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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine flammhemmende (FR),
halogenfreie aromatische Polycarbonat-Zusammensetzung (PC).
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Für
viele Anwendungen ist es nötig, dass eine Polycarbonat-Zusammensetzung
flammhemmend ist und eine einfache Verarbeitung mit guten optischen
Eigenschaften vereint. Typischerweise wird die Flammschutzeigenschaft
durch die Verwendung von Zusatzstoffen erhalten, die Halogen- oder
Schwermetall-haltige Zusammensetzungen sind, die toxische Materialien
bilden können, wenn sie erwärmt werden. Es gibt
ein zunehmendes Bewußtsein bezüglich der Wirkungen
dieser Materialien und eine zunehmende Nachfrage nach Polycarbonat-Zusammensetzungen,
die keine potenziell toxischen flammhemmenden Zusätze enthalten.
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Von
Siloxanzusatzstoffen ist bekannt, dass sie die flammhemmenden Eigenschaften
von Polycarbonat-Zusammensetzungen verbessern. Kompressionsgeformte
Stäbe mit einer Dicke von 1,59 mm (1/16 Inch) aus Polycarbonat-Zusammensetzungen
mit Siloxanzusatzstoffen, die kondensierte Triorganosiloxyeinheiten haben,
können den UL94-Test mit einer VO-Bewertung bestehen, siehe „Flammability
of Plastic Materials Bulletin" vom 24. Januar 1980. Aromatische
Polyestersiloxan-haltige Polycarbonat-Zusammensetzungen zeigen ebenfalls
flammhemmende Eigenschaften. Allerdings kann es aufgrund fehlender
Kompatibilität der Siloxanzusatzstoffe mit dem Polycarbonat
schwierig sein, diese Polycarbonat-Zusammensetzungen zu verarbeiten.
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Es
gibt einen Bedarf für einen flammhemmenden Zusatzstoff
für Polycarbonat-Zusammensetzungen, der ausreichend flammhemmend
ist, um eine befriedigende UL94-Bewertung zu erhalten, der keine
toxischen Materialien bildet, der ein gutes Fließvermögen
vermittelt, wie es durch einen ausreichend hohen Schmelzfluss-Indexwert
gemessen wird, der die optischen Eigenschaften nicht beeinflusst
und der die Verarbeitbarkeit verbessert. Insbesondere gibt es einen
Bedarf für eine flammhemmende Polycarbonat-Zusammensetzung,
die die UL94-Anforderungen für eine VO-Bewertung bei einer
Dicke von 1,59 mm (1/16 Inch) erfüllt. Zusätzlich
gibt es einen Bedarf für Herstellungsmaterialien, die nur
wenig Rauch entwickeln, wenn sie brennen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Polycarbonat-Zusammensetzung mit
Komponenten (A) und (B) bereit, wobei die Komponente (A) ein Polycarbonat
und die Komponente (B) ein Silsesquioxan umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung
einer flammhemmenden Zusammensetzung bereit, das das Bereitstellen
eines Polycarbonats und das Einfügen einer flammhemmenden
Menge eines Silsesquioxans in das Polycarbonat umfasst.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Wie
hiernach verwendet meint der Begriff „flammhemmend" eine
verringerte oder beseitigte Tendenz zur Zündung, wenn eine
Flamme mit niedriger Energie angehalten wird. Der in Verbindung
mit „flammhemmend" verwendete Begriff „UL94 VO"
meint, dass eine beschriebene Polycarbonat-Zusammensetzung die UL94-Anforderungen
für VO-Entflammbarkeit erfüllt, wie in „Flammability
of Plastic Materials Bulletin", 24. Januar 1980, beschrieben.
