建築屋頂板的製作方法

2023-06-04 11:24:26

專利名稱：建築屋頂板的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築材料，更具體地說涉及用於建築物外部的壁板的屋頂板。
已有報導通過聚碳酸酯樹脂的熱成型來製造可用作屋頂材料和壁板材料(屋頂板和護簷板)的建築物板材，如參見美國專利4308702。在該專利中也報導了用於熱成型的聚碳酸酯樹脂可與填充物如玻璃纖維以及和其它添加劑如著色顏料混和。雖然可將聚碳酸酯配製成可賦予模塑製品以對外部建築板材有利的一寬域特性。但在不犧牲可模塑性的前提下很難獲得對紫外光降解的抵抗性。當將紫外光吸收化合物的有效量加入聚碳酸酯樹脂、特別是在存在著色顏料時，對聚合物熔體流變學將產生不利影響，使得人們很難控制熔體流動。
儘管在包含紫外光抵抗劑的聚碳酸酯樹脂的模塑中存在著困難，但聚碳酸酯樹脂具有的其它特性令其仍有價值(如防磨表面)。實際上，美國專利4034528和4096011已提議可將其用於表面襯裡乙烯基樹脂外壁板。如果可將它們製成耐因暴露在紫外線輻射的環境下所引的降解而對加工性不造成不利影響，則在本領域是一項進步。這可發生於支化芳族聚碳酸酯樹脂中，其中發現它們可與特定一類紫外光吸收苯並三唑化合物相混溶；參見美國專利5001177。但對於紫外輻射具有或不具有抵抗作用的支化或高度交聯的聚碳酸酯樹脂則太脆以致不能用作耐衝擊外用建築材料，即使是作為專利5001177中所提及的表面襯裡。
本發明包括對紫外輻射所致的降解具有抵抗作用的、用於建築物外部的自支承、層壓屋頂板，它包括a.一熱塑性合成聚合樹脂的硬質基材；和b.一含0.5-15％(重量)紫外輻射吸收劑的芳族直鏈聚碳酸酯樹脂共混合物的軟薄膜；層壓到欲用於暴露在天候老化環境下的基材表面。


圖1是本發明的實施方案屋頂板的透視圖。
圖2是沿圖1中線2-2截面圖。
本領域技術人員通過閱讀下面優選實施方案的描述以及參照附圖1和附圖2將對本發明有所認識。
圖1是一實施方案屋頂板10的透視圖，它可作為外部壁板或屋頂板用於建築物結構中。暴露在天候老化環境下的表面12可以是平滑的或是網絡的，將在下文中更充分地加以描述。
現參照圖2，即沿圖1線2-2的截面側視圖，可以看到屋頂板10為一層狀結構，則在邊12上用軟質、直鏈芳族聚碳酸酯樹脂的層壓薄膜18覆蓋的熱塑性合成聚合樹脂基材14組成。
基材14可由任何常規、具有足夠能力自支承的合成聚合樹脂的熱成型而成。基材14的厚度最好在10-300密耳之間。這種聚合樹脂的典型例子是聚烯烴(如聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯)、聚苯乙烯、(ABS)、丙烯酸樹脂等。優選基材14由熱塑性芳族直鏈聚碳酸酯樹脂模塑而成。
優選的用於基材14的芳族直鏈聚碳酸酯樹脂是一類已知的可熱成型樹脂，經二羥酚與羰基滷化物(碳酸酯的前體)在水不溶混溶劑的存在下進行界面聚合作用而成。
雖然製備方法的各種反應條件可以變化，但一些優選的方法一般都包括將二元酚反應劑溶解於或分散於苛性鹼液中，將所得混合物加到適宜的水不溶混溶劑介質中。並在所控制的pH條件下使各反應劑與碳酸酯前體接觸。最常用的水不溶混溶劑包括二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、氯苯、甲苯等。
在本文獻中對於製備聚碳酸酯樹脂的典型描述見述於例如美國專利3028365、3334154、3275601、3915926、3030331、3169121、3027814和4188314中，所有這些專利均通過引用併入本文。
