RU2575339C2 - Randomised phosphonate/carbonate copolymers based on bisphenols having high molecular weight - Google Patents
Randomised phosphonate/carbonate copolymers based on bisphenols having high molecular weight Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575339C2 RU2575339C2 RU2013117102/04A RU2013117102A RU2575339C2 RU 2575339 C2 RU2575339 C2 RU 2575339C2 RU 2013117102/04 A RU2013117102/04 A RU 2013117102/04A RU 2013117102 A RU2013117102 A RU 2013117102A RU 2575339 C2 RU2575339 C2 RU 2575339C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phosphonate
- carbonate
- polymer
- copolymer
- statistical
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross reference to related applications
Эта заявка притязает на преимущество предварительной заявки США № 61/383697, озаглавленной «Synthesis And Composition Of Linear, High Molecular Weight, Random, Bisphenol A-Based Copoly(Phosphonate Carbonate)s That Have A Specific Phosphonate Content And A Narrow Molecular Weight Distribution», поданной 16 сентября 2010 г., и предварительной заявки США № 61/383686, озаглавленной «High Molecular Weight, Random, Bisphenol Based Copoly (Phosphonate Carbonate)s», поданной 16 сентября 2010 г., которые включены в этот документ путем ссылки в полном их объеме.This application claims the benefit of provisional application US No. 61/383697 entitled "Synthesis And Composition Of Linear, High Molecular Weight, Random, Bisphenol A-Based Copoly (Phosphonate Carbonate) s That Have A Specific Phosphonate Content And A Narrow Molecular Weight Distribution" , filed September 16, 2010, and provisional application US No. 61/383686, entitled "High Molecular Weight, Random, Bisphenol Based Copoly (Phosphonate Carbonate) s", filed September 16, 2010, which are incorporated herein by reference in their full volume.
Государственные капиталовложения: Не предусмотреныGovernment investment: Not foreseen
Участники соглашения о совместных исследованиях: Не предусмотреныParties to the joint research agreement: Not foreseen
Включение материала, представленного на компакт-диске, посредством ссылки: Не предусмотреноInclusion of material provided on the CD-ROM by reference: Not provided
Предпосылки: Не предусмотреныPrerequisites: Not foreseen.
Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention
Различные варианты осуществления изобретения направлены на огнестойкие/придающие огнеупорные свойства статистические сополимеры фосфоната и карбоната, получаемые с использованием, по меньшей мере, 20% мол. дифенилметилфосфоната (DPP), в расчете на общее количество компонентов переэтерификации DPP, и дифенилкарбоната (DPC), и бисфенола А (BPA), и специфического летучего катализатора переэтерификации как с высокой молекулярной массой, так и с узким молекулярно-массовым распределением. Различные другие варианты осуществления направлены на процесс и способ их изготовления с использованием DPP высокой степени чистоты и, по меньшей мере, одного специфического летучего, не содержащего металл катализатора, например тетрафенилфосфоний-фенолята (TPPP).Various embodiments of the invention are directed to flame retardant / flame retardant statistical copolymers of phosphonate and carbonate obtained using at least 20 mol%. diphenylmethylphosphonate (DPP), based on the total number of DPP transesterification components, and diphenyl carbonate (DPC), and bisphenol A (BPA), and a specific volatile transesterification catalyst with both high molecular weight and narrow molecular weight distribution. Various other embodiments are directed to a process and method for their manufacture using high purity DPP and at least one specific volatile metal-free catalyst, for example tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP).
Другие варианты осуществления обеспечивают огнестойкие/придающие огнеупорные свойства конструкционные статистические сополимеры фосфоната и карбоната и полимерные композиции, включающие эти статистические сополимеры фосфоната и карбоната и другой олигомер или полимер. Эти сополимеры фосфоната и карбоната и полимерные композиции, как правило, могут проявлять превосходную комбинацию свойств, включающую хорошую перерабатываемость в расплаве, хорошие механические свойства, хорошую гидролитическую стабильность и хорошую термостабильность (стойкость против теплового старения), которую измеряют с помощью температуры деформации при нагреве (HDT).Other embodiments provide flame retardant / refractory properties of the structural statistical phosphonate and carbonate copolymers and polymer compositions comprising these statistical phosphonate and carbonate copolymers and another oligomer or polymer. These phosphonate-carbonate copolymers and polymer compositions, as a rule, can exhibit an excellent combination of properties, including good melt processability, good mechanical properties, good hydrolytic stability and good thermal stability (resistance to thermal aging), which is measured using the temperature of deformation when heated ( HDT).
Дополнительные другие варианты осуществления направлены на изделия промышленного производства, изготовленные из статистических сополимеров фосфоната и карбоната изобретения, а также из полимерных композиций, включающих статистические сополимеры фосфоната и карбоната изобретения и другой олигомер или полимер. Огнестойкие/придающие огнеупорные свойства конструкционные статистические сополимеры фосфоната и карбоната и полимерные композиции изобретения могут быть применены в качестве покрытий, или они могут быть применены для изготовления адгезивных составов, армированных волокном препрегов, отдельных пленок, волокон, пеноматериалов, формованных изделий и армированных волокном композиционных материалов. Они могут быть использованы как таковые или в любой комбинации с другими мономерами, полимерами, сополимерами, олигомерами, катализаторами и наполнителями. Огнестойкие/придающие огнеупорные свойства конструкционные статистические сополимеры фосфоната и карбоната и полимерные композиции могут быть в свою очередь использованы в качестве компонентов, субкомпонентов или частей более сложных устройств, таких как бытовая электронная техника (например, телевизоры, компьютеры, принтеры, фотокопировальные устройства, факсимильные аппараты, видеоплееры, электронные игровые системы, модемы, сотовые телефоны и ряд других электронных устройств и комплектующих деталей).Additional other embodiments are directed to industrial products made from random copolymers of the phosphonate and carbonate of the invention, as well as from polymer compositions including random copolymers of the phosphonate and carbonate of the invention and another oligomer or polymer. Flame retardant / flame retardant structural statistical copolymers of phosphonate and carbonate and polymer compositions of the invention can be used as coatings, or they can be used for the manufacture of adhesive compositions reinforced with fiber prepregs, individual films, fibers, foams, molded products and fiber-reinforced composite materials . They can be used as such or in any combination with other monomers, polymers, copolymers, oligomers, catalysts and fillers. Flame retardant / flame retardant structural statistical phosphonate and carbonate copolymers and polymer compositions can in turn be used as components, subcomponents or parts of more complex devices, such as household electronic equipment (such as televisions, computers, printers, photocopiers, fax machines , video players, electronic gaming systems, modems, cell phones and a number of other electronic devices and components).
I. Подробное описаниеI. Detailed Description
Вышеприведенное краткое изложение сущности настоящего изобретения не предназначено для описания каждого проиллюстрированного варианта осуществления или каждого возможного внедрения настоящего изобретения. Подробное описание, которое следует ниже, конкретно иллюстрирует на примерах эти варианты осуществления.The above summary of the present invention is not intended to describe each illustrated embodiment or each possible implementation of the present invention. The detailed description that follows specifically illustrates these embodiments.
Прежде чем рассматривать описанные композиции и способы настоящего изобретения, следует принять к сведению, что они не являются ограниченными конкретными описанными композициями, методологиями или протоколами, поскольку они могут варьироваться. Также следует принять к сведению, что терминология, используемая в описании, служит только цели описания конкретных версий или вариантов осуществления и не предназначена для ограничения их объема, который будет ограничиваться только прилагаемыми пунктами Формулы.Before considering the described compositions and methods of the present invention, it should be noted that they are not limited to the specific compositions, methodologies or protocols described, as they may vary. It should also be noted that the terminology used in the description serves only the purpose of describing specific versions or embodiments and is not intended to limit their scope, which will be limited only by the attached paragraphs of the Formula.
Также следует отметить, что, как используют в этом документе и в прилагаемых пунктах, формы единственного числа «а», «an», и «the» включают отнесение к множественному числу, если контекст не диктует ясно иное. Если не определено иначе, то все технические и научные термины, используемые в этом документе, имеют значения, идентичные значениям, которые обычно понимает средний специалист в данной области. Хотя могут быть применены в использовании на практике или в испытании раскрытых вариантов осуществления любые способы и вещества, сходные или эквивалентные способам и веществам, описанным в этом документе, далее будут описаны предпочтительные способы, устройства и вещества.It should also be noted that, as used in this document and in the attached paragraphs, the singular forms “a”, “an”, and “the” include the plural, unless the context clearly dictates otherwise. Unless otherwise specified, all technical and scientific terms used in this document have meanings identical to those commonly understood by one of ordinary skill in the art. Although any methods and substances similar or equivalent to the methods and substances described herein can be used in the practice or testing of the disclosed embodiments, preferred methods, devices and materials will be described below.
«Необязательный» или «необязательно» означает, что последовательно описанное явление или обстоятельство может происходить или может не происходить и что описание включает примеры, где это явление происходит, и примеры, где оно не происходит.“Optional” or “optionally” means that a sequentially described phenomenon or circumstance may or may not occur, and that the description includes examples where this phenomenon occurs and examples where it does not occur.
«В значительной мере не» означает, что последовательно описанное явление может происходить, по большей мере, приблизительно менее 10% времени или последовательно описываемый компонент может составлять, по большей мере, приблизительно менее 10% всей композиции, в некоторых вариантах осуществления, и в других, по большей мере, приблизительно менее 5%, и в дополнительных других, по большей мере, приблизительно менее 1%.“Significantly not” means that a sequentially described phenomenon can occur at least about 10% of the time, or a sequentially described component can comprise at least about 10% of the total composition, in some embodiments, and in others at least about less than 5%, and in additional others, at least about less than 1%.
Термин «карбонат», как используется в этом документе, дан в его общепринятом значении, например в значении соли угольной кислоты, содержащей двухвалентную, отрицательно заряженную радикальную группу СО или незаряженный сложный эфир этой кислоты. «Диарил-карбонат» представляет собой карбонат с, по меньшей мере, двумя арильными группами, связанными с радикальной группой СО, где преобладающим примером диарил-карбоната является дифенил-карбонат; однако определение диарил-карбоната не ограничено этим конкретным примером.The term "carbonate", as used herein, is given in its generally accepted meaning, for example, in the meaning of a carbonic acid salt containing a divalent, negatively charged CO radical group or an uncharged ester of this acid. "Diaryl carbonate" is a carbonate with at least two aryl groups linked to a radical group CO, where the predominant example of diaryl carbonate is diphenyl carbonate; however, the definition of diaryl carbonate is not limited to this specific example.
Термин «ароматический дигидроксид», как полагают, охватывает любые ароматические соединения с, по меньшей мере, двумя замещениями посредством присоединенных гидроксильных групп. Примеры «ароматических гидроксидов» включают бензол-диолы, такие как гидрохинон и любой бисфенол или бисфенол-содержащие соединения, но не ограничиваются этим.The term "aromatic dihydroxide" is believed to encompass any aromatic compounds with at least two substitutions via attached hydroxyl groups. Examples of “aromatic hydroxides” include, but are not limited to, benzene diols such as hydroquinone and any bisphenol or bisphenol-containing compounds.
Термин «алкил» или «алкильная группа» относится к разветвленному или неразветвленному углеводороду или группе с 1-20 атомами углерода, такой как метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, трет-бутил, октил, децил, тетрадецил, гексадецил, эйкозил, тетракозил и тому подобное, но не ограничивается этим. «Циклоалкил» или «циклоалкильные группы» являются разветвленными или неразветвленными углеводородами, в которых все или некоторые из углеродов расположены в кольце, такими как циклопентил, циклогексил, метилциклогексил и тому подобное, но не ограничиваются этим. Термин «низший алкил» включает алкильную группу с 1-10 атомами углерода.The term “alkyl” or “alkyl group” refers to a branched or unbranched hydrocarbon or a group of 1-20 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, octyl, decyl, but is not limited to tetradecyl, hexadecyl, eicosyl, tetracosyl and the like. "Cycloalkyl" or "cycloalkyl groups" are branched or unbranched hydrocarbons in which all or some of the carbons are located in the ring, such as, but not limited to, cyclopentyl, cyclohexyl, methylcyclohexyl and the like. The term "lower alkyl" includes an alkyl group with 1-10 carbon atoms.
Термин «арил» или «арильная группа» относится к одновалентным ароматическим углеводородным радикальным группам или к группам, состоящим из одного или более конденсированных колец, в которых, по меньшей мере, одно кольцо является ароматическим по характеру. Арилы могут включать фенильные, нафтильные, бифенильные кольцевые системы и тому подобное, но не ограничиваются этим. Арильная группа может быть незамещенной или замещенной разнообразными заместителями, включающими алкил, алкенил, галогенид, бензиловый, алкиловый или ароматический простой эфир, нитрогруппу, цианогруппу и тому подобное и их комбинации, но не ограничивающимися этим.The term “aryl” or “aryl group” refers to monovalent aromatic hydrocarbon radical groups or to groups consisting of one or more fused rings in which at least one ring is aromatic in nature. Aryls may include, but are not limited to phenyl, naphthyl, biphenyl ring systems and the like. An aryl group may be unsubstituted or substituted by a variety of substituents, including, but not limited to, alkyl, alkenyl, halide, benzyl, alkyl or aromatic ether, nitro group, cyano group and the like.
«Заместитель» относится к молекулярной группе, которая замещает водород в соединении и может включать трифторметил, нитрогруппу, цианогруппу, С1-С20 алкил, ароматическую группу или арил, галогенид (F, Cl, Br, I), С1-С20 алкиловый простой эфир, бензилгалогенид, бензиловый простой эфир, ароматический или ариловый простой эфир, гидроксигруппу, алкоксигруппу, аминогруппу, алкиламиногруппу (-NHR'), диалкиламиногруппу (-NR'R'') или другие группы, которые не оказывают влияние на образование диарил-алкилфосфоната, но не ограничивается этим."Substituent" refers to a molecular group that replaces hydrogen in a compound and may include trifluoromethyl, nitro, cyano, C 1 -C 20 alkyl, aromatic group or aryl, halide (F, Cl, Br, I), C 1 -C 20 alkyl ether, benzyl halide, benzyl ether, aromatic or aryl ether, hydroxy group, alkoxy group, amino group, alkylamino group (-NHR '), dialkylamino group (-NR'R'') or other groups that do not affect the formation of diaryl- alkylphosphonate, but not limited to this.
