Статистические сополимеры фосфоната и карбоната на основе бисфенола высокой молекулярной массы

Статистические сополимеры фосфоната и карбоната на основе бисфенола высокой молекулярной массы

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

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.

Государственные капиталовложения: Не предусмотрены

Участники соглашения о совместных исследованиях: Не предусмотрены

Включение материала, представленного на компакт-диске, посредством ссылки: Не предусмотрено

Предпосылки: Не предусмотрены

Краткое изложение сущности изобретения

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).

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).

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).

I. Подробное описание

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.

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.

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.

«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.

«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%.

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.

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.

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.

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.

«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.

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.

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.

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.

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.

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 (ŋ_rel) 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 ŋ_rel 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 ŋ_rel.

«Молекулярная масса», как используют в этом документе, может быть определена с помощью относительной вязкости (ŋ_rel) 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.

Термин «ударная вязкость», как используют в этом документе, определяют качественно на пленке или на сформованном образце.

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.

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.

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.

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.

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 ŋ_rel 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 ŋ_rel 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

где

R₁, R₂, R₃ и R₄ представляют собой, каждый, независимо, С₁-С₁₈ алкилены, С₆-С₁₀ арилы или С₅-С₆ циклоалкилы; и

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.

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.

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.

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%.

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 изобретен