CN1140564C - 聚碳酸酯的猝灭方法 - Google Patents

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Abstract

由碳酸二芳基酯和二元酚在碱性催化剂的存在下通过用来制备中间体聚碳酸酯组合物的熔融缩合制备的聚碳酸酯,使用了甲苯磺酸烷基酯猝灭剂和亚磷酸进行猝灭处理。猝灭效果可以通过紫外保留来测定。令人惊奇的是,尽管单独使用亚磷酸对于紫外保留没有影响,但甲苯磺酸烷基酯猝灭剂与亚磷酸的结合比单独使用甲苯磺酸烷基酯猝灭剂有明显的改进。因此,本发明的方法可以降低甲苯磺酸烷基酯的用量,并得到甚至通过增加甲苯磺酸烷基酯的量也无法得到的优良结果。

Description

聚碳酸酯的猝灭方法
交叉参考的相关专利
无有关联邦资助研究的陈述
发明背景
本申请涉及用熔融方法制备的聚碳酸酯的处理,尤其涉及聚碳酸酯合成反应中所使用的残余催化剂的猝灭方法及通过该反应制成的产品。
芳族聚碳酸酯可用于许多应用场合,因为其具有理想的物理性能,包括强度和光学清晰度。如图1所示,有三种已知的芳族聚碳酸酯的生产方法。传统的界面方法和以光气为基础的熔融方法开始于光气与一氧化碳的反应。开发“无光气”熔融方法是为了避免在反应过程中使用高毒性光气。
两种熔融方法均使用碳酸二芳基酯如碳酸二苯酯作为中间体,它与二元酚如双酚A(BPA)在碱性催化剂的存在下聚合形成聚碳酸酯,反应按图2所示的一般反应来进行。该聚碳酸酯可以被挤出或经过其他加工,也可以与添加剂如染料和紫外稳定剂结合。然而在许多情况下,残余催化剂的存在对产品质量有有害的影响,导致产品的色度、分子量或流变性能变差。残余催化剂也可能与添加剂相互作用而降低后者的功效。因此,希望减少残余催化剂的量以使这些相互作用降到最低程度。这种减少称作“猝灭”。
共同转让的美国专利No.5 606 007,在此引入作为参考,公开了使用酸性化合物来猝灭残余碱度。所试验的酸化合物显示能够制备具有提高的耐热性和耐水性以及低泛黄指数的聚碳酸酯。该专利没有直接指出的残余碱性催化剂的一个重要的后果是紫外吸收剂与聚碳酸酯骨架之间的碱-催化偶合。一般情况下,液态猝灭剂的使用量低于4ppm。尽管量小,但是它相当于中和所有使用的催化剂所必需的猝灭剂理论用量的大约4倍。然而,尽管猝灭剂过量,但仍然会发生紫外吸收剂与聚碳酸酯骨架之间的反应,从而影响紫外保护的效果。而且,一旦达到阈值,更多猝灭剂的加入对于紫外吸收剂和聚碳酸酯之间的反应程度不会造成任何明显的影响。因此,仍然需要一种猝灭残余碱性催化剂的方法,以便更加有效地减少紫外吸收剂与聚碳酸酯之间的相互作用。
希望提供这样一种方法。
还希望提供紫外保留值高和颜色稳定性好的成品聚碳酸酯组合物。
发明简述
本发明的这些和其他目的借助聚碳酸酯的处理方法来达到,所述聚碳酸酯由碳酸二芳基酯和二元酚在碱性催化剂的存在下通过用来制备中间体聚碳酸酯组合物的熔融缩合而制备,所述处理方法包括以下步骤:
(a)将中间体聚碳酸酯组合物与甲苯磺酸烷基酯猝灭剂和亚磷酸混合;以及
(b)加工中间体聚碳酸酯组合物和猝灭剂组合物的混合物,以共混该混合物并猝灭中间体聚碳酸酯组合物中存在的残余碱性催化剂。猝灭效果可以通过紫外保留来测定。令人惊奇的是,尽管单独使用亚磷酸对于紫外保留没有影响,但甲苯磺酸烷基酯猝灭剂与亚磷酸的结合比单独使用甲苯磺酸烷基酯猝灭剂有明显的改进。因此,本发明的方法可以降低甲苯磺酸烷基酯猝灭剂的用量,并得到甚至通过增加甲苯磺酸烷基酯的量也无法得到的优良结果。
附图说明
图1示出生产聚碳酸酯的三种方法,以及
图2示出制备聚碳酸酯的碳酸二芳基酯和二元酚的反应。
发明详述
在本发明的方法中,存在于由碳酸二芳基酯与二元酚反应制备的聚碳酸酯组合物中的残余碱性催化剂用甲苯磺酸烷基酯与亚磷酸猝灭,以得到具有提高的性能的聚碳酸酯组合物。本发明的方法可以用作聚碳酸酯制备过程的处理步骤,其中通过熔融状态下碳酸二芳基酯与二元酚在碱性催化剂存在下反应制备中间体聚碳酸酯组合物。使用该碱性技术的聚碳酸酯组合物的制备在本领域中是已知的,例如美国专利No.5 717 057、5 606 007和5 319 066中所述,其在此引入作为参考。
虽然本发明方法中优选使用的碳酸二芳基酯为碳酸二苯酯,但也可使用其他的碳酸二芳基酯以制备特种聚碳酸酯。合成碳酸二芳基酯的各种方法是已知的,例如,美国专利No.5 210 268、5 834 615和5 713 453中所述,其在此引入作为参考。
本发明方法优选使用的二元醇为双酚A,也可用其他二元醇,包括在美国专利No.5 717 057中列出的那些。
用于本发明方法的制备中间体组合物的催化剂为碱性催化剂,如碱金属或碱土金属化合物或含氮碱性化合物,其可有效地催化借助碳酸二芳基酯和二元酚熔融缩合的聚碳酸酯的生产。任何已知的可用于此目的的催化剂均可使用。
本发明的方法提供一种处理步骤,用来减少或消除聚碳酸酯产品中的残余催化剂以使其对成品性能的有害影响降至最小。根据本发明,该处理步骤通过如下方法完成:将中间体聚碳酸酯组合物与甲苯磺酸烷基酯和亚磷酸混合;加工中间体聚碳酸酯组合物和甲苯磺酸烷基酯与亚磷酸的混合物,以共混该组合物并猝灭中间体聚碳酸酯组合物中存在的残余碱性催化剂。
甲苯磺酸烷基酯和亚磷酸可以直接引入碱催化缩聚的聚碳酸酯产品中。可选择地,中间体聚碳酸酯产品可以被造粒,然后重新熔融,例如在挤出机中,以与猝灭剂混合。甲苯磺酸烷基酯的加入量将依赖于起始反应中碱性催化剂的用量。对于催化剂的普通工业量,甲苯磺酸正丁酯猝灭剂的合适用量为1-7ppm,优选2-5ppm。
