專利名稱：具有降低的靜電荷的光學(xué)品質(zhì)聚碳酸酯及其制備方法
相互參照的相關(guān)專利無有關(guān)聯(lián)邦政府資助研究的說明無聚碳酸酯已經(jīng)成為制造例如唱盤、數(shù)字化視盤、激光盤、光盤存儲(chǔ)器和磁-光盤等光信息存貯介質(zhì)的選用材料，信息可以寫在其上并可通過激光從其上讀出。對(duì)于這些應(yīng)用的用途而言，聚碳酸酯優(yōu)選地采用例如在美國(guó)專利5,606,008中公開的熔融方法制得，其在此引作參考文獻(xiàn)。這種方法不僅避免了使用高毒性的光氣，其是采用較古老的界面(IF)方法制造聚碳酸酯所必須的，而且所制得的產(chǎn)品具有優(yōu)異的光學(xué)性能。但是，采用熔融方法制造的聚碳酸酯所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是靜電荷的控制，因?yàn)檫@種靜電荷本身能夠干擾讀/寫功能，并且能吸引一層灰塵膜，該灰塵膜也降低了采用聚碳酸酯制得的光學(xué)信息存儲(chǔ)媒體的性能。
降低聚碳酸酯的靜電荷通?？梢酝ㄟ^加入抗靜電添加劑來實(shí)現(xiàn)。例如，日本專利No.62207358公開了使用磷酸酯作為抗靜電添加劑，而美國(guó)專利No.5,668,202公開了磺酸锍鹽的應(yīng)用?？捎米骺轨o電劑的另外的添加劑有二硬脂基羥基胺，氧化三苯基膦，吡啶-N-氧化物和聚氧乙烯化合物，這些化合物公開于共同轉(zhuǎn)讓(commonly assigned)的美國(guó)專利申請(qǐng)編號(hào)08/989,552，申請(qǐng)日為1997年12月12日，和09/161,563，申請(qǐng)日為1998年9月28日，它們?cè)诖艘鲄⒖嘉墨I(xiàn)。
盡管這些添加劑有相當(dāng)顯著的效果，但它們并不是沒有缺點(diǎn)。象所有不是聚合物結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分的添加劑一樣，它們?nèi)菀诐B出，并且也可能發(fā)生副反應(yīng)或相反地削弱聚碳酸酯產(chǎn)品的性能。因此，在制造光學(xué)品質(zhì)聚碳酸酯方面還有改進(jìn)余地。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有降低的靜電荷的光學(xué)品質(zhì)聚碳酸酯。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備這種聚碳酸酯的方法。
當(dāng)碳酸二苯酯與雙酚A反應(yīng)時(shí)，合成了一種可增長(zhǎng)的聚合物，它具有反應(yīng)性的羥基基團(tuán)，其可用于聚合物鏈的繼續(xù)增長(zhǎng)。當(dāng)一個(gè)替代反應(yīng)發(fā)生時(shí)，該反應(yīng)導(dǎo)致引入了一個(gè)不含反應(yīng)性羥基基團(tuán)的部分時(shí)，該聚合物鏈繼續(xù)鏈增長(zhǎng)的能力終止了。具有這種類型的末端基團(tuán)的鏈被認(rèn)為是封端的。各種各樣的封端劑已經(jīng)在本領(lǐng)域中公開，包括那些在美國(guó)專利No.4,774,315，5,028,690，5,043,203，5,644,017和5,668,202中所描述的，這些在此引作參考。通常這些封端劑是在用界面方法制備聚碳酸酯時(shí)使用的，而不是在熔融方法中使用，因?yàn)樗鼈儠?huì)使各種產(chǎn)品和循環(huán)的物流的分離變得復(fù)雜化。因此，在使用熔融方法時(shí)，封端通常是由增長(zhǎng)聚合物與游離的苯酚的反應(yīng)所導(dǎo)致的，其中游離的苯酚是作為聚合反應(yīng)的副產(chǎn)物釋放出來的。
聚碳酸酯樹脂的封端程度可以用一個(gè)百分?jǐn)?shù)表示，即測(cè)定末端帶有反應(yīng)性羥基基團(tuán)(未封端的)的鏈的數(shù)量，然后認(rèn)為剩余的鏈末端是已經(jīng)封端的。這樣的測(cè)定可采用波譜測(cè)量法來完成。封端程度(E/C％)則由下式給出
