CN105189651A - 含有光敏添加剂的共混物 - Google Patents

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Abstract

公开了在低温下具有改进的阻燃性能和良好的延展性的聚合共混物。该共混物由以下形成:(A)光敏添加剂,该光敏添加剂是含有衍生自二羟基二苯甲酮的光敏基团的可交联的聚碳酸酯树脂;和(B)聚合物树脂,该聚合物树脂不同于该光敏添加剂。该添加剂可以是化合物、低聚物、或聚合物。当暴露于紫外线光时,将在该光敏添加剂和该聚合物树脂之间发生交联,增强耐化学性和阻燃性同时保持延展性。

Description

含有光敏添加剂的共混物
背景技术
本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请系列号61/792,912和2013年3月15日提交的美国临时专利申请系列号61/792,966的优先权。每个申请的公开在此通过引用全部结合于此。
本公开内容涉及聚合共混物(聚合物共混物),该聚合共混物含有光敏添加剂和不同于该光敏添加剂本身的非光敏聚合物基础树脂。更具体地,该添加剂包括衍生自二羟基二苯甲酮的光敏基团。在暴露于紫外线辐射以后,光敏添加剂将与其自身交联和/或与聚合物基体树脂交联,改进整体耐化学性、阻燃性、和其他特性。还公开了由这样的共混物所形成的产品(例如模制品、板、膜、模制构件等)。
聚碳酸酯(PC)是具有期望性能如高抗冲强度和韧性、耐热性、耐气候性和臭氧性、和良好的延展性的合成的工程学热塑性树脂。聚碳酸酯聚合物/含有聚碳酸酯聚合物的树脂和共混物还展现出阻燃性能。然而,当暴露于火焰时这样的聚合物滴落,并且此行为随着壁厚度减少而变得更坏。此行为大大地减少它们在要求V0或5VA阻燃性等级的透明和不透明的薄壁应用中的使用。这些聚合物还具有相对差的耐化学性。期望提供可以提高这些性能的添加剂。
发明内容
本公开内容涉及具有改进的交联性能的聚合共混物。共混物包含光敏添加剂,该光敏添加剂可用于交联树脂(例如聚碳酸酯)并改进它们的阻燃性和耐化学性。在具体的实施方式中,光敏添加剂是含有二羟基二苯甲酮单体的聚碳酸酯共聚物,该单体当暴露于紫外线(UV)辐射时可以交联。
在各种实施方式中公开的是聚合共混物,包含:光敏添加剂,该光敏添加剂是含有衍生自二羟基二苯甲酮的光敏基团的可交联的聚碳酸酯树脂;和聚合物树脂,该聚合物树脂不同于该光敏添加剂。
聚合物树脂有时是聚酯、聚酯碳酸酯、双酚A均聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、四溴双酚A聚碳酸酯共聚物、聚硅氧烷-共-双酚A聚碳酸酯、聚酯酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚、聚醚砜、聚环氧化物、聚交酯、聚乳酸(PLA)、或它们的任何组合。
在其它实施方式中,聚合物树脂是乙烯基聚合物、橡胶改性接枝共聚物、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚酯酰胺、聚硅氧烷、聚氨酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚砜、聚环氧化物、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚铜、ABS树脂、ASA树脂、聚醚砜、聚苯砜、聚(烯基芳香族)聚合物、聚丁二烯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯、液晶聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、芳香族聚酯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、四氟乙烯、聚交酯、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯-聚有机硅氧烷嵌段共聚物、或包含(i)芳香族酯、(ii)酯碳酸酯(estercarbonate)、和(iii)碳酸酯重复单元的共聚物。
有时,聚合物树脂是均聚碳酸酯、共聚碳酸酯、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物、聚酯-聚碳酸酯、或对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚A碳酸酯)共聚物。聚合物树脂可以是对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚-A碳酸酯)聚合物或具有0.4wt%至25wt%聚硅氧烷含量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以是含有约6wt%硅氧烷(±10%)至约20wt%硅氧烷(±10%)并具有10至200的硅氧烷链长度的硅氧烷嵌段共聚碳酸酯。
在其它实施方式中,聚合物树脂是聚膦酸酯聚合物、聚膦酸酯共聚物、或聚(聚膦酸酯)-共-(BPA碳酸酯)共聚物。
可替换地,聚合物树脂可以选自由以下组成的组:聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物;在聚合物主链中具有含有至少两个碳原子的脂肪族链作为重复单元的聚碳酸酯树脂;乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物;共聚酯聚合物;双酚A均聚碳酸酯;聚苯乙烯聚合物;聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物;热塑性聚酯;聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物;二甲基双酚环己烷-共-双酚A共聚物;聚醚酰亚胺;聚醚砜;双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷)的共聚碳酸酯。
光敏添加剂与聚合物树脂的重量比可以是从1:99至99:1,包括从约50:50至约85:15或从约10:90至约15:85。
在具体的实施方式中,光敏添加剂由包括下述的反应形成:二羟基二苯甲酮;二醇增链剂;包含多个连接基团的第一连接体部分,其中每个连接基团与二羟基二苯甲酮和二醇增链剂的羟基基团反应;和封端剂。在具体的实施方式中,二羟基二苯甲酮是4,4'-二羟基二苯甲酮。
在一些实施方式中,光敏添加剂在紫外线暴露之前具有15,000或更大的重均分子量。
在紫外线暴露之前二羟基二苯甲酮与第一连接体部分的摩尔比可以是从1:2至1:200。
可交联的聚碳酸酯树脂可以具有使用使用UV-VIS检测器(紫外线-可见光检测器,UV-VISdetector)和聚碳酸酯标准通过GPC并且在紫外线暴露之前所测量的在17,000至80,000道尔顿之间,或在17,000至35,000道尔顿之间的重均分子量。可交联的聚碳酸酯树脂在紫外线暴露之前有时具有使用UV-VIS检测器和聚碳酸酯标准通过GPC所测量的在2.0和3.0之间的多分散指数(PDI)。可交联的聚碳酸酯树脂在300℃/1.2kg/360s停留(dwell)处可以具有约1至约40g/10min的熔体流动速率。由聚碳酸酯制成的板在36.0J/cm2UVA的紫外线辐射之后在1.5mm(±10%)厚度处可以获得UL945VA性能。
共混物可以进一步包含阻燃剂。阻燃剂可以是全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、二苯砜-3-磺酸钾(potassiumdiphenylsulfone-3-sulfonate)(KSS)、或它们的组合。在具体的实施方式中,阻燃剂是Rimar盐,该阻燃剂基于组合物的总重量以约0.06wt%至约0.08wt%的量存在。具体的实施方式包括阻燃剂,进一步包括热稳定剂和脱模剂。
共混物还可以进一步包含抗冲改性剂、紫外线稳定剂、着色剂、阻燃剂、热稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、填料、增强剂(reinforcingagent)、抗氧化剂、抗静电剂、起泡剂、或辐射稳定剂。
在具体的实施方式中,聚合物树脂是聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物基于共混物的总重量可以具有从约4wt%至约8wt%的硅氧烷含量。
还公开了由在此描述的共混物形成的各种产品。在具体的实施方式中,产品是模制品、膜、板(sheet)、多层膜的层、或多层板的层。产品可以通过注射成型、二次成型(overmolding)、共注射成型、挤出、多层挤出、旋转成型、吹塑、或热成型形成。产品可以暴露于紫外线辐射从而引起可交联的聚碳酸酯树脂的交联。
还公开了由已经暴露于紫外线辐射的聚合共混物所形成的交联层,该共混物包含:光敏添加剂,该光敏添加剂是含有衍生自二羟基二苯甲酮的光敏基团的可交联的聚碳酸酯树脂;和聚合物树脂,该聚合物树脂不同于该光敏添加剂。交联层可以含有来自光敏添加剂和聚合物树脂两者的链。交联可以足以产生含有光敏添加剂和聚合物树脂两者的连续不溶性层。在具体的实施方式中,交联层通过暴露于提供0.5J/cm2UVA辐射的滤过的紫外线光和不可检测的UVC辐射而形成。交联层在36J/cm2UVA的紫外线辐射之后在1.5mm(±10%)厚度处可以获得UL945VA性能。
将在下面更具体地描述这些和其它非限制性特性。
附图说明
下面是图的简要描述,其呈现用于示出在此公开的示例性实施方式的目的并且不是用于限制其的目的。
图1示出了由双官能光敏部分、第一连接体部分、二醇增链剂、和封端剂形成光敏添加剂(低聚物/聚合物)。
图2示出了由双官能光敏部分、第一连接体部分、二醇增链剂、封端剂、和第二连接体部分形成支链光敏添加剂(低聚物/聚合物)。
图3示出了光敏添加剂的交联机制。
图4是示出了添加剂、聚合物和凝胶的FTIR光谱的图。某些峰比率表明已经形成交联网络。
图5是示出了添加剂、不同的聚合物、和凝胶在从1200cm-1至800cm-1波数的情况下的FTIR光谱的图。某些峰比率表明已经形成交联网络。
图6是示出了图5的添加剂、聚合物、和凝胶在从1550cm-1至1350cm-1波数的情况下FTIR光谱的图。在1452cm-1处的峰出现在凝胶和聚合物的光谱中,表明交联的网络。
具体实施方式
通过参考以下希望的实施方式和在其中包括的实施例的详细描述将可以更容易地理解本公开内容。在以下的说明书中和所附权利要求中,将提及大量术语,将该术语限定为具有如下含义。
除非另有限定,在此所使用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员通常理解的相同含义。在冲突的情况下,本发明的文件,包括定义,将进行控制。优选的方法和材料描述如下,虽然与在此描述的方法和材料相类似或相当的方法和材料可以用于本发明的实践或测试。所有的出版物、专利申请、专利和在此提及的其它参考文献通过引用将其全部内容结合于此。材料、方法、以及在此公开的实例仅是说明性的并且不旨在进行限制。
除非上下文另有明确规定,否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包含复数的指示物。
如在说明书和权利要求书中所使用的,术语“包括”可以包括实施方式“由…组成”和“基本上由…组成”。如在此所使用的,术语“包括”“包含”“具有”“有”、“可以”、“含有”及其变体是指开放式过渡性短语、术语、或词,其要求存在命名的成分/步骤并允许存在其它成分/步骤。然而,这样的描述还应被解释为将组合物或工艺描述为“由列举的成分/步骤组成”和“基本上由列举的成分/步骤组成”,其允许存在仅仅命名的成分/步骤,连同可以由此产生的任何杂质,并且排除其他成分/步骤。
在本申请说明书和权利要求书中的数值,特别是当它们涉及聚合物或聚合物组合物时,反映组合物的平均值,该组合物可以含有不同特征的单独的聚合物。此外,除非有相反的指示,否则该数值应被理解为包括当转换成有效数字的相同位数时相同的数值,和与规定值的差别小于本申请确定值所述类型的传统测定技术实验误差的数值。
在此公开的所有范围包括列举的端点并且独立地可组合的(例如,“从2克至10克”的范围包括端点,2克和10克,和所有中间值)。范围的端点和在此所公开的任何值不限于精确的范围或数值;它们并不足够精确从而包括接近这些范围和/或值的值。
如在此所使用的,可以应用近似的语言从而修饰任何可改变的定量表示,而不导致与其相关的基本功能的变化。因此,通过一个术语或多个术语如“约”和“基本上”修饰的值在一些情况下可以不限于所指定的精确值。在至少一些实例下,近似的语言可以对应于测定该值的仪器的精度。修饰语“约”也应被认为公开了通过两个端点的绝对值所限定的范围。例如,表达“约2至约4”还公开了范围“从2至4”。术语“约”可以涉及指定数的正或负10%。例如,“约10%”可以包括9%至11%的范围,并且“约1”可指0.9-1.1。从上下文中,“约”的其它含义可以是明显的,如四舍五入,因此,例如“约1”也可以指从0.5至1.4。
对于在此数值范围的列举,明确考虑在相同程度精度的情况下之间的各个插入数。例如,对于6-9范围,除了6和9外,考虑数7和8,并且对于范围6.0-7.0,明确考虑数6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9和7.0。
使用标准命名法描述化合物。例如,未被任何指定基团取代的任何位置应理解为其化合价被指定的价键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的短线(“-”)用于表示取代基的连接点。例如,醛基团-CHO是通过羰基基团的碳而连接的。
术语“脂肪族的”是指不是芳香族的直链或支链的原子阵列。脂肪族基团的主链只由碳组成。脂肪族基团可以是取代或未取代的。示例性的脂肪族基团包括但不限于甲基、乙基、异丙基、己基、和环己基。
术语“芳香族的”是指含有遵循Hückel规则的大量π-电子的离域共轭π系统的环体系的基团。环体系可以包括杂原子如氮、硫、硒、硅和氧,或可以只由碳和氢组成。芳香族基团不是取代的。示例性的芳香族基团包括但不限于苯基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、萘基和联苯基。
术语“酯”是指式-CO-O-的基团,其中碳原子与氧原子均共价键合于碳原子。
术语“碳酸酯”指式-O-CO-O-的基团,其中氧原子均共价键合于碳原子。注意碳酸酯基团不是酯基团,并且酯基团不是碳酸酯基团。
术语“羟基”涉及式-OH的基团,其中氧原子共价键合于碳原子。
术语“烷基”是指全部由完全饱和的碳原子和氢原子组成的基团。烷基基团可以是直链、支链、或环状的。
术语“芳基”是指芳香族基团,它仅由碳和氢组成。示例性的芳基基团包括苯基、萘基和联苯基。注意,“芳基”是芳香族的子集。
术语“杂芳基”是指具有由碳、氢和至少一个杂原子组成的环体系的芳香族基团。示例性的杂芳基基团包括吡啶基、呋喃基和噻吩基。注意,“杂芳基”是芳香族的子集,并且排除“芳基”。
术语“卤素”是指氟、氯、溴、和碘。
术语“烷氧基”是指与氧原子连接的烷基基团,即,-O-CnH2n+1
术语“芳氧基”是指与氧原子连接的芳基基团,例如-O-C6H5
术语“烃”是指仅由碳和氢组成的基团。烷基和芳基都被认为是烃基团。
术语“烯基”是指完全由碳原子和氢原子组成的基团,其含有不是芳基或杂芳基结构部分的至少一个碳-碳双键。烯基基团可以是直链、支链、或环状的。示例性的烯基基团是乙烯基(-CH=CH2)。
术语“烯氧基”是指与氧原子连接的烯基基团,例如-O-CH=CH2
术语“芳烷基”是指连接至烷基基团的芳基基团,其中芳基基团通过烷基基团附加于母分子部分,例如苄基(-CH2-C6H5)。
术语“烷芳基”是指连接至芳基基团的烷基基团,其中烷基基团通过芳基基团附加于母分子部分,例如甲苯基(-C6H4-CH3)。
术语“氨基”是指式R-NH2的基团,其中R是碳原子。为了本公开内容的目的,氨基基团是伯氨基基团,即含有二个氢原子。
术语“氨基甲酸酯”是指式-NH-CO-O-的基团,其中氮原子和氧原子均共价键合于碳原子。
术语“共聚物”是指与衍生自唯一一种结构单元或单体的均聚物相对,衍生自两种或更多种结构单元或单体种类的聚合物。
术语“C3-C6环烷基”是指环丙基、环丁基、环戊基、或环己基。
术语“玻璃化转变温度”或“Tg”是指聚合物如聚碳酸酯将具有一种或多种有用性能的的最大温度。这些性能包括抗冲击性、刚性、强度、和形状保持性。特别是在塑料应用中,聚碳酸酯的Tg因此可以是其有用的温度上限的指示剂。Tg可使用差示扫描量热法测定,并以摄氏度表示。在此描述的玻璃转化温度(Tg)是例如聚碳酸酯和聚碳酸酯共混物的耐热性的度量。Tg可以通过差示扫描量热法例如通过使用TA仪器Q1000仪器,例如设置20℃/min升温速率(ramprate)和40℃起始温度和200℃结束温度而测定。
