本发明的详细描述
下面将描述本发明的阻燃性树脂模塑品。
本发明的阻燃性树脂模塑品是由含热塑性树脂(A)和有机硅树脂(B)的阻燃性树脂组合物组成的模塑品,其中所述有机硅树脂(B)以扁平颗粒形式至少分散于接近模塑品表面的区域,其如图1所示。图1显示了本发明的阻燃性树脂组合物横截面的TEM照片。在常规的实践中,有机硅树脂以颗粒形式(其形状取决于树脂类型)分散于树脂模塑品中,但是本发明者发现如果有机硅树脂以特定扁平颗粒形式至少分散于模塑品表面近处就可获得高阻燃性模塑品。
在由这种有机硅树脂组成的扁平颗粒的短轴方向测得的厚度应为1-100nm,并且优选5-80nm。这种扁平颗粒的具体例子包括棒形颗粒和平板颗粒。
沿扁平颗粒长轴和短轴的长度之比应为5或更大,优选10或更大。如表2所示,当颗粒为棒状时,沿扁平颗粒长轴和短轴的长度之比相当于颗粒长度除以颗粒横截面尺寸,当颗粒为平板状时相当于最大颗粒长度除以颗粒厚度。
在本发明的阻燃性树脂组合物中,有机硅树脂应以扁平颗粒形式至少分散于模塑品表面附近的区域(离表面5微米的深度)。为此,有机硅树脂可以扁平颗粒形式均匀分散于整个模塑品中,或者有机硅树脂可以非扁平颗粒形式分散于模塑品内部。或者,整个有机硅树脂可以扁平颗粒形式分散于模塑品表面,或者所述树脂可以非扁平颗粒形式部分分散。这种非扁平颗粒的例子包括球形、块状等形状的颗粒。
当有机硅树脂按上述方式以扁平颗粒形式分散于近阻燃性树脂模塑品表面附近区域时,可获得超常阻燃性的模塑品。
例如,当本发明的阻燃性树脂模塑品按照在UnderwritersLaboratories Inc.的公报94“材料分类的燃烧试验”(后文称为UL-94)中所述的方法测试,使用这种模塑品制造1/16英寸厚的样品,将这些样品进行UL-94V易燃性试验,发现具有UL-94 V-0级别。下面是UL-94 V分级的简要说明。
V-0:当对每个样品施加两次火焰时,5个点燃样品的总燃烧时间(施加火焰10次)在50秒钟以内,单次施加火焰后的燃烧时间在10秒钟以内,并且没有样品滴落下能点燃脱脂棉的燃烧颗粒。
V-1:5个点燃样品的总燃烧时间(施加火焰10次)在250秒钟以内,单次施加火焰后的燃烧时间在30秒钟以内,并且没有样品滴落下能点燃脱脂棉的燃烧颗粒。
V-2:5个点燃样品的总燃烧时间(施加火焰10次)在250秒钟以内,单次施加火焰后的燃烧时间在30秒钟以内,并且所有样品滴落下能点燃脱脂棉的燃烧颗粒。
所述阻燃性树脂模塑品具有优异的阻燃性和高的抗冲击性和耐热性。因此本发明的模塑品适合作为电气/电子装置组件以及OA设备和消耗电子元件的外壳和机壳。阻燃性树脂组合物
这种阻燃性树脂模塑品由含热塑性树脂(A)、有机硅树脂(B)和任选的滴落抑制剂(C)的阻燃性树脂组合物组成。
热塑性树脂(A)不受任何具体限制,它可以是任何常规的热塑性树脂。具体例子包括聚碳酸酯基树脂、聚酯基树脂、聚苯醚基树脂、聚酰胺基树脂、聚醚酰亚胺基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚烯烃基树脂、苯乙烯基树脂、芳族乙烯基/二烯/乙烯基氰化物基共聚物、丙烯酸树脂、聚酯碳酸酯基树脂和其它材料。也可将两种或多种这些树脂组合使用。
其中,优选聚碳酸酯基树脂。聚碳酸酯基树脂(A-1)
用于本发明的聚碳酸酯基树脂(A-1)为通过芳族二羟基化合物和碳酸酯前体反应获得的芳族均聚碳酸酯或芳族共聚碳酸酯。
聚碳酸酯基树脂通常包含由下式(1)表示的重复结构单元。化学式3(式中A为源于芳族二羟基化合物的二价残基)。
芳族二羟基化合物可以是含两个羟基(官能基)的单环或多环芳族化合物,其任一羟基直接键合到芳环的碳原子上。
由下式(2)表示的双酚化合物可作为这种芳族二羟基化合物的具体例子。化学式4
(式中R
a和R
b可相同或不同,为卤素原子或单价烃基;m和n为0到4的整数;X为
-O-,-CO-,-S-,-SO-,-SO
2-,或
R
c和R
d为氢原子或单价烃基,一种方案是环结构由R
c和R
d形成;R
e为二价烃基)。
由式(2)表示的芳族二羟基化合物的具体例子包括但不限于双(4-羟苯基)甲烷、1,1-双(4-羟苯基)乙烷、2,2-双(4-羟苯基)丙烷(所谓双酚A)、2,2-双(4-羟苯基)丁烷、2,2-双(4-羟苯基)辛烷、双(4-羟苯基)苯基甲烷、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、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、2,2-(4-羟基-3,5-二溴苯基)丙烷、和其它双(羟基芳基)烷烃;1,1-双(4-羟苯基)环戊烷、1,1-(4-羟苯基)环己烷和其它双(羟基芳基)环烷烃;4,4’-二羟基二苯基醚、4,4’-二羟基-3,3’-二甲基苯基醚和其它二羟基芳基醚;4,4’-二羟基二苯硫、4,4’-二羟基-3,3’-二甲基苯基硫和其它二羟基二芳基硫;4,4’-二羟基二苯基亚砜、4,4’-二羟基-3,3’-二甲基二苯基亚砜和其它二羟基二芳基亚砜;和4,4’-二羟基二苯基砜、4,4’-二羟基-3,3’-二甲基二苯基砜和其它二羟基二芳基砜。