In diesem Test wird ein Polycarbonat-Teststab von 127 mm (5 Inch) × 12,7
mm (1/2 Inch) × 1,59 mm (1/16 Inch), der eine Menge eines
flammhemmenden Zusatzstoffes enthält, vertikal über
einer Bunsenbrennerflamme von 19 mm (3/4 Inch) verschoben. Ein Material
erfüllt die Anforderungen für eine UL94-VO-Bewertung,
wenn ein Teststab die folgenden fünf Tests erfüllt:
(1) ein Teststab des Materials brennt nicht mit flammender Verbrennung
für mehr als 10 Sekunden nachdem eine Testflamme angewendet
wurde, (2) kein Satz von fünf Teststäben zeigt
eine für 10 Anwendungen einer Flamme eine über
50 Sekunden hinausgehende Gesamtzeit der flammenden Verbrennung,
(3) kein Teststab des Materials brennt bis zu der Halteklammer mit
flammender oder glühender Verbrennung, (4) von keinem Teststab
tropfen brennende Teilchen, die trockene absorbierende chirurgische
Baumwolle entzünden, die 305 mm (12 Inch) unterhalb des
Stabs angeordnet ist, und (5) kein Teststab zeigt glühende
Verbrennung, die für mehr als 30 Sekunden andauert, nachdem
die Testflamme zweimal angewendet und entfernt wurde.
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Die
Polycarbonat-Zusammensetzung der Erfindung enthält ein
Silsesquioxanelastomerharz. Silsesquioxane sind Siloxane der Formel
R(SiO3/2)n, wobei
n eine gerade Zahl größer als oder gleich 4, zum
Beispiel 4, 6, 8, etc. und R unabhängig bei jedem Auftreten
Phenyl, C1-C8-Alkyl,
Cycloalkyl, Vinyl oder Kombinationen von diesen ist. Die Silsesquioxane
sind käfigartige Hybridmoleküle aus Silicium und
Sauerstoff mit Ähnlichkeiten sowohl zu Siliciumoxid als
auch zu Silikon. Wenn sie mit eigentlich jedem gewöhnlichen
Polymer vermischt werden, verbinden sie sich mit den organischen
Molekülen und miteinander, wodurch lange Ketten gebildet werden,
die sich durch das Polymer flechten. Das Ergebnis kann ein nanostrukturiertes
organisch-anorganisches Hybridpolymer sein.
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Die
SiO
3/2-Einheiten sind zu sphärischen,
hochsymmetrischen Käfigverbindungen zusammengesetzt. Endständige
R-Einheiten sind nicht in das Silikatnetzwerk eingebaut. Diese strukturellen
Charakteristiken führten zu dem Namen Spherosiloxane. Die
Spherosiloxanklasse der Silsesquioxane zeigt eine breite Vielfalt.
Viele verschiedene endständige Substituenten (organische
und anorganische, zum Beispiel R = Alkyl, Aryl, Hydroxyl, Chlor)
sind bekannt. Die SiO
3/2-Einheit ist synthetisch
mit einem n im Bereich von etwa 4 bis etwa 18 zugänglich.
Für die Erfindung geeignete Silsesquioxanelastomerharze
schließen Silsesquioxane der folgenden Formel (I) ein:
wobei R unabhängig
bei jedem Auftreten die gleiche oder verschiedene Einheit ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Phenyl, C
1-C
8-Alkyl, Cycloalkyl, Vinyl und Kombinationen
von diesen ist. Bevorzugt ist R aus Phenyl, Vinyl, Methyl und Kombinationen
von diesen ausgewählt. Das Silsesquioxan in der vorliegenden
Erfindung wird typischerweise über Copolymerisation von
Phenylsilsesquioxan mit Dimethylsiloxan hergestellt, um ein (Phenylsilsesquioxan)-co-(dimethylsiloxan)
der allgemeinen Formel T
Ph xD
y herzustellen, wobei D die Formel (CH
3)
2SiO
2/2 hat,
T die Formel (C
6H
5)SiO
3/2 hat, der Index x in einem Bereich zwischen
etwa 0,1 und etwa 1 liegt und der Index y in einem Bereich zwischen
etwa 0,1 und etwa 1 liegt. Ein weiteres Beispiel eines Silsesquioxans
in der vorliegenden Erfindung ist ein Poly(phenylvinylsilsesquioxan)
der allgemeinen Formel (RSiO
3/2)
x(RSiO
3/2)
y(RSiO
3/2)
z, wobei R unabhängig bei jedem
Auftreten Phenyl, C
1-C
8-Alkyl,
Cycloalkyl und Vinyl ist und x + y + z der Gesamtpolymerisationsgrad
des Harzes ist. Diese und verwandte Materialien werden durch Hydrolysekondensation
von entweder RSiCl
3 oder RSi(OR')
3 hergestellt. Wenn zum Beispiel (C
6H
5)SiCl
3 und
VinylSiCl
3 in einem Molverhältnis
von 9:1 hydrolysiert und kondensiert werden, wird dann ein Poly((C
6H
5)SiO
3/2)
0,9x(VinylSiO
3/2)
0,1x erhalten.
