TWI441850B - 聚碳酸酯共聚合體及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於含有可自屬於生物量(biomass)資源之澱粉等之醣類衍生的構成單位,耐熱性、成形性以及機械強度優異,且具備折射率小、阿貝數(Abbe number)大等優異光學特性之聚碳酸酯共聚合體,以及其製造方法。
聚碳酸酯一般係使用自石油資源衍生之原料而製造。然而,近年來,石油資源出現枯竭之威脅,需求使用由植物等生物量資源獲得的原料之聚碳酸酯。又,由於二氧化碳排放量之增加、累積造成之地球暖化、氣候變遷等威脅,亦要求使用後即使經廢棄處理仍可保持碳中和(carbon-neutral)之以來自植物的單體作為原料之聚碳酸酯的開發。
習知,提案有使用異山梨醇(isosorbide)作為來自植物之單體,藉由與碳酸二苯酯之酯交換而獲得聚碳酸酯(例如參照專利文獻1)。然而,所獲得之聚碳酸酯係為褐色,無法滿足需求。又,作為異山梨醇與其他二羥基化合物之共聚合聚碳酸酯,提案有將雙酚A予以聚合之聚碳酸酯(例如參照專利文獻2),此外,嘗試了將異山梨醇與脂肪族二醇予以共聚合,藉此改善異山梨醇所構成之同元聚碳酸酯之剛直性(例如參照專利文獻3)。
另一方面,作為將屬於脂環式二羥基化合物的1,4-環己烷二甲醇予以聚合之聚碳酸酯,雖已有大量提案(例如專利文獻4、5),但該等聚碳酸酯之分子量頂多為4000左右之低分子量,因此玻璃轉移溫度大多為低。
如此,雖大量提案了使用異山梨醇之聚碳酸酯,但並未有異山梨醇與脂環式二羥基化合物共聚合而成之聚碳酸酯的相關報告,且亦未揭示折射率、阿貝數等之光學常數。
(專利文獻1)GB1079686號公報(專利文獻2)日本專利特開昭56-55425號公報(專利文獻3)WO2004/111106公報(專利文獻4)日本專利特開平6-145336號公報(專利文獻5)日本專利特公昭63-12896號公報
專利文獻1~5記載之聚碳酸酯,相較於來自石油原料之習知芳香族聚碳酸酯,於耐熱性、透明性方面不充分,難以使用於光學材料或成形材料。因此,期望開發出可維持芳香族聚碳酸酯之高耐熱性與透明性,同時折射率小、阿貝數小之高透明性聚碳酸酯。
本發明之目的在於解決上述問題點,提供一種機械強度優異、具有耐熱性、折射率小、阿貝數大、雙折射小、透明性優異,且含有來自於植物之構成單位的聚碳酸酯共聚合體。
本發明人為解決上述課題而進行深入探討,結果發現,由下述一般式(1)所示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物所得之聚碳酸酯共聚合體,機械強度優異、具有耐熱性,且折射率小、阿貝數大、雙折射小、透明性優異,遂完成本發明。
亦即,本發明之要旨如下述[1]~[13]所述。
[1]一種聚碳酸酯共聚合體,係含有來自下述一般式(1)所示之二羥基化合物的構成單位與來自脂環式二羥基化合物的構成單位之聚碳酸酯共聚合體,其阿貝數(Abbe number)為50以上,且5%熱減量溫度為340℃以上;
[2]一種聚碳酸酯共聚合體,係含有來自下述一般式(1)所示之二羥基化合物的構成單位與來自脂環式二羥基化合物的構成單位之聚碳酸酯共聚合體,相對於構成該共聚合體之總二羥基化合物,下述一般式(1)所示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物之比例為90莫耳%以上;
[3]如[1]之聚碳酸酯共聚合體,其中,相對於構成聚碳酸酯共聚合體之總二羥基化合物,上述一般式(1)所示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物之比例為90莫耳%以上。
[4]如[1]至[3]中任一項之聚碳酸酯共聚合體,其中,上述脂環式二羥基化合物含有5員環構造或6員環構造。
[5]如[4]之聚碳酸酯共聚合體,其中,上述脂環式二羥基化合物中所含之碳原子數為30以下。
[6]如[5]之聚碳酸酯共聚合體,其中,上述脂環式二羥基化合物係自環己烷二甲醇、三環癸烷二甲醇、金剛烷二醇以及五環十五烷二甲醇所構成群組中選出之至少一種化合物。
[7]如[1]至[6]中任一項之聚碳酸酯共聚合體,其中,光彈性係數為20×10-12
Pa-1
以下。
[8]如[1]至[7]中任一項之聚碳酸酯共聚合體,其中,艾氏衝擊強度為30J/m2
以上。
[9]如[1]至[8]中任一項之聚碳酸酯共聚合體,其中,110℃下每單位面積之酚成分以外的產生氣體量為5ng/cm2
以下。
[10]如[1]至[9]中任一項之聚碳酸酯共聚合體,其中,作為上述來自一般式(1)所示之二羥基化合物的構成單位,係含有來自異山梨醇、去水甘露糖醇以及1,4:3,6-二去水己醣醇(isoidide)所構成群組選出之至少1種的構成單位。
[11]如[1]至[10]中任一項之聚碳酸酯共聚合體,其中,在酚與1,1,2,2-四氯乙烷之重量比1:1溶液中,於20℃±0.1℃下,濃度1.00g/dl之對比黏度(reduced viscosity)為0.40dl/g以上。
[12]一種聚碳酸酯共聚合體之製造方法,係用以製造[1]至[11]中任一項之聚碳酸酯共聚合體,其特徵為,於聚合觸媒之存在下,使下述一般式(1)所示之二羥基化合物及脂環式二羥基化合物與碳酸二酯進行反應;
[13]如[12]之共聚合體之製造方法,其中,作為聚合觸媒,係使用鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物。
本發明之聚碳酸酯共聚合體,其熱安定性高、折射率低、阿貝數大、光學異向性小。又,由於機械強度優異,視用途可在45℃到155℃間調整玻璃轉移溫度,因此可提供以下範圍廣泛之領域的材料:需要柔軟性之薄膜、片材領域;需要耐熱性之瓶、容器領域;以及相機透鏡、探測器透鏡、CCD或CMOS用透鏡等之透鏡用途;利用於液晶或電漿顯示器等之相位差薄膜、擴散片、偏光薄膜等之薄膜、片材;固定光碟、光學材料、光學零件、色素、電荷移動劑等之黏合劑用途。
以下詳細說明本發明之實施形態,但以下記載之構成要件的說明係本發明實施態樣之一例(代表例),只要不超出本發明之主旨,則並不限定於以下內容。
本發明之聚碳酸酯共聚合體之特徵為,係含有來自下述一般式(1)所示之二羥基化合物的構成單位與來自脂環式二羥基化合物之構成單位。
本發明中,作為以上述一般式(1)表示之二羥基化合物,可舉出具有立體異構物關係之異山梨醇、去水甘露糖醇、1,4:3,6-二去水己醣醇(isoidide),該等可單獨使用1種,亦可組合2種以上使用。
該等二羥基化合物中,以取得及製造之容易性、光學特性、成形性之方面而言,以將作為資源而豐富地存在且可容易取得之各種澱粉所製造之山梨醇予以脫水縮合所得之異山梨醇最佳。
另外,由於異山梨醇容易被氧慢慢氧化,因此在保管或製造時,為了防止因氧而分解,重要的是以不混入水分之方式,並且使用脫氧劑或使其處在氮環境下。若異山梨醇氧化,則蟻酸等分解物會產生。例如,若使用含有該等分解物之異山梨醇製造聚碳酸酯,則所得之聚碳酸酯會產生著色,或者成為物性顯著劣化之原因。又,亦可能對聚合反應產生影響而無法獲得高分子量之聚合體,較為不佳。又,在添加有用以防止蟻酸產生的安定劑之情況,視安定劑之種類而異,所得之聚碳酸酯會產生著色或物性顯著劣化。作為安定劑係使用還原劑或制酸劑,而作為還原劑可舉出氫硼化鈉、氫硼化鋰等,作為制酸劑可舉出氫氧化鈉等鹼類,但此種鹼金屬鹽之添加中,鹼金屬亦會成為聚合觸媒,因此若過於過剩添加則無法抑制聚合反應,較為不佳。
為了獲得不含氧化分解物之異山梨醇,亦可視需要將異山梨醇予以蒸餾。又,在為了防止異山梨醇之氧化或分解而添加安定劑之情況,亦可視需要將異山梨醇予以蒸餾。該等情況,異山梨醇之蒸餾可為單蒸餾亦可為連續蒸餾,並無特別限制。操作環境係使其成為氬或氮等惰性氣體環境後,於減壓下實施蒸餾。
較佳係藉由進行此種異山梨醇之蒸餾,於本發明中使用蟻酸含有量為20PPM(尤其是5PPM)以下之高純度異山梨醇。
另外,異山梨醇中之以酸含有量之測定方法,係如後述實施例部分中所述。
另一方面,作為可使用於本發明之脂環式二羥基化合物,並無特別限制,但通常係含有使用5員環構造或6員環構造之化合物。又,6員環構造亦可利用共價鍵而固定為椅子形或船形。藉由使脂環式二羥基化合物為5員環、6員環構造,可提升所得之聚碳酸酯的耐熱性。脂環性二羥基化合物所含之碳原子數通常為70以下,較佳為50以下,更佳為30以下。該值越大雖耐熱性越高,但亦越難以合成、難以精製、增加成本。碳原子數越小則越容易精製、容易取得。
本發明所使用之含有5員環構造或6員環構造之脂環式二羥基化合物,具體而言可舉出下述一般式(Ⅱ)或(Ⅲ)所表示之脂環式二羥基化合物。
HOCH2
-R1
-CH2
OH (Ⅱ) HO-R2
-OH (Ⅲ)(式(Ⅱ)、(Ⅲ)中,R1
、R2
表示碳數4~20之環烷基或碳數6~20之環烷氧基。)
屬於上述一般式(Ⅱ)表示之脂環式二羥基化合物之環己烷二甲醇,係包含一般式(Ⅱ)中R1
係以下述一般式(Ⅱa)(式中,R3
表示碳數1~12之烷基)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可舉出1,2-環己烷二甲醇、1,3-環己烷二甲醇、1,4-環己烷二甲醇等。
屬於上述一般式(Ⅱ)表示之脂環式二羥基化合物之三環癸烷二甲醇、五環十五烷二甲醇,係包含一般式(Ⅱ)中R1
係以下述一般式(Ⅱ b)(式中,n為0或1)表示之各種異構體。
屬於上述一般式(Ⅱ)表示之脂環式二羥基化合物之十氫萘二甲醇或三環十四烷二甲醇,係包含一般式(Ⅱ)中R1
係以下述一般式(Ⅱ c)(式中,m表示0或1)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可舉出2,6-十氫萘二甲醇、1,5-十氫萘二甲醇、2,3-十氫萘二甲醇等。
又,屬於上述一般式(Ⅱ)表示之脂環式二羥基化合物之降烷二甲醇,係包含一般式(Ⅱ)中R1
係以下述一般式(Ⅱ d)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可舉出2,3-降烷二甲醇、2,5-降烷二甲醇等。
屬於上述一般式(Ⅱ)表示之脂環式二羥基化合物之金剛烷二甲醇,係包含一般式(Ⅱ)中R1
係以下述一般式(Ⅱ e)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可舉出1,3-金剛烷二甲醇等。
又,屬於上述一般式(Ⅲ)表示之脂環式二羥基化合物之環己烷二甲醇,係包含一般式(Ⅲ)中R2
係以下述一般式(Ⅲ a)(式中,R3
表示碳數1~12之烷基)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可舉出1,2-環己烷二醇、1,3-環己烷二醇、1,4-環己烷二醇、2-甲基-1,4-環己烷二醇等。
屬於上述一般式(Ⅲ)表示之脂環式二羥基化合物之三環癸烷二醇、五環十五烷二醇,係包含一般式(Ⅲ)中R2
係以下述一般式(Ⅲ b)(式中,n表示0或1)表示之各種異構體。
屬於上述一般式(Ⅲ)表示之脂環式二羥基化合物之十氫萘二醇或三環十四烷二醇,係包含一般式(Ⅲ)中R2
係以下述一般式(Ⅲ c)(式中,m表示0或1)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可使用2,6-十氫萘二醇、1,5-十氫萘二醇、2,3-十氫萘二醇等。
屬於上述一般式(Ⅲ)表示之脂環式二羥基化合物之降烷二醇,係包含一般式(Ⅲ)中R2
係以下述一般式(Ⅲ d)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可使用2,3-降烷二醇、2,5-降烷二醇等。
屬於上述一般式(Ⅲ)表示之脂環式二羥基化合物之金剛烷二醇,係包含一般式(Ⅲ)中R2
係以下述一般式(Ⅲ e)表示之各種異構體。作為此種物質,具體而言可使用1,3-金剛烷二醇等。
