CN101171288A - 用于电气设备的聚酯模塑组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚酯模塑组合物,其由如下组分组成:(A)100重量份的聚合物组合物,其包括:(A-i)至少50重量份的热塑性聚酯,和可选的(A-ii)至少一种其它聚合物;(B)2-40重量份的阻燃剂体系,其包括:(B-i)不含磷的氮基有机阻燃化合物,或其不含磷的盐,和可选的(B-ii)小于1重量份的含磷阻燃化合物;(C)0.01-1重量份的脱模剂;以及可选的(D)0-10重量份的纤维增强剂;和(E)0-100重量份的其它添加剂。本发明还涉及该组合物制造模制部件的用途,特别是用于电气或电子应用的部件的用途,以及涉及这些模制部件。
Description
本发明涉及适于制造模制部件的聚酯模塑组合物,所述模制部件可用于电气设备,更具体而言用于电气应用,如家用电器(诸如连接器)以及电路断路器和残余电流设备(RCD)并且尤其是小型或者微型电路断路器(MCB)中的外壳(外罩)。
在正常的使用条件下,模制部件和其中使用的材料可能被暴露于严酷的电气和热条件(诸如由电流产生的热、在电短路和热释放情况下的力学冲击、放电和通过其表面的漏电流)。这些条件要求制造外壳的材料不仅具有良好的机械性能,尤其是足够抗冲击性以耐受在电短路放电过程中的冲击,而且具有良好的电气性能。后者包括高的抗电痕性(trackingresistance)和良好的耐灼热导线性(glow wire resistance),这表现为高的点燃温度和良好的火焰熄灭性能。材料还必须具有良好的在高温下和在机械负载下的尺寸稳定性,以允许在不同的气候条件下对热释放特性的充分控制和精确校准。此外,对于模塑组合物而言重要的性质包括良好的加工性,即,良好的流动性和短的模制周期时间,以及良好的绝缘性。除了上述所有的方面之外,还存在朝向小型化和朝向无卤阻燃材料的一般趋势,使得上述的要求更加重要。
对于许多电气应用,已经设定了多种国际标准,它们规定了标准方法、测试条件和必须满足的性能水平。
常用于确定抗电痕性的标准方法是UL-746A,其对应于ASTM D-3638-85和IEC 60112-第四版。在此方法中,抗电痕性被测定为对比电痕指数(CTI)。
为了测量阻燃性,灼热导线测试(Glow Wire Test)通常被接受并作为标准(尤其是在欧洲,还有世界的其它地区)。此测试可以根据国际标准IEC 60695-2-11来进行,该测试对于终产品进行,并且分级为通过或未通过(此后称为″GWFI-EPT″),以及根据IEC 60695-2-12来进行,其中阻燃性被表示为灼热导线可燃性指数(GWFI)。除此之外,在几种家用电器中,灼热导线点燃温度(GWIT)是重要的,其根据IEC 60695-2-13测定。对于灼热导线测试(GWFI-EPT,GWFI和GWIT)的要求总是必须与材料使用厚度相关。
为了评价不同气候条件下的性能,利用不同的温度和湿度循环进行了一种热带地区测试。
根据标准,用于家用电器的材料的最小CTI值为250Volt。然而,此值与所施加的电压和设计的尺寸直接相关。在实际中,市场一般要求至少400Volt,以便能够允许更高的电压应用和/或允许进一步减小尺寸。除此之外,用于家用电器的材料必须具有至少850℃的GWFI和至少775℃的GWIT。用于MCB和RCD的材料必须具有至少960℃的GWFI-EPT。不存在对于CTI所规定的最低要求,而是越高越好,并且通常,使用至少400Volt的CTI值。
因此,适用于电气家庭应用、MCB和RCD的通用材料应该符合下面的要求:至少400Volt的CTI,至少775℃的GWIT、至少850℃的GWFI以及至少960℃的GWFI-EPT(如果仅仅是用于家用电器的话,775℃),所有优选在1.0mm下测量。
很长时间以来,玻璃纤维增强和/或矿物填充的向聚酰胺模塑组合物已经成为用于MCB的外壳材料的选择。然而,要求不断在提高,而MCB和RCD制造商正在视图在经济、性能和/或环境要求方面进一步改善其产品。尽管有玻璃纤维增强,聚酰胺模塑组合物在其尺寸稳定性上是不令人满意的,并且在高温和湿度条件下在机械力作用下表现出太大的蠕变。
