CN109715730A - 聚苯醚系树脂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种聚苯醚系树脂组合物,其为高度阻燃化的树脂组合物,即使在着火的情况下,也能高效地产生成为燃烧阻隔层的大体积且多孔质的炭,其结果,能够减少燃烧时的发热量和烟产生量,树脂组合物的着色也容易。本发明的聚苯醚系树脂组合物为包含聚苯醚(A)、有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)、和芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)的聚苯醚系树脂组合物,其特征在于,相对于上述聚苯醚系树脂组合物100质量%,包含上述聚苯醚(A)50质量%以上,利用锥形量热计依照ISO5660‑1标准测定的最大热释放速率(HRR(max))为250kW/m2以下。
Description
技术领域
本发明涉及聚苯醚系树脂组合物。
背景技术
聚苯醚系树脂组合物的轻量性、耐热性、机械物性、成型加工性、耐酸碱性、尺寸稳定性、电特性等优异,是广泛用于家电OA、办公设备、信息设备、汽车领域等的树脂材料。
作为聚苯醚系树脂组合物,广泛使用了下述树脂组合物,即,通常根据所需要的耐热性、成型流动性的水平以任意的比例合用混配聚苯醚和苯乙烯系树脂,进而根据需要混配了弹性体成分、阻燃剂、热稳定剂等添加剂成分等;最近,还提出了通过与苯乙烯系树脂以外的聚酰胺系树脂、聚烯烃系树脂、PPS树脂、聚酯系树脂、聚碳酸酯树脂等各种各样的树脂组合而得到的聚苯醚系树脂组合物。
近年来,对于用于铁路车辆、飞机、船舶等运输机构、公共建筑物等的树脂产品,针对火灾时的火焰发热、烟浓度、烟毒性的要求正在提高。例如,对于在欧洲铁路车辆中使用的产品(包括电缆)来说,要求具有欧洲统一标准EN45545-2中规定的火焰蔓延性、着火性、发热性、发烟性、毒性等火灾安全性能。
聚苯醚系树脂组合物是具有在燃烧时容易形成炭(char)的性质的树脂,例如,非专利文献1中对于通过强化聚苯醚系树脂的炭形成特性而减少了燃烧时的烟产生量的树脂原料进行了说明。
专利文献1中示出了下述技术:在包含聚苯醚、聚(烯基芳香族化合物)、有机磷酸酯系阻燃剂、含有特定的官能团单元的聚硅氧烷、以及有机酸的聚苯醚系树脂组合物中,减少了燃烧时的烟产生量。但是,在使用提供最优异的低发烟效果的“柠檬酸”的复合组合物中,树脂的色调中红色明显增加因而存在对树脂的着色带来影响的问题,进而组合物的热释放速率的减少效果存在不稳定性,具有热释放速率常发生急剧增大的问题。
专利文献2中示出了通过利用官能化聚苯醚和有机胺官能性有机聚硅氧烷的熔融挤出得到的共聚物组合物的阻燃性,虽然有关于低发烟的效果的记载,但从实用性的观点来看,该组合物的发热量和发烟量的减少效果并不充分。
专利文献3中示出了包含聚苯醚、氢化嵌段共聚物的羧酸酐改性物和无卤素系阻燃性化合物的树脂组合物,但该组合物的低发烟化的作用效果不充分。
专利文献4中示出了包含聚苯醚、氢化嵌段共聚物的羧酸酐改性物、含有官能团的聚硅氧烷、和芳香族磷酸酯系阻燃剂的树脂组合物,但该组合物的低发烟效果也不充分。
专利文献5中示出了在聚苯醚和苯基硅氧烷流体的共混物中产生“膨胀的炭”而减少烟产生的想法,但该组合物的低发烟化效果不足,而且熔融树脂流动性差,并且容易发生成型品的外观不良,存在缺乏成型性的问题。
专利文献6中示出了包含苯基量在特定范围的甲基·苯基硅酮的聚苯醚系树脂,但期望进一步改善发烟效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2010-515803号公报
专利文献2:日本特开平7-196811号公报
专利文献3:日本特开平8-41310号公报
专利文献4:日本特开平8-165423号公报
专利文献5:日本特公平6-62843号公报
专利文献6:日本特开2000-297209号公报
非专利文献
非专利文献1:砂田、“優れた耐FST特性を実現した低発煙Norly樹脂(实现了优异的耐FST特性的低发烟Norly树脂)”、塑料、2008年2月、第59卷、第2号、51-57页
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供一种聚苯醚系树脂组合物,其为高度阻燃化的树脂组合物,即使在着火的情况下,也能高效地产生成为燃烧阻隔层的大体积且多孔质的炭,其结果,能够减少燃烧时的发热量和烟产生量,进而树脂组合物的着色也容易。
用于解决课题的手段
为了实现上述课题进行了深入研究,结果发现:包含特定量的聚苯醚(A)、有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)、以及芳香族磷酸酯系阻燃剂(D),使利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的最大热释放速率(HRR(max))为特定值以下;或者,包含特定量的聚苯醚(A)、特定量的有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)、以及特定量的芳香族磷酸酯系阻燃剂(D),并包含苯乙烯系树脂(B)作为任选成分的聚苯醚系树脂组合物的情况下,可得到低发烟效果优异、或低发烟效果良好、树脂组合物的着色容易的聚苯醚系树脂组合物,由此完成了本发明。
另外,本实施方式的PPE系树脂组合物优选为在燃烧中高效地形成大体积且多孔质的炭、火焰热释放速率和烟产生量低、进而同时还解决了树脂组合物的变色课题的树脂组合物。
即,本发明如下所述。
[1]
一种聚苯醚系树脂组合物,其为包含聚苯醚(A)、有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)、和芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)的聚苯醚系树脂组合物,其特征在于,