上述脂環式二羥基化合物之具體例中,尤以環己烷二甲醇類、三環癸烷二甲醇類、金剛烷二醇類、五環十五烷二甲醇類為佳,自取得之容易性、操作之容易性之觀點而言,較佳為1,4-環己烷二甲醇、1,3-環己烷二甲醇、1,2-環己烷二甲醇、三環癸烷二甲醇。
另外,上述例示化合物係可使用於本發明之脂環式二羥基化合物的一例,並非限定於該等。該等脂環式二醇化合物可單獨使用1種,亦可混合使用2種以上。
本發明之聚碳酸酯共聚合體中,來自以一般式(1)表示之二羥基化合物的構成單位與來自脂環式二羥基化合物的構成單位之含有比例,可以任意比例選擇,來自以一般式(1)表示之二羥基化合物的構成單位:來自脂環式二羥基化合物的構成單位=1:99~99:1(莫耳%),較佳係來自以一般式(1)表示之二羥基化合物的構成單位:來自脂環式二羥基化合物的構成單位=10:90~90:10(莫耳%)。若來自以一般式(1)表示之二羥基化合物的構成單位較上述範圍多而來自脂環式二羥基化合物的構成單位較上述範圍少,則容易發生著色,反之,若來自以一般式(1)表示之二羥基化合物的構成單位少而來自脂環式二羥基化合物的構成單位多,則有分子量不易提高之傾向。
另外,本發明之聚碳酸酯共聚合體亦可含有來自一般式(1)表示之二羥基化合物及脂環式二羥基化合物以外之二羥基化合物(以下有時稱為「其他二羥基化合物」)的構成單位,此情況,做為其他二羥基化合物,可舉出乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,2-丁二醇、1,5-庚二醇、1,6-己二醇等之脂肪族二羥基化合物;二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇等之氧基伸烷基二醇類;2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷[=雙酚A]、2,2-雙(4-羥基-3,5-二甲基苯基)丙烷、2,2-雙(4-羥基-3,5-二乙基苯基)丙烷、2,2-雙(4-羥基-(3,5-二苯基)苯基)丙烷、2,2-雙(4-羥基-3,5-二溴苯基)丙烷、2,2-雙(4-羥基苯基)庚烷、2,4’-二羥基-二苯基甲烷、雙(4-羥基苯基)甲烷、雙(4-羥基-5-硝化苯基)甲烷、1,1-雙(4-羥基苯基)乙烷、3,3-雙(4-羥基苯基)庚烷、1,1-雙(4-羥基苯基)環己烷、雙(4-羥基苯基)碸、2,4’-二羥基二苯基碸、雙(4-羥基苯基)硫化物、4,4’-二羥基二苯基醚、4,4’-二羥基-3,3’-二氯化二苯基醚、4,4’-二羥基-2,5-二乙氧基二苯基醚、9,9-雙(4-(2-羥基乙氧基)苯基)茀、9,9-雙(4-(2-羥基乙氧基-2-甲基)苯基)茀、9,9-雙(4-羥基苯基)茀、9,9-雙(4-羥基-2-甲基苯基)茀等芳香族雙酚類等之1種或2種以上。
藉由使用該等之其他二羥基化合物,可獲得柔軟性之改善、耐熱性之提升、成形性之改善等效果,但若來自其他二羥基化合物的構成單位之含有比例過多,則可能使原本光學特性之性能降低,因此,在本發明之聚碳酸酯共聚合體中,相對於構成聚碳酸酯共聚合體之總二羥基化合物,一般式(1)表示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物之合計的比例以90莫耳%以上為佳,尤其,本發明之聚碳酸酯共聚合體較佳係二羥基化合物僅由一般式(1)表示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物構成。
又,關於本發明之聚碳酸酯共聚合體之聚合度,係以使用酚與1,1,2,2-四氯乙烷之重量比1:1的混合溶液作為溶劑,並將聚碳酸酯共聚合體濃度精密調整至1.00g/dl,以溫度20.0℃±0.1℃測定之對比黏度(以下僅稱為「聚碳酸酯共聚合體之對比黏度」)為0.40dl/g以上、尤其為0.40dl/g以上且2.0dl/g以下之聚合度為佳。若該聚碳酸酯共聚合體對比黏度過低,則成形為透鏡等時之機械強度差。又,或聚碳酸酯共聚合體之對比黏度增大,則有成形時之流動性降低、循環特性降低、成形品之雙折射率容易變大之傾向。因此,本發明之聚碳酸酯共聚合體之對比黏度係0.40dl/g以上且2.0dl/g以下,尤以0.45dl/g以上且1.5dl/g以下之範圍內為佳。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體的阿貝數較佳為50以上,尤以55以上為佳。該值越大,折射率之波長分散減小,則例如使用為單透鏡之情況,色像差小,容易獲得更清楚的影像。阿貝數越小,則折射率之波長分散增大,使用為單透鏡之情況,色像差變大,會增加影像之模糊程度。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體之5%熱減量溫度以340℃以上為佳,較佳為345℃以上。5%熱減量溫度越大,則熱安定性越高,可製成能夠耐受在較高溫下之使用,越小則熱安定性越低,不易在高溫下使用。又,製造時之控制容許幅度變小,不易製作。又,製造溫度亦可提高,可進一步擴大製造時之控制幅度,因此可容易製造。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體之光彈性係數較佳為40×10-12
Pa-1
以下,更佳為20×10-12
Pa-1
以下。若光彈性係數之值高,則以熔融擠出或溶液澆鑄法等製膜之薄膜的相位差的值變大,將其延伸時,由於張力之些微振動,會使薄膜面內之相位差值的誤差進一步增大。又,將此種相位差薄膜予以貼合時,不僅因貼合時之張力而使所期望之相位差發生誤差,更由於貼合後之偏光板的收縮等,使得相位差值容易變化。光彈性係數越小,則相位差之誤差越小。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體的艾式衝擊強度以30J/m2
以上為佳。艾式衝擊強度越大,則成形體之強度提高,不易被破壞。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體於110℃下每單位面積之酚成分以外的產生氣體量(以下有時僅稱為「產生氣體量」)較佳為5ng/cm2
以下,又,來自一般式(1)表示之二羥基化合物以外的二羥基化合物之產生氣體量較佳為0.5ng/cm2
以下。該產生氣體量越少,則可適用於想要避免產生氣體之影響的用途,例如保存半導體等電子零件之用途、建築物之內裝材用途、家電製品等之框體等。
另外,本發明之聚碳酸酯共聚合體的阿貝數、5%熱減量溫度、光彈性係數、艾式衝擊強度、產生氣體量之測定方法,具體而言係如後述之實施例部分所述。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體進行示差掃瞄熱量測定(DSC)時係表現單一的玻璃轉移溫度,而本發明之聚碳酸酯共聚合體藉由調整一般式(1)所示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物的種類或配合比,可視用途將其玻璃轉移溫度由45℃左右至155℃左右變化,獲得具有任意玻璃轉移溫度之聚合體。
例如,在需要柔軟性之薄膜用途中,可將聚碳酸酯共聚合體之剝離轉移溫度調整為45℃以上(例如45~100℃),而在要求某種程度之耐熱性的瓶或袋之成形體用途中,可將聚碳酸酯共聚合體之玻璃轉移溫度調整為90℃以上(例如90~130℃)。此外,若玻璃轉移溫度為120℃以上,則適於透鏡用途。亦即,若具有此種玻璃轉移溫度,則於溫度85℃、相對濕度85%之高溫高濕度下亦不易發生變形,透命之面精度誤差少,因此較佳。
本發明之聚碳酸酯共聚合體可以一般所使用之聚合方法製造,該聚合方法可為使用光氣之溶液聚合法、使之與碳酸二酯反應之熔融聚合法之任一種方法,但較佳為以下熔融聚合法:在聚合觸媒之存在下,使一般式(1)表示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物、以及進一步視需要使用之其他二羥基化合物,與對環境之毒性較低的碳酸二酯反應。
作為該熔融聚合法中所使用之碳酸二酯,一般可舉出下述一般式(2)表示者。
(一般式(2)中,A及A’為可具有取代基之碳數1~18之脂肪族基或可具有取代基之芳香族基,A及A’可相同亦可相異。)
作為上述一般式(2)表示之碳酸二酯,例如可例示二苯基碳酸酯、二甲苯基碳酸酯所代表之取代二苯基碳酸酯、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯及二-第三丁基碳酸酯等,特佳者可舉出二苯基碳酸酯及取代二苯基碳酸酯。該等碳酸二酯可單獨使用1種,亦可混合使用2種以上。
相對於反應所使用之總二羥基化合物,碳酸二酯較佳係以0.90~1.10之莫耳比率使用,更佳係0.96~1.04之莫耳比率。若該莫耳比小於0.90,則所製造之聚碳酸酯共聚合體的末端OH基增加,會使聚合物之熱安定性惡化,或無法得到所需之高分子量體。又,若該莫耳比大於1.10,則於同一條件下酯交換反應之速度會降低,或難以製造所需分子量之聚碳酸酯共聚合體,且所製造之聚碳酸酯共聚合體中的殘存碳酸二酯量增加,該殘存碳酸二酯會造成成形時或成形品之臭氣,較為不佳。
另外,以一般式(1)表示之二羥基化合物、脂環式二羥基化合物與視需要而使用之其他二羥基化合物的使用比例,係如上述,為來自構成本發明之聚碳酸酯共聚合體的各二羥基化合物之構成單位的比例。
又,作為熔融聚合之聚合觸媒(酯交換觸媒),係使用鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物。亦可與鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物一起輔助性地併用鹼性硼化合物、鹼性磷化合物、鹼性銨化合物、胺系化合物等之鹼性化合物,但尤以僅使用僅金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物為佳。
作為聚合觸媒而使用之鹼金屬化合物,例如可舉出氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化銫、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫銫、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸銫、醋酸鈉、醋酸鉀、醋酸鋰、醋酸銫、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鋰、硬脂酸銫、氫氧化硼鈉、氫氧化硼鉀、氫氧化硼鋰、氫氧化硼銫、苯基化硼鈉、苯基化硼鉀、苯基化硼鋰、苯基化硼銫、苯甲酸鈉、苯甲酸鉀、苯甲酸鋰、苯甲酸銫、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸氫二鋰、磷酸氫二銫、亞磷酸氫二鈉、亞磷酸氫鉀、亞磷酸氫二鋰、亞磷酸氫二銫、苯基磷酸二鈉、苯基磷酸二鉀、苯基磷酸二鋰、苯基磷酸二銫;鈉、鉀、鋰、銫之醇化物、酚化物;雙酚A之2鈉鹽、2鉀鹽、2鋰鹽、2銫鹽等。
又,作為鹼土類金屬化合物,例如可舉出氫氧化鈣、氫氧化鋇、氫氧化鎂、氫氧化鍶、碳酸氫鈣、碳酸氫鋇、碳酸氫鎂、碳酸氫鍶、碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鍶、醋酸鈣、醋酸鋇、醋酸鎂、醋酸鍶、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇、硬脂酸鎂、硬脂酸鍶等。
該等鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
又,作為可與鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物併用之鹼性硼化合物之具體例,可舉出四甲基硼、四乙基硼、四丙基硼、四丁基硼、三甲基乙基硼、三甲基苄基硼、三甲基苯基硼、三乙基甲基硼、三乙基苄基硼、三乙基苯基硼、三丁基苄基硼、三丁基苯基硼、四苯基硼、苄基三苯基硼、甲基三苯基硼、丁基三苯基硼等之鈉鹽、鉀鹽、鋰鹽、鈣鹽、鋇鹽、鎂鹽或鍶鹽等。