Как определено в этом документе, «арилол» или «арилольная группа» представляет собой арильную группу с гидроксилом, ОН, группой-заместителем на арильном кольце. Неограничивающие примеры арилола составляют фенол, нафталин и тому подобное. Самые разнообразные арилолы могут быть использованы в вариантах осуществления изобретения и являются коммерчески доступными.As defined herein, an “arylol” or “arylol group” is an aryl group with hydroxyl, OH, a substituent group on the aryl ring. Non-limiting examples of aryol are phenol, naphthalene and the like. A wide variety of aryols can be used in embodiments of the invention and are commercially available.
Термин «алканол» или «алканольная группа» относится к соединению, включающему алкил с 1-20 атомами углерода или более, имеющий, по меньшей мере, одну гидроксильную группу-заместитель. Примеры алканолов включают метанол, этанол, 1- и 2-пропанол, 1,1-диметилэтанол, гексанол, октанол и тому подобное, но не ограничиваются этим. Алканольные группы могут быть необязательно замещены заместителями так, как описано выше.The term “alkanol” or “alkanol group” refers to a compound comprising alkyl with 1-20 carbon atoms or more, having at least one substituent hydroxyl group. Examples of alkanols include, but are not limited to, methanol, ethanol, 1- and 2-propanol, 1,1-dimethylethanol, hexanol, octanol and the like. Alkanol groups may optionally be substituted with substituents as described above.
Термин «алкенол» или «алкенольная группа» относится к соединению, включающему алкен с 2-20 атомами углерода или более, имеющий, по меньшей мере, одну гидроксильную группу-заместитель. Гидроксил может быть расположен в любой изомерной конфигурации (цис- или транс-). Алкенолы могут быть дополнительно замещены одним или более заместителями так, как описано выше, и могут быть использованы вместо алканолов в некоторых вариантах осуществления изобретения. Алкенолы известны специалистам в данной области, и многие являются коммерчески легко доступными.The term "alkenol" or "alkenol group" refers to a compound comprising an alkene with 2-20 carbon atoms or more, having at least one substituent hydroxyl group. Hydroxyl can be located in any isomeric configuration (cis or trans). Alkenols may be further substituted with one or more substituents as described above, and may be used instead of alkanols in some embodiments of the invention. Alkenols are known to those skilled in the art, and many are commercially readily available.
Термины «пламезамедляющий», «огнестойкий», «пожаростойкий» или «пожаростойкость», как используют в этом документе, означают, что композиция проявляет ограничивающий кислородный индекс (LOI), равный, по меньшей мере, 27. В дополнение к тому, эти термины могут иметь отношение к критериям V0, V1 или V2 эталонного стандарта горючести для композиций материалов электронных изделий UL-94.The terms “flame retardant”, “flame retardant”, “fire resistant” or “fire resistance”, as used herein, mean that the composition exhibits a limiting oxygen index (LOI) of at least 27. In addition to these terms may relate to criteria V0, V1 or V2 of the reference combustibility standard for UL-94 electronic product material compositions.
Термин «гидролитическая стабильность», который используют в этом документе, определяют как способность полимера быть устойчивым к гидролизу в испытании кипячением образца в воде. Способность быть устойчивым к гидролизу может быть измерена с помощью изменения относительной вязкости после воздействия, которое указывает на изменение молекулярной массы. Например, образец чистой смолы может быть помещен в чистую воду (трижды дистиллированную) на период времени вплоть до 168 часов в условия кипячения с обратным холодильником при нормальном давлении. Через определенные промежутки времени образцы могут быть изъяты, и относительная вязкость (ŋrel) может быть определена путем растворения образца в дихлорметане при 25°С при концентрации 0,5 г полимера/литр и путем измерения вязкости раствора на вискозиметре Уббелоде. Значительное изменение значения ŋrel после кипячения в воде служит показателем изменения молекулярной массы полимера вследствие гидролиза. Как результат этого испытания, полимер с хорошей гидролитической стабильностью не будет показывать значительное изменение значения ŋrel.The term "hydrolytic stability", which is used in this document, is defined as the ability of a polymer to be resistant to hydrolysis in a test by boiling a sample in water. The ability to be resistant to hydrolysis can be measured by changing the relative viscosity after exposure, which indicates a change in molecular weight. For example, a sample of pure resin can be placed in clean water (three times distilled) for up to 168 hours under reflux conditions at normal pressure. At certain intervals, the samples can be taken and the relative viscosity (ŋ rel ) can be determined by dissolving the sample in dichloromethane at 25 ° C at a concentration of 0.5 g of polymer / liter and by measuring the viscosity of the solution on a Ubbelode viscometer. A significant change in ŋ rel after boiling in water is an indicator of a change in the molecular weight of the polymer due to hydrolysis. As a result of this test, a polymer with good hydrolytic stability will not show a significant change in ŋ rel .
«Молекулярная масса», как используют в этом документе, может быть определена с помощью относительной вязкости (ŋrel) и/или гель-проникающей хроматографии (GPC). «Относительную вязкость» полимера измеряют путем растворения известного количества полимера в растворителе и путем сравнения времени, которое потребуется для этого раствора и для чистого растворителя для того, чтобы пройти через специально сконструированный капилляр (вискозиметр) при постоянной температуре. Относительная вязкость является мерой, которая служит показателем молекулярной массы полимера. Также хорошо известно, что снижение относительной вязкости указывает на снижение молекулярной массы, а снижение молекулярной массы вызывает потерю механических свойств, таких как прочность и ударная вязкость. GPC предоставляет информацию о молекулярной массе и молекулярно-массовом распределении полимера. Известно, что молекулярно-массовое распределение полимера является важным в отношении свойств, таких как термоокислительная стабильность (вследствие различного количества концевых групп), ударная вязкость, текучесть расплава и огнестойкость, например полимеры с низкой молекулярной массой при горении в большей степени стекают по каплям."Molecular mass", as used herein, can be determined using relative viscosity (ŋ rel ) and / or gel permeation chromatography (GPC). The "relative viscosity" of a polymer is measured by dissolving a known amount of polymer in a solvent and comparing the time it takes for this solution and for a pure solvent to pass through a specially designed capillary (viscometer) at a constant temperature. Relative viscosity is a measure that serves as an indicator of the molecular weight of a polymer. It is also well known that a decrease in relative viscosity indicates a decrease in molecular weight, and a decrease in molecular weight causes a loss of mechanical properties, such as strength and toughness. GPC provides information on the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer. It is known that the molecular weight distribution of the polymer is important with respect to properties such as thermal oxidative stability (due to the different number of end groups), toughness, melt flow and fire resistance, for example, low molecular weight polymers when burned are more likely to drip.
Термин «ударная вязкость», как используют в этом документе, определяют качественно на пленке или на сформованном образце.The term "toughness", as used in this document, is defined qualitatively on a film or on a molded sample.
Поликарбонаты (PC) представляют собой хорошо известные конструкционные термопластичные материалы, которые имеют превосходную комбинацию свойств, как например, высокую температуру деформации при нагреве (HDT), низкую красящую способность, прозрачность, перерабатываемость в расплаве и исключительную ударную вязкость. Эти материалы используют в самых разнообразных применениях и производят в промышленности в огромных количествах. Однако поликарбонаты не обладают необходимой огнестойкостью, и по-прежнему существует потребность и необходимость в огнестойких PCs, которые при этом сохраняют свои другие преимущественные свойства. Для придания огнестойкости этим материалам были использованы разнообразные подходы, но эти подходы были весьма неудачны, так как они ухудшали важные внутренние свойства, которыми обладают PCs.Polycarbonates (PCs) are well-known structural thermoplastic materials that have an excellent combination of properties, such as high heat deformation temperature (HDT), low coloring ability, transparency, melt processability and exceptional impact strength. These materials are used in a wide variety of applications and are produced in large quantities in industry. However, polycarbonates do not have the necessary fire resistance, and there is still a need and need for fire resistant PCs, which at the same time retain their other advantageous properties. A variety of approaches have been used to impart fire resistance to these materials, but these approaches have been very unsuccessful since they have impaired the important internal properties possessed by PCs.
Во всех материалах известного уровня техники, касающихся статистических сополимеров фосфоната и карбоната, получаемых реакцией поликонденсации DPC, DPP и BPA в расплаве, образование статистического сополимера высокой молекулярной массы на основе BPA только с узким молекулярно-массовым распределением не было достигнуто. Другой регулярной проблемой, возникающей в результате использования DPP в комбинации с поликарбонатами, является сниженная гидролитическая стабильность синтезированного продукта. Таким образом, существует потребность в новом процессе и в новом способе получения сополимеров фосфоната и карбоната, содержащих значительные количества DPP и проявляющих улучшенную гидролитическую стабильность по сравнению с материалами, известными в существующем уровне техники.In all prior art materials regarding random copolymers of phosphonate and carbonate obtained by melt polycondensation of DPC, DPP and BPA, the formation of a high molecular weight random copolymer based on BPA with only a narrow molecular weight distribution has not been achieved. Another regular problem arising from the use of DPP in combination with polycarbonates is the reduced hydrolytic stability of the synthesized product. Thus, there is a need for a new process and a new method for producing phosphonate-carbonate copolymers containing significant amounts of DPP and exhibiting improved hydrolytic stability compared to materials known in the art.
Варианты осуществления изобретения, как правило, относятся к статистическому сополимеру фосфоната и карбоната и к процессам и к способам их изготовления с использованием поликонденсации в расплаве. В некоторых вариантах осуществления эти статистические сополимеры фосфоната и карбоната могут включать, по меньшей мере, 20% мол. диарил-алкилфосфоната высокой степени чистоты или необязательно замещенного диарил-алкилфосфоната, один или более диарил-карбонатов и один или более ароматических дигидроксидов, где мольный процент диарил-алкилфосфоната высокой степени чистоты дан в расчете на общее количество компонентов переэтерификации, то есть общего количества диарил-алкилфосфонатов и общего количества диарил-карбонатов. Термин «статистические» означает, что мономеры сополимеров фосфоната и карбоната в различных вариантах осуществления внедряются в полимерную цепь по случайному закону. Следовательно, полимерная цепь может включать чередующиеся фосфонатные и карбонатные мономеры, связанные ароматическим дигидроксидом, и/или различные сегменты, в которых несколько фосфонатных или несколько карбонатных мономеров образуют олигофосфонатные или полифосфонатные или олигокарбонатные или поликарбонатные сегменты. Кроме того, длина различных олиго- или полифосфонатных, олиго- или поликарбонатных сегментов может варьироваться в отдельно взятых сополимерах фосфоната и карбоната.Embodiments of the invention typically relate to a statistical phosphonate-carbonate copolymer and to processes and methods for their manufacture using melt polycondensation. In some embodiments, the implementation of these statistical copolymers of phosphonate and carbonate may include at least 20 mol%. high purity diaryl alkylphosphonate or optionally substituted diaryl alkylphosphonate, one or more diaryl carbonates and one or more aromatic dihydroxides, where the molar percentage of high purity diaryl alkylphosphonate is based on the total number of transesterification components, i.e. the total amount of diaryl- alkyl phosphonates and total diaryl carbonates. The term “statistical” means that the monomers of the copolymers of phosphonate and carbonate in various embodiments are incorporated into the polymer chain randomly. Therefore, the polymer chain may include alternating phosphonate and carbonate monomers linked by aromatic dihydroxide and / or various segments in which several phosphonate or several carbonate monomers form oligophosphonate or polyphosphonate or oligocarbonate or polycarbonate segments. In addition, the length of various oligo- or polyphosphonate, oligo- or polycarbonate segments may vary in individual copolymers of phosphonate and carbonate.
Фосфонатное и карбонатное содержание в сополимерах фосфоната и карбоната может варьироваться между вариантами осуществления, и варианты осуществления не ограничены фосфонатным и/или карбонатным содержанием или диапазоном фосфонатного и/или карбонатного содержания. Например, в некоторых вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната могут иметь содержание фосфора, которое служит показателем фосфонатного содержания, составляющее от приблизительно 1% до приблизительно 20% по массе относительно всего сополимера фосфоната и карбоната, и в других вариантах осуществления содержание фосфора в сополимерах фосфоната и карбоната изобретения может составлять от приблизительно 2% до приблизительно 10% по массе относительно всего полимера.The phosphonate and carbonate content of the phosphonate and carbonate copolymers may vary between embodiments, and the embodiments are not limited to the phosphonate and / or carbonate content or the range of phosphonate and / or carbonate content. For example, in some embodiments, the phosphonate-carbonate copolymers may have a phosphorus content that is indicative of a phosphonate content of about 1% to about 20% by weight relative to the total phosphonate-carbonate copolymer, and in other embodiments, the phosphorus content of the phosphonate copolymers and the carbonate of the invention may be from about 2% to about 10% by weight relative to the total polymer.
Сополимеры фосфоната и карбоната различных вариантов осуществления показывают как высокую молекулярную массу, так и узкое молекулярно-массовое распределение (то есть низкую полидисперсность). Например, в некоторых вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната могут иметь средневесовую молекулярную массу (Mw) от приблизительно 10000 г/моль до приблизительно 100000 г/моль, которая определена с помощью ŋrel или методом GPC, и в других вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната могут иметь Mw от приблизительно 12000 до приблизительно 80000 г/моль, которая определена с помощью ŋrel или методом GPC. Среднечисловая молекулярная масса (Mn) в таких вариантах осуществления может составлять от приблизительно 5000 г/моль до приблизительно 50000 г/моль или от приблизительно 8000 г/моль до приблизительно 15000 г/моль, и в некоторых вариантах осуществления Mn может быть больше чем приблизительно 9000 г/моль. Узкое молекулярно-массовое распределение (то есть Mw/Mn) для таких сополимеров фосфоната и карбоната может составлять от приблизительно 2 до приблизительно 7 в некоторых вариантах осуществления и от приблизительно 2 до приблизительно 5 в других вариантах осуществления. В дополнительных других вариантах осуществления статистические сополимеры фосфоната и карбоната могут иметь относительную вязкость от приблизительно 1,10 до приблизительно 1,40.The phosphonate and carbonate copolymers of various embodiments show both a high molecular weight and a narrow molecular weight distribution (i.e., low polydispersity). For example, in some embodiments, the phosphonate and carbonate copolymers may have a weight average molecular weight (Mw) of from about 10,000 g / mol to about 100,000 g / mol, as determined by ŋ rel or the GPC method, and in other embodiments, the phosphonate and carbonate copolymers can have an Mw of from about 12,000 to about 80,000 g / mol, which is determined using ŋ rel or the GPC method. The number average molecular weight (Mn) in such embodiments may be from about 5000 g / mol to about 50,000 g / mol or from about 8000 g / mol to about 15000 g / mol, and in some embodiments, the Mn may be more than about 9000 g / mol. The narrow molecular weight distribution (i.e., Mw / Mn) for such phosphonate-carbonate copolymers may be from about 2 to about 7 in some embodiments, and from about 2 to about 5 in other embodiments. In additional other embodiments, the implementation of the statistical copolymers of phosphonate and carbonate may have a relative viscosity of from about 1.10 to about 1.40.
