本教示內(nèi)容是有關(guān)用于需要良好的阻燃性的應(yīng)用的聚碳酸酯組合物。優(yōu)選聚碳酸酯組合物為高度透明的組合物。所述組合物包括光漫射阻燃聚碳酸酯組合物，其諸如用于照明應(yīng)用。優(yōu)選組合物的阻燃性質(zhì)滿足以下UL標(biāo)準(zhǔn)中的一個或多個(例如全部)：1.0mm下的UL-94 V-0(以及更高)、2.5mm下的UL-94 5VB或2.5mm下的UL-94 5VA。此類組合物可尤其適合用于各種照明應(yīng)用。
發(fā)明背景
聚碳酸酯組合物已用于各種應(yīng)用，其滿足對阻燃性的最低要求和/或?qū)ν该鞫鹊淖畹鸵?。此類聚碳酸酯組合物的實(shí)例描述于EP1288262B1(例如描述眾多種硅氧烷化合物，諸如段落0191和0192中的聚合度大于9的硅氧烷化合物，用于達(dá)成最小水平的阻燃性)、EP2121826B1(例如描述包含PTFE、倍半硅氧烷和炭化鹽阻燃劑的復(fù)合阻燃劑組合物)和EP2058369B1(例如描述眾多種光漫射技術(shù)和支化硅氧烷用于阻燃的用途)中，這些專利全部以引用的方式整體并入本文中。
雖然EP1288262 B1描述了滿足在1.5mm下的UL-94 V-0測試的一部分(即僅在頭兩次施加點(diǎn)火之后的滴落效能)的組合物，但對滿足在1.5mm下的全部UL-94 V-0測試的組合物并無描述。另外，EP1288262 B1未描述滿足在1.0mm下UL-94 V-0的更高要求測試的組合物。
因此，在阻燃性和光學(xué)性質(zhì)重要的諸如照明等應(yīng)用中，對具有改進(jìn)的阻燃性和改進(jìn)的光學(xué)性質(zhì)的材料存在需要。舉例來說，對用于保護(hù)或以其他方式遮蓋光源(例如LED、白熾燈泡、熒光燈泡等)和/或?qū)碜怨庠吹墓饴涞耐鈿ぶ械木厶妓狨ソM合物存在需要。對于經(jīng)濟(jì)地制造外殼(例如遮板)的制造商來說，還對具有優(yōu)良可加工性特性以允許組合物成形(例如通過擠出、注射模制或吹氣模制等)為所需形狀的聚碳酸酯組合物存在需要。
舉例來說，對具有高水平透明度(例如具有高總透光率和/或低霧度)和良好的阻燃性(例如實(shí)現(xiàn)關(guān)于以下UL-94標(biāo)準(zhǔn)中的一個或多個的要求：1.0mm下的V-0、2.5mm下的5VB或2.5mm下的5VA)的高度透明阻燃聚碳酸酯組合物持續(xù)存在需要。舉例來說，對具有高總透光率、低霧度且滿足阻燃性的所有以下UL-94標(biāo)準(zhǔn)的聚碳酸酯組合物存在需要：1.0mm下的V-0、2.5mm下的5VB和2.5mm下的5VA。具體地，在照明應(yīng)用中對總透光率為約90.0％或大于90.0％且霧度為約1.0％或小于1.0％(例如在1.0mm的厚度下)的聚碳酸酯組合物存在需要。
還對具有高水平的霧度和良好的阻燃性(例如實(shí)現(xiàn)以下UL-94標(biāo)準(zhǔn)中的一個或多個的要求：1.0mm下的V-0、2.5mm下的5VB或2.5mm下的5VA)的光漫射阻燃聚碳酸酯組合物持續(xù)存在需要。舉例來說，對具有高總透光率、高霧度且滿足阻燃性的所有以下UL-94標(biāo)準(zhǔn)的聚碳酸酯組合物存在需要：1.0mm下的V-0、2.5mm下的5VB和2.5mm下的5VA。具體地，對于光漫射照明應(yīng)用，需要總透光率為約50％或大于50％且霧度為約50％或大于50％，優(yōu)選約70％或大于70％，且最優(yōu)選約80％或大于80％(在1.0mm的厚度下)。
雖然先前引用的參考文獻(xiàn)教示內(nèi)容可具有一定水平的阻燃性和/或一定水平的透光率/霧度的組合物，但對于根據(jù)本文的教示內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的需要的性質(zhì)或如何可從用于實(shí)現(xiàn)此等性質(zhì)的眾多成分、濃度和組合中進(jìn)行選擇并沒有教示或暗示。
用于實(shí)現(xiàn)光漫射性聚碳酸酯配制物的現(xiàn)有嘗試尚未實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用中所需要水平的阻燃性、可加工性、高透光率和高霧度。舉例來說，許多漫射劑負(fù)面地影響聚碳酸酯組合物的阻燃性、負(fù)面地影響組合物的可加工性或兩者。
發(fā)明概要
本發(fā)明的一個方面是有關(guān)一種透明阻燃劑組合物，其包含以組合物的總重量計(jì)約94重量％至約98.9重量％聚碳酸酯和充足量的一種或多種阻燃劑，使得組合物滿足或超過以下阻燃性要求中的一個或任何組合：(i)2.5mm下的UL-94 5VB、(ii)2.5mm下的UL-94 5VA或(iii)1.0mm下的UL-94 V0、2.5mm下的UL-94 5VB和2.5mm下的UL-94 5VA。優(yōu)選地，所述組合物滿足或超過所有以下要求：(i)2.5mm下的UL-94 5VB、(ii)2.5mm下的UL-94 5VA和(iii)1.0mm下的UL-94 V0、2.5mm下的UL-94 5VB和2.5mm下的UL-94 5VA。
