背景技术
本发明涉及包含芳族聚碳酸酯的阻燃的热塑性组合物,它们的制造方法及其使用方法,以及具体是具有改善的抗刮性的抗冲改性热塑性聚碳酸酯组合物。
聚碳酸酯已用于制造应用广泛的制品和部件,从汽车部件到电子器件。由于其广泛的用途特别是电子应用,期望使聚碳酸酯具有抗刮性和阻燃性。许多用于聚碳酸酯的已知阻燃剂包含溴和/或氯。含溴和/或含氯的阻燃剂是较不理想的,这是因为源于这些阻燃剂的杂质和/或副产品可腐蚀与聚碳酸酯的制造和使用有关的设备。含溴和/或含氯阻燃剂还日益受到法规限制。
无卤的阻燃剂已被提议用于聚碳酸酯,其包括各种填料、含磷化合物、以及某些盐。使用上述阻燃剂而未另外使用含溴和/或含氯阻燃剂已难以满足阻燃性的最严格标准,尤其是在薄样品中。
聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物也已被提议用作无溴且无氯的阻燃剂。例如,Cella的美国专利申请公开2003/0105226公开了一种包含聚硅氧烷单元和聚碳酸酯单元的聚硅氧烷改性的聚碳酸酯,其中聚硅氧烷链节包含1~20个聚硅氧烷单元。例如,其它聚硅氧烷改性的聚碳酸酯的用途描述于Gosen的美国专利5380795,Kress等人的美国专利4756701,Umeda等人的美国专利5488086,以及Nodera等人的EP 0 692 522B1。
尽管前述阻燃剂适用于它们的预期用途,但是工业界仍持续期望对阻燃性能的继续改进同时还提供良好的抗刮性并保持诸如延性等其它机械性质。阻燃的抗冲改性聚碳酸酯共混物已用于各种应用中,如计算机和商业设备、充电器、工业外壳等。存在对具有高流动性的抗冲改性共混物的需求,其是模塑诸如平板电视框等大外壳的诱人选择,这是因为它们提供了包括填充长流动长度的能力、适当的机械强度和阻燃性等感兴趣的性质的组合。这些抗冲改性的共混物也要求不含氯和溴的阻燃剂,但是无溴和/或无氯阻燃剂可不利影响聚碳酸酯组合物的期望物理性质,尤其是抗冲强度。尽管许多由抗冲改性共混物制备的部件具有良好的机械性质,但是由这些共混物制备的部件 常常因所述抗冲改性剂的存在而具有差的抗刮性。需要提供优良抗刮性与优良机械性质(诸如延性等)和优良阻燃性能的组合的阻燃共混物。
芳族聚碳酸酯有用于制造应用广泛的制品和部件,从汽车部件到电子器件。通常将抗冲改性剂添加至芳族聚碳酸酯以提高组合物的韧性。所述抗冲改性剂常常具有相对刚性的热塑性相和弹性体(橡胶状)相,其可通过本体或乳液聚合形成。例如,美国专利3130177概括描述了包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)抗冲改性剂的聚碳酸酯组合物。包含乳液聚合ABS抗冲改性剂的聚碳酸酯组合物具体描述于美国公开2003/0119986。美国公开2003/0092837披露了使用本体聚合ABS和乳液聚合ABS的组合。
当然,用于聚碳酸酯组合物的多种其它类型的抗冲改性剂也已有描述。尽管许多抗冲改性剂适用于其改善韧性的预期用途,但是它们还可不利影响其它性质如可加工性、水解稳定性、阻燃性能和/或低温冲击强度、以及抗刮性。因此,在本领域仍然持续需要具有优良物理性质(包括冲击强度、流动性能和阻燃性能以及抗刮性)的组合的抗冲改性的热塑性聚碳酸酯组合物。
发明内容
在一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:
包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物,
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与芳基相连的C5-C10环烷烃;
抗冲改性剂,其中所述的抗冲改性剂包括橡胶改性的热塑性树脂,该橡胶改性的热塑性树脂包括分散在刚性热塑相中的不连续弹性相:其中至少一部分所述刚性热塑相接枝到所述弹性相,并且其中所述橡胶改性热塑性树脂使用了至少一种用于接枝的橡胶基质,且所述橡胶基质构成所述组合物的不连续弹性相,而且其中所述橡胶基质必须易于被至少一部分的可接枝单体接 枝,并且所述橡胶基质源于通过已知的方法进行至少一种单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体和包含至少一种所述单体的混合物的聚合,而其中所述刚性热塑相包括链烯基芳族聚合物,所述链烯基芳族聚合物具有源自一种或多种链烯基芳族单体和源自一种或多种单烯键不饱和腈单体的结构单元,并且其中所述抗冲改性剂的粒度分布具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内以及Q值大于1;以及
阻燃剂。
所述组合物任选地包含聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。在一些实施方案中,结构(17)的碳酸酯重复单元构成二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分,所述二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分包含具有下面结构的碳酸酯重复单元,其中R1和R2独立地选自C1-C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;以及p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位,
在一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:
包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物,
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与式(17)中的芳基相连的C5-C10环烷烃;以及
抗冲改性剂;其中所述的抗冲改性剂包括橡胶改性的热塑性树脂,该橡 胶改性的热塑性树脂包括分散在刚性热塑相中的不连续弹性相:其中至少一部分所述刚性热塑相接枝到所述弹性相,并且其中所述橡胶改性热塑性树脂使用了至少一种用于接枝的橡胶基质,且所述橡胶基质构成所述组合物的不连续弹性相,而且其中所述橡胶基质必须允许被至少一部分的可接枝单体接枝,并且所述橡胶基质源于通过已知的方法进行至少一种单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体和包含至少一种所述单体的混合物的聚合;而其中所述刚性热塑相包括链烯基芳族聚合物,所述链烯基芳族聚合物具有源自一种或多种链烯基芳族单体和源自一种或多种单烯键不饱和腈单体的结构单元,并且其中所述抗冲改性剂的粒度分布具有:橡胶基质的平均粒度在大于约400nm的范围内,以及Q值小于1。
所述组合物任选地包含聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。在一些实施方案中,结构(17)的碳酸酯重复单元构成二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分,所述二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分包含具有下面结构的碳酸酯重复单元,其中R1和R2独立地选自C1~C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;以及p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位,
在另一实施方案中,制品包含上述的热塑性组合物。
在又一实施方案中,制品的制造方法包括对上述热塑性组合物进行模塑、挤出或成形。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:
具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,
抗冲改性剂,其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯 酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内,以及Q值大于1;以及
阻燃剂。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:
具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,
抗冲改性剂,其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约400nm的范围内以及Q值小于1;以及
阻燃剂。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:
具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,
聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物;
抗冲改性剂,其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内以及Q值大于1;以及
阻燃剂。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:
具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,
聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物;
抗冲改性剂,其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约400nm的范围内以及Q值小于1;以及
阻燃剂。
在又一实施方案中,制造具有改善的冲击强度和阻燃性能的热塑性组合物的方法包括:混合包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物,抗冲改性剂,以及阻燃剂;
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与芳基相连的C5-C10环烷烃;其中所述的抗冲改性剂包括橡胶改性的热塑性树脂,该橡胶改性的热塑性树脂包括分散在刚性热塑相中的不连续弹性相:其中至少一部分所述刚性热塑相接枝到所述弹性相,并且其中所述橡胶改性热塑性树脂使用了至少一种用于接枝的橡胶基质,且所述橡胶基质构成所述组合物的不连续弹性相,而且其中所述橡胶基质必须允许被至少一部分的可接枝单体接枝,并且所述橡胶基质源于通过已知的方法进行至少一种单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体和包含至少一种所述单体的混合物的聚合;而其中所述刚性热塑相包括链烯基芳族聚合物,所述链烯基芳族聚合物具有源自一种或多种链烯基芳族单体和源自一种或多种单烯键不饱和腈单体的结构单元,并且其中所述抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内,以及Q值大于1。所述组合物任选地包含聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。在一些实施方案中,结构(17)的碳酸酯重复单元构成二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分,所述二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分包含具有下面结构的碳酸酯重复单元,其中R1和R2独立地选自C1~C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;以及p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位,
具体实施方式
本发明人已发现:特定的抗冲改性剂、含有特定结构的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物与阻燃剂的组合使用极大改进了含聚碳酸酯的热塑性组合物的各种物理性质(如抗冲强度和流动性以及抗刮性)的平衡,同时又保持其优良的阻燃性能。所述组合物任选地包含聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。这种在未显著不利影响阻燃性能条件下物理性质的改进是非常出乎意料的,尤其是在组合物中有较高水平的丁二烯的情况下,这是因为类似组合物的阻燃性能和物理性质可明显较差。还发现:通过使用抗冲改性剂和阻燃剂的特定组合除了获得优良抗冲强度之外还可获得其它物理性质的有利组合。
在一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:含有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物,抗冲改性剂和阻燃剂;
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与芳基相连的C5-C10环烷烃;其中所述的抗冲改性剂包括橡胶改性的热塑性树脂,该橡胶改性的热塑性树脂包括分散在刚性热塑相中的不连续弹性相:其中至少一部分所述刚性热塑相接枝到所述弹性相,并且其中所述橡胶改性热塑性树脂使用了至少一种用于接枝的橡胶基质,且所述橡胶基质构成 所述组合物的不连续弹性相,而且其中所述橡胶基质必须易于被至少一部分的可接枝单体接枝,并且所述橡胶基质源于通过已知的方法进行至少一种单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体和包含至少一种所述单体的混合物的聚合;而其中所述刚性热塑相包括链烯基芳族聚合物,所述链烯基芳族聚合物具有源自一种或多种链烯基芳族单体和源自一种或多种单烯键不饱和腈单体的结构单元,并且其中所述抗冲改性剂的粒度分布具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内,以及Q值大于1。在一实施方案中,所述抗冲改性剂的刚性热塑相包括苯乙烯/丙烯腈共聚物,α-甲基苯乙烯/丙烯腈共聚物,α-甲基苯乙烯/苯乙烯/丙烯腈共聚物,或者包含两种或更多种前述共聚物的混合物;以及所述抗冲改性剂的橡胶基质为丙烯酸丁酯。在一些实施方案中,所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯。在一些实施方案中,结构(17)的碳酸酯重复单元构成二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分,所述二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分包含具有下面结构的碳酸酯重复单元,其中R1和R2独立地选自C1~C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;以及p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位,
在另一实施方案中,热塑性组合物包括下列物质的组合:含有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物,抗冲改性剂和阻燃剂;