相对于上述聚苯醚系树脂组合物100质量%,包含上述聚苯醚(A)50质量%以上,
利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的最大热释放速率(HRR(max))为250kW/m2以下。
(其中,在利用锥形量热计的最大热释放速率(HRR(max))的测定中,将辐射热量设为50kW/m2,将锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离设为25mm,使用将由上述聚苯醚系树脂组合物构成的90mm长×50mm宽×2.5mm高的平板2张平行排列而成的评价用平板试片。)
[2]
一种聚苯醚系树脂组合物,其特征在于,相对于聚苯醚系树脂组合物100质量%,包含:
聚苯醚(A)50质量%~90质量%、
苯乙烯系树脂(B)0~40质量%、
有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)0.01质量%~5质量%、和
芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)5质量%~25质量%。
[3]
如[1]或[2]所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,上述有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)为全氟丁磺酸钾盐。
[4]
如[1]~[3]中任一项所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,相对于聚苯醚系树脂组合物100质量%,进一步包含具有氨基的改性聚硅氧烷(E)0.1质量%~5质量%。
[5]
如[4]所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,上述具有氨基的改性聚硅氧烷(E)在25℃的运动粘度为10mm2/s~300mm2/s。
[6]
如[4]或[5]所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,上述具有氨基的改性聚硅氧烷(E)的氨基当量为0.1mmol/g~2mmol/g。
[7]
如[4]~[6]中任一项所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,上述具有氨基的改性聚硅氧烷(E)为具有氨基的改性聚二甲基硅氧烷。
[8]
如[1]~[7]中任一项所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,上述聚苯醚(A)包含利用不饱和羧酸或酸酐而官能化的聚苯醚。
[9]
一种成型体,其特征在于,相对于成型体100质量%,包含:
聚苯醚(A)50质量%~90质量%、
苯乙烯系树脂(B)0~40质量%、
有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)0.01质量%~5质量%、
芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)5质量%~25质量%、和
具有氨基的改性聚硅氧烷(E)0.1质量%~5质量%,
利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的最大热释放速率(HRR(max))为250kW/m2以下。
(其中,在利用锥形量热计的最大热释放速率(HRR(max))的测定中,将辐射热量设为50kW/m2,将锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离设为25mm,使用将90mm长×50mm宽×2.5mm高的成型体2张平行排列而成的评价用平板试片。)
发明的效果
本发明提供一种聚苯醚系树脂组合物,其为高度阻燃化的树脂组合物,即使在着火的情况下,也能高效地产生成为燃烧阻隔层的大体积且多孔质的炭,其结果,能够减少燃烧时的发热量和烟产生量,进而树脂组合物的着色也容易。
附图说明
图1是示出本实施方式中的利用锥形量热计的测定中使用的锥形量热计的一例的示意图。
图2是示出本实施方式中的利用锥形量热计的测定结果的一例的图。
具体实施方式
下面,对本发明的具体实施方式(下文中称为“本实施方式”)进行详细说明,但本发明不限定于下述记载。
[聚苯醚系树脂组合物]
本实施方式的聚苯醚系树脂组合物(本说明书中有时称为“PPE系树脂组合物”)为包含聚苯醚(A)、有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)、和芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)的聚苯醚系树脂组合物,相对于上述聚苯醚系树脂组合物100质量%,包含上述聚苯醚(A)50质量%以上,利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的的最大热释放速率(HRR(max))为250kW/m2以下;或者,相对于PPE系树脂组合物100质量%,本实施方式的聚苯醚系树脂组合物包含聚苯醚(A)50质量%~90质量%、苯乙烯系树脂(B)0~40质量%、有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)0.01质量%~5质量%、和芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)5质量%~25质量%。
本实施方式的聚苯醚系树脂组合物可以进一步任选包含具有氨基的改性聚硅氧烷(E)、改性剂(F)、其他成分等。