在这些芳族二羟基化合物中,特别优选2,2-双(4-羟苯基)丙烷(双酚A)。
除上式(2)表示的芳族二羟基化合物外,还可使用由下式(3)表示的芳族二羟基化合物。化学式5(式中Rf各独立为C1-C10烃基、通过用卤素原子取代一个或多个这种烃基获得的卤代烃基、或卤素原子;p为0到4的整数)。
这种化合物的例子包括间苯二酚;3-甲基间苯二酚、3-乙基间苯二酚、3-丙基间苯二酚、3-丁基间苯二酚、3-叔丁基间苯二酚、3-苯基间苯二酚、3-枯基间苯二酚、2,3,4,6-四氟间苯二酚、2,3,4,6-四溴间苯二酚和其它取代的间苯二酚;儿茶酚;氢醌;和3-甲基氢醌、3-乙基氢醌、3-丙基氢醌、3-丁基氢醌、3-叔丁基氢醌、3-苯基氢醌、3-枯基氢醌、2,3,5,6-四甲基氢醌、2,3,5,6-四叔丁基氢醌、2,3,5,6-四氟氢醌、2,3,5,6-四溴氢醌和其它取代氢醌。
也可使用上式(2)所示以外的芳族二羟基化合物。其中之一为由下式表示的2,2,2’,2’-四氢-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二-[1H-茚]-7,7’-二醇。化学式6
这些芳族二羟基化合物可单独使用或者两种或多种化合物组合使用。
所述聚碳酸酯可以是线型或支化的化合物。也可使用线性和支化的聚碳酸酯的共混物。
这种支化的聚碳酸酯可通过多官能芳族化合物与芳族二羟基化合物和碳酸酯前体反应来获得。这种多官能芳族化合物的典型例子描述于美国专利3,028,385、3,334,154、4,001,124和4,131,576中。具体例子包括1,1,1-三(4-羟苯基)乙烷、2,2’,2”-三(4-羟苯基)二异丙基苯、α-甲基-α,α’,α’-三(4-羟苯基)-1,4-二乙基苯、α,α’,α”-三(4-羟苯基)-1,3,5-三异丙基苯、氯代甘氨酸、4,6-二甲基-2,4,6-三(4-羟苯基)庚烷-2、1,3,5-三(4-羟苯基)苯、2,2-双-[4,4-(4,4’-二羟苯基)环己基]丙烷、1,2,4-苯三酸、1,3,5-苯三酸和1,2,4,5-苯四酸;其中优选1,1,1-三(4-羟苯基)乙烷和α,α’,α”-三(4-羟苯基)-1,3,5-三异丙基苯。
作为在25℃的二氯甲烷中测量的聚碳酸酯基树脂的特性粘度来说,不受任何具体限制,在考虑用途和模塑品性质下可适当选择。所述粘度通常为0.26dL/g或以上,优选0.30-0.98dL/g,理想情况下为0.34-0.64dL/g。经粘度-平均分子量计算,所述粘度通常为10,000或以上,优选12,000-50,000,理想情况下为14,000-30,000。也可以使用具有多个不同特性粘度的聚碳酸酯树脂混合物。
用于本发明的聚碳酸酯基树脂可通过常规方法制得。这些方法的例子包括:
(1)芳族二羟基化合物和碳酸酯前体(例如碳酸二酯)在熔融态进行酯交换,并合成聚碳酸酯的方法(熔融法),和
(2)芳族二羟基化合物和碳酸酯前体(例如光气)在溶液中反应的方法(界面法)。
这些制备方法描述于例如JP(未经审查的公开)2-175723和2-124934和美国专利4,001,184、4,238,569、4,238,597和4,474,999中。熔融法
可用于方法(1)(熔融法)的碳酸二酯的例子包括碳酸二苯酯、碳酸双(氯苯)酯、碳酸双(2,4-二氯苯)酯、碳酸双(2,4,6-三氯苯)酯、碳酸双(2-氰基苯)酯、碳酸双(邻硝基苯)酯、碳酸二甲苯酯、碳酸间羟甲苯酯、碳酸二萘酯、碳酸双联苯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丁酯和碳酸二环己酯。其中优选使用碳酸二苯酯。也可将两种或多种这些酯组合使用。对于这种组合使用来说特别优选碳酸二苯酯。所述碳酸二酯可包含二羧酸或二羧酸酯。具体而言,所述碳酸二酯可包含50%摩尔或以下、并优选30%摩尔或以下的二羧酸或二羧酸酯。
这种二羧酸或二羧酸酯的例子包括间苯二甲酸、癸二酸、癸二酸、十二烷二酸、癸二酸二苯酯、对苯二甲酸二苯酯、间苯二甲酸二苯酯、癸二酸二苯酯和十二烷二酸二苯酯。所述碳酸二酯可包含两种或多种这种二羧酸或二羧酸酯。
聚碳酸酯可通过碳酸二酯和芳族二羟基化合物的缩聚获得。为获得聚碳酸酯,所述碳酸二酯应以每摩尔芳族二羟基化合物使用0.95-1.30摩尔、并优选1.01-1.20摩尔。
例如由本专利申请人先前提出的申请JP(未经审查的公开)4-175368中所述的化合物可用作这种熔融法的催化剂。
具体而言,经常使用碱金属化合物和/或碱土金属化合物(a)(后文称为“碱(土)金属化合物(a)”)作为熔体缩聚催化剂。
碱金属或碱土金属的有机酸盐、无机酸盐、氧化物、氢氧化物、氢化物、醇化物和其它化合物优选用作碱(土)金属化合物(a)。