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Unter
den Polycarbonaten, die flammhemmend gemacht werden können,
sind in der Praxis der vorliegenden Erfindung aromatische Polycarbonate
eingeschlossen, die zum Beispiel durch Phosgenierung der folgenden
Bisphenole gebildet werden: p,p'-Bisphenol-A, m,p-Bisphenol-A, o,p-Bisphenol-A,
Spirobiindanbisphenol, Tetramethylbisphenol-A und Tetramethylbisphenol.
Copolycarbonate, die die vorstehend erwähnten Bisphenole
als eine Haupt-Bisphenolkomponente enthalten, sind ebenfalls eingeschlossen.
Bevorzugt ist das aromatische Polycarbonat ein Bisphenol-A-Polycarbonat
mit einer intrinsischen Viskosität (IV) in Chloroform bei
25°C in dem Bereich zwischen etwa 0,35 Deziliter pro Gramm
(dl/g) und etwa 1,8 dl/g.
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Aromatische
Polycarbonatharze werden im Allgemeinen durch Umsetzen eines zweiwertigen
Phenols mit einer Carbonatvorstufe oder einem Carbonatester hergestellt.
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Geeignete
zweiwertige Phenole zur Herstellung von Polyestercarbonaten schließen
jene ein, die durch die Formel XII dargestellt werden:
HO-D-OH (XII)wobei
D ein zweiwertiger aromatischer Rest ist. Bevorzugt hat D die Struktur
der Formel XIII;
wobei A eine aromatische
Gruppe wie etwa Phenylen, Biphenylen, Naphthylen, etc. bezeichnet
und E eine Alkylen- oder Alkylidengruppe wie etwa Methylen, Ethylen,
Ethyliden, Propylen, Propyliden, Isopropyliden, Butylen, Butyliden,
Isobutyliden, Amylen, Amyliden, Isoamyliden, etc. sein. Wenn E eine
Alkylen- oder Alkylidengruppe ist, kann es zudem aus zwei oder mehr
Alkylen- oder Alkylidengruppen bestehen, die durch eine von Alkylen
oder Alkyliden verschiedene Einheit verbunden sind, wie etwa durch
eine aromatische Verbrückung, eine tertiäre Aminoverbrückung,
eine Etherverbrückung, eine Carbonylverbrückung,
eine Silicium-haltige Verbrückung oder eine Schwefel-haltige
Verbrückung wie etwa Sulfid, Sulfoxid, Sulfon, etc., oder
durch eine Phosphor-haltige Verbrückung wie etwa Phosphinyl,
Phosphonyl, etc. Zusätzlich kann E eine cycloaliphatische Gruppe
(zum Beispiel Cyclopentyliden, Cyclohexyliden, 3,3,5-Trimethylcyclohexyliden,
Methylcyclohexyliden, 2-[2.2.1]-Bicycloheptyliden, Neopentyliden,
Cyclopentadecyliden, Cyclododecyliden, Adamantyliden, etc.), eine
Schwefel-haltige Verknüpfung wie etwa Sulfid, Sulfoxid
oder Sulfon, eine Phosphor-haltige Verknüpfung wie etwa
Phosphinyl oder Phosphonyl, eine Etherverknüpfung, eine
Carbonylgruppe, eine tertiäre Stickstoffgruppe oder eine
Silicium-haltige Verknüpfung wie etwa Silan oder Siloxy
sein. R
16 bezeichnet Wasserstoff oder eine
einwertige Kohlenwasserstoffgruppe wie etwa Alkyl, Aryl, Aralkyl,
Alkaryl oder Cycloalkyl. Y
1 kann ein anorganisches
Atom wie etwa ein Halogen (Fluor, Brom, Chlor, Jod), eine anorganische
Gruppe wie etwa Nitro, eine organische Gruppe wie etwa vorstehendes
R
16 oder eine Oxy-Gruppe wie etwa OR sein,
wobei es lediglich notwendig ist, dass Y
1 inert
ist und durch die Recktanten und Reaktionsbedingungen, die zur Herstellung
des Polyestercarbonats verwendet werden, nicht beeinflusst wird.
