TW202003686A - 聚碳酸酯樹脂組成物及含彼之光學模製產品 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於聚碳酸酯樹脂組成物，其藉由引入特定添加劑和兩種染料之組合而具有極佳的熱安定性和光學性質；及包括該組成物之光學模製產品。

Description

聚碳酸酯樹脂組成物及含彼之光學模製產品
本發明係關於具有極佳的熱安定性和光學性質之聚碳酸酯樹脂組成物；及含該組成物之光學模製產品。
聚碳酸酯樹脂的物理性質如耐衝擊強度、尺寸安定性、耐熱性、和透明性等極佳，並因此用於許多應用，如電子和電力產品的外部材料、汽車零件、建築材料、光學零件等。
最近，隨著這些聚碳酸酯的應用範圍的擴張，須開發具有改良的熱安定性和光學性質且同時維持聚碳酸酯固有的物理性質之新穎的聚碳酸酯。
特別地，當應用於光學產品時，由於即使在高溫條件下，維持所欲程度的光學性質(極佳的遮蔽率或穿透率)且產品未變形具有其重要性，所以需開發同時改良熱安定性和光學性質的技術。
據此，嘗試藉由將具有不同結構的芳族二醇共聚合而將具有不同結構的單體引至聚碳酸酯的主鏈中，或者藉由使用額外添加劑以得到所欲的物理性質。
但是，大部分的技術具有高產製成本，且具有限制，例如，當耐化學性、耐熱性等提高時，反而光學性質劣化，而當光學性質獲改良時，耐化學性、耐熱性等降低。
此外，須取決於可應用的產品族群調整聚碳酸酯的透明度。例如，當施用至光學產品(例如，透鏡)之類時，須根據使用目的而降低在特定波長範圍內的穿透率。
因此，對於研究和開發具有極佳的耐熱性且同時取決於聚碳酸酯施用的產品而滿足所欲光學性質(極佳的遮蔽率或穿透率)之新穎的聚碳酸酯仍有需求存在。
所欲解決技術問題
本發明的目的是提出一種聚碳酸酯樹脂組成物，其藉由引入特定添加劑和兩種染料之組合而具有極佳的耐熱性和光學性質。
本發明的另一目的是提出一種自上述聚碳酸酯樹脂組成物製造的光學模製產品。 解決問題之技術手段
本發明一方面提出一種聚碳酸酯樹脂組成物，包含：聚碳酸酯樹脂，其根據ASTM D1238，具有5至15g/10min的熔流率(MFR)；四硬脂酸新戊四醇酯；黑色染料；和藍色染料，其中根據ASTM D1003，在410nm的穿透率是7%或更低，且其中藉以下通用等式1表示的黃色指數變化是0.5或更低。
本發明另一方面提出一種包括上述聚碳酸酯樹脂組成物的光學模製產品。
下文中，將根據本發明的特定具體實施例，更詳細地說明共聚碳酸酯、該共聚碳酸酯之製法、和包括該共聚碳酸酯之模製產品。
除非在此說明書中另有明確說明，否則術語僅用於描述特定實施例，並不限制本發明。
除非上下文另有明確說明，否則文中所用的單數形式“一”、“一個”、和“該”旨在亦包括複數形式。
文中所用術語“包含”、“含有”、“包括”、和/或“含….”指定所述特徵、區域、整數、步驟、操作、元件/要件和/或組份的存在，但不排除其他特徵、區域、整數、步驟、操作、元件/要件、組份和/或族群的存在或添加。
包括諸如"第一"、"第二"等的序號的術語僅用於區分一個組份與另一個組份的目的，並且不受序號的限制。
例如，第一組份可以是指第二組份，或者類似地，第二組份可以是指第一組份，此未背離本發明之範圍。
在聚碳酸酯樹脂的情況中，須根據施用的產品族群調整聚碳酸酯的透明度。例如，當施用於光學產品(例如，透鏡)之類時，須根據使用目的而降低在特定波長範圍的穿透率。
但是，當添加劑用於僅提高遮蔽率時，會有在高溫條件下耐熱性顯著降低，及聚合物在製程期間內變形或變色的問題。