作為鹼性磷化合物,例如可舉出三乙基膦、三正丙基膦、三異丙基膦、三正丁基膦、三苯基膦、三丁基膦或四級鏻鹽等。
作為鹼性銨化合物,例如可舉出四甲基銨氫氧化物、四乙基銨氫氧化物、四丙基銨氫氧化物、四丁基銨氫氧化物、三甲基乙基銨氫氧化物、三甲基苄基銨氫氧化物、三甲基苯基銨氫氧化物、三乙基甲基銨氫氧化物、三乙基苄基銨氫氧化物、三乙基苯基銨氫氧化物、三丁基苄基銨氫氧化物、三丁基苯基銨氫氧化物、四苯基銨氫氧化物、苄基三苯基銨氫氧化物、甲基三苯基銨氫氧化物、丁基三苯基銨氫氧化物等。
作為胺系化合物,例如可舉出4-胺基吡啶、2-胺基吡啶、N,N-二甲基-4-胺基吡啶、4-二乙基胺基吡啶、2-羥基吡啶、2-甲氧基吡啶、4-甲氧基吡啶、2-二甲基胺基咪唑、2-甲氧基咪唑、咪唑、2-巰基咪唑、2-甲基咪唑、胺基喹啉等。
該等鹼性化合物亦可單獨使用1種,或併用2種以上。上述聚合觸媒之使用量,在使用鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物之情況,相對於反應所使用之總二羥基化合物1莫耳,其金屬換算量通常係於0.01~100 μ莫耳之範圍內使用,較佳為0.05~50 μ莫耳之範圍內,更佳為0.1~10 μ莫耳之範圍。若聚合觸媒之使用量過少,則無法獲得製造所期望之分子量的聚碳酸酯共聚合體所需要的聚合活性,另一方面,若聚合觸媒之使用量過多,則所得之聚碳酸酯共聚合體之色調惡化,會產生副生成物,造成流動性降低或增加膠體之產生,難以製造目標品質的聚碳酸酯共聚合體。
於製造此種本發明之聚碳酸酯共聚合體時,上述一般式(I)表示二羥基化合物可以固體形態供給,亦可加熱為熔融狀態而供給,亦可以水溶液形態供給。
另一方面,脂環式二羥基化合物亦同,可以固體形態供給,亦可加熱為熔融狀態而供給,若可溶於水,亦可以水溶液形態供給。
其他二羥基化合物亦同。
若以熔融狀態或水溶液形態供給該等原料二羥基化合物,在工業製造時,具有容易計量與搬送之優點。
本發明中,將一般式(I)表示之二羥基化合物、脂環式二羥基化合物與視需要而使用的其他二羥基化合物在聚合觸媒之存在下與碳酸二酯反應之方法,通常係以2階段以上之多段步驟實施。具體而言,第1段之反應係以140~240℃(較佳為150~220℃)之溫度下實施0.1~10小時(較佳為0.5~3小時)。第2段以後係將反應系統之壓力自第1段之壓力慢慢下降並提升反應溫度,將同時產生之酚除去至反應系統外,並且最終在反應系統的壓力為200Pa以下且180~280℃之溫度範圍進行聚縮合反應。
於該聚縮合反應之減壓中,控制溫度與反應系統內之壓力的平衡係重要的。尤其,溫度、壓力之任一方若改變得過快,則未反應之單體可能餾出,擾亂二羥基化合物與碳酸二酯之莫耳比而使聚合度降低。例如使用異山梨醇與1,4-環己烷二甲醇作為二羥基化合物之情況,相對於總二羥基化合物,當1,4-環己烷二甲醇之莫耳比為50莫耳%以上,1,4-環己烷二甲醇容易以單體之形式餾出,故若在反應系統內之壓力為13kPa左右的減壓下,使溫度以每1小時40℃以下之升溫速度上升並且同時進行反應,進一步在6.67kPa左右之壓力下使溫度以每1小時40℃以下之升溫速度上升,最終在200Pa以下之壓力下,以200至250℃之溫度進行聚縮合反應,則可獲得充分提升聚合度之聚碳酸酯共聚合體,因此較佳。
又,相對於總二羥基化合物,1,4-環己烷二甲醇之莫耳比少於50莫耳%之情況(尤其是莫耳比為30莫耳%以下之情況),相較於1,4-環己烷二甲醇之莫耳比為50莫耳%以上之情況,會引起急遽的黏度上升,因此,若至反應系統內之壓力為13kPa左右之減壓下為止,將溫度以1小時40℃以下之升溫速度上升,並且同時進行反應,進一步在6.67kPa左右為止之壓力下,使溫度以每1小時40℃以上之升溫速度(較佳為每1小時50℃以上之升溫速度)上升並進行反應,最終在200Pa以下之減壓下,以200至280℃之溫度進行聚縮合反應,則可獲得充分提升聚合度之聚碳酸酯共聚合體,因此較佳。
反應之形式可為批次式、連續式或批次式與連續式之組合。
以熔融聚合法製造本發明之聚碳酸酯共聚合體時,在防止著色之目的下,可在聚合時添加磷酸化合物或亞磷酸化合物或該等之金屬鹽。
作為磷酸化合物,可適合使用磷酸三甲酯、磷酸三乙酯等之磷酸三烷基酯的1種或2種以上。相對於反應所使用之總二羥基化合物,該等較佳係添加0.0001莫耳%以上且0.005莫耳%以下,更佳為添加0.0003莫耳%以上且0.003莫耳%以下。若磷酸化合物之添加量低於上述下限,則著色防止效果小,若高於上述上限,則會造成霧值提高,反而促進著色或降低耐熱性。
於添加亞磷酸化合物之情況,可任意選擇使用下述之熱安定劑。尤其可適合使用亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯、參壬基苯基亞磷酸鹽、三甲基磷酸鹽、參(2,4-二-第三丁基苯基)亞磷酸鹽、雙(2,4-二-第三丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸鹽之1種或2種以上。相對於反應所使用之總二羥基化合物,該等亞磷酸化合物較佳係添加0.0001莫耳%以上且0.005莫耳%以下,更佳為添加0.0003莫耳%以上且0.003莫耳%以下。若亞磷酸化合物之添加量低於上述下限,則著色防止效果小,若高於上述上限,則會造成霧值提高,反而促進著色或降低耐熱性。
磷酸化合物與亞磷酸化合物或該等之金屬鹽亦可併用添加,此情況之添加量,以磷酸化合物與亞磷酸化合物或該等之金屬鹽的總量計,係如上所記載,相對於總二羥基化合物較佳係添加0.0001莫耳%以上且0.005莫耳%以下,更佳為添加0.0003莫耳%以上且0.003莫耳%以下。若該添加量低於上述下限,則著色防止效果小,若高於上述上限,則會造成霧值提高,反而促進著色或降低耐熱性。
另外,作為磷酸化合物、亞磷酸化合物之金屬鹽,較佳為鋅鹽,而於該磷酸鋅鹽之中,較佳為硬脂基磷酸鋅鹽等之長鏈烷基磷酸鋅鹽。
又,如此製造之本發明的聚碳酸酯共聚合體中,為了於成形時等防止分子量之降低或色調之惡化,可添加熱安定劑。
作為相關熱安定劑,可舉出亞磷酸、磷酸、亞膦酸、膦酸及該等之酯等,具體而言可舉出三苯基亞磷酸鹽、參(壬基苯基)亞磷酸鹽、參(2,4-二-第三丁基苯基)亞磷酸鹽、三癸基亞磷酸鹽、三辛基亞磷酸鹽、三(十八基)亞磷酸鹽、二癸基單苯基亞磷酸鹽、二辛基單苯基亞磷酸鹽、二異丙基單苯基亞磷酸鹽、單丁基二苯基亞磷酸鹽、單癸基二苯基亞磷酸鹽、單辛基二苯基亞磷酸鹽、雙(2,6-二-第三丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亞磷酸鹽、2,2-亞甲基雙(4,6-二-第三丁基苯基)辛基亞磷酸鹽、雙(壬基苯基)季戊四醇二亞磷酸鹽、雙(2,4-二-第三丁基苯基)季戊四醇亞磷酸鹽、二硬脂基季戊四醇二亞磷酸鹽、三丁基磷酸鹽、三乙基磷酸鹽、三甲基磷酸鹽、三苯基磷酸鹽、二苯基單鄰聯苯基磷酸鹽、二丁基磷酸鹽、二辛基磷酸鹽、二異丙基磷酸鹽、4,4’-伸聯苯基二膦酸肆(2,4-二-第三丁基苯基)鹽、苯膦酸二甲基鹽、苯膦酸二乙基鹽、苯膦酸二丙基鹽等。其中,尤以參壬基苯基亞磷酸鹽、三甲基磷酸鹽、參(2,4-二-第三丁基苯基)亞磷酸鹽、雙(2,4-二-第三丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸鹽、雙(2,6-二-第三丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亞磷酸鹽及苯膦酸二甲基鹽較適合使用。
該等熱安定劑可單獨使用1種,亦可併用2種以上。該熱安定劑除了熔融聚合時所添加之添加量之外,可進一步以追加方式添加。亦即,調配適當量的亞磷酸化合物或磷酸化合物,獲得聚碳酸酯共聚合體之後,以後述所記載之方法,進一步添加亞磷酸化合物,如此一來可避免聚合時之霧值上升、著色及耐熱性降低,並可添加較多量的熱安定劑,可防止色調之惡化。
該等熱安定劑之添加量,以聚碳酸酯共聚合體為100重量份時,較佳為0.0001~1重量份,更佳為0.0005~0.5重量份,最佳為0.001~0.2重量份。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體中,亦可添加以抗氧化為目的之一般熟知的抗氧化劑。
作為相關抗氧化劑,例如可舉出季戊四醇肆(3-巰基丙酸酯)、季戊四醇肆(3-月桂基硫化丙酸酯)、甘油-3-硬脂基硫化丙酸酯、三乙二醇-雙[3-(3-第三丁基-5-甲基-4-羥基苯基)丙酸酯]、1,6-己二醇-雙[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、季戊四醇-肆[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、十八基-3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-參(3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基)苯、N,N-六亞甲基雙(3,5-二-第三丁基-4-羥基-hydrocynnamide)、3,5-二-第三丁基-4-羥基-苄基膦酸酯-二乙基酯、參(3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基)異三聚氰酸酯、4,4’-伸聯苯基二膦酸肆(2,4-二-第三丁基苯基)、3,9-雙{1,1-二甲基-2-[β-(3-第三丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙醯基氧基]乙基}-2,4,8,10-四氧雜螺旋(5,5)十一烷等之1種或2種以上。
該等抗氧化劑之添加重,當以聚碳酸酯為100重量份時,較佳為0.0001~0.5重量份。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體中,為了進一步提升熔融成形時自鑄模脫離之脫模性,亦可在不損及本發明目的之範圍內添加脫模劑。
作為相關脫模劑,可舉出一元或多元醇之高級脂肪酸酯、高級脂肪酸、石蠟、蜜蠟、烯烴系蠟、含有羧基及/或羧酸酐基之烯烴系蠟、聚矽氧油、有機聚矽氧烷等。
作為高級脂肪酸酯,較佳為碳原子數1~20之一元或多元醇與碳原子數10~30之飽和脂肪酸的部分酯或全酯。作為相關一元或多元醇與飽和脂肪酸之部分酯或全酯,可舉出硬脂酸單甘油酯、硬脂酸二甘油酯、硬脂酸三甘油酯、硬脂酸單山梨醇酯、硬脂酸硬脂酯、二十二碳酸單甘油酯、二十二碳酸二十二酯、季戊四醇單硬脂酯、季戊四醇四硬脂酯、季戊四醇四壬酸酯、丙二醇單硬脂酯、硬脂基硬脂酸酯、棕櫚基棕櫚酸酯、丁基硬脂酸酯、甲基月桂酸酯、異丙基棕櫚酸酯、聯苯基聯苯酯、山梨醇酐單硬脂酸酯、2-乙基己基硬脂酸酯等。
其中,較佳可使用硬脂酸單甘油酯、硬脂酸三甘油酯、季戊四醇四硬脂酸酯、二十二碳酸二十二酯。
作為高級脂肪酸,較佳為碳原子數10~30之飽和脂肪酸。作為相關脂肪酸,可舉出肉荳蔻酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、二十二碳酸等。
該等脫模劑可單獨使用1種,亦可混合2種以上使用。
該脫模劑之添加量,以聚碳酸酯為100重量份時,較佳為0.01~5重量份。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體中,可在不損及本案發明目的之範圍內添加光安定劑。
作為相關光安定劑,例如可舉出2-(2’-羥基-5’-第三辛基苯基)苯并三唑、2-(3-第三丁基-5-甲基-2-羥基苯基)-5-氯化苯并三唑、2-(5-甲基-2-羥基苯基)苯并三唑、2-[2-羥基-3,5-雙(α,α-二甲基苄基)苯基]-2H-苯并三唑、2,2’-亞甲基雙(4-異丙苯基-6-苯并三唑苯基)、2,2’-對伸苯基雙(1,3-苯并-4-酮)等。
