Un copolímero de polisulfona, constituido por: primera y segunda unidades repetitivas de sulfona y uno o más grupos terminales,

en donde las unidades repetitivas de sulfona están constituidas por: primeras unidades de sulfona constituidas por unidades combinadas de un grupo bifenol y un grupo difenilsulfona de fórmula I, y segundas unidades de sulfona constituidas por unidades combinadas de un grupo hexafluorobisfenol A y un grupo difenilsulfona de fórmula II

Composiciones de polisulfona transparentes y retardantes de la llama.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a polisulfonas que contienen primera y segunda unidades de sulfona diferentes como las únicas unidades repetitivas. La primera de las unidades repetitivas de sulfona es una unidad de polifenilsulfona basada en una difenilsulfona y un bifenol. La segunda unidad de la polisulfona repetitiva es una polisulfona fluorada basada en una difenilsulfona y un hexafluorobisfenol A. la invención se refiere adicionalmente a métodos de fabricación de las polisulfonas, composiciones que contienen las polisulfonas, métodos de utilización de las polisulfonas, y artículos fabricados a partir de las polisulfonas.

Las polisulfonas son polímeros que tienen grupos -SO₂- repetitivos o recurrentes. El término "polisulfona" se utiliza genéricamente para describir cualquier polímero que contiene unidades repetitivas o recurrentes de uno o más grupos (v.g., monómeros) diarilsulfona de fórmula general -(Ar-SO₂-Ar)-, donde Ar es un grupo arilo sustituido o insustituido tal como un grupo fenilo, bifenilo, bisfenol o cualquier otro grupo arilo que contiene un anillo hidrocarbonado aromático o heteroaromático.

Las polisulfonas incluyen unidades repetitivas o recurrentes de una diarilsulfona tal como una difenilsulfona (v.g., (-C₆H₄)-SO₂-(C₆H₄)-) unido a un difenol tal como bifenol (v.g., HO-(C₆H₄)-(C₆H₄)-OH). Un grupo difenilsulfona simple se muestra a continuación:

Polisulfonas comercialmente importantes contienen generalmente un solo tipo de grupo diarilsulfona. La mayoría de las polisulfonas no incluyen grupos sulfona distintos de una diarilsulfona (v.g., el único grupo -SO₂- es un grupo diarilsulfona). Análogamente, la mayoría de las polisulfonas contienen solamente un único tipo de difenol tal como bifenol o bisfenol A.

Polisulfonas bien conocidas y disponibles comercialmente incluyen la polisulfona identificada en esta memoria como PSU. PSU contiene unidades de difenilsulfona y bisfenol A (BPA) que han reaccionado. La PSU está disponible comercialmente de Solvay Advanced Polymers (es decir, bajo el nombre comercial UDEL®). La polisulfona UDEL incluye grupos polimerizados de difenilsulfona y bisfenol A. la estructura de la unidad repetitiva de una polisulfona UDEL, fabricada por condensación de bisfenol A y 4,4'-diclorodifenilsulfona, se muestra a continuación. PSU tiene una temperatura de transición vítrea elevada (v.g., aproximadamente 185ºC) y exhibe altas solidez y tenacidad.

La polisulfona RADEL R® es otra polisulfona disponible de Solvay Advanced Polymers. La polisulfona RADEL R se produce por reacción de unidades de 4,4'-diclorodifenilsulfona y 4,4'-bifenol. Una polifenilsulfona, tal como RADEL R, que incluye grupos de bifenol y difenilsulfona que han reaccionado se identifica en esta memoria como PPSU. La estructura química de la polifenilsulfona RADEL R se muestra a continuación:

Otras polisulfonas incluyen copolímeros que tienen al menos dos tipos diferentes de grupos sulfona y/o difenol. Las polietersulfonas RADEL A®, disponibles de Solvay Advanced Polymers, incluyen una porción de polietersulfona producida a partir de grupos repetitivos o recurrentes de fórmula (-Ar-SO₂-Ar-O)_n y una cantidad relativamente menor de una porción de polieteretersulfona de fórmula (-Ar-SO₂-Ar-O-Ar'-O-)_m, donde la porción de polietersulfona y la porción de polieteretersulfona están unidas una a otra. Las estructuras químicas de una polietersulfona y una porción de polieteretersulfona de un copolímero RADEL A se muestran a continuación:

Las polisulfonas son típicamente amorfas y no cristalizan en fusión. Una ventaja sustancial de las polisulfonas es su transparencia. Debido a su alta solidez y resistencia térmica, ciertas polisulfonas pueden utilizarse en ambientes sometidos a esfuerzos altos en los cuales otros polímeros transparentes tales como los policarbonatos pueden degradarse o pueden ser inadecuados por cualquier otra razón. Las polisulfonas son particularmente adecuadas para aplicaciones de navegación aérea, donde la ligereza y la solidez son propiedades fundamentales. Las polisulfonas se utilizan en muchas aplicaciones de navegación aérea que incluyen, por ejemplo, unidades de servicio de pasajeros, escaleras, derrames de ventanas, paneles de techo, pantallas de información, cubiertas de ventana, paneles de techo, paneles laterales, separaciones de pared, vitrinas, espejos, visores anti-solares, persianas, cajones de depósito, puertas de depósito, consignas de reserva de techo en cabeza, bandejas de servicio, respaldos de asientos, separaciones de cabina, y conductos. Artículos transparentes tales como ventanas, accesorios de iluminación y separaciones son especialmente adecuados para polisulfonas y composiciones que contienen polisulfonas.

Ventajas adicionales de las polisulfonas incluyen resistencia química satisfactoria, tales que las polisulfonas son capaces de resistir la exposición a los tipos de líquidos de limpieza utilizados en la industria aeronáutica; procesabilidad en la fase de masa fundida con inclusión de moldeo por inyección y extrusión; y facilidad de coloración.