术语“卤”是指与前缀相连的取代基是由一个或多个独立选择的卤素基团所取代的。例如,“C1-C6卤烷基”是指其中一个或多个氢原子由独立选择的卤素基团所取代的C1-C6烷基取代基。C1-C6卤烷基的非限制的实例包括氯甲基、1-溴乙基、氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、和1,1,1-三氟乙基。应当认识到,如果取代基由多于一个的卤素基团所取代,则这些卤素基团可以是相同或不同的(除非另有说明)。
术语“浊度”是指通过样品的偏离通过向前散射的入射光束的透射光的百分比。可以根据ASTMD1003-07测定百分比(%)浊度。
术语“熔体体积速率”(MVR)或“熔体流动速率(MFR)”是指使用ASTMD1238-10的方法确定的在熔体相中的聚合物流动速率。熔融聚合物的MVR是通过确定聚合物的量而确定的,该聚合物在固定的温度下使用标准重量在指定时间内流动通过特定温度的毛细管。MVR表示为立方厘米/10分钟,并且MFR表示为克/10分钟。在特定温度下聚合物的MVR或MFR值较高,在该特定温度下的该聚合物的流动越大。
术语“百分比透光率”或“%透光率”是指透射光与入射光的比率,并且可以根据ASTMD1003-07而测定。
在此所使用的“聚碳酸酯”是指包含一种或多种通过碳酸酯键合相连接的单体残基的低聚物或聚合物。
如在此所使用的“热稳定性”涉及在热条件下聚合物对分子量降低的抗性。因而,具有弱热稳定性的聚合物在热条件下如在挤出、模制、热成型、热压等条件期间可以示出显著的分子量降低。分子量降低还可以通过颜色形成和/或在其它性能如耐气候性、光泽、机械性能、和/或热特性的降低而证实。分子量降低在工艺条件如熔融粘度改变中还可以引起显著变化。
术语“交联”和它的变体是指在两种聚合物/低聚物之间形成稳定的共价键。此术语旨在包括形成导致网络形成的共价键结合,或形成导致链延长的共价键结合。术语“可交联的”涉及聚合物/低聚物形成这样的稳定共价键的能力。
本公开内容涉及“聚合物”、“低聚物”、和“化合物”。聚合物是由链接在一起的多个重复单元组成的大分子,重复单元衍生自单体。聚合物的一种特性是不同的聚合物分子将具有不同的长度,并且聚合物被描述为具有基于链(例如重均或数均分子量)的平均值的分子量。本领域还区分“低聚物”和“聚合物”,低聚物仅具有一些重复单元,而聚合物具有许多重复单元。为了本公开内容的目的,术语“低聚物”是指具有小于15,000的重均分子量的这样的分子,并且术语“聚合物”是指具有大于15,000的重均分子量的分子,如使用聚碳酸酯分子量标准通过GPC测量的。与此相反,对于化合物,所有的分子将具有相同的分子量。与聚合物相比,化合物是小分子。在任何紫外线暴露之前测量这些分子量。
本公开内容涉及光敏添加剂(PAA),并且具体涉及含有这样的添加剂的聚合共混物。当添加光敏添加剂至一种或多种基础树脂并且随后暴露于光的合适波长时,所得到的组合物在光暴露之前相比于单独的一种或多种基础树脂或组合物将具有改进的抗滴落和阻燃性能。例如,可以改进耐化学性、在燃烧期间滴落的倾向(propensity)、或当暴露于火焰时形成洞的倾向。改进的阻燃性能特性可以包括火焰熄灭时间(FOT)和滴落时间(TTD)。共混的或纯的组合物可以用于提供适应UL945VA的薄壁材料。组合物可以用于提供适应5VA和高透明度的薄壁材料。组合物还可以展现出良好的耐化学性、抗撕裂性、冲击强度、延展性、水解稳定性、和/或耐气候性。还考虑包含由PAA形成的交联的聚碳酸酯的组合物。
通常,本公开内容的光敏添加剂(PAA)包括光敏部分,该光敏部分通过第一连接体部分(firstlinkermoiety)和可能地第二连接体部分共价连接在一起。光敏部分含有光敏的酮基团,该酮基团当暴露于紫外光一种或多种合适的波长时将在PAA和聚合树脂之间形成稳定的共价键。PAA应当在常规共混、形成、和加工温度(即在350℃以上稳定)下稳定。PAA也不应当导致与其共混的聚合树脂的降解。
术语“光敏部分”是指当暴露于适当波长的紫外光时与另一种分子交联的部分。因而,例如,在双酚A均聚碳酸酯中的双酚A单体将不会被认为是光敏部分,即使光-傅瑞斯重排(photo-Friesrearrangement)可以发生于暴露于光时,因为原子不参与交联但仅仅参与聚合物主链的重排。
光敏添加剂由含有至少第一光敏部分和第一连接体部分的反应混合物所形成。第一光敏部分包括(i)酮基团和(ii)二个酚基团。连接体部分包括多个连接基团,其可以与第一光敏部分的酚基团反应。反应产物是光敏添加剂(PAA)。第一光敏部分与第一连接体部分的摩尔比可以是从1:2至1:200。封端剂也包含在反应混合物中。正如所希望的,也可以包括二醇增链剂。封端剂和二醇增链剂不具有光敏性质。
术语“酮基团”涉及结合至两个其它碳原子的羰基基团(-CO)(即,-R-CO-R'-)。两个其它碳原子可以在脂肪族基团中或在芳基基团中。酯基团和羧酸基团未被考虑为酮基团,因为羰基基团结合至一个碳原子和氧原子。
术语“酚基团”涉及具有共价结合至苯基基团中的碳原子的羟基基团(-OH)的苯基基团(-C6H4-)。
光敏部分可以是二羟基苯基酮,其中,酚基团直接结合至酮基团。这样的光敏部分的实例包括具有式(16)-(21)之一结构的那些:
其中,R是H、烷基、或芳基。
式(16)的化合物是二羟苯基苯基甲酮(dihydroxyphenyl-phenylmethanone)。式(17)的化合物是二(羟苯基)甲酮。式(16)或(17)的化合物还可以被称为二羟基二苯甲酮(dihydroxybenzophenone)。式(18)的化合物是1-二羟苯基-2-苯乙烷-1,2-二酮。式(19)的化合物是1,2-双(羟苯基)乙烷-1,2-二酮。式(18)或(19)的化合物还可以被称为二羟基苯偶酰(dihydroxybenzils)。式(20)的化合物是1-(二羟苯基)-2-烃氧基-2-苯基乙酮。式(21)的化合物是1,2-双(羟苯基)-2-烃氧基-乙酮。
在一些其它的实施方式中,连接至酮基团的R和R'基团形成环结构。在这样的实施方式中,芳香族环可以包括芳基环或杂芳基环。这样的光敏部分的实例包括具有式(26)-(29)之一结构的那些:
式(26)和(27)的化合物是二羟基二苯并[1,3-e:1',2'-f][7]轮烯-11-酮(dihydroxydibenzo[1,3-e:1',2'-f][7]annulen-11-one)。式(28)和(29)的化合物是二羟基噻吨-9-酮(adihydroxythioxanthen-9-one)。不同的式反映二羟基基团(在相同的环上,或在不同的环上)的位置。
光敏部分与一个或多个第一连接体部分反应。至少一个第一连接体部分包括多个官能团,该官能团可以与光敏部分的酚基团反应。这样的官能团的实例包括羧酸(及其酸酐)、酰基卤、烷基酯、和芳基酯。在下面的通式(A)中示出了这些官能团:
其中,Y是羟基、卤素、烷氧基、或芳氧基。官能团可以被连接至充当连接体部分的“主链”的脂肪族基团或芳香族基团。在具体的实施方式中,连接体部分可以具有二、三、四、甚至更多个官能团。
具有二个官能团并可以与光敏部分反应的第一连接体部分的一些实例包括具有式(30)、(32)、或(33)之一结构的那些:
其中,Y是羟基、卤素、烷氧基、或芳氧基;并且其中n是1至20。应当指出的是,式(33)包括间苯二甲酸和对苯二甲酸。
具有三个官能团并可以与光敏部分反应的第一连接体部分的一些实例包括具有式(36)-(38)之一结构的那些:
其中,Y是羟基、卤素、烷氧基、或芳氧基。
具有四个官能团并可以与光敏部分反应的第一连接体部分的一些实例包括具有式(39)-(41)之一结构的那些:
其中,Y是羟基、卤素、烷氧基、或芳氧基。
在一些实施方式中,官能团可以通过短的低聚物提供,该短的低聚物包含含有甲基丙烯酸缩水甘油酯单体与苯乙烯或甲基丙烯酸酯单体的低聚物,或环氧化酚醛清漆树脂。这些低聚物可以允许提供希望数量的官能团。这样的低聚物归纳为式(42)的结构:
其中,E是氢或封端剂,p是甲基丙烯酸酯单体的数量,q是甲基丙烯酸酯单体的数量,r是苯乙烯单体的数量,t是环氧化酚酣清漆(苯酚甲醛)单体的数量。通常,p+q+r+t≤20。当低聚物含有甲基丙烯酸缩水甘油酯单体与苯乙烯或甲基丙烯酸酯单体时,通常t=0和q≥1。同样,对于酚醛清漆树脂,p=q=r=0。环氧基团可以与光敏部分的酚基团反应。
在特别希望的实施方式中,光敏添加剂可以由含有光敏部分、第一连接体部分、和一个或多个二醇增链剂(diolchainextender)的反应混合物形成。二醇增链剂是仅仅含有两个羟基基团的分子并且当暴露于光时不是光敏的。当添加剂与其它聚合树脂混合时,链增长剂可以用于提供希望水平的可混和性。光敏添加剂可以包含约75wt%至约99.5wt%、或95wt%至约99mol%、或约80wt%至约95wt%、或约80wt%至约90wt%的二醇增链剂。
第一示例性的二醇增链剂是式(B)的双酚:
其中,Ra和Rb各自代表卤素原子或单价烃基团并且可以是相同或不同的;p和q各自独立地是0至4的整数;并且A代表式(B-1)的组中的一种:
其中,Rc和Rd各自独立地代表氢原子或单价直链或环状烃基团并且Re是二价烃基团。例如,A可以是取代的或未取代的C3-C18环烷叉基(cycloalkylidene)。
可以由式(B)代表的双酚化合物的类型的具体实例包括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(在下文中“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、和1,1-双(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷;4,4'-(1-苯乙烷-1,1-二基)联苯酚或1,1-双(4-羟苯基)-1-苯基-乙烷(双酚AP);1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷)(双酚TMC)。
第二示例性的二醇增链剂是式(C)的双酚:
其中,每个Rk独立地是C1-10烃基团,n是0至4。卤素通常是溴。可以由式(C)代表的化合物的实例包括间苯二酚、取代的间苯二酚化合物如5-甲基间苯二酚、5-苯基间苯二酚、或5-枯基间苯二酚;儿茶酚;对苯二酚;和取代的对苯二酚如2-甲基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚、2-苯基对苯二酚、2-枯基对苯二酚、或2,3,5,6-四甲基对苯二酚。
第三示例性的二醇增链剂是式(D-1)或(D-2)的双苯酚聚二有机硅氧烷:
其中,每个Ar独立地是芳基;每个R独立地是烷基、烷氧基、烯基、烯氧基、芳基、芳氧基、芳烷基、或烷芳基;每个R6独立地是二价C1-C30有机基团如C1-C30烷基、C1-C30芳基、或C1-C30烷芳基;并且D和E是2至约1000的平均值,具体地约2至约500,或约10至约200,或更具体地约10至约75。
在下面示出了式(D-1)或(D-2)的具体实例,如式(D-a)至(D-d):
其中,E是从10至200的平均值。
第四示例性的二醇增链剂是式(E)的脂肪族二醇:
其中,每个X独立地是氢、卤素、或烷基;j是从1至20的整数。脂肪族二醇的实例包括乙二醇、丙二醇、2,2-二甲基-丙二醇、1,6-己二醇、和1,12-十二烷二醇。
第五示例性的二醇增链剂是式(F)的二羟基化合物,其对于高温应用可以是有用的:
其中,R13和R15各自独立地是卤素或C1-C6烷基基团,R14是C1-C6烷基、苯基、或利用高达五个卤素或C1-C6烷基基团取代的苯基,并且c是0至4。在具体的实施方式中,R14是C1-C6烷基或苯基基团。在又一个实施方式中,R14是甲基或苯基。在另一个具体实施方式中,每个c是0。式(F)的化合物包含3,3-二(4-羟苯基)-2-苯基异吲哚啉-1-酮(PPPBP)。
可以赋予作为共聚碳酸酯的聚碳酸酯高Tg的其它二羟基化合物(即二醇增链剂)是具有金刚烷单元的二羟基化合物,如通过引用将其全部结合于此的美国专利号7,112,644和美国专利号3,516,968所描述的。具有金刚烷单元的化合物可以具有如下式(G)的重复单元用于高温应用:
其中,R1代表卤素原子、具有1至6个碳原子的烷基基团、具有1至6个碳原子的烷氧基基团、具有6至12个碳原子的芳基基团、具有7至13个碳原子的芳基取代烯基基团、或具有1至6个碳原子的氟烷基基团;R2代表卤素原子、具有1至12个碳原子的烷基基团、具有1至12个碳原子的烷氧基基团、具有6至12个碳原子的芳基基团、具有7至13个碳原子的芳基取代的烯基基团、或具有1至12个碳原子的氟烷基基团;m代表0至4的整数;n代表0至14的整数。
可以赋予作为共聚碳酸酯的聚碳酸酯高Tg的其它二羟基化合物是具有芴-单元的二羟基化合物,如美国专利号7,244,804所描述的。一种这样的含有芴-单元的二羟基化合物由下式(H)表示用于高温应用:
其中,R1至R4各自独立地是氢原子,具有1至9个碳原子的可以含有芳香族基团的烃基团、或卤素原子。
可以使用的另一种二醇增链剂是异山梨醇(isosorbide)。衍生自异山梨醇的单体单元可以是式(I)的异山梨醇-双酚单元:
其中,R1是异山梨醇单元并且R2-R9各自独立地是氢、卤素、C1-C6烷基、甲氧基、乙氧基、或烷基酯。
R1异山梨醇单元可以由式(I-a)代表:
异山梨醇单元可以衍生自异山梨醇、异山梨醇的混合物、异山梨醇的异构体的混合物和/或异山梨醇的单一异构体。没有具体限制用于式(I)的异山梨醇类碳酸酯单元的立体化学。这些二醇可以通过脱水相应的己糖醇(hexitol)而制备。从相应的糖(己醛糖)商业上生产己糖醇。脂肪族二醇包含1,4:3,6-双脱水-D葡萄糖醇(1,4:3,6-dianhydro-Dglucitol);1,4:3,6-双脱水-D甘露醇;1,4:3,6-双脱水-L艾杜糖醇;和它们的任何组合。异山梨醇商购于不同的化学品供应商,包括Cargill、Roquette、和Shanxi。异山梨醇-双酚可以具有在8和11之间的pKa。
如以前所解释的,第一光敏部分与第一连接体部分反应从而获得光敏添加剂。在一些实施方式中,第二连接体部分包含在反应混合物中。第二连接体部分具有至少三个官能团,其中每一个可以与第一连接体部分的官能团反应,并且充当支化剂。通常,第二连接体部分的官能团是羟基基团。
具有三个官能团并可以与第一连接体部分反应的第二连接体部分的一些实例包括具有式(43)-(46)之一结构的那些:
具有四个官能团并可以与第一连接体部分反应的第二连接体部分的一些实例包括具有式(47)-(48)之一结构的那些:
在一些实施方式中,第二连接体部分可以是由环氧化酚酣清漆单体制成的低聚物。这些低聚物可以允许提供希望数量的官能团。这样的低聚物通过式(49)的结构归纳:
其中,E是氢或封端剂;t是从1至20的整数。
封端剂通常用于终止光敏添加剂的任何聚合物链。封端剂(即止链器)是单羟基化合物、单酸化合物、或单酯化合物。示例性的封端剂包括苯酚、对枯基苯酚(PCP)、间苯二酚单苯甲酸酯、对叔丁基苯酚、辛基苯酚、对氰基苯酚、和对甲氧基苯酚。术语“封端剂”在此用于表示当暴露于光是不是光敏的化合物。例如,封端剂不含有酮基团。光敏添加剂可以包括衍生自封端剂的约0.5mol%至约5.0mol%的封端基团。
取决于第一连接体部分的选择,本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以是聚酯-聚碳酸酯共聚物。在聚酯-聚碳酸酯中,酯单元与碳酸酯单元的摩尔比可以广泛变化,例如1:99至99:1,具体地10:90至90:10,更具体地25:75至75:25,取决于最终组合物希望的性能可选地扩大。聚酯单元可以衍生自脂肪族二羧酸或芳香族二羧酸。脂肪族二羧酸可以具有从6至约36个碳原子,可选地从6至20个碳原子。示例性的脂肪族二羧酸包括已二酸、癸二酸、3,3-二甲基已二酸、3,3,6-三甲基癸二酸、3,3,5,5-四甲基癸二酸、壬二酸、十二烷二酸、二聚体酸、环己烷二羧酸、二甲基环己烷二羧酸、降冰片烷二羧酸、金刚烷二羧酸、环已烯二羧酸,或C14、C18和C20二酸。示例性的芳香族二羧酸包括间苯二甲酸或对苯二甲酸、1,2-二(对羧苯基)乙烷、4,4'-二羧基二苯基醚、4,4'-双苯甲酸;1,4-、1,5-,或2,6-萘二甲酸;以及包含上述酸中至少一种的组合。具体的二羧酸混合物包含间苯二甲酸酸和对苯二甲酸的组合,其中间苯二甲酸与对苯二甲酸的重量比是约91:9至约2:98。
聚酯-聚碳酸酯的聚酯单元可以衍生自间苯二甲二酸和对苯二甲二酸(或其衍生物)的组合与间苯二酚的反应。在另一种实施方式中,聚酯-聚碳酸酯的聚酯单元可以衍生自间苯二甲酸和对苯二甲酸的组合与双酚A的反应。在实施方式中,聚碳酸酯单元可以衍生自双酚A。在另一种具体实施方式中,聚碳酸酯单元可以衍生自间苯二酚和双酚-A,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。
