1)处理Cu-Cr尖晶石(LDS1)。然后将处理过的Cu-Cr尖晶石用于表2描述的配制品中,然后将其进料至之前描述的挤出机中用于制备样品。可替代地,不使用添加剂以单独处理Cu-Cr尖晶石,而是将其直接包含于配制品组合物中并且直接进料至如之前描述的挤出机,以按照表2中描述的配制品制备样品3和4。在表3和图4中的数据表明,处理添加剂(外部处理中使用的环氧硅烷或氨基硅烷,或者可替代地,原位处理中使用的SO1或SO2)的性质看起来影响了测试的机械和热性质。然而,注意到的例外是当在如图4所示的在23℃和在-20℃二者下测试时,利用SO1和SO2的原位处理改善了NII强度。利用SO1原位处理对于在23℃下的NII强度改善了NII强度超过500%以及对于在-20℃下的NII强度改善了NII强度超过350%。图4示出了用每个柱上数字表示的实际值绘制的NII。
SO1的化学结构如下所示:
R1和R2-未端OME R4-辛基链
也制备了组合物用氨基硅烷,如(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(商品名:A1100;购自GE Advanced Materials)和N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(商品名:A1120;购自GE Advanced Materials)代替SO1,它们具有下列结构:
然而,使用这些类型的氨基硅烷并未表现出NII强度的任何改善。此外,这些类型氨基硅烷取代硅氧烷,如SO1导致在挤出过程期间聚碳酸酯组分的降解。
包含氨基硅烷材料的激光直接成型配制品
评价不同的wt%含量的添加剂的效果。在表4中描述了检测的比较配制品和样品配制品。图5中的数据表明添加剂、SO1的wt%含量和NII强度(最高达约2wt%)之间的正相关性,在更高的wt%下观察到适度的下降。然而,在0.5wt%至4wt%的范围内,NII强度表现出在23℃下至少约200%的增加和在-20℃下至少约40%的增加。在约1wt%至约2wt%SO1之间观察到最大的增加,并且在针对SO1的该wt%范围内数据显示在23℃下NII强度增加约490%至约520%以及在-20℃下增加约200%至约370%,其中,下限值是在1wt%下获得的结果,以及上限值是在2wt%下获得的结果。
表4.*
*按照总组合物百分比提供的量(按重量计)。
CU CR尖晶石和氨基硅氧烷材料之间的相互作用
不期望受到特定理论的束缚,硅氧烷添加剂,如氨基硅氧烷(例如,包括但不限于SO1)可以在Cu-Cr尖晶石(或其它激光直接成型填料,通常为混合的金属氧化物尖晶石)之间形成─Si─O─M键(其中,M代表金属原子)。在挤出发生的条件下,氨基硅氧烷的─OCH3基团可以水解为─OH基团。此外,不期望受特定理论的约束,─OH基团可以潜在地与激光直接成型填料的表面官能团反应,例如在本文中描述的研究中使用的Cu-Cr尖晶石。激光直接成型填料的潜在的反应性官能团包括,但不限于,─OH基团或者可替代地,─MO(金属氧化物)基团。
制备可与样品7比较的模型组合物,并且随后提取以除去未反应的SO1。使用索氏提取器(Soxhlet extractor)进行提取,然后进行洗涤,并且随后干燥。重复多次提取、洗涤和干燥的循环。通过傅里叶变换红外(“FTIR”)光谱分析剩余样品。在图6中示出对于单独的未反应的SO1的FTIR数据(图片A)、对于提取的采样的FTIR数据(图片B),和对于未经处理的Cu-Cr尖晶石的FTIR数据(图片C)。数据表明在提取的样品中来自化学结合和/或吸收的SO1的Si─CH3峰(约1258cm-1)的存在(图片B)。通过Cu-Cr尖晶石和氨基硅氧烷,SO1之间化学键的形成可以说明该FTIR峰的存在。该数据与Cu-Cr尖晶石的一种或多种表面部分和氨基硅氧烷之间可能的化学反应一致。
在未反应的(或初始的)Cu-Cr尖晶石上进行XPS,并且利用Cu-Cr尖晶石样品(已经用SO1表面处理的尖晶石样品)。在表5和图7中示出了XPS数据(见图7A、7B和7C,它们分别是对于未处理的Cu-Cr1尖晶石/批次1、未处理的Cu-Cr1尖晶石/批次2,以及用SO1表面处理的Cu-Cr尖晶石的XPS光谱图)。在该研究中,针对在285eV下的C1s(结合能)分配峰。XPS研究从初始的Cu-Cr尖晶石1中各种光电子峰表明存在Cr的氧化物(Cr2O3/Cr2O4 2-/Cr2O7 2-)、和Cu的氧化物(CuO)。表5中的数据表明用氨基硅氧烷,SO1表面处理的Cu-Cr尖晶石的Si2p的原子%的增加,与两种不同批量的未处理的Cu-Cr尖晶相比是显然的。在表面处理的CuCr尖晶石中存在的Si光电子峰值确认了样品的索氏提取、洗涤和随后的干燥后,在样品中存在Si,并且与可能的─Si─O─M,例如如─Si─O─Cu键形成一致。此外,数据表明存在连接至碳的氧化种类。XPS研究和FTIR研究二者的数据与氨基硅氧烷,SO1和用于研究中Cu-Cr尖晶石可能的化学反应是一致的。
表5.*
*给定的值是如通过XPS测定的原子%。
添加剂处理对聚碳酸酯降解的作用
