本发明提供:包含至少1种脱模剂的热塑性聚合物混合物,该脱 模剂包含多元醇组分,后者由4或更多个碳原子的母体物质、3或更 多个羟基基团、一个以上被脂族C1~C32羧酸酯化的羟基基团和1个或 多个游离羟基基团组成;此种多元醇组分作为热塑性聚合物混合物的 脱模剂的应用;以及由此种热塑性聚合物混合物制成的模塑物品。
当加工热塑性聚合物混合物时,主要的应用场合是,所生产的模 塑件当中,某些模塑件涉及极其复杂的空间形状。为保证,或进一步 简化模塑件从模具中的取出,将脱模剂加入到聚合物混合物本身中或 者在加工期间放在机器中。另外,加入脱模剂的目的还在于改善表面 质量。
此种程序的缺点在于,产品会受到可能在模塑物品的制备、贮存 或使用期间对其具有不利影响的添加剂的污染。
长链脂肪酸与羟基组分,特别是甘油的酯,在先有技术中已证明 有用。
DE-OS-20 64 095描述三羟基醇的脂肪酸酯作为脱模剂加入到聚 碳酸酯中。
DE-OS-25 07 748描述由于加入完全被脂肪酸酯化的多元醇,聚 碳酸酯脱模特性的改善。
DE-OS 27 01 725描述,为脱模的目的,在聚碳酸酯中加入特定 醇的部分酯。
JP-A-45 24 439描述,为脱模的目的,在聚碳酸酯中加入0.05~ 5%部分酯。
JP-A-72-45 934描述用0.1~5wt%单脂肪酸甘油酯进行抗静电 改性的聚碳酸酯。
JP-A-60-81 245描述在低氯聚碳酸酯中加入部分酯,以防止模 具腐蚀。
JP-A-2-225 558描述包含多元醇与脂族单羧酸的部分酯的聚碳 酸酯片材。
日本专利申请90-12-510描述由聚碳酸酯构成并包含0.002~5% 单脂肪酸甘油酯的CD光盘用基材。
日本专利申请90-294 979描述包含0.06~0.09%单硬脂酸甘油 酯的光盘用聚碳酸酯。
US 4,131,575描述在聚碳酸酯中加入多羟基醇的完全酯或多羟 基醇的单酯,以改善脱模。
US 4,743,641描述在聚碳酸酯中加入单硬脂酸甘油酯、单硬脂酸 甘油二酯、甘油单棕榈酸酯或脱水山梨醇单硬脂酸酯。
EP-A-205 192描述加入了甘油酯和季戊四醇酯的聚碳酸酯混合 物。该文献中,甘油单硬脂酸酯是优选的。
EP-A-213 413描述在光学用聚碳酸酯中加入部分酯。
EP-A-417 775描述由包含单脂肪酸甘油酯的聚碳酸酯制的光学 模塑物品。
EP-A-511 640也描述在光学用聚碳酸酯中加入部分酯。
EP-A-732 360描述包含单硬脂酸甘油酯与三硬脂酸甘油酯混合 物的聚碳酸酯混合物。
先有技术中的脱模剂,例如经常使用的单硬脂酸甘油酯,其缺点 在于,它们能够导致与聚碳酸酯的反应。这将损害材料的耐热和抗氧 化能力,例如可用泛黄来表示。这是不希望的,特别是当聚碳酸酯用 于光学领域时。这对于涉及材料经受高热应力的加工过程或者要求特 殊光学品质的领域尤甚。由于这些反应,聚合物的机械性能也会变得 不可心。另外,在机器零件上可能出现涂层(结垢)。
在完全酯化的醇组分的情况下,脱模特性显得不足。
因此,一直存在着对诸如聚碳酸酯和/或聚碳酸酯共混物之类热 塑性聚合物用新型脱模剂的需要。
因此,本文的目的包括开发一种聚碳酸酯用脱模剂,它在制备和 加工条件下,特别是诸如CD光盘和数字多用途光盘(DVD)之类光学用 途产品的制备期间,具有非常低,或甚至等于零的反应倾向,具有良 好脱模效果,从而在光学用途情况下导致品质的改善和较高数据安全 性。这是通过本发明的聚合物混合物实现的。