本公开内容的光敏添加剂可以是化合物、低聚物、或聚合物。低聚物具有小于15,000,包括10,000或更小的重均分子量(Mw)。本公开内容的聚合光敏添加剂具有15,000或更高的Mw。在具体的实施方式中,Mw在17,000和80,000道尔顿之间,或在17,000和35,000道尔顿之间。在任何紫外线暴露之前,测量这些分子量。Mw可以是如预期变化的。具有相对更高Mw的聚合物/低聚物通常更好地保留它们的机械性能,同时具有相对更低Mw的聚合物/低聚物通常具有更好的流动性能。在一些具体实施方式中,光敏添加剂的Mw是约5,000或更小。在熔融加工期间,这样的低聚物更有可能上升至产品的表面。长链脂肪族二醇(C6或更高)也可用于此目的。这可以增加在表面处的添加剂的浓度,并且因此在暴露于紫外线光时在表面处也增加交联密度。
来源于图1中的反应的产物是这样的光敏添加剂的示例。这里,光敏添加剂由第一光敏部分、第一连接体部分、二醇增链剂、和封端剂形成。4,4'二羟基二苯甲酮与光气、双酚-A、和对枯基苯酚(封端剂)反应从而获得光敏添加剂。
由第一光敏部分、第一连接体部分、二醇增链剂、封端剂、和第二连接体部分形成的光敏添加剂的实例见于图2中。这里,4,4'-二羟基二苯甲酮与光气(第一连接体部分)、双酚-A(二醇增链剂)、三(羟苯基)乙烷(THPE,第二连接体部分)、和对枯基苯酚(封端剂)反应从而获得光敏添加剂。注意,THPE(第二连接体部分)与光气(第一连接体部分)反应,不与4,4'-二羟基二苯甲酮(光敏部分)反应。得到的光敏添加剂(PAA)可以是具有重均分子量和多分散指数的低聚物或聚合物。
一种添加剂交联机制被认为是由于从烷基基团通过酮基团夺取氢,该烷基基团充当氢供体并且随后耦接所得的基团。参照二苯甲酮(光敏部分)和双酚A(BPA)单体在图3中示出了该机制。当暴露于紫外线时,二苯甲酮的氧原子从BPA单体上的甲基基团夺取氢原子并成为羟基基团。随后亚甲基基团与酮基团的碳形成共价键。从另一个角度来说,二苯甲酮的酮基团可以被认为是光敏基团。应当注意的是,氢的存在对于这种反应的发生是关键的。在最初夺取事件后,其它机制可以发生于含有不饱和键或反应性侧基的基础树脂。
在具体的实施方式中,在此公开的光敏添加剂(PAA)是包含衍生自二羟基二苯甲酮单体(即式(17))的重复单元的可交联的聚碳酸酯。在交联之前,这些聚碳酸酯可以作为热稳定的高熔体流动聚合物而被提供,并且因此可以用于制造各种薄壁产品(例如,3mm或更小)。随后可以处理这些产品(例如,利用紫外线辐射)从而影响交联,因此提供满足希望性能要求(例如,5VA性能、耐化学性、透明性)的薄壁材料。交联的材料,除了阻燃性和耐化学性之外,相比于交联之前的组合物,可以保持或表现出优良的机械性能(例如抗冲击性、延展性)。
可交联的聚碳酸酯的二羟基二苯甲酮单体提供用于交联聚碳酸酯的光敏酮基团。利用适合剂量的紫外线辐射处理本公开内容的可交联的聚碳酸酯,在二羟基二苯甲酮羰基碳与组合物中相同聚合物或另一种聚合物中另一官能团的碳原子(例如,亚甲基的碳原子,例如在双酚A中)之间引发交联反应。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯包含均聚碳酸酯、包含碳酸酯中不同部分的共聚物(称为“共聚碳酸酯”)、包含碳酸酯单元和其它类型聚合物单元如聚酯单元、聚硅氧烷单元的共聚物、以及包含至少一种均聚碳酸酯和共聚碳酸酯的组合。作为参考,术语“二聚物”是指具体地衍生自两种不同单体的共聚物,并且术语“三元共聚物”是指具体地衍生自三种不同单体的共聚物。
如果可交联的聚碳酸酯是共聚物,则单体可以随机地合并至聚碳酸酯中。无规共聚物可以具有多个遵循统计分布的嵌段序列和交替序列。在无规x:(1-x)共聚物中,其中x是第一单体的mol百分比并且1-x是其它单体的mol百分比,例如,可以使用通过13CNMR测定的峰面积值计算各单体的分布。共聚物可以为交替共聚物,其具有交替的I和O单元(-I-O-I-O-I-O-I-O-),或在重复序列中排列的I和O单元(例如具有下式:(I-O-I-O-O-I-I-I-I-O-O-O)n的周期共聚物(循环共聚物,periodiccopolymer))。可交联的聚碳酸酯共聚物可以是统计共聚物,其中单体残基序列遵循统计规律。该共聚物还可以是嵌段共聚物,其包含通过共价键(-I-I-I-I-I-O-O-O-O-O-)连接的两种或更多种均聚物亚单元。均聚物亚单元结合可以需要中间非重复的亚基,称为连接嵌段。具有两个或三个不同的嵌段的嵌段共聚物分别被称为二嵌段共聚物和三嵌段共聚物。
在实施方式中,本公开内容的可交联的聚碳酸酯含有约0.5mol%至约50mol%的二羟基二苯甲酮单体(即衍生自二羟基二苯甲酮单体的重复单元)。在更具体的实施方式中,聚合物含有约1mol%至约3mol%、或约1mol%至约6mol%、约10mol%至约25mol%,或约0.5mol%至约25mol%的二羟基二苯甲酮单体。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有如使用差示扫描量热法测量的大于120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、或300℃的玻璃化转变温度(Tg)。在某些实施方式中,聚碳酸酯具有约120℃至约230℃、约140℃至约160℃、约145℃至约155℃、约148℃至约152℃、或约149℃至约151℃范围内的玻璃化转变温度。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有15,000至约80,000道尔顿[±1,000道尔顿]、或15,000至约35,000道尔顿[±1,000道尔顿]、或约20,000至约30,000道尔顿[±1,000道尔顿]的重均分子量(Mw)。在某些实施方式中,可交联的聚碳酸酯具有约16,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约17,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约18,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约19,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约20,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约21,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约22,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约23,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约24,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约25,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约26,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约27,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约28,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约29,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约30,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约31,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约32,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约33,000道尔顿[±1,000道尔顿]、约34,000道尔顿[±1,000道尔顿]、或约35,000道尔顿[±1,000道尔顿]的重均分子量。在另外的实施方式中,可交联的聚碳酸酯具有17,000至约80,000道尔顿的Mw。可以使用凝胶渗透色谱法(GPC),使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱并使用设定在264nm处的UV-VIS检测器,或可替换地使用折光率检测器针对聚碳酸酯参考校准进行分子量测定。样品可以被制备为约1mg/ml的浓度,并以约1.0ml/min的流速洗脱样品。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有约2.0至约5.0、约2.0至约3.0、或约2.0至约2.5的多分散指数(PDI)。在任何紫外线暴露之前测定PDI。
值得注意的是,可以使用两种不同种类的检测器测量光敏添加剂/可交联的聚碳酸酯的分子量(重均和数均)。更具体地,使用紫外光(UV)检测器或使用折射率(RI)检测器,使用GPC并且对于两种检测器针对聚碳酸酯标准校准可以测量分子量。
在实施方式中,当使用GPC方法和聚碳酸酯分子量标准时,使用UV检测器测定的多分散指数(PDI)与使用RI检测器测定的PDI的比率是1.4或更小。比率也可以是1.2或更小,或1.1或更小。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有熔体流动速率(常被缩写为MFR),其在规定的温度和载荷处测定组合物通过孔的挤出速率。在某些实施方式中,使用ASTMD1238方法、1.2kg载荷、300℃温度、360秒停留,聚碳酸酯可以具有1至40克/10min、6至15克/10min、6至8克/10min、6至12克/10min、2至30克/10min、5至30克/10min、8至12克/10min、8至10克/10min、或20至30克/10min的MFR。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有大于120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、或300℃的玻璃化转变温度(Tg),如同使用差示扫描量热法所测量的。在某些实施方式中,聚碳酸酯具有约120℃至约230℃、约140℃至约160℃、约145℃至约155℃、约148℃至约152℃,或约149℃至约151℃范围的玻璃化转变温度。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有2wt%至90wt%;5wt%至25wt%;10wt%至30wt%;15wt%至35wt%;20wt%至40wt%;25wt%至45wt%;30wt%至50wt%;35wt%至55wt%;40wt%至60wt%;45wt%至65wt%;55wt%至70%wt%;60wt%至75wt%;50wt%至80wt%;或50wt%至90wt%的生物能含量(biocontent)。可以根据ASTMD6866测定生物能含量。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯在1.3mm/min,50mm跨距(span)处可以具有通过ASTMD790测定的大于或等于2200兆帕斯卡(MPa)、大于或等于2310MPa、大于或等于2320MPa、大于或等于2330MPa、大于或等于2340MPa、大于或等于2350MPa、大于或等于2360MPa、大于或等于2370MPa、大于或等于2380MPa、大于或等于2390MPa、大于或等于2400MPa、大于或等于2420MPa、大于或等于2440MPa、大于或等于2460MPa、大于或等于2480MPa、大于或等于2500MPa的弹性模量。
在实施方式中,本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有2,200至2,500,优选2,250至2,450,更优选2,300至2,400MPa的挠曲模量。在其它实施方式中,本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有2,300至2,600,优选2,400至2,600,更优选2,450至2,550MPa的挠曲模量。还通过ASTMD790测定挠曲模量。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有以50mm/min通过ASTMD638类型I测定的大于或等于60兆帕斯卡(MPa)、大于或等于61MPa、大于或等于62MPa、大于或等于63MPa、大于或等于64MPa、大于或等于65MPa、大于或等于66MPa、大于或等于67MPa、大于或等于68MPa、大于或等于69MPa、大于或等于70MPa、大于或等于71MPa、大于或等于72MPa、大于或等于73MPa、大于或等于74MPa、大于或等于75MPa的在断裂处的拉伸强度。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有根据ASTMD256-10在3.2mm厚度处在-20℃、-15℃、-10℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、23℃、25℃、30℃、或35℃下在缺口悬臂梁测试中大于或等于60%、大于或等于65%、大于或等于70%、大于或等于75%、大于或等于80%、大于或等于85%、大于或等于90%、大于或等于95%,或100%的延展性。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有根据ASTMD256在23℃下测定的大于或等于500J/m、大于或等于550J/m、大于或等于600J/m、大于或等于650J/m、大于或等于700J/m、大于或等于750J/m、大于或等于800J/m、大于或等于850J/m、大于或等于900J/m、大于或等于950J/m、或大于或等于1000J/m的缺口悬臂梁冲击强度(NII)。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有根据ASTMD648利用3.2mm厚未退火的mm棒在1.82MPa处测定的大于或等于110℃、111℃、112℃、113℃、114℃、115℃、116℃、117℃、118℃、119℃、120℃、121℃、122℃、123℃、124℃、125℃、126℃、127℃、128℃、129℃、130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃、140℃、141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃、149℃、150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃、160、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、或170℃的热变形温度。
本公开内容的可交联的聚碳酸酯可以具有根据ASTMD1003-07在一定厚度处测定的小于或等于10.0%、小于或等于8.0%、小于或等于6.0%、小于或等于5.0%、小于或等于4.0%、小于或等于3.0%、小于或等于2.0%、小于或等于1.5%、小于或等于1.0%、小于或等于0.5%的百分比浊度值。可以在2.0、2.2、2.4、2.54、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、或4.0毫米厚度处测定聚碳酸酯浊度。可以在0.125英寸厚度处测定聚碳酸酯。
聚碳酸酯可以具有根据ASTMD1003-07在一定厚度处测定的大于或等于50%、大于或等于60%、大于或等于65%、大于或等于70%、大于或等于75%、大于或等于80%、大于或等于85%、大于或等于90%、大于或等于95%、大于或等于96%、大于或等于97%、大于或等于98%、大于或等于99%、大于或等于99.1%、大于或等于99.2%、大于或等于99.3%、大于或等于99.4%、大于或等于99.5%、大于或等于99.6%、大于或等于99.7%、大于或等于99.8%、或大于或等于99.9%的透光率。在2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、或4.0毫米厚度处可以测定聚碳酸酯透明度。
在某些实施方式中,本公开内容的可交联的聚碳酸酯在聚碳酸酯链中不包括软嵌段或软脂肪族段。例如,可以从本公开内容的可交联的聚碳酸酯排除的以下脂肪族软段包括脂肪族聚酯、脂肪族聚醚、脂肪族聚硫醚、脂肪族聚缩醛、脂肪族聚碳酸酯、C-C连接的聚合物和聚硅氧烷。脂肪族聚酯、脂肪族聚醚、脂肪族聚硫醚、脂肪族聚缩醛、脂肪族聚碳酸酯的软段可以具有大于600的数均分子量(Mn)。