該等光安定劑可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
該光安定劑之添加量,當以聚碳酸酯共聚合體為100重量份時,較佳為0.01~2重量份。
又,本發明之聚碳酸酯共聚合體中,為了消除因聚合體或紫外線吸收劑所造成之透鏡的黃色感,可添加發藍劑(bluing agent)。作為發藍劑,只要可使用於聚碳酸酯樹脂,即可無特別限制地使用。一般而言,蒽醌系染料容易取得,故較佳。
作為聚體的發藍劑,例如可舉出一般名為Solvent Violet 13[CA.No(色彩索引No)60725]、一般名Solvent Violet 31[CA.No 68210]、一般名Solvent Violet 33[CA.No 60725]、一般名Solvent Blue 94[CA.No 61500]、一般名Solvent Violet 36[CA.No 68210]、一般名Solvent Blue 97[拜耳公司製之「MACROLEX VIOLET RR」]及一般名Solvent Blue 45[CA.No 61110]作為代表例。
該等發藍劑可單獨使用1種,亦可併用2種以上。
該等發藍劑在聚碳酸酯共聚合體為100重量份時,通常係以0.1×10-4
~2×10-4
重量份之比例添加。
本發明之聚碳酸酯共聚合體與上述各種添加劑之配合,係例如有利用滾筒、V型摻合劑、超級攪拌機、Nautor攪拌機、班伯利攪拌機、混練輥、擠出機等進行混合之方法,或者在將上述各成分以例如二氯甲烷等之共通良溶劑溶解之狀態下混合之溶液摻合方法等,但並不限定於該等,只要為一般所使用之聚合物摻合方法,不論何種方法均可使用。
如此所得之本發明之聚碳酸酯共聚合體或對其添加各種添加劑而成之聚碳酸酯共聚合體組成物,可直接或先以熔融擠出機製成粒狀後,利用射出成形法、擠出成形法、壓縮成形法等一般廣知之方法製成成形物。
為了獲得本發明之聚碳酸酯共聚合體的混合性經提高且安定的脫模性與各物性,較佳係於熔融擠出中使用單軸擠出機、雙軸擠出機。使用單軸擠出機、雙軸擠出機之方法係不使用溶劑等,對環境造成的負荷小,自生產性之觀點而言亦較適合使用。
擠出機之熔融混練溫度係與本發明之聚碳酸酯共聚合的玻璃轉移溫度有關,在本發明之聚碳酸酯共聚合體的玻璃轉移溫度低於90℃之情況,擠出機之熔融混練溫度通常為130℃至250℃,較佳為150至240℃。若熔融混練溫度低於130℃,則聚碳酸酯共聚合體之熔融黏度高,對擠出機造成之負荷增大,生產性降低。若高於250℃,則聚碳酸酯共聚合體之熔融黏度變低,不易獲得粒狀物,生產性降低。
又,在發明之聚碳酸酯共聚合體的玻璃轉移溫度為90℃以上之情況,擠出機的熔融混練溫度通常為200至300℃,較佳為220至260℃。若熔融混練溫度低於200℃,則聚碳酸酯共聚合體之熔融黏度高,對擠出機造成之負荷增大,生產性降低。若高於300℃,則容易發生聚碳酸酯共聚合體之劣化,聚碳酸酯共聚合體之顏色會發生黃變或使分子量降低。因此強度會劣化。
於使用擠出機之情況,為了防止擠出時聚碳酸酯共聚合體之燒焦、異物之混入,較佳係設置過濾器。過濾器之異物除去大小(網開度)係與所要求之光學精度有關,較佳為100 μm以下。尤其在不希望異物混入之情況,係為40 μm以下,更佳為10 μm以下。
為了防止擠出後之異物混入,聚碳酸酯共聚合體之擠出較佳係於無塵室中實施。
又,在將擠出之聚碳酸酯共聚合體冷卻並碎片(chip)化時,較佳係使用空氣冷卻、水冷卻等之冷卻方法。於空氣冷卻時所使用之空氣,較佳係使用以高效率粒子空氣過濾器(hepa filter)等事先將空氣中之異物除去的空氣,以防止空氣中異物之再附著。於使用水冷卻時,較佳係使用以離子交換樹脂等將水中之金屬成分除去,並進一步以過濾器將水中之異物除去之水。所使用之過濾器之大小(網開度)有多種,較佳為10~0.45 μm之過濾器。
使用本發明聚碳酸酯共聚合體之透鏡的成形,係適合使用射出成形機或射出壓縮成形機,關於此時之成形條件,尤其鑄模表面溫度與樹脂溫度係為重要的。該等成形條件係因聚碳酸酯共聚合體之組成及聚合度等而異,無法一以概之規定,但鑄模表面溫度係以30℃以上且170℃以下為佳,又,此時的樹脂溫度較佳為220℃以上且290℃以下。鑄模表面溫度為30℃以下之情況,樹脂之流動性與轉印性均不佳,於射出成形時會殘留應力應變,有雙折射率變大之傾向,又,於鑄模溫度為170℃以上之情況,轉印性雖佳,但於脫模時容易變形。又,樹脂溫度為290℃以上之情況,容易發生樹脂之分解,導致成形品之強度降低、造成著色。又,成形週期亦延長,不夠經濟。
由本發明之聚碳酸酯共聚合體成形光學材料、光學零件之情況,由原料之投入步驟開始,至聚合步驟、將所得之共聚合體擠出於冷媒中而作成粒狀或片狀之步驟中,較佳係注意不使塵埃等進入而進行操作。關於該潔淨度,於一般光碟用之情況係為等級1000以下,於更高度的資訊記錄用情況則為等級100以下。
本發明之聚碳酸酯共聚合體亦可例如與下述物質等混練而作為聚合物合金使用:芳香族聚碳酸酯、芳香族聚酯、脂肪族聚酯、聚醯胺、聚苯乙烯、聚烯烴、丙烯酸系、無定形聚烯烴、ABS、AS等之合成樹脂;聚乳酸、聚丁烯水楊酸酯等之生物分解性樹脂;橡膠。
以下藉由實施例更詳細說明本發明,但只要不超出其要旨,本發明並不被以下實施例所限制。
下述之中,聚碳酸酯共聚合體之物性與特性評估係以下述方法進行。
(1)折射率及阿貝數以阿貝折射計(Atago公司製之「DR-M4」),使用波長656nm(C射線)、589nm(d射線)、546nm(e射線)、486nm(F射線)之干涉過濾器,測定各波長之折射率、nC、nD、ne、nF。
測定試料係將樹脂於160~200℃下壓合成形,製作厚度80 μm至500 μm之薄膜,將所得之薄膜裁切為寬度約8mm、長度10至40mm之長條狀,作為測定試驗片。
測定係使用1-溴化萘作為界面液,於20℃下進行。
阿貝數ν d係以下式計算。
ν d=(1-nD)/(nC-nF)
阿貝數越大,折射率之波長依存性越小,例如製成單透鏡時,因波長造成之焦點偏移變小。
(2)玻璃轉移溫度(Tig)於示差掃瞄熱量計(Mettler公司製之「DSC822」)中,使用試料約10mg,以10℃/min之升溫速度進行加熱並測定,以JIS K 7121(1987)為基準,求出外插玻璃轉移起始溫度Tig,其係低溫側之基線延長至高溫側之直線、與玻璃轉移之階段狀變化部分的曲線斜率最大的點所畫出之折線的交點溫度。
(3)顏色使用測色儀(日本電色公司製之「300A」),測定碎片顏色。
於玻璃槽中裝入既定量之碎片,以反射測定進行測定,測定b值。
此數值越接近0則泛黃感越小。
(4)對比黏度以中央理化製之DT-504型自動黏度計,使用烏氏黏度計,以酚與1,1,2,2-四氯乙烷之1:1混合溶劑作為溶劑,於溫度20.0℃±0.1℃下測定。精確調整至濃度為1.00g/dl。
樣品係於120℃下一邊攪拌一邊溶解30分鐘,冷卻後使用於測定。
由溶劑之通過時間t0、溶液之通過時間t求出相對黏度η rel,η rel=t/t0(g.cm-1.sec-1)
由相對黏度η rel求出比黏度η sp。
η sp=(η-η 0)/η 0=η rel-1
將比黏度η sp除以濃度c g/dl,求出對比黏度(換算黏度)η red。
η red=η sp/c
此數值越高則分子量越大。
(5)5%熱減量溫度使用Seiko電子製「TG-DTA」(SSC-5200,TG/DTA220),將試料10mg載置於鋁製容器,於氮氣環境下(氮流量200ml/分鐘)以升溫速度10℃/分鐘自30℃測定至450℃,求出減少5%重量時之溫度。
此溫度越高則越不易熱分解。
(6)艾式衝擊強度使用Custom Scientific公司製之Minimax射出成形機「CS-183MMX」,自溫度240至300℃射出成形長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片,以衝口機打出深1.2mm之缺口,製成試驗片。
對此試驗片使用Custom Scientific公司製之Minimax艾式衝擊試驗機「CS-183TI型」,測定23℃下具缺口之艾式衝擊強度。
此數值越大則耐衝擊強度越大,不易破裂。
(7)拉伸試驗使用上述射出成形機,自240至300℃射出成形平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片,使用Custom Scientific公司製之拉伸試驗機「CS-183TE型」,以拉伸速度1cm/分鐘之條件進行拉伸試驗,分別測定降伏時伸長度、拉伸降伏強度、拉伸降伏彈性模數以及斷裂時伸長度。
各數值越大則越具有強度、伸長性。
(8)NMR使用重氯仿作為溶劑,利用Varian公司製之「Unity Inova」,以共振頻率500MHz、轉換角45°、測定溫度25℃之條件,測定1
H-NMR。
(9)光彈性係數<樣品製作>將80℃下真空乾燥5小時之聚碳酸酯樹脂樣品4.0g,使用寬8cm、長8cm、厚0.5mm之間隔片,以熱壓合方式,以熱壓合溫度200~250℃、預熱1~3分鐘、壓力20MPa之條件加壓1分鐘後,取出間隔片,使用水管冷卻式壓合機,以壓力20MPa加壓冷卻3分鐘,製作片材。自該片材裁切寬5mm、長20mm之樣品。
<測定>使用組合有He-Ne雷射、偏光片、補償板、檢光片以及光檢測器所構成之雙折射測定裝置與震動型黏彈性測定裝置(Rheology公司製之DVE-3)的裝置,進行測定。(詳情參照日本Rheology學會誌Vol.19,p93-97(1991)。)
將裁切出之樣品固定於黏彈性測定裝置,於25℃之室溫下,以頻率96Hz測定儲存彈性模數E’。同時,使射出的雷射光依序通過偏光片、試料、補償板、檢光片,以光檢測器(光二極體)拾取,通過鎖定放大器,對於角頻率ω或2 ω之波形求出相對於該振幅與應變之相位差,求出應變光學係數O’。此時,調整為偏光片與檢光片之方向係正交,且分別對於試料之伸長方向為π/4之角度。
光彈性係數C係使用儲存彈性模數E’與應變光學係數O’,利用下式求出。
C=O’/E’
(10)產生氣體量<樣品製作>將100℃下真空乾燥5小時之聚碳酸酯樹脂樣品8g,使用寬8cm、長8cm、厚0.5mm之間隔片,以熱壓合方式,以熱壓合溫度200~250℃、預熱1~3分鐘、壓力20MPa之條件加壓1分鐘後,取出間隔片,使用水管冷卻式壓合機,以壓力20MPa加壓冷卻3分鐘,製作片材。自該片材裁切寬1cm、長2cm之樣品。厚度為1mm。
<測定>以加熱脫附-氣體色層分析儀/質量分析法(TDS-GC/MS)測定產生氣體。測定裝置係使用GERSTEL公司製之TDS2,以加熱脫附溫度250℃、10分鐘、捕捉溫度-130℃之條件實施。
將樣品置入玻璃室內,以補集管Tenax-TA於110℃下補集30分鐘內以氦60mL/分鐘產生之氣體。
GC/MS係使用Agilent公司製之HP6890/5973N,管柱係使用HP-VOC 0.32×60m 1.8 μmdf,於40℃下保持5分鐘後,以8℃/分鐘升溫至280℃後,於280℃下保持25分鐘,進行測定。以氦1.3mL/分鐘作為載體氣體,進行測定。
氣體產生量係以除去製造時所餾出之酚及來自酚之苯甲醛的每單位面積總產生量,以甲苯之換算值求出。
(11)鉛筆硬度使用新東科學製之表面測定機TRIBOGEAR TYPE 14DR作為測定裝置,以JIS-K5600為基準,進行測定。
負重750g測定速度30mm/min測定距離7mm鉛筆係使用三菱鉛筆製UNI。
鉛筆硬度係使用4H、3H、2H、H、F、HB、B、2B、3B、4B。
測定5次,以2次以上產生傷痕的鉛筆硬度中較軟的硬度作為測定物質之鉛筆硬度。
(12)蟻酸之定量將異山梨醇以純水稀釋100倍,以離子色層分析儀(Dionexy公司製之DX-500型)進行測定。
