KR102013313B1 - 폴리머 시트, 이것의 제조와 사용 방법, 및 폴리머 시트를 포함하는 물품 - Google Patents

폴리머 시트, 이것의 제조와 사용 방법, 및 폴리머 시트를 포함하는 물품 Download PDF

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콘스탄틴 도네아
사프와트 이. 타드로스
헨드릭 코르네리스 야코부스 드누이저
크리스티아누스 요한네스 야코부스 마스
미카엘 엠 로린
산딥 다완
슈아이레이 마
미카엘 제이. 다비스
지안 조우
유안칭 헤
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사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

일 구현예에서, 폴리머 물질을 포함하는 발포 층으로, 상기 폴리머 물질은 100℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가지는 폴리머 물질을 포함하는 발포 층을 포함하고; 상기 동일한 폴리머 물질로부터 형성된 동일한 기하학적 구조 및 크기를 가지는 솔리드 시트에 비해 10% 내지 60%의 중량 감소를 가지는 폴리머 시트. 1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 200 이하의 연기 밀도를 가지는 시트. 상기 시트는 열성형이 가능하다.

Description

폴리머 시트, 이것의 제조와 사용 방법, 및 폴리머 시트를 포함하는 물품{POLYMERIC SHEETS, METHODS FOR MAKING AND USING THE SAME, AND ARTICLES COMPRISING POLYMERIC SHEETS}
본 명세서에서는 텍스쳐된 폴리머 시트들, 구체적으로 발포된 코어 층 또는 발포된 캡 층(들)을 포함하는 폴리머 시트들이 개시된다.
폴리머(예를 들어, 폴리카보네이트) 시트 물질은 일반적으로 철도 및 항공기 분야, 예를 들어, 좌석들 또는 피복 분야에 사용된다. 이러한 분야들은 통상적으로 난연, 연기 밀도, 연기 독성, 및 열 방출과 같은 엄격한 화재 안전 기준들을 만족할 것을 요구한다. 폴리카보네이트와 같은 폴리머 물질들은 항공기 및 철도 분야를 위한 열 방출 기준들을 맞추기 힘들며, 항공기 및 철도 분야의 테스트를 통과하기 위해, 종종 다른 더 비싼 물질들과 혼합되어 져야 한다. 다양한 기준들이 항공기 및 철도 분야를 위한 내장제 판 및 부품의 제조에 사용되는 시트 물질들의 난연, 연기 밀도, 연기 독성, 및 열 방출 특성을 위해 존재한다.
경량의 폴리머 시트들과 그들에서 유래된 제품들은 여러가지 분야에 있어서 주목할만하고 중대한 상업적 성공을 이루어 왔다. 상기 경량 시트들은 절연 및 구조적 목적들을 위해 항공기 및 다른 구조물들에서 사용되어 왔다. 전자 및 가정용 기기 산업은 전기적 및 열적 절연과 구조적 목적을 위해 폴리머 폼을 사용한다. 항공기 내장제 부품들은 현재 저밀도 발포되고 허니컴 구조의 물질들을 활용한다. 상기와 같은 물질들은 훌륭한 강도와 낮은 중량을 제공하나, 심미적인 표면을 가지는 시트를 생산하기 위해 열성형 하고 추가적으로 다른 시트 및/또는 필름 물질들의 라미네이션을 요구하기 어렵다.
다양한 화재 안전 기준들(예를 들어, 철도 및/또는 항공기 분야)을 만족하거나 초과하는 다층 시트들이 산업현장에서 요구된다. 추가적으로, 수송수단의 인테리어 분야에서 다양한 화재 안정 기준들을 만족하거나 초과하는 다층 시트들; 다층 시트 층들의 접착력 또는 열 안정성에 부정적인 영향을 주지 않으면서 열성형되는 다층 시트들; 및 빛 반사를 최소화하기 위한 낮은 글로스 레벨을 가지는 다층시트들이 또한 요구된다.
따라서, 열성형이 가능하고 기능적 목적, 예를 들어, 전체적인 중량을 감소시키고, 화재 안전을 향상시키고, 및/ 또는 심미적인 표면을 가지는 기능적 목적을 가지는 시트를 생산하기 위해 추가적으로 다른 시트 / 필름의 라미네이션을 요구하지 않는 경량의 폴리머 시트에 대한 요구가 있다.
개요
다양한 구현예들에서 폴리머 시트들, 및 이의 제조 방법 및 이를 사용하는 물품들이 개시된다.
일 구현예에서, 폴리머 시트는 하기를 포함할 수 있다: 폴리머 물질을 포함하는 발포 층으로, 상기 폴리머 물질은 100℃ 이상의 Tg를 가지는 발포 층; 및 상기 시트는 상기 동일한 폴리머 물질로부터 형성된 동일한 기하학적 구조 및 크기를 가지는 솔리드 시트에 비해 10% 내지 60%의 중량 감소를 보이는 시트; 및 상기 시트는 1.0 mm 두께에서, 하기의 열 방출 기준들 중 하나 이상을 통과하는 시트: 1) FAR/JAR 25.853, Amendment 25-116의 파트IV OSU열 방출 테스트에 따라 제곱미터 당 65 킬로와트-분(kW-min/m2) 이하의 2분 적분 열 방출 속도 및 제곱미터 당 65 킬로와트(kW/m2) 미만의 최대 열 방출 속도를 가지는 기준; 2) ISO 5660-1에 따라, 50 kW/m2 방사 레벨 테스트 조건에서 90 kW/m2 이하의 열방출의 최대 평균 속도(MARHE)를 가지는 기준; 상기 시트는 1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 200 이하의 연기 밀도를 가지는 시트; 및 상기 시트는 열성형할 수 있는 시트이다.
일 구현예에서, 시트의 제조방법은 하기를 포함한다: 폴리머 물질을 녹여 멜트를 형성하는 단계; 상기 멜트와 화학 발포제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 발포제에 의해 생성된 반대 이온들을 중화하는 단계; 혼합물에서 거품을 응집하여 셀들을 생산하는 단계; 및 혼합물을 확장된 코어 층을 포함하는 시트로 만드는 단계를 포함한다.
상기 및 다른 특성들 및 기질들이 하기에서 보다 더 자세하게 설명된다.
하기는 동종의 요소들이 유사한 번호로 지정되고, 본 명세서에서 개시되며 도시되는 구체적인 구현예들의 목적을 만족하고, 이것을 제한하는 의도가 아닌 도면의 간단한 설명이다.
도 1은 경량의 폴리머 시트를 생산하기 위한 연속 공정의 도식이다.
도 2는 코어 층 및 선택적인 캡 층을 가지는 다층 시트의 묘사이다.
도 3은 셀프-텍스쳐링하는 경량의 시트 정면도이다.
도 4는 캘린더되고 텍스쳐된 시트의 정면도이다.
도 5는 경량의 폴리머 시트의 횡단면도이다.
도 6은 유동 방향의 수직에서 찍은 샘플 17 시트의 횡단면도 현미경 이미지이다.
도 7은 유동 방향의 수직에서 찍은 샘플 18 시트의 횡단면도 현미경 이미지이다.
도 8은 유동 방향을 따라 찍은 샘플 20 시트의 횡단면도 현미경 이미지이다.
도 9은 유동 방향을 따라 찍은 샘플 21 시트의 횡단면도 현미경 이미지이다.
도 10은 유동 방향을 따라 찍은 샘플 22 시트의 횡단면도 현미경 이미지이다.
도 11은 유동 방향을 따라 찍은 샘플 23 시트의 횡단면도 현미경 이미지이다.
본 명세서에서는 다양한 구현예들에서 경량이고 구조적으로 100℃ 이상의 유리 전이 온도를 가지는 코어 층 폴리머 물질을 포함하는 폴리머 시트들이 개시된다. 상기 경량의 폴리머 시트는 솔리드 시트(예를 들어, 발포되지 않은 시트)에 비해 저밀도를 가지나, 압출기를 통해 공정된 후에 나중에 열성형 되기에 충분한 고밀도를 가진다. 예를 들어, 상기 경량의 폴리머 시트들은 차후에 열성형을 거쳐 복잡한 형상으로 형성될 수 있으며, 그리고 동시에, 솔리드 시트들과 비교하여 상당한 중량 감소의 추가된 이익을 제공할 수 있다. 상기 코어 층은 솔리드 시트들에 비해 중량 감소에 기여하면서, 발포될 수 있다. 상기 경량의 폴리머 시트들은 딥 드로우 방법들을 사용하여 열성형 될 수 있다. 상기 경량의 폴리머 시트들은 항공기 내장제 부품들, 수화물, 창고들, 차고들, 트랙터 트럭 트레일러의 덮개, 바람 막이, 트럭 위의 판넬을 포함하는 다양한 수송 분야들, 벽들, 바닥들, 사인들 기타등등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 응용 분야에서 사용 될 수 있다. 상기 경량의 폴리머 시트들은 색의 지속성 및 표면 외관과 마찬가지로 시트에 증가된 경직성을 제공하기 위해 선택적으로 캡 층(들)을 한쪽 혹은 양쪽 위에 추가적으로 포함할 수 있다. 보다 더 선택적으로, 필름이 경량의 폴리머 시트 표면에 라미네이트 될 수 있다. 상기 경량의 폴리머 시트들은 또한, 선택적으로, 원한다면 심미적 표면들을 제공하기 위해 표면들의 한쪽 또는 양쪽 위에 인쇄될 수 있다. 또한, 심미적인 표면들을 위해서 직물이 경량 폴리머 시트의 한쪽 또는 양쪽 표면들에 냉각 캘린더 조작 동안에 텍스쳐된 롤을 사용함으로써 인쇄되어 질 수 있다.
열성형 단계는 플라스틱 시트가 플라스틱 시트의 유리전이 온도보다 일반적으로 높은 유연한 성형 온도로 가열되고, 그리고 나서 시트는 진공 보조기, 압력 보조기 또는 상기 두 가지 모두와 함께 (기존 플라스틱 시트보다 상이한 기하학구조의) 몰드의 특정한 형상으로 성형되며, 그리고 유용한 제품을 생산하기 위해 다듬어 지는 제조 공정이다. 열성형 가능한 시트는 열성형 공정 동안에 시트의 기계적 결함(예를 들어, 갈라짐, 찢어짐 또는 다른 기계적 결함) 없이 몰드 형상으로 열성형 될 수 있는 것을 의미한다.
셀프-텍스쳐링은 상기 캡 층, 또는 캡 층이 없는 경우 상기 부분 자체의 표면 아래서 마이크로 셀에 의해 생성될 수 있다. 상기 마이크로 셀의 분포, 예를 들어, 크기, 형상 및 빈도는 셀프-텍스쳐링 특성에 영향을 주기 위해 조작된다. 상기 셀프-텍스쳐는 독립되는 특성일 수 있거나 캘린더링 롤러와 함께 의도적으로 적용된 텍스쳐의 조합으로 사용될 수 있다. 상기 셀프-텍스쳐링 특성은 열성형 뒤에 감소(일반적으로 160℃ 내지 185℃ 범위의 열성형 온도로 가열된 인쇄된 텍스쳐들이 가진 공통된 문제)되지 않는다. 셀프-텍스쳐링 부분의 표면 거칠기(Ra)는 0.076 마이크론(㎛) 내지 30.48 ㎛ 일 수 있으며, 구체적으로 더 낮은 광택 제품들에 있어서 범위가 10.16 ㎛ 내지 15.24 ㎛ 이다. 광택은 ATSM DS2457-08e1 및 BYK Gardner Gloss Meter을 사용하는 60 등급에서 측정하였을 때, 2 내지 90 글로스 단위(g.u.)일 수 있으며, 일반적으로 50 g.u. 미만이며, 그리고 구체적으로 20 g.u. 미만일 수 있으며, 가장 구체적으로 10 g.u.미만 일 수 있다.
5% 내지 60%의 중량 (wt) 감소가 본 명세서에서 개시된 경량의 폴리머 시트와 함께 달성 될 수 있으며, 구체적으로 10% 내지 60%, 더 구체적으로 25% 내지 50%, 더욱 구체적으로 30% 내지 40%의 중량 감소가 동일한 크기의 솔리드 시트 및 폴리머 물질(예를 들어, 동일한 조성물의 솔리드 시트이나 어떠한 발포제 또는 응집제가 없는 솔리드 시트)에 비해 달성될 수 있다. 예를 들어, 경량의 폴리머 시트의 밀도는 0.61 그램 퍼 입방 센티미터 (g/cm3)를 초과할 수 있으며, 구체적으로 0.61 g/cm3 이상 내지 1.0 g/cm3 , 더 구체적으로 0.65 g/cm3 내지 0.97 g/cm3, 보다 더 구체적으로 0.7 g/cm3 내지 0.95 g/cm3, 및 더욱 더 구체적으로 0.75 g/cm3 내지 0.90 g/cm3일 수 있다. 본 명세서에서 개시된 밀도를 가지는 상기 경량의 폴리머 시트는 본 명세서에서 설명되는 것과 같은 항공기 내장제 및 독성 테스트들을 통과할 수 있으며, 동시에 솔리드 시트에 비해 더 낮은 중량을 제공한다. 다층의 경량 시트 및 심미적인 표면을 제공하기 위해, 캡 층이 선택적으로 코어 층과 함께 공-압출될 수 있다. 상기 선택적인 캡 층(들)은 화학적 발포제들의 사용과 함께 공-압출될 수 있으며 그리고 솔리드 코어 층과 함께 사용될 수 있다. 상기 공압출의 사용은 다른 제조 방법들에 비해 많은 장점들(높은 성형 효율, 높은 시트 경도, 높은 색 조절능, 재활용의 용이성, 및 추가적인 텍스쳐링 옵션들을 포함하나 이에 제한되지 않는 장점들)을 제공한다. 코어 층과 캡 층 사이의 상이한 유동학적 특성들(예를 들어, 크게 상이한 점도들)이 시트 상의 주름의 존재 또는 시트 상의 가장자리 파형과 같은 성형 문제들을 야기할 수 있다. 만약 코어 층과 캡 층에서 상이한 유동학적 성질을 가지는 물질을 사용하는 경우, 공압출 동안에 환형의 다이의 사용이 상기와 같은 문제들을 제거할 수 있고 또한 경량의 코어 층안에서 셀들을 구형의 형상으로 유지시키는데 도움을 줄 수 있다. 대체적으로는, 다중-매니폴드 다이가 캡 및 코어 층의 압출 온도를 독립적으로 조절하기 위해 사용될 수 있다.
경량의 폴리머 시트를 제조하는 동안에, 코어 층 또는 캡 층을 발포하는 단계에서, 폴리머 압출동안에 발포제가 수지 공급기에 더해 질 수 있다. 열을 가하면, 상기 발포제는 분해되고 그리고 결국에는 폴리머 멜트안에서 분산된 거품들로서 압출기를 나가는 가스를 방출한다(예를 들어, 소듐 바아카보네이트가 발포제로 사용되며, 가스로 이산화탄소를 방출한다). 그리고 나서 생성된 멜트는 솔리드 폴리머 시트에 비해 더 낮은 밀도를 가지는 경량의 폴리머 시트를 생산하기 위해 연속되 냉각 롤들을 지나갈 수 있다. 냉각 롤들에서의 추가적인 공정 단계들은 텍스쳐링, 엠보싱, 라미네이팅, 등을 포함한다. 언급한 것과 같이, 본 명세서에서 개시된 상기 경량의 폴리머 시트들은 솔리드 폴리머 시트들에 비해 10% 내지 60% 의 중량 감소를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 개시된 경량의 폴리머 시트들은 다른 형태의 수송수단을 위한 내장제 분야들, 버스, 기차, 지하철 및 유사한 것들과 마찬가지로, 다양한 항공기 및 철도 부분의 인테리어 분야들에 이용될 수 있다. 예시적인 항공기 내장제 부품들은 파티션 벽들, 케비넷 벽들, 측벽 판넬들, 천장 판넬들, 마루 판넬들, 장비 판넬들, 조명 판넬들, 창문 몰딩들, 창문 슬라이드들, 창고 구획들, 조리실 표면들, 장비 하우징, 시트 하우징, 스피커 하우징, 덕트 하우징, 창고 하우징, 선반들, 트레이들, 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기와 동일한 것이 철도 분야에도 적용된다. 본 명세서에서 개시된 상기 경량의 폴리머 시트들의 종합적인 사이즈, 형상, 두께, 광학 특성, 전기적 특성, 및 유사한 것은 원하는 분야에 의존하여 다양할 수 있는 것이 일반적으로 알려진다.
유럽에서의 철도 인테리어 분야들은 통상적으로 물질 또는 그것으로부터 제조된 물품들이 EN45545기준(국제 표준화 기구(ISO)5659-2:2003에 의해 정해진 기준에 따라 연기 밀도 테스트를 통과하고, ISO 5660-1에 따라 열 방출 테스트 및 ISO 5658-2에서 정해진 불꽃 확산 시험을 통과하는)을 만족할 것을 요구한다. 철도 분야에 있어서, 세가지 위험 수준들이 테스트 상에 존재하며, 상기 위험수준은 연기 밀도 및 열 방출 테스트를 위한 규격 한계를 정한다. 상기 분야의 목적을 위해, 규격화된 위험 레벨 역시 고려되며, 그것은 연기 밀도(Ds @ 4 분)를 300 미만으로 제한하고, 열방출(최대 평균 열 방출 (MAHRE) (MAHRE 킬로와트 (kW) @50 kW))을 90 킬로와트 퍼 제곱미터(kW/m2) 로 제한한다. 특정한 광학 밀도(즉, Ds)가 물질이 연소될때 물질의 단위면적 당 생성되는 연기의 양을 단위 없이 측정한다. 표준국의 (NBS) 연기 밀도 테스트 14 C.F.R.§25.853은 테스트의 최초 4분 동안에 발생하는 Ds의 최대값을 측정한다. 다양한 철도 기준을 만족하는 이러한 물질의 예들은 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스의 H6000-시리즈 시트 제품들로 표준 및 경량의 형상들을 포함한다.
사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스에 의해 공급된 Lexan* FST 를 사용하여 제조된 경량의 시트 제품이 내장제 제품들을 위한 항공기 연기 밀도를 준수하는지 여부에 대하여 테스트된다. 항공기 분야에 있어서, 상기 물질 또는 물품은 미국재료시험협회(ASTM) 기준 E662 (2006)에서 정해진 기준들을 만족할 수 있어야 한다. 항공기 객실 내장제를 위한 연기 발생 기준들을 만족하는 조성물은 ASTM E662 (2006)에서 정한 규격 한계들을 만족하는 조성물을 의미한다. 상기 테스트는 물질에 의해 생성되는 연기의 농도를 측정하기 위해 측광 척도(photometric scale)를 사용한다. ASTM E662-06에 따라, 항공기 내장제에서 연기 생성 기준들을 만족하는 경량의 폴리머 시트들은 200 미만의 연기 밀도를 가진다. 본 명세서에서 설명된 상기 테스트들이 항공기 내장제에 대한 연기 발생과 난연성 기준 양자 모두를 만족하는 본 명세서에서 설명된 경량의 폴리머 시트들의 능력을 입증하기 위해 선택되는 동안에, 상기 시트들은 다른 관련된 난연성 및 안정성 테스트들에 유리하게 부합될 수 있다. 그러한 테스트들의 예시는 항고기 제조사인 에어버스, FAR 25.853, 독성 테스트에 의해 정해진 NF P 92-505, ADB0031 테스트와 같은 FR-1 테스트들, 및 항공기 제조사인 보잉사에 의해 반포된 열 방출 테스트인 OSU 65/65를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
어떠한 내장제 구획 분야에 있어서, 경량의 폴리머 시트는 특정 광학 특성들을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 투명한 시트, 반투명한 시트, 또는 불투명한 시트를 가지는 것이 바람직 할 수 있다. 불투명한 시트는 일반적으로 3% 이하의 광투과, 구체적으로 1% 이하의 광투과, 더 구체적으로 0.5% 이하의 광투과, 더더욱 구체적으로 0.25% 이하의 광투과를 가지는 시트에 관한 것이다. 다층 시트의 투명도 또는 불투명도에 관하여, 최종 사용자 규격들(예를 들어, 상업적 항공 규격들 또는 상업적 철도 분야들)이 부품이 특정 하게 미리 정해지 한계를 만족하는 것을 일반적으로 명시하고 있음이 간단하게 알려진다. ANSI/ASTM D1003-00에 의해 측정되는 헤이즈 값들이, 투명한 난연성 폴리카보네이트 시트의 광학 특성을 결정하는데 유용할 수 있다. 헤이즈 값이 낮아 질수록, 완성된 시트의 광투과 값은 증가한다. 헤이즈는 CIE (국제조명위원회) 표준 광원 C를 사용하는 ASTM D1003-00, 절차 B를 사용하여 측정될 수 있다. 반투명한 경량의 시트는 빛이 샘플을 통과할 수 있는 조건에 의해 정의되고; 투명성은 반투명성의 부분집합일 것이며, 그러한 투명성으로 인해 광학 이미지가 또한 상기 빛과 함께 시트를 통과할 수 있다. 난연제 첨가제들, 예를 들어 소듐 p-톨루엔 술포네이트는, 최종 폴리머 시트의 헤이즈에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 안정성과 심미적 품질의 규격들 양자 모두를 만족하는 물품을 생산하기 위해 난연성 및 연기 생성 특성과 함께 시트의 헤이즈 수준을 감사히는 것이 바람직할 수 있다.