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为数值1~4 的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与芳基相连的C5-C10环烷烃;其中所述的抗冲改性剂包括橡胶改性的热塑性树脂,该橡胶改性的热塑性树脂包括分散在刚性热塑相中的不连续弹性相:其中至少一部分所述刚性热塑相接枝到所述弹性相,并且其中所述橡胶改性热塑性树脂使用了至少一种用于接枝的橡胶基质,且所述橡胶基质构成所述组合物的不连续弹性相,而且其中所述橡胶基质必须易于被至少一部分的可接枝单体接枝,并且所述橡胶基质源于通过已知的方法进行至少一种单烯键不饱和的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体和包含至少一种所述单体的混合物的聚合;而其中所述刚性热塑相包括链烯基芳族聚合物,所述链烯基芳族聚合物具有源自一种或多种链烯基芳族单体和源自一种或多种单烯键不饱和腈单体的结构单元,并且其中所述抗冲改性剂的粒度分布具有:橡胶基质的平均粒度在大于约400nm的范围内,以及Q值小于1。在一实施方案中,所述抗冲改性剂的刚性热塑相包括苯乙烯/丙烯腈共聚物,α-甲基苯乙烯/丙烯腈共聚物,α-甲基苯乙烯/苯乙烯/丙烯腈共聚物,或者包含两种或更多种前述共聚物的混合物;以及所述抗冲改性剂的橡胶基质为丙烯酸丁酯。在一些实施方案中,所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯。在一些实施方案中,结构(17)的碳酸酯重复单元构成二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分,所述二烷基双酚聚碳酸酯均聚物或共聚物成分包含具有下面结构的碳酸酯重复单元,其中R1和R2独立地选自C1~C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;以及p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位,
在一些实施方案中,组合物中式(17)的碳酸酯单元的量至少为15wt.%。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,抗冲改性剂,以及阻燃剂;
其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内,以及Q值大于1。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物,抗冲改性剂,以及阻燃剂;
其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约400nm的范围内,以及Q值小于1。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物,抗冲改性剂,以及阻燃剂;
其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内,以及Q值大于1。在一些实施方案中,所述抗冲改性剂具有约250~350nm的平均粒度以及其中1<Q<2。
在另一实施方案中,热塑性组合物包含下列物质的组合:具有下面结构的单体单元的DMBPC均聚物或共聚物,聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物,抗冲改性剂,以及阻燃剂;
其中所述抗冲改性剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯或者丙烯酸酯改性的 丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯,并且其中该抗冲改性剂具有:橡胶基质的平均粒度在大于约400nm的范围内,以及Q值小于1。在一些实施方案中,所述抗冲改性剂具有:平均粒度约400~600nm以及其中0.2<Q<0.8。
在一些实施方案中,所述热塑性组合物还包含芳族乙烯基共聚物,如SAN。在一些实施方案中,所述阻燃剂为含磷阻燃剂。
在其它实施方案中,所述组合物在1.5mm或更小厚度时能达到UL94等级V1或V0。该组合物在2mm的UL 94 5V滴落时间还可以是至少60秒。
在一些实施方案中,由所述组合物形成制品。在一些实施方案中,当根据ASTM D3363铅笔硬度试验以1千克力进行测量时,所述制品具有HB或更硬的抗刮性。
本文所用的‘Q’是指粒度分布的量度。当测量粒度时,记录平均粒度,以及粒度体积分布10百分位数、50百分位数和90百分位数的等效直径。这些直径分别称为D10、D50和D90。Q通过D10与D90的差值除以D50来计算((D90-D10)/D50)。可通过任何使用多散射角来产生完全粒度分布的光散射装置来测量粒度。
本文所用术语″聚碳酸酯″是指包含相同或相异的碳酸酯单元的聚合物,或者包含相同或相异的碳酸酯单元以及一种或更多种不同于碳酸酯的单元的共聚物(即共聚碳酸酯);术语″脂肪族″是指由线型或支化的非环状碳原子排列组成的化合价至少为1的烃基;″芳族″是指包括至少一个芳基的化合价至少为1的基团;″脂环族″是指包括非芳族的环状碳原子排列的化合价至少为1的基团;″烷基″是指直链或支化的一价链烃基;″亚烷基(烷撑)″是指直链或支化的二价链烃基;″烷叉″直链或支化的二价链烃基,其两个价键在单个共同的碳原子上;″链烯基″是指直链或支化的一价链烯基,其至少两个碳原子通过碳碳双键连接;″环烷基″是指非芳族的一价脂环族烃基,其具有至少三个碳原子,具有至少一个不饱和度;″亚环烷基″是指非芳族的二价脂环族烃基,其具有至少三个碳原子,具有至少一个不饱和度;″芳基″是指一价芳族苯环基团,或者是指稠合到至少一个任选取代的苯环上的任选取代的苯环体系基团(radical system);″芳族基团″是指包含至少一个芳基且化合价至少为1的基团;芳族基团的实例包括苯基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、萘基等;″亚芳基″是指苯环二价基团或稠合到至少一个任选取代的苯环的苯环体系二价基团;″烷芳基″是指取代到如上所定义的芳基上的如上所定义的烷基;″ 芳烷基″是指取代到如上所定义的烷基上的如上所定义的芳基;″烷氧基″是指通过氧基团与相邻的基团连接的如上所定义的烷基;″芳氧基″是指通过氧基团与相邻的基团连接的如上所定义的芳基;以及″直接键″,当作为结构变量说明的一部分时,是指作为″直接键″的变量之前和之后的取代基直接连接。
在本文中,化合物采用标准命名法描述。例如,未被任何指定的基团所取代的任意位置应理解为其化合价被指定的键或者氢原子所填充。不介于两个字母或符号之间的破折号(″-″)用于表示取代基的连接点。例如,-CHO是通过羰基(C=O)的碳连接的。
本文术语“聚碳酸酯”和“聚碳酸酯树脂”是指具有式(1)的碳酸酯重复结构单元的组分:
其中至少约60%总数的R1基团是芳族有机基团,其余为脂族、脂环族、或芳族基团。在一实施方案中,每个R1均为芳族有机基团,更具体为式(2)的基团:
-A1-Y1-A2- (2)
式中A1和A2各自为二价单环芳基,Y1是具有一或两个分隔A1和A2的原子的桥接基团。在示例性的实施方案中,一个原子分隔A1和A2。该类型基团的说明性和非限制性实例是-O-,-S-,-S(O)-,-S(O)2-,-C(O)-,亚甲基,环己基亚甲基,2-[2.2.1]-二环庚叉,乙叉,异丙叉,新戊叉,环己叉,环十五烷叉,环十二烷叉,及金刚烷叉。桥接基团Y1可以为烃基或饱和烃基如亚甲基,环己叉,或异丙叉。
聚碳酸酯可通过式HO-R1-OH的二羟基化合物的界面反应制备,所述二羟基化合物包括式(3)的二羟基化合物:
HO-A1-Y1-A2-OH (3)
式中Y1、A1和A2同上所述。还包括通式(4)的二酚化合物:
其中Ra和Rb各自代表卤原子或一价烃基,并且可以相同或相异;p和q各自独立地为0~4的整数;及Xa代表式(5)的基团之一:
或
其中Rc和Rd各自独立地代表氢原子或一价直链或环状烃基,及Re为二价烃基。
适宜的二羟基化合物的某些说明性和非限制性实例包括下列:间苯二酚,4-溴间苯二酚,对苯二酚,4,4′-二羟基联苯,1,6-二羟基萘,2,6-二羟基萘,二(4-羟基苯基)甲烷,二(4-羟基苯基)二苯基甲烷,二(4-羟基苯基)-1-萘基甲烷,1,2-二(4-羟基苯基)乙烷,1,1-二(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷,2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷,二(4-羟基苯基)苯基甲烷,2,2-二(4-羟基-3-溴苯基)丙烷,1,1-二(羟基苯基)环戊烷,1,1-二(4-羟基苯基)环己烷,1,1-二(4-羟基苯基)异丁烯,1,1-二(4-羟基苯基)环十二烷,反式-2,3-二(4-羟基苯基)-2-丁烯,2,2-二(4-羟基苯基)金刚烷,(α,α′-二(4-羟基苯基)甲苯,二(4-羟基苯基)乙腈,2,2-二(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基苯基)六氟丙烷,1,1-二氯-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二溴-2,2-二(4-羟基苯基)乙烯,1,1-二氯-2,2-二(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯,4,4′-二羟基二苯甲酮,3,3-二(4-羟基苯基)-2-丁酮,1,6-二(4-羟基苯基)-1,6-己二酮,乙二醇二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)醚,二(4-羟基苯基)硫醚,二(4-羟基苯基)亚砜,二(4-羟基苯基)砜,9,9-二(4-羟基苯基)芴,2,7-二羟基芘,6,6′-二羟基-3,3,3′,3′-四甲基螺(双)茚满(″螺双茚满双酚″),3,3-二(4-羟基苯基)苯酞,2,6-二羟基二苯并-p-二氧芑,2,6-二羟基噻蒽,2,7-二羟基酚黄素(phenoxathin),2,7-二羟基-9,10-二甲基吩嗪,3,6-二羟基二苯并呋喃,3,6-二羟基硫芴,以及2,7-二羟基咔唑等。还可使用包含至少一种前述二羟基化合物的组合。
可用式(3)表示的双酚化合物类型的具体实例的非限制性列表包括:1,1-二(4-羟基苯基)甲烷,1,1-二(4-羟基苯基)乙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(下文为″双酚A″或″BPA″),2,2-二(4-羟基苯基)丁烷,2,2-二(4-羟基苯基)辛烷,1,1-二(4-羟基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基苯基)正丁烷,2,2-二(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷,以及1,1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷。还可使用包含至少一种前述双 酚化合物的组合。
也可以使用支链聚碳酸酯,以及包含线形聚碳酸酯和支链聚碳酸酯的共混物。支链聚碳酸酯可通过在聚合期间加入支化剂来制备。例如这些支化剂包括多官能的有机化合物,其包含至少三个选自下列的官能团:羟基,羧基,羧酸酐,卤代甲酰基,及前述官能团的组合。具体实例包括偏苯三酸,偏苯三酸酐,偏苯三酰氯,三对羟基苯基乙烷,靛红-二酚,三酚TC(1,3,5-三((对-羟基苯基)异丙基)苯),三酚PA(4(4(1,1-二(对-羟基苯基)-乙基)α,α-二甲基苄基)苯酚),4-氯甲酰基邻苯二酸酐,均苯三酸,及二苯甲酮四羧酸。支化剂可以聚碳酸酯的约0.05%~2.0%重量的量添加。所有类型的聚碳酸酯端基均可用于聚碳酸酯,只要这种端基不显著地影响聚碳酸酯产品的所需要的性质。
适宜的聚碳酸酯可通过诸如界面聚合和熔体聚合等方法制备。尽管界面聚合的反应条件可以变化,但是示例性的方法通常包括溶解或分散二元酚反应物于苛性钠或苛性钾水溶液中,将所得混合物加到适宜的与水不混溶的溶剂介质中,及在受控pH(如约8~10)条件和适宜催化剂(如三乙胺)或相转移催化剂存在下使该反应物与碳酸酯前体接触。最常用的与水不混溶的溶剂包括二氯甲烷,1,2-二氯乙烷,氯苯,甲苯等。适宜的碳酸酯前体包括例如碳酰卤如碳酰溴或碳酰氯,或者卤代甲酸酯例如二元酚的二卤代甲酸酯(如双酚A、氢醌等的二氯甲酸酯)或者二醇的二卤代甲酸酯(如乙二醇、新戊二醇、聚乙二醇等的二卤代甲酸酯)。也可以使用包含至少一种前述类型的碳酸酯前体的组合。
示例性的可用的相转移催化剂有式(R3)4Q+X的催化剂,其中每个R3为相同或相异的C1-10烷基;Q为氮或磷原子;X为卤素原子或C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。适宜的相转移催化剂包括,例如,[CH3(CH2)3]4NX,[CH3(CH2)3]4PX,[CH3(CH2)5]4NX,[CH3(CH2)6]4NX,[CH3(CH2)4]4NX,CH3[CH3(CH2)3]3NX,及CH3[CH3(CH2)2]3NX,其中X为Cl-、Br-、C1-8烷氧基或C6-18芳氧基。相转移催化剂的有效量可以是约0.1~10%重量,基于在光气化混合物中的双酚重量。在另一实施方案中,相转移催化剂的有效量可以是约0.5~2%重量,基于在光气化混合物中的双酚重量。
作为选择,可以使用熔体方法制备聚碳酸酯。通常,在熔体聚合法中,可以如下制备聚碳酸酯:在熔融状态和酯交换催化剂存在下,使二羟基反应 物与碳酸二芳酯如碳酸二苯酯共同反应。通过蒸馏,从熔融反应物中除去挥发性一元酚,并以熔融的剩余物的形式分离出聚合物。
在一具体的实施方案中,聚碳酸酯为来源于双酚A的线型均聚物,其中A1和A2各自为对亚苯基,Y1为异丙叉。于25℃氯仿中测定,聚碳酸酯的特性粘度可以为约0.3~1.5分升/克(dl/g),特别是约0.45~1.0dl/g。通过凝胶渗透色谱法测量,聚碳酸酯的重均分子量可以为约10000~200000,特别是约20000~100000。所述聚碳酸酯基本上不含可催化聚碳酸酯的水解的杂质、残留酸、残留碱、和/或残留金属。
本文所用″聚碳酸酯″和″聚碳酸酯树脂″,还包括含有碳酸酯链单元和其它类型的链单元的共聚物。这种共聚物可以是无规共聚物、嵌段共聚物、树枝状共聚物等。可用的一种具体的共聚物是聚酯碳酸酯,也称之为共聚酯-聚碳酸酯。这种共聚物,除了式(1)的碳酸酯重复链单元之外,还包含下式(6)的重复单元:
其中E为源于二羟基化合物的二价基团,并且可以为例如C2-10亚烷基,C6-20脂环族基团,C6-20芳族基团或者聚亚烷基氧化物基团,其中亚烷基包含2至约6个碳原子,具体是2、3或4个碳原子;及T为源于二羧酸的二价基团,并且可以为例如C2-10亚烷基,C6-20脂环族基团,C6-20烷基芳族基团,或者C6-20芳族基团。
在一实施方案中,E为C2-6亚烷基。在另一实施方案中,E为源于下面式(7)的二羟基芳族化合物:
其中每个Rf独立地为卤原子,C1-10烃基,或者C1-10卤代烃基;及n为0~4。卤素优选为溴。可由式(7)表示的化合物的实例包括间苯二酚,取代的间苯二酚化合物如5-甲基间苯二酚、5-乙基间苯二酚、5-丙基间苯二酚、5-丁基间苯二酚、5-叔丁基间苯二酚、5-苯基间苯二酚、5-枯基间苯二酚、2,4,5,6-四氟间苯二酚、2,4,5,6-四溴间苯二酚等;邻苯二酚;氢醌;取代的氢醌如2-甲基氢醌,2-乙基氢醌,2-丙基氢醌,2-丁基氢醌,2-叔丁基氢醌,2-苯基 氢醌,2-枯基氢醌,2,3,5,6-四甲基氢醌,23,5,6-四叔丁基氢醌,2,3,5,6-四氟氢醌,2,3,5,6-四溴氢醌等;以及包含至少一种前述化合物的组合。
可用于制备所述聚酯的芳族二羧酸的实例包括:间苯二甲酸或对苯二甲酸,1,2-二(对-羧基苯基)乙烷,4,4′-二羧基二苯基醚,4,4′-联苯甲酸,及包含至少一种前述酸的组合。也可以存在包含稠环的酸,例如1,4-、1,5-或2,6-萘二羧酸。具体的二羧酸为对苯二甲酸,间苯二甲酸,萘二羧酸,环己烷二羧酸,或其组合。具体的二羧酸包括间苯二甲酸和对苯二甲酸的混合,其中对苯二甲酸与间苯二甲酸的重量比为约10∶1~0.2∶9.8。在另一具体实施方案中,E为C2-6亚烷基,T为对亚苯基、间亚苯基、萘、二价脂环族基团或其混合。这类聚酯包括聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。
于25℃氯仿中测定,所述共聚酯-聚碳酸酯树脂的特性粘度可以为约0.3~1.5分升/克(dl/g),具体是约0.45~1.0dl/g。通过凝胶渗透色谱法测量,所述共聚酯-聚碳酸酯树脂的重均分子量可以为约10000~200000,特别是约20000~100000。