甲苯磺酸烷基酯猝灭剂可以与聚碳酸酯缩合产品以几种方式中的任意一种方式进行混合。在第一个实施方案中,甲苯磺酸烷基酯与聚碳酸酯粉末结合,任选地包含另外的处理添加剂,并通过挤出机的一个侧喂入口引入。在第二个实施方案中,甲苯磺酸烷基酯与液体载体,如碳酸异丙烯酯结合,并注入到挤出机内熔融的聚碳酸酯中。在第三个实施方案中,甲苯磺酸烷基酯与聚碳酸酯结合为粒料,并通过挤出机的一个侧喂入口引入。该粒料可以通过甲苯磺酸烷基酯与聚碳酸酯的预混合来制备,通过将聚碳酸酯粉末和甲苯磺酸烷基酯的混合物进行压实来制备,或通过在聚碳酸酯粒料的外面涂覆一层甲苯磺酸烷基酯而得到。使用这些方法中的每一种方法将甲苯磺酸烷基酯猝灭剂引入,均在美国专利申请No.09/273 379中进行了描述,其在此引入作为参考。
亚磷酸的引入可以作为粉末状母料的一部分来完成,任选地包括其他添加剂。该母料通过挤出机的一个侧喂入口引入。亚磷酸也可以以水溶液形式经一个装在挤出机中的喷嘴通过液体注射方式引入。亚磷酸的加入量将依赖于起始反应中碱性催化剂的用量。对于催化剂的普通工业量,亚磷酸猝灭剂的合适用量为1-6ppm。
如下面实施例所述,试验用来比较本发明的用猝灭组合物处理过的聚碳酸酯与未用猝灭剂或只用甲苯磺酸烷基酯或只用亚磷酸猝灭剂处理的聚碳酸酯。两种分析试验用于评价猝灭效果。
在第一个试验中,测定了聚碳酸酯与紫外吸收剂(Cyasorb5411TM,由Cytec公司提供)之间的反应性。由于该紫外吸收剂含有一个有反应活性的OH基团,它可以在残余催化剂的存在下与聚碳酸酯骨架反应。发生该反应的量可以通过测定由紫外吸收剂引起的紫外吸收来确定,而且该量正比于残余催化剂的量。反应量可以定量地表示为:
%紫外保留=溶剂萃取后的检测量/完全水解后的检测量×100
紫外保留越高越好。令人惊奇的是,尽管单独使用亚磷酸对于提高紫外保留没有效果,但将甲苯磺酸正丁酯与亚磷酸结合所观测到的紫外保留却比甚至在较大量地使用甲苯磺酸正丁酯所得到的值还要高。
所进行的第二个试验是颜色稳定性试验。在该试验中,比较了在360℃下模塑的两片聚碳酸酯的泛黄指数,其中一片的测试时间为标准的循环时间,另一片为15分钟的延长的循环时间。两片的泛黄指数之间的差异越大,组合物呈现出的颜色稳定性越低。因此,颜色稳定性的评价值低是理想的。甲苯磺酸烷基酯与亚磷酸结合使用可以得到最好的结果。
现在,参考如下的非限定性实施例对本发明进行进一步的描述。
实施例1
用来评价本发明猝灭剂和猝灭剂组合物效果的实验在一个工业用JSW同向双螺杆挤出机中进行,挤出机直径为160mm,温度为300℃,螺杆速度为200rpm,生产量为5300kg/hr。通过引入各种添加剂对中间体聚碳酸酯进行处理。对于所有的样品,100ppm的水和四硬脂酸季戊四醇酯(PETS)经喷嘴注入挤出机中,含有0.1wt%热稳定剂和0.3wt%紫外吸收剂(Cyasorb 5411)的聚碳酸酯粉末状母料通过一个侧喂入口加入到挤出机中。当使用亚磷酸时,其也与该母料一起引入。用甲苯磺酸正丁酯处理的样品通过注入在碳酸异丙烯酯中含4%甲苯磺酸正丁酯的溶液进行处理,注入速度为0.5-1.0kg/hr。
进行六个实验,汇总于表1。评价所得成品的紫外保留百分数和颜色稳定性,该颜色稳定性由360℃下15分钟后的泛黄指数的增加来反映。如表1所示,用甲苯磺酸正丁酯和亚磷酸两者处理的样品6表现出了令人惊奇的优良结果。
                              表1
样品 甲苯磺酸正丁酯ppm  ppm H3PO3 %UV保留 停留YI增加360C,15min
 1  -  -  45  4.8
 2  2.4  0  65  4.2
 3  3.6  0  80  3.8
 4  4.8  0  78  3.7
 5  0  6  43  5.5
 6  3.6  2  93  3
实施例2
可以用于本发明方法的含有甲苯磺酸烷基酯的固态聚碳酸酯粒料可用三种方法制备。
在Henschel共混机中将100份聚碳酸酯粉末和0.3份甲苯磺酸正丁酯的混合物干法共混数分钟制备预混合的猝灭剂母料粒料。然后,干法共混的混合物在34mm的Leitritz同向双螺杆挤出机中,在270℃、250rpm和15kg/hr条件下进行混合。在混合过程中没有使用真空,以防止猝灭剂的挥发。混合后,得到干燥、透明、自然的粒料,并且未遇到任何的加工问题。通过HPLC对粒料进行分析,确定它们含有1950ppm甲苯磺酸正丁酯和400ppm对甲苯磺酸(也具有猝灭剂活性),它是由正丁酯的水解和热分解形成的。
将98份聚碳酸酯粉末,2份四硬脂酸季戊四醇酯(PETS)和0.3份甲苯磺酸正丁酯干法共混制备压实的粒料。干法共混的混合物在一个UMT压实机中压实,该压实机的模头直径为3mm,长度12mm,产量为15kg/hr。调整刀具以获得平均长度为12mm的规则的白色圆筒料。PETS用作润滑剂,以便将由磨擦产生的热减到最小。含有1.5份PETS的制剂难以压实但是是可以接受的。含有少于1份PETS的制剂不能在此设备中被压实。通过HPLC来分析压实粒料中的甲苯磺酸正丁酯,表明含2990ppm的甲苯磺酸正丁酯,具有非常好的一致性(标准偏差=46)。
在150升Nauta-Hosokawa锥形共混机中制备涂覆粒料。将90kg聚碳酸酯粒料在室温下引入共混机中,并且在300rpm预混5分钟。然后保持共混的同时,在2分钟内通过空气喷雾向粒料中喷入270g甲苯磺酸正丁酯(总PC重量的0.3wt%),在粒料上部的空间产生气雾。共混持续10分钟,在此期间猝灭剂被粒料吸收,气雾消失。得到干燥、轻微模糊而且具有甲苯磺酸正丁酯特有气味的粒料。HPLC分析显示猝灭剂的平均含量为2500ppm,这说明有一些猝灭剂聚集在了共混机的壁上。