Der Buchstabe m bezeichnet eine ganze Zahl von einschließlich
null bis zur Anzahl der Positionen, die auf A
1 für
eine Substitution zugänglich sind, p bezeichnet eine ganze
Zahl von einschließlich null bis zur Anzahl der Positionen,
die auf E für eine Substitution zugänglich sind,
t bezeichnet eine ganze Zahl, die wenigstens gleich eins ist, s
ist entweder null oder eins und u bezeichnet jede ganze Zahl einschließlich
null.
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In
der zweiwertigen Phenolverbindung, in der D durch die vorstehende
Formel XIII dargestellt wird, können, wenn mehr als ein
Y-Substituent vorliegt, diese gleich oder verschieden sein. Das
gleiche gilt für den R16-Substituenten.
Wenn s in der Formel XIII null ist und u nicht null ist, sind die
aromatischen Ringe direkt ohne eine dazwischenliegende Alkyliden-
oder eine andere Brücke verbunden. Die Positionen der Hydroxylgruppen
und von Y1 auf den Resten A1 mit
aromatischen Kernen können in den Ortho-, Meta- oder Parapositionen
variieren und die Gruppierungen können eine benachbarte,
asymmetrische oder symmetrische Beziehung haben, wenn zwei oder
mehr Ringkohlenstoffatome des Kohlenwasserstoffrestes mit Y1 und Hydroxlgruppen substituiert sind.
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Einige
veranschaulichende, nicht beschränkende Beispiele zweiwertiger
Phenole der Formel XII schließen die Dihydroxy-substituierten
aromatischen Kohlenwasserstoffe ein, die mit Namen oder Formel (generisch
oder spezifisch) in dem
US-Patent
4,217,438 offenbart sind. Einige bevorzugte Beispiele der
zweiwertigen Phenole schließen 4,4'-(3,3,5-Trimethylcyclohexyliden)diphenol;
2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan(gemeinhin bekannt als Bisphenol-A);
2,2-Bis(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)propan; 2,4'-Dihyroxydiphenylmethan;
Bis(2-hydroxyphenyl)methan; Bis(4-hydroxyphenyl)methan; Bis(4-hydroxy-5-nitrophenyl)methan; Bis(4-hydroxy-2,6-dimethyl-3-methoxyphenyl)methan;
1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)ethan; 1,1-Bis(4-hydroxy-2-chlorphenyl)ethan;
2,2-Bis(3-phenyl-4-hydroxyphenyl)propan; Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexylmethan; 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-1-phenylpropan;
Resorcinol und C
1-3-Alkyl-substituierte
Resorcinole ein.