在相当的一段时间里,热塑性聚酯模塑组合物已经被认为也是MCB中的备选材料,但是,迄今为止商业上的成功有限。聚酯模塑组合物,例如基于聚对苯二甲酸烷基二醇酯作为热塑性聚酯的聚酯模塑组合物作为材料具有广泛的应用范围,从机动车部件到电气和电子设备。这些材料具有有用的特性,包括强度、韧性、高光泽性以及耐溶剂性。利用各种阻燃剂获得阻燃性。大量的用于聚酯的阻燃剂是已知的,其提供了阻燃性,但同时牺牲了电气、机械性能和/或其它性能。阻燃剂的存在导致的降低机械性能的损失一般由增强材料的使用补偿。从JP-113335531-A已知一种无卤阻燃剂热塑性聚酯组合物,其具有至少400Volt的CTI,并且据报道具有优异的模塑性、优异的机械性能、抗冲击性以及阻燃性,并且包含无卤阻燃剂体系。从该专利申请已知的组合物包含PBT和PET的混合物作为聚酯,并且还包括,相对于100pbw(重量份)的聚酯,1-100pbw的纤维增强剂,1-200pbw的聚乙烯和/或乙烯共聚物,以及作为阻燃剂体系的0.1-50pbw红磷(可选地,与0-100pbw三嗪氰尿酸酯化合物组合),还包括其它可选组分。该已知组合物的缺点在于,红磷导致在混合过程中形成挥发性的有毒物质,因此不适于混合设备。
还从EP-824130-A2已知CTI为至少400 Volt的热塑性聚酯组合物。该已知组合物包括含卤阻燃剂、矿物填料以及有效量的改善CTI的焦磷酸或多磷酸盐,所述焦磷酸或多磷酸盐选自焦磷酸金属盐(焦磷酸),多磷酸金属盐(多磷酸)及其混合物。卤化阻燃剂因为对于生态友好成分的要求不断提高而是不那么令人满意的。
从WO-03/018680和EP-1117739-B1已知在1和3mm下GWT值(对应于上面定义的GWFI-EPT)为960℃的热塑性聚酯组合物。从这些专利申请已知的组合物包含1-30wt%的含磷阻燃剂(为亚芳基二氧-二磷酸四苯酯或其经取代的和/或低聚的衍生物),以及1-30wt%的氮化合物。这两个专利中的实例通常包含10-15wt%的三聚氰胺氰尿酸酯以及20wt%的含磷阻燃剂,还包含20-30wt%的玻璃纤维。两件专利文件都没有公开已知组合物的CTI性能。
从WO-99/02606已知一种CTI为至少600Volt且GWFI测试结果(在1mm下)为至少960℃的无卤阻燃剂热塑性聚酯组合物。但是,请注意,对于一个实例报道了750℃的GWFI。WO-99/02606的已知组合物是主要由玻璃纤维增强的组合物,包括三聚氰胺氰尿酸酯以及包含至少14wt%的磷的含有机磷阻燃剂。
包含含磷阻燃剂的聚酯组合物的普遍缺点在于耐热性,导致在高温下老化时机械性能降低。
在两件日本专利申请中已经解决了水解问题,其建议使用特定的磷化合物。JP-09157503-A描述了具有0.1-15wt%三聚氰胺氰尿酸酯和0.1-15wt%亚芳基二氧-二磷酸四苯酯或其经取代的和/或低聚的衍生物的热塑性模塑组合物。在JP-09157503-A中的实例中,使用相对于100pbw聚酯至少1pbw并且通常为5-20pbw的二磷酸酯。在JP-08269306-A中描述了具有0.1-10wt%三聚氰胺氰尿酸酯和0.1-10wt%亚芳基二氧-二磷酸四苯酯或其经取代的和/或低聚的衍生物的类似热塑性模塑组合物。在JP-08269306-A中的实例中,使用相对于100pbw聚酯2-15pbw的二磷酸酯。这两件专利申请没有公开其中涉及的组合物的CTI性能和灼热导线性能。
还从JP-2000119494-A1已知CTI为至少400Volt的无卤阻燃剂热塑性聚酯组合物。从专利公布JP-2000119494-A1已知的组合物是玻璃纤维增强的组合物,其包括三聚氰胺氰尿酸酯和可选的含有机磷阻燃剂,并还具有1-15wt%的压缩滑石粉,以获得良好的燃烧性能和CTI性能。如实例所示,如果省略压缩滑石粉,或者如果其被未经处理的滑石代替或者玻璃含量被降低到例如3wt%,则CTI值降低到低于400Volt的值。此外,如果根本不使用滑石,则不仅CTI值降低到低于400Volt的值,而且阻燃性明显下降。
因此,仍然需要如下的热塑性模塑组合物,其没有含卤阻燃剂和红磷,同时具有良好的电气性能和阻燃性、足够的机械性能、以及在热带地区条件下良好的性能,以用于例如电路断路器和/或家用电器。
本发明的一个目的是提供一种热塑性模塑组合物,不含含卤阻燃剂和红磷,具有在1.0mm下测量的至少400Volt的CTI,至少775℃的GWIT,至少850℃的GWFI,并且优选具有至少960℃的GWFI-EPT,良好的脱模性能,良好的机械性能,以及在高温和/或高的相对湿度下良好的机械性能保持性。
此目的已经由根据本发明的聚酯模塑组合物实现,所述聚酯模塑组合物由如下组分组成:
(A)100重量份(pbw)的聚合物组合物,其包括:
(A-i)至少50pbw的热塑性聚酯,和可选的
(A-ii)至少一种其它聚合物;
(B)2-40pbw的阻燃剂体系,其包括:
(B-i)不含磷的氮基有机阻燃化合物,或其不含磷的盐,和可选的
(B-ii)小于1pbw的含磷阻燃化合物,其中含有小于0.1pbw的亚芳基二氧-二磷酸四苯酯及其经取代的和低聚的衍生物;