除了上述的聚碳酸酯之外,还可以使用聚碳酸酯与其它热塑性聚合物的组合,例如聚碳酸酯均聚物和/或共聚物与聚酯等的组合。本文所用的″组合″包括混合物、共混物、合金等。适宜的聚酯包括式(6)的重复单元,并且可以为例如聚(亚烷基二羧酸酯),液晶聚酯,及聚酯共聚物。还可以使用其中混有支化剂(如具有三或多个羟基的二醇或者三或多官能的羧酸)的支化聚酯。而且,有时根据组合物的最终用途,优选聚酯上具有不同浓度的酸和羟基端基。
合适的聚酯的实例包括:聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。适宜的聚(对苯二甲酸亚烷基酯)的具体实例有聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET),聚(对苯二甲酸1,4-丁二醇酯)(PBT),聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN),聚(萘二甲酸丁二醇酯)(PBN),聚(对苯二甲酸丙二醇酯)(PPT),聚(对苯二甲酸环己二甲醇酯)(PCT),及包含至少一种前述聚酯的组合。本文还预期有,上述聚酯与少量如约0.5~10%重量源于脂族二酸和/或脂族多元醇的单元制成的共聚酯。
聚碳酸酯和聚酯的共混物可包含约10~99wt%的聚碳酸酯和相应的约90~1wt%的聚酯,特别是聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。在一实施方案中,共混物包含约30~70wt%的聚碳酸酯和相应的约70~30wt%的聚酯。前述各量基于聚碳酸酯树脂和聚酯的总重量。
尽管本文预期了聚碳酸酯与其它聚合物的共混物,但是在一实施方案中聚碳酸酯成分基本上由聚碳酸酯组成,即该聚碳酸酯成分包含聚碳酸酯均聚物和/或聚碳酸酯共聚物,不含其它会显著负面影响热塑性组合物的冲击强度的树脂;在另一实施方案中聚碳酸酯成分由聚碳酸酯组成,即该聚碳酸酯成分只包含聚碳酸酯均聚物和/或聚碳酸酯共聚物。
所述热塑性组合物还包含具有下面结构(17)的碳酸酯重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物:
式中R1和R2每次出现时独立地为C1-C4烷基,n和p各自为值1~4的整数,T选自C1-C5烷基、C6-C13芳基、C7-C12芳烷基、以及在1或2个碳上与芳基相连的C5-C10环烷烃。
在一实施方案中,式(17)的结构包括具有下面结构(18)的二烷基双酚碳酸酯重复单元:
式中R1和R2独立地选自C1~C6烷基;X代表CH2;m为4~7的整数;n为1~4的整数;p为1~4的整数,条件是至少一个R1或R2位于3或3’位。在一些实施方案中,R1和R2为C1~C3烷基,具体为CH3。
在一实施方案中,所述二烷基双酚聚碳酸酯包含DMBPC(二甲基双酚环己烷或1,1-二(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷)的均聚物或共聚物的重复单元。所述均聚物或共聚物包含具有下面结构(19)的DMBPC重复单元:
如果期望共聚物的话,DMBPC可在聚碳酸酯中聚合(或共聚)。在一实施方案中,使用DMBPC聚碳酸酯,其中该DMBPC聚碳酸酯包含25~50mol%的DMBPC和75~50mol%的双酚A。
制备DMBPC聚碳酸酯的方法没有具体限制。可通过任何已知的制备聚碳酸酯的方法来制备,包括众所周知的使用光气的界面工艺和/或使用碳酸二芳酯(诸如碳酸二苯酯或碳酸二(水杨酸甲酯基)酯)作为碳酸酯源的熔融工艺。
如上所述,可能将其它单体并入聚合物链从而形成包含与源于结构(17)、(18)或(19)的那些单体单元不同的单体单元的共聚物。对其它单体没有限制,其合适地源自与上面结构(17)、(18)或(19)的组分不同的二羟基组分。其它单体的实例包括但不限于:芳族二羟基化合物,例如双酚,二羟基苯类如氢醌、间苯二酚、甲基氢醌、丁基氢醌、苯基氢醌、4-苯基间苯二酚和4-甲基间苯二酚,以及包括脂族二醇和/或酸在内的二羟基化合物。如前所述,DMBPC均聚物或DMBPC-PC共聚物中还可包含二酰氯、二羧酸、或二酯单体以提供聚酯碳酸酯。
在一实施方案中,式(17)、(18)或(19)的碳酸酯单元的量按组合物的总重量计至少为15wt.%,具体为15~90wt.%。在其它实施方案中,式(17)、(18)或(19)的碳酸酯单元的量按组合物的总重量计为15~70wt.%,或者15~50wt.%。
所述热塑性组合物进一步包含抗冲改性剂。本发明的发明人发现:有效的抗冲改性剂相应包含橡胶改性热塑性树脂,所述橡胶改性热塑性树脂包括不连续弹性相和刚性热塑相,其中至少一部分所述刚性热塑相接枝到弹性相。所述组合物源自至少一种橡胶基质的接枝。所述橡胶基质构成所述组合物的不连续弹性相。对橡胶基质没有特别的限制,只要其易于被至少一部分的可接枝单体接枝。该橡胶基质通常具有玻璃化转变温度,Tg,在一实施方案中低于约0℃,在另一实施方案中低于约-20℃,在又一实施方案中低于约-30℃。使用上述的抗冲改性剂,连同适当的阻燃剂,可提供具有优异的物理性质和阻燃性能的热塑性组合物。
在各种实施方案中,橡胶基质是由已知方法聚合至少一种单烯键不饱和(甲基)丙烯酸烷基酯单体而得到的,该单体选自(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体和包含至少一种所述单体的混合物。本文中所用术语“单烯键不饱和”是 指每个分子具有单一的烯键式不饱和位点,而术语“(甲基)丙烯酸酯单体”统指丙烯酸酯单体和甲基丙烯酸酯单体。在本文中应用于特定的单元如化学化合物或化学取代基的术语“(Cx-Cy)”是指每个单元的碳原子数为“x”个碳原子至“y”个碳原子。例如,“(C1-C12)烷基”是指每个基团具有1~12个碳原子的直链、支链或环状烷基取代基,并且包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基和十二烷基。合适的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体包括但不限于:丙烯酸(C1-C12)烷基酯单体,其示例性实例包括丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯和丙烯酸2-乙基己酯;以及它们的甲基丙烯酸(C1-C12)烷基酯类似物,其示例性实例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯和甲基丙烯酸癸酯。在本发明的具体实施方案中,橡胶基质包含源自丙烯酸正丁酯的结构单元。
在各种实施方案中,橡胶基质也可以包括源自至少一种多烯键不饱和单体的结构单元。本文中使用的术语“多烯键不饱和”指每个分子具有两个或多个烯键式不饱和位点。多烯键不饱和单体通常用于获得橡胶颗粒的交联和在橡胶基质中提供“接枝连接(graftlinking)”位点,用于和接枝单体进行后续反应。合适的多烯键不饱和单体包括但不限于:二丙烯酸亚丁酯、二乙烯基苯、二甲基丙烯酸丁二醇、三(甲基)丙烯酸三羟甲基丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸二烯丙酯、马来酸二烯丙酯、富马酸二烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、甲基丙烯酸三烯丙酯、三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三环癸烯基醇的丙烯酸酯以及包含至少一种上述单体的混合物。在具体的实施方案中,橡胶基质包括源自三烯丙基氰脲酸酯的结构单元。
在一些实施方案中,橡胶基质可任选包含源自少量其它不饱和单体的结构单元,例如可与用于制备橡胶基质的(甲基)丙烯酸烷基酯单体共聚的那些单体。合适的可共聚单体包括但不限于:C1-C12芳基或卤代芳基取代的丙烯酯,C1-C12芳基或卤代芳基取代的甲基丙烯酯,或者其混合物;单烯键不饱和羧酸,例如,丙烯酸、甲基丙烯酸和衣康酸;(甲基)丙烯酸缩水甘油酯,(甲基)丙烯酸羟烷基酯,(甲基)丙烯酸羟(C1-C12)烷基酯,例如,甲基丙烯酸羟乙酯;(甲基)丙烯酸(C4-C12)环烷基酯单体,例如,甲基丙烯酸环己酯;(甲基)丙烯酰胺单体,例如,丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和N-取代的丙烯酰胺或甲 基丙烯酰胺;马来酰亚胺单体,例如,马来酰亚胺、N-烷基马来酰亚胺、N-芳基马来酰亚胺和卤代芳基取代的马来酰亚胺;马来酸酐;乙烯基甲基醚、乙烯醚,例如,乙酸乙烯醚和丙酸乙烯醚。本文所用术语“(甲基)丙烯酰胺”统指丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。合适的可共聚单体还包括但不限于:乙烯基芳族单体,例如,苯乙烯和芳环上连有一个或多个烷基、烷氧基、羟基或卤素取代基的取代苯乙烯(该取代苯乙烯包括但不限于α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基乙烯基甲苯、乙烯基二甲苯、三甲基苯乙烯、丁基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、氯苯乙烯、α-氯苯乙烯、二氯苯乙烯、四氯苯乙烯、溴苯乙烯、α-溴苯乙烯、二溴苯乙烯、对羟基苯乙烯、对乙酸基苯乙烯、甲氧基苯乙烯)及乙烯基取代的稠合芳环结构(例如乙烯基萘、乙烯基蒽),以及乙烯基芳族单体与单烯键不饱和腈单体(例如丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、α-溴丙烯腈和α-氯丙烯腈)的混合物。在芳环上被混合取代基取代的苯乙烯也是合适的。
在一实施方案中,基于橡胶改性的热塑性树脂的重量,在本发明的组合物的橡胶改性热塑性树脂部分中存在的橡胶基质的含量可以为约10~94wt.%;在另一实施方案中约10~80wt.%;在另一实施方案中约15~80wt.%;在另一实施方案中约35~80wt.%;在另一实施方案中约40~80wt.%;在另一实施方案中约25~60wt.%,以及在又一实施方案中约40~50wt.%。在其它实施方案中,基于橡胶改性的热塑性树脂的重量,在本发明的组合物的橡胶改性热塑性树脂部分中存在的橡胶基质的含量可以为约5~50wt.%;约8~40wt.%;或者约10~30wt.%。
对橡胶基质(在下文中有时称为初始橡胶基质以使其区别与后面的接枝橡胶基质)的粒度分布有些限制。在一些实施方案中,橡胶基质的粒度分布可以具有:橡胶基质的平均粒度在大于约200nm的范围内以及Q值大于1;具体为约250~350nm以及1<Q<2;更具体为约250~350nm以及1.2<Q<1.6。在其它实施方案中,橡胶基质的粒度分布可以具有:橡胶基质的平均粒度在大于约400nm的范围内以及Q值小于1,具体为约400~600nm以及0.2<Q<0.8。不期望橡胶基质的平均粒度小于约200nm。
为了制备用于本发明的橡胶改性热塑性树脂,使单体在橡胶基质的存在下聚合,从而形成接枝共聚物,该接枝共聚物至少一部分化学接枝到橡胶相。表化学接枝到橡胶基质的任何接枝共聚物部分构成了刚性热塑相。该刚性热 塑相包含热塑性聚合物或共聚物,在一实施方案中其显示玻璃化转变温度(Tg)大于约25℃,在另一实施方案中大于或等于90℃,以及在又一实施方案中大于或等于100℃。
在具体的实施方案中,橡胶改性热塑性树脂的刚性热塑相所包含的结构单元源于至少一种乙烯基芳族单体、至少一种单烯键不饱和腈单体、以及至少一种选自(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体的单体。合适的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体、乙烯基芳族单体和单烯键不饱和腈单体包括上文橡胶基质的描述中提到的那些。在具体的实施方案中,所述刚性热塑相包括乙烯基芳族聚合物,该乙烯基芳族聚合物具有:第一结构单元源自一种或多种乙烯基芳族单体;第二结构单元源自一种或多种单烯键不饱和腈单体;以及第三结构单元源自一种或多种单体选自(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体。合适的乙烯基芳族聚合物包含至少约20wt.%结构单元源自一种或多种乙烯基芳族单体。此类乙烯基芳族聚合物的实例包括但不限于:苯乙烯/丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯共聚物,α-甲基苯乙烯/丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯共聚物和苯乙烯/α-甲基苯乙烯/丙烯腈/甲基丙烯酸甲酯共聚物。这些共聚物可以单独或者作为混合物用于刚性热塑相。
当共聚物中的结构单元源自一种或多种单烯键不饱和腈单体时,那么在包含接枝共聚物和刚性热塑相的共聚物中的腈单体的量基于包含接枝共聚物和刚性热塑相的共聚物的重量在一实施方案中可以为约5~40wt.%,在另一实施方案中可以为约5~30wt.%,在另一实施方案中可以为约10~30wt.%,在又一实施方案中可以为约15~30wt.%。
在橡胶相和构成橡胶改性热塑性树脂的刚性热塑相的单体之间发生接枝的量随橡胶相的相对含量和组成而变化。在一实施方案中,基于组合物中刚性热塑相的总量,大于约10wt.%的刚性热塑相化学接枝至所述橡胶。在另一实施方案中,基于组合物中刚性热塑相的总量,大于约15wt.%的刚性热塑相化学接枝至所述橡胶。在又一实施方案中,基于组合物中刚性热塑相的总量,大于约20wt.%的刚性热塑相化学接枝至所述橡胶。在具体实施方案中,基于组合物中刚性热塑相的总量,化学接枝至所述橡胶的刚性热塑相的量可以为约5~90wt.%;约10~90wt.%;约15~85wt.%;约15~50wt.%;或者约20~50wt.%。在其它实施方案中,约40~90wt.%的刚性热塑相是自由 的,即表接枝的。
在一实施方案中,基于橡胶改性热塑性树脂的重量,本发明的组合物中存在的橡胶改性热塑性树脂的刚性热塑相的含量可以为约85~6wt.%;在另一实施方案中约65~6wt.%;在另一实施方案中约60~20wt.%;在另一实施方案中约75~40wt.%,以及在又一实施方案中约60~50wt.%。在其它实施方案中,基于橡胶改性热塑性树脂的重量,本发明的组合物中存在的刚性热塑相的含量可以为约90~30wt.%。
只通过在橡胶基质存在下进行聚合,或者通过将一种或多种独立聚合的刚性热塑聚合物加至已在橡胶基质存在下聚合的刚性热塑聚合物中,可以形成橡胶改性热塑性树脂的刚性热塑相。当至少一部分的独立聚合的刚性热塑相加至组合物中时,则加入的所述独立合成的刚性热塑相的量按橡胶改性的热塑性树脂的重量计为约30~80wt.%。各自具有不同数均粒度的两种或多种不同的橡胶基质可分别用于上述聚合反应中,然后将产物共混在一起。在这些各自具有不同数均粒度的初始橡胶基质的产物共混在一起的示例性实施方案中,这些基质的比率可以为约90∶10至约10∶90,或者约80∶20至约20∶80,或者约70∶30至约30∶70。在一些实施方案中,在这种含有多于一种粒度的初始橡胶基质的共混物中,较小粒度的初始橡胶基质是主要成分。
橡胶改性热塑性树脂的刚性热塑相可以根据已知方法制备,例如本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合或者它们的组合,其中至少一部分刚性热塑相通过与橡胶相中存在的不饱和位点反应而化学键接(即“接枝”)至橡胶相。接枝反应可以间歇、连续或半连续的方式进行。典型的方法包括但不限于美国专利3944631和1997年10月31日提交的美国专利申请08/962458中教导的那些方法。可以通过例如在那些源自接枝连接单体的橡胶结构单元中的残留的不饱和位点提供橡胶相中的不饱和位点。
在本发明的一些实施方案中,橡胶改性热塑性树脂是通过包括单体接枝至橡胶基质的方法来制备的,所述单体接枝至橡胶基质伴随着刚性热塑相形成,该方法分阶段进行,其中至少一种第一单体接枝至橡胶基质,然后不同于第一单体的至少一种第二单体接枝至橡胶基质。在本发明的上下文中,从一个接枝阶段到下一个阶段的转变定义为加至用于接枝的橡胶基质的至少一种单体的本性(identity)上有变化的点。在本发明的一实施方案中,刚性热塑相的形成和接枝至橡胶基质是通过在一段时间将至少一种第一单体供至 含橡胶基质的反应混合物来进行的。在该上下文中,当将至少一种不同的单体引入存在或不存在至少一种第一单体的进料流时,发生第二接枝阶段。