상기에서 설명된 공정에서 제조된 경량의 폴리머 시트의 추가적으로 이로운 특성은 동일한 두께의 솔리드 시트에 비해 본질적으로 낮은 열 전도성이다. 열 전도성은 경량의 폴리머 시트를 통한 열 전이를 와트 퍼 제곱미터 켈빈(W/m2K)으로 측정함으로써 특정될 수 있다. 더 구체적으로, U 값은 시트의 양 쪽 간의 상이한 온도에서 저밀도 시트의 1 제곱미터를 가로지르는 열 에너지의 양이며, 그리고 일반적으로 단열 또는 열 전도율로 언급된다.
미리 언급한 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 상기 경량의 폴리머 시트는 코어 층 및 추가적인 캡 층(들)을 포함할 수 있다. 상기 코어 층 및 추가적인 캡 층(들)은 동일하거나 상이한 물질들을 포함할 수 있다. 상기 코어 층 및/또는 캡 층(들)은 폴리머 수지들, 열경화성 수지들, 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합들과 같은 플라스틱 물질을 포함할 수 있다. 채용될 수 있는 가능한 폴리머 수지들은 올리고머들, 폴리머들, 이오노머들, 덴드리머들, 그라프트 코폴리머들, 블락 코폴리머들(예를 들어, 스타 블락 코폴리머들, 랜덤 코폴리머들, 등)과 같은 코폴리머들 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 그러한 폴리머 수지들의 예들은 폴리카보네이트들 (예를 들어, 폴리카보네이트의 블렌드(그러한 것으로, 폴리카보네이트-폴리부타디엔 블렌드들, 코폴리에스테르 폴리카보네이트들)), 폴리스티렌들 (예를 들어, 폴리카보네이트와 스티렌의 코폴리머들, 폴리페닐렌 에테르-폴리스티렌 블렌드들), 폴리이미드들 (예를 들어, 폴리에테르이미드들), 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 (ABS), 폴리알킬메타아크릴레이트들 (예를 들어, 폴리메틸메타아크릴레이트들), 폴리에스테르들 (예를 들어, 코폴리에스테르들, 폴리티오에스테르들), 폴리올레핀들 (예를 들어, 폴리프로필렌들 및 폴리에틸렌들, 고밀도 폴리에틸렌들, 저밀도 폴리에틸렌들, 선형 저밀도 폴리에틸렌들), 폴리아미드들 (예를 들어, 폴리아미드이미드들), 폴리아릴레이트들, 폴리술폰들 (예를 들어, 폴리아릴술폰들, 폴리술폰아미드들), 폴리페닐렌 술파이드들, 폴리테트라플루오로에틸렌들, 폴리에테르들 (예를 들어, 폴리에테르 케톤들, 폴리에테르 에테르케톤들, 폴리에테르술폰들), 폴리아크릴계들, 폴리아세탈들, 폴리벤족사졸들 (예를 들어, 폴리벤조티아지노페노티아진들, 폴리벤조티아졸들), 폴리옥사디아졸들, 폴리피라지노퀴노살린들, 폴리파이로메리티디드들, 폴리퀴노살린들, 폴리벤지미다졸들, 폴리옥신돌들, 폴리옥소이소인돌린들 (예를 들어, 폴리디옥소이소인돌린들), 폴리트리아진들, 폴리피리다진들, 폴리피페라진들, 폴리피리딘들, 폴리피페리딘들, 폴리트리아졸들, 폴리피라졸들, 폴리피롤리딘들, 폴리카보레인들, 폴리옥사바이사이클로노네인들, 폴리다이벤조퓨란들, 폴리프탈리드들, 폴리아세탈들, 폴리안하이드라이드들, 폴리비닐들 (예를 들어, 폴리비닐 에테르들, 폴리비닐 티오에테르들, 폴리비닐 알코올들, 폴리비닐 케톤들, 폴리비닐 할라이드들 , 폴리비닐 니트릴들, 폴리비닐 에스테르들, 폴리비닐클로라이드들), 폴리술포네이트들, 폴리설파이드들, 폴리우레아들, 폴리포스파젠들, 폴리실라제인들, 폴리실록산들, 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합들을 포함하나 이제 제한되지 않는다.
더 구체적으로, 상기 코어 층 및/또는 상기 캡 층에 사용되는 상기 폴리머 물질은 폴리카보네이트 수지들 (예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스로부터 상업적으로 이용가능한 LEXANTM XHT, LEXANTM HFD, 등과 같은 LEXANTM 수지들), 폴리페닐렌 에테르-폴리스티렌 블렌드들 (예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스로부터 상업적으로 이용가능한 N또는YLTM 수지들), 폴리에테르이미드 수지들 (예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스로부터 상업적으로 이용가능한 ULTEMTM 수지들), 폴리부틸렌 테레프탈레이트-폴리카보네이트 블렌드들 (예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스로부터 상업적으로 이용가능한 XENOYTM 수지들), 코폴리에스테르카보네이트 수지들 (예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스로부터 상업적으로 이용가능한 LEXANTM SLX 또는 LEXANTM FST 수지들), 아크로니트릴 부타디엔 스티렌 수지들 (예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스로부터 상업적으로 이용가능한 CYCOLOYTM 수지들), 폴리에테르이미드/실록산 수지들 (예를 들어, 사빅 이노베이티브 플라스틱스 비지니스로부터 상업적으로 이용가능한 SILTEMTM) 및 전술한 수지들 중 하나 이상을 포함하는 조합들을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 더욱 구체적으로, 상기 폴리머 수지들은 폴리카보네이트의 호모폴리머들 및 코폴리머들, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 에테르, 또는 전술한 수지들 중 하나 이상을 포함하는 조합들을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 폴리카보네이트는 폴리카보네이트의 코폴리머들 (예를 들어, 폴리카보네이트-폴리실록산 블록 코폴리머와 같은폴리카보네이트-폴리실록산 ), 선형 폴리카보네이트, 분지된 폴리카보네이트, PC/ABS 블렌드와 같은 PC의 말단 -캡핑된 폴리카보네이트 (예를 들어, 니트릴 말단-캡핑된 폴리카보네이트) 블렌드들, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들, 예를 들어, 분지된 폴리카보네이트와 선형의 폴리카보네이트의 조합를 포함할 수 있다.
상기 폴리머 경량 시트의 상기 코어 및/또는 캡 층(들)은, 선택적으로, 이러한 유형의 폴리머 조성물들에 일반적으로 통합되는 다양한 첨가제들을 포함할 수 있다. 다만, 상기의 첨가제는 특별히, 난연, 연기 밀도, 연기 독성, 열 방출, 열성형, 열성형 후의 접착력; 수열 저항, 수증기 전달 저항, 관통 저항, 및 열 수축과 같은 시트의 바람직한 특성에 중대한 부정적인 영향을 주지 않기 위한 조건에서 선택된다. 상기 그러한 첨가제들이 코어 및 캡 층(들)의 조성물들을 형성하기 위해 성분들을 혼합하는 동안에 적절한 시간에 혼합되어질 수 있다. 예시적인 첨가제는, 충격 개질제들, 충전제들, 강화제들, 산화 방지제들, 열 안정화제들, 광 안정화제들, 자외선(UV)광 안정화제들, 가소제들, 윤활제들, 금형 이형제들, 대전방지제들, 착색제들(카본 블랙 및 유기 안료들과 같은), 계면 효과제들, 방사선 안정화제(예를 들어, 적외선 흡수), 난연제, 및 적하 방지제들을 포함한다. 첨가제들의 조합이 사용될 수 있으며, 예를 들어 난연제, 열 안정화제, 금형 이형제, 및 자외선 광 안정화제의 조합이 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 첨가제들은 통상적으로 알려진 유효량으로 사용될 수 있다. 첨가제들의 총량(충격 개질제, 충전제, 또는 강화제들 제외)은 특정 층 조성물의 총 중량을 기준으로 일반적으로 0.001 내지 5 wt% 의 양으로 존재한다. 상기 코어 층 및/또는 캡 층(들)은 또한 선택적으로, 추가적으로, 난연제를 포함한다. 난연제는 유기 및/또는 무기 물질들을 포함한다. 유기 화합물들은 예를 들어, 인, 술포네이트, 및/또는 할로겐화된 물질(예를 들어, 브롬화된 폴리카보네이트와 같은 브롬, 염소, 및 등을 포함하는)을 포함한다. 비 브롬화된 및 비 염소화된 인-함유 난연제 첨가제가 규제적 이유(예를 들어,유기 포스페이트들 및 인-질소 결합들을 포함하는 유기 화합물)로 인해 특정 분야에 있어 선호될 수 있다.
무기 난연제들은, 예를 들어,포타슘 퍼플루오로부탄 술포네이트(Rimar 염), 포타슘 퍼플루오로옥탄 술포네이트, 테트라에틸 암모늄 퍼플루오로헥산 술포네이트, 및 포타슘 디페닐술폰 술포네이트(예를 들어, KSS) 등과 같은 C1-16 알킬알킬 술포네이트 염들; Na2CO3, K2CO3, MgCO3, CaCO3, 및 BaCO3 와 같은 염들, 또는 Li3AlF6, BaSiF6, KBF4, K3AlF6, KAlF4, K2SiF6, 및 /또는 Na3AlF6 와 같은 플루오르 음이온 복합체를 포함한다. 존재하는 경우에, 무기 난연제 염들은 충전제 없이 이것이 포함되는 다층 시트의 층 (즉, 코어 층) 전체 조성물의 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부, 보다 구체적으로 0.02 내지 0.5 중량부로 존재한다.
적하방지제가 또한 코어 층 또는 캡 층(들)을 형성하는 상기 조성물에 포함될 수 있으며, 예들 들어 플루오로폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)와 같은 피브릴 포밍 플루오로폴리머가 있다. 상기 적하방지제는 경화된 코폴리머, 예를 들어 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머(SAN)에 의해 갭슐화될 수 있다. SAN에 캡슐화된 PTFE는 TSAN으로 알려져 있다. 예시적인 TSAN은 전체 캡슐화된 플루오로폴리머의 중량에 대하여 50 wt.% PTFE 및 50 wt.% SAN을 포함한다. 상기 SAN은, 예를 들어, 상기 코폴리머의 전제 중량에 대하여 75 wt.% 스티렌 and 25 wt.% 아크로니트릴을 포함할 수 있다. 적하 방지제는 충전제를 제외하고, 특정 층의 전체 조성물 100 중량부에 대하여 , 0.1 내지 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
본원에서 사용된 "폴리카보네이트"는 식 (1)의 반복 구조 카보네이트 단위를 가진 조성물을 의미한다:
Figure 112015091648716-pct00001
여기서 R1 기의 총 수의 적어도 60 퍼센트는 방향족 부분을 함유하고, 그것의 나머지는 지방족, 지환족 또는 방향족이다. 한 구체예에서, 각 R1은 C6-30 방향족 기이며, 즉 적어도 하나의 방향족 부분을 함유한다. R1은 식 HO-R1-HO, 특히 식 (2)의 디하이드록시 화합물로부터 유래될 수 있다:
Figure 112015091648716-pct00002
여기서 A1 및 A2는 각각 단환 2가 방향족 기이고, Y1은 단일 결합 또는 A1과 A2를 분리하는 하나 이상의 원자를 갖는 브릿지 기이다. 한 예시적인 구현예에서, 하나의 원자가 A1과 A2를 분리한다. 구체적으로, 각각의 R1은 식 (3)의 디하이드록시 방향족 화합물로부터 유래될 수 있다:
Figure 112015091648716-pct00003
여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 할로겐 또는 C1-12 알킬을 나타내고 같거나 다를 수 있고; p 및 q는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다. p가 0일 때 Ra는 수소이고, 마찬가지로 q가 0일 때 Rb는 수소라는 것이 이해될 것이다. 또한, 식 (3)에서 Xa는 2개의 하이드록시-치환된 방향족 기를 연결하는 브릿지 기이며, 여기서 브릿지 기와 각 C6 아릴렌 기의 하이드록시 치환체는 C6 아릴렌 기 상에서 서로에 대해서 오르토, 메타 또는 파라(구체적으로 파라) 위치에 배치된다. 한 구체예에서, 브릿지 기 Xa는 단일 결합, -O-, -S-, -S(O)-, -S(O)2-, -C(O)-, 또는 C1-18 유기 기이다. C1-18 유기 브릿지 기는 환형 또는 비환형, 방향족 또는 비방향족일 수 있으며, 할로겐, 산소, 질소, 황, 규소 또는 인과 같은 헤테로 원자를 더 포함할 수 있다. C1-18 유기 기는 거기에 연결된 C6 아릴렌 기가 각각 공통 알킬리덴 탄소 또는 C1-18 유기 브릿지 기의 상이한 탄소에 연결되도록 배치될 수 있다. 한 구체예에서, p 및 q는 각각 1이고, Ra 및 Rb는 각각 C1-3 알킬 기, 구체적으로 각각의 아릴렌 기 상의 하이드록시 기에 대해 메타 위치에 배치된 메틸이다.
일 구현예에서, Xa는 치환 또는 비치환된 C3-18 사이클로알킬리덴, 화학식 -C(Rc)(Rd)-의 C1-25 알킬리덴(여기서, Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-12 알킬, C1-12 사이클로알킬, C7-12 아릴알킬, C1-12 헤테로알킬, 또는 사이클릭 C7-12 헤테로아릴알킬이다), 또는 화학식 -C(=Re)-의 기(여기서, Re는 2가 C1-12 탄화수소기이다)이다. 이러한 유형의 예시적인 군은 메틸렌, 사이클로헥실메틸렌, 에틸리덴, 네오펜틸리덴, 및 이소프로필리덴, 뿐만 아니라 2-[2.2.1]-바이사이클로헵틸리덴, 사이클로헥실리덴, 사이클로펜틸리덴, 사이클로도데실리덴, 및 아다만틸리덴을 포함한다. Xa가 치환된 사이클로알킬리덴인 구체적인 예는 화학식 (4)의 사이클로헥실리덴으로 연결된 알킬 치환된 비스페놀이다:
Figure 112015091648716-pct00004
상기 화학식 (4)에서, Ra' 및 Rb '는 각각 독립적으로 C1-12 알킬이고, Rg는 C1-12 알킬 또는 할로겐이며, r 및 s는 각각 독립적으로 1 내지 4이고, t는 0 내지 10이다. 특정 구현예에서, 각각의 Ra' 및 Rb '의 중 적어도 하나는 사이클로헥실리덴 연결기에 대하여 메타로 위치할 수 있다. 치환기 Ra', Rb ' 및 Rg는 적합한 수의 탄소 원자를 포함하는 경우, 직쇄, 사이클릭, 바이사이클릭, 분지형, 포화 또는 불포화일 수 있다. 일 구현예에서, Ra' 및 Rb '는 각각 독립적으로 C1-4 알킬일 수 있고, Rg는 C1-4 알킬일 수 있으며, r 및 s는 각각 1일 수 있고, t는 0 내지 5일 수 있다. 다른 특정 구현예에서, Ra', Rb ' 및 Rg는 각각 메틸일 수 있고, r 및 s는 각각 1일 수 있으며, t는 0 또는 3일 수 있다. 상기 사이클로헥실리덴으로 연결된 비스페놀은 2몰의 o-크레졸과 1몰의 사이클로헥사논의 반응 생성물일 수 있다. 다른 예시적인 구현예에서, 사이클로헥실리덴으로 연결된 비스페놀은 2몰의 크레졸과 몰의 수소화된 이소포론(isophorone)(예를 들어, 1,1,3-트리메틸-3-사이클로헥산-5-온)의 반응 생성물일 수 있다. 이러한 사이클로헥산 함유 비스페놀(예를 들어, 2몰의 페놀과 1몰의 수소화된 이소포론의 반응 생성물)은 높은 유리 전이 온도 및 높은 열 변형 온도를 갖는 폴리카보네이트 폴리머를 제조하는데 유용하다.
다른 구현예에서, Xa는 C1-18 알킬렌기, C3-18 사이클로알킬렌기, 접합된 C6-18 사이클로알킬렌기, 또는 화학식 -B1-W-B2-의 기일 수 있으며, 여기서 B1 및 B2는 동일하거나 또는 상이한 C1-6 알킬렌기일 수 있고, W는 C3-12 사이클로알킬리덴기 또는 C6-16 아릴렌기일 수 있다.
Xa 는 또한 화학식 (5)의 치환된 C3-18 사이클로알킬리덴일 수 있다:
Figure 112015091648716-pct00005
상기 화학식 (5)에서, Rr, Rp, Rq 및 Rt 는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 산소, 또는 C1-12 유기기이며; I는 직접 결합, 탄소, 또는 2가 산소, 황, 또는 -N(Z)-(여기서 Z는 수소, 할로겐, 하이드록시, C1-12 알킬, C1-12 알콕시, 또는 C1-12 아실이다)이고; h은 0 내지 2이며, j는 1 또는 2이고, i는 0 또는 1의 정수이며, k는 0 내지 3의 정수이고, 단, Rr, Rp, Rq 및 Rt 중 2개 이상은 함께 취해져서, 접합된 지환족, 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 형성한다. 접합된 고리가 방향족인 경우, 화학식 (5)에 나타낸 고리는 상기 고리가 접합된 곳에서 불포화 탄소-탄소 결합을 가질 것으로 이해될 것이다. k가 1이고 i가 0인 경우, 화학식 (5)에서 나타낸 고리는 4개의 탄소 원자를 포함하고, k가 2인 경우, 화학식 (5)에서 나타낸 고리는 5개의 탄소 원자를 포함하며, k가 3인 경우, 상기 고리는 6개의 탄소 원자를 포함한다. 2개의 인접한 기(예를 들어, 함께 취해진 Rq 및 Rt)는 방향족기를 형성할 수 있거나, 또는 Rq 및 Rt가 함께 취해져서 하나의 방향족기를 형성할 수 있고, Rr 및 Rp는 함께 취해져서 제2 방향족기를 형성할 수 있다. Rq 및 Rt가 함께 취해져서 방향족기를 형성하는 경우, Rp는 2중 결합된 산소원자, 즉, 케톤일 수 있다.
다른 가능한 방향족 디하이드록시 화합물은 화학식 (6)의 화합물을 포함한다:
Figure 112015091648716-pct00006
상기 화학식 (6)에서, 각각의 Rh는 독립적으로 할로겐 원자, C1-10 하이드로카빌, 예를 들어 C1-10 알킬기, 할로겐 치환된 C1-10 알킬기, C6-10 아릴기, 또는 할로겐 치환된 C6-10 아릴기이고, n은 0 내지 4이다. 상기 할로겐은 통상적으로 브롬이다.