Не желая быть связанными какой бы то ни было теорией, полагают, что применение диарил-алкилфосфоната или необязательно замещенного диарил-алкилфосфоната высокой степени чистоты и в конкретных вариантах осуществления DPP высокой степени чистоты в получении сополимеров фосфоната и карбоната изобретения может обеспечить улучшенные свойства по сравнению со статистическими сополимерами известного уровня техники. Диарил-алкилфосфонат или необязательно замещенный диарил-алкилфосфонат и DPP «высокой степени чистоты» в различных вариантах осуществления могут включать общие кислотные компоненты в количестве менее чем приблизительно 0,15% по массе, менее чем приблизительно 0,10% по массе и в некоторых вариантах осуществления менее чем приблизительно 0,05% по массе. Такие кислотные компоненты известны в данной области и могут включать фосфорную кислоту, фосфоновую кислоту, метил-фосфоновую кислоту и монофениловый сложный эфир метил-фосфоновой кислоты, но не ограничиваются этим. Так как количества диарил-алкилфосфоната или необязательно замещенного диарил-алкилфосфоната или DPP, используемые в приготовлении статистических сополимеров изобретения, включают низкие уровни таких кислотных компонентов, то статистические сополимеры фосфоната и карбоната, полученные с использованием этих фосфонатных мономеров высокой степени чистоты, могут включать значительно сниженные уровни загрязняющих примесей на основе кислотных компонентов. В некоторых вариантах осуществления статистические сополимеры фосфоната и карбоната могут по существу не включать загрязняющие примеси на основе кислотных компонентов, и в других вариантах осуществления статистические сополимеры фосфоната и карбоната могут включать, например, общее количество кислотных компонентов, составляющее менее чем приблизительно 0,15% по массе, менее чем приблизительно 0,10% по массе и в некоторых вариантах осуществления менее чем приблизительно 0,05% по массе.Not wishing to be bound by any theory, it is believed that the use of diaryl alkylphosphonate or optionally substituted diaryl alkylphosphonate of high purity and in particular embodiments of high purity DPP in the preparation of the phosphonate and carbonate copolymers of the invention can provide improved properties compared to statistical copolymers of the prior art. Diaryl alkylphosphonate or optionally substituted “high purity” diaryl alkylphosphonate and DPP in various embodiments may include total acidic components in an amount of less than about 0.15% by weight, less than about 0.10% by weight, and in some embodiments exercise less than about 0.05% by weight. Such acidic components are known in the art and may include, but are not limited to, phosphoric acid, phosphonic acid, methylphosphonic acid and monophenyl methylphosphonic acid ester. Since the amounts of diaryl alkylphosphonate or optionally substituted diaryl alkylphosphonate or DPP used in the preparation of the statistical copolymers of the invention include low levels of such acidic components, the statistical phosphonate and carbonate copolymers obtained using these high-purity phosphonate monomers may include significantly reduced levels of contaminants based on acidic components. In some embodiments, the implementation of the statistical copolymers of phosphonate and carbonate may not substantially include contaminants based on acidic components, and in other embodiments, the implementation of the statistical copolymers of phosphonate and carbonate may include, for example, a total amount of acidic components of less than about 0.15% a mass of less than about 0.10% by mass, and in some embodiments, less than about 0.05% by mass.
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению, как правило, демонстрируют высокую молекулярную массу и узкое молекулярно-массовое распределение, что, в свою очередь, может придавать этим материалам превосходную комбинацию свойств. Например, статистические сополимеры фосфоната и карбоната согласно вариантам осуществления, как правило, обладают ударной вязкостью (являются жесткими), являются чрезвычайно огнестойкими и проявляют превосходную гидролитическую стабильность. Кроме того, сополимеры фосфоната и карбоната согласно вариантам осуществления, как правило, проявляют превосходную комбинацию технологических характеристик, включающих, например, хорошие термические и механические свойства.Statistical copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention, as a rule, exhibit a high molecular weight and a narrow molecular weight distribution, which, in turn, can give these materials an excellent combination of properties. For example, random copolymers of phosphonate and carbonate according to embodiments are typically tough (hard), extremely fire resistant, and exhibit excellent hydrolytic stability. In addition, the copolymers of phosphonate and carbonate according to the options for implementation, as a rule, exhibit an excellent combination of technological characteristics, including, for example, good thermal and mechanical properties.
В некоторых вариантах осуществления статистические сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению могут быть использованы как таковые в качестве конструкционного полимера, и в других вариантах осуществления статистические сополимеры фосфоната и карбоната могут быть применены в качестве добавок, которые комбинируют с другими полимерами для обеспечения огнестойкости без ухудшения других важных свойств. Некоторые варианты осуществления включают изделия промышленного производства и покрытия, полученные из статистических сополимеров фосфоната и карбоната согласно изобретению как таковых или в комбинации с другим полимером. В дополнительных других вариантах осуществления конструкционные полимеры из статистических сополимеров фосфоната и карбоната согласно изобретению и полимерных композиций, включающих статистические сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению, могут быть скомбинированы с армирующим веществом, таким как, например, стекло, технический углерод, карбид кремния, органические волокна и тому подобное и их комбинации, для получения композиционных материалов, имеющих преимущественную комбинацию огнестойкости и размерной стабильности, при одновременном сохранении высокой температуры деформации при нагреве (HDT), близкой HDT немодифицированного конструкционного полимера.In some embodiments, the statistical phosphonate and carbonate copolymers according to the invention can be used as such as a structural polymer, and in other embodiments, the statistical phosphonate and carbonate copolymers can be used as additives that are combined with other polymers to provide fire resistance without compromising other important properties. Some embodiments include industrial products and coatings derived from random copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention per se or in combination with another polymer. In further other embodiments, structural polymers from the random copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention and polymer compositions comprising the random copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention can be combined with a reinforcing substance, such as, for example, glass, carbon black, silicon carbide, organic fibers and the like and combinations thereof, to obtain composite materials having an advantageous combination of fire resistance and dimensionally stable while maintaining a high temperature of deformation upon heating (HDT) close to the HDT of an unmodified structural polymer.
Другие варианты осуществления направлены на способы и процессы для получения статистических сополимеров фосфоната и карбоната. Например, в некоторых вариантах осуществления такие способы могут включать стадии соединения одного или более диарил-алкилфосфонатов или необязательно замещенных диарил-алкилфосфонатов, одного или более диарил-карбонатов, одного или более ароматических дигидроксидов и катализатора переэтерификации и проведения реакционного взаимодействия одного или более диарил-алкилфосфонатов или необязательно замещенных диарил-алкилфосфонатов, одного или более диарил-карбонатов, одного или более ароматических дигидроксидов и катализатора переэтерификации в расплаве. В таких вариантах осуществления диарил-алкилфосфонат может представлять собой диарил-алкилфосфонат высокой степени чистоты и может быть обеспечен в количестве, по меньшей мере, 20% мол. в расчете на общее количество компонентов переэтерификации диарил-алкилфосфоната и диарил-карбоната в комбинации с бифенолом BPA. В некоторых вариантах осуществления диарил-алкилфосфонат может представлять собой DPP. Как рассмотрено выше, диарил-алкилфосфонат или необязательно замещенный диарил-алкилфосфонат высокой степени чистоты в различных вариантах осуществления может включать все кислотные компоненты в количестве менее чем приблизительно 0,15% по массе, менее чем приблизительно 0,10% по массе и в некоторых вариантах осуществления менее чем приблизительно 0,05% по массе.Other embodiments are directed to methods and processes for producing random copolymers of phosphonate and carbonate. For example, in some embodiments, such methods may include the steps of coupling one or more diaryl alkylphosphonates or optionally substituted diaryl alkylphosphonates, one or more diaryl carbonates, one or more aromatic dihydroxides and a transesterification catalyst and reacting one or more diaryl alkylphosphonates or optionally substituted diaryl alkylphosphonates, one or more diaryl carbonates, one or more aromatic dihydroxides, and a per esterification in the melt. In such embodiments, the diaryl alkylphosphonate may be a high purity diaryl alkylphosphonate and may be provided in an amount of at least 20 mol%. based on the total number of transesterification components of diaryl-alkylphosphonate and diaryl-carbonate in combination with BPA biphenol. In some embodiments, the diaryl alkylphosphonate may be DPP. As discussed above, high purity diaryl alkylphosphonate or optionally substituted diaryl alkylphosphonate in various embodiments may include all acidic components in an amount of less than about 0.15% by weight, less than about 0.10% by weight, and in some embodiments exercise less than about 0.05% by weight.
Поликонденсацию различных вариантов осуществления выполняют с помощью процесса переэтерификации в расплаве, который проводят под вакуумом. Не желая быть связанными какой бы то ни было теорией, полагают, что проведение переэтерификации под вакуумом может предусматривать удаление летучих побочных продуктов. Переэтерификация в расплаве может быть проведена непрерывным или многостадийным (прерывным) способом, и в некоторых вариантах осуществления переэтерификация в расплаве может быть проведена с использованием непрерывного процесса. Получение диарил-карбоната, используемого в процессе переэтерификации в расплаве для ароматических поликарбонатов и сополимеров фосфоната и карбоната, например, с помощью процесса на границе раздела фаз описано в общем по своей сути в литературе, см., например, публикацию в Chemistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, H. Schnell, Vol. 9, John Wiley and Sons, Inc. (1964), pages 50/51, которая таким образом включена путем ссылки в полном своем объеме в этот документ.The polycondensation of various embodiments is carried out using a melt transesterification process, which is carried out under vacuum. Not wishing to be bound by any theory, it is believed that the transesterification under vacuum may involve the removal of volatile by-products. The transesterification in the melt can be carried out in a continuous or multi-stage (discontinuous) method, and in some embodiments, the transesterification in the melt can be carried out using a continuous process. The preparation of the diaryl carbonate used in the melt transesterification process for aromatic polycarbonates and copolymers of phosphonate and carbonate, for example, using a process at the phase boundary, is described generally in the literature, see, for example, publication in Chemistry and Physics of Polycarbonates , Polymer Reviews, H. Schnell, Vol. 9, John Wiley and Sons, Inc. (1964), pages 50/51, which is hereby incorporated by reference in its entirety into this document.
Переэтерификация в расплаве может быть проведена в одну стадию или в несколько стадий. Например, в некоторых вариантах осуществления способ может включать стадию предварительной конденсации, в которой дигидроксиарильное соединение (бисфенол) подвергают реакции с диарил-карбонатом и диарил-алкилфосфонатом с использованием, по меньшей мере, одного летучего катализатора, с отделением фенола, образованного в ходе конденсации, и в некоторых вариантах осуществления способ может включать постреакционную стадию обработки, в которой увеличивают молекулярную массу конденсата после предварительной конденсации с использованием одной или более стадий упаривания реакционной массы в выпарном аппарате. Число реакционных стадий не ограничено, и в различных вариантах осуществления число реакционных стадий может быть от 2 до 10, от 3 до 8, и в некоторых вариантах осуществления от 5 до 7.Transesterification in the melt can be carried out in one stage or in several stages. For example, in some embodiments, the method may include a pre-condensation step in which the dihydroxyaryl compound (bisphenol) is reacted with a diaryl carbonate and diaryl-alkylphosphonate using at least one volatile catalyst to separate the phenol formed during the condensation, and in some embodiments, the method may include a post-reaction processing step in which the molecular weight of the condensate is increased after pre-condensation using one or more stages of evaporation of the reaction mass in the evaporator. The number of reaction steps is not limited, and in various embodiments, the number of reaction steps may be from 2 to 10, from 3 to 8, and in some embodiments, from 5 to 7.
В некоторых вариантах осуществления реакционная температура для каждой стадии способа может составлять от приблизительно 150°С до приблизительно 400°С, и в других вариантах осуществления реакционная температура для каждой стадии способа может составлять от приблизительно 180°С до приблизительно 330°С. В таких вариантах осуществления время пребывания на каждой стадии может составлять от приблизительно 15 минут до приблизительно 6 часов, и давление на каждой стадии может быть от приблизительно 250 миллибар до приблизительно 0,01 миллибар. В некоторых вариантах осуществления реакционная температура может повышаться от одной стадии к другой и давление может снижаться от одной стадии к последующей. В вариантах осуществления, включающих двухстадийный процесс, реакцию переэтерификации ароматического дигидроксида, диарил-карбоната, диарил-алкилфосфоната и, по меньшей мере, одного катализатора в расплаве предпочтительно проводят в две стадии. На первой стадии плавление ароматического дигидроксида, диарил-карбоната и диарил-алкилфосфоната может быть проведено при температуре от приблизительно 80°С до приблизительно 250°С, от приблизительно 100°С до приблизительно 230°С и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 120°С до приблизительно 190°С. Первая стадия может быть проведена при атмосферном давлении и может быть проведена в течение периода времени от приблизительно 0 часов до приблизительно 5 часов и некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,25 часа до приблизительно 3 часов. После плавления к расплаву может быть добавлен катализатор, и могут быть получены соолигомеры фосфоната и карбоната из ароматического дигидроксида, диарил-карбоната и диарил-алкилфосфоната в результате создания вакуума (вплоть до приблизительно 2 мм рт.ст.), повышения температуры (вплоть до приблизительно 260°С), и отгонки монофенола, получаемого в качестве побочного продукта поликонденсации. Соолигомер фосфоната и карбоната, таким образом полученный, может иметь среднюю молекулярную массу Mw (определяемую измерением относительной вязкости раствора в дихлорметане или в смесях с равными количествами по массе фенола/орто-дихлорфенола с калибровкой по светорассеянию) в диапазоне от приблизительно 2000 до приблизительно 18000 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 4000 до приблизительно 15000. В таких вариантах осуществления из процесса может быть извлечено вплоть до приблизительно 80% монофенола.In some embodiments, the reaction temperature for each step of the method may be from about 150 ° C. to about 400 ° C., and in other embodiments, the reaction temperature for each step of the method can be from about 180 ° C. to about 330 ° C. In such embodiments, the residence time at each stage can be from about 15 minutes to about 6 hours, and the pressure at each stage can be from about 250 mbar to about 0.01 mbar. In some embodiments, the reaction temperature may increase from one stage to another, and the pressure may decrease from one stage to the next. In embodiments comprising a two-step process, the transesterification reaction of aromatic dihydroxide, diaryl carbonate, diaryl alkyl phosphonate and at least one catalyst in the melt is preferably carried out in two stages. In a first step, the melting of aromatic dihydroxide, diaryl carbonate and diaryl alkylphosphonate can be carried out at a temperature of from about 80 ° C to about 250 ° C, from about 100 ° C to about 230 ° C, and in some embodiments, from about 120 ° C up to approximately 190 ° C. The first stage can be carried out at atmospheric pressure and can be carried out over a period of time from about 0 hours to about 5 hours, and in some embodiments, from about 0.25 hours to about 3 hours. After melting, a catalyst can be added to the melt, and phosphonate and carbonate co-oligomers of aromatic dihydroxide, diaryl carbonate and diaryl-alkyl phosphonate can be obtained by vacuum (up to about 2 mmHg), temperature increase (up to about 260 ° C), and the distillation of monophenol obtained as a by-product of polycondensation. The phosphonate and carbonate co-oligomer thus obtained may have an average molecular weight Mw (determined by measuring the relative viscosity of the solution in dichloromethane or in mixtures with equal amounts by weight of phenol / ortho-dichlorophenol with light scattering calibration) in the range of from about 2000 to about 18000 and in some embodiments, from about 4,000 to about 15,000. In such embodiments, up to about 80% monophenol can be recovered from the process.