在具体的实施方式中,光敏的可交联的聚碳酸酯树脂由二羟基二苯甲酮、二醇增链剂、光气、和一种或多种封端剂所形成。最理想地,二羟基二苯甲酮是4,4'-二羟基二苯甲酮。在优选的实施方式中,二醇增链剂是双酚A,并且封端剂是对枯基苯酚。得到的光敏添加剂(即可交联的聚碳酸酯树脂)包含约0.5mol%至25mol%的衍生自二羟基二苯甲酮的重复单元。在更具体的实施方式中,光敏添加剂包含有约1wt%至约5mol%、或约5wt%至约20wt%、或约10wt%至约20wt%的二羟基二苯甲酮。
在具体的实施方式中,可交联的聚碳酸酯是由衍生自4,4'-二羟基二苯甲酮和双酚-A的重复单元,与不是光敏的封端剂组成的共聚物。共聚物含有约0.5mol%至25mol%衍生自二羟基二苯甲酮的重复单元、和约75mol%至99.5mol%衍生自双酚A的重复单元。
双酚-A(BPA)类聚碳酸酯的界面缩聚聚合工艺可以用于制备本公开内容的光敏添加剂(PAA)。虽然界面聚合的反应条件可以变化,但是示例性的工艺通常涉及在水中溶解或分散一种或多种二元酚反应物(例如二羟基二苯甲酮,双酚-A),添加得到的混合物至不溶于水的溶剂介质中,并且在催化剂(例如三乙基胺,TEA)存在下使反应物接触碳酸酯前体(例如光气)。
在此描述的工艺代表性地产生具有小于3的多分散指数(PDI)的聚碳酸酯。更高的PDI可以表示在产品中增加的低分子量分数,其通过改变流动行为或引起低分子量组分挥发出材料外可以导致在挤出和注射成型工艺的困难。
在此公开的四种不同的工艺用于产生含有碳酸酯连接的光敏添加剂的一些实施方式。每种工艺包括以下成分:二羟基二苯甲酮、二醇增链剂、封端剂、碳酸酯前体、碱、叔胺催化剂、水、和与水不混溶的有机溶剂,并且可选地支化剂。二羟基二苯甲酮是光敏部分。应当指出的是,每种成分中大于一种可以用于产生光敏添加剂。这些成分中的许多已经在前面描述过。
碳酸酯前体可以是,例如,碳酰卤,如碳酰二溴或碳酰二氯(也称为光气),或卤甲酸酯,如二元酚的双卤甲酸酯(例如,双酚A、对苯二酚等的双卤甲酸酯)或乙二醇的双卤甲酸酯(例如,乙二醇、、新戊二醇、聚乙二醇等的双卤甲酸酯)。还可以使用包含上述类型的碳酸酯前体的至少一种的组合。在某些实施方式中,碳酸酯前体是光气、三光气、二酰基卤、二卤甲酸酯、二氰酸酯、二元酸酯、二环氧树脂(diepoxy)、二芳基碳酸酯、二酐、二酰氯(diacidchloride)、或它们的任何组合。形成碳酸酯连接的界面聚合反应可以使用光气作为碳酸酯前体,被称为光气化反应。许多这样的碳酸酯前体对应于式(30、(32),或(33)的结构。
碱用于调整反应混合物的pH。在具体的实施方式中,碱是碱金属氢氧化物,如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)。
叔胺催化剂用于聚合。可以使用的示例性的叔胺催化剂是脂肪族叔胺,如三乙基胺(TEA)、N-乙基哌啶、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷(DABCO)、三丁胺、脂环族胺,如N,N-二乙基-环己胺和芳香族叔胺,如N,N-二甲苯胺。
有时,还使用相转移催化剂。可以使用的相转移催化剂之中是式(R30)4Q+X的催化剂,其中每个R30是相同或不同的,并且是C1-C10烷基基团;Q是氮或磷原子;X是卤素原子、C1-C8烷氧基基团,或C6-C18芳氧基基团。示例性的相转移催化剂包含,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-C8烷氧基基团或C6-C18芳氧基基团,如甲基三丁基氯化铵。
最常用的不溶于水的溶剂包括二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯苯、甲苯等。
在第一种工艺,有时被称为“预先的(upfront)”工艺中,在容器中预先组合二羟基二苯甲酮、二醇增链剂、封端剂、催化剂、水、和与水不混溶的溶剂从而形成反应混合物。反应混合物随后暴露于碳酸酯前体,例如通过光气化,同时共添加碱从而调整反应的pH,从而获得光敏添加剂。
在第二种工艺也被称为“溶液添加”工艺中,在容器中组合二羟基二苯甲酮、二醇增链剂、叔胺催化剂、水、和与水不混溶的溶剂从而形成反应混合物。随后,在约15分钟至约45分钟的总时间段内,在容器中添加碳酸酯前体的总装料(charge)至该反应混合物中,同时共同添加碱从而调节pH。在约2分钟至约20分钟范围内的第一时间段,首先将碳酸酯前体连同碱添加至反应混合物中从而调节pH。在第一时间段结束之后,以受控制的方式添加封端剂至反应混合物中,也被称为程序化添加。添加封端剂发生在第一时间段之后的第二时间段,而不是在反应开始(如在最前面的工艺中)时作为物块(bolus)。在第二时间段期间,还与封端剂一起同时添加了碳酸酯前体和碱。在第二时间段结束后,在第三时间段内,碳酸酯前体的剩余部分不间断的继续直至达到总装料。在第三时间段期间还共同添加碱从而调节反应pH。在第一时间段或者第三时间段期间,没有添加封端剂。因此获得了光敏添加剂。反应总时间段是第一时间段、第二时间段、和第三时间段的总和。在具体的实施方式中,第二时间段(其中,添加含有封端剂的溶液至反应混合物)开始于在总时间段的10%至约40%之间的点处。换一种方式,第一时间段是总时间段的10%。
第三种工艺也被称为双-氯甲酸酯或氯甲酸酯(BCF)工艺。氯甲酸酯低聚物在不存在叔胺催化剂的情况下通过碳酸酯前体(具体为光气)与二羟基二苯甲酮和二醇增链剂反应而制备的,同时共同添加碱从而调节pH。氯甲酸酯低聚物可以含有一氯甲酸酯、双氯甲酸酯、和双酚封端的低聚物的混合物。在产生氯甲酸酯低聚物后,可以可选地允许光气充分地浓缩或水解,随后添加封端剂于氯甲酸酯混合物中。允许反应进行,并且添加叔胺催化剂从而完成反应。
第四种工艺使用管状反应器。在管状反应器中,封端剂预先与碳酸酯前体(具体为光气)反应从而形成氯甲酸酯。将与水不混溶的溶剂用作为管状反应器中的溶剂。在分开的反应器中,将二羟基二苯甲酮、二醇增链剂、叔胺催化剂、水、和与水不混溶的溶剂组合从而形成反应混合物。在第一时间段内,随后将在管状反应器中的氯甲酸酯连同另外的碳酸酯前体进料至反应器内从而完成反应,同时共同添加碱从而调节pH。
所得到的光敏添加剂(例如可交联的聚碳酸酯)仅含有少量的低分子量组分。这可以用两种不同的方式测定:可以测定碳酸二芳基酯(DAC)水平与低百分比。碳酸二芳基酯由两种封端剂与光气反应而形成,产生不含二羟基二苯甲酮或二醇增链剂(如双酚A)的小分子。在实施方式中,得到的光敏添加剂包含小于1000ppm的碳酸二芳基酯。低百分比是分子量小于1000的低聚物链的重量百分比。在实施方式中,低百分比是2.0wt%或更少,包括约1.0wt%至2.0wt%。通过高效液相色谱(HPLC)或凝胶渗透色谱法(GPC)可以测定DAC水平和低百分比。还值得注意的是,所得到的光敏添加剂不含有任何残余吡啶,因为在光敏添加剂的制造中不使用吡啶。
上面描述的光敏添加剂与聚合物基体树脂(其不同于光敏添加剂,即第二聚合物树脂)共混从而形成本公开内容的共混物。更具体地,第二聚合物树脂不含有光敏基团。在实施方式中,光敏添加剂与聚合物基体树脂的重量比是1:99至99:1、包括约50:50至约85:15、或约10:90至15:85、或约25:75至约50:50。在具体的实施方式中,聚合物基体树脂具有约21,000或更大的,包括约21,000至约40,000的重均分子量。
共混物可以经受交联条件(例如,紫外线-辐射)从而进行共混物中光敏添加剂的交联。相应地,本公开内容的共混组合物在交联前后包括共混物。
共混物可以包含一种或多种不同的在此描述的可交联的聚碳酸酯,和/或一种或多种在此描述的作为光敏添加剂的交联的聚碳酸酯。共混物还包含一种或多种另外的聚合物。共混物可以包含另外的组分,如一种或多种添加剂。在某些实施方式中,共混物包含可交联的和/或交联的聚碳酸酯(聚合物A)和第二聚合物(聚合物B)、和可选地一种或多种添加剂。在另一种实施方式中,共混物包含可交联的和/或交联的聚碳酸酯(聚合物A);第二聚碳酸酯(聚合物B)的组合,其中第二聚碳酸酯不同于第一聚碳酸酯。
在优选的实施方式中,在此公开的共混组合物包含阻燃剂、阻燃添加剂、和/或抗冲改性剂。阻燃剂可以是全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、二苯砜-3-磺酸钾(KSS)、或它们的组合。
第二聚合物(聚合物B)可以是不同于第一聚合物(适合用于共混组合物中)的任何聚合物。在某些实施方式中,第二聚合物可以是聚酯、聚酯碳酸酯、双酚A均聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、四溴双酚A聚碳酸酯共聚物、聚硅氧烷-共-双酚A聚碳酸酯、聚酯酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚、聚醚砜、聚环氧化物、聚交酯、聚乳酸(PLA),或它们的任何组合。
在某些实施方式中,第二聚合物可以是乙烯基聚合物、橡胶改性接枝共聚物、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚酯酰胺、聚硅氧烷、聚氨酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚砜、聚环氧化物、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚铜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)树脂、聚醚砜、聚苯砜、聚(烯基芳香族)聚合物(poly(alkenylaromatic)polymer)、聚丁二烯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯、液晶聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、芳香族聚酯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、四氟乙烯、聚交酯、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯-聚有机硅氧烷嵌段共聚物,或包含(i)芳香族酯、(ii)酯碳酸酯、和(iii)碳酸酯重复单元的共聚物。共混组合物可以包含另外的聚合物(例如第三、第四、第五、第六等聚合物)。
在某些实施方式中,第二聚合物可以是均聚碳酸酯、共聚碳酸酯、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物、聚酯-聚碳酸酯、或它们的任何组合。在某些实施方式中,第二聚碳酸酯是对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚A碳酸酯)共聚物。在某些实施方式中,第二聚碳酸酯是聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。
对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚-A碳酸酯)聚合物或聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以具有0.4wt%至25wt%的聚硅氧烷含量。在一种优选地实施方式中,第二聚合物是对枯基苯酚封端的聚(19mol%间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(75mol%双酚A碳酸酯)-共-(6mol%间苯二酚碳酸酯)共聚物(MW=29,000道尔顿)。在另一种优选的实施方式中,第二聚合物是对枯基苯酚封端的聚(10wt%间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(87wt%双酚A碳酸酯)-共-(3mol%间苯二酚碳酸酯)共聚物(MW=29,000道尔顿)。
在另一种优选地实施方式中,第二聚合物是聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以是包含约6wt%硅氧烷(±10%)至约20wt%硅氧烷(±10%),并且具有10至200的硅氧烷链长度的硅氧烷嵌段共聚碳酸酯。在另一种优选地实施方式中,第二聚合物是具有按重量计20%硅氧烷段的PC-硅氧烷共聚物。在另一种优选地实施方式中,第二聚合物是对枯基苯酚封端的聚(65mol%BPA碳酸酯)-共-(35mol%3,3-双(4-羟苯基)-2-苯基异吲哚啉-1-酮(PPPBP)碳酸酯)共聚物(MW=25,000道尔顿)。
在另一种优选的实施方式中,第二聚合物是聚膦酸酯聚合物、聚膦酸酯共聚物、或聚(聚膦酸酯)-共-(BPA碳酸酯)共聚物。
在仍然其它的实施方式中,在共混物中的聚合物树脂选自由以下组成的组:聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物;聚碳酸酯树脂,该聚碳酸酯在聚合物主链中具有含有至少两个碳原子的脂肪族链作为重复单元;共聚酯聚合物;双酚A均聚碳酸酯;聚苯乙烯聚合物;聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物;热塑性聚酯;聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物;二甲基双酚环己烷-共-双酚A共聚物;聚醚酰亚胺;聚醚砜;以及双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷)的共聚碳酸酯(BPTMC)。
在具体的实施方式中,在共混物中的聚合物树脂是聚碳酸酯-聚硅氧烷(PC-Si)共聚物。共聚物的聚碳酸酯单元衍生自具有上面描述的式中任何结构的二羟基化合物,但是特别地式(B)和(C)(当Z是羟基时)的增链剂中的那些。合适的二羟基化合物的一些示例性的实例包括以下: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(在下文中“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-甲苯基)丙烷、和1,1-双(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷;间苯二酚,取代的间苯二酚化合物,如5-甲基间苯二酚、5-苯基间苯二酚、或5-枯基间苯二酚;儿茶酚;对苯二酚;取代的对苯二酚,如2-甲基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚、2-苯基对苯二酚、2-枯基对苯二酚、或2,3,5,6-四甲基对苯二酚。双酚A常常是PC-Si共聚物的部分。
共聚物的聚硅氧烷嵌可以衍生自含硅氧烷的二羟基单体。一种示例性的硅氧烷单体具有式(D-1)的结构:
其中,每个Ar独立地是芳基;每个R独立地是烷基、烷氧基、烯基、烯氧基、芳基、芳氧基、芳烷基,或烷芳基;D是2至约1000,具体地约2至约500,更具体地约10至约75的平均值。在相转移条件之下,可以通过二羟基芳香族化合物与例如α,ω-双-乙氧基-聚二有机硅氧烷的反应获得此式的化合物。
另一种示例性的硅氧烷单体具有式(D-3)的结构:
其中,每个R独立地是烷基、烷氧基、烯基、烯氧基、芳基、芳氧基、芳烷基、或烷芳基;D是2至约1000,具体地约2至约500,更具体地约10至约75的平均值;每个M独立地是氰基、硝基、烷基、烷氧基、烯基、烯氧基、芳基、芳氧基、芳烷基、或烷芳基;每个n独立地是从0至4的整数;并且每个R2独立地是脂肪族基团。可以通过硅氧烷氢化物与脂肪族不饱和一元酚反应获得此式的化合物。合适的脂肪族不饱和一元酚包括例如丁子香酚、2-烷基苯酚、4-烯丙基-2-甲基苯酚、4-烯丙基-2-苯基苯酚、4-烯丙基-2-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-6-甲氧基-4-甲基苯酚和2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚。还可以使用包含上述中至少一种的混合物。
在共混物中的聚合物树脂(聚合物B)可以是聚碳酸酯树脂,该聚碳酸酯树脂在聚合物主链中具有含有至少两个碳原子的脂肪族链作为重复单元。此树脂也可以被认为是“柔段聚碳酸酯”(SSP)树脂。一般说来,SSP树脂是芳香族双官能化合物和脂肪族双官能化合物的共聚物。芳香族双官能化合物可以具有,例如,先前描述的式(B)-(J)中任一种的结构作为上面的增链剂。在具体的实施方式中,芳香族双官能化合物是式(B)的双酚。脂肪族双官能化合物在主链中提供长脂肪族链并可以具有式(E)的结构。在SSP树脂中有用的示例性的脂肪族二醇包括已二酸(n=4)、癸二酸(n=8)、和十二烷二酸(dodecanedioicacid)(n=10)。