(C)0.01-1pbw的脱模剂;以及可选的
(D)0-10pbw的纤维增强剂;和
(E)0-100pbw的其它添加剂。
应该注意,对于在上面和在下面还将提及的以“重量份”表示的用量,除非另外指明,该重量份(pbw)总是相对于100pbw的聚合物组合物(A)。
已经发现,根据本发明的组合物具有非常吸引人的性能组合,这些性能都与在如MCB的电气应用中的使用相关。在本发明的组合物中,阻燃剂体系仅由或者基本仅由所述的“氮基有机阻燃化合物”组成,本发明的组合物具有良好的阻燃性,即,其在所述阻燃化合物以相对于聚合物组合物很低的量存在的情况下,并且在不存在或者儿乎不存在含磷阻燃化合物的情况下,已经获得在1.0mm下的至少775℃的GWIT。即使在不需要添加CTI改善剂的情况下,根据本发明的组合物也具有良好的电气性能,即,至少400Volt的CTI。同时,该新的组合物具有足够的模塑性能和机械性能,以及在热带地区条件下良好的性能,使得该组合物适于用于电路断路器。
在美国专利US-5,684,071中描述了具有不含磷的氮基有机阻燃化合物(B-i)(更具体地,三聚氰胺氰尿酸酯)作为唯一的阻燃剂的聚酯组合物。在此专利中的已知组合物包含相对于组分(B-i)0.1-50wt%的具有两个官能团的有机添加剂。具有两个官能团的添加剂据称对于提高一系列性能,包括阻燃性(评级为UL-94-V的测试结果)和LOI是所需的。在若干实例中,玻璃纤维增强剂的用量为30wt%。在US-5,684,071的两个对比例中,提到了由80wt%的PBT和20wt%的三聚氰胺氰尿酸酯组成的未增强的聚酯组合物。对此组合物,仅仅提到了LOI。该专利没有公开CTI、GWFI和GWIT及其脱模性能。
术语“氮基有机阻燃化合物”在此被理解为由碳原子、氢原子和氮原子以及可选的其它杂原子(如氧原子)组成的阻燃化合物,但不含磷原子。
作为根据本发明的组合物中的氮基有机阻燃化合物(组分B-i),可以使用例如三嗪(例如三聚氰胺基化合物)、胍、氰尿酸酯、异氰尿酸酯及其混合物。氮基有机阻燃化合物的合适的盐为例如硼酸盐和草酸盐。合适的盐的例子包括三聚氰胺-新戊基乙二醇硼酸盐,以及硫酸胍。
优选地,氮基有机阻燃化合物为三聚氰胺基化合物。合适的三聚氰胺基化合物为选自三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸酯、三聚氰胺的缩合产物及其混合物的化合物。合适的三聚氰胺缩合产物为例如蜜白胺、密勒胺、氰尿酰胺、薄荷酮以及三聚氰胺的更高级缩合产物。三聚氰胺缩合产物可以例如利用在WO-A-96/16948中描述的方法获得。
更优选地,氮基有机阻燃化合物是选自三聚氰胺氰尿酸酯、三聚氰胺的缩合产物及其混合物的化合物。还更优选地,氮基有机阻燃化合物(B-i)包含至少90wt%的三聚氰胺氰尿酸酯,并且更优选地,氮基有机阻燃化合物由100wt%的三聚氰胺氰尿酸酯组成。
三聚氰胺氰尿酸酯是三聚氰胺(2,4,6-三氨-1,3,5-三嗪)和(异)氰尿酸(2,4,6-三羟基-1,3,5-三嗪或其互变异构体)的加合物或盐的通用名,如例如US4,180,496所述。三聚氰胺氰尿酸酯优选具有小的粒子尺寸,或者可以在混合过程中容易在聚酯连续相中分散成小的粒子。合适地,三聚氰胺氰尿酸酯的粒子尺寸分布具有50%的粒子(d50)小于约50微米(μm),优选粒子尺寸小于25μm,小于10μm,或者甚至小于5μm。
根据本发明的组合物包含2-40pbw的基本由氮基有机阻燃化合物组成的阻燃剂体系。更低的氮基有机阻燃化合物用量似乎得不到所期望的GWIT等级,而更高的用量不会提高CTI或者GWIT值,而只会降低组合物的机械性能和加工性能。
优选地,组合物包含用量为2-30pbw、更优选5-25pbw或甚至5-20pbw、以及还更优选7.5-15pbw的氮基有机阻燃化合物。已经发现,氮基有机阻燃化合物的最低用量越高,获得的GWFI等级越高或者获得更低平均燃烧时间的GWFI等级,而最大用量越低,获得的GWIT等级越高。
除了氮基有机阻燃化合物(B-i),根据本发明的组合物可选地包含小于1pbw的含磷阻燃化合物。如果含磷阻燃化合物包括亚芳基二氧-二磷酸四苯酯和/或其经取代的和低聚的衍生物,则其含量小于0.1pbw。
含磷阻燃化合物在此明确表示不是仅由磷组成的化合物,即,不包括诸如红磷的单质磷。
可以与氮基有机阻燃化合物组合使用的含磷阻燃化合物可以是任何含磷和至少一种其它元素的阻燃化合物。通常,含磷阻燃化合物是有机磷化合物、无机含磷盐或这两者的组合。
