用于制备光活性添加剂的界面方法_4

文档序号:9332033阅读:来源:国知局
封端剂可以是苯酚、对叔丁基苯酚、对枯基苯酚、辛基苯酚,或对氰基苯酚。将封端 剂分别溶于溶剂以形成随后加入至反应混合物的溶液。在此溶液中的溶剂可以与水不混溶 溶剂(例如,二氯甲烷)一样。可替代地,溶剂可以是包含碱的水,使得溶液是稀碱性水溶 液。碱可以是,例如,NaOH,或其他相似的碱。在实施方式中,稀碱性水溶液包含每摩尔的封 端剂约1至约2摩尔的碱,并且包含约5wt%至约20wt%的封端剂。
[0202] 随后用通常为光气的碳酸酯前体对反应混合物加料。在可以是约15分钟至约45 分钟的总的时间周期内,将碳酸酯前体加入至反应混合物。总的时间周期是将总加料的碳 酸酯前体(按重量或按摩尔测量的)加入至反应混合物所需要的持续时间。当加入碳酸酯 前体时,如果需要的话,再次通过加入碱性溶液使得pH维持在约8. 5至约10的范围。可以 设计成碳酸酯前体在总时间周期以恒定速率加入。
[0203] 首先,在范围为约2分钟至约20分钟的第一时间周期,将碳酸酯前体连同碱一起 加入至反应混合物以调节pH。随后,在第二时间周期期间,将包含封端剂的溶液与碳酸酯前 体和碱同时加入至反应混合物。可以设计成,在可以是范围为约lmin至约5min的该第二 时间周期期间以恒定的速率加入封端剂。在第二时间周期终止后,在第三时间周期,将剩余 的碳酸酯前体连同调节反应pH的碱一起加料至反应混合物。从而获得可交联聚碳酸酯,并 且随后从反应混合物分离。
[0204] 用于反应的总时间周期是第一时间周期、第二时间周期,以及第三时间周期的总 和。在特定的实施方式中,其中将包含封端剂的溶液加入至反应混合物的第二时间周期 在总时间周期的10%至约40%之间的点开始。换句话说,第一时间周期是总时间周期的 10%〇
[0205] 例如,如果在初始加料240克的光气后将2400克光气以80g/min的速率加入至反 应混合物,将500ml的PCP溶液以500ml/min的速率加入至反应混合物,那么总时间周期 将是30min,第一时间周期将是3分钟,第二时间周期将是1分钟,以及第三时间周期将是 26min〇
[0206] 此外,获得的光活性添加剂(例如,可交联聚碳酸酯)仅包括少量的低分子量组 分。在实施方式中,低百分数可以是2wt%或更小,包括约l.Owt%至1.5wt%。而且,获得 的光活性添加剂不包括任何残留的吡啶。
[0207] 第三种方法也称为双氯甲酸酯或氯甲酸酯(BCF)方法。在没有叔胺催化剂的情况 下通过使碳酸酯前体,特别是光气,与二羟基二苯甲酮和二醇扩链剂反应,同时共同加入碱 以调节pH制备氯甲酸酯低聚物。氯甲酸酯低聚物可以是包括单氯甲酸酯、双氯甲酸酯,和 双酚封端的低聚物的混合物。在制备氯甲酸酯低聚物后,使光气可以可选地基本缩聚或水 解,然后将封端剂加入至氯甲酸酯混合物。使反应继续,并且加入叔胺催化剂以完成反应。 此方法示于图5。
[0208] 使用BCF加成方法以形成可交联聚碳酸酯,反应混合物包括二羟基二苯甲酮、二 醇扩链剂、水,和水不混溶溶剂。在更特定的实施方式中,二羟基二苯甲酮是4, 4' -二羟基 二苯甲酮,碳酸酯前体是光气,二醇扩链剂是双酚A,水不混溶溶剂是二氯甲烷。封端剂可 以是酚、对叔丁基苯酚、对枯基苯酚、辛基苯酚,或对氰基苯酚。在加入光气之前,反应混合 物的pH通常为约8. 5至约10。在加入光气期间,通过使用碱性溶液(例如,NaOH水溶液) 使pH保持在约6至约8之间。
[0209] 封端剂可以溶解在溶剂中以形成溶液,随后将其加入至反应混合物。此外,该溶液 中的溶剂可以与水不混溶溶剂(例如,二氯甲烷)一样,或者可以是如上所述的稀碱性水溶 液。随后将包含封端剂的溶液加入至反应混合物并且进行反应。接着将包含催化聚合的叔 胺催化剂的溶液加入至反应混合物。
[0210] 获得的光活性添加剂(例如可交联聚碳酸酯)仅包括少量的低分子量组分。在实 施方式中,低百分数可以是2.Owt%或更小,包括约1.Owt%至1. 5wt%。而且,获得的光活 性添加剂不包括任何残留的吡啶。