另外,使用於反應之異山梨醇係為Rocket Fleuret公司製、三光化學公司製,1,4-環己烷二甲醇係為Eastman公司製,碳酸銫係為和光純藥公司製,二苯基碳酸酯係為三菱化學(股)製,三環癸烷二甲醇係為Celanese公司製,五環癸烷二甲醇係為Celanese公司製,1,3-金剛烷二醇係為Aldrich公司製,1,4-丁二醇係為三菱化學公司製,1,6-己二醇係為和光純藥公司製,9,9-雙-(4-(2-羥基乙氧基)苯基)茀係為大阪氣體化學公司製。
又,以下實施例之敘述中所使用的化合物之簡寫如下。
ISOB:異山梨醇
1,4-CHDM:1,4-環己烷二甲醇
TCDDM:三環癸烷二甲醇
PCPDM:五環十五烷二甲醇
1,4-BG:1,4-丁二醇
1,6-HD:1,6-己二醇
BHEPF:9,9-雙-(4-(2-羥基乙氧基)苯基)茀
BCF:9,9-雙甲酚茀
DPC:二苯基碳酸酯
相對於異山梨醇27.7重量份(0.516莫耳),將1,4-環己烷二甲醇(以下簡寫為「1,4-CHDM」)13.0重量份(0.246莫耳)、二苯基碳酸酯(以下簡寫為「DPC」)59.2重量份(0.752莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.21×10-4
重量份(1.84×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力由常壓定為13.3kPa,以1小時將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於190℃下保持15分鐘後,作為第2段之步驟,將反應容器內之壓力定為6.67kPa,將加熱槽溫度以15分鐘上升至230℃,將產生的酚抽出至反應容器外。由於攪拌機之攪拌轉矩會上升,因此以8分鐘升溫至250℃,為了進一步將所產生的酚除去,使反應容器內的壓力到達0.200kPa以下。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為1.007dl/g,玻璃轉移溫度Tig為124℃,色彩b值為8.8。該等結果示於表1。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於245℃下以鑄模溫度90℃進行成形,製得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片。使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為84MPa,拉伸降伏彈性模數為748MPa,降伏時伸長度為16%,斷裂時伸長度為30%,艾式衝擊強度為227J/m2
。該等結果示於表2。
此外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,成形為厚度約200 μm之薄膜時的d射線折射率為1.4992,阿貝數為58。該等結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為344℃。該結果示於表4。
又,觀察產生氣體量,酚成分以外之產生氣體量為3.7ng/cm2
,未檢測到來自一般式(1)所示之二羥基化合物以外的二羥基化合物之產生氣體。該結果示於表6。
又,該聚碳酸酯共聚合體之NMR圖示於圖1。
(實施例2)相對於異山梨醇31.8重量份(0.458莫耳),將1,4-CHDM 8.7重量份(0.127莫耳)、DPC59.5重量份(0.583莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.22×10-4
重量份(1.43×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力由常壓定為13.3kPa,以1小時將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於190℃下保持15分鐘後,作為第2段之步驟,將反應容器內之壓力定為6.67kPa,將加熱槽溫度以20分鐘上升至240℃,將產生的酚抽出至反應容器外。由於攪拌機之攪拌轉矩會上升,因此為了進一步將所產生的酚除去,使反應容器內的壓力到達0.200kPa以下。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.757dl/g,玻璃轉移溫度Tig為133℃,色彩b值為8.2。該等結果示於表1。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,成形為厚度約200 μm之薄膜時的d射線折射率為1.5004,阿貝數為57。該等結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為343℃。該結果示於表4。
又,測定光彈性係數,係為20×10-12
Pa-1
。該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
(實施例3)於實施例2中,除了改變為異山梨醇35.9重量份(0.674莫耳)、1,4-CHDM 4.4重量份(0.083莫耳)、DPC 59.7重量份(0.764莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.22×10-4
重量份(1.87×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.712dl/g,玻璃轉移溫度Tig為148℃,色彩b值為9.1。該等結果示於表1。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,成形為厚度約200 μm之薄膜時的d射線折射率為1.5014,阿貝數為57。該等結果示於表3。
(實施例4)於實施例1中,除了改變為異山梨醇19.7重量份(0.363莫耳)、1,4-CHDM 21.6重量份(0.404莫耳)、DPC 58.8重量份(0.741莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.19×10-4
重量份(1.82×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為1.196dl/g,玻璃轉移溫度Tig為101℃,色彩b值為7.7。該等結果示於表1。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於245℃下以鑄模溫度80℃進行成形,製得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片。使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為66MPa,拉伸降伏彈性模數為595MPa,降伏時伸長度為16%,斷裂時伸長度為27%,艾式衝擊強度為293J/m2
。該等結果示於表2。
此外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,成形為厚度約200 μm之薄膜時的d射線折射率為1.4993,阿貝數為61。結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為345℃。該結果示於表4。
(實施例5)相對於異山梨醇15.7重量份(0.288莫耳),將1,4-CHDM 25.8重量份(0.480莫耳)、DPC 58.6重量份(0.734莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.18×10-4
重量份(1.80×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力由常壓定為13.3kPa,以1小時將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外,於190℃下保持30分鐘後,作為第2段之步驟,將反應容器內之壓力定為6.67kPa,將加熱槽溫度以45分鐘上升至240℃,將產生的酚抽出至反應容器外。由於攪拌機之攪拌轉矩會上升,因此為了進一步將所產生的酚除去,使反應容器內的壓力到達0.200kPa以下。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為1.186dl/g,玻璃轉移溫度Tig為89℃,色彩b值為5.1。該等結果示於表1。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於245℃下以鑄模溫度70℃進行成形,製得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片。使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為59MPa,拉伸降伏彈性模數為541MPa,降伏時伸長度為15%,斷裂時伸長度為70%,艾式衝擊強度為784J/m2
。該等結果示於表2。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,獲得厚度約200 μm之薄膜。d射線之折射率為1.4993,阿貝數為62。該等結果示於表3。
(實施例6)於實施例2中,除了改變為異山梨醇27.7重量份(0.516莫耳)、1,4-CHDM 13.0重量份(0.246莫耳)、DPC 59.2重量份(0.752莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.21×10-4
重量份(1.84×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.979dl/g,玻璃轉移溫度Tig為124℃,色彩b值為9.5。該等結果示於表1。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於245℃下以鑄模溫度90℃進行成形,製得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片。使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為78MPa,拉伸降伏彈性模數為691MPa,降伏時伸長度為16%,斷裂時伸長度為47%,艾式衝擊強度為184J/m2
。該等結果示於表2。
又,鉛筆硬度為H。該結果示於表7。
(實施例7)於實施例2中,除了改變為異山梨醇27.7重量份(0.516莫耳)、1,4-CHDM 13.0重量份(0.246莫耳)、DPC 59.2重量份(0.752莫耳)、作為觸媒之氫氧化鈉8.7×10-5
重量份(5.9×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.965dl/g,玻璃轉移溫度Tig為123℃,色彩b值為9.4。該等結果示於表1。
(實施例8)於實施例2中,除了改變為異山梨醇28.2重量份(0.516莫耳)、1,4-CHDM 13.3重量份(0.246莫耳)、DPC 58.5重量份(0.730莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.25×10-4
重量份(1.84×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.496dl/g,玻璃轉移溫度Tig為122℃,色彩b值為9.6。該等結果示於表1。
又,鉛筆硬度為H。該結果示於表7。
(實施例9)於實施例2中,除了改變為異山梨醇27.7重量份(0.516莫耳)、1,4-CHDM 13.0重量份(0.246莫耳)、DPC 59.2重量份(0.752莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.21×10-5