本發(fā)明的另一方面是有關(guān)一種阻燃劑組合物，其包含以組合物的總重量計(jì)約96重量％或大于96重量％聚碳酸酯(優(yōu)選約98重量％至約98.9重量％聚碳酸酯)和充足量的一種或多種阻燃劑，使得組合物滿足或超過以下阻燃性要求中的一個或任何組合：(i)2.5mm下的UL-94 5VB、(ii)2.5mm下的UL-94 5VA或(iii)1.0mm下的UL-94 V0、2.5mm下的UL-94 5VB和2.5mm下的UL-94 5VA；且霧度為約1％或小于1％，且總透光率為約80％或大于80％，兩者是根據(jù)ASTM D1003在1mm的厚度下測量。
本發(fā)明的另一方面是有關(guān)一種阻燃劑組合物，其包含以組合物的總重量計(jì)約92重量％或大于92重量％聚碳酸酯(優(yōu)選約94重量％至約98.9重量％聚碳酸酯)、約0.1重量％或大于0.1重量％的光漫射劑和充足量的一種或多種阻燃劑，使得組合物滿足或超過以下阻燃性要求中的一個或任何組合(優(yōu)選全部)：(i)2.5mm下的UL-94 5VB、(ii)2.5mm下的UL-94 5VA或(iii)1.0mm下的UL-94 V0、2.5mm下的UL-94 5VB和2.5mm下的UL-94 5VA；且霧度根據(jù)ASTM E2387在1mm的厚度下測量為約50％或大于50％，且透明度根據(jù)ASTM D1003在1mm的透明度下測量為約80％或大于80％。
以上所提及的任一本發(fā)明方面可進(jìn)一步以下列中的一個或任何組合為特征：聚碳酸酯的平均分子量為約25,000a.m.u.或大于25,000a.m.u.；或聚碳酸酯的平均分子量為約30,000a.m.u.或大于30,000a.m.u.；或聚碳酸酯的平均分子量為約40,000a.m.u.或小于40,000a.m.u.；或一種或多種阻燃劑包括炭化鹽阻燃劑；或炭化鹽阻燃劑包括全氟丁磺酸鉀或基本上由其組成；或炭化鹽阻燃劑(例如全氟丁磺酸鉀)以按組合物的總重量計(jì)約0.05重量％或大于0.05重量％的濃度存在；或炭化鹽阻燃劑(例如全氟丁磺酸鉀)以按組合物的總重量計(jì)約0.2500重量％或小于0.2500重量％的濃度存在；或炭化鹽阻燃劑包含以炭化鹽阻燃劑的總重量計(jì)約75重量％或大于75重量％全氟丁磺酸鉀；或阻燃劑包含低分子量硅氧烷化合物；或低分子量硅氧烷化合物以按組合物的總重量計(jì)約1.1重量％或大于1.1重量％的濃度存在；或低分子量硅氧烷化合物以按組合物的總重量計(jì)約1.9重量％或小于1.9重量％的濃度存在；或低分子量硅氧烷化合物的聚合度為3或大于3；或低分子量硅氧烷化合物的聚合度為4或大于4；或低分子量硅氧烷化合物的聚合度為約10或小于10，或低分子量硅氧烷化合物的聚合度為約9或小于9；或低分子量硅氧烷化合物的聚合度為約8或小于8；或低分子量硅氧烷化合物的聚合度為約6或小于6；或光漫射劑的平均粒徑為約0.2μm或大于0.2μm；或光漫射劑的平均粒徑為約20μm或大于20μm；或低分子量硅氧烷化合物包含以低分子量硅氧烷化合物的總重量計(jì)約30重量％或大于30重量％苯基；或低分子量硅氧烷化合物包含以低分子量硅氧烷化合物的總重量計(jì)約75重量％或小于75重量％苯基；或低分子量硅氧烷化合物包含每100g低分子量硅氧烷化合物約0.10摩爾或大于0.10摩爾Si-H基團(tuán)；或低分子量硅氧烷化合物包含每100g低分子量硅氧烷化合物約1.0摩爾或小于1.0摩爾Si-H基團(tuán)；或光漫射劑在約25℃下為固體；或光漫射劑為基于硅氧烷的光漫射劑；或聚碳酸酯、炭化鹽阻燃劑、輕重量硅氧烷化合物和光漫射劑的總重量為約99.5重量％或大于99.5重量％；或聚碳酸酯、炭化鹽阻燃劑、輕重量硅氧烷化合物和光漫射劑的總重量為約100.0重量％或小于100.0重量％；或光漫射劑以按組合物的總重量計(jì)約4重量％或小于4重量％的濃度存在；或炭化鹽阻燃劑以按組合物的總重量計(jì)約0.090重量％或小于0.090重量％的濃度存在；或組合物基本上(例如完全)不含PTFE；或組合物基本上不含(例如完全不含)抗沖擊改性劑；或組合物基本上(例如完全)不含含苯乙烯聚合物和聚酯；或組合物包含紫外線吸收劑和/或光學(xué)增亮劑。
發(fā)明詳述
根據(jù)本文教示內(nèi)容的組合物可滿足對透明阻燃聚碳酸酯組合物的需要中的一個或多個，所述透明阻燃聚碳酸酯組合物具有高總透光率(例如約80％或大于80％，優(yōu)選約85％或大于85％，更優(yōu)選約90％或大于90％)，具有低霧度(例如約4％或小于4％，優(yōu)選約2％或小于2％，甚至更優(yōu)選約1％或小于1％)和良好的阻燃性(例如滿足或超過以下要求：(i)2.5mm下的UL-94 5VB、(ii)2.5mm下的UL-94 5VA或優(yōu)選(iii)1.0mm下的UL-94 V0、2.5mm下的UL-94 5VB和2.5mm下的UL-94 5VA。
根據(jù)本文教示內(nèi)容的組合物可滿足對光漫射阻燃聚碳酸酯組合物的需要中的一個或多個，所述光漫射阻燃聚碳酸酯組合物具有高總透光率(例如約47％或大于47％，優(yōu)選約50％或大于50％，更優(yōu)選約53％或大于53％)，具有高霧度(例如約70％或大于70％，優(yōu)選約80％或大于80％，甚至更優(yōu)選約90％或大于90％)和良好的阻燃性(例如滿足或超過以下要求：(i)2.5mm下的UL-94 5VB、(ii)2.5mm下的UL-94 5VA或優(yōu)選(iii)1.0mm下的UL-94 V0、UL-94 5VB和UL-94 5VA。
組合物使用阻燃劑與高濃度聚碳酸酯的組合，以實(shí)現(xiàn)i)高透明度與ii)高水平的阻燃性的意外組合；同時維持可加工性。