구체적인 방향족 디하이드록시 화합물의 일부 예시적인 예는 다음을 포함한다: 4,4'-디하이드록시바이페닐,1,6-디하이드록시나프탈렌, 2,6-디하이드록시나프탈렌, 비스(4-하이드록시페닐)메탄, 비스(4-하이드록시페닐)디페닐메탄, 비스(4-하이드록시페닐)-1-나프틸메탄, 1,2-비스(4-하이드록시페닐)에탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)-1-페닐에탄, 2-(4-하이드록시페닐)-2-(3-하이드록시페닐)프로판, 비스(4-하이드록시페닐)페닐메탄, 2,2-비스(4-하이드록시-3-브로모페닐)프로판, 1,1-비스(하이드록시페닐)사이클로펜탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로헥산, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)이소부텐, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로도데칸, 트랜스-2,3-비스(4-하이드록시페닐)-2-부텐, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)아다만탄, 알파,알파'-비스(4-하이드록시페닐)톨루엔, 비스(4-하이드록시페닐)아세토니트릴, 2,2-비스(3-메틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-에틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-n-프로필-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-이소프로필-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-sec-부틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-사이클로헥실-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-알릴-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-메톡시-4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)헥사플루오로프로판, 1,1-디클로로-2,2-비스(4-하이드록시페닐)에틸렌, 1,1-디브로모-2,2-비스(4-하이드록시페닐)에틸렌, 1,1-디클로로-2,2-비스(5-페녹시-4-하이드록시페닐)에틸렌, 4,4'-디하이드록시벤조페논, 3,3-비스(4-하이드록시페닐)-2-부타논, 1,6-비스(4-하이드록시페닐)-1,6-헥산디온, 에틸렌 글리콜 비스(4-하이드록시페닐)에테르, 비스(4-하이드록시페닐)에테르, 비스(4-하이드록시페닐)설파이드, 비스(4-하이드록시페닐)설폭사이드, 비스(4-하이드록시페닐)술폰, 9,9-비스(4-하이드록시페닐)플루오린, 2,7-디하이드록시피렌, 6,6'-디하이드록시-3,3,3',3'-테트라메틸스피로(비스)인단("스피로바이인단 비스페놀"), 3,3-비스(4-하이드록시페닐)프탈이미드, 2,6-디하이드록시디벤조-p-디옥신, 2,6-디하이드록시티안트렌, 2,7-디하이드록시페녹사틴, 2,7-디하이드록시-9,10-디메틸페나진, 3,6-디하이드록시디벤조퓨란, 3,6-디하이드록시디벤조티오펜, 및 2,7-디하이드록시카바졸, 레조르시놀, 치환된 레조르시놀 화합물, 예를 들어, 5-메틸 레조르시놀, 5-에틸 레조르시놀, 5-프로필 레조르시놀, 5-부틸 레조르시놀, 5-t-부틸 레조르시놀, 5-페닐 레조르시놀, 5-쿠밀 레조르시놀, 2,4,5,6-테트라플루오로레조르시놀, 2,4,5,6-테트라브로모 레조르시놀 등; 카테콜; 하이드로퀴논; 치환된 하이드로퀴논, 예를 들어, 2-메틸 하이드로퀴논, 2-에틸 하이드로퀴논, 2-프로필 하이드로퀴논, 2-부틸 하이드로퀴논, 2-t-부틸 하이드로퀴논, 2-페닐 하이드로퀴논, 2-쿠밀 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라메틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라-t-부틸 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라플루오로 하이드로퀴논, 2,3,5,6-테트라브로모 하이드로퀴논 등, 또는 상술한 디하이드록시 화합물 중 1종 이상을 포함하는 조합.
화학식 (3)의 비스페놀 화합물의 구체적인 예는 1,1-비스(4-하이드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판(이하, "비스페놀 A" 또는 "BPA"로 기재함), 2,2-비스(4-하이드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)옥탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시페닐) n-부탄, 2,2-비스(4-하이드록시-2-메틸페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시-t-부틸페닐)프로판, 3,3-비스(4-하이드록시페닐)프탈이미딘, 2-페닐-3,3-비스(4-하이드록시페닐)프탈이미딘(p,p-PPPBP), 및 1,1-비스(4-하이드록시-3-메틸페닐)사이클로헥산(DMBPC)을 포함한다. 상술한 디하이드록시 화합물 중 1종 이상을 포함하는 조합이 또한 사용될 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 폴리카보네이트는, 화학식 (3)에서 각각의 A1 및 A2가 p-페닐렌이고 Y1 이 이소프로필리덴 비스페놀 A로부터 유래된 선형 호모폴리머이다.
상기 DMBPC 카보네이트의 호모폴리머(화학식 (7)의 x 부분 또는 BPA 카보네이트와 이것의 코폴리머로 대표되는)는 전반적으로 화학식 (7)로 대표되는 화학 구조를 가진다.
Figure 112015091648716-pct00007
DMBPC 카보네이트는 DMBPC BPA 코-폴리카보네이트를 형성하기 위해 BPA 카보네이트와 공 중합될 수 있다. 예를 들어, 코폴리머인 DMBPC 기반의 폴리카보네이트 또는 호모폴리머(DMBPC)는 10 내지 100 몰%의 DMBPC 카보네이트 및 90 내지 0 몰%의 BPA 카보네이트를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 상기 폴리카보네이트를 제조하는 어느 방법은 특별히 제한되지 않는다. 폴리카보네이트는, 카보네이트 공급원으로서, 포스겐을 사용하는 계면 공정 및/또는 디페닐 카보네이트 또는 비스메틸 살리실 카보네이트와 같은 디아릴 카보네이트를 사용하는 용융 공정을 포함하는 어느 알려진 폴리카보네이트 생산 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 "폴리카보네이트"는 추가적으로 호모폴리카보네이트(상기 폴리머에서 각각의 R1 은 동일하다), 상이한 모이어티를 포함하는 코폴리머(이하, "코폴리카보네이트"라고 지칭함), 카보네이트 단위 및 기타 유형의 중합체 단위, 예를 들어, 에스테르 단위를 포함하는 코폴리머, 및 호모폴리카보네이트 및/또는 코폴리카보네이트 중 어느 하나이상을 포함하는 조합을 포함한다. 여기서 사용되는 "조합"은 블렌드, 혼합물, 알로이(alloy), 반응 생성물 등을 포함한다.
예를 들어, 폴리카보네이트-폴리실록산 코폴리머는 코어 및/또는 캡 층(들)에 활용될 수 있다. 상기 폴리카보네이트-폴리실록산 코폴리머 조성물은 화학식 (1)의 선택적으로 반복되는 카보네이트 사슬 단위들에 더해 폴리에스테르 단위를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 개시된 것과 같이, 폴리에스테르 단위들 또는 폴리머들은 화학식 (8)의 반복되는 에스테르 단위들을 포함한다:
Figure 112015091648716-pct00008
여기서 D 는 디하이드록시 화합물로부터 유도된 2가기(divalent group)이며, D는, 예를 들면, C6-20 지환족기 또는 C6-20 방향족기일 수 있으며; T는 디카르복시산으로부터 유도된 2가기이며, 예를 들면, C6-20 지환족기, C6-20 알킬렌-아릴렌기, 또는 C6-20 아릴렌기일 수 있다. 특정 구현예에서, T는 C6-20 아릴렌기이다. 일 구현예에서, D는 화학식 (2), 화학식 (3), 화학식 (4), 화학식 (6), 또는 전술한 디하이드록시 방향족 화합물 중 어느 하나이상을 포함하는 조합을 포함하는 디하이드록시 방향족 화합물로부터 유래된다. 상기 D 및 T 기는 바람직하게 최소한으로 알킬, 알콕시, 또는 알킬렌 치환기들과 같은 탄화수소-함유 치환기로 치환된다. 일 구현예에서, 5 mol% 미만, 구체적으로 2 mol% 이하, 및 더 구체적으로 1 mol% 이하의 D 및 T 기의 혼합된 몰수가 알킬, 알콕시, 또는 알킬렌 치환기들과 같은 탄화수소-함유 치환기와 함께 치환된다. 화학식 (8)의 에스테르 단위의 T 기가 유래되는 방향족 디카르복시 산들의 예들은 이소프탈산 또는 테레프탈산,1,2-디(p-카르복시페닐)에탄, 4,4'-디카르복시디페닐 에테르, 4,4'-비스벤조산, 또는 상술한 산 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 접합된 고리를 포함하는 산이 또한 존재할 수 있으며, 예를 들어, 1,4-, 1,5-, 또는 2,6-나프탈렌디카르복시산이 있다. 구체적인 디카르복시산은 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌 디카르복시산, 사이클로헥산 디카르복시산, 또는 상술한 산 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 구체적인 디카르복시산은 이소프탈산 및 테레프탈산의 조합을 포함하며, 여기서 이소프탈산 대 테레프탈산의 중량비는 99:1 내지 1:99이다.
일 구현예에서, 아릴레이트-함유 단위들의 아릴레이트 에스테르 단위들은 이소프탈산 유도체 및/또는 테레프탈산 유도체의 1당량 반응 생성물에서 유래된다. 그러한 구현예들에 있어서, 상기 아릴레이트 단위들은 화학식 (9)에서 도시된 것과 같다 :
Figure 112015091648716-pct00009
Rf 및 u 는 앞에서 화학식 (6)에서 정의되었고, and m 은 4 이상이다. 일 구현예에서, m 은 4 내지 50 이며, 구체적으로 5 내지 30 이며, 더 구체적으로 5 내지 25 이며, 그리고 보다 더 구체적으로 10 내지 20 이다. 또한 일 구현예에서, m 은 100 이하이며, 구체적으로 90 이하, 더 구체적으로 70 이하, 그리고 더욱 구체적으로 50 이하이다. m 의 낮은 말단 값 과 높은 말단 값은 독립적으로 조합될 수 있음이 이해될 것이다. 다른 구현예에서, 이소프탈레이트 대 테레프탈레이트의 몰비는 약 0.25:1 내지 약 4.0:1 일 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 아릴레이트 에스테르 단위들은 이소프탈레이트-테레프탈레이트 에스테르 단위들로 구성된다. 다른 구현예에서, 상기 아릴레이트 에스테르 단위들은 화학식 (6)의 레조르시놀을 가지는 이소프탈산 유도체 및/또는 테레프탈산 유도체의 1당량 반응 생성물에서 유래된다. 그러한 아릴레이트 에스테르 단위들은 R1이 레조르시놀로부터 유래한 하기 화학식 (14)에 부합한다.
예시적인 아릴레이트 에스테르 단위들은 이소프탈레이트-테레프탈레이트-레조르시놀 에스테르 단위들, 이소프탈레이트-테레프탈레이트-비스페놀 에스테르 단위들, 또는 상기 각각을 포함하는 조합과 같은 방향족 폴리에스테르 단위들이다. 특정 아릴레이트 에스테르 단위들은 폴리(이소프탈레이트-테레프탈레이트-레조르시놀) 에스테르들, 폴리(이소프탈레이트-테레프탈레이트-비스페놀-A) 에스테르들 , 폴리[(이소프탈레이트-테레프탈레이트-레조르시놀) 에스테르-코-(이소프탈레이트-테레프탈레이트-비스페놀-A)] 에스테르, 또는 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 일 구현예에서, 유용한 아릴레이트 에스테르 단위는 폴리(이소프탈레이트-테레프탈레이트-레조르시놀) 에스테르이다. 일 구현예에서, 상기 아릴레이트 에스테르 단위는 이소프탈레이트-테레프탈레이트-레조르시놀 에스테르 단위를 폴리아릴레이트 단위에서 에스테르 단위의 총 몰수를 기준으로 95 mol% 이상, 구체적으로 99 mol% 이상, 그리고 더 구체적으로 99.5 mol% 이상을 포함한다. 다른 구현예에서, 상기 아릴레이트 에스테르 단위들은 비방향족 탄화수소-함유 치환기들, 예를 들어 알킬, 알콕시, 알킬렌 치환기들로 치환되지 않는다.
일 구현예에서, 본 명세서에서 개시되는 폴리실록산 코폴리머 조성물들은 이소프탈레이트-테레프탈레이트-레조르시놀 에스테르 단위들을 포함하는 햇빛에 변할 수 있는 조성물들이다. (10)과 같은 이소프탈레이트-테레프탈레이트 에스테르들을 자외선에 노출시키는 것은 기저의 폴리머에 대하여 자외선 흡수제 및 안정화제로 작용하는 화학식 (11)의 2-하이드록시 벤조페논을 형성하기 위해 표면에서 급격한, 포토-프리스 자리옮김과 같은 광학적으로 유도되는 자리옮김을 야기할 수 있다. 따라서, 레조르시놀 에스테르 단위들을 포함하는 조성물들은 단지 조성물의 표면 아래에서 느린 포토-프리스 자리옮김을 겪게 되며, 이에 따라 햇빛에 저항을 갖고 본 명세서에서 개시된 폴리머 조성물의 사용에 적합하게 된다.
Figure 112015091648716-pct00010
화학식 (12)의 비스페놀-함유 에스테르 단위들과 같은 다른 에스테르 단위들, 또한 화학식 (13)을 가지는 2-하이드록시 벤조페논을 형성하기 위해 포토-프리스 자리옮김을 겪는다. 이러한 종류들의 전자적 구조 때문에, 약 400 nm의 파장에서 커다란 빛의 흡수를 보인다. 결과적으로, 투과되거나 반사되는 빛은 식별할 수 있고, 황색도("YI")에 의해 측정되는 화학식 (11)로 대표되는 구조와 같은 다른 구조 보다 바람직하지 않은 황색을 가진다. 따라서, 햇빛을 받을 수 있는 분야에 있어서, 그러한 수지들 및 이것으로부터 유래된 물품들에 있어서 비스페놀 에스테르 단위들의 수를 최소화하는 것이 추가적으로 바람직하다.
Figure 112015091648716-pct00011
일 구현예에서, 상기 아릴레이트 에스테르 단위들은 화학식 (14)에서 보여지는 구조를 가지는 폴리에스테르-폴리카보네이트 단위들이다:
Figure 112015091648716-pct00012
Rf, u, 및 m 은 화학식 (9)에서 정의된 것과 같고, 각각의 R1 은 독립적으로 C6-30 아릴렌 기이며, 그리고 n 1 이상이다. 일 구현예에서, n 은 3 내지 50 이며, 구체적으로 5 내지 25, 그리고 더 구체적으로 5 내지 20 이다. 또한, 일 구현예에서, n 은 50 이하이며, 구체적으로 25 이하, 그리고 더 구체적으로 20 이하이다. n의 말단 값들이 독립적으로 조합될 수 있음이 이해될 것이다. 일 구현예에서, m 은 5 내지 75 이며, 구체적으로 5 내지 30, 그리고 더 구체적으로 10 내지 25 이다. 특정 구현예에서, m 은 5 to 75이고, n 은 3 내지 50 이다. 특정 구현예에서, m 은 10 내지 25 이고, n 은 5 내지 20 이다. 일 구현예에서, 상기 폴리에스테르-폴리카보네이트 단위는 화학식 (6)의 디하이드록시 화합물을 가지는 이소트탈릭 및 테레프탈릭 다이액시드들(또는 그것의 유도체들)의 조합의 반응 생성물이며, 이소프탈레이트 단위들 대 테레프탈레이트 단위들의 몰비는 99:1 내지 1:99, 구체적으로 95:5 내지 5:95, 더 구체적으로 90:10 내지 10:90, 그리고 보다 더 구체적으로 80:20 내지 20:80 이다. 일 구현예에서, 폴리에스테르-폴리카보네이트에서 이소프탈레이트-테레프탈레이트 에스테르 단위들 대 상기 카보네이트 단위들의 몰비는 1:99 내지 99:1, 구체적으로 5:95 내지 90:10, 더 구체적으로 10:90 내지 80:20 일 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 폴리에스테르 폴리카보네이트 단위는 화학식 (6)의 레조르시놀들로부터 유래되고, 그리고 화학식 (15)를 가지는 레조르시놀 카보네이트 단위들을 포함한다:
Figure 112015091648716-pct00013
Rf 및 u 는 전술한 것과 같고, na 은 1 이상이다. 다른 구현예에서, 폴리에스테르-폴리카보네이트 단위는 추가적으로 화학식 (3) 및 (4)의 비스페놀들에서 유래되고, 화학식 (16)을 가지는 비스페놀 카보네이트 단위들을 포함한다.
Figure 112015091648716-pct00014
Ra 및 Rb 는 각자 개별적으로 C1-8 알킬이며, Rc 및 Rd 는 개별적으로 C1-8 알킬 또는 C1-8 시클로알킬렌이며, p 및 q 는 0 내지 4 이며, 그리고 nb 는 1 이상이다. 다른 구현예에서, 상기 폴리에스테르-폴리카보네이트 단위는 화학식 (15)의 레조르시놀 카보네이트 단위들 및 화학식 (16)의 비스페놀 카보네이트 단위들을 포함하며, 레조르시놀 카보네이트 단위들 대 비스페놀 카보네이트 단위들의 몰비는 1:99 내지 100:0 이다. 특정 구현예에서, 상기 폴리에스테르-폴리카보네이트 단위들은 레조르시놀 (즉, 1,3-디하이드록시벤젠) 또는 레조르시놀 및 비스페놀-A를 포함하는 조합에서 유래된다. 특정 구현예에서, 상기 폴리에스테르-폴리카보네이트 단위는 폴리(이소프탈레이트-테레프탈레이트-레조르시놀 에스테르)-코-(레조르시놀 카보네이트)-코-(비스페놀-A 카보네이트) 폴리머이다.
상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 바람직하게는 연결기들 또는 다른 연결되는 기들과 같은 치환기들 또는 구조기들의 형성에 있어서 최소한의 양을 가지는 포화된 탄화수소를 포함한다. 다른 구현예에서, 25 mol% 이하, 구체적으로 15 mol% 이하, 및 더 구체적으로 10 mol% 이하의 조합된 아릴레이트 에스테르 단위들 및 카보네이트 단위들은 알킬, 알콕시, 또는 알킬렌 기들을 포함한다. 특정 구현예에서, 상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은, 아릴레이트 에스테르 단위들 및 카보네이트 단위들의 혼합된 몰들을 기준으로, 25 mol% 이하, 구체적으로 15 mol% 이하, 및 더 구체적으로 10 mol% 이하의 알킬, 알콕시, 또는 알킬렌 기들을 포함하는 카보네이트 단위들을 포함한다. 다른 구현예에서, 상기 아릴레이트 에스테르 단위들 및 상기 카보네이트 단위들은 비방향족 탄화수소-함유 치환기들, 예를 들어 알킬, 알콕시, 또는 알킬렌 치환기들로 치환되지 않는다.
일 구현예에서, 상기 폴리실록산 코폴리머 조성물의 상기 아릴레이트-함유 단위들은 50 내지 100 몰퍼센트(mol%)의 아릴레이트 에스테르 단위들, 구체적으로 58 내지 90 mol% 아릴레이트 에스테르 단위들; 0 내지 50 mol% 방향족 카보네이트 단위들 (예를 들어, 레조르시놀 카보네이트 단위들, 비스페놀 카보네이트 단위들 및 지방족 카보네이트 단위들과 같은 다른 카보네이트 단위들); 0 내지 30 mol% 레조르시놀 카보네이트 단위들, 구체적으로 5 내지 20 mol% 레조르시놀 카보네이트 단위들; 및 0 내지 35 mol% 비스페놀 카보네이트 단위들, 구체적으로 5 내지 35 mol% 비스페놀 카보네이트 단위들로 이루어진다.
하나의 예시적인 구현예에서, 상기 아릴레이트-함유 단위는 2,000 내지 100,000 g/mol, 구체적으로 3,000 내지 75,000 g/mol, 더 구체적으로 4,000 내지 50,000 g/mol, 보다 구체적으로 5,000 내지 35,000 g/mol, 및 보다 더욱 구체적으로 17,000 내지 30,000 g/mol의 중량 평균 분자량(Mw)을 가질 수 있는 폴리에스테르-폴리카보네이트 단위이다. 분자량 결정은 1 밀리그람 퍼 밀리리터의 샘플 농도에서, 폴리카보네이트 표준들을 측정하는, 가교결합된 스티렌-디비닐벤젠 칼럼을 사용하는 GPC를 사용하여 수행된다. 샘플들은 메틸렌 클로라이드를 용리액으로서 약 1.0 ml/min 의 유동속도에서 녹여진다.