На второй стадии сополимер фосфоната и карбоната может быть получен из соолигомеров фосфоната и карбоната, полученных на первой стадии в результате увеличения реакционной температуры от приблизительно 250°С до 320°С или от приблизительно 270°С до приблизительно 295°С и снижения давления до менее чем приблизительно 2 мм рт.ст. Побочные продукты, монофенолы, могут быть извлечены на второй стадии. Количество монофенола, которое получается на второй стадии, может быть меньшим, чем количество монофенола, получаемое на первой стадии, поскольку монофенол является результатом потери концевых групп в соолигомерах фосфоната и карбоната и в сополимерах фосфоната и карбоната в этой реакции. Например, количество получаемого монофенола может составлять менее приблизительно 5%, менее приблизительно 2% или менее приблизительно 1% относительно количества монофенола, которое получается на первой стадии.In a second step, a phosphonate-carbonate copolymer can be obtained from phosphonate-carbonate co-oligomers obtained in a first step by increasing the reaction temperature from about 250 ° C. to 320 ° C. or from about 270 ° C. to about 295 ° C. and reducing the pressure to less than than approximately 2 mmHg By-products, monophenols, can be recovered in a second step. The amount of monophenol obtained in the second stage may be less than the amount of monophenol obtained in the first stage, since monophenol is the result of loss of end groups in the phosphonate and carbonate co-oligomers and in the phosphonate and carbonate copolymers in this reaction. For example, the amount of monophenol produced may be less than about 5%, less than about 2%, or less than about 1%, relative to the amount of monophenol that is obtained in the first step.
Способы различных вариантов осуществления могут быть осуществлены с использованием периодического режима или непрерывного режима, например, в реакторах с перемешиванием, тонкопленочных испарителях, в выпарных аппаратах с падающей пленкой, в реакторах с перемешиванием с каскадным подключением, в экструдерах, в смесителях, простых дисковых реакторах, в дисковых реакторах для веществ высокой вязкости и в их комбинациях. Устройства, аппараты и реакторы, подходящие для отдельно взятых стадий упаривания реакционной смеси, могут зависеть от течения процесса и могут включать теплообменники, установки мгновенного испарения, сепараторы, колонки, выпарные аппараты, контейнеры с перемешиванием, реакторы и любые другие промышленно выпускаемые аппараты, которые обеспечивают необходимое время пребывания при выбранных температурах и давлениях, но не ограничиваться этим. Выбранные устройства должны обеспечивать необходимый приход тепла в реактор и должны быть сконструированы так, чтобы они подходили для постоянно увеличивающейся вязкости в расплаве. Различные устройства могут быть подключены друг к другу через насосы, трубопроводы, клапаны и тому подобное и их комбинации. Трубопроводы между всеми элементами оборудования предпочтительно являются по возможности максимально короткими, и число изгибов в трубах сохраняют по возможности максимально небольшим для того, чтобы избежать необязательного увеличения периодов времени пребывания.The methods of various embodiments can be carried out using a batch mode or a continuous mode, for example, in stirred reactors, thin-film evaporators, falling film evaporators, cascaded reactors, in extruders, in mixers, simple disk reactors, in disk reactors for high viscosity substances and their combinations. Devices, apparatuses and reactors suitable for individual stages of evaporation of the reaction mixture may depend on the process and may include heat exchangers, flash units, separators, columns, evaporators, mixing containers, reactors and any other industrially produced apparatuses that provide the necessary residence time at selected temperatures and pressures, but not limited to this. The selected devices should provide the necessary heat input to the reactor and should be designed so that they are suitable for the ever-increasing viscosity in the melt. Various devices can be connected to each other through pumps, pipelines, valves and the like, and combinations thereof. The pipelines between all components of the equipment are preferably as short as possible, and the number of bends in the pipes is kept as small as possible in order to avoid an unnecessary increase in residence times.
Варианты осуществления изобретения не ограничены конкретным катализатором переэтерификации, и любой катализатор переэтерификации, известный в данной области, может быть использован в способах, описанных выше. Однако в некоторых вариантах осуществления катализатор может представлять собой летучий катализатор и в других вариантах осуществления не содержащий металл летучий катализатор. В конкретных вариантах осуществления катализаторы могут быть летучими соединениями общей формулы I:Embodiments of the invention are not limited to a specific transesterification catalyst, and any transesterification catalyst known in the art can be used in the methods described above. However, in some embodiments, the catalyst may be a volatile catalyst, and in other embodiments, the metal-free volatile catalyst. In specific embodiments, the implementation of the catalysts may be volatile compounds of General formula I:
гдеWhere
R1, R2, R3 и R4 представляют собой, каждый, независимо, С1-С18 алкилены, С6-С10 арилы или С5-С6 циклоалкилы; иR 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently C 1 -C 18 alkylene, C 6 -C 10 aryl or C 5 -C 6 cycloalkyl; and
Х- представляет собой анион, где соответствующая пара кислота-основание Н++Х-→НХ, имеет рКb<11. Неограничивающие примеры катализаторов, попадающих в группу соединений, охватываемых формулой I, включают тетрафенилфосфоний-фторид, тетрафенилфосфоний-тетрафенилборат и тетрафенилфосфоний-фенолят, но не ограничиваются этим. В некоторых вариантах осуществления катализатор может представлять собой тетрафенилфосфоний-фенолят. Количество катализатора формулы I, обеспечиваемое для реакции, может варьироваться от одного варианта осуществления к другому и может составлять, например, 10-2-10-8 моль на моль ароматического дигидроксида или 10-3-10-6 моль на моль ароматического дигидроксида.X - is an anion, where the corresponding acid-base pair H + + X - → HX has pKb <11. Non-limiting examples of catalysts falling within the group of compounds encompassed by Formula I include, but are not limited to, tetraphenylphosphonium tetraphenylborate and tetraphenylphosphonium phenolate. In some embodiments, the catalyst may be tetraphenylphosphonium phenolate. The amount of catalyst of formula I provided for the reaction can vary from one embodiment to another and can be, for example, 10 -2 -10 -8 mol per mole of aromatic dihydroxide or 10 -3 -10 -6 mole per mole of aromatic dihydroxide.
В некоторых вариантах осуществления реакция может дополнительно включать один или более сокатализаторов, которые могут быть обеспечены в дополнение к одному или более катализаторам для увеличения скорости полимеризации. Такие сокатализаторы могут представлять собой, например, соли, включающие соли щелочных металлов и соли щелочноземельных металлов, такие как, например, гидроксиды, алкоксиды и арилоксиды лития, натрия и калия. В некоторых вариантах осуществления соль щелочного металла может представлять собой гидроксид, алкоксид или арилоксид натрия, и в некоторых вариантах осуществления сокатализатором может быть гидроксид натрия и фенолят натрия. Количество обеспечиваемого сокатализатора может варьироваться и может составлять, например, от приблизительно 1 мкг/кг до приблизительно 200 мкг/кг, от 5 мкг/кг до 150 мкг/кг и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 мкг/кг до приблизительно 125 мкг/кг, в расчете в каждом случае на массу используемого ароматического дигидроксида, вычисленное в каждом случае по натрию. В некоторых вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната изобретения могут быть получены без сокатализаторов.In some embodiments, the reaction may further include one or more cocatalysts, which can be provided in addition to one or more catalysts to increase the rate of polymerization. Such cocatalysts can be, for example, salts including alkali metal salts and alkaline earth metal salts, such as, for example, hydroxides, alkoxides and aryloxides of lithium, sodium and potassium. In some embodiments, the alkali metal salt may be sodium hydroxide, alkoxide, or aryl oxide, and in some embodiments, the cocatalyst may be sodium hydroxide and sodium phenolate. The amount of cocatalyst provided may vary, for example, from about 1 μg / kg to about 200 μg / kg, from 5 μg / kg to 150 μg / kg, and in some embodiments, from about 10 μg / kg to about 125 μg / kg, calculated in each case for the mass of aromatic dihydroxide used, calculated in each case for sodium. In some embodiments, the phosphonate and carbonate copolymers of the invention can be prepared without cocatalysts.
Не желая быть связанными какой бы то ни было теорией, полагают, что применение диарил-алкилфосфоната высокой степени чистоты в получении сополимеров фосфоната и карбоната могут обеспечить особенно преимущественные свойства, включающие улучшенную перерабатываемость в расплаве, улучшенные механические свойства, улучшенную гидролитическую стабильность и улучшенную термостабильность (стойкость против теплового старения), которую оценивают измерением температуры деформации при нагреве (HDT), в сравнении с сополимерами фосфоната и карбоната, полученными с использованием диарил-алкилфосфонатов меньшей степени чистоты, которые описаны ранее, и эти улучшенные свойства лучше, чем можно было бы ожидать, основываясь на предшествующих описаниях сополимеров фосфоната и карбоната. Диарил-алкилфосфонаты высокой степени чистоты, используемые в вариантах осуществления описываемых выше, могут иметь общее содержание кислотных компонентов, составляющее менее приблизительно 0,15% по массе, менее приблизительно 0,10% по массе и в некоторых вариантах осуществления менее приблизительно 0,05% по массе, тогда как диарил-алкилфосфонаты, используемые прежде, имели общее содержание кислотных компонентов, составляющее более приблизительно 0,20% по массе или приблизительно 0,19% по массе. В конкретных вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната могут быть получены, по меньшей мере, с 20% мол. диарил-алкилфосфонатов высокой степени чистоты в расчете на общее количество компонентов переэтерификации (диарил-алкилфосфонат и диарил-карбонат). В некоторых вариантах осуществления такие сополимеры фосфоната и карбоната могут быть получены с помощью летучего катализатора переэтерификации, и свойства сополимеров фосфоната и карбоната согласно изобретению могут быть дополнительно улучшены в том случае, когда бисфенол представляет собой только BPA.Not wishing to be bound by any theory, it is believed that the use of high-purity diaryl-alkylphosphonate in the preparation of phosphonate-carbonate copolymers can provide particularly advantageous properties, including improved melt processability, improved mechanical properties, improved hydrolytic stability and improved thermal stability ( resistance to thermal aging), which is evaluated by measuring the temperature of deformation during heating (HDT), in comparison with copolymers of phosphonate and carbon the one obtained using diaryl alkylphosphonates lesser purity which have been previously described, and these improved properties are better than would be expected based on the previous descriptions of phosphonate and carbonate copolymers. High purity diaryl alkylphosphonates used in the embodiments described above may have a total acid content of less than about 0.15% by weight, less than about 0.10% by weight, and in some embodiments, less than about 0.05% by weight, while the diaryl alkylphosphonates used before had a total acid content of more than about 0.20% by weight or about 0.19% by weight. In specific embodiments, the implementation of the copolymers of phosphonate and carbonate can be obtained with at least 20 mol%. high purity diaryl alkylphosphonates based on the total number of transesterification components (diaryl alkylphosphonate and diaryl carbonate). In some embodiments, such phosphonate-carbonate copolymers can be prepared using a volatile transesterification catalyst, and the properties of the phosphonate-carbonate copolymers according to the invention can be further improved when bisphenol is only BPA.
В некоторых вариантах осуществления монофенолы, удаляемые во время переэтерификации ароматического дигидроксида, диарил-карбоната, диарил-алкилфосфоната при получении сополимера фосфоната и карбоната, могут быть очищены и выделены до использования в синтезе диарил-карбоната. Сырые монофенолы, выделенные во время переэтерификации, могут быть загрязнены, в том числе диарил-карбонатами, диарил-алкилфосфонатами, ароматическим дигидроксидом, салициловой кислотой, изопропенилфенолом, фенил-феноксибензоатом, ксантоном, гидроксимоноарил-карбонатом и тому подобным, в зависимости от условий переэтерификации и условий перегонки. Очистка может быть осуществлена с помощью обычных процессов очистки, например с помощью перегонки или перекристаллизации. Степень чистоты монофенолов после очистки может составлять более 99%, более 99,8% или более 99,95%.In some embodiments, monophenols that are removed during the transesterification of aromatic dihydroxide, diaryl carbonate, diaryl-alkylphosphonate in the preparation of a phosphonate-carbonate copolymer can be purified and isolated prior to use in the synthesis of diaryl carbonate. The crude monophenols released during the transesterification may be contaminated, including diaryl carbonates, diaryl-alkylphosphonates, aromatic dihydroxide, salicylic acid, isopropenylphenol, phenyl-phenoxybenzoate, xanton, hydroxymonoaryl-carbonate and the like, depending on the condition, depending on transesterification, etc. distillation conditions. The purification can be carried out using conventional purification processes, for example by distillation or recrystallization. The purity of monophenols after purification can be more than 99%, more than 99.8%, or more than 99.95%.