合适地,含磷阻燃化合物选自有机磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯和亚膦酸酯。大量的这样的阻燃剂是可商购的,例如来自AKZO-Nobel,NL的商品名为Fyrolflex RDP的间苯二酚(二苯基磷酸酯)低聚物;来自FMC,UK的商品名为Kronitex CDP的磷酸甲苯二苯酯,CDP;来自Albright andWilson,USA的商品名为Amgard P45的甲基磷酸的三羟甲基丙醇酯;来自American Cyanamid,USA.Hostaflam OP 910的商品名为Cyagard RF 1041的聚季戊四醇膦酸酯;来自Hoechst,Germany的含21wt%P环状二膦酸酯和三膦酸酯的混合物。优选地,使用磷酸酯和膦酸酯。这样的化合物的实例在例如Kirk Othmer Encyclopedia of chemical technology,Vol.10,p.396ff.(1980)中有描述。合适的包含磷和氮两者的阻燃化合物包括例如多磷酸铵和上述的氮基有机阻燃化合物的磷酸盐,如多磷酸三聚氰胺。
优选地,组合物包含小于0.5pbw、更优选小于0.1pbw,还更优选小于0.01pbw的含磷阻燃化合物,并且直至不含含磷阻燃化合物。根据本发明的组合物尽管具有低含量的含磷阻燃化合物或甚至完全没有含磷阻燃化合物,其仍然表现出非常好的电气性能和阻燃性能,具有良好的机械性能和良好的处于热带地区条件下的性能。
作为根据本发明的组合物中的热塑性聚酯(组分A-i),原则上可以使用适于制造模制部件的任何热塑性聚酯。热塑性聚酯可以是无定型聚酯,但优选是半晶态聚酯,更优选是半晶态半芳香族的。所述聚酯一般由至少一种芳族二羧酸或其成酯衍生物与至少一种脂(环)或者芳族二醇得到,并且包括均聚物以及共聚物。合适的芳族二元酸的实例包括对苯二酸、邻苯二酸、萘二酸、联苯二酸等,优选的是对苯二酸。合适的二醇包括例如亚烷基二醇、对苯二酚、二羟苯,萘二酚。亚烷基二醇,如乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇或者丁二醇、新戊二醇以及二羟甲基环己烷是优选的。这些半芳族聚合物还可以包括少量的例如脂族二羧酸、官能醇和/或羧酸以及三或者更高官能度的醇和/或羧酸,只要这些聚酯保持可熔融加工就行。
可以用于根据本发明的组合物的合适的半芳族热塑性聚酯是例如聚对苯二酸烷二醇酯,如聚对苯二酸乙二酯(PET)、聚对苯二酸丙二酯(PTT),聚(对苯二酸1,4-丁二醇酯)或者简称为聚对苯二酸丁二酯(PBT),聚对苯二酸二羟甲基环己烷酯(PCT);聚萘二酸亚烷基醇酯,其可以例如由2,6-萘二酸和乙二醇和/或丁二醇得到,如聚萘二酸乙二酯(PEN)和聚萘二酸丁二(PBN);聚萘二酸亚烷基二醇酯,其可以例如由2,6-萘二酸和乙二醇和/或丁二醇得到;4,4′-联苯二酸和乙二醇和/或丁二醇得到的酯,如聚二苯甲酸乙二酯(PEBB)和聚二苯甲酸丁二酯(PBBB),及其共聚物混合物,或者其与少量的另一种二元羧酸或二醇(如果有的话)的共聚物。优选地,在这些聚酯中其它单体的含量相对于聚酯的总重小于20wt.%,小于10wt%,更优选小于5wt.%,以保证聚酯的半结晶性。也可以使用不同类型和/或不同等级的聚对苯二酸亚烷基二醇酯的混合物。这些聚酯组合物非常适于用作模塑组合物。
一种特殊类型的聚酯由除了其它所述二醇之外还含有长链二醇,如聚(氧化亚烷基)二醇、脂族聚酯二醇或者脂族聚碳酸酯二醇的聚酯形成。这样的后一组聚酯(包括所谓的聚醚型酯和聚酯型酯)也被称作分段的嵌段共聚酯。根据这样的聚酯中的长链二醇的量,该材料可以是坚而韧的塑料,或者是柔性热塑性弹性体。所述聚酯和其制备方法例如在“Encyclopedia of polymer science and technology”,Vol.12,John Wiley&Sons,New York,1988(ISBN 0-471-80944-6)中有描述。
在优选的实施方式中,热塑性聚酯是基于具有2-6个碳原子的脂族二醇的聚对苯二酸亚烷基二醇酯。该组聚酯包括如聚对苯二酸乙二酯(PET)、聚对苯二酸丙二酯(PPT),聚(对苯二酸丁二酯),聚对苯二酸二羟甲基环己烷酯(PCT),或其共聚物。在这些聚酯中,PET,PTT,PBT及其混合物和共聚物是最优选的。这些聚酯非常适于用于模塑组合物,尤其是注射模塑组合物。特别优选的是PBT/PET聚酯混合物,其得到具有更好的表面外观的模制部件。
在根据本发明的另一个特定实施方式中,组合物包含含有长链二醇的聚苯二酸丁二酯作为聚酯。其优点包括在混合和注射成型时容易加工,并且组合物和由其模制的部件具有较高的韧性,例如较高的断裂伸长率。优选地,长链二醇的用量使得PBT嵌段共聚酯的硬度为约25-75Shore D、优选约35-70Shore D的范围。