在這方面，本發明者藉由合併使用特定添加劑和在預定波長具有極佳吸收率之兩種類型的染料而實現在特定波長範圍內的低穿透率及在高溫條件下的黃色指數低變化，並因而開發出具有極佳耐熱性和在特定波長範圍具有高遮蔽率的聚碳酸酯樹脂組成物。
當產品係使用本發明之上述聚碳酸酯樹脂組成物製得時，聚合物的變性程度和色相變化明顯較小，即使在製程中的高溫射出模製條件期間內亦然。
此外，即使產品實際被使用並處於高溫環境，其能夠展現極佳的物理性質且未變形。
特別地，當作為透鏡時，其能在特定的可見光範圍(410nm)展現極佳的遮蔽率，並因此可用於寬廣應用範圍，如一般用途、工業用途、運動用途、特殊用途等，此為較佳者。
根據ASTM D1003，根據本發明之具體實施例之聚碳酸酯樹脂組成物在410nm的穿透率是7%或更低。
藉由同時符合在以上範圍內的穿透率和之後描述的黃色指數變化二者，當施用至產品時，能夠符合所有上述物理性質。
在410nm的穿透率超過7%時，會有無法施用至各種光學模製產品，如一般用途、工業用途、運動用途、和特殊用途的問題。
此外，在410nm的穿透率較佳地符合5%或更低，且更佳地為4.5%或更低。此情況中，可提高本發明所欲達到的效果。
根據本發明之具體實施例之聚碳酸酯樹脂組成物符合0.5或更低之以下通用等式1表示的黃色指數變化，且透過同時符合以上範圍內的黃色指數變化(ΔYI)和穿透率，在施用至產品時，可能符合所有的物理性質。 【通用等式 1] 　　 　　其中，YI是根據ASTM D1925於對應溫度測定的黃色指數值。
當產品係使用該聚碳酸酯樹脂組成物製得時，黃色指數變化(ΔYI)參數在以上範圍內是指即使在高溫射出程序中亦展現極佳耐熱性的指數。此意謂即使於285℃至340℃的高溫溫度變化時，其展現明顯低的黃色指數變化，並因此而不僅在產品製程也在即使產品於高溫環境條件下使用時，均展現極佳的耐熱性。
黃色指數變化超過0.5時，耐熱性降低且穿透率降低，其不適合用來作為透鏡。
此外，黃色指數變化較佳符合0.3或更低，且更佳為0.1或更低。此情況中，可提高本發明所欲的效果。
根據本發明之具體實施例之聚碳酸酯樹脂組成物包括：聚碳酸酯樹脂；四硬脂酸新戊四醇酯；黑色染料；和藍色染料，藉此符合上述特定參數值。
下文中，將更詳細地描述各組份的特定性質。
聚碳酸酯樹脂
文中使用的術語"聚碳酸酯"是指使二酚系化合物、光氣、碳酸酯、或其組合反應而製得的聚合物。
該聚碳酸酯的耐熱性、耐衝擊性、機械強度、透明性等極佳，並因此而廣泛地用於光碟、透明片、包裝材料、汽車緩衝器、UV-阻斷膜、光學透鏡等的製備。
該二酚系化合物的例子可包括氫醌、間苯二酚、4,4'-二羥基聯苯、2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷(亦稱為"雙酚-A")、2,4-雙(4-羥基苯基)-2-甲基丁烷、雙(4-羥基苯基)甲烷、1,1-雙(4-羥基苯基)環己烷、2,2-雙(3-氯-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3,5-二甲基-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3,5-二氯-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3,5-二溴-4-羥基苯基)丙烷、雙(4-羥基苯基)亞碸、雙(4-羥基苯基)酮、雙(4-羥基苯基)醚等。
較佳地，可使用4,4’-二羥基聯苯或2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷。此情況中，該聚碳酸酯樹脂的結構藉以下化學式1表示。 [化學式 1]