尽管可采用额外的阶段,但至少采用两个阶段用于接枝。用一种或多种单体进行第一接枝阶段,所述单体包括乙烯基芳族单体、单烯键不饱和腈单体、以及任选的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体。在具体的实施方案中,在第一阶段中使用单体的混合物来进行接枝,所述单体的至少一种选自乙烯基芳族单体以及至少一种选自单烯键不饱和腈单体。当包含至少一种乙烯基芳族单体和至少一种单烯键不饱和腈单体的混合物用于第一接枝阶段时,则在一实施方案中,乙烯基芳族单体对单烯键不饱和腈单体的重量/重量之比为约1∶1至约6∶1,在另一实施方案中为约1.5∶1至约4∶1,在又一实施方案中为约2∶1至约3∶1,以及在又一实施方案中为约2.5∶1至约3∶1。在一优选的实施方案中,用于第一接枝阶段的乙烯基芳族单体对单烯键不饱和腈单体的重量/重量之比为约2.6∶1。
在所述第一阶段之后的至少一个后续阶段中,用一种或更多种单体来进行接枝,所述单体包括乙烯基芳族单体、单烯键不饱和腈单体、以及任选的(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体。在一具体的实施方案中,在至少一个后续阶段中用一种或更多种单体来进行接枝,所述单体的至少一种选自(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体。在另一具体的实施方案中,在至少一个后续阶段中用单体的混合物来进行接枝,所述单体的至少一种选自(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体以及至少一种选自乙烯基芳族单体和单烯键不饱和腈单体。在另一具体的实施方案中,在至少一个后续阶段中用单体的混合物来进行接枝,所述单体的一种选自(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体,一种选自乙烯基芳族单体以及一种选自单烯键不饱和腈单体。所述(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体、乙烯基芳族单体和单烯键不饱和腈单体包括在上文中描述的那些。
基于在所有阶段用于接枝的单体的总重量,在第一接枝阶段中用于接枝至橡胶基质的单体的总重量在一实施方案中为约5~98wt.%;在另一实施方案中为约5~95wt.%;在另一实施方案中为约10~90wt.%;在另一实施方案中为约15~85wt.%;在另一实施方案中为约20~80wt.%;以及在又一实施方案中为约30~70wt.%。在一具体的实施方案中,基于在所有阶段用于接枝的 单体的总重量,在第一接枝阶段中用于接枝至橡胶基质的单体的总重量为约30~95wt.%。然后在所述第一阶段之后的一个或更多个阶段中将其它单体接枝至橡胶基质。在一具体的实施方案中,在所述第一阶段之后的第二阶段中将所有其它单体接枝至橡胶基质。
在单体接枝至橡胶基质的第一阶段或第二阶段,或者第一和第二阶段中,至少一种(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体用于接枝至橡胶基质。基于用于接枝的所有单体的总重量,所述(甲基)丙烯酸酯单体的总用量在一实施方案中为约95~2wt.%;在另一实施方案中为约80~2wt.%;在另一实施方案中为约70~2wt.%;在另一实施方案中为约50~2wt.%;在另一实施方案中为约45~2wt.%;以及在又一实施方案中为约45~5wt.%。在本发明的其它实施方案中,所述(甲基)丙烯酸酯单体的总用量为约48~18wt.%。
在包括至少一种(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯单体的单体混合物中,所述(甲基)丙烯酸酯单体对在任何具体的阶段中用于接枝至橡胶基质的其它单体的总量的重量/重量之比在一实施方案中为约10∶1至约1∶10;在另一实施方案中为约8∶1至约1∶8;在另一实施方案中为约5∶1至约1∶5;在另一实施方案中为约4∶1至约1∶4;在另一实施方案中为约3∶1至约1∶3;在另一实施方案中为约2∶1至约1∶2;以及在又一实施方案中为约1.5∶1至约1∶1.5。
在一实施方案中,所述橡胶改性热塑性树脂为ASA(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯)树脂,例如General Electric Company制造并以商品名GELOY 销售的树脂。在一实施方案中,合适的ASA树脂为丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯树脂。ASA树脂包括例如美国专利3711575中公开的那些树脂。ASA树脂还包括共同转让的美国专利4731414和4831079中所述的那些树脂。在本发明的一些实施方案中,当使用丙烯酸酯改性的ASA时,ASA成分还包括源于选自(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯和(甲基)丙烯酸芳基酯的单体的结构单元作为刚性相、橡胶相或者两者的一部分。此类共聚物有时称为丙烯酸酯改性的丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯树脂,或者丙烯酸酯改性的ASA树脂。合适的单体的实例有甲基丙烯酸甲酯,所得的改性聚合物有时在下文中称为“MMA-ASA”。合适的树脂可包括再生或重新研磨的热塑性树脂或者橡胶改性的热塑性树脂。
所述组合物还可包含诸如本体聚合的ABS等附加的抗冲改性剂。该本体聚合的ABS包括:(i)包含丁二烯并具有低于约10℃的Tg的弹性体相,以及(ii)具有高于约15℃的Tg并包含单乙烯基芳族单体如苯乙烯和不饱和腈如丙烯腈的共聚物的刚性聚合物相。此类ABS聚合物可以由以下方法来制备:首先,提供弹性聚合物;然后在弹性体存在下使刚性相的组成单体聚合以获得接枝共聚物。接枝物可以作为接枝支链或者作为弹性体核的壳而被连接。该壳可以仅仅物理地包裹核,或者该壳可以部分地或者基本上完全地与核接枝。
可以将聚丁二烯均聚物用作弹性体相。作为选择地,本体聚合ABS的弹性体相包含与至多约25wt%式(8)的另一种共轭二烯单体共聚的丁二烯:
其中每一个Xb独立地为C1-C5烷基。可用的共轭二烯单体的实例是异戊二烯、1,3-庚二烯、甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-乙基-1,3-戊二烯;1,3-和2,4-己二烯等,以及包含至少一种前述共轭二烯单体的混合物。具体的共轭二烯为异戊二烯。
所述弹性体丁二烯相还可与至多25wt.%,具体为至多约15wt.%的另一共聚单体共聚,例如含有稠合芳环结构的单乙烯基芳族单体,如乙烯基萘、乙烯基蒽等,或者式(9)的单体:
其中各个Xc独立地是氢、C1-C12烷基、C3-C12环烷基、C6-C12芳基、C7-C12芳烷基、C7-C12烷芳基、C1-C12烷氧基、C3-C12环烷氧基、C6-C12芳氧基、氯、溴或羟基,并且R是氢、C1-C5烷基、溴或氯。适于与所述丁二烯共聚的单乙烯基芳族单体的实例包括苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯等,以及包含至少一种前述单乙烯基芳族单体的组合。在一实施方案中,所述丁二烯与至多约12wt.%,具体为约1~10wt.%的苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯共聚。
其他可与所述丁二烯进行共聚合的单体是单乙烯的单体,例如衣康酸、 丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺,马来酸酐,马来酰亚胺,N-烷基-、芳基-或卤代芳基-取代的马来酰亚胺,(甲基)丙烯酸缩水甘油酯,以及通式(10)的单体:
其中R是氢、C1-C5烷基、溴或氯,Xc是氰基、C1-C12烷氧基羰基、C1-C12芳氧基羰基、羟基羰基等。式(10)的单体的实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈(eth丙烯腈)、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、β-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈、丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯等,以及包含至少一种前述单体的组合。诸如丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己酯之类的单体常用作可与所述丁二烯进行共聚合的单体。
所述丁二烯相的粒度不是关键,例如,约0.01~20微米、具体地约0.5~10微米、更具体地约0.6~1.5微米可用于本体聚合的橡胶基质。可以通过光透射法或毛细管流体动力色谱法(CHDF)测定粒度。所述丁二烯相可占ABS抗冲改性剂共聚物总重量的约5~95wt.%,更具体约20~90wt.%,甚至更具体约40~85wt.%,余量为刚性接枝相。
刚性接枝相包括由苯乙烯类单体组分以及包含腈基的不饱和单体形成的共聚物。本文所用的“苯乙烯类单体”包括式(9)的单体,其中Xc各自独立地为氢、C1-C4烷基、苯基、C7-C9芳烷基、C7-C9烷芳基、C1-C4烷氧基、苯氧基、氯、溴或者羟基;R为氢、C1-C2烷基、溴或者氯。具体的实例有:苯乙烯,3-甲基苯乙烯,3,5-二乙基苯乙烯,4-正丙基苯乙烯,α-甲基苯乙烯,α-甲基乙烯基甲苯,α-氯苯乙烯,α-溴苯乙烯,二氯苯乙烯,二溴苯乙烯,四氯苯乙烯等。也可使用包含至少一种前述苯乙烯单体的组合。
另外用于此处时,包含腈基的不饱和单体包括其中R是氢、C1-C5烷基、溴或氯,和Xc是氰基的式(10)单体。具体实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈等。可以使用包含至少一种前述单体的组合。
本体聚合的ABS的刚性接枝相可以进一步任选地包含可与其共聚的其它单体,包括其它单乙烯基芳族单体和/或单乙烯基单体如衣康酸、丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、马来酸酐,马来酰亚胺,N-烷基-、芳 基-或卤代芳基-取代的马来酰亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯和通式(10)的单体。具体的共单体包括(甲基)丙烯酸C1-C4烷基酯,如甲基丙烯酸甲酯。
刚性共聚物相一般会包含约10~99wt%、特别是约40~95wt%、更特别地约50~90wt%的苯乙烯类单体;约1~90wt%、特别是约10~80wt%、更特别地约10~50wt%的含腈基的不饱和单体;以及0~25wt%、特别是1~15wt%的其它共单体,各自是基于该刚性共聚物相的总重量。
本体聚合的ABS共聚物可以进一步包含单独的基质或可以与该ABS同时获得的未接枝刚性共聚物的连续相。该ABS基于其总重量可以包含约40~95wt%弹性体改性的接枝共聚物和约5~65wt%刚性共聚物。在另一实施方案中,该ABS基于其总重量可以包含约50~85wt%、更特别地约75~85wt%弹性体改性的接枝共聚物,以及约50~15wt%、更特别地约25~15wt%刚性共聚物。
多种用于ABS型树脂的本体聚合方法是已知的。在多区柱塞流本体方法中,使一系列聚合容器(或塔)顺序地彼此连接,提供多个反应区。可以将弹性体丁二烯溶解在用于形成刚性相的一种或多种单体中,并将该弹性体溶液送入反应体系中。在可以经过热或化学引发的反应期间,以刚性共聚物(如SAN)接枝该弹性体。本体共聚物(也称作游离共聚物、基体共聚物或非接枝共聚物)也在包含经溶解的橡胶的连续相中形成。聚合继续时,在橡胶/共单体的连续相中形成游离共聚物的区域以提供两相体系。随着聚合继续进行,以及形成更多的游离共聚物,该弹性体改性的共聚物开始作为颗粒自身分散在游离共聚物中而游离共聚物变成连续相(相反转)。一些游离共聚物一般也保留在弹性体改性共聚物相内。在相反转之后,可以额外加热用于完成聚合。该基本方法的多种改进已经在例如美国专利3511895中得到描述,它描述了用三级反应器体系的提供可控制的分子量分布和微凝胶粒度的连续本体ABS方法。在第一反应器中,在高度搅拌下将弹性体/单体溶液送入反应混合物中以在明显的交联会发生之前使均匀遍布于反应器物料中的离散橡胶颗粒沉淀。仔细控制第一、第二和第三反应器的固体水平以使得分子量落在理想范围内。美国专利3981944公开了在加入含腈基的不饱和单体和任何其他共单体之前,用苯乙烯类单体萃取弹性体颗粒以使该弹性体颗粒溶解/分散。美国专利5414045公开了在柱塞流接枝反应器中使包含苯乙烯类单体组分、不饱和腈单体组分和弹性体丁二烯聚合物的液体进料组合物反应至相反 转之前的点,并在连续搅拌的釜式反应器中使由此形成的第一聚合产物(接枝弹性体)反应以获得相反转的第二聚合产物,其然后可以在最后的反应器中进一步反应,接着脱挥发分以制备期望的最终产物。
附加的抗冲改性剂包括弹性体改性的接枝共聚物,其包含(i)Tg小于约10℃、更特别地小于约-10℃、或更特别地约-40℃至-80℃的弹性体(如橡胶状)聚合物基质,和(ii)接枝到弹性体聚合物基质上的硬质聚合物上层(superstrate)。接枝可以作为接枝支链连接或作为壳附着于弹性体核上。所述壳可以仅仅是物理包封该核,或者所述壳可以部分地或基本上完全地接枝到核上。
适宜用作弹性体相的材料包括:例如,共轭二烯橡胶;共轭二烯与少于约50wt%可共聚单体的共聚物;烯烃橡胶例如乙烯丙烯共聚物(EPR)或乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM);乙烯-醋酸乙烯酯橡胶;弹性(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯;(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯与丁二烯和/或苯乙烯的弹性体共聚物;或者包含至少一种前述弹性体的组合。在一实施方案中,抗冲改性剂的弹性体相是基于二烯或丁二烯。
适合于制备弹性体相的共轭二烯单体是上述式(8)的单体,其中每一个Xb独立地是氢、C1-C5烷基等。可用的共轭二烯单体的实例是丁二烯、异戊二烯、1,3-庚二烯、甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-乙基-1,3-戊二烯;1,3-和2,4-己二烯等,以及包含至少一种前述共轭二烯单体的混合物。具体的共轭二烯均聚物包括聚丁二烯和聚异戊二烯。
也可以使用共轭二烯橡胶的共聚物,例如由共轭二烯和一种或多种可与其共聚的单体通过含水自由基乳液聚合而得到的那些共聚物。适合与共轭二烯其聚的单体包括含有稠合芳环结构的单乙烯基芳族单体,例如乙烯基萘、乙烯基蒽等,或上述式(9)的单体,其中每一个Xc独立地是氢、C1-C12烷基、C3-C12环烷基、C6-C12芳基、C7-C12芳烷基、C7-C12烷芳基、C1-C12烷氧基、C3-C12环烷氧基、C6-C12芳氧基、氯、溴或羟基,以及R是氢、C1-C5烷基、溴或氯。可用的适宜单乙烯基芳族单体的实例包括苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯、包含至少一种前述化合物的组合,等等。将苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯通常用作可与共轭二烯单体其聚的单体。