[0211] 第四种方法使用管式反应器。在管式反应器中,封端剂与碳酸酯前体(特别地光 气)预反应以形成氯甲酸酯。在管式反应器中使用水不混溶溶剂作为溶剂。在分开的反应 器中,混并二羟基二苯甲酮、二醇扩链剂、叔胺催化剂、水,和水不混溶溶剂以形成反应混合 物。在第一时间周期内将管式反应器中的氯甲酸酯连同另外的碳酸酯前体进料至反应器以 完成反应同时共同加入碱以调节pH。使用对枯基苯酚作为封端剂的该方法示于图6。
[0212] 使用管式反应器方法以形成可交联聚碳酸酯,反应混合物包括二羟基二苯甲酮、 二醇扩链剂、叔胺催化剂、水,和水不混溶溶剂。在更特定的实施方式中,二羟基二苯甲酮是 4, 4' -二羟基二苯甲酮,二醇扩链剂是双酚A,叔胺催化剂是三乙基胺,以及水不混溶溶剂 是二氯甲烷。在管式反应器中,封端剂与光气预反应。封端剂可以是酚、对叔丁基苯酚、对 枯基苯酚、辛基苯酚,或对氰基苯酚。在加入氯甲酸酯之前,反应混合物的pH通常为约8. 5 至约10。在加入氯甲酸酯期间,通过使用碱性溶液(例如,NaOH水溶液)使pH保持在约 8. 5至约10之间。
[0213] 获得的光活性添加剂(例如,可交联聚碳酸酯)仅包括少量的低分子量的组分。在 实施方式中,低百分数可以是2.Owt%或更小。此外,获得的光活性添加剂不包括任何残留 的吡啶。
[0214] 当使用添加剂时,添加剂可以改善最终产品的耐化学性。可以设计的是,产品可 以具有任意期望的形状(例如,模制品、膜、片等),并用可以于许多不同的应用,例如,医 学、汽车,和消费电子领域。针对以下可以发现增加的耐化学性:409玻璃和表面清洁剂; 酒精棉片;CaviCide液/CaviWipes;CaviWipes;CidexPlus液;CloroxBleach;Clorox Wipes;EnviroCide液;ForPro液;温和洗涤剂和水;过氧化氢清洁剂消毒湿巾;异丙醇湿 巾;MadaCide-1 液;待稀释Mar-V-Cide液;Sani-Cloth漂白湿巾;Sani-ClothHB湿巾; Sani-ClothPlus湿巾;次氯酸钠液;SuperSani-Cloth湿巾;Viraguard液和湿巾;Virex 256 ;Windex蓝;FuelC;甲苯;庚烷;乙醇;异丙醇;Windex;机油;WD40 ;传动液;刹车油; 玻璃洗液;柴油;汽油;BananaBoat防晒霜(SPF30) ;Sebum;Ivory洗涤剂;SCJohnson Fantastik清洁剂;法国黄芥末;可口可乐;70 %异丙醇;优质初榨橄榄油;Vaseline Intensive护理洗手液;Heinz番前酱;Kraft蛋黄酱;ChloroxFormula409清洁剂;具有 氨的SCJohnsonWindex清洁剂;丙酮;人汗液;Fruits&PassionCucinaCoriander&Olive 护手霜;LorealStudiolineMegagel发胶;Maybelline唇彩;MaybellineExpertWear Blush-BeachPlum胭脂;Purell消毒洗手液;黑色热咖啡;iKlear;Chlorox湿巾;角藍稀; 棕榈酸;油酸;棕榈油酸;硬脂酸;以及橄榄油。
[0215]PAA适用于与各种树脂共混。这种共混物可以仍然充分地交联以提供这样的组合 物:其表现出符合UL945VA、极度的耐化学性、抗撕裂强度、冲击强度、延展性、水解稳定性, 以及耐气候性中的一种或多种。PAA适用于与聚碳酸酯均聚物、聚碳酸酯共聚物,以及聚碳 酸酯共混物共混。它们适用于与聚酯、聚芳基酯、聚酯碳酸酯,以及聚醚酰亚胺共混。使用 PAA与聚合物树脂的一个优点是具有相对更高Mw的聚合物通常更好地保留它们的机械性 能,而具有相对更低Mw的聚合物通常具有更好的流动性。PAA可以用于生产使用较高分子 量聚合物难以模制的复杂的或薄的产品。在辐射产品时,可以形成交联,其增加分子量并改 善物理性能,如冲击强度、拉伸强度、阻燃性,或耐化学性。