聚碳酸酯
根據(jù)本文教示內(nèi)容的組合物包含一種或多種聚碳酸酯。聚碳酸酯可包括兩種或兩種以上聚合物(例如各具有不同熔體流動速率的兩種或兩種以上聚碳酸酯)的組合。聚碳酸酯可包括一種或多種支化聚合物、一種或多種線型聚合物或兩者。
可用于根據(jù)本文教示內(nèi)容的阻燃劑組合物中的聚碳酸酯的實(shí)例包括芳族碳酸酯聚合物，諸如三苯甲基二醇碳酸酯，其描述于美國專利第3,036,036號；第3,036,037號；第3,036,038號和第3,036,039號中；雙(芳羥基苯基)-亞烷基的聚碳酸酯(也稱為雙酚A型二醇)，包括其芳族和脂族取代衍生物，諸如美國專利第2,999,835號；第3,028,365號和第3,334,154號中所公開的；和衍生自其他芳族二醇的碳酸酯聚合物，諸如美國專利第3,169,121號中所描述的。聚碳酸酯可衍生自(1)兩種或兩種以上不同二元酚或(2)二元酚和二醇或羥基封端或酸封端的聚酯，或者在需要碳酸酯共聚物或互聚物而非均聚物的情況下的二元酸。一種或多種聚碳酸酯可包括共混物，其包含以上碳酸酯聚合物中的一種或多種或由其組成?？捎糜诟鶕?jù)本文教示內(nèi)容的阻燃劑組合物中的聚碳酸酯的其他實(shí)例包括酯/碳酸酯共聚物，諸如描述于美國專利第3,169,121號；第4,105,633號；第4,156,069號；第4,225,556號；第4,260,731號；第4,287,787號；第4,330,662號；第4,355,150號；第4,360,656號；第4,374,973號；和第4,388,455號中的那些。優(yōu)選聚碳酸酯包括雙酚A的聚碳酸酯和衍生物，包括雙酚A的共聚碳酸酯。為了進(jìn)一步說明，聚碳酸酯的實(shí)例描述于以引用的方式并入本文中的EP 0496258B1中。聚碳酸酯可包括如以引用的方式并入本文中的美國專利第5,904,673號中所描述的碳酸酯聚合物。舉例來說，聚碳酸酯可包括支化聚碳酸酯與線型聚碳酸酯的共混物。用于制備碳酸酯聚合物的方法為熟知的，例如以上所提及的以全文引用的方式并入本文中的專利中所公開的若干適合的方法。
用于根據(jù)本文教示內(nèi)容的阻燃劑組合物中的優(yōu)選支化聚碳酸酯聚合物可通過任何適合的方法來制備。舉例來說，其可通過使二元酚與光氣在三元酚和/或四元酚存在下反應(yīng)來制備。美國專利第3,544,514號公開了方法細(xì)節(jié)且此專利以引用的方式并入本文中?？纱禋饽Ｖ茦渲推渌栊再|(zhì)教示于美國專利第4,652,602號和第4,474,999號中，所述專利以引用的方式并入本文中。另參見美國專利第6,613,869號；第5,597,887號；和第5,198,527號，其均以引用的方式并入本文中。舉例來說，美國專利第6,613,869號描述了一種可能的制備支化聚碳酸酯的方法，根據(jù)所述方法，使用熔融酯交換法，以及三官能支化劑(例如1,1,1-三(4-羥苯基)乙烷；3,3-雙(3-甲基-4-羥苯基)-2-氧代-2,3-二氫吲哚；或兩者))。
聚碳酸酯可以充足濃度存在，使得組合物具有一種或多種大體上良好的光學(xué)性質(zhì)、一種或多種大體上良好的機(jī)械性質(zhì)和/或一種或多種大體上良好的可加工性，諸如類似于聚碳酸酯的性質(zhì)。聚碳酸酯可以按組合物的總重量計(jì)約90重量％或大于90重量％、優(yōu)選約92重量％或大于92重量％、更優(yōu)選約94重量％或大于94重量％且最優(yōu)選約96重量％或大于96重量％的量存在。聚碳酸酯優(yōu)選以按組合物的總重量計(jì)約99.5重量％或小于99.5重量％、更優(yōu)選約99.2重量％或小于重量％、甚至更優(yōu)選約99.0重量％或小于99.0重量％且最優(yōu)選約98.9重量％或小于98.9重量％的量存在。
當(dāng)用于根據(jù)本文教示內(nèi)容具有高透光率和低霧度的阻燃劑組合物中時，聚碳酸酯優(yōu)選以足夠高的濃度存在，使得總透光率為約80％或大于80％、約84％或大于84％、約88％或大于88％、約89％或大于89％或約90％或大于90％(如根據(jù)ASTM D1004在1mm下所測量)。對于此類組合物，聚碳酸酯優(yōu)選以約95重量％或大于95重量％、更優(yōu)選約97重量％或大于97重量％、甚至更優(yōu)選約97.6重量％或大于97.6重量％、甚至更優(yōu)選約98.0重量％或大于98.0重量％且最優(yōu)選約98.1重量％或大于98.1重量％的濃度存在。
當(dāng)用于光漫射阻燃劑組合物中時，聚碳酸酯可以足夠低的量存在，使得組合物通常具有高霧度，諸如根據(jù)本文教示內(nèi)容的霧度水平。舉例來說，聚碳酸酯的濃度可為約98.9重量％或小于98.9重量％、優(yōu)選約98.7重量％或小于98.7重量％、更優(yōu)選約98.5重量％或小于98.5重量％且最優(yōu)選約98.3重量％或小于98.3重量％。
優(yōu)選聚碳酸酯的熔體流動速率如根據(jù)ISO 1133在300℃/1.2kg下所測量為約0.3g/10min或大于0.3g/10min，更優(yōu)選約0.8g/10min或大于0.8g/10min，甚至更優(yōu)選約1.0g/10min或大于1.0g/10min，且最優(yōu)選約1.5g/10min或大于1.5g/10min。優(yōu)選聚碳酸酯的熔體流動速率為約19g/10min或小于19g/10min、更優(yōu)選約10g/10min或小于10g/10min、甚至更優(yōu)選約7g/10min或小于7g/10min且最優(yōu)選約5g/10min或小于5g/10min。