碱金属化合物的具体例子包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、乙酸钠、乙酸钾、乙酸锂、硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸锂、硼氢化钠、硼氢化锂、sodium boron phenylide、苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸锂、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾和磷酸氢二锂,以及双酚A的二钠、二钾和二锂盐以及苯酚的钠、钾和锂盐。
碱土金属化合物的例子包括氢氧化钙、氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化锶、碳酸氢钙、碳酸氢钡、碳酸氢镁、碳酸氢锶、碳酸钙、碳酸钡、碳酸镁、碳酸锶、乙酸钙、乙酸钡、乙酸镁、乙酸锶、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁和硬脂酸锶。也可一起使用两种或多种这些化合物。
在熔融缩聚中每使用1摩尔双酚应加入1×10-8到1×10-3摩尔、优选1×10-7到2×10-6摩尔、并在理想情况下加入1×10-7到8×10-7摩尔的这种碱(土)金属化合物。当将碱(土)金属化合物加入到双酚(其用作熔体缩聚反应的原料)时,应控制每摩尔双酚添加的碱(土)金属化合物的量从而使其在熔融缩聚反应时在前述范围内。
碱性化合物(b)也可与碱(土)金属化合物(a)一起用作熔融缩聚催化剂。
所述碱性化合物(b)可以是在高温下易于分解和蒸发的含氮碱性化合物。可例举出下面化合物作为具体例子。
四甲基氢氧化铵(Me4NOH)、四乙基氢氧化铵(Et4NOH)、四丁基氢氧化铵(Bu4NOH)、三甲基苄基氢氧化铵(φ-CH2(Me)3NOH)和其它具有如烷基、芳基和烷基芳基的氢氧化铵;
三甲胺、三乙胺、二甲基苄基胺、三苯胺和其它叔胺;
式R2NH的仲胺(其中R为甲基、乙基或其它烷基;苯基、甲苯基或其它芳基等);
式RNH2的伯胺(其中R的意义同上);
4-二甲氨基吡啶、4-二乙氨基吡啶、4-吡咯烷并吡啶和其它吡啶类化合物;
2-甲基咪唑、2-苯基咪唑和其它咪唑类化合物;和
氨、四氢硼酸四甲基铵(Me4NBH4)、四氢硼酸四丁基铵(Bu4NBH4)、四苯基硼酸四丁基铵(Bu4NBPh4)、四苯基硼酸四甲基铵(Me4NBPh4)和其它碱盐。
其中优选使用四烷基氢氧化铵。
所述含氮碱性化合物(b)应以每摩尔双酚1×10-6到1×10-1摩尔并优选1×10-5到1×10-2摩尔的量使用。
硼酸化合物(c)可用作另一种催化剂。
可作为这种硼酸化合物(c)的例子的有硼酸和硼酸酯。
可作为这种硼酸酯的例子的有以下通式表示的硼酸酯。
B(OR)n(OH)3-n,式中R为烷基如甲基或乙基,或芳基如苯基;并且n为1、2或3。
这种硼酸酯的具体例子包括硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丁酯、硼酸三己酯、硼酸三庚酯、硼酸三苯酯、硼酸三甲苯酯和硼酸三萘酯。
所述硼酸或硼酸酯(c)应以每摩尔双酚1×10-8到1×10-1摩尔、优选1×10-7到2×10-2摩尔、并在理想情况下加入1×10-6到1×10-4摩尔的量使用。
适合的熔融缩聚催化剂的例子包括碱(土)金属化合物(a)和含氮碱性化合物(b)的组合,和碱(土)金属化合物(a)、含氮碱性化合物(b)和硼酸或硼酸酯(c)的三元组合。
优选使用这种量的碱(土)金属化合物(a)和含氮碱性化合物(b)的组合形式的催化剂,因为缩聚反应可以快的速率进行,并且高分子量聚碳酸酯可以高聚合活性制备。
当碱(土)金属化合物(a)和含氮碱性化合物(b)一起使用时,或者当碱(土)金属化合物(a)、含氮碱性化合物(b)和硼酸或硼酸酯(c)一起使用时,可将催化剂组分的混合物加入到双酚和碳酸二酯的熔融混合物中,或者可将每种催化剂组分单独加入到双酚和碳酸二酯的熔融混合物中。界面法
可提出碳酰卤、碳酸二芳酯和双卤甲酸酯作为用于界面法(2)的碳酸酯前体的例子。可使用这些前体的任一种。碳酰卤的例子包括碳酰溴、碳酰氯(所谓的光气)、和它们的混合物。碳酸芳酯的例子包括碳酸二苯酯、碳酸二甲苯酯、碳酸双(氯苯)酯、碳酸间甲苯酯、碳酸二萘酯和碳酸双(联苯)酯。二卤甲酸酯的例子包括2,2-双(4-羟苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基-3,5-二氯苯基)丙烷、氢醌和其它芳族二羟基化合物的二氯甲酸酯和二溴甲酸酯,以及乙二醇和其它二醇的二氯甲酸酯和二溴甲酸酯。可使用任何前述碳酸酯前体,但是优选碳酰氯(所谓的光气)。
在所述界面法中,首先将前述芳族二羟基化合物溶解或分散于苛性碱的水溶液中,加入使得到的混合物与水不相容的溶剂,并在适合催化剂的存在下使试剂在特定的pH条件下与碳酸酯前体如光气接触。二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯苯、甲苯等常用作与水不相容的溶剂。用于界面法的催化剂不受任何具体限定,其通常是叔胺如三乙胺、季鏻化合物、季铵化合物等。只要反应能进行,界面法所选的反应温度不受任何具体限制。但是优选将温度设定在室温(25℃)到50℃之间的任何温度下。