[0216] 通过熔融共混或溶液共混,光活性添加剂(PAA)可以与一种或多种聚合物基础树 脂混合,以形成聚合物组合物/共混物。随后,含PAA的共混物通过各种已知的方法,如溶 液浇铸、型材挤出、膜和/或片材挤出、片材-泡沫挤出、注射成型、吹塑模制、热成型等可以 成形为产品。然后将产品暴露至合适的波长和合适剂量的紫外(UV)光下,这导致用于给定 的应用的期望量的交联。取决于最终的使用应用和期望的性能,UV曝光可以在产品的一个 或多个表面上进行。
[0217] 应该用基本均匀剂量的UV光曝光其中需要增强的性能的产品。使用本领域中已 知的标准方法可以完成曝光。例如,UV光可以来自任何来源的UV光,如,但不限于,通过微 波、HID灯,以及汞汽灯照明的那些灯。在一些其他实施方式中,通过使用天然日光曝光产 品。曝光时间将取决于应用和材料的颜色。它的范围可以从几分钟至数天。可替代地,交 联可以通过使用UV-发射光源,如汞蒸汽,高强度放电(HID),或各种UV灯实现。例如,由 制造商,如HereausNoblelightFusionUV出售商业UV灯用于UV固化。UV-发光灯泡的 非限制性实例包括,汞球管(H灯泡),或金属卤化物掺杂汞球管(D灯泡,H+灯泡,以及V灯 泡)。也可以考虑产生UV光源的金属卤化物的其他组合。通过装配来自UV吸收材料的灯 也可以制造示例性的灯泡并且认为是过滤的UV源。未掺杂的汞弧灯不用于照射。H灯泡在 200nm至320nm的范围内具有的强的输出。D等灯泡在320nm至400nm的范围具有的强的 输出。V灯泡在400nm至420nm的范围具有的强的输出。
[0218] 它也可以有利的是使用这样UV光源:其中,除去有害的波长(引起聚合物降解或 过度的黄变的那些)或其不存在。设备供应商,如HeraeusNoblelightFusionUV提供了 具有各种光谱分布的灯。也可以过滤光以除去有害的或不需要的波长的光。这可以利用用 于选择性地透射或排除波长或波长范围的滤光器完成。这些滤光器可商购自各种公司,如 EdmundOptics或PraezisionsGlas&OptikGmbH。带通滤光器设计成透射一部分的光谱, 而排除所有其他的波长。长通截止滤光器(Longpassedgefilter)设计成透射大于滤光器 截止波长(cut-onwavelength)的波长。短通截止滤光器用于透射波长小于滤光器截止波 长(cut-offwavelength)的波长。可以使用各种类型的材料,如硼娃酸盐玻璃作为长通滤 光器。例如,Schott和/或PraezisionsGlas&OptikGmbH具有以下长通滤光器:WG225、 ;280、16295、16305、16320,它们分别具有约 225、280、295、305、32011111的截止波长((31^-〇11 wavelength)。这些滤光器可以用于筛除有害的短波长,同时透射合适的波长用于交联反 应。
[0219] 曝光的产品将具有交联的外表面和轻度交联或不交联的内表面。对于起始树脂, 外表面可以交联至这样的程度,使得外表面在通常的溶剂中是基本不溶的。不溶物(不溶 组分)的百分比将取决于部件几何形状和表面积-体积比。
[0220] 本文公开的组合物可用于制造各种各样的制品,尤其是具有改善的阻燃性和优良 的物理性能的薄壁制品,包括高度透明的薄壁制品。组合物可以用于提供材料和制品,如, 但不限于,注射模制品、膜、挤出的片材、纤维、颗粒、柔性膜、抗撕裂膜,以及PVD叠层材料。
[0221] 本公开具有多个方面,通过以下非限制性实施例说明。
[0222] 实施例
[0223] 方法
[0224] 使用的所有的溶剂和试剂是分析级的。
[0225]使用凝胶渗透色谱(GPC),使用交联的苯乙烯-二乙烯基苯柱并且参考聚碳酸酯 校准,使用设置为264nm的UV-VIS检测器进行分子量测定。以约lmg/ml的浓度制备样品, 并且以约1.0ml/min的流速洗脱。可选地,可以使用折射率(RI)检测器。