例如,可以通过双酚A、癸二酸、和对枯基苯酚的光气化形成SSP树脂。SSP树脂含有碳酸酯连接和酯连接。
在这方面,认为,光敏添加剂交联反应速率和和它的产量直接关联于聚合共混物中的氢与酮比率。因而,共混物中更高的氢与酮比率,链-扩增反应/交联速率应当更高。由于具有脂肪族嵌段的富氢SSP树脂存在,氢与酮比率是相对高的。因此,交联密度和所得到的阻燃性和耐化学性应当非常适于此共混物。此外,SSP树脂具有良好的流动性。认为,共混物应当也具有良好的流动,并且即使在交联之后也应当保持它的延展性能。
在共混物中的聚合物树脂(聚合物B)可以是共聚酯聚合物或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)聚合物。共聚酯树脂是可商购的,例如来自于Eastman化学公司TRITAN商标下。PBT树脂是可商购的,例如来自于SABICInnovativePlastics商标名VALOX下。
在共混物中的聚合物树脂(聚合物B)可以是双酚A均聚碳酸酯。这样的树脂是可以获取的,例如来自于SABICInnovativePlastics的LEXAN。
在共混物中的聚合物树脂(聚合物B)可以是聚苯乙烯聚合物。这样的聚合物含有唯一的聚苯乙烯单体。因而,例如ABS和MBS不应当被认为是聚苯乙烯聚合物。
在共混物中的聚合物树脂(聚合物B)可以是热塑性聚酯。示例性的聚酯是PCTG,其是衍生自对苯二甲酸、乙二醇、和环己二甲醇(CHDM)的反应的共聚物。PCTG共聚物可以含有40-90mol%CHDM,具有补足剩余的10-60mol%的对苯二甲酸和乙二醇。
在共混物中的聚合物树脂(聚合物B)可以是二甲基双酚环己烷-共-双酚A共聚物,即DMBPC-BPA共聚物。此共聚物在下面示出:
其中,DMBPC与BPA的摩尔比是m:n。此外,此符号旨在报导在DMBPC单元和BPA单元之间的相对摩尔量,并且不应当被解释为表示共聚物(即这两个单元是无规分布的并且不是嵌段)的结构。DMBPC通常是20mol%至90mol%,包括25mol%至60mol%的共聚物。BPA通常是10mol%至80mol%,包括40mol%至75mol%的共聚物。这些树脂具有高耐擦伤性。
还可以将其它传统添加剂(例如阻燃剂、热稳定剂、抗冲性能改性剂、紫外线稳定添加剂、脱模剂、着色剂、有机和无机填料、γ-稳定剂等)添加至共混物中。
不同类型的阻燃剂可以用作添加剂。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-C16烷基磺酸酯的碱金属盐,如全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、全氟辛烷磺酸钾、全氟己烷磺酸四乙铵、二苯砜磺酸钾(KSS)等,苯磺酸钠、甲苯磺酸钠(NATS)等;和通过反应形成的盐:例如碱金属或碱土金属(例如锂、钠、钾、镁、钙和钡盐)和无机酸络合物盐,例如,含氧阴离子,如碳酸的碱金属和碱土金属盐,如Na2CO3、K2CO3、MgCO3、CaCO3、和BaCO3或氟阴离子络合物,如Li3AlF6、BaSiF6、KBF4、K3AlF6、KAlF4、K2SiF6、和/或Na3AlF6等。Rimar盐和KSS以及NATS,单独或与其它阻燃剂组合,在此公开的组合物中是特别有用的。在某些实施方式中,阻燃剂不含有溴或氯。
阻燃剂可选地是例如单体的或聚合的芳香族磺酸酯或其混合物的无卤类金属盐。金属盐是,例如,碱金属或碱土金属盐或混合的金属盐。这些组的金属包含钠、锂、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钫、和钡。阻燃剂的实例包括苯磺酸铯和对甲苯磺酸铯。参见例如,US3,933,734、EP2103654,和US2010/0069543A1,其公开的内容通过引用将其全部内容结合于此。
阻燃剂另一有用的类是具有通式[(R)2SiO]y的环硅氧烷类,其中R是具有1至18个碳原子的一价烃或氟化烃并且y是3至12的数字。氟化烃的实例包括但不限于3-氟丙基、3,3,3-三氟丙基、5,5,5,4,4,3,3-六氟戊基、氟苯基、二氟苯基和三氟甲苯基。合适的环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。特别地有用的环硅氧烷是八苯基环四硅氧烷。
示例性的热稳定剂添加剂包括,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)亚磷酸酯等等;膦酸酯,如膦酸二甲苯酯等等;磷酸酯,如磷酸三甲酯等等;或包含上述热稳定剂中至少一种的组合。基于100重量份的聚合共混物/组合物的聚合物组分,热稳定剂通常以0.0001至1重量份的量使用。
脱模剂(MRA)将允许材料被快速地和有效地去除。脱模可以减少循环次数、缺陷、和成品的褐变。在这些类型的材料之间有相当大的重叠,其可以包括,例如,邻苯二甲酸酯,如二辛基-4,5-环氧-六氢化邻苯二甲酸酯;三(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯;硬脂酸甘油酯;二-或多官能芳香族磷酸酯,如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、对苯二酚的双(二苯基)磷酸酯和双酚A的双(二苯基)磷酸酯;聚-α-烯烃;环氧大豆油;硅酮,包括硅酮油;酯,例如,脂肪酸酯如硬脂酸烷基酯,例如,硬脂酸甲酯、硬脂酸硬脂酯,季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)等;硬脂酸甲酯与亲水性和疏水性非离子表面活性剂(包含聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物、聚(乙二醇-共-丙二醇)共聚物、或包含前述二醇聚合物中至少一种的组合)的组合,例如,在合适的溶剂中的硬脂酸甲酯和聚乙烯-聚丙二醇共聚物;蜡,如蜂蜡、褐煤蜡、石蜡等。基于100重量份的聚合物共混物/组合物的聚合物组分,此类物质的用量通常是0.001至1重量份,具体0.01至0.75重量份,更具体0.1至0.5重量份。
聚合共混物可以改进最终产品的耐化学性。可以预期的是,产品可以具有任何希望的形状(例如膜、板等)并且可用于许多不同的应用,例如在医疗、汽车、消费电子领域中。发现增加的耐化学性可以针对409玻璃和表面清洁剂;医用酒精片;卡瓦液/卡瓦抹布;卡瓦布;Cidex加液;次氯酸钠漂白剂;次氯酸钠抹布;Envirocide液;ForPro液;温和盘皂和水;过氧化氢清洁消毒抹布;异丙醇抹布;MadaCide-1液;稀释的Mar-V-Cide液;Sani-Cloth漂白抹布;Sani-ClothHB抹布;Sani-Cloth加抹布;次氯酸钠液;超级Sani-Cloth抹布;Viraguard液和抹布;Virex256;WindexBlue;燃料C;甲苯;庚烷;乙醇;异丙醇;Windex;机油;WD40;传动液;制动液;玻璃洗涤剂;柴油;汽油;香蕉船防晒剂(BananaBoatSunscreen)(SPF30);皮脂;象牙盘皂;SCJohnsonFantastik清洁器;旗牌黄芥末;可口可乐;70%异丙醇;特级初榨橄榄油;凡士林润肤护手霜;Heinz番茄酱;卡夫沙拉酱;ChloroxFormula409清洁剂;具有氨的SCJohnsonWindex清洁剂;丙酮;人工汗液;Fruits&PassionCucina菀西&橄榄树护手霜;欧莱雅StudiolineMegagel发胶;美宝莲唇膏;MaybellineExpertWear胭脂红-海滨李口红;普瑞尔洗手液;热黑咖啡;iKlear;Chlorox抹布;角鲨烯;棕榈酸酸;油酸;棕榈油酸;硬脂酸;和橄榄油。
优选在交联之前,可以将在此公开的组合物/混合物形成、成形、模制、注射成型、或挤出成产品,特别是薄壁产品,包括具有改进的阻燃性能和良好物理性能的高度透明的薄壁产品。
可以将共混物挤出成粒料,随后将其模制或挤出成产品。随后可以利用紫外线光照射产品从而在链之间产生交联,导致改进的阻燃性和耐化学性。使用PC-Si共聚物在低温下提供良好的冲击强度和延展性,相信共混物即使在交联之后将保留这些性能。
该组合物/共混物可以通过多种方式如注射成型、二次成型、共注射成型、挤出、多层挤出、旋转成型、吹塑和热成型模制成有用形状的产物从而形成产品。所形成的产品随后可能经受交联条件(例如,紫外线辐射)从而进行聚碳酸酯交联。
组合物可以用于提供材料和产品如但不限于,注射成型物品、膜、挤出的板、纤维、粒料、柔性-膜、抗撕裂膜、和PVD层压材料。
可以由组合物/共混物形成的产品包括手机和手机盖的各种组件、计算机壳体组件、计算机壳体以及办公机器壳体和部件如监视器壳体和部件、计算机路由器、复印机、台式打印机、大型办公/工业打印机、手持电子设备壳体如计算机或商业机器壳体、手持设备壳体、灯具或家庭或办公室设备组件、加湿器壳体、温控器壳体(温度调节装置控制壳体,thermostatcontrolhousings)、空调排放盘(airconditionerdrainpan)、室外机箱(outdoorcabinet)、电信外壳和基础结构、简单网络入侵检测系统(SNIDS)设备、网络接口设备、烟雾探测器、在增压空间中的组件和设备、医疗应用组件或设备(如医疗扫描仪、X射线装备、和超声设备)、汽车内部或外部组件的组件、透镜(自动和非自动)如膜应用组件、温室组件、日光室组件、消防头盔、安全防护罩(safetyshield)、安全护目镜、抗冲击性的玻璃、保护板(fendors)、防护板(fenders)、气泵、电视膜(如不含卤素成分的环保型膜)、太阳能应用材料、玻璃层压材料、玻璃填充系统纤维、手持式电子设备外壳或部件(例如步话机、扫描仪、媒体/MP3/MP4播放器、收音机、GPS系统、电子书、写字板)、可佩带的电子设备(例如智能手表、训练/跟踪设备、活动/睡眠监测系统、腕带、或眼镜)、手持工具外壳或部件、智能电话外壳或部件、涡轮叶片(例如,风力涡轮)等。
在某些实施方式中,可能包含组合物/共混物的产品包括汽车保险杠、其它汽车、建筑和农业设备外部组件、汽车镜壳体(汽车后视镜壳体,automobilemirrorhousings)、汽车格栅(automobilegrille)、汽车柱(automobilepillar)、汽车轮罩、汽车、建筑和农业设备仪表板和装饰、建筑和农业格栅、汽车手套箱、汽车门五金(automobiledoorhardware)和其他内部装饰、汽车建筑和农业装备外部灯、发动机舱内的汽车部件、管道装备、阀和泵、空调加热和冷却部件、熔炉和热泵部件、计算机部件、电子部件、投影仪部件、电子显示器部件、复印机部件、扫描仪部件、电子打印机墨粉盒、吹风机、熨斗、咖啡机、烘烤机、洗衣机、微波炉、烤箱、电动工具、电气部件、照明部件、牙科器械和装备、医疗器械、炊具、医疗器械托盘、动物笼、纤维、激光焊接医疗设备、手持电子设备外壳或部件(例如步话机、扫描仪、媒体/MP3/MP4播放器、收音机、GPS系统、电子书、写字板),可佩带的电子设备(例如智能手表、训练/跟踪设备、活动/睡眠监测系统、腕带、或眼镜)、手持工具外壳或部件、智能电话外壳或部件、和光纤。
在某些实施方式中,可能包含组合物/共混物的产品包括汽车保险杠、其它汽车外部组件、汽车镜壳体、汽车格栅、汽车柱、汽车轮罩、汽车仪表板和装饰、汽车手套箱、汽车门五金和其它内部装饰、外部汽车装饰部件(如柱子)、汽车外部灯、在发动机舱内的汽车部件、农用拖拉机或设备部件、建筑设备车辆或设备部件、建筑或农业装备格栅、船舶或个人水上艇部件(marineorpersonalwatercraftpart)、全地形车辆(all-terrainvehicle)或全地形车辆部件、管道设备(plumbingequipment)、阀和泵、空调加热和冷却部件、熔炉和热泵部件、计算机部件、电子部件、投影仪部件、电子显示器部件、复印机部件、扫描仪部件、电子打印机墨粉盒、吹风机、熨斗、咖啡机、烘烤机、洗衣机、微波炉、烤箱、电动工具、电气部件、电子外壳、照明部件、牙科器械、医疗器械、医疗或牙科照明部件、航行器部件、火车或铁轨部件、座椅组件、侧壁、天花板部件、炊具、医疗器械托盘、动物笼、纤维、激光焊接的医疗设备、光纤、透镜(自动和非自动)、手机部件、温室组件、日光室组件、消防头盔、安全防护罩、安全眼镜、防护板、气泵部件、手持电子设备外壳或部件(例如步话机、扫描仪、媒体/MP3/MP4播放器、收音机、GPS系统、电子书、写字板)、可佩带的电子设备(例如智能手表、训练/跟踪设备、活动/睡眠监测系统、腕带、或眼镜)、手持工具外壳或部件、智能电话外壳或部件、和涡轮叶片。
在某些实施方式中,产品是需要或必须包括具有UL945VA等级性能材料的产品。需要UL945VA等级的产品包括,但不限于,计算机壳体、计算机壳体以及商业机器壳体和部件(如监视器壳体和部件)、计算机路由器、复印机、办公桌面打印机、大型办公/工业打印机、手持电子设备外壳(如计算机或商业机器外壳)、手持设备外壳、包括LED器材或家庭或办公室设备的灯具组件、加湿器壳体、温控器壳体、空调排放盘、室外机箱、电信外壳和基础结构、简单网络入侵检测系统(SNIDS)设备、网络接口设备、烟雾探测器、在增压空间中的组件和设备、医疗应用组件或设备(如医疗扫描仪、X射线装备、和超声设备)、电箱和外壳、和电连接器。
在某些实施方式中,产品是一种需要水热稳定性的产品,如风力涡轮叶片,蒸汽可消毒的医疗设备、食品服务托盘、器具、和装备。
在某些实施方式中,产品是一种需要透明度、阻燃性和/或抗冲击性组合的产品。例如,在某些实施方式中,产品可以是安全防护罩、安全护目镜、气体/燃料泵壳、显示器窗口或部件等。
产品可以通过制造工艺而产生。该工艺可以包括步骤(a)提供如上所述的含有光敏添加剂的共混物。随后在挤出机中例如在200-400℃、225-350℃、250-310℃、或270-300℃下可以熔融来自于步骤(a)的共混物。随后步骤(b)的熔融共混物可以被(c)挤出,并且(d)该共混物可以被分离或切碎。制造的产品可以进一步由步骤(e)干燥共混物和(f)熔融形成共混物而产生。随后产品可以经受在此所述的交联条件,以便进行光敏添加剂的交联。在某些实施方式中,产品在制造之后没有立即受到交联条件的影响,而是在以后交联,例如将产品放入日光时。
光敏添加剂(PAA)可以与一种或多种聚合物基础树脂通过熔融共混或溶液共混而共混从而形成聚合物组合物/共混物。随后可以通过各种已知的工艺(如溶液浇铸、型材挤出、膜和/或板挤出、板泡沫挤出、注射成型、吹塑、热成形等)将含PAA的共混物形成产品。随后将产品暴露于合适的波长和合适的剂量下的紫外线(UV)光(对于给予的应用,该紫外光导致希望量的交联)中。根据最终用途的应用和希望的性能,在产品的一个或多个表面上可以进行紫外线暴露。
需要增强的性能的产品应当暴露于基本相同量的紫外线光。使用本领域已知的标准方法可以完成暴露。例如,紫外线光可以来自于紫外线光的任何来源,如,但不限于,那些由微波供电的灯、HID灯、和汞蒸气灯。在一些其它实施方式中,产品通过使用自然阳光而暴露。暴露时间将取决于材料的应用和颜色。它的范围可以是从几分钟至几天。可替换地,可以通过使用紫外线发射光源(如汞蒸气、高强度放电(HID)、或各种紫外线灯)完成交联。例如,从制造商(如HereausNoblelightFusionUV)商购的紫外线灯用于紫外线固化。紫外线发射光灯泡的非限制性实例包括汞灯(H灯泡)、或金属卤化物掺杂的汞灯泡(D灯泡、H+灯泡、V灯泡)。还考虑产生紫外线光源的金属卤化物的其它组合。示例性的灯泡也可以通过安装紫外线-吸收材料以外的灯而产生并被认为是滤过的紫外线源。未掺杂汞的弧光灯不用于辐射。H灯泡具有200nm至320nm范围内的强输出。D灯泡具有320nm至400nm范围内的强输出。V灯泡具有400nm至420nm范围内的强输出。
使用紫外线光源(其中,有害波长(那些引起聚合物降解或过度黄变)是被去除的或不存在的),这也可以是有利的。装备供应商(如HeraeusNoblelightFusionUV)提供具有不同光谱分布的灯。还可以滤过光从而去除有害的或不想要的波长的光。利用光学滤波器可以完成这个,该光学滤波器用于选择性地传输或拒绝波长或波长范围。这些滤波器商购于多个公司,如EdmundOptics或PraezisionsGlas&OptikGmbH。设计带通滤波器从而传输一部分光谱,而拒绝所有其它波长。设计长波通边缘滤波器从而传输大于滤波器截止波长的波长。短波通边缘滤波器用于传输小于滤波器截止波长的波长。各种类型的材料,如硼硅酸盐玻璃,可用作长波通滤波器。例如,Schott和/或PraezisionsGlas&OptikGmbH具有以下长波通滤波器:WG225、WG280、WG295、WG305、WG320,它们分别具有约225、280、295、305、和320nm的截止波长。这些滤波器可用于筛选掉有害的短波长,同时传输合适波长用于交联反应。