本实施方式的聚苯醚系树脂组合物可以通过利用以双螺杆挤出机为代表的熔融混炼装置等对上述成分进行熔融混炼而得到。关于其混炼方法,可以将成分(A)~(F)等添加成分同时混炼,也可以预先制备上述成分的多种成分的共混物作为原料后进行混炼,包括各种各样的熔融混炼方法。
(聚苯醚(A))
聚苯醚(A)(本说明书中有时称为“成分(A)”)优选为具有下述通式(1)和/或(2)所示的重复单元的均聚物(Homopolymer)或共聚物(Copolymer)。
[化1]
[化2]
(通式(1)、(2)中,R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为选自由碳原子数为1~4的烷基、碳原子数为6~12的芳基、卤原子和氢原子组成的组中的一价残基。其中,R1和R2同时为氢原子的情况以及R3和R4同时为氢原子的情况除外。)
上述烷基的优选碳原子数为1~3,上述芳基的优选碳原子数为6~8,在上述一价残基中优选氢原子。
关于聚苯醚(A)中包含的上述通式(1)和/或(2)所示的重复单元的数量,根据聚苯醚(A)的分子量分布而有多种情况,因此没有特别限定。
作为聚苯醚(A)中的均聚物,可以举出但不限定于例如聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-乙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二乙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-乙基-6-正丙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2,6-二正丙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-正丁基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-乙基-6-异丙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-氯乙基-1,4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-羟基乙基-1,4-亚苯基)醚、和聚(2-甲基-6-氯乙基-1,4-亚苯基)醚等。特别是,从原料获得的容易性和加工性的观点来看,优选聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)醚。
作为聚苯醚(A)中的共聚物,可以举出但不限定于例如2,6-二甲基苯酚与2,3,6-三甲基苯酚的共聚物、2,6-二甲基苯酚与邻甲酚的共聚物、和2,3,6-三甲基苯酚与邻甲酚的共聚物之类的以聚苯醚结构为主体的共聚物。
特别是,从原料获得的容易性和加工性的观点来看,优选2,6-二甲基苯酚与2,3,6-三甲基苯酚的共聚物,从改善物性的观点来看,更优选2,6-二甲基苯酚90质量%~70质量%与2,3,6-三甲基苯酚10质量%~30质量%的共聚物。
上述聚苯醚(A)可以单独使用一种,也可以两种以上合用。
只要是无损本发明的效果、聚苯醚(A)的耐热性不过度降低的程度,则聚苯醚(A)也可以包含上述通式(1)、(2)以外的其他各种亚苯基醚单元。
作为通式(1)、(2)以外的其他各种亚苯基醚单元,可以举出但不限定于例如日本特开平01-297428号公报或日本特开昭63-301222号公报中记载的2-(二烷基氨基甲基)-6-甲基亚苯基醚单元、2-(N-烷基-N-苯基氨基甲基)-6-甲基亚苯基醚单元等。
聚苯醚(A)可以在聚苯醚的主链中少量结合有来自二苯醌等的重复单元。
聚苯醚(A)可以包含使构成聚苯醚的结构单元的一部分或全部与官能化剂反应(改性)而得到的官能化聚苯醚,也可以为官能化聚苯醚。作为上述官能化剂,可以举出例如包含酰基的化合物,可以为包含酰基(例如,衍生自羧基、酸酐基、酰胺基、酰亚胺基、羧酸铵盐的基团等)与选自由胺、原酸酯基和羟基构成的官能团组中的一种以上的化合物。
作为上述官能化聚苯醚,优选通过对聚苯醚与不饱和羧酸或酸酐的混合物进行熔融混炼而得到的官能化聚苯醚,更优选通过对聚苯醚与马来酸酐的混合物进行熔融混炼而得到的马来酸酐改性聚苯醚。上述马来酸酐改性聚苯醚例如可以如下获得:相对于聚苯醚100质量份,将0.1质量份~5质量份的马来酸酐投入双螺杆挤出机中,以270℃~335℃的温度熔融混炼而得到。
在使用马来酸酐改性聚苯醚的情况下,本实施方式的PPE系树脂组合物优选包含后述的具有氨基的改性聚硅氧烷(E)。这是因为,认为马来酸酐改性聚苯醚的马来酸酐单元与具有氨基的改性聚硅氧烷的氨基单元在熔融混炼中相互发生反应。
关于聚苯醚(A)的重均分子量Mw与数均分子量Mn之比(Mw/Mn值),从PPE系树脂组合物的成型加工性的观点来看,优选为1.0以上,从PPE系树脂组合物的机械物性的观点来看,优选为5.5以下、更优选为1.5~4.5、进一步优选为2.0~4.5。
需要说明的是,重均分子量Mw和数均分子量Mn由通过GPC(凝胶渗透色谱)测定得到的聚苯乙烯换算分子量获得。
关于聚苯醚(A)的比浓粘度,从充分机械物性的观点来看,优选为0.25dL/g以上,从成型加工性的观点来看,优选为0.65dL/g以下、更优选为0.27dL/g~0.63dL/g、进一步优选为0.30dL/g~0.55dL/g、特别优选为0.33dL/g~0.42dL/g。
需要说明的是,比浓粘度可以使用0.5g/dL的氯仿溶液、在温度30℃的条件下,利用乌氏粘度计进行测定。
本实施方式的PPE系树脂组合物中,关于成分(A)的含量,为了在燃烧时使炭的形成充分,引出火焰热释放速率的降低和低发烟性,相对于聚苯醚系树脂组合物的总量,成分(A)为50质量%以上,从成型加工容易的观点来看,优选为90质量%以下、更优选为50质量%~80质量%、进一步优选为55质量%~78质量%、进一步优选为60质量%~75质量%、特别优选为65质量%~73质量%的范围。
(苯乙烯系树脂(B))
