CN106147213A - 阻燃性聚酰胺组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及阻燃性聚酰胺组合物，其包含：(a)至少一种聚酰胺；(b)大约8-35重量％的至少一种含卤阻燃剂；(c)大约0.3-12重量％的至少一种由下式表示的碱式亚磷酸锌：xZnO·ZnHPO3，其中x是从1/2至10的数字；以及任选的(d)至多大约60重量％的玻璃纤维，包含在该组合物中的所有组分的总重量百分比总计为100重量％。

Description

阻燃性聚酰胺组合物
技术领域
本公开涉及包含含卤阻燃剂和碱式亚磷酸锌的阻燃性聚酰胺组合物。
技术背景
热塑性聚合物，例如聚酯或聚酰胺，具有优异的机械特性、成型性和耐化学性，因此已在汽车部件、电气/电子部件和许多其它应用中使用。在某些应用中，期望这些聚合物还具有阻燃性。这可以通过各种添加剂例如阻燃剂的掺入来实现。卤化有机化合物，例如溴化聚苯乙烯，以前广泛用作聚合物工业中的阻燃剂。此外，为了进一步协同增效或最大化含卤阻燃剂的阻燃性，基于金属化合物的增效剂(例如，锌化合物)可以与这些含卤阻燃剂组合使用。然而，已发现尽管这样的联合使用可进一步改善热塑性聚合物组合物的阻燃特性，其对聚合物组合物的某些机械特性(例如，缺口夏比)可能起到负面的影响。因此，仍然有必要开发可以与含卤阻燃剂组合使用而且不会对聚合物组合物的机械特性产生负面的影响的增效剂。
发明内容
本发明所提供的是阻燃性聚酰胺组合物，其包含：(a)至少一种聚酰胺；(b)8-35重量％的至少一种含卤阻燃剂；(c)0.3-12重量％的至少一种由下式表示的碱式亚磷酸锌：xZnO·ZnHPO3，其中x是从1/2至10的数字；以及任选的(d)至多60重量％的玻璃纤维，包括在该组合物中的所有组分的总重量百分比总计为100重量％。
在阻燃性聚酰胺组合物的一个实施方案中，所述至少一种聚酰胺的含量为20-85重量％，或25-75重量％，或30-65重量％。
在阻燃性聚酰胺组合物的另一个实施方案中，所述至少一种含卤阻燃剂的含量为10-30重量％或12-25重量％。
在阻燃性聚酰胺组合物的又一个实施方案中，所述至少一种碱式亚磷酸锌的含量为0.5-10重量％或0.7-8重量％。
在阻燃性聚酰胺组合物的又一个实施方案中，所述玻璃纤维的含量为10-55重量％或20-50重量％。
在阻燃性聚酰胺组合物的又一个实施方案中，x是2-8的数字。
在阻燃性聚酰胺组合物的又一个实施方案中，所述至少一种含卤阻燃剂选自卤化聚苯乙烯和卤化聚苯醚，或者所述至少一种含卤阻燃剂是聚溴化苯乙烯或溴化聚苯乙烯。
在阻燃性聚酰胺组合物的又一个实施方案中，所述至少一种聚酰胺是芳族聚酰胺，或者所述至少一种聚酰胺选自聚酰胺6，T/6，6、聚酰胺6，T/6，I、聚酰胺6，T/D，T、聚酰胺9，T及其两种或更多种的组合，或者，所述至少一种聚酰胺是聚酰胺6，T/6，6。
本发明还提供由以上所提供的阻燃性聚酰胺组合物所形成的制品。并且在一个实施方案中，该制品是模塑制品。
按照本公开的内容，当一范围被赋予两个具体的端点，应当理解该范围包括在该两个具体端点内的任何值，以及等于或约等于该两个端点中任何一个的任何值。
具体实施方式
本公开公开了阻燃性聚酰胺组合物，其包含：(a)至少一种聚酰胺；(b)约8-35重量％的至少一种含卤阻燃剂；(c)约0.3-12重量％的至少一种由下式表示的碱式亚磷酸锌：xZnO·ZnHPO3，其中x是从1/2至10的数字；以及任选存在的(d)至多大约60重量％的玻璃纤维，包含在该组合物中的所有组分的总重量百分比总计为100重量％。
包含在阻燃性聚酰胺组合物中的至少一种聚酰胺可以选自任何合适的聚酰胺，其包括脂族聚酰胺和芳族聚酰胺。
聚酰胺是：(a)一种或多种二羧酸与一种或多种二胺的缩合产物，或者(b)一种或多种氨基羧酸的缩合产物，或者(c)一种或多种环内酰胺的开环聚合产物。在此使用的芳族聚酰胺可以是含有至少一种芳族单体组分的均聚物、共聚物、三元共聚物或更高的聚合物。例如，芳族聚酰胺可通过使用脂族二羧酸和芳族二胺、或芳族二羧酸和脂族二胺作为起始原料，并将它们缩聚来获得。