紫外线波长可以分为四种不同的类别。UVA是指320nm至390nm的波长。UVB是指280nm至320nm的波长。UVC是指250nm至260nm的波长。UVV是指395nm至445nm的波长。在一些实施方式中,滤过紫外线辐射从而提供无法检测的UVC辐射,正如使用EITPowerPuck所测定的。
在具体的实施方式中,产品暴露于选择的紫外线光范围,该范围具有约280纳米(nm)至约380nm、或约330nm至约380nm、或约280nm至约360nm、或约330nm至约360nm的波长。在“选择的”光范围内的波长具有大于50%的内部透射率,具有在小于50%的内部透射率范围之外的波长。透射率的变化可以发生在20nm范围内。选择的光范围的参考不应被解释为说范围内的所有波长以100%传输,或范围之外的所有波长以0%传输。
暴露的产品将具有交联的外表面和内表面,它是轻度交联的或非交联的。外表面可交联到这样的程度从而使外表面基本上不溶于用于原料树脂的常用溶剂。不溶物(不溶解的组分)的百分比将取决于部件的几何形状和表面与体积的比率。
提供以下实施例从而举例说明本公开内容的聚合共混物、产品、工艺和性能。这些实施例仅仅是说明性的,并且并不打算将本公开限定于在此展示的材料、条件、或工艺参数。
实施例
使用的所有溶剂和试剂为分析级。
使用凝胶渗透色谱法(GPC),使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱进行分子量测定并使用设定在264nm下的UV-VIS检测器相对于聚碳酸酯参照物校准该分子量。在约1mg/ml的浓度下制备样品,并以约1.0ml/min的流速洗脱。可选地,可以使用折射指数(RI)检测器。在分子量中的百分比变化被计算为变化除以紫外线暴露之前的分子量。
采用20℃/min温度扫描速率的差示扫描量热法(DSC)用于确定聚碳酸酯的玻璃化转变温度。
使用标准Underwriters实验室UL94测试方法(2天或7天处理(调节))进行可燃性测试,不同的是测试20棒而不是通常的5棒。在室温下预处理试样48小时或在空气循环烘箱中在70±1℃下预处理试样168小时,随后在测试之前,在室温下在干燥器中冷却至少4小时。一旦从干燥器中取出,在30分钟内测试试样。
按照题目为“用于塑料材料的可燃性测试,UL94(TestsforFlammabilityofPlasticMaterials,UL94)”的Uderwriter实验室公告94的步骤进行可燃性测试。基于燃烧速率、熄灭时间、抗滴落的能力、和滴落物是否燃烧,可以应用若干等级。根据该步骤,基于5种样品获得的测试结果,可以将材料分为HB、V0、V1、V2、5V、5VA和/或5VB。可燃性分类或“阻燃性”标准被描述如下。
V0:将试样以垂直方向固定并将火焰施加于试样的底部。施加火焰十秒,随后除去直到燃烧停止,此时,再重新施加火焰另一个十秒并随后去除。测试两组五个试样。在不同条件下,处理两组。
为了实现V0等级,在测试火焰应用之后,试样跟火焰燃烧一起燃烧必须不超过10秒。每组5个样本的总火焰燃烧时间必须不超过50秒。试样与火焰或炽热燃烧一起必须没有燃烧至试样支持夹具。试样必须没有点燃棉花的滴落物燃烧颗粒。在除去测试火焰之后,没有试样可以具有炽热燃烧保持长于30秒。
5VA:在棒和板试样上进行测试。棒的程序:棒试样以垂直方向固定并且将火焰以20°角施加于试样的一个下角处。将火焰施加5秒钟,5秒钟后去除。将火焰施加和去除重复5次。板程序:板程序与棒程序相同,不同之处在于,板试样水平安放并将火焰施加于板的下表面中心。
为了实现5VA等级,在五次火焰应用之后,试样任何火焰或炽热燃烧必须不超过60秒。试样必须没有点燃棉花的滴落物燃烧颗粒。板试样必须不呈现烧毁(孔)。注意,在下面的实施例和表中,行(对于给定厚度,状态5VA是“通过”或“失败”)仅指板测试是否通过,而不应被解释为表明燃烧发生没有超过60秒,并且没有滴落物。报导了2天和7天处理的结果。
通过平均熄灭时间、熄灭时间标准偏差和滴落物总数的计算分析数据。统计方法用于将数据转换成具体制剂在5棒的标准UL94测试中将达到第一次V0通过或“p(FTP)”的概率。在第一提交(pFTP)上的第一次通过的概率可以根据下式确定:
pFTP=(Pt1>mbt,n=0XPt2>mbt,n=0XP总<=mtbtXP滴落物,n=0)
其中,Pt1>mbt,n=0是第一燃烧时间没有超过最大燃烧时间值的概率,Pt2>mbt,n=0是第二燃烧时间没有超过最大燃烧时间值的概率,P总<=mtbt是燃烧时间的总和小于或等于最大总燃烧时间值的概率,以及P滴落物,n=0是在火焰测试期间没有试样显示滴落的概率。第一和第二燃烧时间分别是指在第一和第二火焰应用之后的燃烧时间。
第一燃烧时间没有超过最大燃烧时间值的概率,Pt1>mbt,n=0可以根据以下式确定:Pt1>mbt,n=0=(1-Pt1>mbt)5其中Pt1>mbt是t1>mbt对数正态分布曲线下的面积,并且其中指数“5”涉及测试棒的数目。第二燃烧时间没有超过最大燃烧时间值的概率可以根据以下式确定:Pt2>mbt,n=0=(1-Pt2>mbt)其中Pt2>mbt为t2>mbt正态分布曲线下的面积。如上,燃烧时间数据组的平均值和标准偏差用于计算正态分布曲线。对于UL-94V-0等级,最大燃烧时间是10秒。对于V-1或V-2等级,最大燃烧时间是30秒。在火焰测试期间没有试样显示滴落的概率P滴落物,n=0是属性函数,估算为:(1-P滴落物)5其中P滴落物=(滴落的棒数目/测试的棒数目)。
燃烧时间的总和小于或等于最大总燃烧时间值的概率P总<=mtbt可以由模拟的5棒总燃烧时间的正态分布曲线而确定。对于以上确定的燃烧时间数据,使用分布可以由1000组五棒的MonteCarlo模拟而产生分布。MonteCarlo模拟的技术是本领域公知的。使用模拟的1000组的平均值和标准偏差可以产生5棒总燃烧时间的正态分布曲线。因此,对于总<=最大总燃烧时间,P总<=mtbt可以由一组1000MonteCarlo模拟的5棒总燃烧时间的对数正态分布曲线下的面积而确定。对于UL94V0等级,最大总燃烧时间是50秒。对于V1等级,最大总燃烧时间是250秒。
对于样品制剂在UL94测试中将达到V0等级的高置信度,优选p(FTP)值将是1或非常接近1。
在应变条件下,评价交联聚碳酸酯样品的耐化学性。将3.2mm厚度的拉伸棒置于应变夹具中,以使夹具的弯曲促使在拉伸棒上0.5%或1%的应力水平。通过滴落溶剂于拉伸棒的顶部,将一部分棒暴露于溶剂。随后允许将棒在夹具上静置24小时,在此期间使溶剂蒸发。随后将它们从应变夹具中取出并且在50mm/min下按照ASTMD638I型方法测定在断裂处的%伸长率。
样品有时暴露于不同剂量的滤过的紫外线光。未滤过的光通过使用D-灯泡的无电极灯泡的FusionUV系统而提供。滤过的光由Loctiteζ7411-S系统提供,其使用400W金属卤化物弧光灯并且在具有280-nm截止波长滤波器的光谱输出中行为类似于D-灯泡的无电极灯泡。对于等效的UVA剂量(12、36、或60J/cm2/侧),在紫外线灯下在两侧上暴露样品。每个系统的紫外线能量(每通过或剂量)由下面的表A提供,并且使用EITPowerPuck测定。测定剂量为320-390nm(UVA)、280-320nm(UVB)、250-260nm(UVC)和395-445nm(UVV)的能量。剂量计算单位为J/cm2
表A.Loctite(滤过的光)
Loctite剂量 UVA UVB UVC UVV
滤过的 J/cm2 J/cm2 J/cm2 J/cm2
320秒暴露 12.0 2.4 0 7.3
960秒暴露 36.0 7.2 0 21.9
1600秒暴露 60.2 12.1 0 36.6
表B.Fusion(未滤过的光)
Fusion UV UVA UVB UVC UVV
未滤过的 J/cm2 J/cm2 J/cm2 J/cm2
2次通过 12.0 3.7 0.45 5.8
6次通过 35.9 11.0 1.34 17.5
10次通过 59.9 18.3 2.24 29.2
使用CIELAB色差公式,2°观察角,以及光源C作为光源在传输模式中使用X-RiteColori7台式分光光度计在紫外线暴露之前和紫外线暴露后至少48小时在3.2mm拉伸棒上测定黄度指数(YI)。按照ASTME313-73(D1925)测定YI。
使用ASTMD1238方法,1.2kg载荷,300℃温度,360秒停留计算每个样本的MFR。
各种实施例可以包括表C所示的组分。
表C
组分 描述 商品名,来源
Rimar Salt 全氟丁磺酸钾 Lanxess
亚磷酸酯稳定剂 三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯 Irgaphos 168
实施例1
(A)可交联的聚碳酸酯的制备
(i)溶液添加
样品A1
使用溶液程序添加制成样品A1从而获得含有1.6mol%的4,4'-二羟基二苯甲酮(DHBP)的可交联的聚碳酸酯树脂。
在500mL二氯甲烷中制备对枯基苯酚(193克,0.91mol,4.4mol%)溶液。将对枯基苯酚(PCP)溶液放置于经由计量泵(dosingpump)与反应器连接的添加罐(additionpot)中。
向配制槽中添加二氯甲烷(13L)、DI水(10L)、4,4'-二羟基二苯甲酮(70克,0.33mol,1.6mol%)、双酚A(4430克,19.4mol)、三乙胺(52克,0.37mol)和葡糖酸钠(10克,铁清除剂)。将混合物搅拌5分钟,随后转移至70L的分批处理反应器,该反应器装备有塔顶冷凝器、循环回路、pH探针和不同原料的添加喷嘴。用二氯甲烷(8L)洗涤该配制槽,将该洗涤液转移至分批处理反应器中。开启反应器搅拌器,并将循环流量设定为80L/min。通过数字控制系统(DCS)启动光气蒸汽流向反应器(80g/min流速)并添加初始量(240克,2.4mol)。通过DCS控制添加33%的NaOH水溶液,将反应的pH保持在10.0的目标。
在添加初始量的光气后,将PCP溶液以500mL/min的流速通过DCS控制添加至该反应器中,同时光气继续流动至反应器中。光气添加继续直至达到总设定点(2400克,24.3mol)。在光气添加完成后,获得反应器的样品并验证该样品不含未反应的BPA并且不含氯甲酸酯。使用紫外线检测器通过GPC测定反应样品的Mw(Mw=21604,PDI=2.4)。将另一批光气(200克,2.0mol)添加至反应器中。用氮气吹扫反应器,随后转移该批料至离心分离机供应槽中。
在离心分离机供应槽中,向该批料添加稀释的二氯甲烷(8L),随后使用一系列液液离心分离机纯化该混合物。一个离心分离机分离盐相。两个离心分离机通过利用盐酸水溶液(pH1)萃取树脂溶液去除三乙胺催化剂。三到八个离心分离机通过利用DI水萃取树脂溶液去除残余离子。测试树脂溶液样品并验证了该样品氯离子和残余的三乙胺各低于5ppm。
将树脂溶液转移至沉淀进料槽。通过蒸汽沉淀紧接着在圆锥形容器中使用加热的氮气(210F)干燥而从树脂中分离出白色粉末。粉末产生3855克。Mw=21536PDI=2.3。
样品A2
使用溶液程序添加制成样品A2从而获得含有5.1mol%的4,4'-二羟基二苯甲酮(DHBP)的可交联的聚碳酸酯树脂。
在500mL二氯甲烷中制备对枯基苯酚(196克,0.92mol,4.5mol%)溶液。将对枯基苯酚(PCP)溶液放置于经由计量泵与反应器连接的添加罐中。
向配制槽中添加二氯甲烷(13L)、DI水(10L)、4,4'-二羟基二苯甲酮(225克,1.1mol,5.1mol%)、双酚A(4275克,18.7摩尔)、三乙胺(52克,0.37mol)和葡糖酸钠(10克,铁清除剂)。将混合物搅拌5分钟,随后转移至70L的分批处理反应器,该反应器装备有塔顶冷凝器、循环回路、pH探针和不同原料的添加喷嘴。用二氯甲烷(8L)洗涤该配制槽,将该洗涤液转移至分批处理反应器中。开启反应器搅拌器,并将循环流量设定为80L/min。通过DCS启动光气蒸汽流向反应器(80g/min流速)并添加初始量(240克,2.4mol)。通过DCS控制添加33%的NaOH水溶液,将反应的pH保持在10.0的目标。
在添加初始量的光气后,将PCP溶液以500ml/min的流速通过DCS控制添加至该反应器中,同时光气继续流动至反应器中。光气添加继续直至达到总设定点(2400克,24.3mol)。在光气添加完成后,获得反应器的样品并验证该样品不含未反应的BPA并且不含氯甲酸酯。使用紫外线检测器通过GPC测定反应样品的Mw(Mw=21761,PDI=2.3)。将另一批光气(200克,2.0mol)添加至反应器中。用氮气吹扫反应器,随后转移该批料至离心分离机供应槽中。
在离心分离机供应槽中,向该批料添加稀释的二氯甲烷(8L),随后使用一系列液液离心分离机纯化该混合物。一个离心分离机分离盐相。两个离心分离机通过利用盐酸水溶液(pH1)萃取树脂溶液去除三乙胺催化剂。三到八个离心分离机通过利用DI水萃取树脂溶液去除残余离子。测试树脂溶液样品并验证了该样品氯离子和残余的三乙胺各低于5ppm。
将树脂溶液转移至沉淀进料槽。通过蒸汽沉淀紧接着在圆锥形容器中使用加热的氮气(210F)干燥而从树脂中分离出白色粉末。粉末产生3995克。Mw=21454PDI=2.2。
样品A3
使用溶液程序制成样品A3从而获得含有10.1mol%的4,4'-二羟基二苯甲酮(DHBP)的可交联的聚碳酸酯树脂。
在500mL二氯甲烷中制备对枯基苯酚(198克,0.93mol,4.5mol%)溶液。将对枯基苯酚(PCP)溶液放置于经由计量泵与反应器连接的添加罐中。
向配制槽中添加二氯甲烷(13L)、DI水(10L)、4,4'-二羟基二苯甲酮(450克,2.1mol,10.1mol%)、双酚A(4050克,17.7mol)、三乙胺(52克,0.37mol)和葡糖酸钠(10克,铁清除剂)。将混合物搅拌5分钟,随后转移至70L的分批处理反应器,该反应器装备有塔顶冷凝器、循环回路、pH探针和不同原料的添加喷嘴。用二氯甲烷(8L)洗涤该配制槽,将该洗涤液转移至分批处理反应器中。开启反应器搅拌器,并将循环流量设定为80L/min。通过DCS启动光气蒸汽流向反应器(80g/min流速)并添加初始量(240克,2.4mol)。通过DCS控制添加33%的NaOH水溶液,将反应的pH保持在10.0的目标。
在添加初始量的光气后,将PCP溶液以500mL/min的流速通过DCS控制添加至该反应器中,同时光气继续流动至反应器中。光气添加继续直至达到总设定点(2400克,24.3mol)。在光气添加完成后,获得反应器的样品并验证该样品不含未反应的BPA并且不含氯甲酸酯。使用紫外线检测器通过GPC测定反应样品的Mw(Mw=21732,PDI=2.3)。将另一批光气(200克,2.0mol)添加至反应器中。用氮气吹扫反应器,随后转移该批料至离心分离机供应槽中。
在离心分离机供应槽中,向该批料添加稀释的二氯甲烷(8L),随后使用一系列液液离心分离机纯化该混合物。一个离心分离机分离盐相。两个离心分离机通过利用盐酸水溶液(pH1)萃取树脂溶液去除三乙胺催化剂。三到八个离心分离机通过利用DI水萃取树脂溶液去除残余离子。测试树脂溶液样品并验证了该样品氯离子和残余的三乙胺各低于5ppm。
将树脂溶液转移至沉淀进料槽。通过蒸汽沉淀紧接着在圆锥形容器中使用加热的氮气(210F)干燥而从树脂中分离出白色粉末。粉末产生4040克。Mw=21523PDI=2.2。
样品A4
使用溶液程序添加制成样品A4从而获得含有20.1mol%的4,4'-二羟基二苯甲酮(DHBP)的可交联的聚碳酸酯树脂。
在500mL二氯甲烷中制备对枯基苯酚(202克,0.95摩尔,4.5mol%)溶液。将对枯基苯酚(PCP)溶液放置于经由计量泵与反应器连接的添加罐中。
向配制槽中添加二氯甲烷(13L)、DI水(10L)、4,4'-二羟基二苯甲酮(900克,4.2mol,20.1mol%)、双酚A(3600克,15.8mol)、三乙胺(52克,0.37mol)和葡糖酸钠(10克,铁清除剂)。将混合物搅拌5分钟,随后转移至70L的分批处理反应器,该反应器装备有塔顶冷凝器、循环回路、pH探针和不同原料的添加喷嘴。用二氯甲烷(8L)洗涤该配制槽,将(该洗涤液)转移至分批处理反应器中。开启反应器搅拌器,并将循环流量设定为80L/min。通过DCS启动光气蒸汽流向反应器(80g/min流速)并添加初始量(240克,2.4mol)。通过DCS控制添加33%的NaOH水溶液,将反应的pH保持在10.0的目标。
在添加初始量的光气后,将PCP溶液以500ml/min的流速通过DCS控制添加至该反应器中,同时光气继续流动至反应器中。光气添加继续直至达到总设定点(2400克,24.3mol)。在光气添加完成后,获得反应器的样品并验证该样品不含未反应的BPA并且不含氯甲酸酯。使用紫外线检测器通过GPC测定反应样品的Mw(Mw=21732,PDI=2.2)。将另一批光气(200克,2.0mol)添加至反应器中。用氮气吹扫反应器,随后转移该批料至离心分离机供应槽中。