苯乙烯系树脂(B)(本说明书中有时称为“成分(B)”)是在橡胶质聚合物存在下或非存在下将包含苯乙烯系化合物的单体成分聚合而得到的聚合物。上述单体成分中可以包含能够与苯乙烯系化合物共聚的化合物。
成分(B)可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
作为苯乙烯系树脂(B),相对于苯乙烯系树脂(B)100质量%,可以包含超过60质量%的来自苯乙烯系化合物的结构单元,优选可以包含70质量%以上。
作为上述苯乙烯系化合物,可以举出但不限定于例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、一氯苯乙烯、对甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、乙基苯乙烯等。特别是,从原材料的实用性的观点来看,优选使用苯乙烯。
作为能够与上述苯乙烯系化合物共聚的化合物,可以举出但不限定于例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等甲基丙烯酸酯类;丙烯腈、甲基丙烯腈等不饱和腈化合物类;马来酸酐等酸酐;等等。
作为苯乙烯系树脂(B),从成型品的刚性、耐冲击性、成型时的熔融流动性的平衡更优异的观点来看,优选将高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、通用聚苯乙烯(GPPS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS)等组合两种以上来使用。
作为苯乙烯系树脂(B),也能够以单一成分使用苯乙烯系树脂,例如,出于提高耐冲击性的目的使用HIPS也是优选的实施方式。
作为HIPS,通常可以优选使用包含来自苯乙烯系化合物的结构单元70质量%~99质量%、和来自二烯橡胶的结构单元1质量%~30质量%的橡胶改性聚苯乙烯,作为构成HIPS的二烯橡胶,可以举出丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯等共轭二烯系化合物的均聚物、共轭二烯系化合物与不饱和腈化合物或芳香族乙烯基化合物的共聚物、以及天然橡胶等,可以使用一种或将两种以上组合使用。其中,作为构成HIPS的二烯橡胶,特别优选聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯共聚物。HIPS通过例如乳液聚合、悬浮聚合、本体聚合、溶液聚合或它们的组合等方法来获得。
本实施方式的PPE系树脂组合物中,相对于PPE系树脂组合物的总量,成分(B)的含量优选为0~40质量%、更优选为5质量%~35质量%、进一步优选为10质量%~30质量%、特别优选为15质量%~20质量%的范围。
本实施方式的树脂组合物中,从改善成型流动性和改善耐冲击性的观点来看,优选使用苯乙烯系树脂(B),若超过40质量%则燃烧时的炭形成不充分,因此,为了引出火焰热释放速率的降低和低发烟性,优选为40质量%以下。
(有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C))
本实施方式的PPE系树脂组合物中使用的有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)(本说明书中有时称为“成分(C)”)具有下述作用效果:对于聚苯醚系树脂组合物,更高效地产生燃烧时的炭。
成分(C)可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
若本实施方式的PPE系树脂组合物中包含成分(C),则在利用锥形量热计的热释放速率测定(依照ISO5660-1)中,形成有效用作具有强度且大体积的燃烧抑制阻隔物的炭,使热释放速率为低水平,可得到抑制烟产生量的效果。可以推测:由于成分(C)的存在,形成膨胀性高的炭,在燃烧时提高脱气反应,促进聚苯醚系树脂组合物的炭化反应。
此外,若本实施方式的PPE系树脂组合物中包含成分(C),在通过熔融混炼制造聚苯醚系树脂组合物时,能够避免不需要的着色,并且产生的挥发成分也少,因此具有能够改善化合物作业环境的优点。
作为有机磺酸,优选苯磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、烷基苯磺酸等芳香族磺酸。
作为有机磺酸碱金属盐,优选可以使用芳香族磺酸碱金属盐、全氟烷烃磺酸碱金属盐,作为具体例,可以举出二苯基砜-3-磺酸的碱金属盐、二苯基砜-3,3’-二磺酸的碱金属盐、二苯基砜-3,4’-二磺酸的碱金属盐等。该情况下,优选的碱金属为钠或钾,更优选为钾。
作为全氟烷烃磺酸碱金属盐的优选具体例,可以举出全氟甲磺酸碱金属盐、全氟乙磺酸碱金属盐、全氟丙磺酸碱金属盐、全氟丁磺酸碱金属盐、全氟甲基丁磺酸碱金属盐、全氟己磺酸碱金属盐、全氟庚磺酸碱金属盐、全氟辛磺酸碱金属盐等,优选的碱金属为钠、钾,更优选为钾。其中,适宜使用全氟丁磺酸钾盐。
本实施方式的PPE系树脂组合物中,相对于PPE系树脂组合物总量,成分(C)的含量优选为0.01质量%~5质量%、更优选为0.03质量%~3质量%、进一步优选为0.05质量%~1质量%、进一步优选为0.05质量%~0.8质量%、特别优选为0.05质量%~0.5质量%的范围。
(芳香族磷酸酯系阻燃剂(D))
芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)(本说明书中有时称为“成分(D)”)为非溴系的阻燃剂。成分(D)也具有在PPE系树脂组合物的燃烧时产生炭的作用。另外,成分(D)还具有提高PPE系树脂组合物的热稳定性、进而提高熔融流动性的功能。
成分(D)可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