此處所用的術語「聚碳酸酯」是包括聚酯-碳酸酯〔也稱為「共聚(酯-碳酸酯)」或「聚酯-聚碳酸酯」〕的熱塑性樹脂，其製備方法眾所周知；參見例如美國專利3169121和4487896中給出的描述。這些專利也通過引用併入本文。
一般而言，通過與用於聚碳酸酯樹脂均聚物相同的聚合技術(但在所添加的酯前體的存在下)來製備聚酯-碳酸酯樹脂。
用於製備聚碳酸酯均聚物和聚酯-碳酸酯樹脂的優選方法包括光氣化反應。光氣化反應進行時的溫度可在低於0℃至高於100℃之間。光氣化反應優選在約室溫(25℃)至50℃的溫度下進行。由於反應是放熱反應，因而光氣的添加速率可以用來控制反應溫度。所需的光氣量一般取決於所添加的二元酚的量。
所用的二元酚是已知的且其反應基為兩個酚式羥基基團。一些二元酚通過以下通式表示
式中A為含1個至約15個碳原子的二價烴基，含1個至約15個碳原子的取代二價烴基和取代基團如滷素、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-O-或-C(O)-；各X相互獨立地選自氫、滷素以及一價烴基如1至約8個碳原子的烷基、6-18個碳原子的芳基、7至約14個碳原子的芳烷基、7至約14個碳原子的烷芳基、1至約8個碳原子的烷氧基或6-18個碳原子的芳氧基；m為1或1，和n為0-5的整數。
一般所用的一些二元酚為二酚如(4-羥基-苯基)甲烷、2，2-二(4-羥基苯基)丙烷(即雙酚A)、2，2-二(4-羥基-3，5-二溴苯基)丙烷；二羥酚醚如二(4-羥基苯基)醚、二(3，5-二氯-4-羥基苯基)醚；二羥基聯苯如p，p』-二羥基聯苯、3，3』-二氯-4，4』-二羥基聯苯；二羥基芳基碸如二(4-羥基苯基)碸、二(3，5-二甲基-4-羥基苯基)碸；二羥基苯如間苯二酚、氫醌、滷代和烷基取代的二羥基苯如1，4-二羥基-2，5-二氯苯、1，4-二羥基-3-甲苯；和二羥基二苯基硫醚以及亞碸如(4-羥基苯基)硫醚、二(4-羥基苯基)亞碸和二(3，5-二溴-羥基苯基)亞碸。各種另外的二元酚被公開在美國專利2999835、3028365和3153008號中，所有這些專利均通過引用併入本文。當然，可能使用兩種或兩種以上不同的二元酚或一種二元酚與二醇的混合物。
所述碳酸酯前體可以是羰基滷化物、二芳基碳酸酯或二滷代甲酸酯。羰基滷化物包括碳醯溴、碳醯氯及其混合物。二滷代甲酸酯包括二元酚的二滷代甲酸酯如2，2-二(4-羥基苯基)丙烷、2，2-二(4-羥基-3，5-二氯苯基)丙烷、氫醌等的二滷代甲酸酯，或二元醇的二滷代甲酸酯如1，2-亞乙基二醇的二滷代甲酸酯。所有上述碳酸酯前體是有用的，優選碳醯氯，也即公知的光氣。
一般而言，在製備用於本發明中的聚酯一聚碳酸酯樹脂中，可用常規用於製備線型聚酯的任何二羧酸作為酯前體。一般來說，可用的二羧酸包括肪族二羧酸、芳族二羧酸及脂族-芳族二羧酸。這些酸是眾所周知的並被公開於如美國專利第3169121中，通過引用併入本文。二羧酸的典型例子是那些下述通式所代表的二羧酸HOOC-R1-COOH式中R1代表二價脂族基如1，1-亞烷基、亞烷基、亞環烷基或取代的烯烴基或亞烷基；芳族基如亞苯基、亞萘基、亞聯苯基，取代的亞苯基等；二價的脂族-芳族烷基如芳烷基或烷芳基；或兩種或兩種以上通過下式非芳香性鍵連接的芳族基團
-E-式中，E為二價的亞烷基或1，1-亞烷基。E也可由兩種或兩種以上亞烷基或1，1-亞烷基基團組成，通過非亞烷烴基或1，1-亞烷基基團、通過非亞烷基或非1，1-亞烷基基團如芳族鍵、叔氨基鍵、醚鍵、羰基鍵、含矽鍵或通過含硫連接鍵如硫醚、亞碸和碸等連接。此外，E可為5-7個碳原子(包括5和7)的環脂族基基團(如環戊基、環己基)，或5-7個碳原子(包括5和7)的亞環烷基如亞環己基。E還可以是不含碳但含硫的鏈如矽烷或矽氧烷。本領域技術人員將可想到E所代表的其它基團。