聚碳酸酯的分子量優(yōu)選足夠高，使得組合物具有良好的阻燃效能。優(yōu)選地，聚碳酸酯的重均分子量為約25,000a.m.u(即原子質(zhì)量單位)或大于25,000a.m.u、更優(yōu)選約28,000a.m.u.或大于28,000a.m.u.且最優(yōu)選約30,000a.m.u.或大于30,000a.m.u.。聚碳酸酯的分子量優(yōu)選足夠低，使得可在加工之后維持良好的阻燃效能、良好的透光率和良好的霧度。聚碳酸酯可展現(xiàn)約120,000a.m.u.或小于120,000a.m.u.、更優(yōu)選約90,000a.m.u.或小于90,000a.m.u.、甚至更優(yōu)選約60,000a.m.u.或小于60,000a.m.u.、甚至更優(yōu)選約44,000a.m.u.或小于44,000a.m.u.且最優(yōu)選約42,000a.m.u.或小于42,000a.m.u.的重均分子量(Mw)。聚碳酸酯的分子量優(yōu)選足夠低，使得其可注射模制、吹氣模制、擠出或其任何組合。對于需要良好的加工性能的組合物，聚碳酸酯的重均分子量優(yōu)選為約40,000a.m.u.或小于40,000a.m.u.、更優(yōu)選約38,000a.m.u.或小于38,000a.m.u.且最優(yōu)選約37,000a.m.u.或小于37,000a.m.u.。如本文所用，“重均分子量”是根據(jù)液相色譜法測定，通過所述方法通過將樣品與10mL氯仿混合至少8小時制得0.02克樣品。然后，經(jīng)由0.2μ注射器過濾器過濾且通過尺寸排阻色譜(SEC)分析混合物。將結(jié)果相對于具有已知分子量的參考物質(zhì)進(jìn)行分析。使用偶接有紫外光偵測器(例如色譜法吸亮度偵測器，諸如可購自Applied Biosystems的Model 757)的兩個混合床柱(例如可購自Varian,Inc.)表征樣品。柱溫度保持在約35℃下。樣品的流速為約1ml/min。使用四氫呋喃洗脫劑來提供各約15μl的樣品大小。分子量的度量單位典型地為道爾頓。
用于本文中的聚碳酸酯的優(yōu)選性質(zhì)和特征典型地將包括以下中的至少一個或任何組合：根據(jù)ASTM D790-07的撓曲模數(shù)(正切)為約1800MPa或大于1800MPa(更優(yōu)選約2200MPa或大于2200MPa)；撓曲模數(shù)為約3000MPa或小于3000MPa(更優(yōu)選約2700MPa或小于2700MPa)；根據(jù)ASTM D648-07的載荷下?lián)锨鷾囟?DTUL)(1.81MPa)為約105℃或大于105℃(更優(yōu)選約125℃或大于125℃，且最優(yōu)選約130℃或大于130℃)；根據(jù)ASTM D638-03(ISO 527-1)的斷裂拉伸伸長率為約80％或大于80％(更優(yōu)選約90％或大于90％且最優(yōu)選約100％或大于100％)；斷裂拉伸伸長率為約300％或小于300％(例如約200％或小于200％)；根據(jù)ISO 180/A(在23℃下)的缺口艾氏沖擊強(qiáng)度(Izod impact strength)為約20kJ/m2或大于20kJ/m2(更優(yōu)選約45kJ/m2或大于45kJ/m2且最優(yōu)選約75kJ/m2或大于75kJ/m2)；或缺口艾氏沖擊強(qiáng)度為約180kJ/m2或小于180kJ/m2(例如約130kJ/m2或小于130kJ/m2)。
市售聚碳酸酯的實(shí)例包括可以名稱購自Styron LLC或其分支機(jī)構(gòu)的那些，諸如200-3和600-3。
炭化鹽阻燃劑
根據(jù)本文教示內(nèi)容的聚碳酸酯組合物優(yōu)選包含一種或多種炭化鹽阻燃劑。炭化鹽阻燃劑優(yōu)選包括堿金屬鹽、堿土金屬鹽或兩者。舉例來說，炭化鹽阻燃劑可包括鉀鹽、鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽或其任何組合。最優(yōu)選地，炭化鹽阻燃劑包括一種或多種鉀鹽或基本上由其組成。優(yōu)選炭化鹽阻燃劑為包含一個或多個硫原子的鹽。更優(yōu)選地，炭化鹽阻燃劑包括磺酸鹽或基本上由其組成。含硫的鹽(例如磺酸鹽)優(yōu)選包含一個或多個含碳基團(tuán)。炭化鹽中碳原子的數(shù)目優(yōu)選為約11或小于11、更優(yōu)選約7或小于7且最優(yōu)選約5或小于5。炭化鹽阻燃劑中碳原子的數(shù)目可為1或大于1、2或大于2、3或大于3或者4或大于4。含碳基團(tuán)優(yōu)選為非環(huán)的。含碳基團(tuán)優(yōu)選包含一個或多個鹵素原子(例如氟、氯、溴或其任何組合)。舉例來說，含碳基團(tuán)可包括具有一個或多個氟原子的氟烷(例如全氟烷，諸如全氟丁烷、全氟己烷、全氟戊烷、全氟庚烷、全氟丙烷或全氟辛烷)。特別優(yōu)選炭化鹽阻燃劑包括一種或多種全氟烷磺酸鉀(諸如全氟丁磺酸鉀)或基本上由其組成。優(yōu)選地，炭化鹽阻燃劑包括以炭化鹽阻燃劑的總重量計(jì)約55重量％或大于55重量％、更優(yōu)選約65重量％或大于65重量％、甚至更優(yōu)選約75重量％或大于75重量％且最優(yōu)選約95重量％或大于95重量％的濃度的全氟丁磺酸鉀。