通过方法(1)或(2)获得的聚碳酸酯末端可任选用特定官能基封端。
封端剂不受任何具体限制,可包括苯酚、色满-I、对枯基苯酚和其它单羟基酚。聚酯基树脂(A-2)
所述热塑性树脂也可以是聚酯基树脂。
聚酯基树脂(A-2)本身为人们所熟悉。例如可以使用二醇(或其成酯衍生物)和二羧酸(或其成酯衍生物)的聚酯。下面所例举的化合物也可用作二醇和二羧酸组分,可单独使用或两种或多种化合物组合使用。它们也可与在分子中具有羟基和羧酸基团的化合物如内酯结合。
适合的二醇组分的例子包括乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、新戊二醇、1,10-癸二醇、二甘醇、三甘醇和其它C2-C15脂族二醇。乙二醇和1,4-丁二醇是优选的脂族二醇。
也可以使用1,2-环己二醇、1,4-环己二醇、1,4-环己烷二甲醇和其它脂环族二醇。这些脂环二醇可具有顺式或反式构型,或者是两者的混合物。1,4-环己烷二甲醇是优选的脂环族二醇。
也可以使用间苯二酚、氢醌、萘二醇和其它芳族二价酚类;聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇和其它分子量为400-6000的聚二醇;和在JP(未经审查的公开)3-203956中所述的双酚(双酚A等)。所述二醇组分可以是二乙酸酯、二丙酸酯或其它二酯。
二羧酸组分的例子包括间苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸酯、2,2’-联苯二甲酸、3,3’-联苯二甲酸、4,4’-联苯二甲酸、4,4’-二苯基醚二甲酸、1,5-萘二甲酸、1,4-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸、1,2-二(4-羧苯基)乙烷、和其它芳族二羧酸,以及己二酸、琥珀酸、草酸、苹果酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、癸烷二甲酸、环己烷二甲酸和其它脂族或脂环族二甲酸。所述酸组分也可以是酯衍生物,如甲酯、乙酯或其它烷基酯或苯酯、甲苯酯或其它芳酯。
对苯二甲酸和萘二甲酸是优选的二羧酸。
可举出己内酯作为内酯的例子。
这种聚酯基树脂可通过常规方法制备。用于该方法的催化剂可以是锑化合物、钛化合物、锡化合物、锗化合物或任何其它常用的催化剂,但优选锑化合物、钛化合物、锡化合物和其它非挥发性催化剂,因为它们可以较少的量使用。
所述聚酯基树脂优选为芳族二羧酸和烷撑二醇的聚酯。具体例子包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二酸乙二酯、聚(1,4-亚环己基亚甲基对苯二甲酸酯)、1,4-亚环己基亚甲基对苯二甲酸酯-1,4-亚环己基亚甲基间苯二甲酸酯共聚物、对苯二甲酸1,4-丁二酯-间苯二甲酸1,4-丁二酯共聚物和对苯二甲酸乙二酯-1,4-亚环己基亚甲基对苯二甲酸酯共聚物。
所述聚酯可以是单种聚酯基树脂或两种或多种这种树脂的组合。其中,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)的组合是特别优选的这类聚酯。5-95重量份PBT和95-5重量份PET的组合是特别优选的这种类型的聚酯。有机硅树脂(B)
构成本发明的组份(B)的有机硅树脂优选为末端被下式所示的结构单元封端的化合物。化学式7(式中R1-R3可相互相同或不同,为烷基、芳基或烷基芳基)。
有机硅树脂的末端用上式所示的结构单元封端使得可以获得一种模塑品,其中有机硅树脂按上述方式以扁平颗粒形式分散在模塑品表面附近的区域。
前述的结构单元有时称为“单元M”,并表示为R1R2R3SiO0.5。
按照本发明使用的有机硅树脂中OH残基的含量应占端基总数的0.5%重量或以下,并优选0.3%重量或以下。具体而言,优选实际上不存在OH残基。
如果有机硅树脂的末端包含超过前述范围的OH基团(尽管相信这些OH基团通过挤出或模塑时产生的剪切热缩聚),如在图3中所示在模塑品中形成了大的块体,使得模塑品的阻燃性变得不足,模塑品的抗冲击性有时降低。图3显示使用具有OH基团的有机硅树脂获得的模塑品横截面的TEM照片。
只要有机硅树脂的末端用前述的结构单元封端,所述树脂所含的其它结构单元不受任何具体限制。
所述有机硅树脂可例如包含下面所述的[RSiO1.5]T单元、[R2SiO1.0]D单元和[SiO2]Q单元。化学式8D单元 T单元 Q单元
构成有机硅树脂的有机基团R可相同或不同。具体例子包括甲基、乙基、丙基、丁基和其它烷基;乙烯基、烯丙基和其它链烯基;和苯基、甲苯基和其它芳基。