作为芳香族磷酸酯系阻燃剂,适宜使用但不限定于例如磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三二甲苯酯、磷酸甲酚二苯酯、磷酸二甲苯基二苯酯、磷酸二二甲苯基苯酯、对苯二酚双酚磷酸酯、间苯二酚双磷酸酯、双酚A双磷酸酯等三苯基取代型的芳香族磷酸酯类。其中,更适宜使用双酚A双磷酸酯。
本实施方式的PPE系树脂组合物中,相对于PPE系树脂组合物的总量,成分(D)的含量优选为5质量%~25质量%、更优选为8质量%~20质量%、进一步优选为10质量%~17质量%、特别优选为11质量%~15质量%的范围。
为了赋予所期望的阻燃性,成分(D)的含量优选为5质量%以上,从保持PPE系树脂组合物的热变形温度的观点来看,优选为25质量%以下。
(具有氨基的改性聚硅氧烷(E))
本实施方式的PPE系树脂组合物中,通过进一步使用具有氨基的改性聚硅氧烷(E)(本说明书中有时称为“成分(E)”),确认到更高效地形成大体积的多孔质炭的效果。
关于成分(E)的作用效果,推测:在熔融的树脂组合物因燃烧中的热而分解的过程中,由于聚硅氧烷的低表面自由能性,发生成分(E)从固体内部向熔融树脂表面侧移动时,同时将炭化进行中的聚苯醚挤出到表面部,由此有助于促进具有强度且大体积的炭的形成。
作为成分(E),优选具有至少一个包含伯胺或仲胺的氨基烷基取代基的改性聚硅氧烷。另外,作为成分(E),优选具有氨基的改性聚二甲基硅氧烷。
成分(E)的氨基单元具有提高聚苯醚树脂中的成分(E)的分散性等作用。
作为成分(E)中的氨基,优选-NH2基、3-[(2-氨基乙基)氨基]丙基等。
成分(E)可以根据需要包含苯基、烷氧基、芳氧基、聚醚基、(甲基)丙烯酰基、环氧基等其他多个官能性取代基。
在包含苯基的情况下,随着苯基量增加,通常具有与聚苯醚树脂的亲和性提高的倾向,成型体的表面外观有时改善。但是,另一方面,粘度升高,具有表面移动性降低的倾向,因此具有炭形成的作用效果降低的倾向。因此,优选考虑炭形成功能与成型体的表面外观的平衡而将苯基量最佳化。
例如,包含烷氧基的聚硅氧烷通常用于室温硫化(RTV)硅橡胶组合物中,但在本实施方式中也可以使用。
成分(E)能够在其结构中包含M单元(R3SiO1/2)、D单元(R2SiO2/2)、T单元(RSiO3/2)、和/或Q单元(SiO4/2)(此处,R为甲基、苯基、反应性官能团等有机基团)。
作为成分(E),以D单元(R2SiO2/2)为主体的聚硅氧烷、尤其是以二甲基聚硅氧烷为主体的聚硅氧烷的粘度低、在表面的移动性优异,因而炭形成效果高,是优选的。
成分(E)在25℃的运动粘度优选为10mm2/s~300mm2/s、更优选为10mm2/s~200mm2/s、进一步优选为10mm2/s~150mm2/s、特别优选为10mm2/s~100mm2/s、最优选为10mm2/s~70mm2/s。
需要说明的是,运动粘度可以依照JIS K 2283进行测定。
若成分(E)的运动粘度超过300mm2/s,则相分离容易变得显著,成型体容易产生银纹及凹坑,具有成型品的外观受损的倾向。另外,若运动粘度小于10mm2/s,在熔融混炼时、进而在成型加工时容易成为挥发成分,使作业环境变差,引起成型体的外观受损,而且具有燃烧时的炭形成的促进效果也不充分的倾向。
成分(E)的氨基当量优选为0.1mmol/g~2mmol/g、更优选为0.2mmol/g~1.8mmol/g、进一步优选为0.3mmol/g~1.5mmol/g。
若成分(E)的氨基当量小于0.1mmol/g,则PPE系树脂组合物中的成分(E)的相分离剧烈,具有在成型体中容易产生外观不良的倾向。另一方面,若超过2mmol/g,则具有使PPE系树脂组合物产生令人不快的气味和不必要的着色等弊端的倾向。
需要说明的是,氨基当量可以依照JIS K 7237进行测定。
本实施方式的PPE系树脂组合物中,相对于PPE系树脂组合物的总量,成分(E)的含量优选为0.1质量%~5.0质量%、更优选为0.3质量%~5.0质量%、进一步优选为0.5质量%~5.0质量%、特别优选为1.0质量%~5.0质量%的范围。
为了引出炭形成作用,成分(E)的含量优选以0.1质量%以上使用。另一方面,若成分(E)的用量超过5质量%,则相分离剧烈,在PPE系树脂组合物的成型中银纹的产生变得显著,具有成型品的外观受损的倾向。
成分(E)优选与作为聚苯醚(A)的利用不饱和羧酸或酸酐而官能化的官能化聚苯醚一同使用。该情况下,推测成分(E)的氨基单元与引入到聚苯醚中的酸酐单元反应,得到接枝化的共聚物,成分(E)的分散性更加优异,进而能够减少制成成型体时的外观不良。
使用作为成分(A)的利用不饱和羧酸或酸酐而官能化的聚苯醚和成分(E)的情况下,也可以将成分(A)和成分(E)预先熔融混炼而制造经接枝反应化的共聚物,作为本实施方式的PPE系树脂组合物的原料。
(改性剂(F))
本实施方式的PPE系树脂组合物中,以改善耐冲击性、改善成型时的流动性、改善由模具的脱模性等为目的,进而根据需要可以使用各种改性剂(F)(本说明书中有时称为“成分(F)”)。
作为改性剂(F),可以举出例如苯乙烯系热塑性弹性体、核/壳型接枝共聚物、烯烃系弹性体等显示出橡胶状弹性(熵弹性)的高分子材料等、以及聚烯烃树脂等。
在改性剂(F)为苯乙烯系热塑性弹性体的情况下,相对于苯乙烯系热塑性弹性体100质量%,苯乙烯系热塑性弹性体可以包含60质量%以下的来自苯乙烯系化合物的结构单元,优选可以包含50质量%以下、更优选可以包含40质量%以下。
此处,苯乙烯系热塑性弹性体表示烯基芳香族化合物聚合物嵌段、优选苯乙烯嵌段(A)与二烯化合物聚合物嵌段、优选丁二烯或异戊二烯嵌段(B)的AB(二嵌段)型共聚物、和ABA(三嵌段)共聚物、或者它们的氢化或部分氢化嵌段共聚物。此处,相对于苯乙烯系热塑性弹性体整体100质量%,二烯化合物聚合物嵌段的含量为40质量%以上、优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上。