存在的激光直接成型添加剂,例如Cu-Cr尖晶石对于配制品中的聚合物的完整性具有有害作用,例如在激光直接成型添加剂存在下,存在聚碳酸酯聚合物或聚碳酸酯-硅氧烷共聚物的尺寸的劣化。本文以上讨论的数据表明加入添加剂,如SO1增加了配制品的NII强度。聚合物组分(即,聚碳酸酯,PC1和PC2、以及聚碳酸酯-硅氧烷,PC/PS)的Mw的测定是在Cu-Cr尖晶石(用SO1处理和未处理)存在的情况下确定的。在图8中示出数据。不存在Cu-Cr尖晶石的对照配制品(即表2中示出的比较实施例1的配制品但不含10wt%LDS1)的Mw表明当存在未处理的Cu-Cr尖晶石时,Mw下降。加入2wt%的SO1部分恢复了聚合物组分的Mw。当配制品仅包含用于聚合物组分的PC/PS而不是PC1、PC2和PC/PS的组合时,获得了相似的结果(见图9)。在图8中,应当注意以下:“对照”包含与表1所示对于比较实施例1相同wt%的PC1、PC2、和PC/PS;“SF处理的LDS1”表示Cu-Cr尖晶石LDS1已经用SO1表面处理;和“100wt%PC/PS”是一种配制品,含有仅PC/PS与10wt%的超量加入的LDS1(用SO1表面处理(图中的“SF”)或未处理,如图中所示)。
在包含处理的激光直接成型添加剂的PC或PC/PS组合物中的NII强度
含有100wt%的PC2或PC/PS的组合物具有可比较的Mw(约40,000)和NII强度(约700至800J/m;见图9,图片A为PC2组合物和图片B为PC/PS组合物)。仅当加入激光直接成型添加剂(例如LDS1)时(超量加入,10wt%)存在对于包含PC2或PC/PS的组合物的NII强度的显著降低,见图9A和9B。然而,当将表面处理的LDS(用SO1处理)加入至包含PC2的纯组合物时,存在NII强度的增加,但是与包含纯PC2而不存在LDS1的组合物相比,其是部分恢复。例如,PC2的纯组合物具有约730J/m的室温NII强度和约120J/m的零下NII。使用表面处理的LDS1在室温下恢复NII强度至约210J/m(或约28%的基线值,在纯PC2组合物没有任何附加组分)。相反,将10wt%的表面处理的LDS超量加入至包含100wt%的PC/PS组合物,使得恢复至在室温下基线NII强度值的大于60%以及在零度以下的温度下为基线NII强度值的约50%。随着加入表面处理的LDS1所观察到的趋势反映在使用本发明所述的组合物获得的结果中(见图9C,其显示与样品3相比用于比较实施例1的结果)。
处理方法的效果
在上文描述的示例性组合物中,该处理发生在10个筒装置(barrelsetup)中,其中,所有成分和添加剂以及填料进行预混合并且倾卸于筒1的主进料器中。当1至2%SO1加入至该组合物中时,观察到NII强度的改善(见图4、5和9中的数据)。评价不同加工条件的效果(即,筒装置、停留时间和分离给料(split feeding))并且在表6中进行描述。示出了表6中描述的不同的加工条件对NII强度(23℃)的影响的数据示出于图10。图10中的数据示出了对于检查的所有加工条件的相似的趋势(如表6中描述的)。
表6
LDS填料材料的作用
如上面描述的制备相似的组合物,但使用不同类型的Cu-Cr尖晶石(LDS2)。在表7中示出了代表性的比较样品(没有表面处理添加剂,如SO1)以及实施例样品(包含表面添加剂如SO1的组合物)。在图12中示出了当使用10筒和6筒加工时,对于利用Cu-Cr尖晶石(LDS2)的NII强度(23℃)的结果(见表6的有关加工条件的描述)。该结果显示出与在存在和不存在表面处理如,SO1的情况下,对于包含Cu-Cr尖晶石(LDS1)的组合物的本文前面描述的相似的趋势。还观察到6筒装置具有更大的NII强度值(以及图11中显示类似的结果)。
表7*
*根据总组合物的百分数提供的量(按重量计)。
不同的硅氧烷添加剂的比较
在包含Cu-Cr尖晶石(LDS2)的配制品中直接彼此比较硅氧烷添加剂SO1(商品名:SF-1076)和SO3(商品名:SFR-100)。在表8中描述了配制品组合物。在图12和图13中示出了对于两种组合物的机械和热特性。在每个图中的Y轴不具有相关联的单位测量,它们对于X轴下方的每对柱状图的特定的属性是指定的。图12中的数据表明样品11和12都表现出相似的HDT、拉伸特性和挠曲特性。此外,当使用SO1和SO3时,两种样品都显示出相似的分子量保持,并且在使用的测试条件下MVR值并没有明显差异(图13)。室温(23℃)和零度以下的温度(-20℃)的NII强度测试结果(图13)显示对于包含任一硅氧烷添加剂的组合物在两种条件下保留100%延展性。与对于包含SO1的样品11的约730J/m比较,包含SO3的样品组合物,样品12,赋予NII比较地更多的改善,达到高达几乎950J/m的最大值,如图13所示(也具有较高的标准偏差)。低温NII结果表明两种添加剂在保持NII强度方面是几乎同样良好的。
表8.*
*根据总组合物的百分数提供的量(按重量计)。
不同的硅氧烷添加剂的比较
在最终的使用确认下测试代表性的公开的组合物(样品6和7配制品)并且与比较配制品进行比较(比较实施例1)。最终的使用确认包括两个步骤:
1.激光蚀刻;以及
2.铜沉积(按照LPKF方法45分钟)。电镀指数(镀覆指数,platingindex)计算如下:
应当注意的是,推荐标准电镀指数≥0.7以便按照以上列出的两个步骤获得优良的激光直接成型加工。电镀指数计算如下:
*激光束的瓦特数和kHz