重量份(1.84×10-7
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.910dl/g,玻璃轉移溫度Tig為124℃,色彩b值為9.8。該等結果示於表1。
(實施例10)於實施例2中,除了改變為異山梨醇27.7重量份(0.516莫耳)、1,4-CHDM 13.0重量份(0.246莫耳)、DPC 59.2重量份(0.752莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.21×10-3
重量份(1.84×10-5
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.980dl/g,玻璃轉移溫度Tig為124℃,色彩b值為8.3。該等結果示於表1。
(實施例11)於實施例2中,除了改變為異山梨醇27.7重量份(0.516莫耳)、1,4-CHDM 13.0重量份(0.246莫耳)、DPC 59.2重量份(0.752莫耳),且與原料一起將熱安定劑「PEP-36」(旭電化製,雙(2,6-二-第三丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亞磷酸鹽)0.096重量份裝入反應容器中以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.975dl/g,玻璃轉移溫度Tig為124℃,色彩b值為7.2。該等結果示於表1。
(實施例12)於實施例2中,除了改變為異山梨醇19.7重量份(0.363莫耳)、1,4-CHDM 21.6重量份(0.404莫耳)、DPC 58.8重量份(0.741莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.19×10-4
重量份(1.82×10-6
莫耳),且與原料一起將熱安定劑「PEP-36」(旭電化製,雙(2,6-二-第三丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亞磷酸鹽)0.096重量份裝入反應容器中以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.850dl/g,玻璃轉移溫度Tig為100℃,色彩b值為3.6。該等結果示於表1。
[比較例1]相對於異山梨醇40.1重量份(0.581莫耳),將DPC 59.9重量份(0.592莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.23×10-4
重量份(1.45×10-6
莫耳)裝入反應容器,一邊攪拌一邊加熱至150℃使之溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力由常壓定為13.3kPa,以1小時將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。於190℃下保持15分鐘後,將反應容器內之壓力定為6.67kPa,將加熱槽溫度以15分鐘上升至230℃,將產生的酚抽出。由於攪拌轉矩會上升,因此以8分鐘升溫至250℃,為了進一步將所產生的酚除去,使真空度到達0.200kPa以下。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,欲將反應物擠出於水中而取得粒狀物,但無法擠出,因此以固態取出。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.679dl/g,玻璃轉移溫度Tig為160℃,色彩b值為13.0,相較於實施例,b值較高,係被著色為褐色。該等結果示於表1。
此外,嘗試將該聚碳酸酯共聚合體於265℃下進行成形以取得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片,但熔融黏度高且著色嚴重,發泡亦嚴重,成形品之良率差。使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為105MPa,拉伸降伏彈性模數為353MPa,降伏時伸長度為17%,斷裂時伸長度為31%,艾式衝擊強度為11J/m2
,相較於實施例,艾式強度明顯降低。該等結果示於表2。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為339℃,相較於實施例亦低。該結果示於表4。
另外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,製得厚度約200 μm之薄膜。以剪刀裁剪該薄膜會產生裂痕,係過於硬脆。
[比較例2]將1,4-CHDM 42.3重量份(0.776莫耳)、DPC 57.7重量份(0.712莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.15×10-4
重量份(1.75×10-6
莫耳)裝入反應容器,於氮氣環境下,作為反應之第1段步驟,將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力以3分鐘由常壓減壓至13.3kPa,予以維持。以60分鐘將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於190℃下保持15分鐘後,作為第2段步驟,將反應容器內之壓力定為6.67kPa,將加熱槽溫度以45分鐘上升至220℃,將產生的酚抽出至反應容器外。攪拌機之攪拌轉矩會上升,為了進一步將產生之酚除去,使反應容器內之壓力到達0.200kPa以下。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.662dl/g,玻璃轉移溫度Tig為40℃,色彩b值為4.5,由於玻璃轉移溫度低,因此成團狀,不易碎片化。該等結果示於表1。
[比較例3]將市售之芳香族聚碳酸酯樹脂「Iupilon H400」(三菱工程塑膠公司製,對比黏度0.456dl/g)於280℃下進行成形,取得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片。
使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為63MPa,拉伸降伏彈性模數為629MPa,降伏時伸長度為13%,斷裂時伸長度為74%,艾式衝擊強度為6J/m2
。該等結果示於表2。
另外,將該芳香族聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,製得厚度約200 μm之薄膜。d射線之折射率為1.5828,阿貝數為30。結果示於表3。
又,測定光彈性係數,結果為72×10-12
Pa-1
。將該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
又,鉛筆硬度為2B。該結果示於表7。
[比較例4]將市售之芳香族聚碳酸酯樹脂「Iupilon S2000」(三菱工程塑膠公司製,對比黏度0.507dl/g)於280℃下進行成形,取得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片。
使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為63MPa,拉伸降伏彈性模數為565MPa,降伏時伸長度為13%,斷裂時伸長度為85%,艾式衝擊強度為641J/m2
。該等結果示於表2。
[比較例5]對市售之聚乳酸「Lacea H-440」(三井化學公司製)測定氮氣環境下之5%熱減量溫度,結果為320℃。該結果示於表4。
(實施例13)相對於異山梨醇26.9重量份(0.483莫耳),將三環癸烷二甲醇(以下簡稱為「TCDDM」)15.8重量份(0.211莫耳)、DPC 57.4重量份(0.709莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.14×10-4
重量份(1.73×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力以40分鐘由常壓減壓為13.3kPa,以40分鐘將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於190℃下保持15分鐘後,作為第2段之步驟,將加熱槽溫度以30分鐘上升至220℃。進入升溫10分鐘後,將反應容器內之壓力以30分鐘定為0.200kPa以下,將產生的酚餾出。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.640dl/g,玻璃轉移溫度Tig為126℃,色彩b值為4.6。該等結果示於表1。
又,將該聚碳酸酯共聚合體於245℃下以鑄模溫度90℃進行成形,製得長31.5mm、寬6.2mm、厚3.2mm之試驗片與平行部長9mm、平行部直徑1.5mm之拉伸試驗片。使用該等試驗片,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為89MPa,拉伸降伏彈性模數為834MPa,降伏時伸長度為15%,斷裂時伸長度為76%,艾式衝擊強度為48J/m2
。該等結果示於表2。
此外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,成形為厚度約200 μm之薄膜時的d射線之折射率為1.5095,阿貝數為62。該等結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為348℃。該結果示於表4。
又,測定光彈性係數,結果為9×10-12
Pa-1
。將該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
又,觀察產生氣體量,酚成分以外之產生氣體量為4.5ng/cm2
,未檢測到來自一般式(1)所示之二羥基化合物以外的二羥基化合物之產生氣體。該結果示於表6。
又,鉛筆硬度為F。該結果示於表7。
(實施例14)除了相對於異山梨醇35.5重量份(0.660莫耳)改變為TCDDM 5.4重量份(0.075莫耳)、DPC 59.0重量份(0.748莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.20×10-4
重量份(1.83×10-6
莫耳)以外,其餘與實施例13同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.546dl/g,玻璃轉移溫度Tig為144℃,色彩b值為6.4。該等結果示於表1。
進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為106MPa,拉伸降伏彈性模數為872MPa,降伏時伸長度為16%,斷裂時伸長度為26%,艾式衝擊強度為65J/m2
。該等結果示於表2。
又,成形為薄膜時的d射線折射率為1.5052,阿貝數為60。該等結果示於表3。
(實施例15)除了相對於異山梨醇31.1重量份(0.569莫耳)改變為TCDDM 10.7重量份(0.145莫耳)、DPC 58.2重量份(0.725莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.17×10-4
重量份(1.78×10-6
莫耳)以外,其餘與實施例13同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.644dl/g,玻璃轉移溫度Tig為136℃,色彩b值為2.8。該等結果示於表1。
