低应力光学系数聚碳酸酯共混物制造技术

本发明专利技术属于高分子材料领域，涉及一种具有低应力光学系数的聚碳酸酯共混物。其组分包括双酚Ａ型聚碳酸酯，以及至少一种含脂肪环的聚酯类聚合物，如聚（１，４－环己烷二甲酸－１，４环己烷二甲醇酯）、含脂肪环的聚碳酸酯等。该共混物在保持高透明性的同时，具有比双酚Ａ型聚碳酸酯更低的应力光学系数。本发明专利技术制备出的聚碳酸酯共混物，适用于低双折射、高光学质量塑料件，如航空航天领域的光学制品、汽车车窗与车灯、光学镜头与镜片、光盘等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料领域，涉及一种具有低应力光学系数的聚碳酸酯共混物。
技术介绍
双酚A型聚碳酸酯(bisphenol A polycarbonate,BPA-PC)因高透光率、高抗冲击 性、良好的耐温性和优异的抗蠕变性，已成为最重要的光学透明材料之一，其应用正从普通 光学领域如光学镜片、镜头、透镜等，逐渐向航空、航天、汽车和光电等高端光学领域渗透， 以替代传统的有机玻璃和无机玻璃。但航空航天领域的高性能透明件，要求透明材料的光 学结构和性能均匀，传统的有机玻璃应力光学系数极低，可以满足这项要求，而双酚A型聚 碳酸酯的应力光学系数达到80Brewsters (IBrewster = 1 X 10—12l/Pa)，比有机玻璃高出10 倍以上，极易产生光学性能的不均匀性；对于光电领域的光盘，其盘基材料必须具有低双折 射，因为双折射会导致扫描与写入的偏振激光不能精确聚焦，造成光盘在写入与复制过程 中引入噪声等问题，光学制品的低双折射要求其材料必须具有低应力光学系数，而双酚A 型聚碳酸酯的应力光学系数高，难以满足要求。 所谓材料的应力光学系数，是一种表示该材料成型制品的内应力对光学性能影响 程度的参数，是材料的固有特征参数，材料的应力光学系数C与成型制品的双折射A n和内 应力A o的关系如下 An = CX A o (1) 式(1)中C为材料的应力光学系数，A o为产品的内应力。对于聚合物而言，内 应力与成型加工时的大分子取向有关，其本质是高弹形变冻结在制品内形成的，可以通过 工艺优化降到最低；但应力光学系数是一种只与材料本身有关的常数。应力光学系数越低， 双折射就越小。欲获得低双折射、高光学质量制品，选用低应力光学系数材料就显得十分重 要。 采用应力光学系数较低的聚合物与双酚A型聚碳酸酯进行共混改性，是获得低应 力光学系数材料的一种重要方法，但要获得高透明共混物，其中一个重要原则是要求共混 组分间的折射率几乎完全一致或两者材料能完全相溶(即分子级相溶)。能与双酚A型聚 碳酸酯完全相溶、且具有低应力光学系数的聚合物，是很少见的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种透明的具有低应力光学系数的低应力光学系数聚碳酸 酯共混物。本专利技术的技术方案是，该共混物的化学组分为 (a)双酚A型聚碳酸酯； (b)聚(1，4-环己烷二甲酸-1，4环己烷二甲醇酯)； (c)含脂肪环的芳香族聚碳酸酯 其中按重量份数取双酚A型聚碳酸酯30 80份，聚(1，4-环己烷二甲酸-1，4环 己烷二甲醇酯)和含脂肪环的芳香族聚碳酸酯的重量份数之和为70 20份，其中聚(1，3所述的含脂肪环的芳香族聚碳酸酯，具有下列结构单元<formula>formula see original document page 4</formula> 式中R" R2和R3均是烷基，并且至少有一个烷基含有脂肪环，m禾P n是0 4的整 数，p是l 12的整数。 所述的含脂肪环的芳香族聚碳酸酯，包括基于l，l-双(4-羟基苯基)-3，3'，5-三甲基环己烷的聚碳酸酯(TMC-PC)，具有下列结构单元<formula>formula see original document page 4</formula> 结构III的典型单元除TMC-PC外，包括但不限于l，l-双(4-羟基苯基)-环己烷 (BBC)、l，l-双(4-羟基苯基)-环戊烷以及3，3' -二环己基双酚。 双酚A型聚碳酸酯的应力光学系数高与其大分子链不同方向的极性差别过大有 关。 一些大分子链中含有脂肪环的聚酯类聚合物(包括聚碳酸酯)，应力光学系数偏低，光 学性能更趋向于各向同性。