如果PBT被用作聚酯,则其优选具有1.7-2.5,或1.8-2.2的相对溶液粘度(在25℃下对在间甲酚中的1质量%的溶液测量)。其优点为聚酯组合物具有良好的熔融流动行为,以及足够的机械性能,例如刚性和韧性,以制造薄壁结构件。
因为热塑性聚酯占聚合物组合物的至少50wt%,所以根据本发明的聚酯组合物一般得到其中热塑性聚酯形成连续相的模制部件。
除了热塑性聚酯,根据本发明的组合物可以还包括种或者多种其它聚合物(组分A-ii),这些其它聚合物的总量相对于聚合物组合物(A)中的100pbw热塑性聚酯和所述其它聚合物的总量,为至多50pbw。
合适的可以被包括的其它聚合物包括不同于热塑性聚酯(A-i)的热塑性聚合物,诸如半晶热塑性聚合物和无定型热塑性聚合物,以及冲击改性剂和增容剂。所述其它聚合物可以用于例如改善组合物的某些性能,例如冲击改性剂,其用于改善冲击性能,或者用于便于混合加工,例如载体聚合物,其用于便于添加剂的添加。
除了热塑性聚酯之外可用于根据本发明的组合物的合适的热塑性半晶聚合物为例如半晶热塑性聚酰胺和半晶热塑性弹性体。
合适的无定型热塑性聚合物包括苯乙烯和丙烯酸类聚合物、聚碳酸酯尤其是芳族聚碳酸酯,及其混合物或者共聚物。无定型聚合物的玻璃化转变温度(Tg)优选高于聚酯聚合物的Tg。优选的聚合物包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、马来酸酐、N-取代的马来酰亚胺、乙酸乙烯酯的热塑性聚合物,或其混合物。优选的聚碳酸酯是由二元酚和碳酸酯前驱体制备的芳族聚碳酸酯,包括如聚酯碳酸酯的共聚物。最优选的是由双酚A得到的聚碳酸酯及其共聚物,一般被简称为聚碳酸酯。
优选地,所述其它聚合物是热塑性聚碳酸酯。热塑性碳酸酯通常是二氧化碳与脂族和/或芳族二羟基化合物的基本线性的缩聚产物。热塑性聚碳酸酯可以是任何已知的可以仅由本身或者与热塑性聚酯组合通过熔融加工成模制部件的聚碳酸酯。这些聚碳酸酯可例如从Technische Thermplaste,Polycarbonate,Polyacetale,Polyester and Celluloseester,Kunststof Handbuch3/1,Ed.Ludwig Bottenbruch,Becker/Braun,Carl Hanser Verlag,Munchen,1992,ISBN 3-446-16368-9,Part 3,P 117-297已知。
优选地,热塑性聚碳酸酯是2,2-双(4-羟基苯基)-丙烷-聚碳酸酯或者双酚A-聚碳酸酯,一般简写为PC。
作为冲击改性剂,一般可以使用橡胶材料,所述橡胶材料优选由功能化共聚物组成或包括功能化共聚物,所述功能化共聚物可与聚酯相容或者对于聚酯具有反应性,并且其Tg低于环境温度,优选低于0℃、-20℃,或甚至低于-40℃。合适的实例包括具有酸、酸酐或者环氧官能团的苯乙烯、烯烃或者(甲基)丙烯酸共聚物,如乙烯、甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物,或者乙烯和丙烯的马来酸酐功能化共聚物。丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物(SBS)或其氢化物(SEBS)、甲基丙烯酸酯丁二烯苯乙烯(MBS),或者具有丙烯酸酯橡胶核和包括乙烯基芳族化合物和/或乙烯基氰化合物和/或(甲基)丙烯酸烷基酯的壳的核-壳结构聚合物也是合适的。
冲击改性剂的有效量通常为约3-15pbw(相对于100pbw的聚合物组合物(A)总量)。
增容剂一般与热塑性聚合物与另一种不混溶的聚合物的混合物组合使用。
如从本发明的目的可清楚知道的,可用于根据本发明的组合物中的所述其它聚合物的用量应该使得包括机械、电气和可燃性能在内的基本要求仍然得到满足。本领域技术人员可以通过常规实验简单地确定所述其它聚合物可以使用的用量。
优选地,根据本发明的组合物包括,相对于100pbw的热塑性聚酯和整个组合物中的其它聚合物的总量,至多20pbw,更优选至多10pbw,最优选至多5pbw的其它聚合物。
除了聚合物组合物和阻燃剂体系,根据本发明的组合物还包括0.01-pbw的脱模剂(组分C)。
可以用于根据本发明的组合物的合适脱模剂例如是饱和脂肪酸或其衍生物(诸如基于多元醇的酯,基于多元胺的酰胺,基于碱金属和碱土金属或者如锌的其它金属的金属盐),或者功能化聚烯烃。合适的脱模剂的实例包括亚乙基二硬脂酰胺,季戊四醇四硬脂酸酯以及褐煤酸酯蜡。
优选地,根据本发明的组合物包括用量为0.05-0.75pbw,更优选0.10-0.50pbw,还更优选00.20-0.30pbw的脱模剂。较低用量的脱模剂的优点在于GWIT被进一步提高。