可以与共轭二烯共聚的其他单体是单乙烯基单体如衣康酸、丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、马来酸酐、马来酰亚胺、N-烷基-、芳基-或卤代芳基-取代的马来酰亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、和通式(10)的单体,其中,R是氢、C1-C5烷基、溴或氯,和Xc是氰基、C1-C12烷氧羰基、C1-C12芳氧羰基、羟基羰基等。式(10)单体的实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、β-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈、丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯等,以及包含至少一种前述单体的组合。诸如丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己酯等单体通常用作可与所述共轭二烯单体共聚的单体。还可以使用上述单乙烯基单体和单乙烯基芳族单体的混合物。
某些(甲基)丙烯酸酯单体也可用于提供弹性体相,其包括(甲基)丙烯酸C1-16烷基酯的经交联的微粒乳液均聚物或共聚物,所述(甲基)丙烯酸C1-16烷基酯尤其是(甲基)丙烯酸C1-9烷基酯,具体是丙烯酸C4-6烷基酯例如丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸2-乙基己酯等,以及包含至少一种前述单体的组合。(甲基)丙烯酸C1-16烷基酯单体可任选地与高达15wt%如上概述的通式(8)、(9)或(10)的共聚单体混合聚合。示例性的共聚单体包括但不限于丁二烯、异戊二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸苯基酯、甲基丙烯酸苯乙酯(pen甲基丙烯酸乙酯)、N-环己基丙烯酰胺、乙烯基甲基醚或丙烯腈,以及包含至少一种前述共聚单体的混合物。任选地,可以存在高达5wt%多官能交联共聚单体,例如,二乙烯基苯、二(甲基)丙烯酸亚烷基二醇酯如二丙烯酸乙二醇酯、三(甲基)丙烯酸亚烷基三醇酯、聚酯二(甲基)丙烯酸酯、双丙烯酰胺、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、马来酸二烯丙酯、富马酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯、柠檬酸的三烯丙酯、磷酸的三烯丙酯等,以及包含至少一种前述交联剂的组合。
可以利用连续、半分批或分批工艺,由本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合或组合方法如本体-悬浮、乳液-本体、本体-溶液或其它技术聚合得到弹性体相。弹性体基质的粒度不是关键。例如,乳液聚合的橡胶胶乳的平均粒度可以是约0.001~25微米、具体地约0.01~15微米、或甚至更具体地0.1~8微米。本体聚合的橡胶基质的粒度可以是约0.5~10微米、具体地约 0.6~1.5微米。弹性体相可以是微粒的、中度交联的源于共轭丁二烯或丙烯酸C4-9烷基酯橡胶的共聚物,以及优选具有大于70%的凝胶含量。源于丁二烯与苯乙烯、丙烯腈和/或丙烯酸C4-6烷基酯橡胶的混合物的共聚物也是合适的。
弹性体相可以提供约5~95%重量,更具体地约20~90%重量、甚至更具体地约40~85%重量的弹性体改性的接枝共聚物,余下的是刚性接枝相。
弹性体改性的接枝共聚物的刚性相可以由包含单乙烯基芳族单体和任选的一种或多种共聚单体的混合物在一种或多种弹性体聚合物基质存在下的接枝聚合形成。上面所概述的式(9)的单乙烯基芳族单体可以用于刚性接枝相中,包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、卤代苯乙烯如二溴苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基二甲苯、丁基苯乙烯、对羟基苯乙烯、甲氧基苯乙烯等,或者包含至少一种前述单乙烯基芳族单体的组合。合适的共聚单体包括例如上面所概述的单乙烯基单体和/或通式(10)的单体。在一种实施方案中,R是氢或C1-C2烷基,Xc是氰基或C1-C12烷氧羰基。适合用于刚性相中的共聚单体的具体实例包括丙烯腈、乙基丙烯腈、甲基丙烯腈、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯等,以及包含至少一种前述共聚单体的组合。
在一具体实施方案中,刚性接枝相由与丙烯酸乙酯和/或甲基丙烯酸甲酯共聚的苯乙烯或α-甲基苯乙烯形成。在其它具体实施方案中,刚性接枝相由与甲基丙烯酸甲酯共聚的苯乙烯,以及与甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈共聚的苯乙烯形成。
刚性接枝相中单乙烯基芳族单体和共聚单体的相对比例可以根据弹性体基质的类型、单乙烯基芳族单体的类型、共聚单体的类型和所需的抗冲改性剂性能而宽范围地改变。刚性相一般可以包含至多100%重量的单乙烯基芳族单体、具体地约30~100%重量、更具体地约50~90%重量的单乙烯基芳族单体,余量是共聚单体。
根据存在的弹性体改性聚合物的量,未接枝的刚性聚合物或共聚物的单独的基体或连续相可以与附加的弹性体改性的接枝共聚物一起同时获得。通常,此类抗冲改性剂基于抗冲改性剂的总重量包含约40~95%重量的弹性体改性接枝共聚物和约5~65%重量的刚性(共)聚合物。在另一实施方案中,此类抗冲改性剂基于抗冲改性剂的总重量包含约50~85%重量、更具体地约 75~85%重量的橡胶改性的刚性共聚物和约15~50%重量、更具体地约15~25%重量的刚性(共)聚合物。
弹性体改性接枝共聚物的具体实例包括但不限于;甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(MABS),甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS),以及丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES)。
若需要,可通过没有碱性物质的乳液聚合方法来制备任选的附加抗冲改性剂,所述碱性物质诸如C6-30脂肪酸的碱金属盐如硬脂酸钠、硬脂酸锂、油酸钠、油酸钾等,碱金属碳酸盐,胺类如十二烷基二甲胺、十二烷胺等以及胺的铵盐(如果需要的话,但不是必须的)。此类材料通常用作聚合助剂,即乳液聚合中的表面活性剂,而且可以催化聚碳酸酯的酯交换和/或降解。作为替代,离子性硫酸盐、磺酸盐或磷酸盐表面活性剂可以用于制备抗冲改性剂,特别是如果需要的话,抗冲改性剂的弹性体基质部分。合适的表面活性剂包括例如C1-22烷基或C7-25烷基芳基磺酸盐、C1-22烷基或C7-25烷基芳基硫酸盐、C1-22烷基或C7-25烷基芳基磷酸盐、取代的硅酸盐以及包含至少一种前述表面活性剂的组合。具体的表面活性剂是C6-16、特别是C8-12烷基磺酸盐。该乳液聚合工艺描述和公开于诸如Rohm & Haas和General Electric Company等公司的各种专利和文献。
另一类具体的弹性体改性的抗冲改性剂包含衍生自下述的结构单元;至少一种硅橡胶单体,具有式H2C=C(Rd)C(O)OCH2CH2Re的支化丙烯酸酯橡胶单体,其中Rd是氢或C1-C9直链或支链烃基和Re是支化C3-C16烃基;第一接枝连接单体;可聚合的含有链烯基的有机材料;和第二接枝连接单体。硅橡胶单体可以包括例如环状硅氧烷、四烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷、(丙烯酰氧基)烷氧基硅烷,(巯基烷基)烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷或烯丙基烷氧基硅烷,单独或组合的,例如十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、三甲基三苯基环三硅氧烷、四甲基四苯基环四硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、八苯基环四硅氧烷、八甲基环四硅氧烷和/或四乙氧基硅烷。
示例性的支化丙烯酸酯橡胶单体包括单独或组合的丙烯酸异辛酯、丙烯酸6-甲基辛基酯、丙烯酸7-甲基辛基酯、丙烯酸6-甲基庚基酯和其它本领域已知的支化丙烯酸酯橡胶单体。可聚合的含有链烯基的有机材料可以是单独或组合的例如式(9)或(10)的单体,例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、或者未支化的(甲基)丙烯酸酯(如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸2- 乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯),以及其它本领域已知的式(9)或(10)的单体。
至少一种第一接枝连接单体可以是单独或组合的(丙烯酰氧基)烷氧基硅烷、(巯基烷基)烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、或烯丙基烷氧基硅烷,例如(γ-甲基丙烯酰氧丙基)(二甲氧基)甲基硅烷和/或(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷。至少一种第二接枝连接单体是具有至少一个烯丙基的多烯键式不饱和化合物,例如单独或组合的甲基丙烯酸烯丙基酯、氰脲酸三烯丙基酯或异氰脲酸三烯丙基酯。
可以通过乳液聚合制备有机硅-丙烯酸酯抗冲改性剂组合物,其中例如在表面活性剂如十二烷基苯磺酸存在下,使至少一种硅橡胶单体与至少一种第一接枝连接单体在约30℃~110℃时反应,从而形成硅橡胶胶乳。作为选择地,环状硅氧烷如环八甲基四硅氧烷和原硅酸四乙氧基酯可以与第一接枝连接单体如(γ-甲基丙烯酰氧丙基)甲基二甲氧基硅烷反应,从而提供平均粒度为约100纳米~2微米的硅橡胶。然后,在自由基生成聚合催化剂如过氧化苯甲酰存在下,任选地在交联单体如甲基丙烯酸烯丙基酯存在下,使至少一种支化丙烯酸酯橡胶单体与硅橡胶颗粒聚合。接着,使该胶乳与可聚合的含有链烯基的有机材料和第二接枝连接单体反应。该接枝有机硅-丙烯酸酯橡胶混合物的胶乳颗粒可以通过凝结(用凝结剂处理)从水相中分离,并干燥成细粉,从而制成有机硅-丙烯酸酯橡胶抗冲改性剂组合物。该方法可以通常用于生产粒度约100纳米~2微米的有机硅-丙烯酸酯抗冲改性剂。
所述组合物任选地包含聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物,该聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物包含聚碳酸酯嵌段和聚二有机基硅氧烷嵌段。该共聚物中的聚碳酸酯嵌段包含如上所述的式(1)重复结构单元,例如其中R1为如上所述的式(2)。这些单元可源于如上所述的式(3)的二羟基化合物的反应。在一实施方案中,所述二羟基化合物为双酚A,其中A1和A2均为对亚苯基,Y1为异丙叉。
所述聚二有机基硅氧烷嵌段包括下面式(11)的重复结构单元(本文有时称为‘硅氧烷’):
其中R每次出现相同或相异,并且为C1-13一价有机基团。例如,R可 以为C1-C13烷基,C1-C13烷氧基,C2-C13链烯基,C2-C13链烯氧基,C3-C6环烷基,C3-C6环烷氧基,C6-C10芳基,C6-C10芳氧基,C7-C13芳烷基,C7-C13芳烷氧基,C7-C13烷芳基,或者C7-C13烷芳氧基。在同一共聚物中,可以使用前述R基团的组合。
式(11)中D的值可以广泛地变化,这取决于热塑性组合物中备组分的类型和相对量,所需要的组合物性质,及其它需要考虑的事项。一般地,D可具有约2~1000,特别是约2~500,尤其是约5~100的平均值。在一个实施方案中,D具有约10~75的平均值,在又一实施方案中,D具有约40~60的平均值。当D的值较低例如小于约40时,可能需要使用较大量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。相反,如果D的值较高例如大于约40,可能需要使用较小量的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。
可以使用第一和第二(或更多)聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的组合,其中第一共聚物的D的平均值小于第二共聚物的D的平均值。
在一个实施方案中,聚二有机基硅氧烷嵌段通过下面式(12)的重复结构单元提供:
其中D定义如上;每个R可以相同或相异,并且定义如上;及Ar可以相同或相异,并且为取代或未取代的C6-C30亚芳基,其中价键直接连接到芳族部分。式(12)中的适宜的Ar基团可来源于C6-C30二羟基亚芳基化合物,例如上述式(3)、(4)或(7)的二羟基亚芳基化合物。也可以使用包含至少一种前述二羟基亚芳基化合物的组合。适宜的二羟基亚芳基化合物的具体实例有1,1-二(4-羟基苯基)甲烷,1,1-二(4-羟基苯基)乙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丙烷,2,2-二(4-羟基苯基)丁烷,2,2-二(4-羟基苯基)辛烷,1,1-二(4-羟基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基苯基)正丁烷,2.2-二(4-羟基-1-甲基苯基)丙烷,1,1-二(4-羟基苯基)环己烷,二(4-羟基苯基)硫醚,及1,1-二(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷。也可以使用包含至少一种前述二羟基化合物的组合。
这种单元可来源于下式的相应的二羟基化合物:
其中Ar和D如上所述。这种化合物进一步描述于Kress等人的美国专利4746701中。该式的化合物可在相转移条件下通过二羟基亚芳基化合物与例如α,ω-二乙酰氧基聚二有机基硅氧烷得到。
在另一实施方案中,聚二有机基硅氧烷嵌段通过下面式(13)的重复结构单元提供:
其中R和D定义如上。式(13)中的R2为二价的C2-C8脂族基团。式(13)中的每个M可以相同或相异,并且可以为卤素,氰基,硝基,C1-C8烷硫基,C1-C8烷基,C1-C8烷氧基,C2-C8链烯基,C2-C8链烯氧基,C3-C8环烷基,C3-C8环烷氧基,C6-C10芳基,C6-C10芳氧基,C7-C12芳烷基,C7-C12芳烷氧基,C7-C12烷芳基,或者C7-C12烷芳氧基,其中每个n独立地为0,1,2,3,或者4。
在一个实施方案中,M为溴或氯,烷基如甲基、乙基或丙基,烷氧基如甲氧基、乙氧基或丙氧基,或者芳基如苯基、氯苯基或甲苯基;R2为二亚甲基,三亚甲基或四亚甲基;以及R为C1-8烷基,卤代烷基如三氟丙基、氰基烷基,或者芳基如苯基、氯苯基或甲苯基。在另一个实施方案中,R为甲基,或者甲基与三氟丙基的组合,或者甲基与苯基的组合。在又一实施方案中,M为甲氧基,n为1,R2为二价的C1-C3脂族基团,及R为甲基。
这些单元可以来源于下面的相应的二羟基聚二有机基硅氧烷(14):
其中R、D、M、R2和n如上所述。
这种二羟基聚硅氧烷可通过在下面式(15)的硅氧烷氢化物和脂族不饱和的一元酚之间实施铂催化的加成反应来制备:
其中R和D如前面所定义的。适宜的脂族不饱和一元酚包括,例如,丁子香酚,2-烷基苯酚,4-烯丙基-2-甲基苯酚,4-烯丙基-2-苯基苯酚,4-烯丙基-2-溴苯酚,4-烯丙基-2-叔丁氧基苯酚,4-苯基-2-苯基苯酚,2-甲基-4-丙基苯酚,2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚,2-烯丙基-4-溴-6-甲基苯酚,2-烯丙基-6-甲氧基-4-甲基苯酚,及2-烯丙基-4,6-二甲基苯酚。也可以使用包含至少一种前述酚类的混合。
聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物可以通过二苯酚聚硅氧烷(14)与碳酸酯源以及式(3)的二羟基芳族化合物的反应来制备,任选地在如上所述的相转移催化剂存在下进行反应。适宜的条件类似于制造聚碳酸酯中可用的那些条件。例如,在低于0℃~约100℃的温度下、优选约25℃~约50℃下通过光气化来制造共聚物。由于该反应是放热反应,可以利用添加光气的速率来控制反应温度。所需光气的量通常取决于二羟基反应物的量。作为选择地,熔融状态下,使二羟基单体和碳酸二芳基酯如碳酸二苯酯在上述酯交换催化剂的存在下发生共反应而制备聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物。
在聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的制备中,选择二羟基聚二有机基硅氧烷的量以便提供共聚物中所需量的聚二有机基硅氧烷单元。聚二有机基硅氧烷单元的量可以宽范围变化,例如可以是约1~99wt%聚二甲基硅氧烷,或者等摩尔量的其它聚二有机基硅氧烷,余下是碳酸酯单元。因此根据所希望的热塑性组合物的物理性能、D值(在2~约1000的范围内)和热塑性组合物中各个组分的类型和相对用量来确定该具体用量,各个组分的类型和相对用量包括聚碳酸酯的类型和用量、抗冲改性剂的类型和用量、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的类型和用量以及任何其它添加剂的类型和用量。二羟基聚二有机基硅氧烷的适当用量可以由本领域普通技术人员根据本文教导的原则来确定而无需过多的实验。例如,可以选择二羟基聚二有机基硅氧烷的用量以便制备出这样的共聚物,其包含约1~75wt%或约1~50wt%聚二甲基硅氧烷或者等摩尔量另一种聚二有机硅氧烷。在一种实施方案中,共聚物包含约5~40wt%、任选地约5~25wt%聚二甲基硅氧烷,或者等摩尔量的另一种聚二有机基硅氧 烷,余下是聚碳酸酯。在特定的实施方案中,共聚物可包含约20wt%硅氧烷。
所述聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物具有约10000g/mol~200000g/mol、特别是约20000g/mol~100000g/mol的重均分子量(Mw,例如由凝胶渗透色谱法、超离心法或光散射法测定)。
所述组合物可以进一步包含未接枝的刚性共聚物。该刚性共聚物是存在于抗冲改性剂中的任何刚性共聚物以外所附加的。它可以与上述刚性共聚物中的任一种相同,没有弹性体改性。该刚性共聚物通常具有大于约15℃,特别是大于约20℃的Tg,以及包括例如源自以下的聚合物:含有稠和芳环结构的单乙烯基芳族单体,如乙烯基萘、乙烯基蒽等,或如上概括描述的式(9)单体,例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯;单乙烯基单体如衣康酸、丙烯酰胺、N-取代丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、马来酸酐、马来酰亚胺、N-烷基、芳基或卤代芳基取代的马来酰亚胺、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯,以及如上概括描述的通式(10)的单体,如丙烯腈、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯;以及上述单体的共聚物,例如苯乙烯-丙烯腈(SAN)、苯乙烯-α-甲基苯乙烯-丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯。
该刚性共聚物可以包含约1~99wt%、特别是约20~95wt%、更特别地约40~90wt%的乙烯基芳族单体,连同约1~99wt%、特别是约5~80wt%、更特别地约10~60wt%可共聚的单乙烯基单体。在一种实施方案中该刚性共聚物是SAN,其可以包含约50~99wt%苯乙烯,余量为丙烯腈,特别地约60~90wt%苯乙烯、以及更特别地约65~85wt%苯乙烯,余量为丙烯腈。
可以通过本体、悬浮或乳液聚合制造刚性共聚物,以及其基本上不含可能催化聚碳酸酯水解的杂质、残余的酸、残余的碱或残余的金属。在一种实施方案中,用沸腾反应器(boiling reactor)通过本体聚合制造刚性共聚物。该刚性共聚物可以具有约50000~300000的重均分子量,用聚苯乙烯标准物由GPC测定。在一种实施方案中,刚性共聚物的重均分子量是约70000~190000。
除了上述组分以外,所述聚碳酸酯组合物可以进一步包含阻燃剂,例如有机磷酸酯和/或含有磷-氮键的有机化合物。
一类示例性的有机磷酸酯为式(GO)3P=O的芳族磷酸酯,其中每个G独立地为烷基、环烷基、芳基、烷芳基、或芳烷基,前提是至少一个G为芳族基团。两个G基团可以连接在一起以提供环状基团,例如,二苯基季戊四醇二磷酸酯,其由Axelrod描述于美国专利4154775中。其它适宜的芳族磷 酸酯可以为,例如,苯基二(十二烷基)磷酸酯,苯基二(新戊基)磷酸酯,苯基二(3,5,5′-三甲基己基)磷酸酯,乙基二苯基磷酸酯,2-乙基己基二(对-甲苯基)磷酸酯,双(2-乙基己基)对-甲苯基磷酸酯,三甲苯基磷酸酯,双(2-乙基己基)苯基磷酸酯,三(壬基苯基)磷酸酯,双(十二烷基)对-甲苯基磷酸酯,二丁基苯基磷酸酯,2-氯乙基二苯基磷酸酯,对-甲苯基双(2,5,5′-三甲基己基)磷酸酯,2-乙基己基二苯基磷酸酯,等等。具体的芳族磷酸酯为其中每个G为芳族基团的磷酸酯,例如,磷酸三苯基酯,磷酸三甲苯基酯,异丙基化三苯基磷酸酯等。
二或多官能芳族含磷化合物也是有用的,例如下式的化合物:
其中,各个G1独立地是具有1至约30个碳原子的烃基;各个G2独立地是具有1至约30个碳原子的烃基或烃氧基;各个X独立地是溴或氯;m是0至4,以及n是1至约30。合适的二或多官能芳族含磷化合物的实例包括间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的二(联苯基)磷酸酯和双酚-A的二(联苯基)磷酸酯、它们各自的低聚物和聚合物对应物,等等。制备上述二或多官能芳族化合物的方法在英国专利2043083中得到描述。
示例性的合适的含有磷-氮键的阻燃剂化合物包括氯化磷腈、磷酯酰胺、磷酸酰胺、膦酸酰胺、次膦酸酰胺、和三(氮丙啶基)氧化膦。所述有机含磷阻燃剂通常的存在量为约0.5~20重量份,以除任何填料以外100重量份的总的组合物计。
所述热塑性组合物可以基本上不含氯和溴,特别是氯和溴阻燃剂。本文所用的“基本上不含氯和溴”是指所产生的材料没有有意加入的氯、溴和/或含氯或含溴的材料。然而可以理解的是在处理多种产品的设备中会存在一定量 的交叉污染,导致溴和/或氯水平通常在百万重量分之若干份的等级。在这一理解下可以容易地认识到基本上不合溴和氯可以定义为具有小于或等于约每百万重量分之100(ppm),小于或等于约75ppm、或小于或等于50ppm的溴和/或氯含量。当该定义应用于阻燃剂时,它以该阻燃剂的总重量为基准。当该定义应用于热塑性组合物时,它以聚碳酸酯、抗冲改性剂和阻燃剂的总重量为基准。
示例性的合适的含有磷-氮键的阻燃剂化合物包括氯化磷腈和三(氮丙啶基)氧化膦。存在时,含磷阻燃剂的存在量通常为约1至约20重量份,以100重量份的聚碳酸酯成分和抗冲改性剂组分为基准。
也可以将卤化材料用作阻燃剂,例如式(16)的卤代化合物和树脂:
其中,R是烷撑、烷叉或脂环族连接基,例如亚甲基、丙撑、异丙叉、环己撑、环戊叉等;氧醚、羰基、胺或含硫连接基,如硫醚、亚砜、砜等;或由诸如芳基、氨基、醚、羰基、硫醚、亚砜、砜等基团连接的两个或多个烷撑或烷叉连接基;Ar和Ar′各自独立地是单或多碳环芳族基团,例如亚苯基、亚联苯基、亚三联苯基、亚萘基等,其中Ar和Ar′上的羟基和Y取代基可以在芳环上的邻、间或对位变化以及该基团可以处于相互间任何可能的几何关系;各个Y独立地是有机、无机或有机金属基团,例如(1)卤素,如氯、溴、碘或氟,(2)通式-OE的醚基,其中E是与X类似的单价烃基,(3)由R所示类型的单价烃基或者(4)其他取代基,如硝基、氰基等,所述取代基基本上是惰性的,只要每个芳核中至少有一个和优选两个卤原子即可;各个X独立地是单价C1-18烃基,如甲基、丙基、异丙基、癸基、苯基、萘基、联苯基、二甲苯基、甲苯基、苄基、乙基苯基、环戊基、环己基等,其各自任选地含有惰性取代基;各个d独立地是1至构成Ar或Ar′的芳环上取代的、可替换氢的数目的最大值;各个e独立地是0至R上可替换氢数目的最大值;以及各个a、b和c独立地是包括0的整数,条件是当b为0时a或c中之一可以为0,但不同时为0,以及当b不为0时,a和c均不为0。
包括在上式范围内的是下述代表性的双酚:二(2,6-二溴苯基)甲烷;1,1-二-(4-碘苯基)乙烷;2,6-二(4,6-二氯萘基)丙烷;2,2-二(2,6-二氯苯基)戊烷;二(4-羟基-2,6-二氯-3-甲氧基苯基)甲烷;和2,2-二(3-溴-4-羟基苯基)丙烷。另 外包括在上述结构式中的有:1,3-二氯苯、1,4-二溴苯、和联苯如2,2′-二氯联苯、多溴代1,4-二苯氧基苯、2,4′-二溴联苯和2,4′-二氯联苯以及十溴氧化联苯等。另外可用的是低聚和多聚卤代芳族化合物,如双酚A和四溴双酚A与碳酸酯前体如光气的共聚碳酸酯。金属增效剂如氧化锑也可以与阻燃剂一起使用。当存在时,含卤阻燃剂的通常用量是约1至约50重量份,以100重量份的聚碳酸酯成分、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物、抗冲改性剂和阻燃添加剂为基准。
也可以使用无机阻燃剂,例如C2-16烷基磺酸盐,如全氟丁烷磺酸钾(Rimar盐)、全氟辛烷磺酸钾、全氟己烷磺酸四乙基铵以及二苯砜磺酸钾;盐诸如CaCO3、BaCO3和BaCO3;氟阴离子络合物盐,如Li3AlF6、BaSiF6、KBF4、K3AlF6、KAlF4、K2SiF6、和Na3A1F6等。存在时,无机阻燃剂盐类通常的存在量为约0.01~25重量份、更特别地约0.1~10重量份,以100重量份的聚碳酸酯成分、聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物、抗冲改性剂和阻燃添加剂为基准。
所述热塑性组合物各组分的相对量将取决于所用的聚碳酸酯的具体类型,任何其它树脂的存在,和具体的抗冲改性剂(包括任何刚性接枝共聚物),以及该组合物的期望性质。本领域普通技术人员可利用本文提供的指导来容易地选择具体的量。
在一实施方案中,所述热塑性组合物包含:约15~98wt.%的具有结构(17)的重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物;约1~20wt.%的抗冲改性剂;约1~30wt.%的阻燃剂;以及任选的约5~40wt.%的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物和约5~50wt.%的聚碳酸酯。在另一实施方案中,所述热塑性组合物包含:约15~96wt.%的具有结构(17)的重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物;约1~15wt.%的抗冲改性剂;约3~20wt.%的阻燃剂;以及任选的约5~30wt.%的聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物和/或约5~50wt.%的聚碳酸酯。在一实施方案中,具有结构(17)的重复单元的聚碳酸酯均聚物或共聚物的量按组合物总重量计为至少15wt.%。如果需要的话并且如果不损害物理性质和阻燃性能的话,前述组合物还可任选地包括刚性共聚物(即SAN)和防滴剂(即TSAN)。所有前述的含量是基于整个组合物的总重量。
除了所述聚碳酸酯成分、抗冲改性剂组分和阻燃剂以外,所述热塑性组合物可以包括各种添加剂如填料、增强剂、稳定剂等,条件是所述添加剂不 会不利影响该热塑性组合物的期望性能。可使用添加剂的混合物。可在混合用于形成组合物的各成分过程中的合适时机混合上述添加剂。
可以使用的合适填料或增强剂包括:例如,硅酸盐和硅石粉末如硅酸铝(莫来石)、合成的硅酸钙、硅酸锆、熔凝硅石、结晶二氧化硅石墨、天然硅砂等;硼粉如硼-氮化物粉末、硼-硅酸盐粉末等;氧化物如TiO2、氧化铝、氧化镁等;硫酸钙(作为其无水物,二水合物或三水合物);碳酸钙如白垩、石灰石、大理石、合成沉淀的碳酸钙等;滑石,包括纤维状的,模块的(modular),针形,层状滑石等;硅灰石;表面处理的硅灰石;玻璃球如中空和实心玻璃球、硅酸盐球、空心煤胞、铝硅酸盐(armospheres)等;高岭土,包括硬高岭土、软高岭土、煅烧高岭土、包含本领域中用于促进与聚合物基质树脂的相容性的各种涂层的高岭土等;单晶纤维或″晶须″如碳化硅、氧化铝、碳化硼、铁、镍、铜等;纤维(包括长纤维和短纤维)如石棉、碳纤维、玻璃纤维,如E、A、C、ECR、R、S、D、或NE玻璃等;硫化物如硫化钼,硫化锌等;钡化合物如钛酸钡、铁酸钡、硫酸钡、重晶石等;金属和金属氧化物如粒状或纤维状铝、青铜、锌、铜和镍等;薄片的填料如玻璃片、薄片的碳化硅、二硼化铝、铝片、钢片等;纤维填料,例如,短的无机纤维如由包含硅酸铝、氧化铝、氧化镁、和硫酸钙半水合物的至少一种的共混物获得的那些等;天然填料和增强材料,如通过粉碎木材获得的木屑,纤维状产品如纤维素、棉花、剑麻、黄麻、淀粉、软木粉、木质素、磨碎的稻谷壳、玉米、稻谷外壳等;有机填料如聚四氟乙烯(Teflon)等;增强的有机纤维状填料,由能够形成纤维的有机聚合物形成,如聚(醚酮)、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚(苯硫醚)、聚酯、聚乙烯、芳族聚酰胺、芳族聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、丙烯酸类树脂、聚(乙烯醇)等;以及其它填料和增强剂如云母、粘土、长石、烟灰、惰性硅酸盐微球、石英、石英岩、珍珠岩、硅藻石、硅藻土、碳黑等,或者包含至少一种前述填料或增强剂的组合。所述填料/增强剂可以进行涂敷以防止与基质的反应,或者可以化学钝化以中和可能促进水解或热降解的催化降解点。
所述填料和增强剂可涂敷一层金属材料以利于传导,或表面用硅烷处理以改善对聚合基体树脂的粘合性和分散性。此外,增强填料可以单丝或复丝纤维形式提供,以及可单独使用,或者例如通过共编织或芯/皮、并列式、橙型或矩阵和原纤构造,或通过纤维制造领域技术人员已知的其他方法与其他 类型的纤维组合使用。合适的共编织结构例如包括玻璃纤维-碳纤维、碳纤维-芳族聚酰亚胺(芳族聚酰胺)纤维、和芳族聚酰亚胺纤维玻璃纤维等。纤维填料例如可呈以下形式提供:粗纱(rovings)、纺织的纤维状增强物例如0-90度织物等;无纺纤维状增强物例如连续原丝片(continuous strand mat)、短切原丝片(chopped strand mat)、绢纱(tissue)、纸和毛毯等;或三维纺织增强物,如编带(braids)。填料的用量通常为约0至约100重量份,以100重量份的总组合物为基准。
合适的抗氧化添加剂包括例如烷基化的一元酚或多元酚;多元酚与二烯的烷基化反应产物,例如四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等;对甲苯酚或二环戊二烯的丁基化反应产物;烷基化氢醌;羟基化硫代二苯醚;亚烷基双酚;苄基化合物;β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯;β-(5-叔丁基-4-羟基-3-甲基苯基)-丙酸与一元醇或多元醇的酯;等等,以及包含至少一种上述抗氧化剂的组合。抗氧化剂的通常用量为约0.01~1重量份,特别地约0.1~0.5重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
合适的热和颜色稳定添加剂包括例如有机亚磷酸酯,如亚磷酸三-(2,4-二叔丁基苯基)酯。热和颜色稳定剂的通常用量为约0.01~5重量份、特别地约0.05~0.3重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
合适的热辅助稳定助添加剂包括例如硫醚和硫酯,如季戊四醇四(3-(十二烷基硫代)丙酸酯)、季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]、硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸二硬脂酯、硫代二丙酸二肉豆蔻酯、硫代二丙酸双十三烷基酯、季戊四醇辛基硫代丙酸酯、双十八烷基二硫醚等,和包含至少一种上述热稳定剂的组合物。助稳定剂的通常用量为约0.01~5重量份、特别地约0.03~0.3重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