炭化鹽阻燃劑優(yōu)選在周圍條件下可溶于聚碳酸酯。舉例來說，炭化鹽阻燃劑優(yōu)選不從溶液中沉淀出來形成粒子(例如直徑為約0.2μm或大于0.2μm的粒子)。炭化鹽阻燃劑優(yōu)選在聚碳酸酯中穩(wěn)定(即可溶)約168小時或多于168小時、約500小時或多于500小時、約2,000小時或多于2,000小時或約10,000小時或多于10,000小時。
炭化鹽阻燃劑應(yīng)以足夠高的濃度存在，使得組合物具有高水平的阻燃性(即滿足UL-94V-0、UL-94 5VA、UL-94 5VB或其任何組合的要求)。優(yōu)選地，炭化鹽阻燃劑(例如全氟丁磺酸鉀)以約0.040重量％或大于0.040重量％、更優(yōu)選約0.045重量％或大于0.045重量％、甚至更優(yōu)選約0.050重量％或大于0.050重量％且最優(yōu)選約0.055重量％或大于0.055重量％的濃度存在。
當(dāng)用于根據(jù)本文教示內(nèi)容具有高透光率和低霧度的阻燃劑組合物中時，炭化鹽阻燃劑優(yōu)選以足夠低濃度的濃度存在，使得總透光率為約80％或大于80％、約84％或大于84％、約88％或大于88％、約89％或大于89％或約90％或大于90％(如根據(jù)ASTM D1004在1mm下所測量)。舉例來說，炭化鹽阻燃劑(例如全氟丁磺酸鉀)可以按組合物的總重量計(jì)約0.120重量％或小于0.120重量％、更優(yōu)選約0.095重量％或小于0.095重量％、甚至更優(yōu)選約0.090重量％或小于0.090重量％且最優(yōu)選約0.085重量％或小于0.085重量％的濃度存在。
當(dāng)用于具有高水平的光散射且包含光漫射劑的阻燃劑組合物中時，可使用較高濃度的炭化鹽阻燃劑(例如全氟丁磺酸鉀)(與具有高總透光率和低霧度的組合物相比)。然而，已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)在高濃度的炭化鹽阻燃劑下，組合物可能不滿足以下耐火性閾值中的一個或多個：UL-94 V-0；UL-94 5VA；或UL-94 5VB。當(dāng)用于具有高水平的光散射且包含光漫射劑的阻燃劑組合物中時，炭化鹽阻燃劑(例如全氟丁磺酸鉀)優(yōu)選為以組合物的總重量計(jì)約0.300重量％或小于0.300重量％、更優(yōu)選約0.270重量％或小于0.270重量％、甚至更優(yōu)選約0.250重量％或小于0.250重量％且最優(yōu)選約0.200重量％或小于0.200重量％(例如約0.100重量％或小于0.100重量％或約0.090重量％或小于0.090重量％)。
低分子量硅氧烷化合物
聚合物組合物優(yōu)選包含一種或多種低分子量硅氧烷化合物。在不受理論約束的情況下，認(rèn)為低分子量硅氧烷化合物充當(dāng)阻燃劑且/或改進(jìn)組合物中一種或多種其他組分的阻燃有效性。低分子量硅氧烷化合物優(yōu)選為包括一個或多個Si-H基團(tuán)的寡聚物。低分子量硅氧烷化合物可通過聚合度n來表征，其表示分子中單體單位的平均(例如加權(quán)平均)數(shù)目。聚合度優(yōu)選足夠高，使得低分子量通常具有低揮發(fā)性。如本文所用，硅氧烷化合物具有低揮發(fā)性意謂在聚碳酸酯組合物的典型加工溫度期間化合物不釋氣和/或析出。優(yōu)選低分子量硅氧烷化合物的聚合度(例如平均聚合度)為約2或大于2、更優(yōu)選約3或大于3且最優(yōu)選約4或大于4。低分子量硅氧烷化合物優(yōu)選具有足夠聚合度，使得組合物具有高總透光率、低霧度或兩者。當(dāng)聚合度高(例如大于9)時，低分子量硅氧烷化合物可使得組合物具有高霧度和或低透光率。在不受理論約束的情況下，認(rèn)為平均聚合度大于9的化合物可產(chǎn)生與聚碳酸酯基質(zhì)部分或完全不相容性。低分子量硅氧烷化合物的聚合度優(yōu)選為約9或小于9、更優(yōu)選約8或小于8、甚至更優(yōu)選約7或小于7且最優(yōu)選約6或小于6。低分子量硅氧烷化合物的熔融溫度(例如峰值熔融溫度)優(yōu)選為約60℃或小于60℃，且最優(yōu)選在25℃下為液體。
低分子量硅氧烷化合物優(yōu)選包含一個或多個Si-H基團(tuán)。低分子量硅氧烷化合物中Si-H基團(tuán)的量優(yōu)選為以低分子量硅氧烷化合物的總重量計(jì)約0.05摩爾/100g或大于0.05摩爾/100g、更優(yōu)選約0.10摩爾/100g或大于0.10摩爾/100g、甚至更優(yōu)選0.15摩爾/100g或大于0.15摩爾/100g、甚至更優(yōu)選約0.20摩爾/100g或大于0.20摩爾/100g且最優(yōu)選約0.25摩爾/100g或大于0.25摩爾/100g。Si-H基團(tuán)的量優(yōu)選為以低分子量硅氧烷化合物的總重量計(jì)約1.2摩爾/100g或小于1.2摩爾/100g、更優(yōu)選約1.0摩爾/100g或小于1.0摩爾/100g、甚至更優(yōu)選約0.90摩爾/100g或小于0.90摩爾/100g且最優(yōu)選約0.80摩爾/100g或小于0.80摩爾/100g。