E/C％＝(封端的鏈末端/總鏈末端)×100采用正常熔融方法的反應(yīng)條件所制備的聚碳酸酯樹脂具有范圍為80-85％的封端程度。但是，在熔融方法中封端程度通常受到控制，其不是變量。實(shí)際上，在界面方法中采用單官能封端反應(yīng)物的用量來控制最終產(chǎn)物的平均分子量，與此相反，在熔融方法中采用例如溫度、壓力和停留時(shí)間等許多工藝變量來控制分子量，而通常并不采用控制封端程度的辦法(除所需材料是全部封端的情況外)。但是，令人驚訝的是，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)控制封端程度這一變量可以制備具有理想性能的光學(xué)品質(zhì)熔融聚碳酸酯，即其具有低正靜電荷和低灰塵吸引性。因?yàn)?，高靜電荷會(huì)通過由于光盤粘連而導(dǎo)致的產(chǎn)量損失、在CD-R應(yīng)用場(chǎng)所的灰塵吸引性和非染料潤(rùn)濕性，而對(duì)CD-制造方法帶來不利影響，因而前述方法顯示了在產(chǎn)品質(zhì)量方面的實(shí)質(zhì)性改善。
封端程度的控制可以通過兩種方法來實(shí)現(xiàn)(1)通過控制工藝參數(shù)，以使在熔體中的游離碳酸二苯酯的量至少在反應(yīng)后期增加，以增加封端的頻率；和(2)加入單官能反應(yīng)物，其與雙酚A競(jìng)爭(zhēng)并釋放碳酸二苯酯，以制備封端聚合物。在第一種情況下，封端程度可以通過增加DPC與BPA的起始比率，和/或在聚合反應(yīng)結(jié)束之前提高反應(yīng)釜中的溫度和/或增加停留時(shí)間來提高。優(yōu)選的條件是DPC/BPA的比率至少為1.05，優(yōu)選為1.07～1.137，并且最后的反應(yīng)釜的溫度是286-309℃。停留時(shí)間可以通過改變反應(yīng)釜的加料速率來改變。合適的加料速率當(dāng)然將根據(jù)反應(yīng)釜的大小而變化。催化劑濃度和真空度對(duì)封端程度影響很小。
作為示例，我們采用了第二種方法的形式，其中采用具有非揮發(fā)性離去基團(tuán)的氯甲酸苯酯與雙酚A競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)殡x去基團(tuán)是非揮發(fā)性的，其不容易從反應(yīng)中分離出來(其一般出現(xiàn)在反應(yīng)蒸餾柱中)，并且如果在生產(chǎn)聚碳酸酯實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，它會(huì)干擾產(chǎn)品性能，產(chǎn)品的回收和循環(huán)的物流。
封端程度的控制并不排除使用其他通常用于聚碳酸酯樹脂的制備添加劑。因此，采用本發(fā)明的方法制造的光盤可以包括抗靜電添加劑、穩(wěn)定劑、包括紫外和熱穩(wěn)定劑以及脫模劑。
采用商品抗靜電劑(Atmer 154)和脫模劑(單硬脂酸甘油酯)也制備了組合物。這些添加劑直接添加到樹脂顆粒中，并以30lbs/小時(shí)的速率在30毫米TSE中混合。或者，添加劑可采用相似的熔融流動(dòng)樹脂共混成一種粉末母料，在混合時(shí)該粉末母料的加入量是樹脂總量的5％重量，并從單獨(dú)加料器加入。光盤采用Netstal Diskjet 600以4.43秒的周期進(jìn)行模塑。
表1概括了材料和所制備的盤的性能。
Dynatups盤的靜電性能采用測(cè)定“模塑”靜電荷，以及例如灰塵吸引性的定性測(cè)定來評(píng)價(jià)。
表1.-靜電性能與％封端程度
PCF＝氯甲酸苯酯E/C(％)＝酚末端基團(tuán)與BPA末端基團(tuán)的摩爾比Static＝“模塑”dynatups盤的表面電壓(kV單位)-采用Meech靜電場(chǎng)儀測(cè)定。測(cè)量?jī)x-表面盤距離d＝5厘米。-數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于10個(gè)Dynatups樣品。
如表1所示，EC％的逐漸增加導(dǎo)致所觀測(cè)的“模塑”靜電荷減少。但是我們觀察到僅在超過和EC％為90％后，靜電荷的下降才導(dǎo)致觀測(cè)的灰塵吸引性下降。
表3.-CD-靜電性能隨％EC和制劑的變化