除了聚合物组合物(A),阻燃剂体系(B)以及脱模剂(C),根据本发明的组合物还可以包括0-10pbw的纤维增强剂(组分D)和0-100pbw的具它添加剂(组分E)。
根据本发明的聚酯模塑组合物可以包括0-10pbw,优选0-7.5pbw,更优选0-5pbw,甚至更优选0-3pbw的纤维增强剂(组分D)。应该注意,在根本不存在纤维增强剂的情况下,根据本发明的组合物已经具有良好的机械性能和在热带地区条件下的良好性能。纤维增强剂在此被理解为表示狭长的粒子,所述粒子的长度远远大于其横向尺寸,并且其长厚比(长度与厚度的比值)为至少10。合适的增强剂包括玻璃纤维。合适的玻璃纤维通常具有约5-20微米、优选约10-15微米的纤维直径,并且包括适于聚酯的胶料。纤维增强剂一般用来使得聚酯组合物具有强度、刚度、断裂伸长率和抗冲击值的期望组合。
除了组分(A)-(D),根据本发明的聚酯组合物还可选地包含其它添加剂(组分E)。可被包括在根据本发明的组合物中的合适添加剂包括常用的添加剂,诸如无机填料、增塑剂、CTI改善剂、加工助剂、稳定剂、分散助剂、颜料、着色剂等。
填料在此被理解为无机粒状材料,其可以充当增强剂和填充剂。粒子可以具有不同的形状,但是肯定不是纤维状的。这些填料材料可以具有不同的形式,包括球形、片状或者针状形状。如果填料是针状的,则其长厚比小于10,优选小于8。合适的无机填料的实例包括玻璃珠、氧化硅、(煅烧)粘土、云母、滑石、高岭土、钙硅石等。
根据本发明的组合物可以包括用量为很宽的范围内的填料,通常为0-80pbw,一般为5-49pbw,但优选0-20pbw,更优选。甚至,根据本发明的组合物根本不包含填料。
对于至少400V的CTI,根据本发明的组合物不需要使用CTI添加剂。但是,如果需要更高的CTI值,可以有利地添加一种或多种CTI改善添加剂。如果使用CTI改善添加剂,其用量优选0.01-5pbw,更优选0.05-1pbw,还更优选0.1-0.5pbw。
用于改善CTI的合适添加剂包括例如如聚烯烃的非极性聚合物,诸如聚乙烯和/或乙烯共聚物,如硫酸钡和硼酸金属盐的惰性填料,诸如硼酸钙和硼酸锌以及压缩滑石粉。CTI改善剂的合适用量为0-5pbw,例如0-3pbw,优选0-1pbw。如果CTI改善剂由压缩滑石粉组成或者包含压缩滑石粉,则其用量优选小于1pbw,更优选小于0.5pbw或者甚至小于0.1pbw。甚至,CTI改善剂的用量为0。
合适的加工助剂包括例如润滑剂、成核剂和流动促进剂,但是在此明确不包括脱模剂。
合适的稳定机包括例如UV稳定剂;热稳定剂和抗氧剂,或者复合的热-氧化稳定剂,如受阻酚化合物,受阻胺和磷酸酯;以及具有官能团的有机化合物,诸如酸清除剂,如碳二亚胺和环氧化合物,其可充当水解稳定剂。
根据本发明的聚酯组合物还可以包含着色剂或染料和颜料,如无机颜料和有机颜料。选择着色剂和/或颜料的类型和其用最,使得其不会损害CTI到低于400V,GWIT到低于775℃,或者如果期望的,更高的值。
优选地,组合物的颜色不是非常深或者黑色的,以便允许在模制部件上进行深色激光标记,该标记相对于较浅的背景颜色是可视的。最优选的是较浅的颜色,如(灰)白色、米色、灰色(如浅灰色RAL 7035,其常用于电气电子应用)。
根据本发明的组合物包括,相对于组分(B-i)的重量,小于0.1wt%的具有两个官能团的有机添加剂。官能团的实例是环氧基、羧酸酐基、异氰酸酯基、唑啉基、碳二亚胺基、醛基、羧基、氮杂环丙烷基以及氰酸酯基。通常,含量为0wt%,,即根本不使用这样的具有两个官能团的添加剂。
通常,所述其它添加剂的总用量为至多100pbw。优选地,根据本发明的组合物包括总用量为0-49pbw,更优选0-35并且更优选0-25pbw的所述其它添加剂。
在一个特定实施方式中,根据本发明的组合物由如下组分组成:
(A)100重量份(pbw)的聚合物组合物,其包括:
(A-i)至少70pbw的热塑性聚酯,和可选的
(A-ii)至少一种其它的聚合物;
(B)2-40pbw的阻燃剂体系,其包括:
(B-i)不含磷的氮基有机阻燃化合物或其不含磷的盐,其至少90wt%由三聚氰胺氰尿酸酯或三聚氰胺缩合产物构成,和可选的
(B-ii)小于0.1pbw的含磷阻燃化合物;
(C)0.01-0.5pbw的脱模剂;
(D)0-5pbw的纤维增强剂;和
(E)0-49pbw的其它添加剂。
在一个更特定的实施方式中,根据本发明的组合物由如下组分组成:
(A)100重量份(pbw)的聚合物组合物,其包括:
(A-i)至少90pbw的热塑性聚酯,和可选的
(A-ii)至少一种其它的聚合物;