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению могут быть использованы как таковые или в комбинации с другими полимерными материалами, включающими олигомеры, сополимеры и полимеры одних и тех же или других веществ. Например, в некоторых вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению могут быть скомбинированы с одним или более конструкционными пластиками для товаров широкого потребления для придания огнестойкости без значительного ухудшения технологических характеристик или гидролитической или термической стабильности. Конструкционные пластики, которые используют в этой заявке, включают как термопластики, так и термоотверждающиеся смолы и могут включать поликарбонаты, эпоксиды, полимеры-производные, полиэпоксиды (например, полимеры, получающиеся в результате реакционного взаимодействия одного или более эпоксидных мономеров или олигомеров с одним или более удлинителями цепей или отверждающими агентами, такими как моно- или многофункциональный фенол, амин, бензоксазин, ангидрид или их комбинация), бензоксазины, полиакрилаты, полиакрилонитрилы, сложные полиэфиры, такие как поли(этилен-терефталат), поли(триметилен-терефталат) и поли(бутилен-терефталат), ненасыщенные сложные полиэфиры, полиамиды, полистиролы, включающие полистирол с высокой ударной вязкостью, полимочевины, полиуретаны, полифосфонаты, полифосфаты, поли(акрилонитрил-бутадиен-стирол)ы, полиимиды, полиарилаты, поли(арилен-эфир)ы, полиэтилены, полипропилены, полифенилен-сульфиды, полимеры виниловых сложных эфиров, бис-малеимидные полимеры, полиангидриды, жидкие кристаллические полимеры, целлюлозные полимеры или любую их комбинацию (коммерчески доступные, например, в Sabic Plastics, Pittsfield, MA; Rohm & Haas Co., Philadelphia, PA; Bayer Corp. - Polymers, Akron, OH; Reichold; DuPont; Huntsman LLC, West Deptford, NJ; BASF Corp., Mount Olive, NJ; Dow Chemical Co., Midland, MI; GE Plastics; DuPont; Bayer; Dupont; ExxonMobil Chemical Corp., Houston, TX; ExxonMobil; Mobay Chemical Corp., Kansas City, KS; Goodyear Chemical, Akron, OH; BASF Corp.; 3M Corp., St. Paul, MN; Solutia, Inc., St. Louis, MO; DuPont; и Eastman Chemical Co., Kingsport, TN соответственно), но не ограничиваются этим. В конкретных вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению могут быть применены в комбинации с полиэпоксидами.Statistical copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention can be used as such or in combination with other polymeric materials, including oligomers, copolymers and polymers of the same or other substances. For example, in some embodiments, the phosphonate and carbonate copolymers of the invention may be combined with one or more structural plastics for consumer goods to provide fire resistance without significantly compromising process performance or hydrolytic or thermal stability. The engineering plastics that are used in this application include both thermoplastics and thermosetting resins and may include polycarbonates, epoxides, polymer derivatives, polyepoxides (for example, polymers resulting from the reaction of one or more epoxy monomers or oligomers with one or more chain extenders or curing agents such as mono- or multifunctional phenol, amine, benzoxazine, anhydride or a combination thereof), benzoxazines, polyacrylates, polyacrylonitriles, are complex polyesters such as poly (ethylene terephthalate), poly (trimethylene terephthalate) and poly (butylene terephthalate), unsaturated polyesters, polyamides, polystyrenes, including high impact polystyrene, polyureas, polyurethanes, polyphosphonates, polyphosphates, ( acrylonitrile butadiene styrene, polyimides, polyarylates, poly (arylene ether) s, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, vinyl ester polymers, bis-maleimide polymers, polyanhydrides, liquid crystalline polymers, cellulose polymers or any of their com bination (commercially available, for example, from Sabic Plastics, Pittsfield, MA; Rohm & Haas Co., Philadelphia, PA; Bayer corp. - Polymers, Akron, OH; Reichold DuPont; Huntsman LLC, West Deptford, NJ; BASF Corp., Mount Olive, NJ; Dow Chemical Co., Midland, MI; GE Plastics; DuPont; Bayer; Dupont; ExxonMobil Chemical Corp., Houston, TX; ExxonMobil; Mobay Chemical Corp., Kansas City, KS; Goodyear Chemical, Akron, OH; BASF Corp .; 3M Corp., St. Paul, MN; Solutia, Inc., St. Louis, MO; DuPont; and Eastman Chemical Co., Kingsport, TN, respectively), but are not limited to this. In specific embodiments, the phosphonate and carbonate copolymers of the invention can be used in combination with polyepoxides.
В других вариантах осуществления композиции конструкционных полимеров изобретения, которые включают сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению как таковые или сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению в комбинации с другим конструкционным полимером, таким как конструкционные полимеры, описанные выше, могут включать один или более дополнительных компонентов или добавок, обычно используемых с этими материалами, таких как, например, наполнители, волокна, поверхностно-активные вещества, органические связующие, полимерные связующие, сшивающие добавки, агенты реакции сочетания, добавки, препятствующие стеканию каплями во время горения полимеров, такие как фторированные полиолефины, кремнийорганические соединения, и арамидные волокна, смазочные вещества, разделительные добавки для облегчения выемки изделий из пресс-форм, такие как пентаэритрит-тетрастеарат, зародышеобразующие добавки, антистатические добавки, такие как токопроводящие сажи, углеродные волокна, углеродные нанотрубки, и органические антисептики, такие как полиалкиленовые простые эфиры, алкилсульфонаты, и полиамидсодержащие полимеры, катализаторы, окрашивающие вещества, чернила, красители, антиоксиданты, стабилизаторы и тому подобное и любые их комбинации. В таких вариантах осуществления один или более дополнительных компонентов или добавок могут составлять от приблизительно 0,001% масс. до приблизительно 1% масс., от приблизительно 0,005% масс. до приблизительно 0,9% масс., от приблизительно 0,005% масс. до приблизительно 0,8% масс., от приблизительно 0,004% масс. до приблизительно 0,8% масс. и в конкретных вариантах осуществления от приблизительно 0,04% масс. до приблизительно 0,6% масс. в расчете на массу всей композиции. В других вариантах осуществления дополнительные компоненты, такие как стекловолокно или другие волокна, могут быть обеспечены в высоких концентрациях. Например, в некоторых вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната могут включать вплоть до приблизительно 30% масс. стекловолокна, и в других вариантах осуществления сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению могут включать от приблизительно 5% масс. до приблизительно 30% масс., от приблизительно 10% масс. до приблизительно 25% масс., или от приблизительно 15% масс. до приблизительно 20% масс. стекловолокна.In other embodiments, the structural polymer compositions of the invention, which include the phosphonate and carbonate copolymers of the invention as such or the phosphonate and carbonate copolymers of the invention in combination with another structural polymer, such as the structural polymers described above, may include one or more additional components or additives commonly used with these materials, such as, for example, fillers, fibers, surfactants, organic binders, polymer binders, crosslinkers, coupling reaction agents, anti-drip agents during polymer burning, such as fluorinated polyolefins, organosilicon compounds, and aramid fibers, lubricants, release agents to facilitate the removal of molds, such as pentaerythritol tetrastearate, nucleating additives, antistatic additives such as conductive soot, carbon fibers, carbon nanotubes, and organic antiseptics such as polyalkylene simple ethers, alkylsulfonates and poliamidsoderzhaschie polymers, catalysts, colorants, inks, dyes, antioxidants, stabilizers and the like and any combination thereof. In such embodiments, one or more additional components or additives may comprise from about 0.001% of the mass. to about 1% of the mass., from about 0.005% of the mass. to about 0.9% of the mass., from about 0.005% of the mass. to about 0.8% of the mass., from about 0.004% of the mass. up to about 0.8% of the mass. and in specific embodiments, implementation of from about 0.04% of the mass. up to about 0.6% of the mass. based on the weight of the entire composition. In other embodiments, additional components, such as fiberglass or other fibers, may be provided in high concentrations. For example, in some embodiments, the implementation of the copolymers of phosphonate and carbonate may include up to about 30% of the mass. fiberglass, and in other embodiments, the implementation of the copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention may include from about 5% of the mass. to about 30% of the mass., from about 10% of the mass. to about 25% of the mass., or from about 15% of the mass. up to about 20% of the mass. fiberglass.
Композиции, включающие сополимеры фосфоната и карбоната и другие конструкционные полимеры и/или дополнительные компоненты или добавки, могут быть получены с помощью обычно применяемого средства. Например, в некоторых вариантах осуществления соответственные составляющие могут быть смешаны известным способом и подвергнуты замешиванию в расплаве и/или экструзии в расплаве при температурах, таких как от приблизительно 200°С до приблизительно 400°С, в обычных установках, таких как закрытые смесители, экструдеры или двухшнековые установки. Смешение отдельно взятых составляющих может быть осуществлено либо последовательно, либо одновременно и либо при приблизительно комнатной температуре (приблизительно 20°С), либо при более высокой температуре. Например, в некоторых вариантах осуществления конструкционный пластик и/или все дополнительные компоненты или добавки могут быть введены в сополимер фосфоната и карбоната замешиванием. В других вариантах осуществления отдельно взятые составляющие могут быть введены в расплав сополимера фосфоната и карбоната по отдельности на различных стадиях процесса получения. Так, например, добавки могут быть введены во время или в конце переэтерификации ароматических дигидроксидов органическими карбонатами и дифенилметил-фосфонатом, до или во время образования соолигомеров фосфоната и карбоната или до или после поликонденсации соолигомеров фосфоната и карбоната, в расплав сополимера фосфоната и карбоната. Форма введения соединений согласно изобретению не ограничена. Например, конструкционные пластики и/или дополнительные компоненты или добавки могут быть добавлены в форме твердых веществ, например в форме порошка, в форме концентрата в поликарбонатном порошке в растворе. В промышленных вариантах осуществления экструдер с поперечной головкой может эксплуатироваться с производительностью, например, 200-1000 кг сополимера фосфоната и карбоната в час.Compositions including copolymers of phosphonate and carbonate and other structural polymers and / or additional components or additives can be obtained using commonly used means. For example, in some embodiments, the respective constituents may be mixed in a known manner and subjected to melt kneading and / or melt extrusion at temperatures such as from about 200 ° C. to about 400 ° C., in conventional plants such as closed mixers, extruders or twin screw units. The mixing of individual components can be carried out either sequentially, or simultaneously and either at approximately room temperature (approximately 20 ° C), or at a higher temperature. For example, in some embodiments, structural plastic and / or all additional components or additives may be introduced into the copolymer of phosphonate and carbonate by kneading. In other embodiments, individual components may be separately introduced into the melt of the phosphonate-carbonate copolymer at various stages of the manufacturing process. For example, additives can be introduced during or at the end of transesterification of aromatic dihydroxides with organic carbonates and diphenylmethylphosphonate, before or during the formation of phosphonate and carbonate co-oligomers, or before or after polycondensation of phosphonate and carbonate co-oligomers, into the melt of the phosphonate and carbonate copolymer. The administration form of the compounds of the invention is not limited. For example, structural plastics and / or additional components or additives may be added in the form of solids, for example in the form of a powder, in the form of a concentrate in a polycarbonate powder in solution. In industrial embodiments, a transverse head extruder can be operated with a capacity of, for example, 200-1000 kg of a phosphonate-carbonate copolymer per hour.
Полимерные композиции изобретения могут быть применены в качестве покрытий или адгезивов, или они могут быть использованы в изготовлении изделий, таких как отдельные пленки, препреги, волокна, пеноматериалы, формованные изделия и армированные волокном композиционные материалы. В случае армированных волокном композиционных материалов армирующий материал может быть в форме непрерывных, тканых или резаных волокон, включающих стекловолокно, углеродное волокно, волокно из карбида кремния и органические волокна или их комбинации, но не ограниченных этим. Эти изделия могут хорошо подходить для ряда применений в качестве элементов-подложек, электрических деталей, электрических разъемных соединителей, ламинированных плит для печатной разводки, корпусов, простейших элементов и деталей в товарах широкого потребления, которые должны соответствовать стандарту по технике безопасности (UL) или другим типовым стандартам огнестойкости.The polymer compositions of the invention can be used as coatings or adhesives, or they can be used in the manufacture of products such as single films, prepregs, fibers, foams, molded products and fiber-reinforced composite materials. In the case of fiber-reinforced composite materials, the reinforcing material may be in the form of continuous, woven or cut fibers, including but not limited to fiberglass, carbon fiber, silicon carbide fiber and organic fibers. These products may be well suited for a number of applications as substrate elements, electrical parts, electrical connectors, laminated plates for printed wiring, housings, simple elements and parts in consumer goods that must comply with the safety standard (UL) or other typical fire resistance standards.
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната, полученные так, как описано выше, или композиции конструкционных полимеров, включающие статистические сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретению и конструкционный полимер, как правило, являются самогасящимися, то есть они прекращают горение при удалении из пламени, и любые капли, получающиеся при плавлении в пламени, прекращают горение и почти мгновенно гасятся и не легко распространяют пламя на любые окружающие материалы. Кроме того, эти полимерные композиции не образуют заметный дым при воздействии пламени.Statistical copolymers of phosphonate and carbonate obtained as described above, or compositions of structural polymers, including the statistical copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention and the structural polymer, are usually self-extinguishing, that is, they stop burning when removed from the flame, and any drops resulting from melting in a flame, stop burning and quench almost instantly and do not easily spread the flame to any surrounding materials. In addition, these polymer compositions do not form noticeable smoke when exposed to flame.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Хотя настоящее изобретение было описано очень подробно со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты его осуществления, другие версии возможны. Таким образом, сущность и объем прилагаемых пунктов не следует ограничивать описанием и предпочтительными версиями, находящимися в рамках этого описания изобретения. Различные аспекты настоящего изобретения будут проиллюстрированы со ссылкой на следующие неограничивающие примеры. Следующие примеры даны только с иллюстративными целями, и их не следует рассматривать как ограничивающие изобретение каким-либо образом.Although the present invention has been described in great detail with reference to some preferred embodiments thereof, other versions are possible. Thus, the nature and scope of the attached paragraphs should not be limited to the description and preferred versions that are within the scope of this description of the invention. Various aspects of the present invention will be illustrated with reference to the following non-limiting examples. The following examples are given for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the invention in any way.