还可以使用光稳定剂,包括紫外线(UV)吸收添加剂在内。合适的此类光稳定添加剂例如包括苯并三唑和羟基苯并三唑,如2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑和2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯酚(获自Cytec的CYASOPBTM 5411),和获自Ciba Specialty Chemicals的TINUVINTM 234;羟基苯并三嗪;羟基苯基-三嗪或嘧啶UV吸收剂如TINUVINTM 1577(Ciba),和2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)-苯酚(获自Cytec的CYASORBTM 1164);非碱 性受阻胺光稳定剂(以下称作“HALS”),包括取代的哌啶部分及其低聚物,例如4-哌啶酚(piperidinol)衍生物,如TINUVINTM 622(Ciba)、GR-3034、TINUVINTM 123和TINUVINTM 440;苯并噁嗪酮,如2,2′-(1,4-亚苯基)二(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)(CYASORBTM UV-3638);羟基二苯甲酮如2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(CYASORB 531);草酰苯胺;氰基丙烯酸酯如1,3-二[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]-2,2-二[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]甲基]丙烷(UVINULTM 3030)和1,3-二[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]-2,2-二[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]甲基]丙烷;以及纳米大小的无机材料,如氧化钛、氧化铈和氧化锌,粒度全都小于约100纳米,等等;和包含至少一种上述稳定剂的组合。光稳定剂的通常用量为约0.01~10重量份、特别地约0.1~1重量份,以100重量份的总的组合物为基准。UV吸收剂的通常用量为约0.1~5重量份,以100重量份的总的组合物为基准。
还可以使用增塑剂、润滑剂和/或脱模剂等添加剂。这些类型的材料之间有很大的重叠,这些材料包括例如邻苯二甲酸酯,例如二辛基-4,5-环氧-六氢邻苯二甲酸酯;三(辛氧羰基乙基)异氰脲酸酯;三硬脂酸甘油酯;二或多官能芳族磷酸酯,如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的二(二苯基)磷酸酯和双酚-A的二(二苯基)磷酸酯;聚α-烯烃;环氧化大豆油;有机硅,包括硅油;酯,例如脂肪酸酯如烷基硬脂基酯,如硬脂酸甲酯;硬脂酸硬脂基酯、季戊四醇四硬脂酸酯等;包含聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物及其共聚物的亲水和亲油非离子型表面活性剂与硬脂酸甲酯的混合物,例如在合适溶剂中的聚乙二醇-聚丙二醇共聚物和硬脂酸甲酯的混合物;蜡,如蜂蜡、褐煤蜡、石蜡等;以及聚α-烯烃如EthylfloTM 164、166、168和170。上述材料的通常用量为约0.1~20重量份、特别地约1~10重量份,以100重量份的总的组合物为基准。
还可以存在着色剂,例如颜料和/或染料添加剂。合适的颜料包括例如无机颜料,如金属氧化物和混合的金属氧化物如氧化锌、二氧化钛、氧化铁等;硫化物,如硫化锌等;铝酸盐;磺基硅酸盐硫酸钠、铬酸盐等;炭黑;铁酸锌;群青蓝;颜料棕24;颜料红101;颜料黄119;有机颜料,如偶氮、重氮、喹吖酮、苝、萘四羧酸、黄烷士酮、异吲哚啉酮、四氯异吲哚啉酮、蒽醌、蒽嵌蒽二酮、二噁嗪、酞菁、和偶氮色淀;颜料蓝60、颜料红122、颜料红149、颜料红177、颜料红179、颜料红202、颜料紫29、颜料蓝15、 颜料绿7、颜料黄147和颜料黄150,以及包含至少一种上述颜料的组合。颜料可以进行涂敷以防止与基质的反应,或者可以化学钝化以中和可能促进水解或热降解的催化降解点。颜料的通常用量为约0.01~10重量份,以100重量份的总的组合物为基准。
合适的染料通常是有机材料,包括例如香豆素染料如香豆素460(蓝)、香豆素6(绿),尼罗红等;镧系复合物;烃和取代的烃染料;多环芳烃染料;闪烁染料,如噁唑或噁二唑染料;芳基或杂芳基取代的聚(C2-8)烯烃染料;羰花青染料;阴丹士酮染料;酞菁染料;噁嗪染料;喹诺酮(carbostyryl)染料;萘四羧酸染料;卟啉染料;二(苯乙烯基)联苯染料;吖啶染料;蒽醌染料;花青染料;次甲基染料;芳基甲烷染料;偶氮染料;靛类染料、硫代靛类染料、重氮鎓染料;硝基染料;醌亚胺染料;氨基酮染料;四唑鎓染料;噻唑染料;苝染料;苝酮(perinone)染料;二-苯并噁唑基噻吩(BBOT);三芳基甲烷染料;呫吨染料;噻吨染料;萘二甲酰亚胺染料;内酯染料;荧光团,如反斯托克司频移染料,其吸收近红外波长并发射可见波长等;发光染料,如5-氨基-9-二乙基亚氨基苯并吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;7-氨基-4-甲基喹诺酮;7--氮基-4-甲基香豆素;7-氨基-4-三氟甲基香豆素;3-(2′-苯并咪唑基)-7-N,N-二乙基氨基香豆素;3-(2′-苯并噻唑基)-7-二乙基氨基香豆素;2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑;2-(4-联苯基)-5-苯基-1,3,4-噁二唑;2-(4-联苯)-6-苯基苯并噁唑-1,3;2,5-二(4-联苯基)-1,3,4-噁二唑;2,5-二(4-联苯基)-噁唑;4,4′-二(2-丁基辛基氧)-对四联苯;对-二(邻甲基苯乙烯基)-苯;5,9-二氨基苯并酚噁嗪酮鎓高氯酸盐;4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-(对二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃;1,1′-二乙基-2,2′-羰花青碘化物;1,1′-二乙基-4,4′-羰花青碘化物;3,3′-二乙基-4,4′,5,5′-二苯并硫三碳菁(benzothiatricarbocyanine)碘化物;1,1′-二乙基-4,4′-碳菁碘化物;1,1′-二乙基-2,2′-碳菁碘化物;3,3′-二乙基-9,11-新亚戊基硫三碳菁碘化物;1,3′-二乙基-4,2′-喹啉基噁碳菁碘化物;1,3′-二乙基-4,2′-喹啉基硫碳菁碘化物;3-二乙基氨基-7-二乙基亚氨基吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;7-二乙基氨基-4-甲基香豆素;7-二乙基氨基-4-三氟甲基香豆素;7-二乙基氨基香豆素;3,3′-二乙基噁二碳菁碘化物;3,3′-二乙基硫碳菁碘化物;3,3′-二乙基硫二碳菁碘化物;3,3′-二乙基硫三碳菁碘化物;4,6-二甲基-7-乙基氨基香豆素;2,2′-二甲基-对-四联苯;2,2-二甲基-对-三联苯;7-二甲基氨基-1-甲基-4-甲氧基-8-氮杂喹诺酮-2;7-二甲基氨基-4-甲基喹诺酮-2;7-二甲基氨基-4- 三氟甲基香豆素;2-(4-(4-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)-3-乙基苯并噻唑鎓高氯酸盐;2-(6-(对-二甲基氨基苯基)-2,4-新亚戊基-1,3,5-己三烯基)3-甲基苯并噻唑鎓高氯酸盐;2-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)-1,3,3-三甲基-3H-吲哚鎓高氯酸盐;3,3′-二甲基噁三碳菁碘化物;2,5-二苯基呋喃;2,5-二苯基噁唑;4,4′-二苯基茋;1-乙基-4-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)吡啶鎓高氯酸盐;1-乙基-2-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)吡啶鎓高氯酸盐;1-乙基-4-(4-(对-二甲基氨基苯基)-1,3-丁二烯基)喹啉鎓高氯酸盐;3-乙基氨基-7-乙基亚氨基-2,8-二甲基吩噁嗪-5-鎓高氯酸盐;9-乙基氨基-5-乙基氨基-10-甲基-5H-苯并吩噁嗪酮鎓高氯酸盐;7-乙基氨基-6-甲基-4-三氟甲基香豆素;7-乙基氨基-4-三氟甲基香豆素;1,1′,3,3,3′,3′-六甲基-4,4′,5,5′-二苯并-2,2′-吲哚三碳菁碘化物;1,1′,3,3,3′,3′-六甲基吲哚二碳菁碘化物;1,1′,3,3,3′,3′-六甲基吲哚三碳菁碘化物;2-甲基-5-叔丁基-对四联苯;N-甲基-4-三氟甲基哌啶子基-<3,2-g>香豆素;3-(2′-N-甲基苯并咪唑基)-7-N,N-二乙基氨基香豆素;2-(1-萘基)-5-苯基噁唑;2,2′-对亚苯基-双(5-苯基噁唑);3,5,3″″5″″-四叔丁基-对-六联苯;3,5,3″″,5″″-四叔丁基-对-五联苯;2,3,5,6-1H,4H-四氢-9-乙酰基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-9-羰乙氧基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-8-甲基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-9-(3-吡啶基)-喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢-8-三氟甲基喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;2,3,5,6-1H,4H-四氢喹嗪并-<9,9a,1-gh>香豆素;3,3′,2″,3″′-四甲基-对四联苯;2,5,2″″,5″′-四甲基-对五联苯;对三联苯;对四联苯;尼罗红;若丹明700;噁嗪750;若丹明800;IR 125;IR 144;IR 140;IR 132;IR 26;IR 5;二苯基己三烯;二苯基丁二烯;四苯基丁二烯;萘;蒽;9,10-二苯基蒽;芘;1,2-苯并菲(chrysene);红荧烯;六苯并苯、菲,等等,以及包含至少一种上述染料的组合物。染料的通常用量为约0.1ppm至约10重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
可以有利地使用单体、低聚或聚合的抗静电添加剂,可以将它们喷雾到制品上或者加工到所述热塑性组合物中。单体抗静电剂的实例包括:长链酯如单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯等,脱水山梨醇酯,乙氧基化的醇,烷基硫酸酯,烷基芳基硫酸酯,烷基磷酸酯,烷基胺硫酸酯,烷基磺酸盐如十八烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,氟化的烷基磺酸盐, 甜菜碱,等等。可以使用包含上述抗静电剂组合。示例性的聚合抗静电剂包括各自含有聚亚烷基二醇部分如聚乙二醇、聚丙二醇、聚1,4-丁二醇等的某些聚醚酯。上述聚合抗静电剂可购得,包括例如PELESTATTM 6321(Sanyo)、PEBAXTM MH1657(Atofina)、以及IRGASTATM P18和P22(Ciba-Geigy)。可用作抗静电剂的其它聚合材料是固有导电的聚合物,如聚噻吩(从Bayer购得),其在高温下熔融处理之后仍保留一些固有导电性。在一种实施方案中,碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑或上述的任意组合可用于含化学抗静电剂的聚合树脂中,使得组合物静电消散。抗静电剂的通常用量为约0.1~10重量份,以100重量份的总的组合物为基准。
当需要泡沫时,合适的发泡剂例如包括:低沸点卤代烃和那些产生二氧化碳的发泡剂;在室温为固体并且在加热到高于其分解温度的温度时产生气体如氮气、二氧化碳、氨气的发泡剂,例如偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酰胺的金属盐、4,4′-氧二(苯磺酰肼)、碳酸氢钠、碳酸铵等,或包含至少一种上述发泡剂的组合。发泡剂的通常用量为约0.5至约20重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
也可以使用防滴剂,例如形成原纤或不形成原纤的氟聚合物,如聚四氟乙烯(PTFE)。防滴剂可由如上所述的刚性共聚物如SAN包封。包封于SAN中的PFFE被称为TSAN。包封的氟聚合物可以在氟聚合物存在下,例如在含水分散液中,通过聚合密封聚合物而制得。TSAN较PTFE可提供显著的益处,因为TSAN更易于分散到组合物中。合适的TSAN例如可包含约50wt%的PTFE和约50wt%的SAN,以包封氟聚合物的总重量为基准。SAN例如可包含约75wt%的苯乙烯和约25wt%的丙烯腈,以共聚物的总重量为基准。作为选择,氟聚合物可以某些方式与另一聚合物如芳族聚碳酸酯树脂或SAN预先混合,以形成用作防滴剂的附聚材料。上述任一种方法可用于生产包封的氟聚合物。防滴剂的通常用量为约0.1至约10重量份,以100重量份的组合物总重量为基准。
热塑性组合物可通过本领域通常可获得的方法制造,例如在一种实施方案中,在一种加工方式中,在HenschelTM高速混合机中,首先混合粉状聚碳酸酯、抗冲改性剂、和/或其他任选的组分,任选地与填料混合。包括但不限于手工混合的其他低剪切方法也可以完成该混合。然后,通过进料斗将共混物加入双螺杆挤出机的进料口。作为选择,一种或多种组分可以通过侧充填 机从进料口和/或下游直接加入挤出机来混入组合物中。上述添加剂也可以与所需的聚合树脂配混成母料中并加入挤出机。可以将添加剂加入到聚碳酸酯基材中或加入到抗冲改性剂基材中以形成浓缩物,然后将它加入到最终产物中。挤出机一般在高于使组合物流动所需温度的温度下操作,通常为500°F(260℃)至650°F(343℃)。将挤出物立即在水浴中骤冷并造粒。切割挤出物时,根据需要如此制成的粒料可以是四分之一英寸长或更小。这种粒料可以用于随后的模塑、成形或成型。
还提供了包含所述热塑性组合物的成形、成型或模塑制品。可以将所述热塑性组合物通过各种方法如注塑、挤出、旋转模塑、吹塑和热成型来模塑成有用的成型制品,从而形成制品如计算机和商用机器外壳,如监视器的外壳、手提式电子设备外壳如手机外壳,电池组,电子连接器,以及照明器材、电视机、装饰品、家用器具、屋顶、温室、阳光房、游泳池围栅等的元件。
发现该组合物在电子商业设备和设备外壳中特别有用,例如电视机、电脑、笔记本电脑、手机、电池组、个人数字助手(PDA)、打印机、复印机、投影仪、传真机、无线设备、数码相机和相机外壳、电视机框,以及其它本领域已知的设备和装置。
热挠曲温度(HDT)是材料在载有负荷的同时,短期内承受高温的能力的相对量度。该试验测量温度对刚性的影响:对标准试样施加给定的表面应力,将温度以均匀速率升高。用平的1/8英寸厚试条按照ASTM D648测定热挠曲温度(HDT),模塑拉伸试条承受1.82MPa。本文所述组合物还可具有其它优异的物理性质和良好的可加工性。例如,按照ASTM D648于1.82MPa在1/8英寸厚试条上测量,所述热塑性聚碳酸酯组合物可具有约60~120℃,任选地约70~100℃的热挠曲温度(HDT)。
根据D3763,采用10厘米直径、3.2毫米厚的圆板,12.5毫米直径的镖以6.6米/秒来进行测量仪器冲击(或者多轴冲击(MAI)或者Dynatup试板冲击)能量。结果代表总吸收能量,并以焦耳记录。该方法提供材料在多轴变形条件下如何表现的信息。该施加的变形是高速冲击。最后试验结果按十个试板的试验结果的平均来计算。