适宜用于此的二胺可选自脂族二胺、脂环族二胺和芳族二胺。可用此的示例性的二胺包括但不限于：四亚甲基二胺、六亚甲基二胺、2-甲基戊二胺、壬二胺、十一烷二胺、十二烷二胺、2，2，4-三甲基己二胺、2，4，4-三甲基己二胺、5-甲基壬二胺、1，3-双(氨甲基)环己烷、1，4-双(氨甲基)环己烷、1-氨基-3-氨甲基-3，5，5-三甲基环己烷、双(4-氨基环己基)甲烷、双(3-甲基-4-氨基环己基)甲烷、2，2-双(4-氨基环己基)丙烷、双(氨丙基)哌嗪、氨乙基哌嗪、双(对氨基环己基)甲烷、2-甲基辛二胺、三甲基己二胺、1，8-辛二胺、1，9-壬二胺、1，10-癸二胺、1，12-十二烷二胺、间二甲苯二胺、对二甲苯二胺等以及它们的衍生物。
适宜用此的二羧酸可以选自脂族二羧酸、脂环族二羧酸和芳族二羧酸。用于此的示例性的二羧酸包括但不限于己二酸、癸二酸、壬二酸、十二烷二酸(dodecanedoic acid)、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、1，4-环己烷二羧酸、萘二甲酸等以及它们的衍生物。
在此所用的示例性的脂族聚酰胺包括但不限于聚酰胺6、聚酰胺6，6、聚酰胺4，6、聚酰胺6，10、聚酰胺6，12、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺9，10、聚酰胺9，12、聚酰胺9，13、聚酰胺9，14、聚酰胺9，15、聚酰胺6，16、聚酰胺9，36、聚酰胺10，10、聚酰胺10，12、聚酰胺10，13、聚酰胺10，14、聚酰胺12，10、聚酰胺12，12、聚酰胺12，13、聚酰胺12，14、聚酰胺6，14、聚酰胺6，13、聚酰胺6，15、聚酰胺6，16等。
在此所用的示例性的芳族聚酰胺包括但不限于：聚(己二酰间苯二甲胺)(聚酰胺MXD，6)、聚(对苯二甲酰十二碳二胺)(聚酰胺12，T)、聚(对苯二甲酰十一碳二胺)(聚酰胺11，T)、聚(对苯二甲酰癸二胺)(聚酰胺10，T)、聚(对苯二甲酰壬二胺)(聚酰胺9，T)、聚(对苯二甲酰己二胺)(聚酰胺6，T)、己二酰己二胺/对苯二甲酰己二胺的共聚酰胺(聚酰胺6，T/6，6，即，具有至少约50摩尔％的衍生自6，T的重复单元的聚酰胺6，T/6，6)、对苯二甲酰己二胺/己二酰己二胺的共聚酰胺(聚酰胺6，6/6，T，即，具有至少约50摩尔％的衍生自6，6的重复单元的聚酰胺6，6/6，T)、聚(对苯二甲酰己二胺/间苯二甲酰己二胺)(聚酰胺6，T/6，I，即，具有至少约50摩尔％的衍生自6，T的重复单元的聚酰胺6，T/6，I)、对苯二甲酰己二胺/对苯二甲酰2-甲基戊二胺的共聚酰胺(聚酰胺6，T/D，T)、己二酰己二胺/对苯二甲酰己二胺/间苯二甲酰己二胺的共聚酰胺(聚酰胺6，6/6，T/6，I)、聚(己内酰胺-对苯二甲酰己二胺)(聚酰胺6/6，T)、聚(间苯二甲酰己二胺/对苯二甲酰己二胺)(聚酰胺6，I/6，T，即，具有至少约50摩尔％的衍生自6，I的重复单元的聚酰胺6，I/6，T)、聚(间苯二甲酰己二胺)(聚酰胺6，I)、聚(间苯二甲酰间苯二甲胺/间苯二甲酰己二胺)(聚酰胺MXD，I/6，I)、聚(间苯二甲酰间苯二甲胺/对苯二甲酰间苯二甲胺/间苯二甲酰己二胺)(聚酰胺MXD，I/MXD，T/6，I/6，T)、聚(间苯二甲酰间苯二甲胺/间苯二甲酰十二碳二胺)(聚酰胺MXD，I/12，I)、聚(间苯二甲酰间苯二甲胺)(聚酰胺MXD，I)、聚(间苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/十二酰胺)(聚酰胺MACM，I/12)、聚(间苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/对苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/十二酰胺)(聚酰胺MACM，I/MACM，T/12)、聚(间苯二甲酰己二胺/间苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/十二酰胺)(聚酰胺6，I/MACM，I/12)、聚(间苯二甲酰己二胺/对苯二甲酰己二胺/间苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/对苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺)(聚酰胺6，I/6，T/MACM，I/MACM，T)、聚(间苯二甲酰己二胺/对苯二甲酰己二胺/间苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/对苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/十二酰胺)(聚酰胺6，I/6，T/MACM，I/MACM，T/12)、聚(间苯二甲酰二甲基二环己基甲烷二胺/十二酰二甲基二环己基甲烷二胺)(聚酰胺MACM，I/MACM，12)等。