Аналитическая характеризацияAnalytical characterization
Количество кислотных компонентов в дифенил-метилфосфонате (DPP) определяют методом газовой хроматографии (GC) на колонке с неполярной фазой (Optima 5) путем анализирования образца после дериватизации посредством MSTFA (N-Метил-N-(триметилсилил)трифторацетамид), с учетом площади под соответствующими пиками, полученными методом GC.The amount of acid components in diphenyl methylphosphonate (DPP) is determined by gas chromatography (GC) on a non-polar column (Optima 5) by analyzing the sample after derivatization with MSTFA (N-Methyl-N- (trimethylsilyl) trifluoroacetamide), taking into account the area under corresponding peaks obtained by the GC method.
Молекулярно-массовые распределения определяют измерением 0,2%-ных растворов полимера в дихлорметане с помощью гель-проникающей хроматографии (GPC) с детектированием в УФ-области (на длине волн 254 нм). Калибровку прибора проводят с помощью линейных поликарбонатных стандартов с известными молекулярными массами. Среднемассовую молекулярную массу (Mw), среднечисловую молекулярную массу (Mn) и полидисперсность (Mw/Mn), называемую PD, оценивают на основании хроматограмм с использованием программного обеспечения WinGPC.Molecular weight distributions are determined by measuring 0.2% solutions of the polymer in dichloromethane using gel permeation chromatography (GPC) with detection in the UV region (at a wavelength of 254 nm). Calibration of the device is carried out using linear polycarbonate standards with known molecular weights. The weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn) and polydispersity (Mw / Mn), called PD, are estimated based on chromatograms using WinGPC software.
Определение гидролитической стабильности проводят с помощью испытания кипячением образца в воде. Образцы статистических сополимеров фосфоната и карбоната, представляющие собой гранулы массой 10 г, помещают в 100 мл чистой воды (трижды дистиллированной) на период времени вплоть до 168 часов в условия кипячения с обратным холодильником при атмосферном давлении. Образцы периодически вынимают и относительную вязкость (ŋrel) измеряют на вискозиметре Уббелоде при концентрации 0,5 г полимера/литр в дихлорметане при 25°С. Измеряют изменение значения ŋrel в испытании при кипячении в воде и используют это изменение для оценивания гидролитической стабильности.Determination of hydrolytic stability is carried out using a test by boiling a sample in water. Samples of statistical copolymers of phosphonate and carbonate, representing granules weighing 10 g, are placed in 100 ml of pure water (three times distilled) for a period of time up to 168 hours under reflux conditions at atmospheric pressure. Samples are periodically taken out and relative viscosity (ŋ rel ) is measured on a Ubbelode viscometer at a concentration of 0.5 g of polymer / liter in dichloromethane at 25 ° C. The change in ŋ rel in a boiling water test is measured and this change is used to evaluate hydrolytic stability.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Блок-сополимер фосфоната и карбонатаPhosphonate-Carbonate Block Copolymer
Сравнительный пример согласно патенту США № 7645850Comparative example according to US patent No. 7645850
Блок-сополимер фосфоната и карбоната синтезируют с помощью реакции олиго-фосфонатов и олиго-карбонатов, полученных в двух отдельных реакторах. В 6-литровый нержавеющий стальной реактор, оснащенный механической мешалкой и дефлегматором, добавляют под азотом 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (BPA) (1140 г, 5,000 моль), дифенилкарбонат (DPC) (1110 г, 5,187 моль), и катализатор, тетрафенилфосфоний-фенолят (TPPP, 0,3 г, 70%-ный раствор в феноле, 0,49 ммоль). Смесь мономер/катализатор нагревают до 250°С при слегка сниженном давлении (933 миллибар). По истечении 15 минут при 250°С давление снижают до 667 миллибар и затем постепенно до 13 миллибар в течение общего периода времени 2 часа 45 минут. Побочный продукт фенол удаляют перегонкой и собирают в градуированную приемную колбу. Собирают всего 860 мл фенола.The block copolymer of phosphonate and carbonate is synthesized by the reaction of oligo-phosphonates and oligo-carbonates obtained in two separate reactors. In a 6-liter stainless steel reactor equipped with a mechanical stirrer and reflux condenser, 2.2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (BPA) (1140 g, 5,000 mol), diphenyl carbonate (DPC) (1110 g, 5.187 mol) are added under nitrogen. and a catalyst, tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP, 0.3 g, 70% phenol solution, 0.49 mmol). The monomer / catalyst mixture is heated to 250 ° C. under a slightly reduced pressure (933 mbar). After 15 minutes at 250 ° C, the pressure is reduced to 667 mbar and then gradually to 13 mbar over a total period of 2 hours 45 minutes. The phenol by-product is removed by distillation and collected in a graduated receiving flask. A total of 860 ml of phenol is collected.
Во второй 12-литровый нержавеющий стальной реактор, оснащенный механической мешалкой и двумя дефлегматорами, подсоединенными последовательно, под азотом добавляют 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (BPA, 554 г, 2,430 моль), дифенил-метилфосфонат (DPP) (603,0 г, 2,431 моль) и катализатор, тетрафенилфосфоний-фенолят (TPPP, 0,192 г, 70%-ный раствор в феноле, 0,310 ммоль). Анализ DPP до проведения этой реакции показал, что эта партия содержит 0,02% кислотных компонентов. Смесь мономер/катализатор нагревают до 265°С при слегка сниженном давлении (933 миллибар). По истечении 15 минут при 250°С давление снижают до 280 миллибар и затем постепенно до 5,3 миллибар в течение общего периода времени 5 часов. Побочный продукт фенол удаляют перегонкой и собирают в градуированную приемную колбу. Собирают всего 390 мл фенола. Продукт на основе олигомера фосфоната переносят с помощью нержавеющего стального переходника в 6-литровый нержавеющий стальной реактор, содержащий продукт на основе олигомера карбоната, выдержанный при 265°С. Добавляют дополнительный катализатор, тетрафенилфосфоний-фенолят (TPPP, 0,450 г, 70%-ный раствор в феноле, 0,80 ммоль). По истечении 30 минут реакционную температуру повышают до 305°С и давление снижают до <0,4 миллибар. Олигомерам дают прореагировать до тех пор, пока не будет достигнут вращающий момент 11,30 ньютон-метров (6 часов 15 минут). Конечный продукт экструдируют через экструзионную головку в нижней части реактора в водяную баню и подвергают гранулированию с использованием гранулятора.In a second 12-liter stainless steel reactor equipped with a mechanical stirrer and two reflux condensers connected in series, 2.2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (BPA, 554 g, 2.430 mol), diphenyl methylphosphonate (DPP) are added under nitrogen ( 603.0 g, 2.431 mol) and a catalyst, tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP, 0.192 g, 70% phenol solution, 0.310 mmol). Analysis of DPP before carrying out this reaction showed that this batch contains 0.02% acidic components. The monomer / catalyst mixture is heated to 265 ° C. under a slightly reduced pressure (933 mbar). After 15 minutes at 250 ° C, the pressure is reduced to 280 mbar and then gradually to 5.3 mbar over a total period of 5 hours. The phenol by-product is removed by distillation and collected in a graduated receiving flask. Only 390 ml of phenol is collected. The phosphonate oligomer-based product is transferred using a stainless steel adapter to a 6-liter stainless steel reactor containing a carbonate oligomer-based product maintained at 265 ° C. An additional catalyst, tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP, 0.450 g, 70% phenol solution, 0.80 mmol) was added. After 30 minutes, the reaction temperature was increased to 305 ° C. and the pressure was reduced to <0.4 mbar. The oligomers are allowed to react until a torque of 11.30 Newton meters (6 hours 15 minutes) is reached. The final product is extruded through an extrusion die at the bottom of the reactor into a water bath and granulated using a granulator.
ПРИМЕРЫ 2 и 3EXAMPLES 2 AND 3
Статистические сополимеры фосфоната и карбонатаStatistical copolymers of phosphonate and carbonate
Сравнительный ПримерComparative Example
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната синтезируют в многостадийном процессе. Сначала мономеры 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (BPA) (79,67 г = 0,349 моль), дифенилкарбонат (DPC) (55,033 г, 0,257 моль), дифенил-метилфосфонат (DPP) (27,329 г, 0,110 моль) и катализатор, тетрафенилфосфоний-фенолят (TPPP, 0,0943 г, 68%-ный раствор в феноле, 0,148 ммоль), помещают в трехгорлую колбу, оснащенную дистилляционной насадкой и механической мешалкой. Анализ DPP до проведения этой реакции показывает, что эта порция содержит 0,19% кислотных компонентов. Смесь мономер/катализатор нагревают до температуры 190°С для того, чтобы расплавить твердые вещества при атмосферном давлении и под азотом. После плавления смесь перемешивают в течение 45 минут при скорости вращения мешалки 400 оборотов в минуту (rpm). После перемешивания в течение 45 минут при 190°С температуру повышают до 200°С. После достижения 200°С давление снижают до 200 миллибар. Инициируют реакцию и побочный продукт фенол удаляют перегонкой и собирают в приемную колбу, которую поддерживают в холодном состоянии с помощью ледяной воды. После периода времени реакции 20 минут давление снижают до 100 миллибар, а температуру повышают до 215°С. После дополнительного периода времени реакции 20 минут, давление снижают до 50 миллибар, а температуру повышают до 250°С. После добавочного периода времени реакции 20 минут давление снижают до 25 миллибар, а температуру повышают до 260°С. По истечении периода времени реакции 20 минут давление снижают до 4 миллибар, а температуру повышают до 290°С. По истечении периода времени реакции 5 минут скорость вращения мешалки снижают до 250 rpm. После дополнительного периода времени реакции 20 минут скорость вращения мешалки снижают до 100 rpm. После добавочного периода времени реакции 20 минут давление снижают до 1 миллибар, а температуру повышают до 310°С. По истечении дополнительного периода времени реакции 45 минут скорость вращения мешалки снижают до 50 rpm. По истечении дополнительного периода времени реакции 15 минут первые образцы вынимают для поведения анализа (1-часовой образец означает 1 час пребывания на стадии высокого вакуума 1 миллибар). По истечении дополнительного часа при 310°С, 1 миллибаре и скорости вращения мешалки 50 rpm второй образец вынимают для проведения анализа (2-часовой образец означает 2 часа пребывания на стадии высокого вакуума 1 миллибар).Statistical copolymers of phosphonate and carbonate are synthesized in a multi-stage process. First, the monomers 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (BPA) (79.67 g = 0.349 mol), diphenyl carbonate (DPC) (55.033 g, 0.257 mol), diphenyl methylphosphonate (DPP) (27.329 g, 0.110 mol ) and the catalyst, tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP, 0.0943 g, 68% solution in phenol, 0.148 mmol) are placed in a three-necked flask equipped with a distillation nozzle and a mechanical stirrer. Analysis of DPP before carrying out this reaction shows that this portion contains 0.19% acidic components. The monomer / catalyst mixture is heated to a temperature of 190 ° C. in order to melt the solids at atmospheric pressure and under nitrogen. After melting, the mixture is stirred for 45 minutes at a stirrer speed of 400 revolutions per minute (rpm). After stirring for 45 minutes at 190 ° C, the temperature was raised to 200 ° C. After reaching 200 ° C, the pressure is reduced to 200 mbar. The reaction is initiated and the phenol by-product is removed by distillation and collected in a receiving flask, which is kept cold with ice water. After a reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 100 mbar, and the temperature is increased to 215 ° C. After an additional period of reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 50 mbar, and the temperature is increased to 250 ° C. After an additional reaction period of 20 minutes, the pressure is reduced to 25 mbar, and the temperature is increased to 260 ° C. After a period of 20 minutes, the pressure is reduced to 4 mbar, and the temperature is increased to 290 ° C. After a reaction period of 5 minutes, the rotation speed of the mixer is reduced to 250 rpm. After an additional reaction time of 20 minutes, the speed of the stirrer is reduced to 100 rpm. After an additional reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 1 mbar, and the temperature is increased to 310 ° C. After an additional reaction period of 45 minutes, the speed of the mixer is reduced to 50 rpm. After an additional period of reaction time of 15 minutes, the first samples are removed for analysis behavior (1-hour sample means 1 hour at a high vacuum stage of 1 mbar). After an additional hour at 310 ° C, 1 millibar and a stirrer speed of 50 rpm, a second sample was taken out for analysis (2-hour sample means 2 hours at a high vacuum stage of 1 millibar).
ПРИМЕР 4EXAMPLE 4
Статистический сополимер фосфоната и карбонатаStatistical copolymer of phosphonate and carbonate
Сравнительный ПримерComparative Example
Пример 4 включает повтор Примера 2 за исключением того, что используемый DPP содержит 0,337% кислотных компонентов.Example 4 includes a repeat of Example 2 except that the DPP used contains 0.337% acidic components.
Примеры 2-3 даны для сравнения, и образцы этих Примеров изготавливают с использованием условий синтеза настоящего изобретения, за исключением того, что используют DPP с более низкой степенью чистоты (приблизительно 0,19% кислотных компонентов).Examples 2-3 are given for comparison, and samples of these Examples are prepared using the synthesis conditions of the present invention, except that DPP with a lower degree of purity (approximately 0.19% acidic components) is used.
ПРИМЕРЫ 5-11EXAMPLES 5-11
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната согласно изобретениюStatistical copolymers of phosphonate and carbonate according to the invention
Для образцов Примеров 5-11 используют серию DPP высокой степени чистоты с содержанием кислотных компонентов ≤0,12%. Кроме того, количество используемого катализатора варьируют. Реакционные условия для Примеров 5-11 являются идентичными и описаны ниже.For samples of Examples 5-11, a high purity DPP series with an acid content of ≤0.12% is used. In addition, the amount of catalyst used varies. The reaction conditions for Examples 5-11 are identical and are described below.