带有某些所述有机基团R的有机硅树脂更易获得,可获得在聚碳酸酯基树脂中更好的分散性,并且可改善阻燃性。为此,特别优选具有甲基和/或苯基作为这种有机基团R的有机硅树脂。在具有苯基的有机硅树脂的具体情况下,可获得优异的阻燃性,可改善与聚碳酸酯的相容性,可确保聚碳酸酯更好的透明性。这种苯基的含量相对于有机硅树脂中的有机基团总量来说应在20%摩尔或更高、优选40%摩尔或更高。
优选下面的有机硅树脂:含式RSiO1.5的硅氧烷单元(T单元)和式R1R2R3SiO0.5的硅氧烷单元(M单元)的有机硅树脂;和含T单元、M单元和式SiO2.0的硅氧烷单元(Q单元)的有机硅树脂。
有机硅树脂的重均分子量应保持在低的水平,例如1000-50,000、优选2000-20,000,理想下为3000-10,000。分子量落在这种范围内的有机硅树脂将更容易地以棒形颗粒、平板状颗粒或其它扁平颗粒形式分散在模塑品表面附近。
这种有机硅树脂可通过已知方法合成,如将有机氯硅烷、有机烷氧基硅烷等用过量水水解/缩合的方法合成。具体而言,由于可更容易地控制产物分子量的原因优选下面的方法:首先将供形成结构单元的硅烷化合物用水水解/缩合,产生含硅烷醇基团的有机硅树脂,随后将硅烷醇基团用前述的结构单元封端,形成所需的有机硅树脂。
按照制备有机硅树脂方法的一个具体实施例,含硅烷醇基团的有机硅树脂以100重量份的量与5-100重量份的式(R
1R
2R
3Si)
aZ的有机硅化合物(b)反应(这里R
1-R
3可相互相同或不同,为烷基、芳基或烷基芳基;a为1到3的整数;Z为氢原子、卤素原子、羟基或可水解基团(当a为1时);-O-、-NX-,或化学式9-S-(当a为2时);和
(当a为3时);和X为氢原子或C
1-C
4单价烃基)。
含构成组分(a)的硅烷醇基的有机硅树脂可通过已知方法合成,如将有机氯硅烷、有机烷氧基硅烷等用过量水水解/缩合的方法合成。通过调节水量、水解催化剂的类型和量、缩合反应的时间和温度等,这种反应可获得具不同聚合度的有机硅树脂。这样获得的有机硅树脂通常包含硅烷醇基团(-SiOH)。
构成组分(b)的式(R1 3Si)aZ的有机硅化合物通过组分(a)中硅烷醇基团的甲硅烷基化获得。可水解基团Z的例子包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基和其它烷氧基;氯、溴和其它卤素;丙烯氧基和其它链烯氧基;乙酸基、苯甲酸基和其它酸基基团;丙酮肟、丁酮肟和其它有机肟基团;二甲氨基氧基、二乙氨基氧基和其它有机氨基氧基;二甲氨基、二乙氨基、环己基氨基和其它有机氨基;和N-甲基乙酰氨基和其它有机酰氨基。
组分(b)的具体例子包括三甲基硅烷、三乙基硅烷和其它氢硅烷;三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三苯基氯硅烷和其它氯硅烷;三甲基硅烷醇和其它硅烷醇;三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷和其它烷氧基硅烷;(CH3)3SiNHCH3、(CH3)3SiNHC2H5、(CH3)3SiNH(CH3)2、(CH3)3SiNH(C2H5)2和其它氨基硅烷;(CH3)3SiOCOCH3和其它酸基硅烷;六甲基二硅氮烷[(CH3)2Si]2NH、1,3-二乙烯基四甲基二硅氮烷和其它二硅氮烷;和九甲基三硅氮烷[(CH3)3Si]3N和其它三硅氮烷。其中,优选硅氮烷和氯硅烷,因为它们便于反应控制并且可容易地去除未反应产物。
组分(a)和(b)之间的反应可在将硅烷醇硅烷化的常规条件下进行。
例如,当组分(b)为硅氮烷或氯硅烷时,所述反应可只通过混合和加热组分(a)和(b)容易地进行。每100重量份组分(a)相应的组分(b)消耗应优选为5-100重量份。组分(b)的用量在5%重量以下就不能充分地将组分(a)的硅烷醇基硅烷化,导致反应时胶凝,并产生其它问题。使用100重量份以上的组分(b)导致原料的浪费,因为留下大量未反应的组分(b),并且使方法变得复杂,因为需要大量时间去除未反应的组分(b)。
前述的硅烷化反应应优选在有机溶剂中进行以便控制反应温度和抑制作为副反应的脱氢缩合。适合的有机溶剂的例子包括甲苯、二甲苯、己烷、工业汽油、溶剂油、煤油和其它烃基溶剂;四氢呋喃、二噁烷和其它醚基溶剂;和二氯甲烷、二氯乙烷和其它氯化烃基溶剂。反应温度不受任何具体限制并且可为室温和120℃之间的任何温度。反应产生的氢氯酸、氨、氯化铵、醇和其它化合物可通过漂洗、或与溶剂并流蒸馏去除。
通过该方法获得的有机硅树脂在室温下通常为液体或固体。
待加入到聚碳酸酯基树脂中的有机硅树脂优选为固体,因为其具有均匀分散于聚碳酸酯基树脂中的能力。特别优选的是具有40℃或更高、并优选70-250℃的软化点的固态有机硅树脂。
也可以通过混合两种或多种具有不同软化点的有机硅树脂调节有机硅树脂材料的软化点。
所述材料的分子量可通过选择含硅烷醇基团和构成组分(a)的有机硅树脂的分子量、待硅烷化的硅烷醇的类型和构成硅烷化基的组分(b)的类型来控制。
加入到阻燃性树脂组合物中的有机硅树脂的量应为每100重量份热塑性树脂0.1-9重量份并优选0.3-6重量份。有机硅树脂加入量低于0.1重量份将不能使产物具有足够的阻燃性,而加入量大于9重量份不但不能导致阻燃性的相应增加而且对得到的模塑品的外观、光学透明性和强度有负面影响。所述有机硅树脂燃烧时不会产生有害气体。滴落抑制剂(C)