关于改性剂(F)的含量,相对于PPE系树脂组合物总量,作为各成分,优选为0.5质量%~15质量%的范围、更优选为0.8质量%~10质量%、进一步优选为1质量%~5质量%的范围。
(其他成分)
本实施方式的树脂组合物中,相对于PPE系树脂组合物总量,能够以0.001质量%~3质量%的比例含有抗氧化剂、紫外线吸收剂、热稳定剂等稳定剂类或着色剂、脱模剂等其他成分。作为上述其他成分的含量,优选为0.001质量%~2质量%、更优选为0.1质量%~1质量%的范围内。
进而,本实施方式的PPE系树脂组合物中,能够进一步使用无机质填充材料。
作为优选的无机填充材料,可以使用例如玻璃纤维、玻璃鳞片、玻璃磨碎纤维、玻璃珠、硫酸钙、碳酸钙、碳酸铝、氧化硅、云母、滑石、绿泥石、碳纤维、炭黑、石墨等,相对于PPE系树脂组合物总量,优选为40质量%以下的用量。
(聚苯醚系树脂组合物的制造方法)
本实施方式的树脂组合物可以通过将成分(A)、成分(C)、成分(D)、根据需要的成分(B)、成分(E)、成分(F)、其他成分熔融混炼而制造。
对于用于制造本实施方式的树脂组合物的装置及各种条件,优选但不限定于使用挤出机来制造,特别是为了大量且稳定地制造PPE系树脂组合物,从制造效率的观点来看,适宜使用双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机的螺杆直径优选为25mm~90mm、更优选为40mm~70mm。
作为熔融混炼时的条件,可以举出以挤出机的机筒设定温度为260℃~330℃、螺杆转速为150rpm~450rpm、挤出速率为40kg/h~250kg/h的条件进行熔融混炼来作为优选的条件。
关于各种原料向挤出机中的供给,可以举出下述方法作为优选方法:从挤出机的顶部(上游侧)供给成分(A)、成分(B)、成分(C)、成分(E)、成分(F)、和/或其他成分(其中无机填充材料除外),在挤出机的中段或下游侧利用齿轮泵等计量泵通过液体添加喷嘴供给特定量的成分(D),并进行混炼。
关于本实施方式的PPE系树脂组合物,利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的最大热释放速率(HRR(max))优选为250kW/m2以下、更优选为230kW/m2以下、进一步优选为200kW/m2以下、特别优选为180kW/m2以下。
此处,在利用锥形量热计的最大热释放速率(HRR(max))的测定中,将辐射热量设为50kW/m2,将锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离设为25mm,将由PPE系树脂组合物形成的90mm长×50mm宽×2.5mm高的平板2张平行排列而作为评价用平板试片。
上述最大热释放速率的测定中,本实施方式的PPE系树脂组合物的从测定开始至达到最大热释放速率为止所用的时间优选为40秒~300秒、更优选为120秒~250秒。
关于本实施方式的PPE系树脂组合物,在依照ISO5660-1标准的利用锥形量热计的测定中,从测定开始至测定开始后3分钟为止的合计发热量优选为10MJ/m2~30MJ/m2、更优选为15MJ/m2~25MJ/m2。
需要说明的是,从测定开始至测定开始后3分钟为止的发热量中的锥形量热计的测定条件为与上述最大热释放速率同样的条件。
[成型体]
作为本实施方式的PPE系树脂组合物的成型方法,没有特别限定,适宜使用例如注射成型、挤出成型、真空成型、和气压成型等方法,特别是从成型品的外观特性和量产性的观点来看,优选使用注射成型。
本实施方式的成型体可以由上述本实施方式的PPE系树脂组合物构成。
相对于成型体100质量%,本实施方式的成型体优选包含聚苯醚(A)50质量%~90质量%、苯乙烯系树脂(B)0~40质量%、有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)0.01质量%~5质量%、芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)5质量%~25质量%、和具有氨基的改性聚硅氧烷(E)0.1质量%~5质量%。
关于本实施方式的成型体,利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的最大热释放速率(HRR(max))优选为250kW/m2以下、更优选为230kW/m2以下、进一步优选为200kW/m2以下、特别优选为180kW/m2以下。
此处,在利用锥形量热计的最大热释放速率(HRR(max))的测定中,将辐射热量设为50kW/m2,将锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离设为25mm,将90mm长×50mm宽×2.5mm高的成型体2张平行排列而作为评价用平板试片。
由成型品得到上述利用锥形量热计的最大热释放速率(HRR(max))的测定用的试片的情况下,可以在将成型品进行粉碎处理后通过注射成型、压缩成型等方法获得。
实施例
下面,具体举出实施例和比较例来对本发明进行说明。
实施例和比较例中示出的物性的评价方法和原材料如下所示。
[测定方法]
(1)利用锥形量热计的测定
(试片的制作)
使用90℃的热风干燥机,将由实施例和比较例制造的树脂组合物的粒料干燥1小时。对于干燥后的树脂组合物,使用注射成型机(IS-80EPN、东芝机械公司制造),设定成机筒温度280℃、模具温度90℃、注射压力(表压70[MPa])、注射速度(面板设定值)80%、注射时间/冷却时间=10秒/30秒,成型出90mm长×50mm宽×2.5mm高的平板。
(利用锥形量热计的测定)
使用锥形量热计型号C3(株式会社东洋精机制作所制造),对由实施例和比较例制造的树脂组合物的热释放速率(Heat Release Rate)、烟浓度的经时变化等进行评价。