在一个实施方案中，在此所用的聚酰胺选自芳族聚酰胺。例如，在此所用的聚酰胺可以选自聚酰胺6，T/6，6、聚酰胺6，T/6，I、聚酰胺6，T/D，T、聚酰胺9，T、聚酰胺6，6、PA6以及其两种或更多种的组合。或者，在此所用的至少一种聚酰胺是聚酰胺6，T/6，6。
基于在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物的总重量，所述至少一种聚酰胺含量可为大约20-85重量％，或者大约25-75重量％，或者大约30-65重量％。
在此所用的含卤阻燃剂可以是任何能够向聚酰胺组合物提供阻燃特性的卤化化合物。例如，含卤阻燃剂可以是溴化或氯化化合物、或溴化化合物、或具有的溴含量相对于该溴化化合物的重量为大约50-70重量％的溴化化合物。在一个实施方案中，在此所用的含卤阻燃剂是卤化聚合物、或含有卤化芳环的聚合物。在另一个实施方案中，在此所用的含卤阻燃剂选自溴化聚苯乙烯(例如，PyrochekTM 68PB或SaytexTMHP7010或SaytexTM 3010，均购自Albemarle公司(美国))、溴化聚苯醚(例如，购自Great Lakes公司(美国)的PO64P)、聚二溴苯乙烯(例如，购自Great Lakes的PDBS80)、聚三溴苯乙烯、聚五溴苯乙烯、聚二氯苯乙烯、聚三氯苯乙烯、聚五氯苯乙烯、聚三溴-α-甲基苯乙烯、聚二溴对苯醚、聚三溴对苯醚、聚二氯对苯醚、聚溴对苯醚、聚溴邻苯醚、丙烯酸五溴苄酯(例如，购自AmeriBrom(美国)的FR1025)、乙烯-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)(例如，购自Albemarle的SaytexTMBT-93W)、多溴联苯、含溴化苯氧基和含氯的阻燃剂(例如，购自Occidental Chemical公司(美国)的DeChloraneTM)，或其它溴化化合物(例如购自Albemarle的SaytexTM 8010)。在又一个实施方案中，卤化聚合物是卤化聚苯乙烯或卤化聚苯醚。在另一个实施方案中，在此所用的含卤阻燃剂是聚溴化苯乙烯或溴化聚苯乙烯。
基于在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物的总重量，所述至少一种含卤阻燃剂的含量可以是大约8-35重量％，或者大约10-30重量％，或者大约12-25重量％。
在此所用的碱式亚磷酸锌具有式xZnO·ZnHPO3，其中，x是1/2至10的数字或2至8的数字。这种碱式亚磷酸锌及其制备方法在美国专利No.3917804中公开，其在此通过援引加入。应该理解，在此所用的碱式亚磷酸锌不是氧化锌和普通亚磷酸锌的物理混合物。
基于在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物的总重量，所述至少一种碱式亚磷酸锌的含量可以是大约0.3-12重量％，或者大约0.5-10重量％，或者大约0.7-8重量％。
基于阻燃性聚酰胺组合物的总重量，在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物可进一步包含至多大约60重量％，或者大约10-55重量％，或者大约20-50重量％的玻璃纤维。
在此所用的玻璃纤维可以具有圆形或非圆形的横截面。在另一个实施方案中，在此所用的玻璃纤维具有非圆形的横截面。