用于本发明的滴落抑制剂可以是设计用于控制燃烧时滴落的已知添加剂。具体而言,优选具有聚四氟乙烯(PTFE)特征并有原纤结构的聚碳酸酯基树脂,因为其具有明显的抑制滴落效果。
在这种聚四氟乙烯(PTFE)材料中,下面的材料因为具有赋予模塑的聚碳酸酯组合物优异的表面外观的能力而优选使用:可高度分散的材料,如通过将PTFE在水溶液和其它溶液中乳化和分散获得的材料;和PTFE被包囊在以聚碳酸酯和苯乙烯/丙烯腈共聚物为特征的树脂中的材料。
当PTFE被乳化和分散在水溶液或其它溶液中时,PTFE的平均粒径尽管不受任何具体限定但仍应保持在1微米或以下,并优选0.5微米或以下。
这种PTFE材料的商品的具体例子包括Teflon 30J(Mitsui-Dupont Fluorochemical)、Polyflon D-2C(Daikin Industries)和AflonAD1 (Asahi Glass)。
每100重量份聚碳酸酯基树脂应加入0.01-10重量份、优选0.05-2重量份、理想为0.1-0.5重量份的滴落抑制剂。
加入的组分(C)的量低于前述范围将不能形成高度阻燃的聚碳酸酯组合物,而加入量大于前述范围对流动性具有负面影响。
这种类型的聚四氟乙烯可通过已知方法制备(参见美国专利2,393,967)。具体地说,聚四氟乙烯可通过如下方法,以白色固态形式获得:使用自由基催化剂,如过硫酸铵、钾或钠,使四氟乙烯在100-1000psi的压力下和0-200℃并优选20-100℃的温度下在含水溶剂中聚合。所述聚四氟乙烯应具有500,000或更大,优选1,000,000-50,000,000的分子量。
结果,含这种聚四氟乙烯的树脂组合物燃烧时具有极少的滴落。此外,这种聚四氟乙烯和有机硅树脂的结合使用进一步抑制了滴落,并具有比单独加入聚四氟乙烯时更短的燃烧时间。
本发明容许将聚苯醚(PPE)与聚四氟乙烯一起用作滴落抑制剂。
聚苯醚基树脂为人们所熟悉并且包括由下式(4)表示的单元的均聚物和/或共聚物。化学式10
(式中R5、R6、R7和R8各独立选自氢原子、卤素原子、烃基和取代烃基(如卤代烃基))。
这种聚苯醚的具体例子包括聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二乙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-乙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-丙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-丙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-乙基-6-丙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二甲氧基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二氯甲基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二溴甲基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二苯基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二甲苯基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二氯-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二苄基-1,4-亚苯基)醚和聚(2,5-二甲基-1,4-亚苯基)醚。聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)醚特别适合作为PPE基树脂。此外,聚苯醚共聚物的例子包括通过将烷基-三取代酚如2,3,6-四甲基苯酚部分掺入到前述聚苯醚重复单元来获得。也可使用通过将苯乙烯基化合物接枝到这种聚苯醚获得的共聚物。用苯乙烯基化合物接枝的聚苯醚的例子包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯和其它苯乙烯基化合物与前述聚苯醚的接枝聚合得到的共聚物。
无机滴落抑制剂也可作为另外的滴落抑制剂与前述聚四氟乙烯一起使用。这种无机滴落抑制剂的例子包括二氧化硅、石英、硅酸铝、云母、氧化铝、氢氧化铝、碳酸钙、滑石、碳化硅、氮化硅、氮化硼、二氧化钛、氧化铁和炭黑。其它组分
根据目的,只要不影响物理性质,本发明的阻燃性树脂组合物可包含除聚碳酸酯外的其它热塑性树脂。