Figure 02_image003
化學式1中，a是1或更高的整數。
該聚碳酸酯樹脂可為自二或更多種二酚製得的共聚物之混合物。
而且，該聚碳酸酯可包括直鏈聚碳酸酯、支鏈聚碳酸酯、聚酯碳酸酯共聚物樹脂等。
該直鏈聚碳酸酯可包括自雙酚-A製得的聚碳酸酯之類。
該支鏈聚碳酸酯可包括由多官能性芳族化合物(如1,2,4-苯三甲酸酐和1,2,4-苯三甲酸)與二酚和碳酸酯反應而製得者。
基於該支鏈聚碳酸酯總量，該多官能性芳族化合物的含量可為0.05至2mol%。
該聚酯碳酸酯共聚物樹脂可包括由二官能性羧酸與二酚和碳酸酯反應而製得者。
該碳酸酯可包括碳酸二芳酯，如碳酸二苯酯和碳酸乙二酯之類。
根據ASTM D1238，根據本發明之具體實施例之聚碳酸酯樹脂符合5至15g/10min的熔流率(MFR)。
使用熔流率在以上範圍的聚碳酸酯樹脂時，藉由該聚碳酸酯樹脂與其他組份併用，在應用產品時，可實現極佳的物理性質。
該熔流率係根據ASTM D1238在1.2kg的載重下於300℃測得。
熔流率低於5g/min時，加工性可能降低且生產力可能降低。熔流率高於15g/min時，在相關加工條件下，樹脂可能過度流動，此會導致在模製產品中的表面缺陷。
此外，熔流率較佳地符合6至13g/10min，且更佳地為7至10g/10min。此情況中，可提高本發明所欲的效果。
較佳地，該聚碳酸酯樹脂具有10,000g/mol至50,000g/mol，且較佳為25,000g/mol至35,000g/mol的重量平均分子量。
在以上範圍內，模製性和加工性極佳。
四硬脂酸新戊四醇酯(PETS)
根據本發明之具體實施例之四硬脂酸新戊四醇酯組份係具有達到極佳的熱安定性且同時改良在特定波長範圍中的遮蔽性之輔助功能的組份，且其可以與下文描述的黑色染料和藍色染料併用以使得效果最大化。
基於100重量份的聚碳酸酯樹脂，該四硬脂酸新戊四醇酯的含量可為0.05至5重量份，較佳為0.1至1重量份。
四硬脂酸新戊四醇酯的含量在以上範圍內時，可能達到極佳的耐熱性和遮蔽性，且較佳地用於實現耐熱性和在特定波長範圍內的輔助遮蔽效果。
另一方面，當四硬脂酸新戊四醇酯的含量低於0.05重量份時，難以小量實現所欲效果，而當四硬脂酸新戊四醇酯含量超過5重量份時，機械強度可能會降低。
染料
本發明之具體實施例中，黑色染料和藍色染料併用，其進一步與用於改良在特定波長範圍內的遮蔽性的組份(即上述PETS組份)併用，藉此同時實現遮蔽性能和耐熱性的改良效果。
該黑色染料可具體為C.I. Pigment Black 32 (苝黑) 化合物，而市售品可為得自 BASF 的BK32 (ThermoPlast Black X70)。
該黑色染料能夠有效地阻斷在整個波長範圍內的光，當它與PETS組份和藍色染料併用時，可能達到適合施用至透鏡的遮蔽性，此為較佳情況。
以100重量份的該聚碳酸酯樹脂計，該黑色染料含量可為1.0 * 10-4 至1.0 * 10-1 重量份，較佳為1.0 * 10-4 至1.0 * 10-2 重量份，且更佳為1.1 * 10-3 至2.0 * 10-3 重量份。
當該黑色染料含量在以上範圍內時，可實現適合施用至透鏡的遮蔽性。
另一方面，當其含量低於1.0 * 10-4 重量份時，難以小量實現所欲效果。當其含量大於1.0 * 10-1 重量份時，滲透性會因為過量而減低。
具體言之，該藍色染料可為以下化學式2的化合物(CAS No. 81-48-1)，而市售品可為得自Lanxess的Blue G(Macrolex Violet B Gran)。 【化學式 2] 　　 。