具有非圆形的横截面的玻璃纤维是具有垂直于纤维的纵向方向并且对应于在横截面中最长直线距离的长轴的那些玻璃纤维。该非圆形的横截面还具有以垂直于长轴的方向对应于最长直线距离的短轴。纤维的非圆形横截面可具有多种形状，包括茧形、矩形、椭圆形、半椭圆形、类三角形、多边形、长椭圆形等。如本领域的技术人员可以理解的，该横截面可具有其他形状。长轴与短轴的长度的比率可以为大约1.5∶1至大约6∶1。或者，该比例可为大约2∶1至5∶1，或大约3∶1至大约4∶1。EP 0190001和EP 0196194公开了具有非圆形横截面的合适的玻璃纤维。玻璃纤维可以是长玻璃纤维、短切原丝、磨碎的短玻璃纤维或本领域技术人员已知的其他合适的形式。
在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物可以进一步包含其它添加剂，例如着色剂、抗氧化剂、UV稳定剂、UV吸收剂、热稳定剂、润滑剂、粘度调节剂、成核剂、增塑剂、脱模剂、抗划伤和擦伤改性剂、抗冲击改性剂、乳化剂、颜料、荧光增白剂、抗静电剂、酸吸附剂、气味吸附剂、抗水解剂、抗菌剂、密度调节剂、导热性填料、导电性填料、以及其两种或更多种的组合。基于在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物的总重量，这些额外的一种或多种添加剂的含量可以为大约0.005-20重量％，或者大约0.01-15重量％，或者大约0.02-10重量％的，或者大约0.05-5重量％。
在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物是熔融混合的共混物，其中所有聚合物组分被很好地彼此分散，并且所有非聚合物成分被均匀地分散在聚合物基质内并被聚合物基质包围，使得共混物形成统一的整体。任何熔融混合方法可用于组合在此所公开的组合物的聚合物组分和非聚合物成分。
已知为了将聚酰胺阻燃性(在UL-94评级系统中)提高到V-0，需要将有效的阻燃增效剂与含卤阻燃剂组合使用，并且，如本发明所示，除了含卤素阻燃剂，还可以使用亚磷酸锌作为有效的增效剂。然而，它也表明，在聚酰胺中加入亚磷酸锌导致缺口夏比值(NotchedCharpy values)降低。而在另一方面，加入碱式亚磷酸锌(例如，亚磷酸碱式三锌(tribasic zinc phosphite)或亚磷酸碱式七锌(heptabasic zincphosphite))能有效地改善聚酰胺树脂的阻燃特性，且对其机械特性(例如，缺口夏比)没有负面的影响。
在此进一步公开的是由在此所公开的阻燃性聚酰胺组合物所形成的制品。例如，这样的阻燃性聚酰胺组合物可用于汽车部件或电气/电子部件。示例性的制品包括但不限于：发动机部件、连接器、螺线管、开关、工具的框架、变压器线圈框架等等。
实施例
材料：
·PBT：购自台湾长春塑料制品有限公司(Chang Chun Plastics Co.，Ltd.)的商品名为LONGLITETM 1200-211E的聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂；
·PA6T/66：购自美国杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours andCompany)(以下称“杜邦”)的商品名为HTN502的聚酰胺6T，66树脂；
·G-纤维：购自日本电气硝子株式会社(Nippon Electric Glass Co.，Ltd.)的商品名为ECS03 T-262H的玻璃纤维；
·NHFR(非卤素阻燃剂)：购自瑞士科莱恩公司(Clariant)的商品名为ExolitTM OP1230的二乙基亚膦酸铝；
·亚磷酸铝：购自日本太平产业株式会社(Teihei Chemical IndustryCo.，Ltd.)，商品名为APA-100；
·亚磷酸锌：购自中国上海光铧科技有限公司(Shanghai GuanghuaTechnology Co.，Ltd.)的ZnHPO3；
·亚磷酸碱式三锌：购自上海光铧科技有限公司的3ZnO·ZnHPO3；
·亚磷酸碱式七锌：购自上海光铧科技有限公司的7ZnO·ZnHPO3；
·ZB：购自美国U.S.Borax Inc.的商品名为500的硼酸锌；
·HFR(含卤阻燃剂)：购自美国Albemarle Co.，Ltd.的商品名为SaytexTM 3010的溴化聚苯乙烯；
·防滴落剂：购自杜邦的商品名为8920的离聚物树脂。
比较例CE1-CE19和实施例E1-E5