除聚碳酸酯外的其它热塑性树脂的例子包括苯乙烯基树脂、芳族乙烯基化合物/二烯烃/乙烯基氰化物基共聚物、丙烯酸树脂、聚酯基树脂、聚烯烃基树脂、聚苯醚基树脂、聚酯碳酸酯基树脂、聚醚酰亚胺基树脂和甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物(MBS树脂)。也可以使用两种或多种树脂的组合物。
苯乙烯基树脂的例子包括聚苯乙烯、聚α-甲基苯乙烯和苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN树脂)。
可作为芳族乙烯基化合物/二烯烃/乙烯基氰化物基共聚物的例子有苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物(ABS树脂)。
可提及的丙烯酸树脂的例子有聚甲基丙烯酸甲酯。
可提及的聚酯基树脂的例子有聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯。
聚烯烃基树脂的例子包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、乙烯/丙烯共聚物和乙烯/丙烯/二烯烃共聚物。
可提及的聚苯醚基树脂的例子有聚苯醚基树脂。
键合到苯环上的氢可被烷基、卤素原子等取代。
其它热塑性树脂组分应以每100重量份聚碳酸酯(A)200重量份或以下,优选100重量份或以下的量加入。其它热塑性树脂的加入量大于200重量份有时会对聚碳酸酯基树脂的特征具有负面影响。
本发明的阻燃性树脂组合物也可包含紫外线吸收剂、位阻酚基抗氧化剂、磷基稳定剂、环氧稳定剂等。紫外线吸收剂
紫外线吸收剂的例子包括苯并三唑基紫外线吸收剂、二苯甲酮基紫外线吸收剂和水杨酸酯基紫外线吸收剂。
苯并三唑基紫外线吸收剂的具体例子包括2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二戊基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’-十二烷基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二枯基苯基)苯并三唑和2,2’-亚甲基双[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-6-(2H-苯并三唑-2-基)苯酚]。这种苯并三唑基紫外线吸收剂已经商品化,例如可购自American Cyanamid的UV5411。二苯甲酮基紫外线吸收剂已经商品化,例如可购自Cyanamid的UV531。水杨酸酯基紫外线吸收剂的例子包括水杨酸苯酯、水杨酸对丁基苯酯和水杨酸对辛基苯酯。
这些紫外线吸收剂应以每100重量份聚碳酸酯基树脂0.01-10重量份、优选0.05-5重量份的量加入。磷基稳定剂
常用作抗氧化剂的商品材料可用作磷基稳定剂,而不受任何具体限制。
具体例子包括亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯基·壬基酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、亚磷酸三壬基·苯基酯、亚磷酸二苯基·异辛基酯、亚磷酸2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)·辛基酯、亚磷酸二苯基·异癸基酯、亚磷酸二苯基单(十三烷基)酯、氟亚磷酸2,2’-亚乙基双(4,6-二叔丁基苯酚)酯、亚磷酸苯基·二异癸基酯、亚磷酸苯基·二(十三烷基)酯、亚磷酸三(2-乙基己基)酯、亚磷酸三(异癸基)酯、亚磷酸三(十三烷基)酯、亚磷酸氢二丁酯、三硫代亚磷酸三月桂酯、四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4’-二亚苯基二亚磷酸酯、亚磷酸4,4’-亚异丙基二苯酚烷基(C12-C15)酯、亚磷酸4,4’-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯基)·二(十三烷基)酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(壬基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、苯酚-双酚A季戊四醇二亚磷酸酯、四苯基二丙二醇二亚磷酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-二(十三烷基)亚磷酸酯-5-叔丁基苯基)丁烷和3,4,5,6-四苯-1,2-氧杂phosphan-2-氧化物。也可使用这些亚磷酸酯的部分水解物。这种磷基稳定剂是商品稳定剂,如Adeka Stab PEP-36、PEP-24、PEP-4C、PEP-8(由Asahi DenkaKogyo生产),Irgafos 168(由Ciba-Geigy生产)、Sandstab P-EPQ(由Sandoz生产)、Chelex L(由Sakai ChemicalIndustry生产)、3P2S(由Ihara Chemical Industry生产)、Mark 329K(由Asahi Denka Kogyo生产)、Mark P(相同公司生产)、Weston 618(由Sanko Chemical Industry生产)等。