一些可用於製備聚(酯-碳酸酯)的芳族二羧酸的非限制性例子包括鄰苯二甲酸、間苯二酸、對苯二酸、高鄰苯二酸、鄰、間和對-苯二乙酸以及多核芳香酸如二苯二甲酸和異構萘二甲酸。可用Y取代芳族化合物。Y可以是無機原子如氯、溴、氟等；或無機基團如硝基；或有機基團如烷基；或含氧基團如烷氧基，只需Y對反應劑和反應條件是惰性的並且不受其影響。特別有用的芳族二羧酸是以下通式所代表的二羧酸
式中 j是0-4(包括0和4)的正整數；各R3相互獨立地選自烷基、優選低級烷基(1個至約4個碳原子)。
最優選的芳族二羧酸是間苯二酸、對苯二酸及其混合物。
上述式中脂族二羧酸(其中R1為亞烷基)的典型例子是丁二酸、己二酸、辛二酸、癸二酸、十二雙酸等。優選具有4-18個碳原子(包括4和18)的二羧酸。
可用二羧酸的混合物。因此此處所用的術語「二羧酸」應理解為包括兩種或兩種以上二羧酸的混合物。
用來製備用於本發明的聚酯-碳酸酯樹脂的反應劑的比例可以變化。本領域技術人員知道如述於以上提及的美國專利中的有用的比例。一般而言，相對於碳酸酯鍵，酯鍵的量可為約5％至約90％(摩爾)。例如5摩爾雙酚A與4摩爾二氯化間苯二醯和1摩爾碳醯氯完全反應將得到80％(摩爾)酯鍵的聚酯-碳酸酯。
優選的用於基材14的聚碳酸酯是衍生自雙酚A和碳醯氯的聚碳酸酯，在25℃二氯甲烷中的特性粘度為約0.3至約0.5分升/克。
在常規製備聚碳酸酯均聚物和聚酯-碳酸酯的界面聚合方法中，在與碳酸酯和酯前體接觸前或接觸期間一般將一分子量的調節劑(鏈終止劑)加入到反應混合物中。有用的分子量調節劑包括(但不受此限制)一元酚如苯酚、苯並二氫吡喃-I、對-叔丁基苯酚、對-枯基苯酚等。用於分子量控制的技術是本領域所公知的，並用來控制用於本發明的聚酯-碳酸酯樹脂的分子量。
本領域技術人員將會理解此處所述的優選聚碳酸酯，其特徵是含有下式(I)的重複聚碳酸酯鏈單元
式中，D為用於樹脂製備中的二元酚的二價芳族基；並可含有下式(II)的重複羧基鏈單元-O-R1-O-D-(II)式中D和R1具有先前賦予它們的意義。用纖維狀增強劑來有利地增強優選的聚碳酸酯樹脂。
用於塑料模塑組合物中的纖維狀增強劑一般是眾所周知的，代表性的有玻璃纖維、礦物纖維如褐塊石棉、碳纖維等。優選的增強劑為玻璃纖維如雕玻璃纖絲(長玻璃纖維和短玻璃纖維)粗紗和常產纖維。
可用於基材14的絲狀玻璃對本領域技術人員來說是眾所周知的，並可從一系列生產商中得到。該玻璃可未經處理或優選用矽烷或鈦酸酯偶合劑處理。以約0.25cm至約5cm長的切短玻璃絲束的形式使璃用該絲狀玻璃是便利的。
用於基材14的聚碳酸酯組合物最好包括衝擊改性比例量的衝擊改性劑。任何已知的衝擊改性劑都可用於聚碳酸酯。這種衝擊改性劑的典型例子是乙烯基芳族化合物(A)和(A』)n的選擇性氫化的直鏈、順序或徑向的末嵌段共聚物以及A-B-A』的烯屬高彈體(B)；A(B-A-B)nA；A(B-A)nB；或B[(A-Bn)B]4類型，其中n為1-10的整數(包括1和10)；參見Acefele等人的美國專利第3333024號，通過引用併入本文。
用於基材14優選作為衝擊改性劑的所謂的「ABS」聚合物。ABS聚合物例如在Modern Plastics Encyclopedia，1989年編，第92頁中被定義為由三種單體丙烯腈、丁二烯和苯乙烯製成的熱塑性塑料的家族，更具體地說為苯乙烯-丙烯腈共聚物與SAN-接枝的聚丁二烯橡膠的混合物(摻合聚合物)。