상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 상기 아릴레이트-함유 단위들에 더해 추가적으로 폴리실록산 (또한 여기서 "폴리디오르가노실록산"으로 언급되는) 단위를 포함한다. 폴리실록산 단위들은 화학식 (17)의 반복 실록산 단위들(또한, 여기서 "디오르가노실록산 단위들"로 언급되는)을 포함한다:
Figure 112015091648716-pct00015
여기서 R의 각각의 존재는 동일하거나 또는 상이하며, C1-13의 1가(monovalent) 유기기이다. 예를 들어, R은 C1-13 알킬기, C1-13 알콕시기, C2-13 알케닐기, C2-13 알케닐옥시기, C3-6 사이클로알킬기, C3-6 사이클로알콕시기, C6-14 아릴기, C6-10 아릴옥시기, C7-13 아랄킬기, C7-13 아랄콕시기, C7-13 알킬아릴기, 또는 C7-13 알킬아릴옥시기일 수 있다. 상기 기들은 완전히 또는 부분적으로 불소, 염소, 브롬 또는 요오드, 또는 이들의 조합으로 할로겐화될 수 있다. 전술한 R 기들의 조합은 동일한 코폴리머에서 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 폴리실록산은 최소한의 탄화수소 함량을 가지는 R 기들을 포함한다. 특정 구현예에 있어서, 최소한의 탄화수소 함량을 가지는 하나의 R 기는 메틸기이다.
화학식(17)에서의 E 값은 중합 조성물 내의 각각의 성분의 유형 및 상대적인 양, 조성물의 바람직한 특성, 및 유사한 고려사항에 따라 매우 광범위하게 달라질 수 있다. 여기서, E는 4 내지 50의 평균값을 가진다. 일 구현예에 있어서, E는 16 내지 50, 구체적으로 20 내지 45, 더 구체적으로 25 내지 45의 평균값을 가진다. 다른 구현예에서, E는 4 내지 15, 구체적으로 5 내지 15, 더 구체적으로 6 내지 15, 더더욱 구체적으로 7 내지 10의 평균값을 가진다.
일 구현예에서, 상기 폴리디올가노실록산 단위는 화학식 (18)의 반복 구조 단위들에 의해 제공되어 진다:
Figure 112015091648716-pct00016
여기서 E는 위에서 정의한 바와 같고; 각각의 R은 독립적으로 동일하거나 또는 상이하며, 위에서 정의한 바와 같고; 각각의 Ar은 독립적으로 동일하거나 또는 상이하며, Ar은 치환된 또는 치환되지 않은 C6-30 아릴렌기이며, 여기서 상기 결합은 방향족 모이어티에 직접 연결된다. 화학식 (18)에서 적합한 Ar기는 C6-30 디하이드록시 방향족 화합물, 예를 들어 상기 화학식 (2), (3), (4), 또는 (6)의 디하이드록시방향족 화합물일 수 있다. 또한, 전술한 디하이드록시방향족 화합물의 하나 이상을 포함하는 조합들이 사용될 수 있다. 예시적인 디하이드록시방향족 화합물은 레조르시놀(예를 들어, 1,3-디하이드록시벤젠), 4-메틸-1,3-디하이드록시벤젠, 5-메틸-1,3-디하이드록시벤젠, 4,6-디메틸-1,3-디하이드록시벤젠, 1,4-디하이드록시벤젠, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)부탄, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)옥탄, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)n-부탄, 2,2-비스(4-하이드록시-1-메틸페닐)프로판, 1,1-비스(4-하이드록시페닐)사이클로헥산, 비스(4-하이드록시페닐 술파이드) 및 1,1-비스(4-하이드록시-t-부틸페닐)프로판이다. 또는 상술한 디하이드록시 화합물 중 1종 이상을 포함하는 조합이 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 디하이드록시방향족 화합물은 치환기 ,예를 들어, 알킬, 알콕시, 또는 알킬렌 치환기들과 같은 치환기를 포함하는 비-방향족 탄화수소와 함께 비치환 또는 치환되지 않는다.
화학식 (18)의 단위는 화학식 (19)에 해당하는 디하이드록시 방향족 화합물로 부터 유래될 수 있다:
Figure 112015091648716-pct00017
R, Ar, 및 E는 전술한 바와 같다. 특정 구현예에 있어서, Ar은 화학식 (20)을 가지는 폴리실록산인 레조르시놀로부터 유래한다:
Figure 112015091648716-pct00018
또는, Ar은 화학식 (21)을 가지는 폴리실록산인 비스페놀-A로부터 유래한다
Figure 112015091648716-pct00019
화학식 (20) 및 (21)에 대한 E는 상기와 같은 화학식 (17)에서 정의한 것과 같다.
다른 구현예에서, 폴리디오르가노실록산 단위들은 화학식 (22)의 단위들이다:
Figure 112015091648716-pct00020
R 및 E는 화학식 (17)에서 전술한 것과 같고, R2 의 존재 각각은 독립적으로 이가의 C1-30 알킬렌 또는 C7-30 아릴렌-알킬렌이며, 그리고 상기 중합된 폴리실록산단위는 이것에 해당하는 디하이드록시 방향족 화합물의 반응 잔류물이다. 특정 구현예에서, R2 는 C7-30 아릴렌-알킬렌이며, 폴리디오르가노실록산 단위는 화학식 (23)의 단위이다:
Figure 112015091648716-pct00021
R 과 E는 화학식 (17)에 대한 정의와 같다. 화학식 (23)의 각각의 R3 은 독립적으로 이가의 C2-8 지방족기이다. 화학식 (23)의 각각의 M은 동일하거나 다를 수 있으며, 할로겐, 시아노, 니트로, C1-8 알킬씨오, C1-8 알킬, C1-8 알콕시, C2-8 알케닐, C2-8 알케닐옥시 기, C3-8 시클로알킬, C3-8 시클로알콕시, C6-10 아릴, C6-10 아릴옥시, C7-12 아릴알킬, C7-12 아릴알콕시, C7-12 알킬아릴, 또는 C7-12 알킬아릴옥시일 수 있으며, 각각의 n은 독립적으로 0, 1, 2, 3, 또는 4이다.
일 구현예에서, M은 브로모 또는 클로로, 메틸, 에틸, 또는 프로필과 같은 알킬기, 메톡시, 에톡시, 또는 프록시와 같은 알콕시 기, 또는 페닐, 클로로페닐,또는 톨릴과 같은 아릴기; R3 는 디메틸렌, 트리메틸렌 또는 테트라메틸렌 기; 및 R 은 C1-8 알킬, 트리플루오르프로필과 같은 할로 알킬, 시아노알킬, 또는 페닐, 클로로페닐 또는 톨릴과 같은 아릴이다. 다른 구현예에서, R은 메틸, 또는 메틸과 트리플루오르프로필의 조합, 또는 메틸과 페닐의 조합이다. 여전히 다른 구현예에서, M 은 메톡시이며, n은 0 또는 1이며, R3는 이가의 C1-3 지방족 기이고, 그리고 R은 메틸이다.
화학식 (23)의 단위는 (24)에 해당하는 디하이드록시 폴리디오르가노실록산에서 유도될 수 있다:
Figure 112015091648716-pct00022
R, E, M, R3, 및 n은 화학식(23)에서 전술한 것과 같다.
특정 구현예에서, 상기 디하이드록시 올리고디오르가노실록산은 화학식(25)에서 주어진 구조를 가진다:
Figure 112015091648716-pct00023
E는 상기 화학식 (17)에서 전술한 것과 같다.
다른 특정 구현예에서, 상기 폴리디오르가노실록산 단위들은 화학식 (26)의 디하이드록시 올리고디오르가노실록산에서 유래된다:
Figure 112015091648716-pct00024
E는 상기 화학식(17)에서 정의한 것과 같다.
특정 구현예에서, 하이드록시방향족 말단-캡핑된 일반적인 화학식 (21)의 폴리실록산(Ar은 비스페놀-A에서 유래된다)은 화학식 (27)의 구조를 가지는 폴리실록산 코폴리머 조성물을 형성하는 동안에 카복실산 유도체와 함께 에스테르-가교된 구조를 형성한다:
Figure 112015091648716-pct00025
또는, 하이드록시방향족 말단-캡핑된 일반적인 화학식 (21)의 폴리실록산(비스페놀에서 유래된)은 카보네이트 전구체 또는 할로포메이트와 함께 공중합되고, 카보네이트 가교된 구조는 화학식 (28)의 구조를 가지는 폴리실록산 코폴리머 조성물에서 형성된다:
Figure 112015091648716-pct00026
또는 화학식 (27)과 (28)의 전술한 폴리실록산들을 포함하는 조합으로, R 과 E는 상기 화학식 (17)에서 설명한 것과 같고; 화학식 (27)의 T는 C6-30 아릴렌 기이며; 그리고 화학식 (28)의 R1은 C6-30 아릴렌기이다. 일 구현예에서, T는 이소프탈릭 및/또는 테레프탈릭 산 반응유도체의 반응 생성물에서 유래된다. 일 구현예에서, R1 은 화학식 (6)의 레조르시놀, 또는 화학식 (6)의 레조르시놀 및 화학식 (3)의 비스페놀의 조합의 카보네이트 반응 생성물에서 유래된다.
다른 특정 구현예에서, 하이드록시방향족 말단-캡핑된 일반적인 화학식 (19)의 폴리실록산(Ar이 레조르시놀에서 유래된다)은 화학식 (29)의 구조를 가지는 폴리실록산 코폴리머 조성물을 형성하는 동안에 카복실산 유도체와 함께 에스테르-가교된 구조를 형성한다:
Figure 112015091648716-pct00027
또는, 하이드록시방향족 말단-캡핑된 일반적인 화학식 (20)의 폴리실록산(레조르시놀에서 유래된)은 카보네이트 전구체 또는 할로포메이트와 함께 공중합되고, 카보네이트 가교된 구조는 화학식 (30)의 구조를 가지는 폴리실록산 코폴리머 조성물에서 형성된다:
Figure 112015091648716-pct00028
화학식 (29) 및 (30) 에 있어서, R과 E는 상기 화학식 (17)에서 전술한 것과 같으며; 화학식 (29)의 T는 C6-30 아릴렌기이며; 그리고 화학식 (30)의 R1 은 C6- 30아릴렌 기이다. 일 구현예에서, T는 이소프탈릭 및/또는 테레프탈릭 산 반응유도체의 반응 생성물에서 유래된다. 일 구현예에서, R1 은 화학식 (6)의 레조르시놀, 또는 화학식 (6)의 레조르시놀 및 화학식 (3)의 비스페놀의 조합의 카보네이트 반응 생성물에서 유래된다.
다른 특정 구현예에서, 하이드록시방향족 말단-캡핑된 일반적인 화학식 (23)의 폴리실록산(R3가 트리메틸렌인)은 화학식 (31)의 구조를 가지는 폴리실록산 코폴리머 조성물을 형성하는 동안에 카복실산 유도체와 함께 에스테르-가교된 구조를 형성한다:
Figure 112015091648716-pct00029
또는, 하이드록시방향족 말단-캡핑된 일반적인 화학식 (23)의 폴리실록산(R3가 트리메틸렌인)은 카보네이트 전구체 또는 할로포메이트와 함께 공중합되고, 카보네이트 가교된 구조는 화학식 (32)의 구조를 가지는 폴리실록산 코폴리머 조성물에서 형성된다:
Figure 112015091648716-pct00030
또는 화학식 (31)과 (32)의 전술한 폴리실록산들을 포함하는 조합으로, R 과 E는 상기 화학식 (17)에서 설명한 것과 같고; M 과 n은 상기 화학식 (23)에서 설명한 것과 같고; 화학식 (31)의 T는 C6-30 아릴렌 기이며; 그리고 화학식 (32)의 R1은 C6-30 아릴렌기이다. 일 구현예에서, T는 이소프탈릭 및/또는 테레프탈릭 산 반응유도체의 반응 생성물에서 유래된다. 화학식 (23)에서와 같이, 화학식 (31) 및 (32)의 아릴렌 부분은 각각이 두개의 연결점을 가진다: 산소 원자는 인접한 아릴레이트 에스테르 단위들 및/또는 방향족 카보네이트 단위들에 연결성을 부여하고, 하이드록시 기에서 유래된다; 폴리실록산 말단기의 알킬렌 부분은 추가적으로 폴리실록산 단위의 폴리실록산 부분 및 아릴렌 부분의 말단 실리콘 원자에 연결성을 갖는다.
일 구현예에서, 폴리실록산 단위의 말단 실리콘 원자에 아릴렌 부분에 연결되는 상기 산소 원자 및 알킬렌 기는 화학식 (31) 도는 화학식 (32)의 아릴렌 부분에서 오르소, 메타, 또는 파라로 배치될 수 있다. 일 구현예에서, R1 은 화학식 (6)의 레조르시놀, 또는 화학식 (6)의 레조르시놀 및 화학식 (3)의 비스페놀의 조합의 카보네이트 반응 생성물에서 유래된다.
디하이드록시 폴리실록산은 일반적으로 화학식 (33)의 치환된 실록산 올리고머를 기능화 하는 것에 의해 제조될 수 있다:
Figure 112015091648716-pct00031
R 및 E 는 이전에 정의한 것과 같고, 그리고 Z 는 H, 할로겐(Cl, Br, I), 또는 카복실레이트이다. 예시적인 카복실레이트들은 아세테이트, 포르메이트, 벤조에이트,및 유사한 것을 포함한다. 예시적인 구현예에 있어서, Z 는 H 이며, 화학식 (33)의 화합물은 지방족 불포화 일가 페놀을 추가하여 백금 촉매함에 의해 제조될 수 있다. 적합한 지방족 불포화 일가 페놀은 예를 들어, 유게놀, 2-알릴페놀, 4-알릴-2-메틸페놀, 4-알릴-2-페닐페놀, 4-알릴-2-브로모페놀, 4-알릴-2-t-부톡시페놀, 4-페닐-2-알릴페놀, 2-메틸-4-프로페닐페놀, 2-알릴-4,6-디메틸페놀, 2-알릴-4-브로모-6-메틸페놀, 2-알릴-6-메톡시-4-메틸페놀, 및 2-알릴-4,6-디메틸페놀을 포함한다. 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들 역시 사용될 수 있다. Z 는 할로겐 또는 카복실레이트이며, 기능기화가 화학식 (2), (3), (4), (6), 또는 전술한 디하이드록시 방향족 화합물들 중 하나 이상을 포함하는 조합의 디하이드록시 방향족 화합물과 함께 반응하는 것에 의해 달성될 수 있다. 예시적인 구현예에 있어서, 화학식 (19)의 화합물은 상 전이 조건에서 알파, 오메가-비스아세톡시폴리디오르가노실록산 및 디하이드록시 방향족 화합물로부터 생성될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 실록산 단위들, 아릴레이트 에스테르 단위들, 및 카보네이트 단위들의 혼합된 몰 퍼센티지에 기초하여, 0.5 내지 20 mol%, 구체적으로 1 내지 10 mol% 의 양의 실록산 단위들을 포함하며,상기 폴리실록산 코폴리머 조성물의 폴리머 골격에 공유결합된 폴리실록산 단위들에 의해 제공되는 실록산 단위들을 제공한다.
상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 0.1 내지 25 wt.%의 양의 실록산 단위을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 실록산 단위들을 폴리실록산 코폴리머 조성물의 총량을 기준으로 0.2 내지 10 wt.%, 구체적으로 0.2 내지 6 wt.%, 더 구체적으로 0.2 내지 5 wt.%, 그리고 여전히 더 구체적으로 0.25 to 2 wt.%의 양으로 포함하며, 다만, 상기는 실록산 단위들이 폴리실록산 코폴리머 조성물의 폴리머 골겨에서 공유결합된 폴리실록산 단위들에 의해 제공되는 경우만이다.
상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 화학식 (1)의 카보네이트 단위들을 추가적으로 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 0.2 내지 6 wt.% 폴리실록산 단위들, 50 내지 99.8 wt.% 에스테르 단위들, 및 0 내지 49.85 wt.% 카보네이트 단위들을 포함하며, 폴리실록산 단위들, 에스테르 단위들, 및 카보네이트 단위들의 혼합 중량 %는 폴리실록산 코폴리머 조성물 총중량 100 wt.% 에 기초한다. 다른 구현예에서, 상기 폴리실록산 코폴리머 조성물은 0.25 내지 2 wt.% 폴리실록산 단위들, 60 내지 94.75 wt.% 에스테르 단위들, 및 3.25 내지 39.75 wt.% 카보네이트 단위들을 포함하며,폴리실록산 단위들, 에스테르 단위들, 및 카보네이트 단위들의 혼합 중량 %는 폴리실록산 코폴리머 조성물 총중량 100 wt.% 에 기초한다.
일 구현예에서, 상기에서 설명된 폴리실록산 코폴리머 조성물은 165℃이하의 Tg 를 가지며, 구체적으로 160℃ 이하, 및 더 구체적으로 155℃이하이다. 유사하게, 일 구현예에서, 상기에서 설명된 폴리실록산 코폴리머 조성물은 폴리카보네이트 단위에 대한 115℃ 이하의 Tg 를 가지며, 구체적으로 120℃ 이하이다.
본 명세서에서 설명된 상기 폴리실록산 코폴리머는 용액 중합, 계면 중합, and 용융 중합와 같은 상이한 방법으로 제조될 수 있다. 여기서 유용한 방법은 구체적으 계면 중합이다. 계면 중합의 반응 조건은 다양할 수 있지만, 일반적인 과정은 수성 가성소다 또는 칼리에 이가의 페놀 반응물을 용해하거나 분산시키는 단계, 또는 대체적으로 수-비혼화성 용매 매체에 얻어진 혼합물을 첨가하는 물에 있어서 이가의 페놀 반응물을 현탁시키거나 용해하는 단계, 및 제어된 pH 조건에서, 예를 들어 8 내지 12에서 트리에틸아민과 같은 촉매 또는 상 전이 촉매의 존재하에 반응물을 카보네이트 전구물질과 접촉시키는 단계를 수반한다. 가장 흔히 사용되는 수-비혼화성 용매는 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 클로로벤젠, 톨루엔 등을 포함한다. 카보네이트 전구물질은 카보닐 할로겐화물, 예컨대 카보닐 브로마이드 또는 카보닐 클로라이드 또는 할로포메이트, 예컨대 2가 페놀의 비스할로포메이트(예를 들어 비스페놀 A, 하이드로퀴논 등의 비스클로로포메이트) 또는 글리콜의 비스할로포메이트(예를 들어 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등의 비스할로포메이트)를 포함한다. 카보네이트 전구물질의 전술한 타입들 중 적어도 하나를 포함하는 조합이 또한 사용될 수 있다. 한 구체예에서, 카보네이트 결합을 형성하기 위한 계면 중합 반응은 카보네이트 전구물질로서 포스겐을 사용하며, 포스겐화 반응이라고 한다.
폴리실록산 단위들을 폴리에스테르-폴리카보네이트 조성물에 첨가하는 것은 생성되는 폴리실록산 코폴리머 조성물의 열 방출 등급 성능을 증가시킬수 있으며, 폴리실록산-폴리카보네이트의 증가량은 증가된 열 방출 등급 성능을 제공할 수 있다. 그러나, 조성물의 폴리실록산의 총량의 6중량% 초과 농도의 폴리실록산의 사용은 바람직하지않은 헤이즈 레벨 및/또는 열 방출 속도성능의 하락를 야기할 수 있다.
추가적으로, 폴리실록산 단위들의 크기는 폴리실록산 코폴리머 조성물의 헤이즈 및/또는 투명도에 영향을 줄 수 있다. 코폴리머에서 조성적으로 분명히 구분되는 조성물의 단위, 그러한 것으로 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 또는 이들의 조합의 폴리실록산 단위들이 있으며, 이것은 폴리머 바탕질 주위로부터 더 정돈된 단위를 상-분리가 일어나는 커다른 개별 상을 형성하기 위함일 수 있다.