[0226] 使用采用20°C/min的温度扫描速率的差示扫描量热法(DSC)用来确定聚碳酸酯 的玻璃化转变温度。
[0227] 除了测试20根棒而不是通常的5根棒,使用标准的UnderwritersLaboratoryUL 94测试方法(2天或7天的条件)进行可燃性测试。在室温下预处理48小时或在空气循环 的烘箱中在70±1°C下预处理168小时,并且随后在测试之前,在干燥器中在室温下冷却至 少4小时。一旦从干燥器移出,在30min内测试样品。
[0228]按照名称为"Tests for Flammability of Plastic Materials, UL94"的 Underwriter's Laboratory Bulletin 94的规程进行可燃性试验。基于燃烧速率、媳灭时 间、抗滴落能力,以及滴是否燃烧的等级应用多种评级。根据该规程,在获得的5种样品的 测试结果的基础上,材料可以分类为HB、V0、V1、V2、5V、5VA和/或5VB。以下描述用于可燃 性分类或"阻燃性"的标准。
[0229] V0 :样品支撑为竖直位置,并且将火焰施加至样品的底部。施加火焰10秒并且随 后去除直到燃烧停止,此时再次施加火焰另一个十秒并且随后除去。测试两组的五种样品。 在不同的条件下调节该两组。
[0230] 为了达到V0等级,在任何测试火焰应用后,样品不可以在有焰燃烧下燃烧超过10 秒。对于每组5个样品,总的有焰燃烧时间不可以超过50秒。样品不可以有焰燃烧或无焰 燃烧直至样品固定夹具。样品不可以滴落点燃棉花的燃烧颗粒。在移去测试火焰后,没有 样品可以具有保持超过30秒的无焰燃烧。
[0231] 5VA :测试在棒和试板样品上完成。用于棒的规程:样品支撑为竖直位置,并且以 20°角将火焰施加至样品的较低角之一。施加火焰5秒并移除5秒。火焰施加和移除重复 五次。用于试板的规程:除了试板样品是水平安装,以及火焰施加至试板的较低表面的中 心,用于试板的规程与用于棒的一样。
[0232] 为了达到5VA等级,在5次火焰施加后,样品不可以具有任何有焰燃烧或无焰燃烧 超过60秒。样品不可以滴落点燃棉花的燃烧颗粒。试板样品不可以表现出烧穿(孔)。注 意的是,在以下实施例和表中,说明对于给定的厚度是否通过或未通过5VA的那列仅仅是 指试板测试是否通过,并且不应该解释为说明没有燃烧发生超过60秒并且不存在滴。报告 了对于2天和7天两者条件的结果。
[0233] 通过计算平均消焰时间、消焰时间的标准偏差以及滴的总数分析数据。使用统计 方法以便将数据转化成在5根棒的标准的UL94测试中特定的式子将获得首次V0通过或 "p(FTP)"概率。在首次提交就第一次通过的概率可以根据下式确定:
[0234] pFTP-(Ptl>mbt, n = Pt2>mbt, n = 0^Ptotal< = mtbt^Pdrip, n =〇)
[0235] 其中,Ptl>nibtin=。是第一燃烧时间没有超过最大燃烧时间值的概率,P t2>mbt, n = 二燃烧时间没有超过最大的燃烧时间值的概率,?^31<="1_是燃烧时间的总和小于或等于 最大的总燃烧时间值的概率Pdl^n =C是在燃烧测试期间,没有样品表现出滴落的概率。第 一和第二燃烧时间分别是指在火焰的第一和第二施加之后的燃烧时间。
[0236] 第一燃烧时间没有超过最大燃烧时间值的概率,可以由SPtl>nibt,n =。 =a-Ptl>J5确定,其中,Pmmbt是用于tl>mbt的对数正态分布曲线之下的区域,并且其 中,指数"5"是指测试的棒的数量。第二燃烧时间没有超过最大燃烧时间值的概率可以由 式Pt2>mbt,n = 0= (l_Pt?mbt)确定,其中,Pt2>mbt是用于t2>mbt的对数正态分布曲线之下的区 域。如上上面的,使用燃烧时间数据组的平均偏差和标准偏差以计算正态分布曲线。对于 UL-94V-0等级,最大燃烧时间是10秒。对于V-1或V-2等级,最大燃烧时间是30秒。在火 焰测试期间没有样品表现出滴落的概率Pd^n=<:是由(l_Pd"p)5估算的属性函数,其中,Pd"p =(滴落的棒的数量/测试的棒的数量)。