GMS＝單硬脂酸甘油酯Atmer154是POE脂肪酸酯的ICI商標(biāo)Static＝“模塑”光盤的表面電壓(kV單位)-采用Meech靜電場(chǎng)儀測(cè)定。測(cè)量?jī)x-表面盤距離d＝2.5厘米。-數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于100個(gè)CD樣品。
表4.-DVD-靜電性能隨％EC和制劑的變化
Static＝“模塑”DVD盤的表面電壓(kV單位)-采用JCI 140C靜電場(chǎng)儀測(cè)定。測(cè)量?jī)x-表面盤距離d＝4.0厘米。-數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于100個(gè)DVD樣品。
基于這些結(jié)果，我們可以得出以下結(jié)論，即增加封端程度使OQ熔融聚碳酸酯顯著地減少了光盤應(yīng)用中的注塑零件的模塑靜電荷。高封端LX材料(＞90％)可使靜電以及灰塵吸引性降低，而其是CD工業(yè)的重要CTQ。此外，當(dāng)模塑要求更苛刻的應(yīng)用，例如DVD時(shí)，高EC+Atmer結(jié)合物在降低靜電荷方面可提供額外的改善。
權(quán)利要求
1.一種制備光學(xué)品質(zhì)聚碳酸酯的方法，其包括在堿性催化劑存在下將包括碳酸二芳酯和二元酚的反應(yīng)混合物進(jìn)行熔融聚合，同時(shí)維持能有效地使封端程度達(dá)到至少90％的反應(yīng)條件。
2.權(quán)利要求1的方法，其中至少90％的封端程度是通過在反應(yīng)混合物中提供起始比例為至少1.05的碳酸二芳酯和二元酚而達(dá)到的。
3.權(quán)利要求1的方法，其中至少90％的封端程度是通過添加單官能封端劑達(dá)到的。
4.權(quán)利要求1的方法，其中單官能封端劑是氯甲酸苯酯。
5.權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)混合物還包含抗靜電添加劑。
6.權(quán)利要求5的方法，其中碳酸二芳酯是碳酸二苯酯。
7.權(quán)利要求6的方法，其中二元酚是雙酚A。
8.權(quán)利要求2的方法，其中反應(yīng)混合物還包含抗靜電添加劑。
9.權(quán)利要求8的方法，其中碳酸二芳酯是碳酸二苯酯。
10.權(quán)利要求9的方法，其中二元酚是雙酚A。
11.權(quán)利要求1的方法，其中碳酸二芳酯是碳酸二苯酯。
12.權(quán)利要求6的方法，其中二元酚是雙酚A。
13.一種光學(xué)品質(zhì)聚碳酸酯樹脂，其是在堿性催化劑存在下由包含碳酸二芳酯和二元酚的反應(yīng)混合物進(jìn)行熔融聚合制備的，其中樹脂具有至少90％的封端程度。
14.權(quán)利要求13的樹脂，其還包含抗靜電添加劑。
15.光學(xué)信息存儲(chǔ)媒體，其是由光學(xué)品質(zhì)的聚碳酸酯樹脂制得，該樹脂是在堿性催化劑存在下由包括碳酸二芳酯和二元酚的反應(yīng)混合物進(jìn)行熔融聚合制得的，其中樹脂具有至少90％的封端程度。
16.權(quán)利要求15的媒體，其還包含抗靜電添加劑。
全文摘要
增加封端程度至超過約90%使光學(xué)品質(zhì)(OQ)熔融聚碳酸酯顯著地減少了應(yīng)用于光盤的注塑零件的模塑靜電荷。具有高封端程度的樹脂與抗靜電劑結(jié)合使用,提供了一種高度耐用的制劑,其適用于最苛刻的剛剛出現(xiàn)的形式如數(shù)字通用光盤(DVD),并且適合于各種商業(yè)的光媒體模塑機(jī)器。因此,制備光學(xué)品質(zhì)聚碳酸酯的方法包括,在足以使聚碳酸酯產(chǎn)品的封端程度達(dá)到90%或更高的反應(yīng)條件下使碳酸二芳酯和二元酚進(jìn)行堿催化劑聚合。
文檔編號(hào)C08L69/00GK1345348SQ00805823
公開日2002年4月17日 申請(qǐng)日期2000年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月7日
發(fā)明者K·伊諾, H·伊施達(dá), T·施莫達(dá), T·L·赫克斯, H·H·M·范霍特, M·M·馬魯甘, D·M·達(dá)達(dá)里斯, P·J·麥克洛斯基 申請(qǐng)人:通用電氣公司