Claims (8)

1.一种处理聚碳酸酯的方法,所述聚碳酸酯由碳酸二芳基酯和二元酚在碱性催化剂的存在下通过用来制备中间体聚碳酸酯组合物的熔融反应进行制备,该方法包括以下步骤:
(a)将中间体聚碳酸酯组合物与甲苯磺酸烷基酯和亚磷酸混合;和
(b)加工中间体聚碳酸酯组合物、甲苯磺酸烷基酯和亚磷酸的混合物以共混该混合物并猝灭中间体聚碳酸酯组合物中存在的残余碱性催化剂。
2.权利要求1的方法,其中甲苯磺酸烷基酯为甲苯磺酸正丁酯。
3.权利要求2的方法,其中甲苯磺酸正丁酯的量为1-7ppm。
4.权利要求3的方法,其中亚磷酸的量为1-6ppm。
5.权利要求1的方法,其中甲苯磺酸烷基酯与中间体聚碳酸酯组合物在液态载体中结合。
6.权利要求3的方法,其中甲苯磺酸正丁酯在碳酸异丙烯酯液态载体中进行加工。
7.权利要求3的方法,其中甲苯磺酸正丁酯的量为2-5ppm。
8.权利要求7的方法,其中亚磷酸的量为1-6ppm。
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