基於基材14的與聚酯-碳酸酯一起使用的衝擊改性劑也包括各種本領域公知的聚芳酯樹脂。例如，從許多商業渠道可得的聚芳酯，如RohmHaas Chemical Company，Philadelphia，Pa，商業牌號為AcryloidKM 330和7709 XP；Goodyear TireRubber Company，Akron，Ohio，商業牌號為RXL6886；從American CyanamidCopmany，Stanford，CT，商業牌號Cyanacryl770；從MTChemicals Co，Trenton，NJ，商業牌號為Durstrength200；以及從Polysar Corporation，Canada，商業牌號為Polysar§1006。
可將聚丙烯酸酯樹脂以基於所有組合物重量的0.01％～50％(重量)的常規用量、一般為0.01％～10％(重量)的量加入到聚碳酸酯樹脂中。
另一類已知的可用作本發明樹脂組合物的成分之一的衝擊改性劑是可用下式表示的聚醯胺-聚醚嵌段共聚物
式中，PA代表聚醯胺鏈段，PE代表聚醚鏈段以及n是使得該嵌段共聚物的重均分子量(Mw)為約5000至約100000的整數。上述一類聚醯胺-聚醚嵌段共聚物一般是眾所周知的，並可例如通過常規技術的預聚醯胺與聚氧亞烷基二醇的縮聚反應來製備，如按照見述於美國專利4208493、4230838、4361680和4331786中的製備方法，所有這些專利均通過引用併入本文。如此製備的聚醯胺-聚醚嵌段共聚物可購得，並可以從寬範圍的各處預聚醯胺和聚氧亞烷基二醇製得。
聚醯胺-聚醚嵌段共聚物的衝擊改性劑配比一般為樹脂組合物的約0.1至10％(重量)。
可被加入到聚碳酸酯樹脂中的衝擊改性劑的其它例子在本領域中是眾所周知的。
用作基材14的熱塑性塑料組合物也可與常規模塑助劑的抗氧化劑、抗靜電劑、水解穩定劑如被公開於美國專利3489716、4138379和3839247(所有這些專利均通過引用併入本文)中的環氧化物、色穩定劑如有機亞磷酸酯、熱穩定劑如亞磷酸酯、脫模劑等相混合。
在本發明的優選實施方案中，屋頂板阻燃劑(作為一添加劑成分)包括在聚碳酸酯基材14中。一般而言，在基於模塑組合物的聚碳酸酯中衝擊改性劑的存在處於防火劑的作用是降解性的。然而，在本發明的說明書中，由於衝擊改性劑的存在造成阻燃性的降低並不明顯。
一些特別有用的阻燃劑是磺酸的鹼金屬和鹼土金屬鹽。這種類型的阻燃劑及其用法被公開於美國專利第3933734、3931100、3978024。3948851、3926980、3919167、3909490、3953396、3953300、3917559、3951910和3940366中，所有這些專利均通過引用併入本文。
阻燃劑的阻燃配比隨特定的阻燃劑而異。一般而言，阻燃劑的比例佔總聚碳酸酯組合物的0.01至約20％(重量)。
軟質聚碳酸酯樹脂的薄膜18一般是眾所周知的，並從商業渠道上可從General Electric Company，Plastics Division Pittsfield，Mass得到。從上述具有厚度為1-15密耳並配製成含有約1-30％(重量)紫外光吸收劑的聚碳酸酯樹脂製成薄膜18是有利的。紫外光吸收劑的典型例子是那些例如見述於美國專利2976259、3043709、3049443、3214436、3309220、4556606和Re 2976中，所有這些專利均通過引用併入本文。
選擇用於本發明的紫外光吸收劑優選為Ciba-Geigy公司，Hawthorn，NewYork製造的一種苯並三唑，Tinuvin234。
也可以將常規著色顏料以著色比例摻入到薄膜樹脂18中，但優選摻入到形成基材14的聚碳酸酯樹脂中。