用冲击能以及断裂面的应力发白在室温下对3.2mm(1/8英寸)试板(根据D3763仪器冲击试验来模塑)测定延性百分比。通常,断裂尖端处的严重变形所伴随的断裂面的显著应力发白可以表明延性破坏模式;相反,缺乏断裂 尖端处的严重变形所伴随的断裂面的显著应力发白可以表明脆性破坏模式。测试10根试条,延性百分比表示成显示出延性破坏模式的冲击试条的百分比。延性往往随温度下降,延性转变温度是延性百分比等于50%时的温度。
用下面的方法来测定拉伸性质如拉伸模量和拉断伸长率:根据ASTMD638用I型3.2mm厚模塑拉伸试条,以1mm/min的拉伸速率直至1%应变,然后以50mm/min的速率直至样品断裂。如果具体应用所要求的话,也可以5mm/min的速率来测量,但是此处的这些试验中样品是以50mm/min来测量的。拉伸模量结果以MPa记录,拉断伸长率以百分数记录。
根据下面方法进行螺旋流动长度试验。用经过造粒的热塑性组合物装载机筒容量为3-5盎司(85-140g)和螺槽深度为0.03、0.06、0.09或0.12英寸(分别为0.76、1.52、2.29或3.05毫米)的模塑机。将模具和机筒加热至适合于使聚合物流动的温度,通常是285-330℃。在熔融和温度平衡之后,将热塑性组合物在1500psi(10.34MPa)下以每秒6.0英寸(15.24cm)的速率注入选定的模具螺槽中最小6秒的流动时间,从而能够得到浇口冻结(gate freeze)之前的最大流动。用35秒的整个模塑周期产生连续的试样。每完成10次运行之后,或者当连续生产的试样具有一致的尺寸时,留下试样用于测量。然后收集并测定5份试样至最接近0.25英寸(0.64cm)之内,记录该5份试样的中值长度。如此处所记录的那样,在260℃、1500psi填充压、6秒注入、2.3mm壁厚下测定螺旋流动。
划痕试验是利用铅笔硬度试验ASTM D3363来测量的。铅笔硬度是测试抗刮性的标准方法。铅笔芯具有不同程度的硬度。软芯留下黑色粗线而硬芯留下较细的灰线。铅笔的标准硬度有(最硬到最软):6H,5H,4H,3H,2H,H,F,HB,B,2B,3B,4B,5B,6B。当用铅笔芯划过样品表面时,软芯可不刮划样品而硬芯可能刮划样品。然后可通过会刮划表面的铅笔芯的硬度来给样品分级。铅笔硬度试验是在1千克力负荷和室温条件下进行。
可燃性测试按照题为″塑料材料的可燃性测试,UL94″的保险业实验室公报94的方法进行。按照该方法,可以将材料基于对5个规定样品厚度的试样所得的测试结果分类成HB、V0、UL94 V1、V2、5VA和/或5VB。对于每一个这些可燃性分类的标准描述如下。
V0:其长轴与火焰成180度放置的试样中,移去点火火焰后燃烧和/或闷烧的平均周期应当不超过5秒,并且垂直放置的试样无一产生点燃脱脂棉 的燃烧颗粒的滴落物,无试样余焰或余辉烧至支持夹具。5试条燃烧熄灭时间(FOT)是5个试条的总计燃烧熄灭时间,其各自点燃两次,最大燃烧熄灭时间为50秒。FOT1是在第一次点燃之后的平均燃烧时间。FOT2是在第二次点燃之后的平均燃烧时间。
V1,V2,FOT:其长轴与火焰成180度放置的试样中,移去点火火焰后燃烧和/或闷烧的平均周期应当不超过25秒,对于V1等级,垂直放置的试样无一产生点燃脱脂棉的燃烧颗粒的滴落物。V2标准与V1相同,所不同的是允许滴落。5试条燃烧熄灭时间(FOT)是5个试条的总计燃烧熄灭时间,其各自点燃两次,最大燃烧熄灭时间为250秒。
5VB:向低于试条12英寸(305mm)的干燥脱脂棉衬垫上方垂直固定的5英寸(127mm)×0.5英寸(12.7mm)给定厚度的试验试条施加火焰。用0.1毫米精密度的卡尺测定试验试条的厚度。火焰是5英寸(127mm)火焰,其具有1.58英寸(40mm)的蓝色焰心。施加火焰至试验试条5秒,以使得蓝色焰心顶端接触试样的下部角落。然后移去火焰5秒。重复施加和移去火焰,直至试样五次施加相同火焰为止。移去第五次施加的火焰后,启动计时器(T-0),并通过在余焰停止时终止T-0(除非存在余辉,则当余辉停止时终止T-0)来测定试样连续燃烧的时间(余焰时间)以及当余焰熄灭后试样继续发光的任意时间(余辉时间)。施加五次火焰至试验试条后,余焰和余辉时间之和必须小于或等于60秒,可以没有点燃棉衬垫的滴落。对5个相同的试条试样重复测试。如果5个试样中的一个没有遵照时间和/或没有滴落的要求,则以相同方式测试第二组的五个试样。第二组5个试样中的全部都必须遵照该要求,以便给定厚度的材料达到5VB标准。
另外通过计算平均消焰时间、消焰时间的标准偏差和滴落的总量来分析数据,而且通过使用统计方法转换该数据进行分析以预测第一次通过的可能性或″p(FTP)″,也就是特定试样配方在5根试条的常规UL9 4V0或V1测试中达到″通过″等级的可能性。第一次提交时第一次通过的可能性(p(FTP))可以根据下式来确定:
p(FTP)=(Pt1>mbt,n=0×Pt2>mbt,n=0×P总计<=mtbt×P滴落,n=0)
其中Pt1>mbt,n=0是没有第一燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性,Pt2>mbt,n=0是没有第二燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性,P总计<=mtbt是燃烧时间之和小于或等于最大总计燃烧时间值的可能性,以及P滴落,n=0是火焰 测试过程中没有试样显示滴落的可能性。第一和第二燃烧时间分别是指在第一次和第二次施加火焰之后的燃烧时间。
没有第一燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性Pt1>mbt,n=0可以由下式确定:
Pt1>mbt,n=0=(1-Pt1>mbt)5
其中Pt1>mbt是在t1>mbt的对数正态分布曲线下的面积,以及其中指数″5″与进行测试的试条数目有关。
没有第二燃烧时间超过最大燃烧时间值的可能性可以由下式确定:
Pt2>mbt,n=0=(1-Pt2>mbt)5
其中Pt2>mbt是在t2>mbt的正态分布曲线下的面积。同上,燃烧时间数据组的平均值和标准偏差用于计算正态分布曲线。对于UL-94 V-0等级,最大燃烧时间是10秒。对于V-1或V-2等级,该最大燃烧时间是30秒。
火焰测试过程中没有试样显示滴落的可能性P滴落,n=0是属性函数(attribute function),由下式来估计,
(1-P滴落)5
其中P滴落=(滴落的试条数/进行测试的试条数)。
燃烧时间之和小于或等于最大总计燃烧时间值的可能性P总计<=mtbt可以由模拟的5试条总计燃烧时间的正态分布曲线来确定。可以用上述测定的燃烧时间数据的分布由1000组5试条的Monte Carlo模拟来产生分布。MonteCarlo模拟的技术是本领域公知的。用该模拟1000组的平均值和标准偏差可以产生5试条总计燃烧时间的正态分布曲线。因此,可以由总计<=最大总计燃烧时间的一组1000Monte Carlo模拟5试条总计燃烧时间的对数正态分布曲线下的面积来确定P总计<=mtbt。对于UL-94 V0等级,最大总计燃烧时间是50秒。对于V1或V2等级,该最大总计燃烧时间是250秒。
优选地,对于UL测试中最大阻燃性能而言,p(FTP)尽可能接近1,例如大于或等于约0.7,任选地大于或等于约0.85,任选地大于或等于约0.9,或者更特别地大于或等于约0.95。与仅仅规定符合所引用的V0或V1测试相比,p(FTP)≥0.7尤其p(FTP)≥0.85是更严格的标准。
滴落时间(TTD):通过以连续的5秒间隔如5VB测试中所述那样交替地施加和移去火焰直至第一滴物质从试条落下为止来确定滴落时间。已经发现55秒或更大的滴落时间特性与诸如5VB等级的其他期望特性良好相关。
本发明进一步通过下列非限制性实施例来说明。
在Werner & Pfleiderer 25mm双螺杆挤出机上,采用260~275℃的标称熔融温度,25英寸(635mm)汞真空和500rpm,通过熔融挤出来制备样品。将挤出物造粒并在约100℃干燥约4小时。
为了制备试验样品,将干燥粒料在Van Dorn 85吨注塑机上以245~270℃的标称温度进行注塑以形成用于下面大多数试验的试样。用于燃烧试验的试条以245~270℃的标称温度在Husky注塑机上进行注塑。试样根据如上所述的ASTM或ISO标准进行测试。使用了下列成分:
表1
成分 种类 来源 PC-1 通过界面法制得的高流动性BPA聚碳酸酯树脂,分子量为约 21800道尔顿 GE Plastics PC-2 通过界面法制得的低流动性BPA聚碳酸酯树脂,分子量为约 29900道尔顿 GE Plastics PC-3 包含50mol%DMBPC和50mol.%BPA聚碳酸酯的DMBPC共聚 物,分子量为约23500道尔顿 GE Plastics PC-4 包含25mol%DMBPC和75mol.%BPA聚碳酸酯的DMBPC共聚 物,分子量为约19000道尔顿 GE Plastics PC-5 DMBPC均聚物,分子量为约24000 GE Plastics BABS 包含约16wt.%聚丁二烯和84wt.%SAN的本体ABS GE Plastics ASA-1 具有标称45wt.%聚丙烯酸丁酯橡胶和55wt.%SAN的乳液聚合 ASA,平均粒度为约300nm,Q值为约1.4 GE Plastics ASA-2 具有标称45wt.%聚丙烯酸丁酯橡胶和55wt.%SAN的乳液聚合 ASA,平均粒度为约105nm,Q值为约0.6 GE Plastics ASA-3 具有标称45wt.%聚丙烯酸丁酯橡胶和55wt.%SAN的乳液聚合 ASA,平均粒度为约510nm,Q值为约0.5 GE Plastics PC-Si 包含80wt.%源自BPA的单元和20wt.%源自二甲基硅氧烷的单元 的聚硅氧烷-聚碳酸酯共聚物 GE Plastics SAN 包含23.5-26.5wt.%丙烯腈和73.5-76.5wt.%苯乙烯的苯乙烯丙烯 腈共聚物 GE Plastics BPA-DP 双酚A二(二苯基磷酸酯) Supresta TSAN 以SAN包封的PTFE(50wt.%PTFE,50wt.%SAN) GE Plastics
利用表1的材料根据上述的方法制备样品,并根据前述的试验方法进行测试。样品配方示于表2,试验结果示于下表3。
表2
组分 单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 PC-1 % 0 42.20 0 0 25.05 5.82 0 0 0 0 33.98 0 33.98 0 PC-2 % 0 10.54 0 0 27.69 65.72 35.77 0 0 0 37.56 0 37.56 0 PC-3 % 99.5 0 52.74 52.74 0 0 35.77 0 71.54 71.54 0 71.54 0 71.54 PC-4 % 0 0 0 0 0 0 0 71.54 0 0 0 0 0 0
PC-5 % 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PC-Si % 0 13 13 13 13 14 14 14 14 0 0 0 0 0 BABS % 0 6 6 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 0 ASA-1 % 0 0 0 6 6 0 0 0 0 17 17 0 0 0 ASA-2 % 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17 17 0 ASA-3 % 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17 SAN % 0 11 11 11 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BPA-DP % 0 16 16 16 16 10 10 10 10 10 10 10 10 10 TSAN % 0 0.80 0.80 0.80 0.8 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 其它* % 0.50 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46
*还将包括0.08wt.%受阻酚抗氧化剂、0.08wt.%亚磷酸三(二-叔丁基苯基)酯和0.3wt%的脱模剂(按总的组合物重量为100%计)的添加剂包加至样品2~14。样品1具有0.4wt%脱模剂和0.10wt.%的亚磷酸三(二-叔丁基苯基)酯。
表3
物理性质 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 铅笔硬度 H 3B HB F 3B 3B HB F F F 2B B 3B F MA1,23℃ J 6 17 3 15 65 63 72 68 72 59 58 67 59 56 延性 % 0 0 0 0 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 螺旋流动, 500°F,90密耳 英寸 7 30 30 29 30 16 15 20 14 155 16 15.5 16 15 HDT(1/8”于 1.82MPa) °F 115 76 72 72 74 90 88 87 86 82 86 82 86 81 拉伸强度,于 50mm/m MPa 73 69 72 71 68 65 71 70 74 63 58 65 58 62 拉伸伸长,于 50mm/m MPa 20 50 50 68 62 110 95 39 70 110 120 97 120 85 5VTTD, 2mm 秒 25 76 70 100 100 100 100 100 95 48 79 46 64 49 UL94V,于 1.5mm 不合格或 V等级 不合 格 V0 V1 V0 V0 V0 V0 V0 V0 不合 格 V0 不合 格 V0 不合 格
上述结果表明:具有DMBPC-PC共聚物和ASA,或者DMBPC-PC共聚物以及PC-Si的本发明的组合物(实施例4、7~10和14)具有优越的抗刮性能,同时又保持物理性质与阻燃性能的优良平衡。实施例1为对比例,显示使用DMBPC共聚物而不用任何抗冲改性剂或其它聚碳酸酯具有优异的抗刮性,但具有差的延性和较低的流动长度以及差的阻燃性能。实施例2、5、6、11和13为不含DMBPC共聚物的对比例,具有差的抗刮性,但具有物理性质与阻燃性能的优良平衡。在组合物中增加DMBPC的量改善了抗刮性。实施例10~14显示了ASA的粒度分布对于抗刮性也是重要的。橡胶基质平均粒度在大于约200nm的范围内且Q值大于1的样品(实施例10和11)或者橡 胶基质平均粒度在大于约400nm的范围内且Q值小于1(实施例14)具有优良的抗刮性能,然而含有ASA并且橡胶基质的平均粒度在小于约200nm的范围内且Q值小于1的样品(实施例12和13)具有较差的抗刮性能。没有聚碳酸酯-聚硅氧烷共聚物的实施例10、12和14在1.5mm时未通过UL 94V试验。
本文中使用的术语“第一”、“第二”等并非表示任何次序或重要性,而是用于将一种要素与另一要素区别开来,且术语“该”、“一种”、“一个”并非表示对数量的限制,而是表示存在至少一种所述项。本文中对于相同性能或用量所公开的全部范围包括端点且是独立地并可组合。所有引用的专利、专利申请、和其它参考文献均全部引入本文作为参考。
与数量相关使用的修饰词“约”包括所述数值且具有上下文规定的含义(例如,包括与特定量的测量相关的误差程度)。
“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生,或者随后指出的物质可能存在或可能不存在,该描述包括所述事件或情况发生或者所述物质存在的情形,且包括所述事件或情况不发生或者所述物质不存在的情形。
虽然参照优选实施方式描述了本发明,但是本领域技术人员将理解,可以进行各种变化且可以用等价物代替其组分,而不背离本发明的范围。另外,可以采取多种改进以使特定情形或材料适于本发明的教导,而不背离本发明的基本范围。由此,并非旨在将本发明限定于作为预期实施该发明的最佳方式而公开的特定实施方式,而是本发明将包括落入所附权利要求的范围之内的所有实施方式。