表9中的数据示出了在用于参数筛选的筛选激光刻蚀和铜电镀之后的铜电镀指数结果,同时在图14中示出筛选结果的图。也就是说,表中的每个单元(cell)示出了在单元(cell)中用于不同参数集(不同的功率,W和频率,kHz)的电镀指数。该数据表明大体上两种样品都提供了优良的铜电镀性能,而样品7提供了些许更好的镀电铜性能。
表9
基于表9和图14中示出的参数筛选的结果,利用用于每种组合物的四个最佳参数(W和kHz)来测定激光条带电镀(laser strip plating)和剥离强度分析。剥离强度是针对在90°角度剥离分开的抗性量度并且在这些这些研究中在桌式UTM机器(table tope UTM machine)中测定。较高的强度与更好的,更永久的电镀至模制部件的基质相关。如按照LPKF标准,推荐剥离强度≥0.7以便用于激光直接成型加工。与比较样品(比较实施例1)相比,代表性的公开的组合物(样品6和7)示出了改善的粘附剥离强度,如表10中的数据所示。
表10
显然,对于本领域技术人员显然的是可以在不脱离本发明的范围或精神的前提下,可以在本发明中做出各种修改和改变。通过考虑本文公开的本发明的说明书和实践,本发明的其它实施方式对于本领域的技术人员来说是显然的。希望的是说明书和实施例仅认为是示例性的,而本发明的真正范围和精神由随附权利要求指出。
本发明的专利范围由权利要求限定,并且可以包括本领域技术人员可以想到的其他实施方式。如果其他实施例具有并没有不同于权利要求的文字语言的结构元素,或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等效结构元素,那么这样的其它实施例旨在权利要求的范围内。
Claims (33)
1.一种热塑性组合物,包含:
a.聚碳酸酯聚合物;
b.聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由所述组合物形成的具有3.2mm厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含所述硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品所表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
2.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中,由所述组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含所述硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少100%。
3.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中,由所述组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含所述硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少500%。
4.根据权利要求1所述的热塑性组合物,包含:
a.双酚A聚碳酸酯聚合物;
b.包含通式(VII)的二有机聚硅氧烷嵌段的聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物:
其中,x为40至60;以及聚碳酸酯嵌段衍生自双酚-A单体;
其中,所述二有机聚硅氧烷嵌段随机分布于所述聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物中;
其中,所述聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物的硅氧烷含量为20wt%;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由所述组合物形成的模制品表现出在23℃下至少500J/m的缺口悬臂梁冲击能量以及在-23℃下至少300J/m的缺口悬臂梁冲击能量。
5.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,a)的所述双酚A聚碳酸酯聚合物包含至少两种不同的双酚A聚碳酸酯的共混物。
6.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,由所述组合物形成的模制品表现出根据ASTM D256-2010测得的延展性破坏模式。
7.根据权利要求4所述的热塑性组合物,包含:
a.相对于不含所述硅氧烷添加剂的所述热塑性组合物的总重量从5重量%至20重量%的双酚A聚碳酸酯;和
b.相对于不含所述硅氧烷添加剂的所述热塑性组合物的总重量从50至80重量%的聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物。
8.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,所述激光直接成型添加剂以相对于不含所述硅氧烷添加剂的所述热塑性组合物的总重量从5重量%至15重量%的量存在于所述热塑性组合物中。
9.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,所述激光直接成型添加剂选自重金属混合物氧化物尖晶石、铜盐或它们的组合。