综上所述,本申请提供一种热塑性聚合物混合物,它包含至少1 种聚碳酸酯和至少1种含至少1种多元醇组分的脱模剂,其中至少1 种多元醇组分(I)由4或更多个碳原子的母体物质、3或更多个,优选 4或更多个羟基基团、一个以上被脂族羧酸酯化的羟基基团,和一个 或优选一个以上游离羟基基团组成。
就本发明而言的热塑性芳族聚碳酸酯是均聚碳酸酯或共聚碳酸 酯;该聚碳酸酯可按已知方式是线型或支链的。
这些聚碳酸酯是按照已知方式由二酚、碳酸衍生物,任选链终止 剂以及任选支化剂来制备的。
有关聚碳酸酯的制备细节已经由许多专利文献发表大约40年 了。这里,作为参考仅举出Schnell,“聚碳酸酯化学与物理”,《聚 合物评论》,卷9,国际科学出版社,纽约、伦敦、悉尼,1964;D.Freitag, U.Grigo,P.R.Müller,H.Nouvertne’,拜耳公司,“聚碳酸酯”, 《(聚合物科学与工程大全》,卷11,第2版,1988,pp.648~718; 以及最后,Dres.U.Grigo,K.Kirchner和P.R.Müller,“聚碳 酸酯”,Becker/Braun,《塑料手册》,卷3/1,聚碳酸酯、聚缩醛、 聚酯、纤维素酯,Carl Hanser出版社,慕尼黑、维也纳,1992,pp. 117~299。
适合制备聚碳酸酯的二酚例如是:氢醌、间苯二酚、二羟基联苯、 双(羟苯基)链烷烃、双(羟苯基)环烷烃、双(羟苯基)硫醚、双(羟苯 基)醚、双(羟苯基)酮、双(羟苯基)砜、双(羟苯基)亚砜、α,α’-双(羟 苯基)二异丙基苯类,乃至它们的环上烷基化的以及环上卤化的化合 物。
优选的二酚是:4,4’-二羟基联苯、2,2-双(4-羟苯基)丙烷、2,4- 双(4-羟苯基)-2-甲基丁烷、1,1-双(4-羟苯基)-对-二异丙基苯、2,2- 双(3-甲基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-氯-4-羟苯基)丙烷、双(3,5- 二甲基-4-羟苯基)甲烷、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟苯基)丙烷、双 (3,5-二甲基-4-羟苯基)砜、2,4-双(3,5-二甲基-4-羟苯基)2-甲基丁 烷、1,1-双(3,5-二甲基-4-羟苯基)-对-二异丙基苯、2,2-双(3,5- 二氯-4-羟苯基)-丙烷、2,2-双(3,5-二溴-4-羟苯基)丙烷、1,1-双(4- 羟苯基)-3,3,5-三甲基环己烷以及4,4’-(间亚苯基二异丙叉)-二苯 酚。
尤其优选的二酚是2,2-双(4-羟苯基)丙烷(BPA)、2,2-双(3,5- 二甲基-4-羟苯基)丙烷,2,2-双(3,5-二氯-4-羟苯基)丙烷、2,2-双 (3,5-二溴-4-羟苯基)丙烷、4,4’-(间亚苯基二异丙叉)-二苯酚(CAS 号:13595-25-0)(BPM)、1,1-双(4-羟苯基)环己烷以及1,1-双(4-羟 苯基)-3,3,5-三甲基环己烷(TMC)。