这种磷基稳定剂应以每100重量份热塑性树脂0.0001-1重量份、优选0.001-0.5重量份的量加入。位阻酚基抗氧化剂
位阻酚基抗氧化剂的具体例子包括正十八烷基-3-(3’,5’-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯、2,6-二叔丁基-4-羟甲基苯酚、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)和季戊四醇基-四[3-(3’,5’-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯]。这些抗氧化剂可单独使用或者两种或多种组合使用。
这种位阻酚基稳定剂应以每100重量份热塑性树脂0.0001-1重量份、优选0.001-0.5重量份的量加入。环氧基稳定剂
下面材料可用作环氧基稳定剂:环氧化豆油、环氧化亚麻籽油、苯基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、叔丁基苯基缩水甘油醚、3,4-环氧环己基甲基-3’,4’-环氧环己基羧酸酯、3,4-环氧-6-甲基环己基甲基-3’,4’-环氧-6’-甲基环己基羧酸酯、2,3-环氧环己基甲基-3’,4’-环氧环己基羧酸酯、4-(3,4-环氧-5-甲基环己基)丁基-3’,4’-环氧环己基羧酸酯、3,4-环氧环己基环氧乙烷、环己基甲基-3,4-环氧环己基羧酸酯、3,4-环氧-6-甲基环己基甲基-6’-甲基环己基羧酸酯、双酚A二缩水甘油醚、四溴双酚A缩水甘油醚、邻苯二甲酸的二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸的二缩水甘油酯、双环氧二环戊二烯基醚、双环氧乙二醇、己二酸双环氧环己酯、丁二烯二环氧化物、四苯基亚乙基环氧化物、环氧树脂酸辛酯、聚丁二烯环氧化物、3,4-二甲基-1,2-环氧环己烷、3,5-二甲基-1,2-环氧环己烷、3-甲基-5-叔丁基-1,2-环氧环己烷、十八烷基-2,2-二甲基-3,4-环氧环己基羧酸酯、正丁基-2,2-二甲基-3,4-环氧环己基羧酸酯、环己基-2-甲基-3,4-环氧环己基羧酸酯、正丁基-2-异丙基-3,4-环氧-5-甲基环己基羧酸酯、十八烷基-3,4-环氧环己基羧酸酯、2-乙基己基-3’,4’-环氧环己基羧酸酯、4,6-二甲基-2,3-环氧环己基-3’,4’-环氧环己基羧酸酯、4,5-环氧四氢邻苯二甲酸酐、3-叔丁基-4,5-环氧四氢邻苯二甲酸酐、二乙基-4,5-环氧-顺-1,2-环己基二羧酸酯和二正丁基-3-叔丁基-4,5-环氧-顺-1,2-环己基二羧酸酯。
这种环氧基稳定剂应以每100重量份聚碳酸酯基树脂0.0001-5重量份、优选0.001-1重量份、理想为0.005-0.5重量份的量加入。
也可以使用基于硫醇、金属盐等的稳定剂。脱模剂
脱模剂的例子包括甲基苯基硅油和其它硅氧烷基脱模剂;季戊四醇四硬脂酸酯、甘油单硬脂酸酯、褐煤酸蜡和其它酯基脱模剂;和聚(α-烯烃)和其它烯烃基脱模剂。这种脱模剂应以每100重量份聚碳酸酯基树脂0.01-10重量份、优选0.05-5重量份、理想为0.1-1重量份的量加入。
根据目的,已知的添加剂如着色剂(炭黑、二氧化钛和其它颜料和染料)、填料、增强剂(玻璃纤维、碳纤维、滑石、粘土、云母、玻璃片、磨碎玻璃、玻璃珠等)、润滑剂、增塑剂、阻燃剂和流动性改善剂也可在混合或模塑时加入到本发明的阻燃性树脂组合物中,条件是树脂的物理性质不受影响。
虽然所述树脂组合物特别优选通过熔融和混合方法制备,但也可通过任何已知方法制备。在所述树脂组合物的制备中可加入少量溶剂。
可提及的适合设备的具体例子有挤出机、Banbury混合器、辊和捏合机。它们可连续操作或分批操作。组分混合的顺序不受具体限制。模塑品的生产
可使用挤塑、注塑、压塑或任何其它常用的模塑方法来获得本发明的阻燃性树脂模塑品。
在通过注塑来模塑阻燃性树脂组合物的具体情况下,有机硅树脂可以扁平颗粒形式至少分散在模塑阻燃性树脂表面附近的区域,并可获得高阻燃性模塑品。
本发明的模塑品具有优异的抗冲击性、高的耐热性和优异的阻燃性。经过模塑的本发明的树脂组合物因此适合用作电气/电子装置组件和OA设备和消耗电子产品的机壳。本发明的效果
本发明的阻燃性树脂组合物具有高的阻燃性而不损失其任何耐冲击性或可模塑性,并且高度有益于保护环境,这是因为不含由氯化合物、溴化合物等组成的阻燃剂,因而消除了燃烧时这种阻燃剂产生含卤有害气体的危险。
结果,得到的阻燃性树脂模塑品高度适用于电视机、打印机、复印机、传真机、个人电脑和其它类型的消耗电子产品和OA设备的机壳和组件以及用于变压器、线圈、开关、连接器、电池组、液晶反射器、汽车配件、建筑材料和其它具有严格阻燃性要求的应用。