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната синтезируют в многостадийном процессе. Сначала мономеры 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (BPA) (79,67 г = 0,349 моль), дифенилкарбонат (DPC) (55,033 г, 0,257 моль), дифенил-метилфосфонат (DPP) (27,329 г, 0,110 моль) и катализатор, тетрафенилфосфоний-фенолят (TPPP, 0,0943 г, 68%-ный раствор в феноле, 0,148 ммоль), помещают в трехгорлую колбу, оснащенную дистилляционной насадкой и механической мешалкой. Анализ DPP до проведения этой реакции показывает, что эта серия содержит 0,12% кислотных компонентов. Смесь мономер/катализатор нагревают до температуры 190°С для того, чтобы расплавить твердые вещества при атмосферном давлении и под азотом. После расплавления смесь перемешивают в течение 45 минут при скорости вращения мешалки 400 оборотов в минуту (rpm). После перемешивания в течение 45 минут при 190°С температуру повышают до 200°С. После достижения 200°С давление снижают до 200 миллибар. Инициируют реакцию и побочный продукт фенол удаляют перегонкой и собирают в приемную колбу, которую поддерживают в холодном состоянии с помощью ледяной воды. После периода времени реакции 20 минут давление снижают до 100 миллибар, а температуру повышают до 215°С. После дополнительного периода времени реакции 20 минут давление снижают до 50 миллибар, а температуру повышают до 250°С. После добавочного периода времени реакции 20 минут давление снижают до 25 миллибар, а температуру повышают до 260°С. По истечении периода времени реакции 20 минут давление снижают до 4 миллибар, а температуру повышают до 290°С. По истечении периода времени реакции 5 минут скорость вращения мешалки снижают до 250 rpm. После дополнительного периода времени реакции 20 минут скорость вращения мешалки снижают до 100 rpm. После добавочного периода времени реакции 20 минут давление снижают до 1 миллибар, а температуру повышают до 310°С. По истечении дополнительного периода времени реакции 45 минут скорость вращения мешалки снижают до 50 rpm. По истечении дополнительного периода времени реакции 15 минут первые образцы вынимают для поведения анализа (1-часовой образец означает 1 час пребывания на стадии высокого вакуума 1 миллибар). По истечении дополнительного часа при 310°С, 1 миллибаре и скорости вращения мешалки 50 rpm второй образец вынимают для проведения анализа (2-часовой образец означает 2 часа пребывания на стадии высокого вакуума 1 миллибар).Statistical copolymers of phosphonate and carbonate are synthesized in a multi-stage process. First, the monomers 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (BPA) (79.67 g = 0.349 mol), diphenyl carbonate (DPC) (55.033 g, 0.257 mol), diphenyl methylphosphonate (DPP) (27.329 g, 0.110 mol ) and the catalyst, tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP, 0.0943 g, 68% solution in phenol, 0.148 mmol) are placed in a three-necked flask equipped with a distillation nozzle and a mechanical stirrer. Analysis of DPP before carrying out this reaction shows that this series contains 0.12% acidic components. The monomer / catalyst mixture is heated to a temperature of 190 ° C. in order to melt the solids at atmospheric pressure and under nitrogen. After melting, the mixture is stirred for 45 minutes at a stirrer speed of 400 revolutions per minute (rpm). After stirring for 45 minutes at 190 ° C, the temperature was raised to 200 ° C. After reaching 200 ° C, the pressure is reduced to 200 mbar. The reaction is initiated and the phenol by-product is removed by distillation and collected in a receiving flask, which is kept cold with ice water. After a reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 100 mbar, and the temperature is increased to 215 ° C. After an additional period of reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 50 mbar, and the temperature is increased to 250 ° C. After an additional reaction period of 20 minutes, the pressure is reduced to 25 mbar, and the temperature is increased to 260 ° C. After a period of 20 minutes, the pressure is reduced to 4 mbar, and the temperature is increased to 290 ° C. After a reaction period of 5 minutes, the rotation speed of the mixer is reduced to 250 rpm. After an additional reaction time of 20 minutes, the speed of the stirrer is reduced to 100 rpm. After an additional reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 1 mbar, and the temperature is increased to 310 ° C. After an additional reaction period of 45 minutes, the speed of the mixer is reduced to 50 rpm. After an additional period of reaction time of 15 minutes, the first samples are removed for analysis behavior (1-hour sample means 1 hour at a high vacuum stage of 1 mbar). After an additional hour at 310 ° C, 1 millibar and a stirrer speed of 50 rpm, a second sample was taken out for analysis (2-hour sample means 2 hours at a high vacuum stage of 1 millibar).
Точное описание исходных масс всех реагентов и количество кислотных побочных продуктов в DPP приведены в Таблице 1.An accurate description of the starting weights of all reagents and the amount of acidic by-products in DPP are given in Table 1.
ПРИМЕРЫ 12-17EXAMPLES 12-17
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната: согласно изобретениюStatistical copolymers of phosphonate and carbonate: according to the invention
DPP, используемый в примерах 12-17, имеет общее содержание кислотных компонентов максимально 0,034%.DPP used in examples 12-17 has a total acid content of at most 0.034%.
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната синтезируют с использованием многостадийного процесса. Сначала мономеры BPA (9000±200 г), DPC (6500±200 г), DPP (2900±100 г) и катализатор TPPP (10,8±0,2 г, 68%-ный раствор в феноле) помещают в смесительный сосуд и нагревают до 190°С при атмосферном давлении и под азотом. Твердые вещества расплавляют и реакционную смесь перемешивают в течение 45 минут при 400 оборотах в минуту (rpm). Молярное соотношение (DPP+DPC)/BPA равно 1,06 и 1,07 соответственно относительно концентрации BPA, равной 1,0 в начале реакции. Количество DPP устанавливают таким образом, что отношение DPP к сумме DPP+DPC в расчете на массы составляет 31%. Точное описание каждой композиции со всеми исходными массами отражено в Таблице 2.Statistical copolymers of phosphonate and carbonate are synthesized using a multi-stage process. First, BPA monomers (9000 ± 200 g), DPC (6500 ± 200 g), DPP (2900 ± 100 g) and TPPP catalyst (10.8 ± 0.2 g, 68% phenol solution) are placed in a mixing vessel and heated to 190 ° C. at atmospheric pressure and under nitrogen. The solids are melted and the reaction mixture is stirred for 45 minutes at 400 rpm. The molar ratio (DPP + DPC) / BPA is 1.06 and 1.07, respectively, relative to a BPA concentration of 1.0 at the start of the reaction. The amount of DPP is set in such a way that the ratio of DPP to the sum of DPP + DPC based on the mass is 31%. An exact description of each composition with all the initial weights is shown in Table 2.
По истечении реакционного времени 45 минут при 190°С при атмосферном давлении реакционную смесь переносят в нижнюю часть испарителя с падающей пленкой. Испаритель с падающей пленкой имеет температуру 190°С и находится под атмосферным давлением под азотом. После завершения переноса давление в испарителе с падающей пленкой понижают до 200 миллибар. Реакционную смесь закачивают в технологический цикл по переточной трубе, которую нагревают снаружи. Количество, закачиваемое в технологический цикл, поддерживают постоянным в течение всего эксперимента, и оно составляет в итоге четырехкратное количество относительно количества жидкости, исходно переносимого в испаритель с падающей пленкой в час в начале. Фенол, который вырабатывается во время реакции, удаляют перегонкой и собирают в отдельном контейнере, посредством чего удаляют его из реакционной смеси. По истечении периода времени реакции 20 минут давление снижают до 100 миллибар, а температуру повышают до 220°С. Тем временем, реакционную смесь закачивают в технологический цикл по переточной трубе. По истечении периода времени реакции 20 минут давление понижают до 50 миллибар, а температуру повышают до 250°С, при непрерывном закачивании реакционной смеси в технологический цикл по переточной трубе. По истечении периода времени реакции 20 минут давление понижают до 35 миллибар, а температуру повышают до 265°С, при непрерывном закачивании реакционной смеси в технологический цикл по переточной трубе. По истечении периода времени реакции 20 минут реакционную смесь закачивают в дисковый реактор. В дисковом реакторе полимеризацию проводят далее при 270°С под давлением 4 миллибар при скорости вращения диска 2,5 rpm. Все это время фенол, который вырабатывается во время реакции, удаляют перегонкой. По истечении периода времени реакции 45 минут давление понижают до 1 миллибар, а температуру повышают до 305°С, а скорость вращения дисков понижают до 1 rpm. Реакцию продолжают до тех пор, пока не достигнут конечной вязкости (подробности см. на Таблице 2). После достижения конечной вязкости полимер откачивают из реактора через мундштук и в водяную баню. Затем твердый полимер гранулируют с использованием гранулятора.After a reaction time of 45 minutes at 190 ° C. at atmospheric pressure, the reaction mixture was transferred to the lower part of the falling film evaporator. The falling film evaporator has a temperature of 190 ° C. and is under atmospheric pressure under nitrogen. After the transfer is complete, the pressure in the falling film evaporator is reduced to 200 mbar. The reaction mixture is pumped into the production cycle through a transfer pipe, which is heated from the outside. The amount injected into the technological cycle is kept constant throughout the experiment, and it amounts to a total of four times the amount of liquid initially transferred to the evaporator with a falling film per hour at the beginning. The phenol that is produced during the reaction is removed by distillation and collected in a separate container, whereby it is removed from the reaction mixture. After a period of 20 minutes, the pressure is reduced to 100 mbar, and the temperature is increased to 220 ° C. In the meantime, the reaction mixture is pumped into the production cycle through a transfer pipe. After a period of reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 50 mbar, and the temperature is increased to 250 ° C, while the reaction mixture is continuously pumped into the production cycle through a transfer pipe. After a period of reaction time of 20 minutes, the pressure is reduced to 35 mbar, and the temperature is increased to 265 ° C, while the reaction mixture is continuously pumped into the production cycle through a transfer pipe. After a period of 20 minutes, the reaction mixture is pumped into a disk reactor. In a disk reactor, polymerization is carried out further at 270 ° C. under a pressure of 4 mbar at a disk rotation speed of 2.5 rpm. All this time, phenol, which is produced during the reaction, is removed by distillation. After a reaction period of 45 minutes, the pressure is reduced to 1 millibar, and the temperature is increased to 305 ° C, and the speed of rotation of the disks is reduced to 1 rpm. The reaction is continued until the final viscosity is reached (see Table 2 for details). After reaching the final viscosity, the polymer is pumped out of the reactor through the mouthpiece and into the water bath. The solid polymer is then granulated using a granulator.
ПРИМЕРЫ 18-20EXAMPLES 18-20
Статистические сополимеры фосфоната и карбоната: согласно изобретениюStatistical copolymers of phosphonate and carbonate: according to the invention
Реакционные условия касательно температур, давлений, скорости мешалки и периодов времени пребывания точно совпадают с реакционными условиями для примеров 5-11, за исключением различных соотношений DPP/(DPP+DPC), см. Таблицу 3.The reaction conditions regarding temperatures, pressures, stirrer speeds and residence time periods exactly match the reaction conditions for Examples 5-11, with the exception of various DPP / (DPP + DPC) ratios, see Table 3.
Исходные массы всех мономеров, используемых в этих примерах, и количество кислотных побочных продуктов в DPP описаны в Таблице 3.The starting weights of all monomers used in these examples and the amount of acidic by-products in DPP are described in Table 3.
ПРИМЕРЫ 21-23EXAMPLES 21-23
Образцы Примеров 21-23 приготавливают с использованием DPP, который либо изготавливают в лаборатории, либо получают в компании Rhodia. DPP, который изготавливают в лаборатории, содержит 0,03% кислотных компонентов. DPP, который получают в Rhodia, содержит 0,92% кислотных компонентов.Samples of Examples 21-23 are prepared using DPP, which is either manufactured in the laboratory or obtained from Rhodia. DPP, which is manufactured in the laboratory, contains 0.03% acidic components. DPP, which is obtained in Rhodia, contains 0.92% acidic components.
Пример 21. В 6-литровый реактор, оснащенный перегонной колонной и механической мешалкой, помещают 2,2-бис-(4-гидроксифенил)пропан (бисфенол А, 1,411 кг, 6,19 моль), дифениловый сложный эфир метилфосфоновой кислоты высокой степени чистоты (DPP) (0,50 кг, 2,013 моль), дифенил-карбонат (0,929 кг, 4,34 моль) и 1,67 г катализатора, тетрафенилфосфоний-фенолята (TPPP) (70%-ный раствор в феноле). Анализ DPP до проведения этой реакции показывает, что эта серия содержит 0,03% кислотных компонентов. Смесь нагревают до 250°С при снижении давления от 700 до 4 мм рт.ст. в течение периода времени приблизительно 5 часов. Собранный дистиллят составляет 1101 г. Продукт этой смеси представляет собой олигомер карбоната и фосфоната.Example 21. In a 6-liter reactor equipped with a distillation column and a mechanical stirrer, 2.2-bis- (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A, 1.411 kg, 6.19 mol), high purity diphenyl ester, are placed (DPP) (0.50 kg, 2.013 mol), diphenyl carbonate (0.929 kg, 4.34 mol) and 1.67 g of catalyst, tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP) (70% phenol solution). Analysis of DPP before carrying out this reaction shows that this series contains 0.03% acidic components. The mixture is heated to 250 ° C with a decrease in pressure from 700 to 4 mm Hg. over a period of time of approximately 5 hours. The distillate collected was 1101 g. The product of this mixture was an oligomer of carbonate and phosphonate.
Затем смесь нагревают от 250 до 300°С при снижении давления от 10 до 1,5 мм рт.ст. в течение периода времени приблизительно 5 часов. В ходе этой реакции собирают приблизительно 138 г дистиллята. Продукт на основе сополимера карбоната/фосфоната экструдируют из реактора в водяную баню с получением стренг (нитей) и впоследствии гранулируют. Выход сополимерного продукта из реактора составляет 1586 г. Сополимер является прозрачным, обладает ударной вязкостью (является жестким) и имеет желтоватый оттенок.Then the mixture is heated from 250 to 300 ° C with a decrease in pressure from 10 to 1.5 mm Hg over a period of time of approximately 5 hours. Approximately 138 g of distillate is collected during this reaction. The carbonate / phosphonate copolymer product is extruded from the reactor into a water bath to obtain strands (strands) and subsequently granulated. The yield of the copolymer product from the reactor is 1586 g. The copolymer is transparent, has a toughness (is hard) and has a yellowish tint.
Пример 22 выполняют в соответствии с той же методикой, которая описана для Примера 21. Вместо TPPP используют фенолят натрия в качестве катализатора.Example 22 was carried out in accordance with the same procedure as described for Example 21. Instead of TPPP, sodium phenolate was used as a catalyst.