上述以及其他合适的二酚例如描述在:US-PS 3 028 635、2 999 835、3 148 172、2 991 273、3 271 367、4 982 014以及2 999 846, 德国公开文件1 570 703、2 063 050、2 036 052、2 211 956和3 832 396,法国专利1 561 518;专著,H.Schnell,《聚碳酸酯化学与物 理》,国际科学出版社,纽约,1964,以及日本公开的专利申请 62039/1986、62040/1986和105550/1986中。
在均聚碳酸酯的情况下,仅使用一种二酚。在共聚碳酸酯的情况 下,使用几种二酚。
优选使用的聚合物混合物所包含的至少1种聚碳酸酯,其二醇嵌 段由双酚A和/或三甲基环己基双酚(TMC)构成,优选选自双酚A的均 聚物、双酚A与TMC的共聚物或者与5~50wt%TMC的共聚物。
合适的碳酸衍生物的例子是光气或碳酸二苯基酯。
单酚或单羧酸都适合作为链终止剂。合适的单酚是苯酚本身、烷 基苯酚,例如甲酚、对叔丁基苯酚、对正辛基苯酚、对异辛基苯酚、 对正壬基苯酚和对异壬基苯酚,卤代酚,例如对氯苯酚、2,4-二氯苯 酚、对溴苯酚、戊基苯酚和2,4,6-三溴苯酚及其混合物。
优选的链终止剂是苯酚和/或对叔丁基苯酚和/或对枯基苯酚。
合适的单羧酸是苯甲酸、烷基苯甲酸和卤代苯甲酸。
优选的链终止剂是对应于通式(I)的酚
其中R是氢、叔丁基或者支链或非支链C8-和/或C9-烷基基团。然而, 对枯基苯酚也是优选使用的。
链终止剂的用量,优选在相界面方法中,以相应二酚的具体用量 为基准介于0.1mol%~5mol%。链终止剂可在光气化之前、期间或 之后加入。
合适的支化剂是聚碳酸酯化学已知的三官能或三官能以上的化 合物,特别是具有3或3个以上酚羟基基团的那些。
合适的支化剂例如是:间苯三酚、4,6-二甲基-2,4,6-三(4-羟苯 基)-2-庚烯、4,6-二甲基-2,4,6-三(4-羟苯基)庚烷、1,3,5-三(4- 羟苯基)苯、1,1,1-三(4-羟苯基)乙烷、三(4-羟苯基)苯甲烷、2,2- 双[4,4-双(4-羟苯基)环己基]丙烷、2,4-双(4-羟苯基异丙基)苯酚、 2,6-双(2-羟基-5’-甲基苄基)-4-甲基苯酚、2-(4-羟苯基)-2-(2,4- 二羟基苯基)丙烷、六(4-(4-羟苯基异丙基)-苯基)邻苯二甲酸酯 (orthoterephthalate)、四(4-羟苯基)-甲烷、四(4-(4-羟苯基异丙 基)苯氧基)甲烷以及1,4-双(4’,4″-二羟基三苯基)甲基)苯,乃至 2,4-二羟基苯甲酸、1,3,5-苯三酸、氰脲酰氯以及,在一些应用场合 甚至优选3,3-双(3-甲基-4-羟苯基)-2-氧代-2,3-二氢吲哚。
任选使用的支化剂的用量介于0.05mol%~2mol%,还是以具体 使用的二酚为基准。
支化剂可随同二酚和链终止剂一起放在含水碱相中引入到相界 面过程中,或者溶解在有机溶剂中以溶液形式加入。在酯交换法的情 况下,支化剂随同二酚一起使用。
所有这些生产热塑性聚碳酸酯的步骤乃是本领域技术人员熟悉 的。
可用于本发明的多元醇组分是那些具有4~12个碳原子,优选4~ 8个碳原子,尤其优选5、6或7个碳原子,更特别优选5或6个碳原 子,进一步优选5个碳原子的。
优选具有下列通式的多元醇组分(I):
其中取代基X,独立地是氢原子或脂族酰基基团,条件是,一个以上X 是酰基基团且一个以上X是氢原子,R是氢原子或线型或支链C1~C10烷基基团,优选甲基、乙基或丙基。