根據本發明的方法，將薄膜18層壓到基材14的表面12上以保護表面12不受天候老化的影響。可通過幾種公知技術中的一種來進行層壓。例如採用美國專利4056344或見述於美國專利4992322中的技術可將基材14和薄膜18共擠塑。最好分別製備薄膜18與基材14並在加熱和壓力(採用常規層壓機)下將其層壓至基材14上。後一種方法具有避免與基材14或薄膜18的擠塑相關的熔體流動的問題的優點，並且有構造屋頂板10表面12的能力。
此外，該薄膜18可經受如通過見述於美國專利5271968中的方法施用的紫外光吸收化合物和顏料的表面浸漬或表面塗飾。
通過使用共擠塑或表面浸漬技術可將表面膜(層)18製備成在表面12上高度耐紫外光並具有一定的顏色。
在基礎聚碳酸酯上含有高水平的紫外線吸收劑的薄膜18的共擠塑消除了不相容性(即熔體流動)問題。同樣地使用表面浸漬技術將紫外光吸收劑量於著色聚碳酸酯薄膜的表面內解決了熔體穩定性問題。
以下實施例及製備方法描述了進行和使用本發明的方式和方法，並提出了本發明人認為進行本發明的最佳模式，但不應被認為是對本發明的限制。表中所顯示的Delta E Colour試驗結果是根據ASTM試驗方法D 5071-91經暴露17280小時(小時於10年S.Florida)後所取得的數據。實施例按照美國專利4056344中的程序做成一具有聚碳酸酯樹脂芯層以及在該芯層的外面一聚碳酸酯樹薄膜(厚約10密耳)的貼面的共擠塑片材。該貼面層包含一含有8.0％(重量)的Tinuvin234(Ciba-GeigyCorp.)-苯並三唑紫外光吸收化合物以及著色比例的顏料的聚碳酸酯樹脂共混物。進行了共擠塑片材對耐天候老化性的試驗。試驗結果(色差△E)示於下表中。
為了比較的目的，用一些氨基甲酸乙酯或丙烯酸搪瓷塗漆所述芯層擠塑物(無貼面)並也進行試驗。試驗結果示於下表中。
表材料色差△E本發明的共擠塑物結構，其中顏料為-顏色為磚紅色 2.3-顏色為淺褐色 3.7-顏色為灰色 3.4磚紅色聚氨酯搪瓷漆 11.0(Lilly Industries 92702-1774)磚紅色水基丙烯酸搪瓷漆 8.0(Lilly Industries 92739-1777)淺褐色聚氨酯搪瓷漆 11.0(Lilly Industries 92702-1775)灰色聚氨酯搪瓷漆15.0(Lilly Industries 92702-1776)
權利要求
1.一種對紫外輻射所致的降解具有抵抗性的、用於建築物結構外部的自支承、層壓屋頂板，它包括a.一熱塑性合成聚合樹脂的硬質基材；和b.一含有0.5-15％(重量)紫外輻射吸收劑的芳族直鏈聚碳酸酯樹脂共混物的軟薄膜；層壓到欲用於暴露在天候老化環境下的基材表面上。
2.權利要求1的屋頂板，其中所述硬質基材為熱成型的直鏈芳族聚碳酸酯樹脂。
3.權利要求1的屋頂板，其中所述薄膜還含有著色比例的顏料。
4.權利要求1的屋頂板共擠塑成還包括10-300密耳厚的基材和1-10密耳厚的薄膜的形式。
5.一種對紫外輻射所致的降解具有抵抗性的、用於建築物結構外部的自支承、層壓屋頂板，它包括a.用著色比例的顏料著色的熱塑性合成聚合樹脂的硬質基材；和b.含0.5-15％(重量)紫外輻射吸收劑的芳族直鏈聚碳酸酯樹脂共混物的軟薄膜；層壓到欲用於暴露在天候老化環境下的基材表面上。
全文摘要
本發明公開了帶有耐紫外輻射聚碳酸酯樹脂層壓層的不受天候老化影響的合成聚合樹脂的建築物結構屋頂板。
文檔編號E04D1/28GK1180123SQ9711791
公開日1998年4月29日 申請日期1997年8月29日 優先權日1996年8月30日
發明者R·F·西洛夫 申請人:通用電氣公司