(B)5-25pbw的阻燃剂体系,其包括:
(B-i)2-25三聚氰胺氰尿酸酯,和可选的
(B-ii)小于0.1pbw的含磷阻燃化合物;
(C)0.01-0.5pbw的脱模剂;
(D)0-2pbw的纤维增强剂;和
(E)0-25pbw的其它添加剂,所述其它添加剂选自无机填料、增塑剂、CTI改善剂、加工助剂、UV稳定剂、热稳定剂、抗氧剂、分散助剂、颜料和着色剂、及其混合物。
根据本发明的聚酯组合物可以通过在合适的混合设备中混合各种组分以任何常规的方式来制备。优选的设备是挤出机,尤其是双螺杆挤出机,最优选同向旋转双螺栓挤出机。在优选的方法中,聚酯和可选的其它聚合物被计量供料到第一供料端口,而氮基有机阻燃化合物(可选地与其它添加剂预混合)被计量供料到下游。其优点是更好地控制混合期间的最高温度,并且更好地将各组分分散到聚酯中。
在另一个特定实施方式中,在混合之后对组合物进行热处理,优选在接近但低于聚酯聚合物的熔点的温度、减压或者在惰性气体流下。此热处理将提高组合物中的聚酯的摩尔质量和相对粘度(也称为固态后缩合),并且提高组合物的机械性能。
本发明还涉及用于电气或者电子应用的模制部件,其中该部件由根据本发明的组合物模制得到。优选地,这样的部件经由注射模制技术制造。
优选地,模制部件是用于电路断路器或者开关设备的外壳或者连接器,接触器,电机起动钮或者熔丝架。模式部件还可以是例如灯罩或者节能灯的底座。
部件还可以在浅色的背景表面上设置有深色标记。
本发明还提供一种诸如电器或者电子设备的制品,其包括由根据本发明的聚酯组合物模制的部件。这样的部件可以例如是包括由根据本发明的聚酯组合物制成的外壳的电路断路器或者开关设备或者包括由根据本发明的聚酯组合物支撑的灯底座的节能灯。
下面将通过如下的实施例和对比例进一步说明本发明。
材料
PBT,ηrel=2.0,在间甲酚中测量,得自DSM,The Netherlands
Mecy-1:MC50,三聚氰胺氰尿酸酯,得自CIBA Geigy,Switzerland,d50=8μm
MRA:Glycolube P,季戊四醇四硬脂酸酯(PETS),脱模剂,得自Lonza Group,USA
混合
使用Berstdorff 2548D同向旋转双螺杆挤出机(带脱气,设定温度250℃-260℃,速度300转/分钟,并且挤出速度35kg/h)混合组合物。经研磨的PBT和固体组分在干燥条件下预混合。
注射模制
为了进行注射模制,由在挤出机中混合得到的粒子被在120℃下干燥24小时。
Engel 80 A型注射成型机被用于在235-245℃的设定温度下进行注射模制。模具温度为90℃。对于拉伸测试试件,周期时间为50秒。
测试方法
机械性能
拉伸测试根据ISO 527/1A利用随即干燥模制样品进行。拉伸测试试件的尺寸:厚度4mm。
可燃性
GWFI-EPT(灼热导线成品测试)根据IEC 60695-2-11。
GWFI(灼热导线可燃性指数)根据IEC 60695-2-12
GWIT(灼热导线点燃温度)根据IEC 60695-2-13
灼热导线测试板的尺寸:80×80mm,厚度1.5mm和1.0mm
CTI
对比电痕指数(CTI)根据IEC 60112测量。CTI测试板尺寸:厚度4mm。
组成和测试结果
实施例(EX.1-3)和对比例(C.E.A-C)的组成以及在注射模制实验中的脱模性能、机械性能、在灼热导线测试中的阻燃性能以及CTI的结果被列于表1中。
表1:实施例(EX.1-3)和对比例(C.E.)A-C的组成以及测试结果
样品 | EX.1 | EX.2 | EX.3 | C.E.A | C.E.B | C.E.C | |
组成 | 单位 | ||||||
PBT | [pbw] | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Mecy | [pbw] | 10.8 | 17.7 | 25.1 | 17.4 | 17.6 | 42.2 |
MRA | [pbw] | 0.28 | 0.29 | 0.31 | 1.12 | ||
测试结果 | |||||||
脱模 | 好 | 好 | 好 | 不好 | 好 | 不好 | |
E模量 | [MPa] | 3179 | 3403 | 3597 | 3404 | 3359 | 4010 |
断裂应力 | [MPa] | 56.6 | 53.6 | 49.6 | 53.5 | 53.3 | 41.8 |
断裂应变 | [%] | 3.58 | 2.51 | 2.02 | 2.58 | 2.50 | 1.27 |
GWFI-EPT960℃1.5mm10个样品 | 是/否[通过/未通过] | 是100 | 是100 | 是100 | 是100 | 否010 | 是100 |