基团Y独立地是氢原子、烷基或芳基基团,其中氢原子、甲基、 乙基、丙基、丁基和苯基基团是优选的。氢原子和甲基基团是尤其优 选的。更尤其优选的是,具有氢取代基的碳原子不直接与具有羟基基 团的碳原子相邻。
优选的酰基基团X是2~30个碳原子的脂肪酸酯基团,尤其优选 C5~C25脂肪酸,更尤其优选C8~C24脂肪酸,进一步优选C12~C22脂肪 酸及其混合物。本领域技术人员将在C16~C20脂肪酸,更优选C16~C18脂肪酸及其混合物中找到最佳例子。
此种酰基基团的例子是选自乙酸、丙酸和丁酸的基团,还有选自 肉豆寇酸、棕榈酸或硬脂酸、花生酸和二十二烷酸及其混合物的基 团,优选硬脂酸和棕榈酸的混合物。
优选那些酯化与游离的羟基基团数目相同的多元醇组分。
优选的多元醇组分是季戊四醇的二酯衍生物,特别是季戊四醇与 硬脂酸的二酯衍生物。
多元醇组分(I)的用量可介于0.005wt%~0.5wt%,优选0.01 wt%~0.2wt%,更优选0.015wt%~0.1wt%,进一步优选0.02wt%~ 0.08wt%。
多元醇组分可作为单独物质或者作为2或更多种多元醇组分和/ 或其他组分的混合物使用。脱模剂中的多元醇组分(I)对脱模剂中任 选存在的其他组分的用量比例优选大于1∶1。
在整个脱模剂中,具有不足一个游离羟基基团的多元醇组分或者 具有不足2个酯化羟基基团的多元醇组分所占比例各自小于24wt%, 优选小于20wt%,尤其优选小于15wt%,更尤其优选小于10wt%时, 本领域技术人员可获得好的结果。
传统添加剂可按已知数量加入到准备按本发明从模具中取出的 热塑性聚碳酸酯中,例如耐热、潮湿和紫外线等影响的稳定剂,例如 磷化合物(例如,磷酸、磷酸盐、亚磷酸盐、亚膦酸酯等),任选地配 合以单体或聚合的环氧化物、含氮杂环化合物如三唑类或苯并三唑 类,还有阻燃剂如脂族或芳族或全氟化脂族碱金属和碱土金属磺酸 盐、着色剂、填料、发泡剂和抗静电剂。在光学用途的情况下,优选 那些不损害材料透明度的组分。
多元醇组分向热塑性聚碳酸酯中的施加,例如可通过在热塑性聚 碳酸酯聚合物溶液的或热塑性聚碳酸酯熔体的后加工期间加入该多 元醇组分来实现;该加入优选在最终热塑性聚碳酸酯进行混炼时实 施。
已知用于聚碳酸酯的传统添加剂可按已知方式,在多元醇组分加 入以前,在加入多元醇组分期间,或者在多元醇组分加入到聚碳酸酯 中以后,混入。
本发明还提供多元醇组分(I)作为脱模剂用于含至少1种聚碳酸 酯的热塑性聚合物混合物中的应用。
本发明还提供由上面提到的热塑性聚合物混合物制成的模塑物 品,优选用于光学用途的,尤其优选用于光学数据载体的,更尤其优 选用于CD光盘和DVD的。
容易按照本发明从模具中取出的聚碳酸酯还可按光学用途的,尤 其优选按光学数据载体的,更尤其优选按CD光盘和DVD的聚碳酸酯 已知方式进一步加工。
该加工可作为单独步骤采用容易从模具中取出的并且以粒料形 式取得的最终制备的聚碳酸酯来实施。然而,该加工也可在加入多元 醇组分和/或传统添加剂以后进行。
实施例
制备下列混合物:
实例1:
99.96wt% 双酚-A-PC的聚碳酸酯粒料,具有叔丁基苯酚端基,
平均溶液粘度等于1.20(在25℃、二氯甲烷中,以0.5
g在100mL二氯甲烷中的浓度测定)