在CE1-CE19和E1-E5的每个示例中，聚合物组合物(其组分列于表1和2中)通过在32mm ZSK双螺杆挤出机中混炼来制备。料筒温度设定为大约260℃(对于PBT)或大约320℃(对于PA6T/66)，螺杆速度设为大约300rpm。在混合的组合物离开挤出机后，将其冷却并切成树脂颗粒，随后干燥过夜。
在每个实施例中获得的干燥后的树脂颗粒注塑成170×10×4mm的ISO多用途测试棒，熔融温度和模具温度分别设定在大约260℃和大约90℃(对于PBT)，以及大约315℃和大约110℃(对于PA6T/66)。
测试棒在衬箔的塑料袋中真空密封，以便在被切断前一直保持其干燥的模制条件，按照ISO 527-1/-2，用拉伸试验机在23℃下测得拉伸强度。此外，在23℃下根据ISO179方法测定缺口夏比值之前，将干燥的模制条件下的测试棒的一部分在23℃下调节24小时。
此外，根据UL-94并且在与上述相同的模塑条件下，将干燥的树脂颗粒(如上述方法获得)注塑成127×12.7×0.8mm的测试棒。然后测试棒在23℃和50％相对湿度下调节48小时，之后确定UL-94可燃性等级。结果列在表1和2中。
如比较例CE4所示，HFR(含卤素阻燃剂)本身未能将PBT的阻燃性改善为V-0(UL-94等级)。并且如比较例CE5-CE8所示，即使添加金属亚磷酸盐作为FR(阻燃)增效剂，UL-94评级仍然维持在NVC。此外，添加这些金属磷酸盐FR增效剂引起缺口夏比值大幅度下降。
然而，在聚酰胺中添加NHFR(非卤素阻燃剂)虽然可以将UL-94等级提高到V-0，这也引起缺口夏比值大幅度下降(CE10和CE9相比)。而添加HFR(含卤素阻燃剂)后，不仅UL-94评级被提高到V-1，而且缺口夏比值保持不变(CE13和CE9相比)。此外，各种亚磷酸锌(亚磷酸锌、亚磷酸碱式三锌和亚磷酸碱式七锌)的加入进一步改善聚酰胺树脂的阻燃特性。结果表明，在HFR之外添加一定量(＞0.2重量％)的各种亚磷酸锌，聚酰胺树脂的UL-94评级可以进一步从V-1提高到V-0(CE15、E1、E2、CE16、E4和E5)。然而，加入亚磷酸锌也造成缺口夏比值大幅度下降，而添加亚磷酸碱式三锌或亚磷酸碱式七锌没有引起这种缺口夏比值的大幅度降低。
表1
n/d：未测定。

Claims (10)

1.阻燃性聚酰胺组合物，其包含：
(a)至少一种聚酰胺；
(b)8-35重量％的至少一种含卤阻燃剂；
(c)0.3-12重量％的至少一种由下式表示的碱式亚磷酸锌：xZnO·ZnHPO3，其中x是从1/2至10的数字；以及任选的
(d)至多60重量％的玻璃纤维，
包含在该组合物中的所有组分的总重量百分比总计为100重量％。
2.如权利要求1所述的阻燃性聚酰胺组合物，其中所述至少一种聚酰胺的含量为20-85重量％，或者25-75重量％，或者30-65重量％。
3.如权利要求1所述的阻燃性聚酰胺组合物，其中所述至少一种含卤阻燃剂的含量是10-30重量％或者12-25重量％。
4.如权利要求1所述的阻燃性聚酰胺组合物，其中所述至少一种碱式亚磷酸锌的含量是0.5-10重量％或者0.7-8重量％。
5.如权利要求1所述的阻燃性聚酰胺组合物，其中所述玻璃纤维的含量为10-55重量％或20-50重量％。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的阻燃性聚酰胺组合物，其中x是2-8的数字。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的阻燃性聚酰胺组合物，其中所述至少一种含卤阻燃剂选自卤化聚苯乙烯或卤化聚苯醚，或者所述至少一种含卤阻燃剂是聚溴化苯乙烯或溴化聚苯乙烯。
8.如权利要求1-5中任意一项所述的阻燃性聚酰胺组合物，其中所述至少一种聚酰胺是芳族聚酰胺，或者所述至少一种聚酰胺选自聚酰胺6,T/6,6、聚酰胺6,T/6,I、聚酰胺6,T/D,T、聚酰胺9,T及其两种或更多种的组合，或者，所述至少一种聚酰胺是聚酰胺6,T/6,6。
9.制品，其由如权利要求1-8中任意一项所述的阻燃性聚酰胺组合物制得。
10.如权利要求9所述的制品，其为模塑制品。
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