Пример 23. В 6-литровый реактор, оснащенный перегонной колонной и механической мешалкой, помещают 2,2-бис-(4-гидроксифенил)пропан (бисфенол А, 1,411 кг, 6,19 моль), дифениловый сложный эфир метилфосфоновой кислоты высокой степени чистоты (DPP) (0,50 кг, 2,013 моль), дифенил-карбонат (0,929 кг, 4,34 моль) и 1,67 г катализатора, тетрафенилфосфоний-фенолята (TPPP) (70%-ный раствор в феноле). DPP получают в компании Rhodia, и анализ DPP до проведения этой реакции показывает, что эта серия содержит 0,92% кислотных компонентов. Смесь нагревают до 250°С при снижении давления от 700 до 4 мм рт.ст. в течение периода времени приблизительно 5 часов. Собранный дистиллят составляет 1130 г. Продукт этой смеси представляет собой олигомер карбоната и фосфоната.Example 23. In a 6-liter reactor equipped with a distillation column and a mechanical stirrer, 2.2-bis- (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A, 1.411 kg, 6.19 mol), high purity diphenyl ester, are placed (DPP) (0.50 kg, 2.013 mol), diphenyl carbonate (0.929 kg, 4.34 mol) and 1.67 g of catalyst, tetraphenylphosphonium phenolate (TPPP) (70% phenol solution). DPP is obtained from Rhodia, and a DPP analysis prior to this reaction indicates that this series contains 0.92% acidic components. The mixture is heated to 250 ° C with a decrease in pressure from 700 to 4 mm Hg. over a period of time of approximately 5 hours. The distillate collected is 1130 g. The product of this mixture is an oligomer of carbonate and phosphonate.
Затем смесь нагревают от 250 до 300°С при снижении давления от 10 до 1,5 мм рт.ст. в течение периода времени приблизительно 1 час. Резкое увеличение вязкости наблюдают в последние полчаса. Приблизительно 133 г дистиллята собирают в течение этой реакции. Продукт на основе сополимера карбоната/фосфоната не мог быть экструдирован из реактора в форме стренг (нитей) вследствие высокой вязкости и каучукоподобного характера изменения свойств. Выход сополимерного продукта из реактора составляет 1492 г.Then the mixture is heated from 250 to 300 ° C with a decrease in pressure from 10 to 1.5 mm Hg over a period of time of approximately 1 hour. A sharp increase in viscosity is observed in the last half hour. About 133 g of distillate is collected during this reaction. The product based on a carbonate / phosphonate copolymer could not be extruded from the reactor in the form of strands (strands) due to the high viscosity and rubber-like nature of the change in properties. The yield of the copolymer product from the reactor is 1492 g.
Композиция образцов Примеров и результаты аналитической характеризации представлены в Таблицах 1-4.The composition of the samples of Examples and the results of analytical characterization are presented in Tables 1-4.
Композиция и Характеризация образцов Примеров 1-11Table 1
The composition and characterization of the samples of Examples 1-11
*Содержание кислотных компонентов в DPP: Суммарное содержание фосфорной кислоты, фосфоновой кислоты, метил-фосфоновой кислоты и монофенилового сложного эфира метил-фосфоновой кислоты.
**Исходно количество TPPP составляет 0,492 г, во время стадии постконденсации добавляют 0,450 г.nd: not defined
* The content of acid components in DPP: The total content of phosphoric acid, phosphonic acid, methylphosphonic acid and monophenyl ester of methylphosphonic acid.
** Initially, the amount of TPPP is 0.492 g, 0.450 g is added during the post-condensation step.
Композиция и Характеризация образцов Примеров 12-17table 2
The composition and characterization of the samples of Examples 12-17
*Содержание кислотных компонентов в DPP: Суммарное содержание фосфорной кислоты, фосфоновой кислоты, метил-фосфоновой кислоты и монофенилового сложного эфира метил-фосфоновой кислотыnd: not defined
* The content of acid components in DPP: The total content of phosphoric acid, phosphonic acid, methylphosphonic acid and monophenyl ester methylphosphonic acid
Композиция и Характеризация образцов Примеров 18-20Table 3
The composition and characterization of samples of Examples 18-20
Композиция и Характеризация образцов Примеров 21-23Table 4
The composition and characterization of the samples of Examples 21-23
В анализе участвуют образцы различных примеров, образец сравнительного примера 1 представляет собой блок-сополимер, где использован DPP высокой степени чистоты (содержание кислотных компонентов 0,02%). Блок-сополимер фосфоната и карбоната демонстрирует высокую средневесовую молекулярную массу Mw и значение полидисперсности (PD) 2,23. Образец Примера 1 показывает относительно низкую гидролитическую стабильность через 168 часов испытания кипячением образца в воде со снижением относительной вязкости на 0,196 (Таблица 1).The analysis involved samples of various examples, the sample of comparative example 1 is a block copolymer using DPP of high purity (acid content of 0.02%). The phosphonate-carbonate block copolymer exhibits a high weight average molecular weight Mw and a polydispersity (PD) value of 2.23. The sample of Example 1 shows a relatively low hydrolytic stability after 168 hours of testing by boiling the sample in water with a decrease in relative viscosity by 0.196 (Table 1).
Образцы Примеров 2-4 представляют собой статистические сополимеры фосфоната и карбоната, полученные из, по меньшей мере, 20% DPP, DPC, BPA и TPPP, но степень чистоты DPP является ниже, 0,19% кислотных компонентов для образцов 2 и 3, и 0,337 кислотных компонентов для образца 4 (Таблица 1). Как показано в Таблице 1, эти три сравнительных образца не достигают высокой молекулярной массы, что определено как с использованием вязкости растворов, так и с помощью измерений методом GPC (гель-проникающая хроматография). Следовательно, процесс не может быть проведен надлежащим образом в этих условиях в промышленном масштабе.Samples of Examples 2-4 are statistical phosphonate and carbonate copolymers obtained from at least 20% DPP, DPC, BPA and TPPP, but the DPP purity is lower, 0.19% acidic components for samples 2 and 3, and 0.337 acidic components for sample 4 (Table 1). As shown in Table 1, these three comparative samples do not achieve high molecular weight, which is determined both using the viscosity of the solutions and using measurements by GPC (gel permeation chromatography). Therefore, the process cannot be carried out properly under these conditions on an industrial scale.
Для образцов Примеров 5-11, которые являются репрезентативными для настоящего изобретения, в синтезировании статистических сополимеров фосфоната и карбоната используют DPP высокой степени чистоты (≤0,15% кислотных компонентов). Во всех семи примерах получают высокую средневесовую молекулярную массу Mw, находящуюся в диапазоне от приблизительно 22000 до 34000 г/моль. Значения полидисперсности, PD, находятся в диапазоне от 2,42 до 2,93. Гидролитические стабильности являются превосходными со снижениями относительных вязкостей, находящимися в диапазоне от приблизительно 0,06 до 0,10 по истечении 168 часов испытания кипячением образцов в воде (Таблица 1).For the samples of Examples 5-11, which are representative of the present invention, high purity DPP (≤0.15% acidic components) is used in the synthesis of random copolymers of phosphonate and carbonate. In all seven examples, a high weight average molecular weight Mw was obtained, ranging from about 22,000 to 34,000 g / mol. The polydispersity values, PD, are in the range of 2.42 to 2.93. Hydrolytic stability is excellent with reductions in relative viscosities ranging from about 0.06 to 0.10 after 168 hours of testing by boiling the samples in water (Table 1).
Для образцов Примеров 12-17, которые являются репрезентативными для настоящего изобретения, в синтезировании статистических сополимеров фосфоната и карбоната в многостадийном процессе используют DPP высокой степени чистоты (≤0,034% кислотных компонентов). Сначала реагенты и катализатор расплавляют вместе в смесительном сосуде и затем их переносят в испаритель с падающей пленкой, который облегчает удаление фенола. По завершении этой стадии реакционную смесь переносят в дисковый реактор для завершения полимеризации. Во всех шести примерах получают высокую средневесовую молекулярную массу Mw, находящуюся в диапазоне от приблизительно 32400 до 37600 г/моль. Значения полидисперсности, PD, находятся в диапазоне от 2,56 до 2,90. Гидролитические стабильности являются превосходными со снижениями относительных вязкостей, находящимися в диапазоне от приблизительно 0,06 до 0,10 по истечении 168 часов испытания кипячением образцов в воде (Таблица 2).For the samples of Examples 12-17 that are representative of the present invention, high purity DPPs (≤0.034% acidic components) are used in the synthesis of random copolymers of phosphonate and carbonate in a multi-stage process. The reagents and catalyst are first melted together in a mixing vessel and then transferred to a falling film evaporator, which facilitates the removal of phenol. Upon completion of this step, the reaction mixture is transferred to a disk reactor to complete the polymerization. In all six examples, a high weight average molecular weight Mw was obtained, ranging from about 32,400 to 37,600 g / mol. Polydispersity values, PD, range from 2.56 to 2.90. Hydrolytic stability is excellent with reductions in relative viscosities ranging from about 0.06 to 0.10 after 168 hours of testing by boiling the samples in water (Table 2).
Для образцов Примеров 18-20, которые являются репрезентативными для настоящего изобретения, используют DPP высокой степени чистоты (≤0,15% кислотных компонентов) в синтезировании статистических сополимеров фосфоната и карбоната, следуя аналогичному процессу, используемому для образцов Примеров 5-11. В этих трех образцах, однако, используют различные соотношения мономеров (Таблица 3). Во всех этих трех примерах получают высокую средневесовую молекулярную массу Mw, находящуюся в диапазоне от приблизительно 21000 до 42000 г/моль. Значения полидисперсности, PD, находятся в диапазоне от 2,21 до 3,89. Гидролитические стабильности являются превосходными со снижениями относительных вязкостей, находящимися в диапазоне от приблизительно 0,007 до 0,15 по истечении 168 часов испытания кипячением образцов в воде (Таблица 3).For the samples of Examples 18-20 that are representative of the present invention, high purity DPPs (≤0.15% acidic components) are used in the synthesis of random copolymers of phosphonate and carbonate, following the same process used for the samples of Examples 5-11. In these three samples, however, different monomer ratios are used (Table 3). In all of these three examples, a high weight average molecular weight Mw was obtained, ranging from about 21,000 to 42,000 g / mol. The polydispersity values, PD, are in the range of 2.21 to 3.89. Hydrolytic stability is excellent with reductions in relative viscosities ranging from about 0.007 to 0.15 after 168 hours of testing by boiling the samples in water (Table 3).
Сравнение образцов Примеров 21 и 22 с образцами Примера 23 показывает, что с использованием DPP со значительно низким уровнем кислотных компонентов можно получить полимер с достаточно высокой среднечисловой молекулярной массой Mn (>10000 г/моль) и с узкой полидисперсностью, которая имеет значение меньше 3. При использовании DPP со сравнительно высоким уровнем кислотных компонентов (почти 1%), вращающий момент на мешалке, который используют для перемешивания реакционной смеси (который является мерой вязкости смеси и, соответственно, Mw реакционной смеси), быстро увеличивается. Как следствие, необходимо останавливать реакцию по истечении лишь ~6 часов для того, чтобы иметь возможность удалить материал из реактора. Однако, хотя получают Mw, которая сравнима с реакциями, в которых используют DPP с высокой степенью чистоты, Mn является недостаточно высокой (например, выше чем 9000 г/моль). Получающаяся в результате высокая полидисперсность, равная приблизительно 4, указывает на разветвленный или сшитый материал. Относительно высокий уровень кислотных компонентов может давать инициирование побочных реакций, которые приводят к такому высокому значению PD.Comparison of the samples of Examples 21 and 22 with the samples of Example 23 shows that using DPP with a significantly low level of acidic components, it is possible to obtain a polymer with a sufficiently high number average molecular weight Mn (> 10000 g / mol) and with a narrow polydispersity, which has a value of less than 3. When using DPP with a relatively high level of acidic components (almost 1%), the torque on the mixer, which is used to mix the reaction mixture (which is a measure of the viscosity of the mixture and, accordingly, Mw of the reaction cm Yes), is increasing rapidly. As a result, it is necessary to stop the reaction after only ~ 6 hours in order to be able to remove material from the reactor. However, although Mw is obtained which is comparable to reactions using high purity DPP, Mn is not high enough (e.g., higher than 9000 g / mol). The resulting high polydispersity of approximately 4 indicates branched or crosslinked material. A relatively high level of acidic components can give rise to adverse reactions that result in such a high PD value.
Кроме того, гидролитическая стабильность материала, изготовленного с использованием DPP с более низкой степенью чистоты (образец Примера 23), имеет более плохую гидролитическую стабильность, чем материалы, которые изготавливают с использованием DPP с высокой степенью чистоты (образцы Примеров 21 и 22).In addition, the hydrolytic stability of a material made using DPP with a lower degree of purity (sample of Example 23) has poorer hydrolytic stability than materials that are made using DPP with a high degree of purity (samples of Examples 21 and 22).
Claims (25)
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US38368610P | 2010-09-16 | 2010-09-16 | |
| US38369710P | 2010-09-16 | 2010-09-16 | |
| US61/383,697 | 2010-09-16 | ||
| US61/383,686 | 2010-09-16 | ||
| PCT/US2011/052005 WO2012037500A2 (en) | 2010-09-16 | 2011-09-16 | High molecular weight, random, bisphenol based copoly(phosphonate carbonate)s |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013117102A RU2013117102A (en) | 2014-10-27 |
| RU2575339C2 true RU2575339C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2008113848A (en) * | 2005-09-14 | 2009-10-20 | Байер МатириальСайенс АГ (DE) | THERMOPLASTIC FORMABLE COMPOSITION AND PRODUCTS PRODUCED FROM IT BY THERMOFORMING |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2008113848A (en) * | 2005-09-14 | 2009-10-20 | Байер МатириальСайенс АГ (DE) | THERMOPLASTIC FORMABLE COMPOSITION AND PRODUCTS PRODUCED FROM IT BY THERMOFORMING |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5819983B2 (en) | Hyperbranched phosphonic acid oligomer and composition containing the same | |
| US8648163B2 (en) | High molecular weight, random, bisphenol based copoly(phosphonate carbonate)s | |
| JP5603238B2 (en) | Insoluble branched polyphosphonates and related methods | |
| TW201833194A (en) | Curing of epoxy resins with phosphonate oligomers | |
| JPS6058433A (en) | Thermally stable carbonate polymer | |
| RU2575339C2 (en) | Randomised phosphonate/carbonate copolymers based on bisphenols having high molecular weight |