進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為107MPa,拉伸降伏彈性模數為934MPa,降伏時伸長度為16%,斷裂時伸長度為39%,艾式衝擊強度為58J/m2
。該等結果示於表2。
又,成形為薄膜時的d射線折射率為1.5090,阿貝數為61。該等結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為344℃。該結果示於表4。
(實施例16)除了相對於異山梨醇22.7重量份(0.403莫耳)改變為TCDDM 20.7重量份(0.274莫耳)、DPC 56.6重量份(0.684莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.11×10-4
重量份(1.68×10-6
莫耳)以外,其餘與實施例13同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.637dl/g,玻璃轉移溫度Tig為118℃,色彩b值為2.3。該等結果示於表1。
又,成形為薄膜時的d射線折射率為1.5135,阿貝數為58。該等結果示於表3。
又,測定光彈性係數,結果為7×10-12
Pa-1
。將該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
(實施例17)除了相對於異山梨醇18.7重量份(0.327莫耳)改變為TCDDM 25.6重量份(0.333莫耳)、DPC 55.8重量份(0.666莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.08×10-4
重量份(1.63×10-6
莫耳)以外,其餘與實施例13同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.785dl/g,玻璃轉移溫度Tig為110℃,色彩b值為4.7。該等結果示於表1。
進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為79MPa,拉伸降伏彈性模數為807MPa,降伏時伸長度為13%,斷裂時伸長度為18%,艾式衝擊強度為58J/m2
。該等結果示於表2。
又,成形為薄膜時的d射線折射率為1.5157,阿貝數為60。該等結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為349℃。該結果示於表4。
(實施例18)相對於異山梨醇14.7重量份(0.257莫耳),將TCDDM 30.3重量份(0.394莫耳)、DPC 55.0重量份(0.656莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.05×10-4
重量份(1.61×10-6
莫耳),作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力以3分鐘由常壓減壓為13.3kPa,以60分鐘將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於190℃下保持15分鐘後,作為第2段之步驟,將反應容器內之壓力定為6.67kPa,加熱槽溫度以45分鐘上升至240℃,將產生之酚抽出至反應容器外。為了進一步除去產生之酚,使反應容器內之壓力到達0.200kPa以下。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.672dl/g,玻璃轉移溫度Tig為102℃,色彩b值為9.2。該等結果示於表1。
又,進行機械物性之評估,結果拉伸降伏強度為76MPa,拉伸降伏彈性模數為850MPa,降伏時伸長度為12%,斷裂時伸長度為31%,艾式衝擊強度為40J/m2
。該等結果示於表2。
此外,成形為薄膜時的d射線之折射率為1.5185,阿貝數為58。該等結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為352℃。該結果示於表4。
[比較例6]將TCDDM 47.8重量份(0.586莫耳)、DPC 58.2重量份(0.585莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫1.95×10-4
重量份(1.44×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力以40分鐘由常壓減壓為13.3kPa,以40分鐘將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於190℃下保持15分鐘後,作為第2段之步驟,將加熱槽溫度以30分鐘上升至220℃。進入升溫10分鐘後,將反應容器內之壓力以30分鐘定為0.200kPa以下,將產生的酚餾出。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.899dl/g,玻璃轉移溫度Tig為73℃,色彩b值為3.9。該等結果示於表1。
(實施例19)相對於異山梨醇25.6重量份(0.339莫耳),將五環十五烷二甲醇(以下簡稱為「PCPDM」)19.7重量份(0.145莫耳)、DPC 54.7重量份(0.494莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.04×10-4
重量份(1.21×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力以40分鐘由常壓減壓為13.3kPa,以70分鐘將加熱槽溫度上升至220℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於220℃下保持10分鐘後,作為第2段之步驟,將加熱槽溫度以20分鐘上升至240℃,同時將反應容器內之壓力以30分鐘定為0.200kPa以下,將產生的酚餾出。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.730dl/g,玻璃轉移溫度Tig為149℃,色彩b值為8.4。該等結果示於表1。
此外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,成形為厚度約200 μm之薄膜時的d射線之折射率為1.5194,阿貝數為60。該等結果示於表3。
又,該聚碳酸酯共聚合體於氮氣環境下之5%熱減量溫度為347℃。該結果示於表4。
又,測定光彈性係數,結果為8×10-12
Pa-1
。將該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
(實施例20)相對於異山梨醇54.7重量份(0.374莫耳),將金剛烷二甲醇31.5重量份(0.161莫耳)、DPC116.8重量份(0.545莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫6.12×10-4
重量份(4.84×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力以40分鐘由常壓減壓為13.3kPa,以70分鐘將加熱槽溫度上升至220℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於220℃下保持10分鐘後,作為第2段之步驟,將加熱槽溫度以20分鐘上升至230℃,同時將反應容器內之壓力以30分鐘定為0.200kPa以下,將產生的酚餾出。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.409dl/g,玻璃轉移溫度Tig為125℃,色彩b值為14.8。該等結果示於表1。
(實施例21)於實施例20中,除了相對於異山梨醇54.5重量份(0.373莫耳)改變為雙環己烷二醇31.7重量份(0.160莫耳)、DPC 116.4重量份(0.543莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.04×10-4
重量份(1.21×10-6
莫耳)以外,其餘以同樣方法實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.260dl/g,玻璃轉移溫度Tig為125℃,色彩b值為8.6。該等結果示於表1。
(實施例22)相對於異山梨醇11.7重量份(0.165莫耳),將1,4-CHDM 30.0重量份(0.428莫耳)、DPC 58.3重量份(0.561莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.18×10-4
重量份(1.38×10-6
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約15分鐘)。
接著,將壓力由常壓定為13.3kPa,以1小時將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至系統外,於190℃下保持30分鐘後,作為第2段之步驟,將反應容器內之壓力定為6.67kPa,加熱槽溫度以45分鐘上升至220℃,將產生的酚抽出。攪拌轉矩會上升,為了進一步除去所產生之酚,使反應容器內之壓力到達0.200kPa以下。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.979dl/g,玻璃轉移溫度Tig為74℃,色彩b值為4.7。該等結果示於表1。
此外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,獲得厚度約200 μm之薄膜。d射線之折射率為1.5002,阿貝數為56。該等結果示於表3。
(實施例23)於實施例22中,除了相對於異山梨醇7.8重量份(0.142莫耳)改變為1,4-CHDM 34.1重量份(0.631莫耳)、DPC 58.1重量份(0.723莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.17×10-4
重量份(1.77×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為1.159dl/g,玻璃轉移溫度Tig為63℃,色彩b值為2.9。該等結果示於表1。
此外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,獲得厚度約200 μm之薄膜。d射線之折射率為1.5024,阿貝數為56。該等結果示於表3。
(實施例24)於實施例22中,除了相對於異山梨醇3.9重量份(0.070莫耳)改變為1,4-CHDM 38.2重量份(0.703莫耳)、DPC 57.9重量份(0.717莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.16×10-4
重量份(1.76×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.670dl/g,玻璃轉移溫度Tig為51℃,色彩b值為2.8。該等結果示於表1。
(實施例25)於實施例22中,除了相對於異山梨醇1.9重量份(0.035莫耳)改變為1,4-CHDM 40.3重量份(0.740莫耳)、DPC 57.8重量份(0.715莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.15×10-4
重量份(1.75×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.640dl/g,玻璃轉移溫度Tig為45℃,色彩b值為3.0。該等結果示於表1。