测定依照ISO5660-1,辐射热量设为50kW/m2,锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离设为25mm。
测定最大进行20分钟,但在得到了所需测定值的情况下,有时也对测定时间进行了缩短。
需要说明的是,在ISO5660-1标准中100mm×100mm的平板为试片的形状,但在本申请实施例中,将由树脂组合物构成的90mm长×50mm宽×2.5mm高的2张平板按照2张平板的90mm的边相向、并且2张平板不重叠的方式平行排列,由此作为评价用平板试片。
图1中示出评价中所用的锥形量热计的示意图。图1中,评价用平板试片设置于样品架(j),利用锥形加热器(h)以50kW/m2的辐射热将评价用平板试片加热。锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离为25mm。燃烧气体藉由集烟罩(g)被导入排气管内,热释放速率(HRR)(单位:kW/m2)经由气体采样装置(e)、在气体分析装置(f)中通过氧消耗量算出。烟浓度(单位:1/m)利用激光式烟浓度测定装置(d)进行测定。试片的质量变化利用测力传感器(k)进行计测。
(1-1)炭的体积大小
将2.5mm厚的平板排列2张,利用锥形量热计进行热释放速率试验,在该过程中,在20分钟的试验中目视观察从初期的评价用平板试片上表面生长的炭的最大高度,按照下述分类判定炭的形成状况。
◎(优异):8cm以上
○(良好):5cm以上且小于8cm
×(差):小于5cm
(1-2)测定开始后3分钟的合计发热量(单位:MJ/m2)
对于所制作的试片,测定从利用锥形量热计的测定开始至3分钟后为止的发热量累计值(T180)(MJ/m2)。T180的测定开始时作为试片的着火时刻。T180表示初期3分钟的发热量,越能形成作为燃烧阻隔层有效的炭则数值越小。
(1-3)最大热释放速率(单位:kW/m2)、达到最大热释放速率为止的时间(单位:秒)对于所制作的试片,利用锥形量热计对测定时间20分钟内的热释放速率的最大值HRR(max)(kW/m2)和达到最大热释放速率为止的时间(秒)进行测定。
(1-4)低发烟性
使用装备在锥形量热计中的激光式烟浓度测定装置,测定烟浓度(单位:1/m)的最大值,按照下述分类进行判定。
◎(优异):最大烟浓度小于5m-1
○(良好):最大烟浓度为5m-1以上且小于6m-1
△(略好):最大烟浓度为6m-1以上且小于7m-1
×(差):最大烟浓度为7m-1以上
(2)树脂组合物的着色
对由实施例、比较例制造的树脂组合物的熔融混炼后的着色状况进行目视观察。由成分(A)、成分(B)和成分(D)构成的聚苯醚系树脂组合物呈糖稀色状的色调,但在混配了成分(C)、成分(E)和其他成分的情况下,进而黄变色、红变色进行。关于该变色的进行,按照下述基准进行判断。
○(良好):几乎未确认到黄变色、红变色的进一步进行。
×(差):显著发生红变色。
-:因黑着色而除外。
[原材料]
<聚苯醚(A)>
(A-1):比浓粘度(利用氯仿溶剂在30℃测定)为0.51dL/g的粉末状的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)醚(PPE)。
(A-2):相对于比浓粘度为0.4dL/g的粉末状的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)醚100质量份预混2质量份的马来酸酐,利用双螺杆挤出机在300℃的温度下熔融混炼而得到的马来酸酐改性聚苯醚(M-PPE)。
<苯乙烯系树脂(B)>
(B-1):粒料形状的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)(商品名:CT60[注册商标]、Petrochemicals公司制造)。
<有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)>
(C-1):粉体状的全氟丁磺酸钾盐(KFBS)(商品名:F114[注册商标]、DIC公司制造)。
(C-2):粉体状的对甲苯磺酸(PTS)(和光纯药工业株式会社制造)。
(C-3):粉体状的3-(苯基磺酰基)苯磺酸钾(KSS)(UCB Japan株式会社制造)。
<芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)>
(D-1):粘性液体状的双酚A双二苯基磷酸酯(BDP)(商品名:CR741[注册商标]、大八化学公司制造)。
<具有氨基的改性聚硅氧烷(E)>
(E-1):25℃的运动粘度为40mm2/s、氨基当量为0.4mmol/g的以二甲基硅氧烷单元为主体的液状氨基改性硅酮(氨基改性硅酮1)(商品名:TSF4701[注册商标]、Momentive公司制造)。
(E-2):25℃的运动粘度为35mm2/g、氨基当量为1.4mmol/g的以二甲基硅氧烷单元为主体的液状氨基改性硅酮(氨基改性硅酮2)(商品名:L655[注册商标]、Wacker公司制造)。
(E-3):25℃的运动粘度为200mm2/g、氨基当量为0.15mmol/g的以二甲基硅氧烷单元为主体的液状氨基改性硅酮(氨基改性硅酮3)(商品名:L652[注册商标]、Wacker公司制造)。
<其他成分>
SEBS:粒料状的氢化苯乙烯·丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物(商品名:Kraton G1651[注册商标]、Kraton Polymer公司制造)。
LDPE:粒料状的低密度聚乙烯(商品名:Suntec-LD M2004[注册商标]、旭化成株式会社制造)。
柠檬酸:和光纯药工业株式会社制造。
ZnO:氧化锌和光纯药工业株式会社制造。
ZnS:硫化锌和光纯药工业株式会社制造。
CB:作为着色剂的炭黑(#52三菱化学株式会社制造)。
[实施例1~12、比较例1~5]