GWFI-EPT960℃1.0mm10个样品 | 是/否[通过/未通过] | 是91 | 是100 | 是100 | 是100 | 否010 | 是100 |
GWIT1.5mm | [℃] | 775 | 775 | 750 | 850 | 725 | 850 |
GWIT1.0mm | [℃] | 850 | 825 | 825 | 925 | 725 | 850 |
CTI | [V] | 600 |
虽然一般来说,在如UL-94-V的测试中,材料的阻燃性随着样品厚度提高,但是几乎所有样品的GWIT结果却标明不同的结论。实施例3的结果表明高的GWFI-EPT并不是在所有的厚度都能保证良好的GWIT。反之亦然,在其它的对比例中观察到,良好的GWIT,即使是在较高的厚度下,不能保证高的GWFI-EPT。此外,从对比例B可以清楚看到,如果脱模剂的用量太高,GWIT变得太低。这些实例还清楚地表明,含氮阻燃剂和脱模剂的较低含量对GWIT具有正面影响,而含氮阻燃剂的含量可以被减小到非常低的量,同时仍然保持非常好的GWFI-EPT和GWFI值。从对比例C可以清楚看出,如果含氮阻燃剂的量太高,对GWFI-EPT或者GWIT没有提高,而实际上,其甚至使得1.0mm厚度下的GWFI-EPT或者GWIT更差,而机械性能(特别是伸长率)明显下降。
Claims (17)
1.一种聚酯模塑组合物,其具有至少400Volt的对比电痕指数(CTI)和在1.0mm下的至少775℃的灼热导线点燃温度(GWIT),所述聚酯模塑组合物由如下组分组成:
(A)100重量份的聚合物组合物,其包括:
(A-i)至少50重量份的热塑性聚酯,和可选的
(A-ii)至少一种其它聚合物;
(B)2-40重量份的阻燃剂体系,其包括:
(B-i)不含磷的氮基有机阻燃化合物,或其不含磷的盐,和可选的
(B-ii)小于1重量份的含磷阻燃化合物,其中含有小于0.1重量份的亚芳基二氧-二磷酸四苯酯及其经取代的衍生物和低聚的衍生物;
(C)0.01-1重量份的脱模剂;以及可选的
(D)0-10重量份的纤维增强剂;和
(E)0-100重量份的其它添加剂。
2.如权利要求1所述的组合物,其中,所述氮基有机阻燃化合物(B-i)选自三聚氰胺氰尿酸酯、三聚氰胺的缩合产物、及其混合物。
3.如权利要求1或2所述的组合物,其中,所述氮基有机阻燃化合物(B-i)包含至少90wt%的三聚氰胺氰尿酸酯。
4.如权利要求1-3任何一项所述的组合物,其中,所述氮基有机阻燃化合物(B-i)的用量为5-25重量份,优选7.5-20重量份。
5.如权利要求1-4任何一项所述的组合物,其中,所述阻燃剂体系(B)包括小于0.1重量份的所述含磷阻燃化合物(B-ii)。
6.如权利要求1-5任何一项所述的组合物,其中所述热塑性聚酯(A-i)是PET、PTT、PBT或者其混合物或共聚物。
7.如权利要求1-6任何一项所述的组合物,其中,所述聚合物组合物包含橡胶冲击改性剂、热塑性聚合物、增溶聚合物或者其组合作为所述其它聚合物(B-ii)。
8.如权利要求1-7任何一项所述的组合物,其中,所述组合物包括,相对于100重量份的聚合物组合物(A),0.05-0.5重量份的所述脱模剂(C)。
9.如权利要求1-8任何一项所述的组合物,其中,所述组合物包括,相对于100重量份的聚合物组合物(A),0-3重量份的所述纤维增强剂(D)。
10.如权利要求1-9任何一项所述的组合物,其中,所述至少一种其它添加剂(E)选自UV稳定剂、热稳定剂、抗氧剂、颜料、无机填料、CTI改善剂及其混合物。
11.如权利要求1-10任何一项所述的组合物,其中,所述至少一种其它添加剂(E)相对于100重量份的聚合物组合物(A)的用量为0-49重量份,优选0-25重量份。
12.如权利要求1 0所述的组合物,其中,所述组合物包括,相对于100重量份的聚合物组合物(A),0.01-5重量份、优选0.05-1重量份的所述CTI改善剂。
13.如权利要求1-12任何一项所述的组合物制造用于电气或者电子应用的模制部件的用途。
14.由如权利要求1-12任何一项所述的组合物所制造的用于电气或者电子应用的模制部件。
15.如权利要求14所述的模制部件,其中,所述模制部件是电路断路器的外壳、开关设备、接触器、电机起动钮或者熔丝架。
16.如权利要求14所述的模制部件,其中,所述模制部件是灯罩或者灯座。
17.电气或者电子制品,包括由如权利要求1-12任何一项所述的组合物制成的模制部件。
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