Las polisulfonas sufren degradación térmica, v.g., abrasado o combustión, con baja emisión de humo y baja emisión térmica. Para ser tolerados para uso en el interior de las aeronaves, los termoplásticos técnicos, con inclusión de las polisulfonas, tienen que cumplir ciertos requisitos en cuando a resistencia a la llama (v.g. retardo de la llama) y liberación de calor durante la combustión. Los estándares de validez aérea publicados por el gobierno de los Estados Unidos y codificados en el Título 14 del Code of Federal Regulations (51 Federal Register 26206, 21 de julio de 1986 y 51 Federal Register 28322, 7 de agosto de 1986) proporcionan estándares de inflamabilidad basados en tests de calorimetría térmica. Los estándares de validez aérea del Título 14 del CFR se incorporan por referencia en esta memoria en su totalidad.

La metodología de los tests de calorimetría térmica utilizada para determinar si un termoplástico técnico cumple los estándares de validez aérea del gobierno de los EE.UU. se desarrollaron en la Ohio State University y son conocidos como el test de Inflamabilidad OSU. Los tests OSU miden la liberación total de calor (THR) durante 2 minutos y la liberación de calor pico (HRR) en unidades de kilovatios•minuto por metro cuadrado de superficie, es decir, kW•min/m², y kilovatios por metro cuadrado de superficie, es decir, kW/m², respectivamente, durante los 5 primeros minutos de un test de combustión en las condiciones del test OSU.

Los estándares de validez aérea más recientes, promulgados en 1990, para termoplásticos técnicos requieren que tanto THR como HRR tengan valores de 65 o menos tanto para THR como para HRR. Algunos materiales de polisulfona tales como PSU satisfacen los estándares de validez aérea actuales; sin embargo, cuando se utilizan como una mezcla con otros polímeros, los umbrales de THR y/o HRR pueden sobrepasarse. Adicionalmente, en el futuro, los estándares de validez aérea serán probablemente más estrictos, es decir, que conducirán a una disminución adicional de los valores máximos permisibles de THR y/o HRR. Mejoras adicionales en la resistencia a la llama/retardo de la llama y propiedades de liberación térmica de los materiales de polisulfona son deseables para mejorar la seguridad de la navegación aérea y permitir el uso continuado de polisulfonas en las aplicaciones de la industria aeronáutica.

De las polisulfonas que están disponibles comercialmente...

1. Un copolímero de polisulfona, constituido por:

primera y segunda unidades repetitivas de sulfona y uno o más grupos terminales, en donde las unidades repetitivas de sulfona están constituidas por:

primeras unidades de sulfona constituidas por unidades combinadas de un grupo bifenol y un grupo difenilsulfona de fórmula I,

y segundas unidades de sulfona constituidas por unidades combinadas de un grupo hexafluorobisfenol A y un grupo difenilsulfona de fórmula II

2. El copolímero de polisulfona de la reivindicación 1, en el cual las unidades de sulfona primera y segunda están presentes en una relación de 1:0,01-100.

3. El copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el copolímero de polisulfona tiene grupos terminales metóxido.

4. El copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una transmitancia lumínica mayor que 80% de acuerdo con ASTM D 1003.

5. El copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual al menos una porción de las unidades de sulfona primera y segunda están distribuidas aleatoriamente.

6. El copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual al menos una porción de las unidades de sulfona primera y segunda están presentes como bloques.

7. El copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una liberación total de calor inferior a 50 kW•min/m², de acuerdo con el test de inflamabilidad OSU.

8. El copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una liberación de calor pico inferior a 50 kW/m², de acuerdo con el test de inflamabilidad OSU.

9. El copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un color de 150 o menos cuando se mide sobre una placa moldeada definida en ASTM-1278.

10. Un proceso para fabricar el copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

hacer reaccionar una mixtura que comprende 4,4'-bifenol, hexafluorobisfenol A, y 4,4'-diclorodifenilsulfona, en presencia de un exceso molar de carbonato de potasio.

11. Una composición de mezcla de polímeros, que comprende:

el copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o fabricado por el proceso de acuerdo con la reivindicación 10 y uno o más materiales termoplásticos adicionales.

12. Un artículo transparente fabricado a partir del copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o fabricado por el proceso de acuerdo con la reivindicación 10, o la composición de mezcla de polímeros de acuerdo con la reivindicación 11.

13. Una hoja transparente, que comprende:

el copolímero de polisulfona del copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o fabricado por el proceso de acuerdo con la reivindicación 10 en la forma de una hoja extrudida, o la composición de mezcla de polímeros de acuerdo con la reivindicación 11.

14. Una ventana transparente de avión, accesorio de iluminación, o separación en la forma de una hoja transparente del copolímero de polisulfona del copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o fabricado por el proceso de acuerdo con la reivindicación 10, o la composición de mezcla de polímeros de acuerdo con la reivindicación 11.

15. Un artículo para una aplicación de la industria aeronáutica fabricado a partir del copolímero de polisulfona de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o fabricado por el proceso de acuerdo con la reivindicación 10, o la composición de mezcla de polímeros de acuerdo con la reivindicación 11, en una forma seleccionada del grupo constituido por una unidad de servicio de pasajeros, una escalera, un derrame de ventana, un panel de techo, una pantalla de información, una cubierta de ventana, un panel de techo, un panel lateral, una separación de pared, una vitrina, un espejo, un visor anti-solar, una persiana, un cajón de depósito, una puerta de depósito, una consigna de reserva de techo en cabeza, una bandeja de servicio, un respaldo de asiento, una separación de cabina, y un conducto.