0.04wt% Loxiol EP 728(季戊四醇的二脂肪酸酯),汉高公司 并在密封容器中剧烈搅拌。然后,混合物在Werner Pfleiderer ZSK 53型双螺杆混炼机上、本体温度约240℃的条件下进行混炼。
对比例1(不带脱模剂):
双酚-A-PC的聚碳酸酯粒料,具有叔丁基苯酚端基,平均溶液粘 度等于1.20(在25℃、二氯甲烷中,以0.5g在100mL二氯甲烷中 的浓度测定),在Werner Pfleiderer ZSK 53型双螺杆混炼机上、本 体温度约240℃的条件下进行混炼。
对比例2(具有单硬脂酸甘油酯)
制备下列混合物:
99.96wt% 双酚-A-PC的聚碳酸酯粒料,具有叔丁基苯酚端基,平
均溶液粘度等于1.20(在25℃、二氯甲烷中,以0.5g
在100mL二氯甲烷中的浓度测定)
0.04wt% Loxiol EP 129(单硬脂酸甘油酯),汉高公司 并在密封容器中剧烈搅拌。然后,混合物在Werner Pfleiderer ZSK 53型双螺杆混炼机上、本体温度约240℃的条件下进行混炼。
对比例3(具有硬脂酸季戊四醇酯)
制备下列混合物:
99.96wt% 双酚-A-PC的聚碳酸酯粒料,具有叔丁基苯酚端基,平
均溶液粘度等于1.20(在25℃、二氯甲烷中,以0.5g
在100mL二氯甲烷中的浓度测定)
0.04wt% Loxiol P 861/3.5(季戊四醇的四酯),汉高公司 并在密封容器中剧烈搅拌。然后,混合物在Werner Pfleiderer ZSK 53型双螺杆混炼机上、本体温度约240℃的条件下进行混炼。
静摩擦测定:
静摩擦是根据将彼此相对静止的物体(活塞/试验物品)变为运动 所需要的力导出的摩擦指数。
静摩擦系数的定义如下:
FR=μ*FN(等式1)
重新排列以后:μ=FR/FN(等式2)
FN=法向力,FR=摩擦力,μ=摩擦系数
在圆周运动的情况下,下列关系式成立:FR=Md/rm(等式3)
Md=扭矩,rm=摩擦面积的平均半径(环形面积)
Md/rm=μ*FN (等式4)
重新排列以后:μ=Md/(rm*FN) (等式5)
在特定摩擦系数的模具中,制备一个圆盘形试验物品,其外径92 mm,厚度2.6mm。该零件高5mm,并在外边缘有3mm宽的凸棱,凸 棱上有扁平的凹陷,相当于一个齿形皮带圆盘,借此,力矩得以从模 具传递到试验物品上。
凭借此种安排,便可在圆盘形试验物体固化以后立即测定其静摩 擦系数(等式5)。这里,利用摩擦力正比于力矩这一关系(等式3)。 模具开启后,引入连接到扭矩传感器上的活塞,同时规定的法向力FN作用于模具零件(摩擦付之一)上。试验物体以其(该模塑件的)另一表 面被握持并迫使旋转。活塞与试验物体之间的静摩擦系数可根据从活 塞处测得的扭矩来确定。由于摩擦是因彼此滑过的表面不平而造成的 (彼此钩住),活塞被设计成表面粗糙度Ra=0.05μm。
材料(材料1和对比材料1、对比材料2和对比材料3)放在注塑 机中熔融并注入到密封的摩擦系数模具中,其中壁温100℃,熔体温 度300℃,保持15s,续压等于550bar。
经过20s残余冷却时间以后,非常轻地开启模具,并测定摩擦 系数。
获得以下数值: 材料 静摩擦系数μ0 材料1 0.82 对比材料1 1.07 对比材料2 0.72 对比材料3 1.04