低分子量硅氧烷化合物包含一個或多個苯基。低分子量硅氧烷化合物中苯基的量優(yōu)選為以低分子量硅氧烷化合物的總重量計(jì)約30重量％或大于30重量％、更優(yōu)選約35重量％或大于35重量％且最優(yōu)選約40重量％或大于40重量％。低分子量硅氧烷化合物中苯基的量優(yōu)選為以低分子量硅氧烷化合物的總重量計(jì)約75重量％或小于75重量％、甚至更優(yōu)選約70重量％或小于70重量％且最優(yōu)選約65重量％或小于65重量％。
低分子量硅氧烷化合物優(yōu)選以足以使聚合物組合物具有良好的阻燃性(即滿足或超過以下要求：1mm下的UL-94 V-0、2.5mm下的UL-94 5VA、2.5mm下的UL-94 5VB或其任何組合)的量存在。優(yōu)選地，低分子量硅氧烷化合物的濃度為以聚合物組合物的總重量計(jì)約1.1重量％或大于1.1重量％、更優(yōu)選約1.2重量％或大于1.2重量％且最優(yōu)選約1.25重量％或大于1.25重量％。當(dāng)?shù)头肿恿孔枞紕┑臐舛雀哂?.9重量％時，聚合物組合物的阻燃特性可受損害。優(yōu)選地，低分子量硅氧烷化合物的濃度為以聚合物組合物的總重量計(jì)約1.9重量％或小于1.9重量％、更優(yōu)選約1.8重量％或小于1.8重量％且最優(yōu)選約1.75重量％或小于1.75重量％。
特別優(yōu)選低分子量硅氧烷化合物為可購自Shin Etsu的KR-2710。KR-2710為苯基-硅氧烷阻燃劑，其在25℃下的折射率為約1.52。KR-2710為在25℃下粘度為約50mm2/s、比重為約1.07的無色透明液體。KR-2710為具有Si-H基團(tuán)的苯基甲基聚硅氧烷。
諸如X-40-9800(可購自Shin Etsu)等較高分子量硅氧烷化合物不太有效且可能無法實(shí)現(xiàn)根據(jù)本文教示內(nèi)容的效能要求中的一個或多個。X-40-9800為具有甲基和苯基取代基的支化硅氧烷。X-40-9800通常不含Si-H基團(tuán)。X-40-9800在25℃下為粉末且聚合度大于約10。
根據(jù)本文教示內(nèi)容的透明阻燃聚碳酸酯組合物優(yōu)選基本上不含或完全不含i)抗沖擊改性劑(諸如苯乙烯嵌段共聚物)、ii)含氟聚合物、iii)聚酯(例如聚對苯二甲酸亞乙酯、聚對苯二甲酸亞丁酯或兩者)或iv)其任何組合。舉例來說，透明阻燃聚碳酸酯組合物可基本上不含(或完全不含)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(即ABS)，透明阻燃劑組合物可基本上不含(或完全不含)甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(即MBS)或兩者。如果存在，則諸如苯乙烯嵌段共聚物等抗沖擊改性劑的濃度(例如任何ABS的濃度、任何MBS的濃度或ABS與MBS的總濃度)可為以組合物的總重量計(jì)約0.3重量％或小于0.3重量％、優(yōu)選約0.2重量％或小于0.2重量％、甚至更優(yōu)選約0.1重量％或小于0.1重量％且最優(yōu)選約0.05重量％或小于0.05重量％。如果存在，則任何聚酯的濃度(例如任何PET的濃度、任何PBT的濃度或PET與PBT的總濃度)可為以組合物的總重量計(jì)約0.3重量％或小于0.3重量％、優(yōu)選約0.2重量％或小于0.2重量％、甚至更優(yōu)選約0.1重量％或小于0.1重量％且最優(yōu)選約0.05重量％或小于0.05重量％。如果存在，則任何含氟聚合物的濃度(例如任何聚氟烷(諸如聚四氟乙烯)的濃度)可為以組合物的總重量計(jì)約0.3重量％或小于0.3重量％、優(yōu)選約0.2重量％或小于0.2重量％、甚至更優(yōu)選約0.1重量％或小于0.1重量％且最優(yōu)選約0.05重量％或小于0.05重量％。
光漫射劑
在一個方面，組合物為根據(jù)本文教示內(nèi)容的光漫射組合物。光漫射組合物可包含一種或多種光漫射劑。光漫射劑在25℃下可呈固體粒子形式。優(yōu)選光漫射劑在聚碳酸酯組合物的加工期間保持呈固體粒子形式。舉例來說，光漫射劑可在約220℃、約250℃、約275℃、約300℃或約325℃的溫度下為固體。光漫射劑的平均粒度應(yīng)足夠高，使得粒子可漫射光。舉例來說，光漫射劑的平均粒度可為約0.1μm或大于0.1μm、優(yōu)選約0.3μm或大于0.3μm、甚至更優(yōu)選約0.5μm或大于0.5μm、甚至更優(yōu)選約0.7μm或大于0.7μm且最優(yōu)選約0.8μm或大于0.8μm。光漫射劑的平均粒度優(yōu)選為約200μm或小于200μm、更優(yōu)選約80μm或小于80μm、甚至更優(yōu)選約40μm或小于40μm、甚至更優(yōu)選約20μm或小于20μm且最優(yōu)選約10μm或小于10μm。
光漫射劑的折射率與聚碳酸酯的折射率的比率優(yōu)選為約0.8或大于0.8、更優(yōu)選約0.85或大于0.85、甚至更優(yōu)選約0.90或大于0.90且最優(yōu)選約0.92或大于0.92。光漫射劑的折射率與聚碳酸酯的折射率的比率優(yōu)選為約1.4或小于1.4、更優(yōu)選約1.25或小于1.25、甚至更優(yōu)選約1.15或小于1.15且最優(yōu)選約1.10或小于1.10。
特別優(yōu)選光漫射劑為基于硅氧烷的漫射劑。其可為大體上球形或可具有非球形幾何形狀。光漫射劑可具有大體上光滑表面或可具有帶紋理的表面或以其他方式不大體上光滑。