10.根据权利要求9所述的热塑性组合物,其中,所述激光直接成型添加剂包含铜铬氧化物尖晶石。
11.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,所述硅氧烷添加剂以大于0重量%且不超过5重量%的范围的超量添加量存在。
12.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,所述硅氧烷添加剂以1重量%至3重量%的范围的超量添加量存在。
13.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,所述硅氧烷添加剂包含氨基硅氧烷。
14.根据权利要求4所述的热塑性组合物,其中,所述硅氧烷添加剂包含苯基硅氧烷。
15.根据权利要求4所述的热塑性组合物,进一步包含选自抗氧化剂、阻燃剂、无机填料和稳定剂的一种或多种可选的添加剂。
16.一种用于制造热塑性组合物的方法;包括形成包含以下各项的共混组合物:
a.聚碳酸酯聚合物;
b.聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由所述共混组合物形成的具有3.2mm厚度的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含所述硅氧烷添加剂的相同的参考共混组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少10%。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,由所述组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含所述硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少100%。
18.根据权利要求16所述的方法,其中,由所述组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量比由不含所述硅氧烷添加剂的相同的参考组合物形成的模制品表现出的缺口悬臂梁冲击能量大至少500%。
19.根据权利要求16所述的方法,其中,所述形成的共混组合物包含:
a.双酚A聚碳酸酯聚合物;
b.包含通式(VII)的二有机聚硅氧烷嵌段的聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物:
其中,x是40至60;以及聚碳酸酯嵌段衍生自双酚-A单体;
其中,所述二有机聚硅氧烷嵌段随机分布于所述聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物中;
其中,所述聚硅氧烷-聚碳酸酯嵌段共聚物的硅氧烷含量范围为4摩尔%至20摩尔%;
c.激光直接成型添加剂;以及
d.硅氧烷添加剂;
其中,由所述组合物形成的模制品表现出在23℃下至少500J/m的缺口悬臂梁冲击能量和在-23℃下至少300J/m的缺口悬臂梁冲击能量。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,所述双酚A聚碳酸酯聚合物包含至少两种不同的双酚A聚碳酸酯的共混物。
21.根据权利要求19所述的方法,其中,由所述组合物形成的模制品表现出根据ASTM D256-2010的延展性破坏模式。
22.根据权利要求19所述的方法,其中,所述形成的共混组合物包含:
a.相对于不含所述硅氧烷添加剂的所述热塑性组合物的总重量从5重量%至20重量%的双酚A聚碳酸酯;和
b.相对于不含所述硅氧烷添加剂的所述热塑性组合物的总重量从50至80重量%的聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物。
23.根据权利要求19所述的方法,其中,所述激光直接成型添加剂以相对于不含所述硅氧烷添加剂的所述热塑性组合物的总重量从5重量%至15重量%的量存在于所述形成的共混组合物中。
24.根据权利要求19所述的方法,其中,所述激光直接成型添加剂选自重金属混合物氧化物尖晶石、铜盐或它们的组合。
25.根据权利要求19所述的方法,其中,所述激光直接成型添加剂包含铜铬氧化物尖晶石。
26.根据权利要求19所述的方法,其中,所述硅氧烷添加剂以大于0重量%且不超过5重量%的范围的超量添加量存在于所述形成的共混组合物中。
27.根据权利要求19所述的方法,其中,所述硅氧烷添加剂以1重量%至3重量%的范围的超量添加量存在于所述形成的共混物中。
28.根据权利要求19所述的方法,其中,所述硅氧烷添加剂包含氨基硅氧烷。
29.根据权利要求19所述的方法,其中,所述硅氧烷添加剂包含苯基硅氧烷。
30.根据权利要求19所述的方法,其中,所述共混组合物进一步包含选自抗氧化剂、阻燃剂、无机填料和稳定剂中的一种或多种可选的添加剂。
31.根据权利要求19所述的方法,其中,所述共混组合物通过挤出共混形成。
32.根据权利要求19所述的方法,进一步包括由所述形成的共混组合物形成模制品。
33.根据权利要求32所述的方法,进一步包括使所述模制品经受激光直接成型过程。
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