可以看出仅凭借低浓度脱模剂的本发明产品以及以单硬脂酸甘 油酯为脱模剂的对比产品明显地降低了静摩擦。
测定生产CD时的产品稳定性:
为测定产品稳定性,在CD注塑机,Netsal Discjet 600型上采 用上面描述的材料1和对比材料2制备了CD粗模塑件,其厚度等于 1.2mm,外径120mm。为避免光在色度计内的散射和衍射,采用无 凹坑结构的抛光凹进板。材料的加工在不同机器设置条件下进行:
设置1:机筒温度(进料端/压缩/机筒头/注入 嘴)315/320/320/320℃,最大注入速率130mm/s,模具温度(最初温 度)55℃;周期时间4.6s。
设置2:机筒温度(进料端/压缩/机筒头/注入 嘴)315/340/350/350℃,最大注入速率110mm/s,模具温度(最初温 度)55℃;周期时间4.9s。
设置3:机筒温度(进料端/压缩/机筒头/注入 嘴)315/360/380/380℃,最大注入速率100mm/s,模具温度(最初温 度)55℃;周期时间5.5s。
设置4:对应于设置2,但不同的是,周期被5min的机器停车打 断。重新开动注塑机以后的每第5个圆盘被用作下面的测定样品。
测定了CD粗模塑件的熔体粘度、黄色指数、酚羟基浓度以及游 离叔丁基苯酚的浓度。获得以下数值:
表1 熔体粘度,Pa*s(300℃/1000s-1) 样品 设置1 (320℃) 设置2 (350℃) 设置3 (380℃) 设置4 (350℃+停车) 材料1 66 66 65 65 对比材料2 63 63 63 61
表2 黄色指数YI,按ASTM E 313 样品 设置1 (320℃) 设置2 (350℃) 设置3 (380℃) 设置4 (350℃+停车) 材料1 1.02 1.02 1.02 1.38 对比材料2 1.10 1.16 1.18 1.48
表3 酚羟基,ppm 样品 设置1 (320℃) 设置2 (350℃) 设置3 (380℃) 设置4 (350℃+停车) 材料1 110 115 125 130 对比材料2 120 130 135 145
表4 游离叔丁基苯酚,ppm 样品 设置1 (320℃) 设置2 (350℃) 设置3 (380℃) 设置4 (350℃+停车) 材料1 6 6 8 11 对比材料2 9 11 19 20
测定方法详述
a)在高压毛细管粘度计中测定熔体粘度
CD粗模塑件切碎成6~8mm的条,并在110℃真空下干燥16h。 然后,条子插入到加热到300℃的试验通道(直径10mm)中,熔融并 用活塞推过直径1mm、长度20mm的注入嘴,剪切速率1000s-1。
b)黄色指数YI,按ASTM E 313
测定是垂直于半径为40mm的CD表面实施的。
c)酚羟基
聚碳酸酯溶解在二氯甲烷中,然后加入氯化钛(IV),随即生成橙 红色络合物。用光度法在546nm确定此种络合物的消失点。采用双 酚A作为外标进行标定。测定极限为约20ppm OH。
d)游离叔丁基苯酚
10g聚碳酸酯溶解在二氯甲烷中并以丙酮和甲醇进行沉淀。滤除 沉淀的聚合物,残余溶液浓缩至约20mL。然后,采用高压液相色谱 术分析该溶液。
色谱条件:反相:C18;移动溶剂:水/乙腈(50%);流率:1mL/min; 波长:220nm。
试验结果显示本发明材料在所有测定的性能上均占优。