这可能是由于脂肪环的引入，有利于减小大分子链主链方向和 侧链方向极化率的差值。 本专利技术具有的优点和有益效果，即是将应力光学系数的脂肪环聚酯类聚合物与双4-环己烷二甲酸-1 ， 4环己烷二甲醇酯)和含脂肪环的芳香族聚碳酸酯两者之间的重量比从ioo : o到o : ioo。 所述的双酚A型聚碳酸酯，具有下列结构单元 <formula>formula see original document page 4</formula> 所述的聚(1，4-环己烷二甲酸_1，4环己烷二甲醇酯)，具有下列结构单元酚A型聚碳酸酯共混，从而获得低应力光学系数聚碳酸酯共混物。 脂环族聚酯聚(1，4-环己烷二甲酸-1，4环己烷二甲醇酯)(PCCD)的应力光学系 数为30Brewsters，远低于双酚A型聚碳酸酯。实验表明，通过熔融共混法制备出的不同配 比的BPA-PC/PCCD共混物，都是透明的。采用示差扫描量热法检测，共混物均只显示单一玻 璃化温度(Tg)，这说明PCCD和BPA-PC能完全相溶。采用PCCD与BPA-PC共混，可以获得 较低应力光学系数的透明共混物。PCCD的Tg(6(TC )比BPA-PC低很多，因此采用PCCD与 BPA-PC共混，还可以改善BPA-PC的成型加工性能，但如果加入过多的PCCD，会明显降低共 混物的耐高温性能。 —些含脂肪环的芳香族聚碳酸酯也具有较低的应力光学系数，如TMC-PC的应力 光学系数为38Brewsters，与BPA-PC能完全相溶，因此采用TMC-PC与BPA-PC共混，可以获 得较低应力光学系数的透明共混物。此外TMC-PC的Tg(达到238°C )比BPA-PC高，采用 TMC-PC与BPA-PC共混，还可以提高耐高温性能，但TMC-PC的高Tg导致成型加工性能困难， 同时缺口冲击强度也比BPA-PC低。 将PCCD、TMC-PC与BPA-PC同时共混制备出的BPA-PC/PCCD/TMC-PC共混物同样具 有较低的应力光学系数，而且能更好地兼顾成型加工性能、耐高温性能和冲击韧性等其它 方面的要求。 可以采用光气法或酯交换法来合成本专利技术中所用的BPA-PC。对于TMC-PC，由于 位阻效应较大，采用光气界面縮聚法，更容易获得高分子量的聚碳酸酯。本专利技术中采用 的BPA-PC和TMC-PC，优选的数均分子量(Mn)约10， 000 100， 000，更优选约12， 000 38， 000。 可以通过醇酸酯化法或醇酯交换法来合成专利技术中所用的PCCD。醇酸酯化法是采用 1，4-环己烷二甲醇与1，4-环己烷二甲酸在一种催化剂的存在下进行熔融縮聚反应制备而 来的，醇酯交换法是采用1，4-环己烷二甲醇与1，4-环己烷二甲酯在酯交换催化剂的条件 下进行先酯交换后縮聚制备而来的，优选PCCD的数均分子量(Mn)达到20,000以上，玻璃 化温度达到6(TC以上。 本专利技术所述的具有低应力光学系数的聚碳酸酯共混物的制备方法，包括但不限于 熔融共混法、溶液法和共挤出法等。其中优先的方法是熔融共混法。 熔融共混法的步骤是首先按配方将聚碳酸酯、聚(1 ，4-环己烷二甲酸-1 ，4环己烷 二甲醇酯)和含脂肪环的芳香族聚碳酸酯在高速混合机上进行预混；然后进行干燥脱水， 脱水可在40 12(TC的真空干燥箱或烘箱内进行，时间为6 12hr后；将干燥脱水后的预 混料采用双螺杆挤出机或密炼机进行熔融共混，共混温度范围为220 30(TC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有低应力光学系数的聚碳酸酯共混物，该共混物的组分包括：（ａ）双酚Ａ型聚碳酸酯；　　（ｂ）聚（１，４－环己烷二甲酸－１，４环己烷二甲醇酯）；　　（ｃ）含脂肪环的芳香族聚碳酸酯；　　其中按重量份数取双酚Ａ型聚碳酸酯３０～８０份，聚（１，４－环己烷二甲酸－１，４环己烷二甲醇酯）和含脂肪环的芳香族聚碳酸酯的重量份数之和为７０～２０份，其中聚（１，４－环己烷二甲酸－１，４环己烷二甲醇酯）和含脂肪环的芳香族聚碳酸酯两者之间的重量比从１００∶０到０∶１００。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇宏，李曦，袁渊，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]