使用双螺杆挤出机(ZSK-25、Coperion公司制造、L/D=53)制备表1所示的组成的熔融混炼组合物。关于挤出机中的原料投入,在表1所示的各成分中,将除成分(D)外的物质按照特定比例预先进行机械混合,从挤出机的顶部位置使用重量进料器以特定速度投入,从挤出机的中段位置将加热到80℃的成分(D)藉由喷射喷嘴利用齿轮泵进料特定的量。
在挤出机的机筒设定温度为300℃、螺杆转速为200rpm、挤出速率为20kg/hr、排气真空度为8kPa的条件下熔融混炼,得到树脂组合物。
将所得到的树脂组合物的评价结果示于下述表1。
由表1所示的实施例可知,本实施方式的PPE系树脂组合物具有优异的炭形成作用、低发热性、低发烟性、以及熔融时的低变色性。
工业实用性
使用本实施方式的聚苯醚系树脂组合物成型出的各种成型体的阻燃性极其优异,即使在着火的情况下,也能高效地生成成为燃烧阻隔层的大体积且多孔质的炭(炭化物),其结果,能够减少燃烧时的发热量和烟产生量,进而树脂组合物的着色也容易,是向各种成型品的成型加工性优异的聚苯醚系的树脂组合物,有可能能够应对在铁路车辆、飞机、船舶等运输机构中使用的树脂产品、进而公共建筑物中要求的火焰蔓延性、着火性·发热性·发烟性·毒性等与火灾安全性能有关的要求。
另外,本实施方式的聚苯醚系树脂组合物的向各种成型品的成型加工性优异。
另外,本实施方式的聚苯醚系树脂组合物优选在燃烧中高效地形成大体积且多孔质的炭,能够减少火焰热释放速率和烟产生量,期待用于要求减少火灾时的火焰发热、烟浓度、烟毒性的铁道车辆、飞机、船舶等运输机构中使用的树脂产品、公共建筑物中使用的树脂产品。此外,上述聚苯醚系树脂组合物的轻量性、耐热性、机械物性、成型加工性、耐酸碱性、尺寸稳定性、电特性等也优异,因此还能够广泛用于要求阻燃性的家电OA、办公设备、信息设备、汽车领域等中。
符号说明
a:流量测定用孔
b:排气温度测定用热电偶
c:排气鼓风机
d:激光式烟浓度测定装置
e:气体采样装置
f:气体分析装置
g:集烟罩
h:锥形加热器
i:火花点火器
j:样品架
k:测力传感器
Claims (9)
1.一种聚苯醚系树脂组合物,其为包含聚苯醚(A)、有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)、和芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)的聚苯醚系树脂组合物,其特征在于,
相对于所述聚苯醚系树脂组合物100质量%,包含所述聚苯醚(A)50质量%以上,
利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的最大热释放速率HRR(max)为250kW/m2以下,
其中,在利用锥形量热计的最大热释放速率HRR(max)的测定中,将辐射热量设为50kW/m2,将锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离设为25mm,使用将由所述聚苯醚系树脂组合物形成的90mm长×50mm宽×2.5mm高的平板2张平行排列而成的评价用平板试片。
2.一种聚苯醚系树脂组合物,其特征在于,相对于聚苯醚系树脂组合物100质量%,包含:
聚苯醚(A)50质量%~90质量%、
苯乙烯系树脂(B)0~40质量%、
有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)0.01质量%~5质量%、和
芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)5质量%~25质量%。
3.如权利要求1或2所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,所述有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)为全氟丁磺酸钾盐。
4.如权利要求1~3中任一项所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,相对于聚苯醚系树脂组合物100质量%,进一步包含具有氨基的改性聚硅氧烷(E)0.1质量%~5质量%。
5.如权利要求4所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,所述具有氨基的改性聚硅氧烷(E)在25℃的运动粘度为10mm2/s~300mm2/s。
6.如权利要求4或5所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,所述具有氨基的改性聚硅氧烷(E)的氨基当量为0.1mmol/g~2mmol/g。
7.如权利要求4~6中任一项所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,所述具有氨基的改性聚硅氧烷(E)为具有氨基的改性聚二甲基硅氧烷。
8.如权利要求1~7中任一项所述的聚苯醚系树脂组合物,其中,所述聚苯醚(A)包含利用不饱和羧酸或酸酐而官能化的聚苯醚。
9.一种成型体,其特征在于,相对于成型体100质量%,包含:
聚苯醚(A)50质量%~90质量%、
苯乙烯系树脂(B)0~40质量%、
有机磺酸和/或有机磺酸碱金属盐(C)0.01质量%~5质量%、
芳香族磷酸酯系阻燃剂(D)5质量%~25质量%、和
具有氨基的改性聚硅氧烷(E)0.1质量%~5质量%,
利用锥形量热计依照ISO5660-1标准测定的最大热释放速率HRR(max)为250kW/m2以下,
其中,在利用锥形量热计的最大热释放速率HRR(max)的测定中,将辐射热量设为50kW/m2,将锥形加热器下边至评价用平板试片的上表面的距离设为25mm,使用将90mm长×50mm宽×2.5mm高的成型体2张平行排列而成的评价用平板试片。
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