상기 큰, 상-분리된 도메인은, 폴리실록산의 큰 단위(예를 들어, 15 초과의 실록산 단위들), 30 아릴레이트 에스테르 단위를 초과하는 폴리아릴레이트 단위들, 및/또는 폴리카보네이트 단위들이 폴리머 체인에서 비균일하게 분산되는 경우에, 발생한다. 상기 단위들은 따라서 상-분리 영역(때때로 여기서 "도메인"으로 언급되는)을 형성할 수 있다. 도메인은 바탕질에 둘어싸인 영역으로, 개별적이고 관찰가능한 경계(이것을 둘러싸인 바탕질로부터 분리하는)를 가지는 영역으로 정의될 수 있다. 특정 한 비혼화성 도메인의 존재는, 상-분리 영역은 적절한 분석 방법 예를 들어 투과 전자 현미경(TEM)과 같은 방법에 의해 관찰될 수 있다. 상기 상-분리된 영역은 크기에서 다양할 수 있으나, 일반적으로 긴 면적이 20 내지 200 나노미터 또는 인접한 길이를 가지며, 상기 길이는 압출 또는 사출성형되는 동안에 폴리머 조성물의 흐름 방향과 함께 발생된다. 이러한 상-분리 영역의 코폴리머에서의 존재는 입사광을 산라시킬 수 있다. 상-분리 영역 크기를 증가시키는 것, 상-분리 영역의 수를 증가시키는 것, 및 상-분리시키는 단위들의 인트라-체인 농도를 증가시키는 것은- 각각 개별적으로 입사광의 증가된 산란과 관련된 것으로 생각된다. 도메인 형성의 벌크 특성들은 따라서 헤이즈 및/또는 광투과 측정을 사용하여 관찰된다. 따라서, 이들 상 분리된 영역의 형성을 방지하거나, 감소시키거나, 완화시키거나, 제거하는 기작이 없을 경우 이종, 비혼화성 폴리머 단위들의 조합이 사용되는 곳에서, 그러한 도메인들이 형성되는 것으로 관찰된다. 도메인의 형성을 조작하기 위한 기작들은 단위의 크기를 제한하는 것, 코폴리머에서의 단위들의 농도를 제한하는 것, 및 폴리카보네이트에 분산된 단위들의 랜덤성과 균일한 공간을 증가시키는 것을 포함한다. 따라서, 작은 상-분리 영역 및 상-분리 영역의 감소된 수는 산란된 입사광의 양을 감소시키고, 그렇게 함으로써 조성물의 측정된 헤이즈를 감소시키며, 그리고 바람직하게 광투과의 증가를 제공한다.
폴리실록산 코폴리머 조성물의 중량 퍼센티지로서 폴리실록산 총중량을 유지하는 동안에, 상기 단위 길이가 증가하는 것은, OSU 테스트에서 열 방출 등급 성능의 감소를 초래한다. 폴리실록산 단위 길이를 15 초과로 증가시키는 것은 총 폴리실록산의 함량은 유지되는 동안에, 상이한 단위 길이의 폴리실록산을 포함하는 조성물에 대한 열 방출 등급 성능을 낮추는 결과를 초래한다. 가장 높은 열 방출 등급 성능이 짧은 폴리실록산 단위 길이(15 반복 단위 이하의)와 함께 주어진 폴리실록산 단위의 총 함량(폴리실록산-폴리카보네이트의 중량 퍼센티지와 같은)에서 얻어진다. 이러한 방법으로, 폴리머 바탕질을 통해 짧은 폴리실록산의 높은 수의 분포는 높은 플레임 리트레이스(flame retrace) 및 최적 투명도를 제공한다. 최고의 연성은 커다란 실록산 단위들을 사용함으로써 얻어진다. 높은 경도 및 우수한 FR 성능이 요구되는 조성물을 위해, 큰 실록산 단위들 또는 큰 실록산 단위 와 작은 실록산 단위의 조합들이 사용될 수 있다. 우수한 FR과 함께 적절한 수준의 경도가 요구되는 조성물에 있어서, 작은 실록산 단위들이 사용될 수 있다.
따라서, 폴리실록산 코폴리머 조성물의 폴리실록산 단위로 상기 단위가 폴리실록산 코폴리머 조성물의 폴리실록산 분포에 기초한 유효한 열 방출 등급 성능을 가지는 것을 확신하기에 충분히 크며, 관찰가능한 빛 산란(즉, 헤이즈)를 야기할수 있는 크기의 도메인을 형성하지 않기에 충분히 작은 단위 크기를 만족하는, 단위크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 단위들은 또한 낮은 헤이즈를 유지하는 동안에 바람직한 충격 특성을 제공하기 위한 포리실록산 코폴리머 조성물에서 충분한 농도로 존재하는 것이 바람직 할 수 있다. 추가적으로, 상기와 같은 향상된 열 방출 등급 성능 및 낮은 헤이즈와 같은 이유로 상기 단위들은 폴리실록산 코폴리머 조성물을 통해 충분하고 랜덤하게 분포되고 균일하게 공간을 차지하는 것이 바람직하다.
폴리에스터 단위, 폴리카보네이트 단위, 또는 양 단위 내에 분포된, 4 내지 50의 실록산 반복 단위, 구체적으로, 15 이상, 더욱 구체적으로 25 이상의 실록산 반복 단위의, 저 레벨, 예컨대, 10 중량% 이하, 구체적으로 6중량% 이하의, 폴리실록산 단위을 포함하는 폴리실록산 코폴리머 조성물은, 폴리실록산 코폴리머 조성물로 구성되는 물품을 연소시켜 측정될 때, 낮은 열 저항률을 가질 수 있다. 폴리실록산을 포함하는 폴리실록산 코폴리머 조성물은 폴리카보네이트, 폴리에스터-폴리카보네이트 및 이들을 포함하는 조합과 비교하여 향상된 고유의 발열 특성을 가질 수 있다. 폴리실록산 공중합체 조성물은 우수한 발열 특성을 갖는 폴리이미드 및 폴리실록산-폴리이미드와 비교하여, 동등하거나 더 낮은 헤이즈를 가질 수 있고, 동등하거나 개선된 투명도 특성을 가질 수 있다. 폴리실록산 단위을 포함하는 폴리실록산 코폴리머 조성물은, 예컨대 폴리이미드 및 폴리실록산-폴리이미드와 같이, 우수한 발열 특성을 가지나 고 헤이즈 및 저 투명도를 갖는 폴리머와 비교할 때, 더 낮은 헤이즈, 더 옅은 색(color), 및 동등하거나 더 개선된 투명도 특성을 갖는다.
또한, 폴리실록산 단위을 포함하는 폴리실록산 코폴리머 조성물의 저 헤이즈는 폴리머 조성물이우수한 내후성과 높은 광택 보유 특성과 같은 다른 요구되는 특성을 갖는 것을 가능하게 한다. 폴리아릴레이트는 자외선 방사 및/또는 공기 중의 습기에 의한 악천후에 대한 더 우수한 저항력을 갖는데, 이는 다른 충격 개질된, 난연성 조성물보다 뛰어나다. 앞서 설명된 폴리아릴레이트 단위을 폴리실록산 코폴리머 조성물의 제조에 사용하는 것이 ASTM G155-04a와 같은 적절한 기후 프로토콜에 따라 우수한 기후 특성을 제공하는 것이라고 생각된다. 또한, 폴리아릴레이트 단위의 내후성은 투과도, 노란정도(yellowness)(내후도 실험 이후 옐로우니스 인덱스 변화를 측정함), 내후도 실험 이후의 표면 광택, 폴리실록산 코폴리머 조성물 내의 헤이즈의 형성에 대한 저항성면에서 향상을 제공한다. 게다가, 본원에서 설명된바와 같이 폴리머 사슬을 통하여 분산된 폴리실록산 단위의 사용은, 바람직한 헤이즈 및 투명도를 유지하거나 향상된 상태에서 바람직한 열 저항률 성능, 충격 성능, 및 연성을 제공한다.
또한, 폴리실록산 코폴리머 조성물 내 0.25 중량% 이하의 저중량의 폴리실록산은 바람직한 낮은 헤이즈를 유지하면서 바람직한 열 저항 특성을 제공할 수 있다. 당업자에게 폴리실록산 단위 크기, 수, 분포 및 폴리실록산 단위 조성물의 조합과 같은 한정은, 폴리실록산 코폴리머 조성물로부터의 바람직한 헤이즈 및 충격 특성 성능을 얻기 위하여 조성물의 파라미터 범위 내에서 조절될 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 또한, 본원에 개시된 폴리실록산 코폴리머 조성물을 포함하는 조성물은 다른 충격 개질된 폴리카보네이트보다 더 높은 전단 속도에서 향상된 용융-흐름 특성을 위한 향상된 연성, 및 저 용융 점도를 가질 수 있다.
원하는 경량 시트에 이르기 위해, 상기 코어 층의 폴리머 조성물은 또한 발포제(들)을 포함할 수 있다. 상기 발포제(들)은 분해 타입 (화학적 분해로 가스(예를 들어, 이산화탄소 (CO2), 질소 (N2), 및/또는 암모니아 가스)를 발생시키는), 및/또는 증발 타입(화학적 반응없이 증발하는)일 수 있다. 가능한 발포제들은 이산화탄소, 소듐 바이카보네이트, 아자이드 화합물들, 암모니움 카보네이트, 암모니움 니트라이트, 모노소듐 시트레이트, 물과의 반응에 의해 수소를 발생시키는 경금속들, 염소화된 탄화수소들, 클로로플루오로카본들, 아조디카본아마이드, N,N'디니트로소펜타메틸렌테트라민, 트리클로로모노플루오로메탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 메틸렌 클로라이드, 유기 카복실산들(포름산, 아세트산, 옥살산, 리시노레익산, 및 등과 같은), 펜탄, 부탄, 에탄올, 아세톤, 질소 가스 (N2), 암모니아 가스, 및 등, 마찬가지로 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들을 포함한다. 압출과 몰딩에 유용한 예시적인 상업적 발포제들은 6257 ID Endo Foam 35 XFC, 5767 ID Endo Foam 100FC, 8812 ID Exo Foam 80, 8861 ID 25, 6851 ID 35 MFC, 6400 ID 35 NA, 6295 ID 70 XFC, 6265 ID 70 MFC, 7800 ID 70 NA, 6905 ID 90 NA, 6906 ID 90 NA FC, 6258 ID 100 XFC 100, 6836 ID 130 MFC, 6950 ID 40 EEFC, 6952 ID 40 EEXFC, 6112 ID 70 EEFC, 6833 ID 70 EEFC, 8085 ID 70 EEMFC, 7236 ID Foam EEFC, 7284 ID 80 2300 EXO, 7285 OD 80 2400 EXO, 71531 ID 100 MFC EXO, 8016 ID 120 EXO, 6831 ID 135 EXO, Palmarole EXP 141/92B, Palmarole BA.K2.S1, Palmarole BA.F4.S, Palmarole BA.F2.S, Palmarole BA.K5.S, Palmarole BA.F4.E.MG, Palmarole BA.K3.EF, Palmarole BA.M4.E, Palmarole MB.BA10, Palmarole MB.BA.13, Palmarole MB.BA.15, Palmarole MB.BA.16, Palmarole MB.BA.18, Palmarole BA.M7.E, Palmarole BA.K2.S1, Palmarole BA.F4.S, Palmarole BA.K4.S, Palmarole BA.F2.S, Palmarole BA.K3.EF, Palmarole BA.K4.C, 및 Bergen International FoamazolTM 시리즈 32, 40, 41, 43, 50, 57, 60, 61, 62, 63, 70, 71, 72, 73, 73S, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 마찬가지로 X0-255, X0-256, X0286, X0-330, X0-339, X0-355, X0-379, X0-385, X0-423, X0P-300, X0P-301, X0P-305, 및 X0P-341을 포함하나 이에제한되지 않는다. 이전에 설명한 것과 같이, 발포제들의 어떤 등급을 사용하는 경우, 흡열 또는 발엽 타입 또는 이들의 조합들, CO2 가스가 방출되고 폴리머 멜트에서 분산된 거품들로서 결국 압출기에서 벗어난다. 상기 거품들은 경량의 폴리머 시트를 구성하는 셀들을 형성하기 위해 확장된다.상기 셀들은 열리거나 닫힐수 있으나, 일반적으로 닫힌다. 상기 셀들은 10 이하의 측면 비율, 구체적으로, 7.5 이하, 더 구체적으로, 5 이하, 심지어 더욱 구체적으로, 3 이하의 측면 비율을 가질 수 있다. 상기 셀들은 500 마이크로미터 (㎛) 이하의 크기, 구체적으로, 250 마이크로미터 이하, 더 구체적으로, 200 마이크로미터 이하, 심지어 더 구체적으로, 100 마이크로미터 이하, 여전히 더 구체적으로, 50 마이크로미터 이하, 및 아직 더 구체적으로, 20 마이크로미터 이하의 크기를 가질 수 있다. 선택되는 화학 발포제의 양은 공정, 공정 조건들, 및 특정 폴리머 물질(들)에 의존한다. 어떤 구현예들에서, 발포제의 양은 0.1 wt.% 내지 10 wt.%, 또는, 구체적으로, 0.1 wt.% 내지 5 wt.%, 또는, 더 구체적으로, 1 wt.% 내지 4 wt.% 일 수 있으며, 상기 중량 퍼센트는 폴리머 조성물(예를 들어, 폴리머 물질(들), 첨가제(들), 발포제(들), 응집제(들), 등)의 총중량의 기준으로 한다. 어떤 구현예들에 있어서, 상기 발포제는 0.1 wt.% 내지 4 wt.%, 또는, 구체적으로, 0.5 wt.% 내지 3 wt.%, 및 0.25 wt.% 내지 2 wt.% 의 추가적인, 상이한 발포제(들), 또는, 구체적으로, 0.5 wt.% 내지 1.5 wt.% 의 추가적인 발포제(들)을 포함할 수 있다.
물리적 발포제의 양은 동일한 경량 시트를 얻기 위해 대략 0.02%의 중량 범위일 것이다. 상기의 물리적 발포제들은 CO2, N2, H2O, 아세톤, 부탄, 먼저 설명한 것과 같은 아르곤을 포함한다. 오존 감손 제제들은 환경적인 사항들로 인해 피하는 것이 바람직하다.
수지 첨가제 패키지가 발포제에 기초를 두고 선택되는 것이 기대된다. 다르게 말하면, 첨가제 패키지는 발포제에 의해 생성되는 어떠한 반대 이온을 반격하기 위해 포함될 수 있다. 따라서, 첨가제는 pH가 반대이온이 생성되는 경우 그들이 중화되는 그러한 바람직한 범위에서 유지되는 것이 가능하다. 원하는 pH는 특정 폴리머 물질에 의존할 수 있다. 발포제에 의해 생성되는 반대이온들을 중화하기 위해 버퍼가 상기 조성물(폴리머 물질)에 첨가될 수 있다. 낮은-및-높은 온도 순환 기능, 높아진 온도 기능, 높은 습도, 등과 같은 환경적 영향에 대한 저항성을 포함하는 긴-시간의 물리적 및 기계적 특성을 위한 경량 시트 기능은 수지 안정성에 영향을 받는다. 상기 수지 첨가제 패키지는 화학적 및/또는 물리적 발포제의 성능을 위해 가수 분해 안정성의 제공, 부산물, 및 응집 장소가 예를 들어 격렬한 압출공정 단계 동안에 동일한 방식으로 조숙한 수지 분해를 예방하는 것이 요구될 것이다.
경량의 폴리머 시트의 제조 동안에, 화학 발포제의 대부분은 폴리머 바탕질에서 분해 생성물 잔여물을 남기며, 그것은 상기 폴리머에 해로울 수 있으며, 예를 들어 그것은 폴리머 바탕질의 화학 저항 또는 열수 저항을 나빠지게 할 수 있다. 화학 발포제의 선택은 해로움을 최소화하기 위해 폴리카보네이트들, 폴리아릴레이트들, 폴리에스테르들 및 폴리에테르이미드와 같은 중-축합 타입의 폴리머들에 있어서 중요하다. 예를 들어, 소듐 바이카보네이트가 경량의 폴리카보네이트 시트들을 제조하기 위해 화학 발포제로서 사용되는 경우, 폴리카보네이트 용융 공정 단계 동안에 소듐 바이카보네이트는 소듐 카보네이트, 물 및 이산화탄소(상기 물과 이산화탄소는 발포제 가스로 작용하여 폴리카보네이트 시트에서 발포된 구조를 형성하고, 그러는 동안에 소듐 카보네이트 잔기는 최종 폴리카보네이트 바로 시트에 안에 남게되고, 이것은 상대적으로 강한 산으로, 만약 열수 저항 특성 또는 장기간 물리적 및 기계적 특성들이 간직되는 것이 바람직할 경우, 폴리카보네이트 바탕질의 열수 저항에 해를 끼칠 수 있다)로 열적으로 분해된다. 다른 측면에서,발포 공정의 온도에서, 중성 또는 약산 또는 약염기의 그들의 분해 생성물 잔여물의 성질을 가지는 어느 다른 화학 발포제들은 폴리카보네이트에 더욱 친화적일 수 있다. 예들은 모노-소듐 시트레이트, 시트르 산, 5-페닐-3,6-디하이드로-2H-1,3,4-옥사디아진-2-원 (PEDOX), 5-페닐-1H-테트라졸 (5-PT), 마찬가지로 상기 화학 발포제들 중 어느 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
가속된 수분안정성 테스트는 경량 폴리머 시트의 장기간 신뢰성을 예상하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 테스트는 상기 폴리머 물질을 90℃, 95% 상대습도에 14일 동안 테스트하는 것, 또는 121℃ 및 18 psi (파운드 퍼 제곱 인치) 습압에서 24시간동안 실험되는 조건과 같은 압력솥 조건에서 더 가속된 테스트를 포함한다. 상기 기간 동안에, 상기 수지는 바람직하게는 원래 최초의 분자량의 30% 미만의 감소, 또는 더 바람직하게는 10%미만의 감소를 보인다. 이러한 유형의 가속된 에이징 테스트들은 굴곡 강도 및 다축성 충격 특성 보유의 지표로 사용될 수 있다.
벌크 수지 자체, 또는 화학발포제를 포함하는 마스터배치 안에서, 다른 수지 패키지 첨가제들 또는 셀 조절 성분의 선택으로 인한 추가적인 케어는, 폴리머 조성물의 표면 장력을 대체하는 것 또는 셀이 성장할 수 있는 응집 장소들의 제공에 의해 발포 셀들의 응집에 영향을 줄 수 있다. 응집제들은 압출되거나 몰드된 시트/필름 또는 부분에서 특정 크기와 밀도의 셀을 발달시키기 위해 선택되어 질 수 있다. 어떤 가능한 응집제들은 탈크(마그네슘 실리케이트), 유리-섬유, 건식 실리카, 티타늄 디옥사이드, 칼슘 카보네이트, 산화아연, 및 등등, 마찬가지로 전술한 것중 어느 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 선택되는 응집제(들)의 양과 크기는 공정, 공정 조건, 특정 폴리머 물질(들), 발포제(들), 원하는 셀 크기, 및 수지 첨가제 패키지(들)의 전반적인 균형과 성능에 의존한다. 어떤 구현예들에서, 응집제(들)의 양은 10 wt.% 이하, 또는, 구체적으로, 0.01 wt.% 내지 5 wt.%, 또는, 더 구체적으로, 0.02 wt.% 내지 1 wt.%일 수 있으며, 상기중량 퍼센트는 폴리머 조성물 전체 중량을 기준으로 한다.
발포 거품의 측면 비율이 1에 접근하는 경우, 기계적 특성이 향상되는 것이 발견되었다. 이것은 예상하지 못한 발견으로 디스크 형상의 무기 충전제를 10 wt% 초과로 사용함으로써 측면 비율(길이/너비(l/w))이 감소할 수 있으며, 예를 들어 약 5 에서 약 2 까지 감소할 수 있다. 따라서, 압출되고, 발포된, 3 미만의 측면 비율을 가지는 시트가 얻어 질수 있고, 이에 더해 2 이항의 측면 비율을 가지는 시트가 얻어 질수 있다. 가능한 디스크 형상의 무기 충전제는 탈크 및 마이카를 포함하며, 마찬가지로 전술한 것들의 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다.
연속식 공정 또는 배치식 공정을 포함하는, 다양한 기술들이 경량의 폴리머 시트를 형성하기 위해 선택될 수 있다. 상기 배치식 공정은 매우 특별한 특성을 지니는 폼(foam)들을 제조하거나 또는 공-사출 성형, 사출 서형, 회전 성형, 가스-카운터 압력 성형, 및 구조적 폼 성형과 같은 배치 당 더 작은 부피를 가지는 데 있어 우선적으로 사용된다. 그러나, 상기 연속식 공정은 생산물 스케일 조작에 있어 높은 생산성을 허락한다. 이러한 연속식 공정은 압출, 공압출, 화학 발포 압출, 및 와이어-및-케이블 압출을 포함할 수 있다. 연속식 공정의 한 타입이 도 1에 도시되었다. 일 구현예에서, 상기 연속식 공정은 압출기, 예를 들어, 단일 스크류-압출기 또는 텐덤 셋-업을 사용한다. 양 접근 모두는 코-로테이팅 트윈-스크류를 사용할 수 있다. 상기 공정은 하기를 포함한다 : 폴리머 물질 및 다른 첨가제(들)을 압출기의 스로트로 도입하는 단계, 폴리머 물질을 용융하는 단계, 용융된 폴리머 물질에서 발포제(들)이 용해되는 단계, 폴리머 물질을 가소화하는 단계, 거품을 응집하는 단계(예를 들어, 다이에서의 압력 저하로 인해), 다이 이후의 거품의 성장단계, 세포 구조의 안정화 단계(예를 들어, 쿨링 및 캘린더링 하여). 바람직하게는, 셀들은 제한된 수로 응집되고 동일한 3차원 기계적 특성을 가지는 폼을 생산하기 위애 동일 속도 모든 방향에서 동시에 커진다.