[比較例7]於實施例13中,除了相對於異山梨醇85.61重量份(0.585莫耳)改變為1,4-丁二醇(以下簡寫為「1,4-BG」)22.6重量份(0.251莫耳)、DPC 166.8重量份(0.779莫耳)、作為觸媒之碳酸銫1.08×10-4
重量份(0.87×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.568dl/g,玻璃轉移溫度為116℃,色彩b值為12.4。該等結果示於表1。
又,測定光彈性係數,係為23×10-12
Pa-1
。該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
又,觀察產生氣體量,酚成分以外之產生氣體量為10.0ng/cm2
,來自一般式(1)所示之二羥基化合物以外的二羥基化合物之產生氣體,檢測到四氫呋喃(THF)為2.0ng/cm2
。該結果示於表6。
[比較例8]於實施例13中,除了改變為異山梨醇81.22重量份(0.556莫耳)、1,6-己二醇(以下簡寫為「1,6-HD」)28.2重量份(0.239莫耳)、DPC 161.6重量份(0.754莫耳)、作為觸媒之碳酸銫1.08×10-4
重量份(0.87×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為1.063dl/g,玻璃轉移溫度為85℃,色彩b值為8.9。該等結果示於表1。
又,測定光彈性係數,係為20×10-12
Pa-1
。該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
又,觀察產生氣體量,酚成分以外之產生氣體量為11.0ng/cm2
,來自一般式(1)所示之二羥基化合物以外的二羥基化合物之產生氣體,檢測到環己二烯、環己苯基醚為5.6ng/cm2
。該結果示於表6。
又,鉛筆硬度為HB。該結果示於表7。
[比較例9]於實施例7中,除了改變為異山梨醇42.6重量份(0.292莫耳)、TCDDM 25.6重量份(0.130莫耳)、9,9-雙-(4-(2-羥基乙氧基)苯基)茀(以下簡寫為BHEPF)46.7重量份(0.106莫耳)、DPC 127.6重量份(0.596莫耳)、作為觸媒之碳酸銫8.7×10-5
重量份(5.9×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.659dl/g,玻璃轉移溫度為121℃,色彩b值為9.2。該等結果示於表1。
此外,將該聚碳酸酯共聚合體於200℃下壓合,獲得厚度200 μm之薄膜。d射線之折射率為1.5410,阿貝數為42。該等結果示於表3。
[比較例10]於實施例13中,除了改變為異山梨醇63.84重量份(0.437莫耳)、9,9-雙甲酚茀(以下簡寫為BCF)27.6重量份(0.0729莫耳)、1,4-丁二醇19.7重量份(0.219莫耳)、作為觸媒之碳酸銫1.08×10-4
重量份(0.87×10-6
莫耳)以外,其餘同樣地實施。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.464dl/g,玻璃轉移溫度為129℃,色彩b值為8.3。該等結果示於表1。
又,測定光彈性係數,係為23×10-12
Pa-1
。該結果與玻璃轉移溫度之值一起示於表5。
(實施例26)相對於異山梨醇26.8重量份(18.70莫耳),將TCDDM 15.4重量份(8.02莫耳)、DPC 57.7重量份(26.72莫耳)以及作為觸媒之碳酸銫2.14×10-4
重量份(6.68×10-5
莫耳)裝入反應容器,作為反應之第1段步驟,於氮氣環境下將加熱槽溫度加熱至150℃,視需要一邊攪拌一邊使原料溶解(約60分鐘)。
接著,將壓力以40分鐘由常壓減壓為13.3kPa,以40分鐘將加熱槽溫度上升至190℃,同時將產生的酚抽出至反應容器外。
將反應容器整體於190℃下保持15分鐘後,作為第2段之步驟,將加熱槽溫度以30分鐘上升至220℃。成為220℃ 10分鐘後,將反應容器內之壓力以30分鐘定為0.200kPa以下,將產生的酚餾出。到達既定的攪拌轉矩後,結束反應,將所生成之反應物擠出於水中,獲得聚碳酸酯共聚合體之粒狀物。
所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.506dl/g,玻璃轉移溫度Tig為126℃,色彩b值為10.0。該等結果示於表8。
又,該聚碳酸酯共聚合體之NMR圖係示於圖2。
(實施例27)除了相對於異山梨醇26.9重量份(19.88莫耳)改變為CHDM 12.7重量份(9.47莫耳)、DPC 60.4重量份(30.39莫耳)、作為觸媒之碳酸銫2.15×10-4
重量份(7.10×10-5
莫耳)以外,其餘與實施例26同樣地實施。所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度為0.621dl/g,玻璃轉移溫度Tig為123℃,色彩b值為11.0。該等結果示於表8。
[異山梨醇之蒸餾]將異山梨醇約1.3kg於氬氣流下裝入2L燒瓶中,於燒瓶上安裝克來森管,使其通過分餾口(fraction cutter),安裝接收器。進行保溫,使配管等各部位不發生固化。慢慢開始減壓後,進行加溫,以內溫約100℃溶解。之後,以內溫160℃開始餾出。此時之壓力為133~266Pa。除去初餾物後,以內溫160~170℃、塔頂溫度150~157℃、133Pa實施蒸餾。蒸餾結束後,通入氬氣,恢復至常溫。將所得之蒸餾物於氬氣流下冷卻粉碎,獲得異山梨醇。於氬氣流下密封至鋁層合袋中,進行保存。
(實施例28~29)於實施例13中,除了預先蒸餾ISOB並使用蟻酸含有量為表8所示量的ISOB以外,其餘同樣地實施。
將所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度、玻璃轉移溫度、色彩b值之測定結果示於表8。
(實施例30~31)於實施例2中,除了預先蒸餾ISOB並使用蟻酸含有量為表8所示量的ISOB以外,其餘同樣地實施。
將所得之聚碳酸酯共聚合體的對比黏度、玻璃轉移溫度、色彩b值之測定結果示於表8。
(參考例1~3)於實施例13中,除了不預先蒸餾ISOB並使用蟻酸含有量為表8所示量的ISOB以外,其餘同樣地實施。
雖有酚餾出,但反應液馬上變色,且並未觀察到轉矩上升,無法獲得聚合物。
(參考例4)於實施例2中,除了不預先蒸餾ISOB並使用蟻酸含有量為表8所示量的ISOB以外,其餘同樣地實施。
雖有酚餾出,但反應液馬上變色,且並未觀察到轉矩上升,無法獲得聚合物。
由表2可知,本發明之聚碳酸酯共聚合體係顯示與市售聚碳酸酯同等以上之拉伸降伏強度、拉伸降伏彈性模數、降伏時伸長度,具有高艾式衝擊強度。
由表3可知,相較於市售之聚碳酸酯或習知聚碳酸酯,本發明之聚碳酸酯共聚合體之折射率小,阿貝數大。
由表4可知,相較於市售之聚乳酸或習知之聚碳酸酯,本發明之聚碳酸酯共聚合體之熱安定性高。
由以上結果可知,本發明之聚碳酸酯共聚合體之機械強度優異,耐熱性良好,折射率小,阿貝數大,透明性優異,可適用於光學材料或各種成形材料。
由表5可知,本發明之聚碳酸酯共聚合體之光彈性係數小,可適合使用於薄膜或透鏡等之光學材料。
由表6可知,將脂環式二羥基化合物予以共聚合之本發明的聚碳酸酯,其所產生之氣體較將脂肪族二羥基化合物予以共聚合之聚碳酸酯更少。亦即,使用1,4-丁二醇、1,6-己二醇等脂肪族二醇作為二羥基化合物時,可發現來自該等二醇之環狀醚等氣體,而在使用烷己烷二甲醇、三環癸烷二甲醇等脂環式二醇時,則幾乎不產生此種氣體。由此可知,將含有脂環式二醇之聚碳酸酯使用於光學薄膜等之家電製品等時,對環境造成之影響較少。
由表7可知,本發明之聚碳酸酯共聚合體之鉛筆硬度高,表面硬度高,適合使用於不希望有表面傷痕之薄膜用途或框體等之構造材料用途。
由表8可知,藉由使用經利用蒸餾等而去除蟻酸之異山梨醇,可獲得著色較少之聚碳酸酯共聚合體。
以上係參照特定實施態樣詳細說明本發明,但在不脫離本發明之精神與範圍之前提下,相關業者當可進行各種變化或修正。
本申請案係以2006年6月19日申請之日本專利申請案(特願2006-168929)為基礎,其內容被參考寫入於此
(產業上之可利用性)本發明之聚碳酸酯共聚合體係適合使用於需要柔軟性之薄膜、片材領域;需要耐熱性之瓶罐、容器領域;要求衝擊強度之各種構造材料;以及相機透鏡、探測器透鏡、CCD或CMOS用透鏡等之透鏡用途;利用於液晶或電漿顯示器等之相位差薄膜、擴散片、偏光膜等之薄膜、片材;光碟、薄膜、片材、光學材料、光學零件;將色素或電荷移動劑等予以固定化之黏合劑等之用途。
圖1為實施例1所製造之聚碳酸酯共聚合體之NMR圖。
圖2為實施例26所製造之聚碳酸酯共聚合體之NMR圖。
Claims (13)
- 一種聚碳酸酯共聚合體,係含有來自下述一般式(1)所示之二羥基化合物的構成單位與來自含有5員環構造或6員環構造之脂環式二羥基化合物的構成單位者,其阿貝數(Abbe number)為50以上,5%熱減量溫度為340℃以上;
- 如申請專利範圍第1項之聚碳酸酯共聚合體,其中,相對於構成聚碳酸酯共聚合體之總二羥基化合物,上述一般式(1)所示之二羥基化合物與脂環式二羥基化合物之比例為90莫耳%以上;來自上述一般式(1)所示之二羥基化合物的構成單位:來自脂環式二羥基化合物的構成單位=10:90~90:10(莫耳%)。
- 一種聚碳酸酯共聚合體,係含有來自下述一般式(1)所示之二羥基化合物的構成單位與來自含有5員環構造或6員環構造之脂環式二羥基化合物的構成單位者,其阿貝數為50以上,相對於構成該共聚合體之總二羥基化合物,下述一般式(1)所示之二羥基化合物與脂環式二羥 基化合物之比例為90莫耳%以上;
- 如申請專利範圍第3項之聚碳酸酯共聚合體,其中,5%熱減量溫度為340℃以上。
- 如申請專利範圍第2項之聚碳酸酯共聚合體,其中,上述脂環式二羥基化合物中所含之碳原子數為30以下。
- 如申請專利範圍第5項之聚碳酸酯共聚合體,其中,上述脂環式二羥基化合物係自環己烷二甲醇、三環癸烷二甲醇、金剛烷二醇以及五環十五烷二甲醇所構成群組中選出之至少一種化合物。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚碳酸酯共聚合體,其中,光彈性係數為20×10-12 Pa-1 以下。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚碳酸酯共聚合體,其中,艾氏衝擊強度為30J/m2 以上。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚碳酸酯共聚合體,其中,110℃下每單位面積之酚成分以外的產生氣體量為5ng/cm2 以下。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚碳酸酯共聚合體,其中,作為上述來自一般式(1)所示之二羥基化合物的 構成單位,係含有來自異山梨醇(isosorbide)、去水甘露糖醇以及1,4:3,6-二去水己醣醇(isoidide)所構成群組選出之至少1種的構成單位。
- 如申請專利範圍第1或2項之聚碳酸酯共聚合體,其中,在酚與1,1,2,2-四氯乙烷之重量比1:1溶液中,於20℃±0.1℃下,濃度1.00g/dl之對比黏度(reduced viscosity)為0.40dl/g以上。
- 一種聚碳酸酯共聚合體之製造方法,係用以製造申請專利範圍第1或2項之聚碳酸酯共聚合體者,其特徵為,於聚合觸媒之存在下,使下述一般式(1)所示之二羥基化合物及脂環式二羥基化合物與碳酸二酯進行反應;
- 如申請專利範圍第12項之聚碳酸酯共聚合體之製造方法,其中,作為聚合觸媒,係使用鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物。
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