在沒有限制的情況下，光漫射劑的實(shí)例TOSPEARL型、GANZPEARL型、硅氧烷彈性體粉末(例如具有甲基酰氧基官能團(tuán)，諸如DOWEP-2720型硅氧烷，現(xiàn)可從DOW CORNING CORPORATION以DOW CORNING 30-424ADDITIVE形式商購獲得)和聚倍半硅氧烷粉末(例如聚甲基倍半硅氧烷球形粉末，諸如來自ABS NANOTECH CO.,LTD.的呈E+粉末形式的市售粉末，包括例如E+508和E+520)。
優(yōu)選組合物基本上不含或完全不含具有氟官能團(tuán)的聚合抗滴落劑。舉例來說，聚碳酸酯組合物可基本上不含或完全不含PTFE抗滴落劑。
根據(jù)本文教示內(nèi)容的光漫射組合物的總透光性如根據(jù)ASTM D1003在1.0mm的厚度下所測量優(yōu)選為約47％或大于47％、優(yōu)選約50％或大于50％且最優(yōu)選約54％或大于54％。光漫射組合物的霧度如根據(jù)ASTM E2387在1.0mm的厚度下所測量可為約50％或大于50％、更優(yōu)選約60％或大于60％、甚至更優(yōu)選約70％或大于70％且最優(yōu)選約80％或大于80％。
測試方法
阻燃性
對長度為約125mm、寬度為約13mm且厚度為約1.0mm(用于UL94 V-0)或2.5mm(用于UL94 5VB和UL-94 5VA)的試樣測試阻燃性。使第一組5個試樣在23℃和50％相對濕度下適應(yīng)48小時。使第二組5個試樣在70℃下適應(yīng)7天。安裝試樣，使其長度沿豎直方向，且于試樣頂部進(jìn)行支撐。對于UL94V-0方法，試樣的下端在燃燒管上方約10mm，且向試樣的下邊緣中心施加20mm高的豎直藍(lán)色火焰持續(xù)10秒，且然后移除。如果燃燒在30秒內(nèi)停止，則再施加火焰10秒。對于UL94 5VA和5VB，火焰要強(qiáng)得多且具有從燃燒管延伸約40mm的藍(lán)色錐體，且總火焰長度為約125mm，且藍(lán)色錐體的末端是施加于試樣的底端，且燃燒器相對于豎直方向(即相對于測試試樣)成20°角。
UL94V-0：在施加任何測試火焰之后，試樣可不以有焰燃燒燃燒超過10秒；一組5個試樣的總?cè)紵龝r間可不超過50秒；試樣可不以有焰或熾熱燃燒燃燒至固定夾；試樣可不滴落點(diǎn)燃置放于測試試樣下方300mm處的干燥吸收性外科用棉花的燃燒粒子；且試樣在第二次移除測試火焰之后可不具有持續(xù)超過30秒的熾熱燃燒。
UL94 5VA和5VB
豎直測試(5VA,5VB)
對棒狀試樣和板狀試樣進(jìn)行測試。將棒狀試樣以豎直方位進(jìn)行支撐且以20°角度向試樣的一個下部邊角施加火焰。施加火焰5秒且移除5秒?；鹧媸┘雍鸵瞥貜?fù)五次。用于板狀物的程序與棒狀物相同，除了板狀試樣是水平安裝且向板狀物的底面中心施加火焰。與V-0標(biāo)準(zhǔn)測試的點(diǎn)火源相比，5VA和5VB標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)火源猛烈約5倍。試樣的厚度為約2.5mm。
為了使材料滿足UL-94 5VA要求，(i)在五次火焰施加之后試樣不能具有任何有焰或熾熱燃燒超過60秒；(ii)試樣不能滴落點(diǎn)燃棉花的燃燒粒子；且(iii)板狀試樣不能展現(xiàn)燒穿(孔)。
為了使材料滿足UL-94 5VB要求，(i)在五次火焰施加之后試樣不能具有任何有焰或熾熱燃燒超過60秒；(ii)試樣不能滴落點(diǎn)燃棉花的燃燒粒子；且(iii)試樣可展現(xiàn)燒穿(孔)。
由于UL-94 5VA和UL-94 5VB測試使用更猛烈的點(diǎn)火源且不允許滴落任何燃燒粒子，故與UL-94 V-0相比此等測試總體上更難以合格。典型地，為通過此等更猛烈阻燃性測試，已使用高加載量的阻燃劑，從而產(chǎn)生通常具有低總透光率的組合物。
透明度
根據(jù)本文教示內(nèi)容，在一個方面，聚合物組合物具有高透明度。透明度可通過如根據(jù)ASTM D1003所測量的總透光率來確定。舉例來說，聚合物組合物的總透光率(即透光率)如根據(jù)ASTM D1003在約1mm的厚度下所測量可為約80％或大于80％、優(yōu)選約84％或大于84％、更優(yōu)選約88％或大于88％、甚至更優(yōu)選約89％或大于89％且最優(yōu)選約90％或大于90％。如根據(jù)ASTM D1003在約1mm的厚度下所測量，總透光率可為約100％或小于100％、約98％或小于98％、約96％或小于96％或約94％或小于94％。
當(dāng)霧度為約30％或小于30％時，霧度可根據(jù)ASTM D1003(透明塑料的霧度和透光率的標(biāo)準(zhǔn)測試方法)測量。如果霧度大于30％，則其應(yīng)根據(jù)操作規(guī)程E2387(ASTM E2387測角光散射測量的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程)測試。
應(yīng)了解，聚合物組合物的兩種或兩種以上組分可反應(yīng)，從而產(chǎn)生一種或多種反應(yīng)產(chǎn)物。對聚合物組合物的描述包括此類反應(yīng)產(chǎn)物。舉例來說，如果組合物包含作為組合1份組分A與1份組分B的結(jié)果的2份反應(yīng)產(chǎn)物C，則描述為具有1份組分A和1份組分B的組合物還描述具有2份反應(yīng)產(chǎn)物C的組合物。