도 1은 경량의 폴리머 시트를 제조하기 위한 예시적인 연속 공정이다. 도 1에서 보여지는 바와 같이, 상기 폴리머 물질 (수지) 및 화학 발포제는 주 압출기 13의 10을 거쳐 스로트 11로 도입된다. 선택적으로 호퍼 12에 연결된 하나 이상의 측면 압출기 14 가 원하는 경량 시트의 배열에 의존하여 사용될 수 있다. 가스 인젝션 포트 21을 통해 도입된 화학 발포제 또는 선택적인 물리적 발포제가 어느 압출기 통풍 시스템의 아래 방향으로 첨가되어 지거나 통풍되지 않은 압출기와 함께 사용될 수 있음이 중요하다. 상기 수지 및 화학 발포제는 스로트 11로 도입되어 혼합 섹션 15의 회전 스크류에 접촉된다. 가열된 압출기를 통해 진행되고, 화학 발포제가 높은 압력 및 온도에서 수지에 용해되는 가스를 방출하기 위해 분해되는 동안에 상기 수지(들)은 용융된다. 상기 수지 멜트는 압출 베럴에서 배압을 증가시킴으로써 가스를 용해된 상태로 유지하는데 도우을 주는 브레이커 플레이트 및 스크린 팩 22를 통해 압출기 베럴을 벗어난다. 상기 압출형은 이제 주 압출기 13 및 추가적인 캡층(들) 49a 및 49b(도 2 참조)를 위치하기 위한 측면 압출기 14로 부터 수지 흐름을 조절하는 피드블럭 16으로 들어간다. 상기 피드블럭 16에서부터 용해된 수지가 다이 립 19를 통해 시트 형태로 압출하기 위한 분배를 하는 다이 18로 들어간다. 다이 19의 출구에서의 압력 저하는 용해된 가스가 확장하고 셀 52를 생성하는 것을 가능하게 한다. 이러한 셀 52의 크기, 형상, 및 빈도는 구체적으로 조작되며, 예를 들어, 캘린더링 롤러 20을 통해 상기 멜트를 당김으로써 조작된다. 상기 캘린더링 롤러 20은 최종 시트의 두께를 조작하는 것, 셀 52의 크기에서 고정하기 위해 시트를 냉각하는 것, 및 공압출된 층을 텍스쳐링하는 것과 같은몇몇 기능을 제공할 수 있다.
공압출 방법 및/또는 코팅 방법(온-및-오프 라인)은 시트의 성능을 증가시키고/거나 대체하기 위하고/거나 원료 물질의 비용을 감소하기 위하여 시트의 기하학 구조의 어느 표면 부분에 대한 상이한 폴리머를 제공하기 위해 시트를 제조하는 동안에 또한 채용될 수 있다. 일 구현예에서, 공압출 공정은 상위 층에 심미적인 염료를 추가하는 것을 채용할 수 있다. 시트의 성능 및/또는 특성을 향상시키기 위해 코팅(들)은 시트의 어느 표면에 배치될 수 있다. 예시적인 코팅들 똔느 공압출 층들은 항진균성 코팅, 소수성 코팅, 친수성 코팅, 빛 분산 코팅, 결로방지 코팅, 스크래치 저항 코팅, 자외선 흡수 코팅, 빛 안정화제 코팅, 및 유사한 것을 포함할 수 있다. 공압출 분야의 통상의 기술자에게 있어 무수히 많은 구현예들이 공압출 공정을 활용하기 위해 만들어질 수 있음은 자명하다.
상기 경량의 폴리머 시트는 다른 층(들)과 함께 공-압출될 수 있다. 예를 들면, 언급한 바와 같이, 경량의 폴리머 시트는 또한, 추가적으로 캡 층(들)을 포함할 수 있다. 상기 경량의 폴리머 시트는 경량 시트의 어느 쪽(예를 들어, 위, 아래, 및/또는 측면(들))에 인접하여 위치될 수 있는 캡-층과 함께 공-압출, 라미네이트, 접착, 등등이 될 수 있다. 일반적으로, 상기 캡 층은 밀도, 기계적 특성, 발포, 텍스쳐링, 심미적인 특성, 등등을 만족하면서 어떠한 두께일 수도 있으며, 그리고 앞-에서-뒤, 또는 측면-에서-앞-에서-뒤로 분배될 수 있다. 이전에 설명한 것과 같이, 상기 캡 층(들)은 코어 층과 동일하거나 상이한 물질을 포함할 수 있다. 상기 캡 층(들)은 이전에 설명한 것과 같이 최종 용도 분야에 바람직할 경우, 선택적으로 UV 흡수제(들) 및 다른 첨가제들, 맞춰진 성능을 위한 유기 또는 무기를 포함할 수 있다.
도 2는 코어 층 42를 포함하는 다층시트를 도시한 것으로, 상기 코어층은 셀 52를 가지는 발포된 폴리머 시트를 포함할 수 있다. 상기 코어 층 42는 첫번째 표면 44 및 두번째 표면 46을 가질수 있다. 캡층은 상기 첫번째 표면 및/또는 두번째 표면 상으로 공압출되어 질 수 있다. 상기 첫번째 캡 층 48은 코어 42의 첫번째 표면 44에 배치되고 인접한 접촉(예를 들어, 물리적 접촉)이 되며 및/또는 상기 두번째 캡 층 50은 코어 42의 두번째 표면 46에 배치되고 인접한 접촉(예를 들어, 물리적 접촉)이 될수 있다. 캡 층 48의 외부 표면 49a 및 선택적으로 캡 층 50의 외부 표면 49b는 캘린더 롤러(들) 20을 사용하여 텍스쳐될 수 있다.
상기 경량 시트는 또한 다중벽으로된 시트 또는 주름잡힌 시트 및 유사한 것일 수 있다. 상이한 다이 배열들 및/또는 아래방향 공정 장치의 사용과 관련하여 여기서 설명된느 일반적인 개념의 변화가 상기로부터 기대된다. 예를 들어, 다중벽은 구조적 온전함을 위한 가로지르는 층들을 생산하기 위해 구체화된 다이를 사용할수 있으며, 부품의 전체적인 두께를 조절하기 위해 아래방향의 캘리브레이터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 주름잡인 부분은 경량의 주름잡힌 제품을 생산하기 위한 in-or-off라인 장치를 형성하는 조작된 컴퓨터를 사용한다. 광투과 및 글로스 조작은 이전에 설명된 공정에 의해 모두 조작될 수 있다.
경량의 폴리머 시트 는 추가적으로 코어 및 캡 층들(예를 들어, 2 개의 코어 층 이상 및/또는 2개의 캡 층 이상)을 포함할수 있음이 추가적으로 고려된다. 추가적으로, 상기 경량의 폴리머 시트는 또한 예를 들어 중간 층 또는 접착 층, 그러한 것은 코어 층이 중간 층에 접촉할 수 있으며 그리고 중간 층은 캡 층에 접촉할 수 있고, 또는 그들의 다른 가능한 조합과 같은 코어 및 캡 층 사이에 분산된 층들을 포함할 수 있다. 추가적인 층들 또는 코팅들이 또한 캡 층들(그러한 캡 층은 코어 층과 코팅 사이에 위치)의 표면에 존재할 수 있다. 그러한 층들은 하드코트들(예를 들어, 이전에 설명한 것과 같은 마모 저항 코팅), UV 저항 층들, IR 흡수 층들, 등을 포함할 수 있으나 이에 제한 되지 않는다. 추가적인 층들은 다층 시트의 설명한 특성(즉, 난연성 ( 두께 1.0 mm에서 적어도 V0의 UL 등급을 보유하는), 및/또는 연기 밀도 (지속적으로 연기 밀도 테스트를 통과하는))에 부정적인 영향을 주지 않는 조건하에서 첨가될 수 있음이 고려된다. 상기에서 설명한 추가적인 층들의 어떠한 실현 가능한 조합도 또한 고려된다.
도 3, 4, 및 5는 여기서 설명되는 발명들의 다양한 구현예들을 대표한다. 도 3은 캡 층 48 또는 50이 없이 셀프-텍스쳐링하는 코어 시트 42의 예이다. 상기 코어 층 첫번째 표면 44 및, 선택적으로, 코어 층 두번째 표면은 낮은 광택의 표면을 생성하기 위해 닫힌-구조의 셀들과 함께 텍스쳐된다. 셀의 크기, 빈도, 및 분포도가 셀프-텍스쳐링하는 특성을 가능케 한다. 놀랍게도 이러한 셀 특성들은 열의 적용으로 씻어지는 것과 반대되게 그들의 낮은 광택 외관을 유지하기 위한 열성형 조작 동안 유지된다
도 4는 캡층 48에 캘린더 된 낮은 광택 표면의 예이다. 상기 코어 층 42(도 4에 표시되지 않은)는 붕괴 또는 다른 바람직한 셀 구조를 대체하는 것 없이 높은 힘에서 캘린더링 레플리케이션을 가능하게 하기 위해 상이한 셀 크기, 분포 및 빈도를 가진다.
마지막으로, 도 5는 코어 층 42, 선택적으로 캡 층 48 및 그들의 연관된 표면 46, 44, 및 49a에 대한 횡단면도이다. 상기 횡단면으로 묘사된 셀들 52는 의도되 분야를 위한 바람직한 닫힌 셀타입이다.
시트 물질의 광택은 몇몇 의도한 수송 분야를 위한 심미적인 목적을 가진다. 예를 들어, 비행기, 기차, 및 버스의 승객 객실로 들어오는 햇빛의 눈부심을 줄일 수 있다. 상기 셀프-텍스쳐링하고 캘린더된 경량시트는 이런 목적에 특별히 적합하다. 광택(Gloss)는 물질이 특정 각도에서 어떻게 반사되는 가로 간단히 정의된다. 1.567의 굴절율을 가지는 윤택을 낸 검은 글라스, ATSM D523에 따라 100의 글로스 단위 값을 가지는 것이, 상기의 시트 샘플들과 비교를 위해 사용된다. 기하학적 구조의 측정은 샘플에 대하여 직각인 광원 오프셋으로 측정된다. 따라서, 측정은 일반적으로 20°, 60°, 및 85°의 기하학적 구조에서 측정된다. 고 광택은 통상적으로 20°에서 >70 글로스 단위 (g.u.)으로 설명되고, 반-광택은 60°에서 1-70 g.u., 및 낮은 광택은 85°에서 <10 g.u로 설명된다. 표 1은 도 3 및 4에서 측정된 광택 단위들로, 어떠한 기하학적 구조 테스트에서도 낮은 광택으로 여겨질 것이다. 측정은 샘플의 3개의 상이한 위치에서, MD 및 TD 방향에서 행하여졌다.
표 1: 도 3 및 4 에서의 광택 측정
도3
샘플 #1		 20 Deg 60 Deg 85 Deg 도 3
샘플 #1		 20 Deg 60 Deg 85 Deg
MD- Top-1 1.3 7.0 8.8 TD- Top-1 1.3 6.2 2.7
MD- Top-2 1.3 6.9 8.3 TD- Top-2 1.3 6.5 2.9
MD- Top-3 1.3 7.4 9.1 TD- Top-3 1.3 6.4 2.9
도 3
샘플 #2		 20 Deg 60 Deg 85 Deg 도 3
샘플 #2		 20 Deg 60 Deg 85 Deg
MD- Top-1 1.3 6.6 8.9 TD- Top-1 1.2 6.0 2.6
MD- Top-2 1.3 6.7 8.6 TD- Top-2 1.2 6.0 2.6
MD- Top-3 1.3 7.0 8.4 TD- Top-3 1.3 6.1 2.7
도 4
샘플 #1		 20 Deg 60 Deg 85 Deg 도 4
샘플 #1		 20 Deg 60 Deg 85 Deg
MD- Top-1 0.4 3.9 7.0 TD- Top-1 0.4 3.7 4.4
MD- Top-2 0.4 3.8 6.5 TD- Top-2 0.4 3.8 4.5
MD- Top-3 0.4 3.9 7.0 TD- Top-3 0.4 3.7 4.5
도 4
샘플 #2		 20 Deg 60 Deg 85 Deg 도 4
샘플 #2		 20 Deg 60 Deg 85 Deg
MD- Top-1 0.9 2.6 3.6 TD- Top-1 0.9 2.9 3.3
MD- Top-2 0.9 3.1 4.0 TD- Top-2 0.9 2.9 3.3
MD- Top-3 0.9 3.7 5.0 TD- Top-3 0.9 3.2 3.7
상기 시트는 생성된 표면의 특성을 잃지 않으면서 의도된 분야로 다양한 형상들로 성형될 수 있다. 따라서, 경량 시트의 낮은 광택 바깥 표면 44 또는 49는 텍스쳐 및 글로스 레벨을 성형 후에도 보유할 수 있다. 상기 성형 기술은 예를 들어, 드레이프, 니블링, 및 다른 딥 드로우 성형 방법일 수 있다.
아래에는 경량의 폴리머 시트, 이들의 제조방법 및 이들을 사용하는 물품들의 구현예들이 설명된다.
구현예 1: 폴리머 물질을 포함하는 발포 층으로, 상기 폴리머 물질은 100℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가지는 폴리머 물질을 포함하는 발포 층을 포함하고; 상기 동일한 폴리머 물질로부터 형성된 동일한 기하학적 구조 및 크기를 가지는 솔리드 시트에 비해 10% 내지 60%의 중량 감소를 가지며; 1.0 mm 두께에서, 하기의 열 방출 기준들 중 하나 이상을 통과하며: 1) FAR/JAR 25.853, Amendment 25-116의 파트IV OSU열 방출 테스트에 따라 제곱미터 당 65 킬로와트-분(kW-min/m2) 이하의 2분 적분 열 방출 속도 및 제곱미터 당 65 킬로와트(kW/m2) 미만의 최대 열 방출 속도를 가지는 기준; 2) ISO 5660-1에 따라, 50 kW/m2 방사 레벨 테스트 조건에서 90 kW/m2 이하의 열방출의 최대 평균 속도(MARHE)를 가지는 기준; 1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 200 이하의 연기 밀도를 가지며; 열성형이 가능한; 폴리머 시트.
구현예 2: 폴리머 물질을 포함하는 발포 층으로, 상기 폴리머 물질은 100℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가지는 폴리머 물질을 포함하는 발포 층을 포함하고; 상기 동일한 폴리머 물질로부터 형성된 동일한 기하학적 구조 및 크기를 가지는 솔리드 시트에 비해 10% 내지 60%의 중량 감소를 가지며; 열성형이 가능한; 폴리머 시트.
구현예 3: 구현예 1 내지 2 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 셀프-텍스쳐링(self-texturing)을 포함하는 시트
구현예 4: 구현예 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, ATSM DS2457-08e1 및 BYK 가드너 글로스 미터를 사용하는 60 등급에서 측정하였을 때, 상기 시트의 한쪽 면 이상이 90 g.u. 미만의 글로스 레벨을 포함하는 폴리머 시트
구현예 5: 구현예 4에 있어서, 상기 글로스 레벨은 50 g.u.미만인, 폴리머 시트.
구현예 6: 구현예 4 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트의 한쪽 면 이상에서, 상기 글로스 레벨이 20 g.u.미만인, 폴리머 시트.
구현예 7: 구현예 4 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트의 한쪽 면 이상에서, 상기 글로스 레벨이 5 g.u.미만인, 폴리머 시트.
구현예 8: 구현예 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, ATSM DS2457-08e1 및 BYK 가드너 글로스 미터를 사용하는 60 등급에서 측정하였을 때, 열성형 후에 상기 시트의 한쪽 면 이상이 95 g.u. 미만의 글로스 레벨을 유지하는 폴리머 시트.
구현예 9: 구현예 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, ATSM DS2457-08e1 및 BYK 가드너 글로스 미터를 사용하는 60 등급에서 측정하였을 때, 열성형 후에 상기 시트의 한쪽 면 이상이 60 g.u. 미만의 글로스 레벨을 유지하는 폴리머 시트.
구현예 10: 구현예 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, ATSM DS2457-08e1 및 BYK 가드너 글로스 미터를 사용하는 60 등급에서 측정하였을 때, 열성형 후에 상기 시트의 한쪽 면 이상이 30 g.u. 미만의 글로스 레벨을 유지하는 폴리머 시트.
구현예 11: 구현예 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, ATSM DS2457-08e1 및 BYK 가드너 글로스 미터를 사용하는 60 등급에서 측정하였을 때, 열성형 후에 상기 시트의 한쪽 면 이상이 10 g.u. 미만의 글로스 레벨을 유지하는 폴리머 시트.
구현예 12: 구현예 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리머 물질은 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(메틸 메타아크릴레이트), 폴리비닐 클로라이드, 폴리실록산, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들로부터 하나 이상을 포함하는, 폴리머 시트.
구현예 13: 구현예 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리머 물질은 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에테르이미드, 폴리실록산, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들로부터 하나 이상을 포함하는, 폴리머 시트.
구현예 14: 구현예 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리머 물질은 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에테르이미드, 폴리실록산, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들로부터 하나 이상을 포함하는, 폴리머 시트.
구현예 15: 구현예 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 발포 층은 이산화탄소, 소듐 바이카보네이트, 모노소듐 시트레이트, 시트르산, 5-페닐-3,6-디하이드로-2H-1,3,4-옥사디아진-2-원, 5-페닐-1H-테트라졸, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들로부터 하나 이상을 포함하는 화학 발포제로 발포되는, 폴리머 시트.
구현예 16: 구현예 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 발포 층은 모노소듐 시트레이트, 시트르 산, 5-페닐-3,6-디하이드로-2H-1,3,4-옥사디아진-2-원, 5-페닐-1H-테트라졸, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들로부터 하나 이상을 포함하는 화학 발포제로 발포되는, 폴리머 시트.
구현예 17: 구현예 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 발포 층은 상기 폴리머 물질에서 분산된 코어-쉘 고무 입자들을 더 포함하고, 상기 코어-쉘 고무입자들은 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 평균입자크기(D50)을 가지는, 폴리머 시트.
구현예 18: 구현예 17에 있어서, 상기 코어-쉘 고무입자들은 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 폴리(알킬 아크릴레이트) 고무, 및 실리콘-아크릴릭 고무로부터 하나 이상을 포함하는 가교-결합된 고무 코어를 포함하는, 폴리머 시트.
구현예 19: 구현예 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 발포 층은 상기 발포 층의 총 중량을 기준으로 10 wt.% 초과이며, 상기 폴리머 물질에서 분산된 디스크 형상의 무기 충전제를 더 포함하는, 폴리머 시트.
구현예 20: 구현예 19에 있어서, 상기 무기 충전제는 탈크 및 마이카 중 하나 이상을 포함하는, 폴리머 시트.
구현예 21: 구현예 20에 있어서, 상기 무기 충전제는 탈크를 포함하는, 폴리머 시트.
구현예 22: 구현예 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 발포 층은 100 마이크로미터 이하, 또는 바람직하게는 50 마이크로미터 이하의 평균 발포거품 크기를 가지며, 상기 평균 발포거품 크기는 상기 발포 층의 압출 방향에 대하여 수직인 샘플 단면의 2차원 현미경 영상들로부터 측정된 발포거품들의 수-평균 직경인, 폴리머 시트.
구현예 23: 구현예 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 3.0 mm 두께에서, 15초 이하의 연소 시간을 가지고 6인치 이하의 연소 길이를 가지며, 최장 연소 입자는 FAR 25.853, Appendix F (2012), Part I, a, 1, i에 의한 60초 수직 연소 테스트에 따라 3초 이하로 자가-소화하는, 폴리머 시트.