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Geeignete
zweiwertige Phenole schließen zudem jene ein, die Spirobiindan-Struktureinheiten
wie jene enthalten, die durch die Formel XIV dargestellt werden:
wobei jedes R
17 unabhängig
aus einwertigen Kohlenwasserstoffresten und Halogenresten ausgewählt
ist, jedes R
18, R
19,
R
20 und R
21 unabhängig
ein C
1-6-Alkyl ist, jedes R
22 und
R
23 unabhängig H oder C
1-6-Alkyl ist und jedes n unabhängig
aus positiven ganzen Zahlen mit einem Wert im Bereich von etwa 0
bis etwa 3 einschließlich ausgewählt ist. Die
durch R
17 dargestellten einwertigen Kohlenwasserstoffreste
schließen Alkylreste, Ccyloalkylreste, Arylreste, Aralkylreste
und Alkarylreste ein. Durch R
17 dargestellte
Alkylradikale sind bevorzugte jene, die Kohlenstoffatome in einem
Bereich von etwa 1 bis etwa 12 enthalten und schließen
verzweigte Alkylreste und geradkettige Alkylreste ein. Einige veranschaulichende,
nicht beschränkende Beispiele dieser Alkylreste schließen
Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Neopentyl
und Hexyl ein. Durch R
17 dargestellte Cycloalkylreste
sind bevorzugt jene, die Ringkohlenstoffatome in einem Bereich zwischen
etwa 3 und etwa 12 enthalten. Einige veranschaulichende, nicht beschränkende
Beispiele dieser Cycloalkylradikale schließen Cyclobutyl,
Cyclopentyl, Cyclohexyl, Methylcyclohexyl und Cyloheptyl ein. Durch
R
17 dargestellte Arylradikale sind bevorzugt
jene, die Ringkohlenstoffatome in einem Bereich zwischen etwa 6
und etwa 12 enthalten. Einige veranschaulichende, nicht beschränkende
Beispiele dieser Arylradikale schließen Phenyl, Biphenyl
und Naphthyl ein. Durch R
17 dargestellte
bevorzugte Aralkyl- und Alkarylreste sind jene, die Kohlenstoffatome
in einem Bereich zwischen etwa 7 und etwa 14 enthalten. Diese schließen
Benzyl, Ethylphenyl, Phenylbutyl, Phenylpropyl, Propylphenyl und
Phenylethyl ein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Durch R
17 dargestellte bevorzugte Halogenreste
sind Fluor, Chlor und Brom.
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Wenn
in der zweiwertigen Phenolverbindung der Formel XIV mehr als ein
R17-Substituent vorliegt, können
diese gleich oder verschieden sein. Die relativen Positionen der
Hydroxylgruppen und von R17 auf den Resten
mit aromatischem Kernen können zwischen den Ortho- und
den Metapositionen variieren. Die Position jeder Hydroxylgruppe
befindet sich unabhängig an jeder unsubstituierten Position
auf jedem der aromatischen Ringe. Mehr bevorzugt befindet sich jede
Hydroxylgruppe unabhängig an den Positionen 5 oder 6 und
5' oder 6' jedes aromatischen Rings. Am meisten bevorzugt befindet
sich jede Hydroxylgruppe in der Position 6 und 6' jedes aromatischen
Rings.
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Bevorzugt
ist jedes R17 unabhängig aus Chlor,
Brom und niederen Alkylradikalen, die Kohlenstoffatome in einem
Bereich zwischen etwa 1 und etwa 5 enthalten, ausgewählt,
ist jedes R16, R19,
R20 und R21 unabhängig
ein C1-6-Alkyl, ist jedes R22 und
R23 unabhängig H oder ein C1-6-Alkyl und liegt jedes n unabhängig
in einem Bereich zwischen etwa 0 und etwa 3. Mehr bevorzugt ist
jedes R17 unabhängig aus Chlor
und niederen Alkylradikalen, die Kohlenstoffatome in einem Bereich
zwischen etwa 1 und etwa 3 enthalten, ausgewählt, ist jedes
R18, R19, R20 und R21 unabhängig
ein C1-2-Alkyl, ist jedes R22 und
R23 unabhängig H oder ein C1-2-Alkyl und liegt jedes n unabhängig
in einem Bereich zwischen etwa 0 und etwa 2. Noch bevorzugter ist
jedes R18, R19, R20 und R21 Methyl,
ist jedes R22 und R23 H
und ist jedes n 0.
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Die
zweiwertigen Spirophenole der Formel XIV sind Verbindungen, die
in der Technik bekannt und kommerziell erhältlich sind,
oder die durch bekannte Verfahren leicht hergestellt werden können.