該藍色染料可以較佳地為紅藍色系染料。
該藍色染料扮演改良樹脂的黃化程度的角色，且同時，當與PETS組份和黑色染料併用時，可能實現耐熱性和適合施用於透鏡的遮蔽性，此為較佳情況。
此外，當與吸光劑之類進一步併用時，可以有效地控制在425至450nm範圍內的可見光。
以100重量份的該聚碳酸酯樹脂計，該藍色染料含量可為1.0 * 10-4 至1.0 * 10-1 重量份，較佳為1.0 * 10-4 至1.0 * 10-2 重量份，更佳為1.5 * 10-3 至2.5 * 10-3 重量份。
當該藍色染料含量在以上範圍內時，可實現極佳的遮蔽性，且可改良樹脂的黃化程度，此為較佳情況。
另一方面，當其含量低於1.0 * 10-4 重量份時，難以此小量實現所欲效果。當其含量大於1.0 * 10-1 重量份時，由於YI降低和穿透率降低，所以不利於商業應用。
根據本發明之具體實施例之聚碳酸酯樹脂組成物包括上述組份並符合特定參數(穿透率和ΔYI)，藉此實現耐熱性和極佳的光學性質(於410nm的遮蔽性)。結果，聚合物的變性程度和色相變化明顯地小，即使在製程中的高溫射出模製條件下亦然。
此外，即使於高溫環境實際使用該產品，其能夠展現極佳的物理性質而不會變形。
此外，必要時，該樹脂組成物可以另外包括至少一種選自由抗氧化劑、熱安定劑、塑化劑、抗靜電劑、成核劑、阻燃劑、潤滑劑、耐衝擊性強化劑、螢光增亮劑、紫外光吸收劑、和輻射吸收劑所組成之群組之添加劑。
光學模製產品
本發明的另一具體實施例中，提出一種包括上述樹脂組成物之光學模製產品。
較佳地，該光學模製產品是透鏡，且適用於照明透鏡或眼鏡鏡片。
根據本發明之聚碳酸酯樹脂組成物的耐熱性和遮蔽性極佳，並因此而可以有效地作為光學模製產品。
可藉此技術領域中一般使用的方法進行製備模製產品之方法。
例如，可以較佳地混合上述聚碳酸酯樹脂、四硬脂酸新戊四醇酯、黑色染料、和藍色染料、和任選的添加劑，熔融揑合此混合物以製得粒料，及之後將粒料射出模製成所欲形式，藉此製得模製產品。
熔融揑合可藉此技術領域中常用的方法進行，例如，使用螺帶式摻混機、Henschel混合機、Banbury混合機、鼓式桶、單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、共揑合機、多螺桿擠出機等之方法。
可視需要地適當調整熔融揑合的溫度。
之後，使用根據本發明之樹脂組成物的熔融揑合產物或粒料作為原料，可藉由施用模製程序(如，射出模製程序、射出壓縮模製程序、擠出模製程序、真空模製程序、吹氣模製程序、加壓模製程序、氣壓模製程序、發泡模製程序、熱彎曲模製程序、壓縮模製程序、壓延模製程序、旋轉模製程序之類)製造模製產品。
使用射出模製法時，使用200至400℃的高溫條件。但是，由於根據本發明之樹脂組成物的耐熱性極佳，所以上述熔融揑合步驟或射出步驟中未實質上發生聚合物的改質或黃化，此為較佳情況。
可以根據使用目的適當地調整該模製產品的厚度，且根據使用目的，導光板的形狀可為平板或曲線形狀。 發明對照先前技術之功效
根據本發明，藉由引入特定添加劑和兩種染料，能夠提供具有極佳耐熱性和極佳光學性質的聚碳酸酯樹脂組成物。
此外，根據本發明，能夠提供自聚碳酸酯樹脂組成物製造的光學模製產品，該光學模製產品即使在高溫條件下亦能夠展現極佳的光學性質。
下文中，提出較佳實例以有助於瞭解本發明。
但是，以下實例僅用於說明之目的，且本發明之範圍不欲限制於此或受限於這些實例。
實例和比較例：聚碳酸酯樹脂組成物之製備：
實例1和2、比較例1至8
基於100重量份的聚碳酸酯樹脂組成物，藉由混合表1中所示的各個添加劑組份的量，製得聚碳酸酯樹脂組成物。