구현예 24: 구현예 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 3.0 mm, 및/또는 2.0 mm, 및/또는 1.0 mm 두께에서, 제곱미터 당 55 킬로와트-분(kW-min/m2) 이하의 2분 적분 열 방출 속도 및 제곱미터 당 55 킬로와트(kW/m2) 미만의 최대 열 방출 속도를 가지며, FAR/JAR 25.853, Amendment 25-116의 파트IV OSU열 방출 테스트를 통과하는, 폴리머 시트.
구현예 25: 구현예 1 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 3.0 mm, 및/또는 2.0 mm, 및/또는 1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 150 이하의 연기 밀도를 가지는, 폴리머 시트.
구현예 26: 구현예 25에 있어서, 상기 연기 밀도는 100 이하인, 폴리머 시트.
구현예 27: 구현예 1 내지 26 중 어느 하나에 있어서,상기 시트는 3.0 mm, 및/또는 2.0 mm, 및/또는 1.0 mm 두께에서, 에어버스 ABD0031, 발행: F (2005) 및 보잉 BSS 7239, 개정 A (1988) 중 어느 하나 이상에 의해 반포된 가스 독성 테스트들을 통과하는, 폴리머 시트.
구현예 28: 구현예 1 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 3.0 mm, 및/또는 2.0 mm, 및/또는 1.0 mm 두께에서, ASTM E 162-08에 따라 테스트하는 경우, 35 이하의 화염 확산지수를 획득하는, 폴리머 시트.
구현예 29: 구현예 1 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 NF P 92-503에 따라 테스트하는 경우 M1으로 평가되는 , 폴리머 시트.
구현예 30: 구현예 1 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 NF F 16-101 (1988)에 따라 테스트하는 경우 M1 클라스 F1 으로 평가되는 , 폴리머 시트.
구현예 31: 구현예 1 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 유럽 철도(European railway) 및 미국 철도(American rail) 기준을 통과하는, 폴리머 시트.
구현예 32: 구현예 1 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 최초 중량 평균 분자량을 가지며, 상기 시트는, 샘플이 121℃ 및 18 psi의 습압 조건하에서 24 시간의 압력솥 처리의 대상이 된 후에, 최초 중량 평균 분자량의 70% 이상을 보유하는, 폴리머 시트.
구현예 33: 구현예 32에 있어서, 상기 시트는 샘플이 121℃ 및 18 psi의 습압 조건하에서 24 시간의 압력솥 처리의 대상이 된 후에, 최초 중량 평균 분자량의 90% 이상을 보유하는, 폴리머 시트.
구현예 34: 구현예 1 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 상기 시트는 0.60 g/cm3 초과 내지 1.1 g/cm3 이하의 밀도를 포함하는 폴리머 시트.
구현예 35: 구현예 1 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 2.0 mm 두께에서, 하기의 열 방출 기준들 중 하나 이상을 통과하며: 1) FAR/JAR 25.853, Amendment 25-116의 파트IV OSU열 방출 테스트에 따라 제곱미터 당 65 킬로와트-분(kW-min/m2) 이하의 2분 적분 열 방출 속도 및 제곱미터 당 65 킬로와트(kW/m2) 미만의 최대 열 방출 속도를 가지는 기준; 2) ISO 5660-1에 따라, 50 kW/m2 방사 레벨 테스트 조건에서 90 kW/m2 이하의 열방출의 최대 평균 속도(MARHE)를 가지는 기준; 1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 200 이하의 연기 밀도를 가지는, 폴리머 시트.
구현예 36: 구현예 1 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 3.0 mm 두께에서, 하기의 열 방출 기준들 중 하나 이상을 통과하며: 1) FAR/JAR 25.853, Amendment 25-116의 파트IV OSU열 방출 테스트에 따라 제곱미터 당 65 킬로와트-분(kW-min/m2) 이하의 2분 적분 열 방출 속도 및 제곱미터 당 65 킬로와트(kW/m2) 미만의 최대 열 방출 속도를 가지는 기준; 2) ISO 5660-1에 따라, 50 kW/m2 방사 레벨 테스트 조건에서 90 kW/m2 이하의 열방출의 최대 평균 속도(MARHE)를 가지는 기준; 1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 200 이하의 연기 밀도를 가지는, 폴리머 시트.
구현예 37: 구현예 1 내지 36 중 어느 하나에 따른 상기 시트에서 형성된 물품.
구현예 38: 구현예 37에 있어서, 상기 물품은 상기 시트에 인접한 하나 이상의 솔리드 층을 더 포함하는 물품.
구현예 39: 구현예 38에 있어서, 상기 시트는 두개의 솔리드 층들 사이에 위치하는, 물품
구현예 40: 구현예 37 내지 39 중 어느 하나에 있어서, 상기 물품은 상기 솔리드 층 또는 상기 시트에 인접한 두번째 발포 층을 더 포함하는 물품.
구현예 41: 구현예 37 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 상기 물품은 하나 이상의 상기 시트를 포함하며, 상기 구조는 교차하는 상기 솔리드 층 및 상기 시트를 포함하는, 물품.
구현예 42: 구현예 37 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 물품은 항공기 내장제 부품, 기동차 내장제 부품, 자동차류 내장제 부품, 수화물, 창고, 차고, 트랙터 트럭 트레일러의 덮개, 바람 막이, 또는 판넬인, 물품. 예를 들어, 상기 물픔은 트럭위의 판넬, 벽 상의 판넬, 마루상의 판넬, 또는 간판 상의 판넬일 수 있다.
구현예 43: 멜트를 형성하기 위해 폴리머 물질을 용융하는 단계; 혼합물을 형성하기 위해 상기 멜트와 화학 발포제를 혼합하는 단계: 상기 발포제에 의해 생성되는 반대 이온들을 중화하는 단계; 셀들을 형성하기 위해 상기 혼합물에서 거품을 응집하는 단계;및 상기 혼합물을 확대된 코어 층을 포함하는 시트로 형성하는 단계;를 포함하는, 구현예 1 내지 36 중 어느 하나의 시트를 제조하는 방법.
구현예 44: 구현예 43에 있어서,상기 혼합물을 시트로 형성하는 단계는 혼합물을 압출하는 단계를 포함하는, 방법.
구현예 45: 구현예 43 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 멜트 및 화학 발포제는 압출기에서 혼합되는, 방법.
하기의 실시예들은 본 발명의 장치를 일부 도시하며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
실시예들
실시예 1
본 실시예에서, 사빅의 LexanTM 103R 폴리카보네이트 수지를 사용하는 두개의 폴리카보네이트 경량 시트(샘플 2 및 3)들이 제조된다. 가열시 이산화탄소 가스(CO2)를 방출하는 소듐 바이카보네이트 (NaHCO3)가 발포제로서 사용된다. 상기는 30 인치(762 밀리미터(mm)) 단일 캐비티 다이를 가지는 연구실 단위의 압출 라인에서 제조된다. 상기 압출 라인 장치는 3개의 롤 스택 및 2.5 인치(63.5mm)의 주 압출기를 포함하였다. 상기 압출기 라인은, 240-270℃의 용융온도 및 50-200 바(5000-20000킬로파스칼(kPa))의 작동 압력으로, 사빅으로부터 이용가능한 LexanTM 103R 폴리카보네이트 수지를 사용하는 솔리드 시트에서 시작되었다. 0.84 g/cm3의 목표 밀도를 가지는 폴리카보네이트 경량 시트를 제조하기 위해 화학 발포제가 ~1.2 wt.% 첨가되었다. 균일한 캡 층 두께를 가지는 경량의 발포시트들이 얻어진다. 상기 평균 샘플 두께, 위/아래 캡 층 두께, 및 전체적인 밀도가 표 2에 리스트된다. 샘플 1은 물리적 특성들의 비교를 위해 동일한 수지 및 압출 장치를 사용하는 폴리카보네이트 솔리드 시트이다. 상기 샘플들은 최대 하중에의 에너지, 실패하는 에너지, 및 총 에너지로, 상기 에너지는 모두 줄(J)로 측정되는 에너지를 포함하는 다축의 충격 특성들(ASTM D3763)로 테스트 된다; 표3에 보여지는 것과 같은 킬로뉴톤(kN)으로 측정되는 파괴되기 전까지 입게 되는 최대 하중, mm로 측정되는 최대 하중에서의 굴절, 및 %로 나타내는 연성. 상기 샘플들이 또한, 표 4에 주어진 것과 같은 메가파스칼(MPa)의 단위로 측정된 굴곡 모듈러스 및 굴곡 응력를 위해 기계방향(MD) 및 횡방향(TD)에서 굴곡특성으로 테스트 된다. 비록 캡 층의 두께가 상이하나, 경량의 샘플들 두가지 모두가 유사한 두께 및 중량감소(~30%)를 가진다. 샘플 3은 두꺼운 캡 층을 가지며 더 나은 기계적 특성(충격 및 강도)을 가진다.
표 2
샘플 No. 샘플 두께 (mm) 위/아래 캡 층 두께 (mm) 밀도(g/cm3)
1 1.5 N/A 1.2
2 2.2 0.1 0.83
3 2.4 0.2 0.86
표 3
샘플 No. 1 2 3
최대 하중에의 에너지 J 34 7 13
실패하는 에너지 J 35 10 17
총 에너지 J 35 11 19
최대 하중 kN 3 1 2
최대 하중에서의 굴절 mm 19 10 14
연성 % 100 100 100
표 4
샘플 No. 1 2 3
MD TD MD TD MD TD
굴곡 모듈러스 MPa 2393 2510 1700 1570 1860 1780
굴곡 응력@5%변형 MPa 87 88 54 49 65 60
굴곡 응력@항복 MPa 85 91 54 49 65 60
실시예 2
본 실시예에서, 샘플들은 만들어졌고, 테스트들이 장치 요건들, 예를 들어, 속도, 스크류 디자인, 멜트 펌프, 롤 스택 제약, 공급기 상태, 등, 및 0.61 g/cm3 내지 1.0 g/cm3, 구체적으로, 0.7 g/cm3 내지 0.85 g/cm3의 범위에서의 밀도를 가지는 폴리카보네이트 경량 시트의 제조와 관련된 공정 관심사항들을 평가하였다. 상기 압출기 라인 구조는 3 개의 롤 스택 및 기어 펌프에 잇따르는 6인치 주 압출기를 가지는 기계를 포함하였다. 기어 펌프의 사용은 서징(surging)으로 인한 압력 가변성을 없애기 위한 것이며, 따라서 더 균일한 게이지를 제공하기 위한 것이다. 다이 캐비티에서 높은 압력하에서 균일한 셀 분산 및 균일한 캡 층 두께를 가지기 위해 단일 상을 가지는 것이 바람직하다. 낮은 압력하의 다이에서 가스 및 멜트의 두가지 상을 가지는 것은 적절하지 않다. 발포제의 벗어남을 예방하기 위해 환풍기 는 주문자 생산방식(OEM) 환풍기 플러그를 사용하여 막힌다. 소듐 바이카보네이트(NaHCO3), 가열시 이산화탄소 가스(CO2)를 방출하는 소듐 바이카보네이트는, 발포제로서 사용된다. 0.100 인치 (2.5 밀리미터 (mm))틈이 있는 단일 캐비티 56 인치(142 센티미터(cm)) 다이가 사용된다. 상기 압출기 라인은 8 킬로그램(kg) 배치(batch)들내에서 중량변화에 의해 조절되는 블렌드를 운반하는 배치 블렌더(batch blender)를 또한 구비한다. 빠른 레시피 변환을 허락하기 위한 4 내지 12 kg 사이의 상기 압출기 스크류 및 사이클 물질의 양을 최소화하기 위해 필 센서가 피드 스로트 근처에 재배치되었다. 공-압출기가 발포된 코어 층에 캡 층으로서 깔끔한 폴리카보네이트 수지를 전달하기 위해 사용된다.
상기 압출기 라인은, 240-270℃의 용융온도 및 50-200 바(5000-20000킬로파스칼(kPa))의 작동 압력으로, 사빅으로부터 이용가능한 LexanTM 103R 폴리카보네이트 수지를 사용하는 솔리드 시트에서 시작되었다. 경량의 폴리카보네이트 시트를 제조하기 위해 화학 발포제가 0.8-1.2 wt.% 첨가되었다. 0.7 g/cm3 내지 0.85 g/cm3 의 목표 밀도 범위의 가벼운 중량이, 15 레볼루션 퍼 미닛 (rpm) 및 550 킬로크람 퍼 시간(kg/hr)의 멜트 펌프에서, 제조되며, 결과적으로 1,230 파운드 퍼 제곱 인치(psi, 8.48 메가파스칼 (MPa))의 방출 압력을 야기한다. 또한, 경량의 시트가 10 rpm 및 370 kg/hr에서 생성되며, 결과적으로 2,030 파운드 퍼 제곱 인치 (psi) (14 MPa)의 방출 압력을 야기한다.
상기 경량 시트들의 외관, 예를 들어, 드래그 마크의 제거는 가벼운 중량의 코어 층에 관하여 캡 층의 용융온도를 조작함으로써 컨트롤된다. 이것은 또한 샘플 5를 위한 표 5에서 보여지는 바와 같이, 웹을 걸쳐 캡 층 두께를 증가시킨다. 여기서, EDGE 1은 경량 시트의 한 가장자리에 관한 것이며, MID는 시트의 중간에 관한 것이고, 그리고 EDGE 2는 시트의 다른 면에 관한 것이다. EDGE 1 과 MID 사이의 2/3 는 EDGE 1과 MID 사이의 거리의 2/3 두께 측정에 관한 것이며, 1/3은 EDGE 1 과 MID 사이의 거리의 1/3 두께 측정에 관한 것이고, 그리고 나머지는 MID 와 EDGE 2 에 관한 것이다. 용융 속도는 총 유속에 의해 조정될 수 있으며, 그리고 다이의 틈은 도 5에서 보여진 것과 같은, 균일한 셀 형태(크기 및 분포)를 가지는 경량 시트 구조를 생산하기 위해 조정될 수 있다.
표 5
샘플 Position 캡 층 두께 밀도 샘플 두께 (mm)
위(㎛) 아래 (㎛)
EDGE 1 89 64 0.77 2.5
2/3 73 74 0.77 2.6
1/3 74 80 0.77 2.9
MID 69 73 0.77 2.7
1/3 80 77 0.77 2.8
2/3 83 78 0.77 2.7
EDGE 2 81 77 0.77 2.7
표 6은 사빅Lexan* 103R 폴리카보네이트 수지를 사용하는 폴리카보네이트 경량의 샘플 4 내지 8의 샘플 및 위/아래 캡 층의 두께를 열거한다. 표 6에서 보여질수 있는 것과 같이, 각각의 경량시트의 그람 퍼 입방 센티미터(g/cm3)로 측정되는 밀도는 0.61 g/cm3 내지 1.0 g/cm3, 구체적으로, 0.7 g/cm3 내지 0.85 g/cm3 의 바람직한 범위 내였다. 샘플 4 는 캡 층을 가지지 않았다. 상기 5개의 시트 샘플들에 대한 MAI (다축성 충격량, ASTM D3763)는 표 7에서 열거된 것과 같이, 23℃, 3.3 m/s의 속도에서 측정되었다. 동일 두께를 가지는 시트 샘플에 대하여, 캡 층이 두꺼울수록, 충격량이 높았다. 또한, ASTM D790에 따른 3-포이트의 굴곡 테스트가, 표 8에서 열거한 것과 같이, 23℃, 1.27 mm/min의 테스팅 속도로 측정되었다. 경량 샘플에 대한 굴곡 모듈러스는 기계 방향(MD)이 수직 박향(TD)에 비해 높았으며, 어떤 셀의 이방성을 나타내었다. 현미경에 의한 조사는 셀이 기계 방향을 선호하여 배열하는 것으로 나타났으며, 그러한 것이 이방성의 물리적 특성에 기여된 것이라고 생각된다.
표 6
샘플 No. 샘플 두께 (mm) 위/아래 캡 층 두께 (mm) 밀도(g/cm3)
4 2 N/A 0.93
5 2.5 0.08 0.77
6 2.5 0.13 0.84
7 5.5 0.10 0.80
8 5.5 0.23 0.81
표 7
샘플 No. 4 5 6 7 8
총 에너지 J 18 16 19 40 49
최대 하중에의 에너지 J 10 6 9 14 18
실패하는 에너지 J 14 13 15 31 38
최대 하중 kN 2 1 2 2 3
최대 하중에서 굴절 mm 12 10 12 10 10
연성 % 100 100 100 100 100
표 8
샘플 No. 4 5 6 7 8
MD TD MD TD MD TD MD TD MD TD
굴곡 모듈러스 MPa 1870 1770 1487 1233 1803 1563 1253 1100 1377 1277
굴곡 응력@ 5%변형 MPa 61 55 51 39 63 50 47 39 52 46
굴곡 응력@항복 MPa 62 55 52 39 63 51 51 44 56 50
경량의 코어 층을 위한 주 기어 펌프에서의 진공압은 압축단계동안에 조작(예를 들어, 서징(surging) 및 압력요동을 제거하기 위한)된다. 공기가 냉각되는, 다이의 중앙의 용융온도는 15 rpm에서 240℃ (464℉) 또는 10rpm에서 220℃ (428℉) 밑으로 떨어질 수 없으나, 다이의 가장자리는 215℃ (419℉)로 조작될 수 있다. 10 rpm 스크류 속도와 관련된 낮은 용융온도 (예를 들어, 220℃ (428℉))는 10 MPa (1,450 psi)의 방출압력을 야기하는 15 rpm 스크류 속도와 비교하여 확연히 높은 기어 펌프 방출압력인 14.5 MPa (2,100 psi)을 야기한다.
실시예 2에서, 0.8 내지 1.25 wt.% 함량의 화학 발포제는 캡 층의 존재하에서 0.7 g/cm3 내지 0.85 g/cm3 의 타겟밀도를 가지는 경량시트를 야기한다. 캡 층이 없는 경우, 1.2 wt.% 함량의 화학 발포제는 0.93 g/cm3의 밀도를 야기한다. 용융 속도와 팽창으로 인해 커지게 되는 시트의 속도를 맞추기 위해, 다이 틈은 주어진 두께 및 밀도(속도에 무관한)와 관련된다.
실시예 3
본 실시예에서, 사빅 LexanTM FR 폴리카보네이트 수지를 사용하는 두께 2 mm (샘플 9) 및 두께 1.5 mm (샘플 11)의 폴리카보네이트 경량 시트가 얻어진다. 상기 두가지 샘플 모두 0.1 mm의 위/아래 캡 층 두께를 가지며, 전체적인 타겟 밀도인 0.84 g/cm3 (30% 중량감소)를 만족한다. 대조군으로서, 샘플 10 및 12 각각이 2.0mm 및 1.5mm 두께를 가지는 LexanTM 103R를 사용하는 솔리드 시트로 제조된다. 상기 경량의 폴리카보네이트 및 솔리드 시트들은, 표 9 및 10에 보여지는 것과 같이, 다축의 충격 특성들(ASTM D3763) 및 MD 및 TD 에서 인장특성(ASTM D638)으로 테스트된다. 인장 표본이 실패시까지 5 mm/min 의 변형 속도, 2 kN 하중 셀, 23℃에서 Instron 3366을 사용하여 테스트된다. 측정된 값들은 MPa로 측정되는 인장 모듈러스, 파단시 응력, 항복 응력; %로 측정되는 파단시 변형, 항복%변형 이다. 상기 경량 시트는 또한 FR 및 이전에 열거한 표준 테스트 방법에 따른 연기 테스트를 통과하였다.
표 9
샘플 No. 9 10 11 12
최대 하중에의 에너지 J 10 55 6 40
실패하는 에너지 J 13 57 8 42
총 에너지 J 17 57 9 42
최대 하중 kN 2 5 1 4
최대 하중에서 굴절 mm 13 22 10 20
연성 % 100 100 100 100
표 10
샘플 No. 9 10 11 12
MD TD MD TD MD TD MD TD
인장 모듈러스 MPa 1294 1128 2150 2156 1364 1166 2157 2163
인장 강도@파단 MPa 29 25 60 55 24 23 60 51
인장 변형@파단 % 29 18 112 103 29 18 101 80
항복 응력 MPa 30 27 59 59 31 26 60 59
항복% 변형 % 5 13 6 6 5 17 6 6
실시예 4
본 실시예에서, 4개의 폴리카보네이트 경량 시트(샘플 13 내지 16)가 사빅 LexanTM FST 수지를 사용하여 제조되었다. 두께, 위/아래 캡 층 두께, 및 밀도는 표 11에 나타난 것과 같다. 모든 샘플들은 ~30% 중량감소(0.93 g/cm3밀도를 타겟팅하는)를 가진다. 상기 경량의 Lexan* FST 시트들은 표 12 및 13에서 보여진 것과 같이, 다축성 충격특성(ASTM D3763) 및 기계방향(MD) 및 횡방향(TD)에서 굴곡특성(ASTM D790)으로 평가되었다. 상기 경량시트들은 FR 및 이전에 열거한 표준 테스트 방법에 따른 OSU 테스트를 통과한다.