根據(jù)本文教示內(nèi)容的聚合物組合物優(yōu)選能夠使用典型地用于聚碳酸酯的加工設(shè)備成形為零部件。舉例來說，聚合物組合物可使用以下來成形：模制機(jī)(例如注射模制機(jī)、壓制模制機(jī)、壓力模制模制機(jī)或注射模制機(jī))；擠出機(jī)(例如片材擠出機(jī)、型材擠出機(jī)等)或形成型坯且然后通過向型坯中吹氣(例如空氣、惰性氣體或其他氣體)使型坯膨脹的設(shè)備(諸如吹氣模制設(shè)備)。優(yōu)選組合物能夠通過注射模制、擠出或吹氣模制來加工。
根據(jù)本文教示內(nèi)容的組合物可用于需要良好的阻燃特性和或良好的光學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用中。舉例來說，組合物可用于照明應(yīng)用中。組合物可在具有光源的用于照明應(yīng)用裝置的外殼組件中獲得特別有利用途，其中外殼組件部分或完全遮蓋光源。舉例來說，組合物可用于需要高總透光率的裝置中，以使得來自光源的基本上所有光穿過外殼組件。在一個方面，組合物可用于需要非常低水平的霧度的外殼組件中。在另一方面，組合物可用于需要外殼漫射光且因此需要高水平的霧度的外殼組件中。
如本文所用，重量份是指特定提及的組合物的100重量份。以上申請中所敘述的任何數(shù)值包括以一個單位為增量從下限值至上限值的所有值，前提條件是在任何下限值與任何較高值之間存在至少2個單位的間隔。舉例來說，如果陳述組分的量或方法變量(諸如溫度、壓力、時間等)的值為例如1至90、優(yōu)選20至80、更優(yōu)選30至70，則意在將諸如15至85、22至68、43至51、30至32等值明確地列舉于本說明書中。對于小于1的值，酌情將一個單位視為0.0001、0.001、0.01或0.1。此等僅為特定意指內(nèi)容的實(shí)例，且所列舉的最低值與最高值之間的數(shù)值的所有可能組合視為以類似方式明確陳述于本申請中。除非另外說明，否則所有范圍包括兩個端點(diǎn)和端點(diǎn)之間的所有數(shù)值。與某一范圍結(jié)合使用的“約”或“大致”適用于所述范圍的兩個端點(diǎn)。因此，“約20至30”旨在涵蓋“約20至約30”，至少包括指定端點(diǎn)。用于描述組合物或組合的術(shù)語“基本上由...組成”和“基本上由...組成”應(yīng)包括所確定的要素、成分、組分或步驟和不基本上影響所述組合的基本和新穎特征的其他此類要素成分、組分或步驟。用于描述要素、成分、組分或步驟的組合的術(shù)語“包含”或“包括”的使用在本文中還涵蓋基本上由所述要素、成分、組分或步驟組成的實(shí)施例。多個要素、成分、組分或步驟可通過單數(shù)整合要素、成分、組分或步驟來提供?；蛘?，單一的整合要素、成分、組分或步驟可分成單獨(dú)的多個要素、成分、組分或步驟。公開用于描述要素、成分、組分或步驟的“一”或“一個”不旨在排除其他要素、成分、組分或步驟。
實(shí)施例
根據(jù)本文教示內(nèi)容的組合物是通過將聚碳酸酯與組合物的其他組分(例如炭化鹽阻燃劑、低分子量硅氧烷化合物)熔融共混來制備。在制備光漫射組合物時，將光漫射劑包含于組合物中。
對各種組合物中所用材料的簡要描述列于表1中。
在熔融共混之后，制備厚度為約1mm和約2.5mm的組合物測試試樣。使用約1mm的試樣厚度根據(jù)ASTM D1003測試組合物的總透光率。使用約1mm的試樣厚度根據(jù)ASTM D1003和/或ASTM E2387(酌情基于霧度值)測試組合物的霧度。使用約1mm的試樣厚度對組合物進(jìn)行UL-94 V-0測試。使用約2.5mm的使用厚度對組合物進(jìn)行UL-94 5VA和UL-94 5VB測試。各種組合物的配制物和測試結(jié)果列于表2-10中。
表1
參考表2，可見當(dāng)聚碳酸酯組合物具有高總透光率(例如約89％或大于89％或約90％或大于90％)時，使用至少97重量％聚碳酸酯、炭化鹽阻燃劑(例如C4)和低分子量硅氧烷化合物可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良阻燃性和低霧度。當(dāng)聚碳酸酯的分子量降低(參見例如實(shí)施例3)時，組合物的阻燃性可為不可接受的。參考表2-10，可見組合物的效能可極大地受以下因素的影響：炭化鹽阻燃劑的濃度的變化、炭化鹽阻燃劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化、聚碳酸酯的分子量的變化、低分子量硅氧烷化合物的聚合度的變化、低濃度PTFE的添加、苯乙烯嵌段共聚物的添加、低分子量硅氧烷化合物的濃度、光漫射劑的濃度等。
表2
表3
參考表4-10，可見具有良好的阻燃性、高總透光率(例如約50％或大于50％)和高霧度的光漫射組合物可使用根據(jù)本文教示內(nèi)容的組合物來實(shí)現(xiàn)。然而，阻燃性和/或光漫射/透射能力可負(fù)面地受以下因素的影響：光漫射劑的選擇、光漫射劑的濃度、炭化鹽阻燃劑的濃度的變化、炭化鹽阻燃劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化、聚碳酸酯的分子量的變化、低分子量硅氧烷化合物的聚合度的變化、低濃度PTFE的添加、苯乙烯嵌段共聚物的添加、低分子量硅氧烷化合物的濃度、光漫射劑的濃度等。
表4
表5
表6
表7
表8
表9
表10