在离心分离机供应槽中,向该批料添加稀释的二氯甲烷(8L),随后使用一系列液液离心分离机纯化该混合物。一个离心分离机分离盐相。两个离心分离机通过利用盐酸水溶液(pH1)萃取树脂溶液去除三乙胺催化剂。三到八个离心分离机通过利用DI水萃取树脂溶液去除残余离子。测试树脂溶液样品并验证了该样品氯离子和残余的三乙胺各低于5ppm。
将树脂溶液转移至沉淀进料槽。通过蒸汽沉淀紧接着在圆锥形容器中使用加热的氮气(210F)干燥而从树脂中分离出白色粉末。粉末产生3314克。Mw=21401PDI=2.1。
使用相似的工艺制成另外的聚碳酸酯,但是具有不同量的DHBP和不同的分子量。在表1中描述了这些另外的聚碳酸酯中的一些。使用GPC和紫外线检测器或RI检测器测定不同的性质。在表1中还示出了结果。“低(lows)”列表示具有低于1000的分子量的链的重量百分数。
表1
正如此处所见的,所有溶液添加实施例具有1.4或更低的PDI比率(UV/RI)。值得注意的是,样品A2和样品A4的比率低于1.0,可能是由于测量误差。
共混物实例
实施例2
不同尺寸的样品由含有双酚-A和1.6mol%的4,4'-二羟基二苯甲酮(DHBP)的可交联的聚碳酸酯(XPC)共聚物,和对枯基苯酚(PCP)封端剂制成,并且具有21,536的Mw。XPC共聚物与具有Mw≈31,000的低-流动双酚A聚碳酸酯均聚物(LF-PC)相比较。使用来自于FusionUV系统的未滤过的紫外线光在30J/cm2的紫外线暴露之前和之后测试这些板的火焰性能。通过具有3.2mm厚度的拉伸棒的断裂处的伸长率测定耐化学性。对于火焰性能,对于每个实施例,48小时的结果在左栏中报告,同时168小时的结果在右栏中报告。结果在表2中示出。
表2
实施例3
接下来,制成XPC树脂,该XPC树脂包含5mol%的DHBP,剩余为双酚A,并且使用PCP封端剂。此XPC树脂具有约21,000的Mw。此XPC树脂与具有Mw≈31,000的低流动双酚A聚碳酸酯均聚物(LF-PC)共混。
随后,模制的鼠标由共混物制成,和由作为对照的LF-PC制成。注射成型组合物从而获得模制的鼠标。模制的鼠标随后在Loctite系统中暴露于36J/cm2UVA的滤过的紫外线光,顶面面向紫外线灯。在三个位置测定鼠标的凝胶厚度。凝胶层的存在表明交联已经发生。还在紫外线暴露之前,和在紫外线暴露之后48小时测定了鼠标的YI。结果见诸于表3。
表3
组分 E1 E2
5mol%DHBP@21K(phr) 50 0
LF-PC(phr) 50 100
亚磷酸酯稳定剂(phr) 0.06 0.06
MFR(1.2kg/300℃,360s) 9.55 6.5
MFR(1.2kg/300℃,1080s) 9.92 6.49
罩的凝胶厚度(微米)
11.62 -
22.44 -
14.61 -
平均整体部分 16.23 -
t-棒对照的凝胶厚度(微米) 20.90 -
YI(未暴露的) 0.16 -0.16
YI(暴露于紫外线) 4.23 0.57
△YI 4.07 0.73
实施例4
接下来,测试五种不同的XPC树脂。树脂是双酚-A和4,4'-二羟基二苯甲酮(DHBP)的共聚物,并使用PCP封端剂。第一树脂含有5mol%的DHBP并且具有约21,000的靶标Mw。第二树脂含有5mol%的DHBP并具有约26,000的靶标Mw。第三树脂含有10mol%的DHBP并且具有约21,000的靶标Mw。第四树脂含有10mol%的DHBP并且具有约26,000的靶标Mw。第五树脂含有20mol%的DHBP并且具有约21,000的靶标Mw。
五种XPC树脂与不同量的具有Mw≈31,000的低流动双酚A聚碳酸酯均聚物(LC-PC)共混,并测试性能。结果在表4A和4B中示出。对于火焰性能,对于每个实例,48小时的结果在左栏中报告,同时168小时的结果在右栏中报告。在Loctite系统中,进行36J/cm2UVA的滤过的紫外线光的紫外线暴露,顶部面向紫外线灯。通过具有3.2mm厚度的拉伸棒在断裂处的伸长率测定耐化学性。
表4A
表4B
共混物在紫外线暴露之后通常具有分子量的更大增加,而且具有更低的MFR。共混物也比纯树脂具有更好的耐化学性。
实施例5
接下来,由双酚-A形成的并具有20mol%的4,4'-二羟基二苯甲酮,剩余物双酚A,和对枯基苯酚封端剂以及通过聚碳酸酯标准的约21,000g/mol的分子量的XPC-1聚碳酸酯与其它聚合物共混,并且被铸造或压制成40-60微米的膜。
那些聚合物是癸二酸-共-双酚A共聚物(SA-BPA);共聚酯聚合物(来自于Eastman的TRITANTX1000);聚苯乙烯聚合物(来自于TotalPetrochemicals的结晶聚苯乙烯585);聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物(PERSPEXCP-61);二甲基双酚环己烷-共-双酚A共聚物(DMBPC-BPA、DMX1435);含有80%CHDM的热塑性聚酯(PCTG);聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物(VALOX195);具有70%橡胶含量的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS);具有16%橡胶含量的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
总共制成12种组合物,标记为PCB-1至PCB-12。PCB-1是对照,并且是100%XPC-1(即没有共混物)。作为第二对照,还使用了由双酚A形成的并且具有5mol%的4,4'-二羟基二苯甲酮,剩余物双酚-A,和对枯基苯酚封端剂以及通过聚碳酸酯标准的26,000g/mol的分子量的也XPC-2聚碳酸酯。随后由12种组合物制成膜。PCB-1至PCB-8被支承在滑动玻璃上(25×75mm膜)。PCB-9至PCB-12被压制成膜(50mm直径圆盘)。
随后使用LoctiteUV系统,将由12种组合物形成的膜暴露于滤过的紫外线辐射。每一个膜中只有一个表面被暴露。通过分别暴露膜13秒、19.5秒、26秒、54秒、或320秒,同时照射膜0.5、0.75、1.2、或12J/cm2的UVA能量。使用DSC测定玻璃化转变温度(Tg)。
在暴露之后,把膜浸在10mL的二氯甲烷中并且监测在48小时的任何剩余物质。凝胶的存在被当作交联的指标。注意到,含有PCTG或PBT的任何共混物要求另外的溶剂从而完全地溶解。这些能够被溶解于苯酚和三氯乙烷的混合物中或通过反复暴露于二氯甲烷和甲酚的混合物中。
结果在表5A和5B中提供。聚合物的量以重量百分数报导。如果凝胶的数量等于膜的数量,即所有的膜形成连续的凝胶层,那么利用Y表示交联。如果凝胶的数量大于膜的数量,即凝胶层分段成几块,那么利用G标记它们。如果没有可见的凝胶,那么利用N标记组合物。在利用不相溶的共混物的系统中记录二个DSC值,其中二个Tg值仍然是不同的。
除含有ABS的PCB-12之外,含有XPC-1(20mol%DHBP)的所有共混物在小于30秒内形成难溶的凝胶。共混物中的六种在0.5J/cm2处形成难溶的凝胶。
表5A
组分 PCB-1 PCB-2 PCB-3 PCB-4 PCB-5 PCB-6
XPC-1(20mol%) 100 50 80 80 80
XPC-2(5mol%) 100
SA-BPA 20
TRITAN 20
聚苯乙烯 50 20
交联的@0UVA J/cm2 N N N N N N
交联的@0.5UVA J/cm2 G N N G G G
交联的@0.75UVA J/cm2 G N G G G G
交联的@1UVA J/cm2 Y N G Y G G
交联的@2UVA J/cm2 Y G G Y Y Y
交联的@12UVA J/cm2 Y Y Y Y Y Y
DSC Tg(℃)@0UVA J/cm2 146 146 105,146 144 105,146 109,145
DSC Tg(℃)@12UVA J/cm2 150 147 107,147 146 103,148 106,147
组合物中DHBP的mol% 20 5 10 16 16 16
表5B
组分 PCB-7 PCB-8 PCB-9 PCB-10 PCB-11 PCB-12
XPC-1(20mol%) 80 80 75 75 85 85
PMMA 20
DMBPC-BPA 20
PCTG 25
PBT Valox 195 25
MBS 15
ABS 15
交联的@0UVA J/cm2 N N N N N N
交联的@0.5UVA J/cm2 N G G N G N
交联的@0.75UVA J/cm2 G G G G G N
交联的@1UVA J/cm2 G G Y G G N
交联的@2UVA J/cm2 Y Y Y G G G
交联的@12UVA J/cm2 Y Y Y Y Y Y
DSC Tg(℃)@0UVA J/cm2 146 146 122 118 147 109,144
DSC Tg(℃)@12UVA J/cm2 148 147 120 115 146 107,143
组合物中DHBP的mol% 16 16 15 15 17 17
实施例6
接下来,将一些另外的组合物W01-W07制为共混物。共混物包含XPC-1树脂(20mol%DHBP),和另外的聚合物。使用Loctite系统通过暴露膜于滤过的紫外线光分别40秒、54秒、80秒,或320秒,将膜暴露于1.5、2、3、或12J/cm2的UVA能量。聚合物的量以重量百分数报导。结果以与表5A和5B相同的方式而报导,并且列于下面的表6中。
表6
组分 W01 W02 W03 W04 W05 W06 W07
XPC-1(20mol%) 20 25 25 20 20 20 20
TRITAN 80
PCTG 75
PBT 75
聚苯乙烯 80
PMMA 80
SA-BPA 80
DMBPC-BPA 80
交联的@0UVA J/cm2 N N N N N N N
交联的@1.5UVA J/cm2 G G G G G G G
交联的@2UVA J/cm2 G G G G G Y G
交联的@3UVA J/cm2 G Y G G G Y Y
交联的@12J/cm2 Y Y G G G Y Y
DSC Tg(℃)@0UVA J/cm2 118 95 104 105,144 136 133
DSC Tg(℃)@12UVA J/cm2 117 99 105 103 135 140
相分离的 N N Y Y Y N N
在W04和W05中,聚苯乙烯和PMMA是占优势的相,小而可见的聚碳酸酯球在浸没之后在溶液中存在浮动。向连续的凝胶层的转变没有发生,其是具有此形态学的可预知的结果。考虑到连续的凝胶层最终形成,其它共混物样品形成连续的凝胶层。此效果也见于W03,其中PBT阻止连续的凝胶在暴露的表面形成。用于W03的DSC分析表示没有不同的玻璃化转变温度的峰。在221℃处的熔融温度峰有W03存在。
实施例7
从之前列出的共混物,使用与LF-PC共混的XPC-1和XPC-2在另外的剂量下暴露一些组合物,并且制成另外的共混物(标记的B1-B3)。在Loctite系统中,分别通过暴露膜于滤过的紫外线光26秒、40秒、54秒、80秒、或320秒,将膜暴露于1、1.5、2、3、或12J/cm2的UVA能量。聚合物的量以重量百分数报导。结果以与表5A和5B相同的方式而报导,并且列于下面的表7中。Mw的行是通过使用紫外线检测器和聚碳酸酯标准的GPC测定的重均分子量。
表7
组分 B1 B2 W06 W07 B3 W02
XPC-1(20mol%) 20 20 20 25 25
LF-PC 80 75
XPC-2(5mol%) 100
SA-BPA 80
DMBPC-BPA 80
PCTG 75
组合物中DHBP的mol% 4 5 4 4 5 5
交联的@1UVA J/cm2 N N G G G N
交联的@1.5UVA J/cm2 G N Y G G G
交联的@2UVA J/cm2 G G Y G G G
交联的@3UVA J/cm2 G G Y Y G G
交联的@12J/cm2 Y Y Y Y Y Y
Mw@0UVA J/cm2 24610 22401 26346 22316 - -
Mw@1UVA J/cm2 28627 25692 36839 30841 - -
Mw@1.5UVA J/cm2 29438 26115 40924 31483 - -
Mw@2UVA J/cm2 34999 29374 49510 38279 - -
Mw@3UVA J/cm2 35092 32085 63962 39890 - -
Mw@12UVA J/cm2 46704 42098 56484 38466 - -
注意到,XPC-2在1.5J/cm2处没有产生可见的凝胶,其中XPC-1共混物均展现一些凝胶形成。即使在XPC-1组合物中的DHBPmol%相等或小于在XPC-2组合物中的DHBPmol%,此效果发生。4mol%DHBP水平足以满足交联,正如B1,W06,和W07所示的。在1.5J/cm2的UVA处,含有SA-BPA(W06)的共混物形成连续的凝胶层,同时没有交联的凝胶存在于XPC-2膜(B2)中。通常,分子量随着紫外线暴露而增加,表明交联发生。
在12J/cm2UVA暴露之后,在PCB-1、W06,和W07的交联的凝胶部分上进行FTIR,并在二氯甲烷中在浸没之后恢复FTIR。在SA-BPA和DMBPC-BPA的粉末形式上,也进行了FTIR。PCB-1胶凝部分材料的光谱用作对照。理论是,如果W06/W07已经形成含有XPC树脂和其它聚合物(SA-BPA或DMBPC-BPA)的交联的网络,那么W06/W07的FTIR应当具有表示两个成分的峰的信号。
图4是示出了PCB-1、SA-BPA、和W07凝胶的FTIR光谱的图。在887cm-1和929cm-1处的峰比率在共混物凝胶中是显著不同的,表明聚合物均合并至交联的凝胶层中。
图5是示出了PCB-1、DMBPC-B{A、和W07凝胶,具有从1200cm-1至800cm-1波数的FTIR光谱的图。在1100cm-1和1114cm-1的峰比率存在于W07凝胶和DMBPC-BPA光谱中,表明聚合物均合并在交联的凝胶层中。
图6是示出了PCB-1、DMBPC-BPA、和W07凝胶,具有从1550cm-1至1350cm-1波数的FTIR光谱的图。在1452cm-1处的峰出现在W07凝胶和DMBPC-BPA光谱中,同时不存在于对照光谱中。
FTIR数据同时表明凝胶含有通过XPC树脂与其它聚合物的交联所形成的反应产物。
接下来,XPC-3聚碳酸酯由具有3.45mol%4-羟基二苯甲酮(4-HBP)封端剂和22,000g/mol的分子量的双酚A形成。XPC-1和XPC-3树脂与不同量的LF-PC树脂共混从而制造组合物B1-B9。在Loctite系统中,通过分别暴露膜于滤过的紫外线光40秒、54秒、80秒,或320秒,将膜暴露于1.5、2、3,或12J/cm2的UVA能量。聚合物的量以重量百分数报导。在下面的表8中列出了结果。
表8
组分 B2 B4 B3 B1 B5 B6 B7 B8 B9
XPC-1(20mol%DHBP) 100 30 25 20 10 5
LF-PC 70 75 80 90 95 42 70
XPC-3(3.45mol%4-HBP) 100 58 30
在组合物中二苯甲酮mol% 20 6 5 4 2 1 3.45 2 1.04
交联的@0UVA J/cm2 N N N N N N N N N
交联的@1.5UVA J/cm2 Y G G G N N N N N
交联的@2UVA J/cm2 Y Y G G G N G N N
交联的@3UVA J/cm2 Y Y Y G G G G N N
交联的@12J/cm2 Y Y Y Y Y G Y G N
在12J/cm2处,含有10wt%的20mol%XPC-1树脂的共混物仍然示出了足够的交联形成从而产生连续的凝胶层。交联的凝胶形成在具有2mol%的二羟基二苯甲酮的B5中,而作为封端剂的具有相同mol%的单羟基二苯甲酮的相应样品B8未能产生交联的凝胶。获得连续的凝胶层(Y)所需的紫外线剂量变化取决于其它树脂的总DHBP含量和特性。
实施例8
XPC-1树脂(20mol%DHBP,Mw约21,000g/mol)与不同量的聚醚酰亚胺(PEI,ULTEM1010)和聚醚砜(PES,ULTRASONE2010)共混。这些树脂具有高玻璃化转变温度。随后在Loctite系统中,通过分别暴露膜于滤过的紫外线光54秒、80秒,或320秒,将树脂暴露于2、3,或12J/cm2的UVA能量。结果示于下面的表9中。交联存在于这些实例中。C1和C2意外地形成连续的凝胶层。这是意外的,因为(a)膜几乎是不透明的,表示相分离;(b)PEI从250-395nm强烈吸收UVA辐射。
表9
组分 C1 C2 C3 C4 C5 C6
XPC-1(20mol%DHBP) 85 50 50 20