Figure 02_image007
實驗例
以每小時55公斤的速率在雙螺桿擠出機(L/D=36，Φ=45，料筒溫度240℃)中熔融揑合在實例和比較例中製得的樹脂組成物而製得粒料樣品，並藉以下方法測定製得的樣品的性質。
(1) 熔流率(MFR, g/min)
熔流率係於300℃在1.2kg的載重下使用Melt Indexer G-02(Toyoseiki製造)根據ASTM D1238測定，其結果示於以下的表2中。
(2) 穿透率(%)
在410nm的穿透率係在350至1050nm的傳輸條件下，使用HunterLab儀器，根據ASTM D1003測定，其結果示於以下的表2中。
(3) 黃色指數變化(ΔYI)
黃色指數是在350至1050nm的傳輸條件下，使用HunterLab設備，根據ASTM D1925測得。
黃色指數係以20分鐘自285℃加熱至340℃的同時於285℃和340℃測得，且黃色指數變化係根據以下的通用等式1計算而得。其結果示於以下的表2中。 [通用等式 1]
Figure 02_image001
Figure 02_image010
如表2中所示者，證實在根據本發明之實例的情況中，藉由引入特定添加劑和兩種染料，可同時實現耐熱性和極佳的光學性質。
亦證實在與本發明所限制之組份組合不同之比較例的情況中，在高溫條件下的耐熱性降低且黃色指數變化顯著提高或在410nm的穿透率提高，其不適用於光學模製產品，特別是透鏡。

Claims (9)

  1. 一種聚碳酸酯樹脂組成物，包含：聚碳酸酯樹脂，其根據ASTM D1238，具有5至15g/10min的熔流率(MFR)；四硬脂酸新戊四醇酯；黑色染料；和藍色染料， 其中根據ASTM D1003，在410nm的穿透率是7%或更低，和 其中藉以下通用等式1表示的黃色指數變化(ΔYI)是0.5或更低： [通用等式1]
    Figure 03_image001
    其中YI是根據ASTM D1925於對應溫度測定的黃色指數值。
  2. 如請求項1之聚碳酸酯樹脂組成物，其中 該聚碳酸酯樹脂包括藉以下化學式1表示的重複單元： [化學式 1]
    Figure 03_image012
    其中，化學式1中，a是1或更大的整數。
  3. 如請求項1之聚碳酸酯樹脂組成物，其中 該聚碳酸酯樹脂具有10,000g/mol至50,000g/mol的重量平均分子量。
  4. 如請求項1之聚碳酸酯樹脂組成物，其中 該黑色染料是C.I. Pigment Black 32。
  5. 如請求項1之聚碳酸酯樹脂組成物，其中 該藍色染料是藉以下化學式2表示的化合物： [化學式2]
    Figure 03_image014
    。
  6. 如請求項1之聚碳酸酯樹脂組成物，其中 以100重量份的該聚碳酸酯樹脂計，該四硬脂酸新戊四醇酯含量為0.05至5重量份，該黑色染料含量為1.0 * 10-4 至1.0 * 10-1 重量份，而該藍色染料含量為1.0 * 10-4 至1.0 * 10-1 重量份。
  7. 如請求項1之聚碳酸酯樹脂組成物，其中 該聚碳酸酯樹脂組成物另包含至少一種選自由抗氧化劑、熱安定劑、塑化劑、抗靜電劑、成核劑、阻燃劑、潤滑劑、耐衝擊性強化劑、紫外光吸收劑、和螢光增亮劑所組成之群組之添加劑。
  8. 一種光學模製產品，其包含如請求項1至7中任一項之聚碳酸酯樹脂組成物。
  9. 如請求項8之光學模製產品，其中 該光學模製產品是透鏡。
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