[0237] 燃烧时间的总和小于或等于最大的总燃烧时间值的概率PtotaK= nitbt可以由模拟 的5根棒的总燃烧时间的正态分布曲线来确定。分布可以由1000组的五根棒的蒙特卡罗 (Monte Carlo)模拟使用在上面确定的燃烧时间数据的分布产生。用于蒙特卡罗模拟的技 术在本领域中是公知的。使用模拟的1〇〇〇组的平均偏差和标准可以产生用于5根棒的总燃 烧时间的正态分布曲线。因此,PtotaK= nitbt可以由用于总时间〈=最大的总燃烧时间(total〈 =maximum total burn time)的1000蒙特卡洛模拟5根棒总燃烧时间的组的正态分布曲 线下的区域来确定。对于UL94V0等级,最大的总燃烧时间是50秒。对于VI等级,最大的 总燃烧时间是250秒。
[0238] 优选p(FTP)值是1或非常接近1,用于较高的置信度,即样品配方在UL94测试中 将实现V0等级。
[0239] 在应变条件下,评价交联聚碳酸酯样品的耐化学性。将拉力试棒置于应力夹具上, 使得夹具的曲率在拉力试棒上诱导〇. 5%或1%的应力水平。通过将溶剂滴在拉力试棒的 顶部,使得一部分的棒暴露至溶剂。随后将棒置于夹具上24小时,在此其间,溶剂蒸发。随 后记录断裂%伸长率。
[0240] 样品有时暴露至各种剂量的过滤的或未过滤的UV光下。未过滤的光由使用D-灯 泡无极灯的FusionUV系统提供。过滤的光由LoctiteZeta7411-S系统提供,其使用 400W金属卤化物弧光灯并且在具有280nm工作波长过滤器的光谱输出中表现得像D-灯 泡无电极灯。样品两侧暴露在UV光下,对于每侧为12、36,或60J/cm2的相等的UVA剂 量。在下表A和表B中提供了用于每个系统的UV能源(每通道或每剂量),并且使用EIT PowerPuck测量。测试剂量作为能量从 320-390nm(UVA)、280-320nm(UVB)、250-260nm(UVC) 和 395-445nm(UVV)。以J/cm2计算剂量。
[0241]表A.Loctite(滤过光)
[0242]
[0243]表B.Fusion(未过滤光)
[0244]

[0245] 各种实施例可以包括在表C中示出的组分
[0246]表C
[0247]
[0248] 实施例1
[0249] (A)可交联聚碳酸酯的制备
[0250] ⑴溶液加成
[0251]样品A1
[0252] 使用溶液程序加成以获得包括1. 6摩尔%的4, 4' -二羟基二苯甲酮(DHBP)的可 交联聚碳酸酯树脂来制备样品A1。
[0253] 在500ml的二氯甲烷中制备对枯基苯酚的溶液(193克、0. 91摩尔、4. 4摩尔% )。 对枯基苯酸(PCP)溶液置于经由计量栗连接至反应器的加料罐中(additionpot)。
[0254] 将二氯甲烷(13L)、DI水(10L)、4,4'-二羟基二苯甲酮(70克,0. 33摩尔,1.6摩 尔%)、双酚A(4430克,19. 4摩尔)、三乙基胺(52克,0.37摩尔)和葡糖酸钠(10克,铁清 除剂)加入至配制槽中。将混合物搅拌5min然后转移至装备有塔顶冷凝器、循环回路、pH 探针和各种材料加料喷嘴的70L的分批反应器中。利用转移至分批反应器的二氯甲烷(8L) 冲洗配制槽。启动反应器搅拌器,并且将循环流设置在80L/min。通过数控系统(DCS)启 动到反应器的光气蒸气流(80g/min流速),并且加入起始量(240克,2. 4摩尔)。通过DCS 控制的33 %NaOH水溶液的加入将反应的pH保持在目标为10. 0。
[0255] 在加入起始量的光气后,通过DCS控制将PCP溶液以500ml/min流速加入至反应 器,同时继续到反应器的光气流(即,在一分钟加入所有的PCP)。继续加入光气直到
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