PEI 15 50 100
PES 50 80 100
交联的@0UVA J/cm2 N N N N N N
交联的@2UVA J/cm2 G G G G
交联的@3UVA J/cm2 Y G G G
交联的@12J/cm2 Y Y Y Y N N
根据示例性的实施方式已经描述了本公开。显然,在阅读并理解前面的详细描述后将发生其它修改和变更。意图是,就它们落入在附属的权利要求或等价物的范围内来说,本公开被解释为包括所有这些修改和变更。
总之,聚合共混物,包含:光敏添加剂,该光敏添加剂是含有衍生自二羟基二苯甲酮光敏基团的可交联的聚碳酸酯树脂;和聚合物树脂,该聚合物树脂不同于该光敏添加剂,优选地,其中光敏添加剂与聚合物树脂的重量比是约10:90至约15:85;最优选地,其中聚合物树脂是均聚碳酸酯、共聚碳酸酯、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物、聚酯-聚碳酸酯、聚膦酸酯聚合物、聚膦酸酯共聚物,或聚(聚膦酸酯)-共-(BPA碳酸酯)共聚物或对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚-A碳酸酯)共聚物,例如对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚-A碳酸酯)聚合物或具有0.4wt%至25wt%聚硅氧烷含量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物,具体地其中聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物是包含约6wt%硅氧烷(±10%)至约20wt%硅氧烷(±10%)并具有10至200的硅氧烷链长度的硅氧烷嵌段共聚碳酸酯;或者可替换地其中聚合物树脂选自由以下组成的组:聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物,例如基于共混物的总重量具有约4wt%至约8wt%的硅氧烷含量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物;聚碳酸酯树脂,该聚碳酸酯树脂在聚合物主链中具有含有至少两个碳原子的脂肪族链作为重复单元;乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物;共聚酯聚合物;双酚A均聚碳酸酯;聚苯乙烯聚合物;聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物;热塑性聚酯;聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物;二甲基双酚环己烷-共-双酚A共聚物;聚醚酰亚胺;聚醚砜;双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷)的共聚碳酸酯。可选地,光敏添加剂由包含以下(物质)的反应所形成:二羟基二苯甲酮;二醇增链剂;包括多个连接基团的第一连接体部分,其中每个连接基团与二羟基二苯甲酮和二醇增链剂的羟基基团反应;和封端剂,优选地其中封端剂选自以下组成的组:苯酚、对叔丁基苯酚、对枯基苯酚、辛基苯酚,和对氰基苯酚;光敏添加剂在紫外线暴露之前具有15,000或更大的重均分子量;并且可选地其中二羟基二苯甲酮与第一连接体部分的摩尔比在紫外线暴露之前是1:2至1:200。可选地,光敏添加剂是可交联的聚碳酸酯树脂,其在紫外线暴露之前具有通过使用UV-VIS检测器和聚碳酸酯标准的GPC测定的在17,000和80,000道尔顿之间的重均分子量,可选地其中可交联的聚碳酸酯树脂在紫外线暴露之前具有通过使用UV-VIS检测器和聚碳酸酯标准的GPC测定的在2.0和3.0之间的多分散指数(PDI)和/或在300℃/1.2kg/360s停留下约1至约40g/10min的熔体流动速率。或者,光敏添加剂是可交联的聚碳酸酯树脂,其在300℃/1.2kg/360s停留下约1至约40g/10min的熔体流动速率,并且由可交联的聚碳酸酯树脂形成的板在36.0J/cm2UVA的紫外线照射之后可以在1.5mm(±10%)厚度处实现UL945VA性能。在上述共混物中,以下条件中的至少一种可以应用:共混物进一步包含阻燃剂,优选地其中阻燃剂是全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、二苯砜-3-磺酸钾(KSS),或它们的组合,更优选地其中阻燃剂以约0.06wt%至约0.08wt%的量存在;共混物进一步包含热稳定剂和脱模剂,可选地连同抗冲改性剂、紫外线稳定剂、着色剂、阻燃剂、热稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、填料、增强剂、抗氧化剂、抗静电剂、起泡剂,或辐射稳定剂;由共混物形成的板在1.5mm(±10%)厚度处实现UL945VA等级。由共混物形成的产品可以是模制品、膜、板、多层膜的层、或多层板的层,例如,通过注射成型、二次成型、共注射成型、挤出、多层挤出、旋转成型、吹塑,或热成型所形成;并且其中产品暴露于紫外线辐射从而引起可交联的聚碳酸酯树脂的交联。
在另一种实施方式中,由已经暴露于紫外线辐射的聚合共混物所形成的交联层,包括:光敏添加剂,该光敏添加剂是含有衍生自二羟基二苯甲酮光敏基团的可交联的聚碳酸酯树脂;和聚合物树脂,该聚合物树脂不同于该光敏添加剂,优选地,其中该交联层含有来自于光敏添加剂和聚合物树脂的链,更优选地,其中交联足够产生含有光敏添加剂和聚合物树脂的连续的不溶性层;更优选地,其中该交联层通过暴露于0.5J/cm2的UVA辐射和无法检测的UVC辐射而形成,和/或交联层在36J/cm2UVA的紫外线照射之后可以在1.5mm(±10%)厚度处实现UL945VA性能。

Claims (34)

1.一种聚合共混物,包含:
光敏添加剂,所述光敏添加剂是含有衍生自二羟基二苯甲酮的光敏基团的可交联的聚碳酸酯树脂;和
聚合物树脂,所述聚合物树脂不同于所述光敏添加剂。
2.根据权利要求1所述的共混物,其中所述聚合物树脂是聚酯、聚酯碳酸酯、双酚A均聚碳酸酯、聚碳酸酯共聚物、四溴双酚A聚碳酸酯共聚物、聚硅氧烷-共-双酚A聚碳酸酯、聚酯酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚、聚醚砜、聚环氧化物、聚交酯、聚乳酸(PLA)、或它们的任何组合。
3.根据权利要求1或2中一项或多项所述的共混物,其中所述聚合物树脂是乙烯基聚合物、橡胶改性的接枝共聚物、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚酯酰胺、聚硅氧烷、聚氨酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚砜、聚环氧化物、聚醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚铜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)树脂、聚醚砜、聚苯砜、聚(烯基芳香族)聚合物、聚丁二烯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯醚、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯、液晶聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、芳香族聚酯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、四氟乙烯、聚交酯、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯-聚有机硅氧烷嵌段共聚物,或包含:(i)芳香族酯、(ii)酯碳酸酯、和(iii)碳酸酯重复单元的共聚物。
4.根据权利要求1至3中任一项或多项所述的共混物,其中所述聚合物树脂是均聚碳酸酯、共聚碳酸酯、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物、聚酯-聚碳酸酯、或对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚A碳酸酯)共聚物。
5.根据权利要求1至4中任一项或多项所述的共混物,其中所述聚合物树脂是对枯基苯酚封端的聚(间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-间苯二酚酯)-共-(双酚-A碳酸酯)聚合物或具有0.4wt%至25wt%聚硅氧烷含量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。
6.根据权利要求5所述的共混物,其中所述聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物是硅氧烷嵌段共聚碳酸酯,所述硅氧烷嵌段共聚碳酸酯包含约6wt%硅氧烷(±10%)至约20wt%硅氧烷(±10%),并且具有10至200的硅氧烷链长度。
7.根据权利要求1至6中任一项或多项所述的共混物,其中所述聚合物树脂是聚膦酸酯聚合物、聚膦酸酯共聚物、或聚(聚膦酸酯)-共-(BPA碳酸酯)共聚物。
8.根据权利要求1至7中任一项或多项所述的共混物,其中所述聚合物树脂选自由以下组成的组:聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物;在聚合物主链中具有含有至少两个碳原子的脂肪族链作为重复单元的聚碳酸酯树脂;乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物;共聚酯聚合物;双酚A均聚碳酸酯;聚苯乙烯聚合物;聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物;热塑性聚酯;聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物;甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物;二甲基双酚环己烷-共-双酚A共聚物;聚醚酰亚胺;聚醚砜;以及双酚A和1,1-双(4-羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷)的共聚碳酸酯。
9.根据权利要求1至8中任一项或多项所述的共混物,其中所述光敏添加剂与所述聚合物树脂的重量比是约10:90至约15:85。
10.根据权利要求1至9中任一项或多项所述的共混物,其中所述光敏添加剂由包括下述的反应形成:
二羟基二苯甲酮;
二醇增链剂;
包含多个连接基团的第一连接体部分,其中每个连接基团与所述二羟基二苯甲酮和所述二醇增链剂的羟基基团反应;和
封端剂。
11.根据权利要求10所述的共混物,其中所述封端剂选自由以下组成的组:苯酚、对叔丁基苯酚、对枯基苯酚、辛基苯酚、和对氰基苯酚。
12.根据权利要求10或11所述的共混物,其中所述光敏添加剂在紫外线暴露之前具有15,000或更大的重均分子量。
13.根据权利要求10至12中任一项或多项所述的共混物,其中在紫外线暴露之前所述二羟基二苯甲酮与所述第一连接体部分的摩尔比是从1:2至1:200。
14.根据权利要求10至13中任一项或多项所述的共混物,其中所述光敏添加剂是下述可交联的聚碳酸酯树脂,所述可交联的聚碳酸酯树脂在紫外线暴露之前具有使用UV-VIS检测器和聚碳酸酯标准通过GPC测量的在17,000至80,000道尔顿之间的重均分子量。
15.根据权利要求10至14中任一项或多项所述的共混物,其中所述可交联的聚碳酸酯树脂在紫外线暴露之前具有使用UV-VIS检测器和聚碳酸酯标准通过GPC测量的在2.0至3.0之间的多分散指数(PDI)。
16.根据权利要求10至15中任一项或多项所述的共混物,其中所述可交联的聚碳酸酯树脂在300℃/1.2kg/360s停留处具有约1至约40g/10min的熔体流动速率。
17.根据权利要求1所述的添加剂,其中所述光敏添加剂是在300℃/1.2kg/360s停留处具有约1至约40g/10min的熔体流动速率的可交联的聚碳酸酯树脂,并且由所述可交联的聚碳酸酯树脂形成的板在36.0J/cm2UVA的紫外线辐射之后在1.5mm(±10%)厚度处可以获得UL945VA性能。
18.根据权利要求1所述的共混物,进一步包含阻燃剂。
19.根据权利要求18所述的共混物,其中所述阻燃剂是全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、二苯砜-3-磺酸钾(KSS)、或它们的组合。
20.根据权利要求18所述的共混物,其中所述阻燃剂以约0.06wt%至约0.08wt%的量存在。
21.根据权利要求18所述的共混物,进一步包含热稳定剂和脱模剂。
22.根据权利要求1至21中任一项或多项所述的共混物,进一步包含抗冲改性剂、紫外线稳定剂、着色剂、阻燃剂、热稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、填料、增强剂、抗氧化剂、抗静电剂、起泡剂、或辐射稳定剂。
23.根据权利要求1至23中任一项或多项所述的共混物,其中所述聚合物树脂是基于所述共混物的总重量具有约4wt%至约8wt%的硅氧烷含量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。
24.根据权利要求1至23中任一项或多项所述的共混物,其中由所述共混物形成的板在1.5mm(±10%)的厚度处获得UL945VA等级。
25.一种由权利要求1至24中任一项或多项所述的共混物形成的产品。
26.根据权利要求25所述的产品,其中所述产品是下述中的至少一种:汽车保险杠、汽车外部组件、汽车镜壳体、汽车格栅、汽车柱、汽车轮罩、汽车仪表板或装饰、汽车手套箱、汽车门五金或其它内部装饰、汽车外部灯、发动机舱内的汽车部件、农用拖拉机或设备部件、建筑装置车辆或设备部件、建筑或农业装置格栅、船舶或个人水上艇部件、全地形车辆或全地形车辆部件、管道设备、阀或泵、空调加热或冷却部件、熔炉或热泵部件、计算机部件、计算机路由器、台式打印机、大型办公/工业打印机、电子部件、投影仪部件、电子显示器部件、复印机部件、扫描仪部件、电子打印机墨粉盒、吹风机、熨斗、咖啡机、烘烤机、洗衣机或洗衣机部件、微波炉、烤箱、电动工具、电气组件、电气外壳、照明部件、牙科器械、医疗器械、医疗或牙科照明部件、航行器部件、火车或铁轨部件、座椅组件、侧壁、天花板部件、炊具、医疗器械托盘、动物笼、纤维、激光焊接的医疗设备、光纤、透镜(自动和非自动)、手机部件、温室组件、日光室组件、消防头盔、安全防护罩、安全眼镜、防护板、气泵部件、加湿器壳体、温控器壳体、空调排放盘、室外机箱、电信外壳或基础结构、简单网络检测系统(SNIDS)设备、网络接口设备、烟雾检测器、在增压空间中的组件或装置、医疗扫描仪、X射线装置、建筑或农业装置、手提式电子设备外壳或部件、步话机外壳或部件、扫描仪外壳或部件、媒体/MP3/MP4播放器外壳或部件、无线电外壳或部件、GPS系统外壳或部件、电子书外壳或部件、平板电脑外壳或部件、可佩带的电子设备、智能手表、可佩带的训练/跟踪设备、可佩带的活动/睡眠监测系统、可佩带的电子表带、电子玻璃、手持工具外壳或部件、智能电话外壳或部件、和涡轮叶片。
27.根据权利要求25或权利要求26所述的产品,其中所述产品是模制品、膜、板、多层膜的层、或多层板的层。
28.根据权利要求25至27中任一项或多项所述的产品,其中所述产品通过注射成型、二次成型、共注射成型、挤出、多层挤出、旋转成型、吹塑、或热成型形成。
29.根据权利要求25至28中任一项或多项所述的产品,其中所述产品暴露于紫外线辐射从而引起所述可交联的聚碳酸酯树脂的交联。
30.一种由已经暴露于紫外线辐射的聚合共混物形成的交联的层,所述共混物包含:
光敏添加剂,所述光敏添加剂是含有衍生自二羟基二苯甲酮的光敏基团的可交联的聚碳酸酯树脂;以及
聚合物树脂,所述聚合物树脂不同于所述光敏添加剂。
31.根据权利要求30所述的层,其中所述交联的层含有来自所述光敏添加剂和所述聚合物树脂两者的链。
32.根据权利要求30或权利要求31所述的层,其中所述交联足以产生含有所述光敏添加剂和所述聚合物树脂的连续不溶性层。
33.根据权利要求30至32中任一项或多项所述的层,其中所述交联的层通过暴露于0.5J/cm2的UVA辐射和不可检测的UVC辐射形成。
34.根据权利要求30至33中任一项或多项所述的层,其中所述交联的层在36J/cm2UVA的紫外线辐射之后在1.5mm(±10%)厚度处可以获得UL945VA性能。
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