표 11
샘플 No. 샘플 두께 (mm) 위/아래 캡 층 두께 (mm) 밀도(g/cm3)
13 2 0.1 0.84
14 2 0.2 0.94
15 3 0.1 0.83
16 3 0.2 0.90
표 12
샘플 No. 13 14 15 16
최대 하중에의 에너지 J 3 5 5 8
실패하는 에너지 J 6 9 11 12
총 에너지 J 7 10 11 12
최대 하중 kN 1 1 1 2
최대 하중에서 굴절 mm 6 9 9 10
표 13
샘플 No. 13 14 15 16
MD TD MD TD MD TD MD TD
굴곡 모듈러스 MPa 1597 1340 1883 1773 1487 1287 1663 1523
굴곡 응력@5%변형 MPa 52 42 65 61 56 47 62 56
굴곡 응력@항복 MPa 53 42 66 61 57 49 64 57
실시예 5
본 실시예에서, 두개의 단일-층 발포 경량시트들(샘플 17 및 18)이 Lexan 103R 수지 및 소듐 바이카보네이트가 사용되는 대신에 사빅 LexanTM FST 수지 및 다른 화학 발포제가 사용되는 것을 제외하고 실시예 1에서 설명한 것과 유사한 방법을 사용하여 제조된다. 상기 두개의 발포시트 샘플들은 모두 솔리드 캡층을 가지지 않는다. 상기 조성물의 차이점은 표 14에 요약되었다. 두개의 시트 샘플들의 두께, 밀도, 수-평균 발포거품 크기 및 기계적 데이터는 표 15에 요약된다. 샘플 두개 모두 발포 구조 없이 동일한 수지로 만들어진 대조군인 솔리드 시트(샘플 19)와 비교하여 35~40% 의 중량감소를 가진다. 예상된 바와 같이, 샘플 18에서 PARALOIDTM EXL2335 충격 조정자( Dow 화학 회사에서 공급된)의 존재는, 샘플 17의 인장 신율과 비교하여 더 높은 샘플 18의 인장신율을 보여주는 것과 같이, 발포 시트의 연성을 향상하는 데 도움을 준다. 도 6 (샘플 17), 도 7 (샘플 18) 및 표 15에서 보여진 것과 같이, 샘플 18이 또한 샘플 17 보다 더 작은 평균 발포거품 셀 크기를 가지는 것은 예상하지 못한 발견이었다.
이론에 속박되지 않고, PARALOIDTM EXL2335와 같은 코어-쉘 고무 입자가 발포시트 압출공정 동안에 폴리머 멜트에서 원래 용해된 가스로부터 나오는 발포 거품들의 최초형성을 촉진하는 유효한 응집제로 작용하였을 것으로 여겨진다. 이것은 왜 평균 발포 거품 크기가 실시예 5에서 샘플 18에서의 코어-쉘 고무 입자를 가지는 경우 샘플 17에 비해 더 작아지는 것을 설명한다. PARALOIDTM EXL2335 충격 조정자는 그래프트된 폴리메틸 메타아크릴레이트 쉘을 가지는 가교결합된 폴리(부틸 아크릴레이트)코어를 가진다. 상기 코어-쉘 구조는 충격 조정자가 별개의 입자로서 LexanTM FST 수지 바탕질에 분산되도록 하며, 그리고 가교결합된 코어는 충격 조정자 및/또는 발포 응집제 모두를 위한 바람직한 특성인, 컴파운딩 및 압출 공정에 의해 영향을 받지 않는 고무 입자 크기를 유지한다. 비록 본 실시예가 가교결합된 폴리(부틸 아크릴레이트)코어에 기초하여 단지 특정 타입의 코어-쉘 고무 첨가제의 유용성을 설명하더라도, 상이한 가교결합 또는 부분 가교결합 고무 코어를 가지는 다른 타입의 코어-쉘 고무는 유사한 방법으로 작동되어야 하며, 이러한 것에는 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 아크로니트릴-부타디엔 고무, 및 실리콘-아크릴릭 고무에 기초한 코어-쉘 고무 첨가제들을 포함한다.
표 14
샘플 ID 샘플 제형 설명
17 99 wt.% 의 사빅FST수지 등급 FST9705 및 1 wt.%의 상표등록된 화학발포제로 제조된 발포 시트
18 89 wt.% 의 사빅FST수지 등급 FST9705, 10 wt.%의 PARALOIDTM EXL2335 충격 조정자, 및 1 wt.% 상기와 동일한 상표등록된 화학발포제로 제조된 발포 시트
19 사빅FST수지 등급 FST9705로 제조된 솔리드 대조군 시트
표 15
특성 단위들 샘플 ID
17 18 19
상기 시트에서 폴리머의 Tg ℃ 140 137 40
두께 mm 1.0 1.1 1.1
밀도 g/cm3 0.88 0.81 1.34
TD영상에서 평균 발포거품 크기* ㎛ 100 49 --
압력솥처리 전 샘플의 최초 Mw 달톤 24,452 22,557 24,736
압력솥에서 24시간 후의 Mw 보유량** % 81 74 81
MAI- 총 에너지 J 2 2 26
인장 모듈러스 MPa 1068 783 2388
파단시의 인장 강도 MPa 28 22 63
파단시의 인장 신율 % 12 23 71
* 평균 발포거품 크기는 상기 경량의 폴리머 시트의 압출 방향(TD)에 대하여 수직인 샘플표면 단면의 2차원 현미경 영상들로부터 측정된 발포거품들의 수-평균 직경
수-평균 직경이다. 비록 직경들이 구형 또는 환형의 형상을 암시하더라도, 본 명세서에서 사용되는 용어인 직경은 또한 2차원 영상에서 구형, 또는 환형이 아닌 발포 거품의 평균적인 폭 또는 너비에 관한 것이다. 발포 거품들의 상기 수-평균 직경은 Clemex 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여, 각 개별의 거품들 모두가 환형의 형상을 가지며, 그러나 여전히 그들의 개별 크기의 동일한 면적을 유지하는 것으로 가정함으로써 계산된다.
** 압력솥 처리 조건은 121℃ 및 18 psi(0.124 MPa)습압으로 세팅된다.
실시예 6
본 실시예에서, 4개의 단일-층 발포시트들(샘플 20 내지 23) 및 그들에 상응하는 솔리드 시트 대조군(샘플 24 내지 27, 즉., 동일한 수지이나 발포제의 사용 없이 제조된)이 사빅 CycoloyTM 수지를 사용하고, 실시예 1에서 설명한 것과 유사한 방법을 사용하여 제조된다. 발포 시트샘플 20 내지 27을 제조하기 위해, 1 wt. % 의 화학 발포제가 사용된다. 샘플 20 및 24는 제형 A를 포함, 샘플 21 및 25는 제형 B를 포함, 샘플 22 및 26는 제형 C를 포함, 그리고 샘플 23 및 27는 제형 D를 포함하였다. 상기 시트샘플들의 상기 CycoloyTM 수지 제형들은 표 16에서 설명된다. 발포 시트 및 솔리드 대조군 시트 샘플 양자의 밀도, 평균 발포거품 신장, 및 기계적 특성이 표 17에 요약된다. 모든 발포시트들은 그들의 솔리드 시트 대조군들에 대하여 26 - 32% 중량 감소를 가진다. 예상된 바와 같이, 탈크 함량 수준이 증가할 경우, 발포 시트들 또는 솔리드 대조군 시트들 모두의 인장 모듈러스는 증가한다. 그러나, 우리는 또한 도 8 내지 도 10에 비해 도 11에서 보여진 것과 같이, 15% 탈크를 포함하는 발포 시트(샘플 23)가 더 작은 충전제 함량 또는 충전제 없는 다른 발포 시트에 비해 휠씬 덜 신장하는 것을 예상치 못하게 발견하였다.
표 16
항목 설명 단위 제형들
A B C D
PC 　 81.2 76.1 71.1 66.0
ABS 수지 wt.% 18 18 18 18
정제 탈크 wt.% 0 5 10 15
SEENOX 412S
(펜타에리트리톨
베타라우릴시오프로피오네이트)		 wt.% 0.25 0.25 0.25 0.25
포스파이트 안정화제 wt.% 0.1 0.1 0.1 0.1
모노 아연 포스페이트 (MZP) wt.% 　 0.1 0.1 0.2
힌더드된 페놀
항산화제		 wt.% 0.25 0.25 0.25 0.25
펜트라에리트리톨
테트라스테아레이트		 wt.% 0.25 0.25 0.25 0.25
총합 wt.% 100 100 100 100
표 17
특성 단위 샘플 ID
20 21 22 23 24 25 26 27
탈크 함량 wt% 0 5 10 15 0 5 10 15
두께 Mm 1.1 1.1 1.0 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0
밀도 g/cm3 0.84 0.90 0.92 0.86 1.18 1.22 1.25 1.26
솔리드 대조군에 대한
Wt. 감소 퍼센티지 		% 29 27 26 32 0 0 0 0
발포 거품 측면 비율(l/w) -- 3-5 3-5 3-5 ~2 -- -- -- --
최초샘플의 Mw 달톤 28,440 29,001 28,774 28,760 28,585 28,342 28,694 27,746
24hr 압력솥처리 후 Mw보유량 % 96 95 96 96 98 98 98 96
최초 기계적 특성
(MD & TD 평균)		 MAI- 총에너지 J 3 2 2 1 16 12 9 7
인장
모듈러스		 MPa 1391 1584 1883 2026 2683 3317 3958 4118
파단시
인장강도		 MPa 28 27 27 27 49 46 45 50
파단시
인장신율 		% 23 15 7 5 80 22 7 4
상이한 폴리머 수지들로부터 30%의 중량감소를 가지는 경량의 발포시트들은 중량감소를 만족하고, 뜻밖에, 수송수단에 있어 세분화된 화염 안전 테스트 기준을 만족하며, 그리고 열성형하는 동안에 셀프-텍스쳐링하는 만큼의 캘린더링 조작동안에 텍스쳐링하는 능력을 가지기 위해, 상이한 발포제를 사용하여 성공적으로 획득된다.
본 명세서에서 개시된 특정 명칭 및 명명법을 설명하는 것은 유익하다. 고무 입자들 또는 무기 충전제들의 입자 크기는, 다르게 언급하지 않는 한, 마이크로미터, 10-6 미터로 주어진다. 통상의 기술자에의해 이해될 것과 같이, 입자 크기는 직경으로 표현된다. 비록 직경은 구형 또는 둥근 형상을 암시할 수 있으나, 본 명세서에서 사용되는 용어인 직경은 또한 구형이 아닌 입자의 평균 폭 또는 너비에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 명칭인 "D50" 은 누적되는 입자 크기 분포에 기초한 수에서 더 작은 쪽에서 50%인 경우의 입자 크기로서 정의된다. 본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점을 포함하며, 상기 종점은 독립적으로 서로서로 조합 가능하다(예를 들어, "25 중량% 이하의 범위, 또는 더욱 구체적으로는, 5 중량% 내지 20 중량%"는, 종점 및 "5 중량% 내지 25 중량%" 등의 범위의 모든 중간값들을 포함한다). "조합"은 블렌드, 혼합물, 알로이(alloy), 반응 생성물 등을 포함한다. 또한, 용어 "첫번째", "두번째" 등은 본 명세서에 임의의 순서, 양, 또는 중요도를 나타내지 않으며, 오히려 하나의 요소를 다른 것으로부터 구별하기 위해 사용된다. 본 명세서에서의 단수 형태 및 "상기"는 양의 제한을 나타내지 않고, 본 명세서에서 다르게 나타내거나 문맥에서 명백히 모순되지 않는 한, 단수 및 복수를 둘다 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 접미사"(들)"은 그것이 수식하는 용어의 단수 및 복수를 둘다 포함하고, 이로써 하나 이상의 그 용어를 포함하는 것(예를 들어, 필름(들)은 하나 이상의 필름을 포함한다)으로 의도된다. "일 구현예", "또 다른 구현예", "구현예" 등의 본 명세서 전체에 걸친 참조는 그 구현예와 관련하여 기술된 특정 요소(예를 들어, 특징, 구조, 및/또는 특성)가 본 명세서에 기술된 적어도 하나의 구현예에 포함되고, 다른 구현예들에 존재하거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 기술된 요소들은 임의의 적합한 방법으로 다양한 구현예들과 결합될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는, "또는"은 다르게 명시하지 않는 이상 "및/또는"을 의미한다
도면(또한 여기서 "도"로 언급되는)은 편리성 및 본 발명의 개시를 보여주는 것의 용이에 기초한 단지 도식적인 묘사이며, 그리고, 따라서 장치 또는 그들의 부품의 상대 크기 및 면적 언급하는 것 및/또는 예시적인 구현예의 범위로 제한하려는 의도가 아니다. 비록, 명확성을 위해 도면의 설명에서 특정 용어가 상요되더라도, 이러한 용어들은 도면에서 묘사를 위해 선택되는 구현예들의 특정 구조를 언급하는 것으로 의도되며, 본 발명의 개시된 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 도면 및 그들에 상응하는 설명에 있어서, 유사한 숫자 명칭은 유사한 기능의 부품을 언급한 것으로 이해되어 진다.
모든 인용된 특허, 특허 출원, 및 다른 참조 문헌들은 그들의 전문이 참조로서 본 명세서에 통합된다. 그러나, 본 출원의 용어가 통합된 참조 문헌의 용어와 모순되거나 또는 상충하는 경우, 본 출원의 용어가 상충하는 통합된 참조 문헌의 용어에 우선한다.
특정한 구현예들이 기술되는 동안에, 현재 예상하지 못하거나 못할 수 있는 대안, 수정, 변형, 개선, 및 실질적 균등물이 출원인 또는 통상의 기술자에게 나타날 수 있다. 따라서, 출원되고 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위는 모든 그러한 대안, 수정, 변형, 개선, 및 실질적 균등물을 포괄하는 것으로 의도된다.

Claims (44)

  1. 폴리머 시트로서, 상기 시트는,
    폴리머 물질을 포함하는 발포 층으로, 상기 폴리머 물질은 100℃ 이상의 유리전이온도(Tg)를 가지고, 상기 발포 층은 닫힌 셀 타입(closed cell type)의 셀들을 가지며;
    상기 발포 층은 모노소듐 시트레이트, 시트르 산, 5-페닐-3,6-디하이드로-2H-1,3,4-옥사디아진-2-원 및 5-페닐-1H-테트라졸 중 어느 하나 이상의 화학 발포제로 발포되며;
    상기 시트는, 상기 동일한 폴리머 물질로부터 형성된 동일한 기하학적 구조 및 크기를 가지는 솔리드 시트에 비해 10% 내지 60%의 중량 감소를 가지며;
    상기 시트는, 1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 200 이하의 연기 밀도를 가지며;
    상기 시트는, 열성형이 가능하며;
    상기 시트는, 1.0 mm 두께에서, 하기의 열 방출 기준들 중 하나 이상을 통과하는:
    1) FAR/JAR 25.853, Amendment 25-116의 파트IV OSU열 방출 테스트에 따라 제곱미터 당 65 킬로와트-분(kW-min/m2) 이하의 2분 적분 열 방출 속도 및 제곱미터 당 65 킬로와트(kW/m2) 미만의 최대 열 방출 속도를 가지는 기준;
    2) ISO 5660-1에 따라, 50 kW/m2 방사 레벨 테스트 조건에서 90 kW/m2 이하의 열방출의 최대 평균 속도(maximum averaged rate of heat emission, MARHE)를 가지는 기준;
    폴리머 시트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시트는,
    0.60 g/cm3 초과 내지 1.1 g/cm3 이하의 밀도;
    셀프-텍스쳐링(self-texturing); 및
    ATSM DS2457-08e1 및 BYK 가드너 글로스 미터를 사용하여 60 등급에서 측정하였을 때, 상기 시트의 한쪽 면 이상이 90 g.u. 미만의 글로스 레벨;
    중 하나 이상을 갖는 폴리머 시트.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은 중-축합 폴리머를 포함하는, 폴리머 시트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들로부터 하나 이상을 포함하는, 폴리머 시트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리페닐렌 에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리에테르이미드, 폴리실록산, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합들로부터 하나 이상을 포함하는, 폴리머 시트.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발포 층은 상기 폴리머 물질에 분산된 코어-쉘 고무 입자들을 더 포함하고, 상기 코어-쉘 고무입자들은 0.1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 평균입자크기(D50)을 가지는, 폴리머 시트.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 코어-쉘 고무입자들은 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 폴리(알킬 아크릴레이트) 고무, 및 실리콘-아크릴릭 고무로부터 하나 이상을 포함하는 가교-결합된 고무 코어를 포함하는, 폴리머 시트.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 발포 층은 상기 발포 층의 총 중량을 기준으로 10 wt.% 초과의 양으로, 상기 폴리머 물질에서 분산된 디스크 형상의 무기 충전제를 더 포함하는, 폴리머 시트.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 발포 층은 100 마이크로미터 이하의 평균 발포거품 크기를 가지며, 상기 평균 발포거품 크기는 상기 발포 층의 압출 방향에 대하여 수직인 샘플 단면의 2차원 현미경 영상들로부터 측정된 발포거품들의 수-평균 직경인, 폴리머 시트.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 시트는,
    3.0 mm 두께에서, 15초 이하의 연소 시간을 가지고 6인치 이하의 연소 길이를 가지며, 최장 연소 입자는 FAR 25.853, Appendix F (2012), Part I, a, 1, i에 의한 60초 수직 연소 테스트에 따라 3초 이하로 자가-소화하는 것;
    1.0 mm 두께에서, 제곱미터 당 55 킬로와트-분(kW-min/m2) 이하의 2분 적분 열 방출 속도 및 제곱미터 당 55 킬로와트(kW/m2) 미만의 최대 열 방출 속도를 가지며, FAR/JAR 25.853, Amendment 25-116의 파트IV OSU열 방출 테스트를 통과하는 것;
    1.0 mm 두께에서, ASTM E662-06에 따라 4분의 연소 후에 150 이하의 연기 밀도; 및
    1.0 mm 두께에서, ASTM E 162-08에 따라 테스트하는 경우, 35 이하의 화염 확산지수(flame spread index);
    중 하나 이상을 갖는 것인, 폴리머 시트.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 시트는 최초 중량 평균 분자량을 가지며, 상기 시트는 샘플이 121℃ 및 18 psi의 습압 조건하에서 24 시간의 압력솥 처리가 된 후에, 최초 중량 평균 분자량의 70% 이상을 보유하는, 폴리머 시트.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은 폴리카보네이트-폴리실록산 코폴리머를 포함하는, 폴리머 시트.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 물질은 적하 방지제 및 난연제 중 하나 이상을 포함하는, 폴리머 시트.
  14. 제 1항에 따른 상기 시트에서 형성된 물품.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 물품은 상기 시트에 인접한 하나 이상의 솔리드 층을 더 포함하는 물품.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 시트는 두개의 솔리드 층들 사이에 위치하거나,
    상기 시트는 두개의 솔리드 층들 사이에 위치하고, 상기 솔리드 층 또는 상기 시트에 인접한 두번째 발포 층을 더 포함하는 물품.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 물품은 항공기 내장제 부품, 기동차 내장제 부품, 자동차류 내장제 부품, 수화물, 창고, 차고, 트랙터 트럭 트레일러의 덮개, 바람 막이, 또는 판넬인, 물품.
  18. 폴리머 물질을 용융하여 멜트를 형성하는 단계;
    상기 멜트와 화학 발포제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계:
    상기 발포제에 의해 생성되는 반대 이온들을 중화하는 단계;
    상기 혼합물에서 거품을 응집하여 셀들을 형성하는 단계;및
    상기 혼합물을 확대된 코어 층을 포함하는 시트로 형성하는 단계;를 포함하는, 제 1항의 시트를 제조하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 혼합물을 시트로 형성하는 단계는 혼합물을 압출하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 멜트 및 화학 발포제는 압출기에서 혼합되는, 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
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