Verfahren zur Herstellung schließen zum Beispiel jene ein,
die in dem
US-Patent Nr. 4,701,566 und
durch
R.F. Curtis und K.O. Lewis im Journal of the Chemical
Society (England), 1962, S. 420, und von
R.F. Curtis
im Journal of the Chemical Society (England), 1962, S. 417,
beschrieben sind. In einem veranschaulichenden, nicht beschränkenden
Beispiel können diese zweiwertigen Spirophenole geeignet
hergestellt werden, indem (i) zwei Mol einer phenolischen Verbindung
mit einem Mol einer Carbonyl-haltigen Verbindung wie etwa Aceton
umgesetzt werden und (ii) danach 3 Mol des Produkts von (i) unter
sauren Bedingungen co-reagiert werden, um das zweiwertige Spirophenol
und 4 Mol einer phenolischen Verbindung zu bilden. Die Säuren,
die in (ii) verwendet werden können, schließen
solche Säuren wie wasserfreie Methansulfonsäure,
wasserfreie Salzsäure und dergleichen ein.
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Das
am meisten bevorzugte zweiwertige Spirophenol zur Bildung von Polyestercarbonaten,
die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
ist 6,6'-Dihydroxy-3,3,3',3'-Tetramethyl-1,1'-Spirobiindan („SBI"),
bei dem n in der Formel XIV 0 ist und sich die Verknüpfungen
mit dem Rest des Polymermoleküls an einer speziellen Position
auf den aromatischen Ringen befinden.
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Bei
der Herstellung geeigneter Polyestercarbonate können die
vorstehend beschriebenen zweiwertigen Phenole alleine oder als Mischungen
von zwei oder mehr unterschiedlichen zweiwertigen Phenolen verwendet
werden. Aus Gründen der Erhältlichkeit und weil
es für die Zwecke dieser Erfindung besonders geeignet ist,
ist 2,2-Bis(4-Hydroxyphenyl)propan (Bisphenol-A oder „BPA")
ein bevorzugtes zweiwertiges Phenol, bei dem D in der Formel XII
Bis(4-Phenyl)isopropyliden ist.
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Beispiele
für Carbonatvorstufen schließen ein Carbonylbromid
eines zweiwertigen Phenols, ein Carbonylchlorid eines zweiwertigen
Phenols, ein Halogenformiat eines zweiwertigen Phenols und ein Bishalogenformiat
eines zweiwertigen Phenols ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Beispiele für Carbonatester schließen Diphenylcarbonat,
Dichlorphenylcarbonat, Dinaphthylcarbonat, Phenyltolylcarbonat und
Ditolylcarbonat ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
umfasst das aromatische Polycarbonatharz ein oder mehrere Harze
ausgewählt aus linearen aromatischen Polycarbonatharzen,
verzweigten aromatischen Polycarbonatharzen und Poly (estercarbonat)
harzen. Geeignete lineare aromatische Polycarbonate schließen
Bisphenol-A-Polycarbonatharze ein, sind darauf aber nicht beschränkt.
Geeignete verzweigte aromatische Polycarbonate werden zum Beispiel
durch Umsetzen einer polyfunktionellen aromatischen Verbindung mit
einem zweiwertigen Phenol und einer Carbonatvorstufe hergestellt,
um ein verzweigtes Polymer zu bilden. Beispiele für polyfunktionelle
aromatische Verbindungen schließen Trimellithanhydrid,
Trimellithsäure, Trimesinsäure, Trihydroxyphenylethan
und Trimellithyltrichlorid ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Geeignete Poly(estercarbonat)-Copolymere werden zum Beispiel durch
Umsetzen einer difunktionellen Carbonsäure wie etwa Terephthalsäure,
Isophthalsäure, 2,6-Naphthalsäure, Dodecandicarbonsäure
oder Mischungen von Säuren oder einem Derivat einer difunktionellen
Carbonsäure wie etwa einem Säurechlorid mit einem zweiwertigen
Phenol und einer Carbonatvorstufe hergestellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
hat das Polycarbonatharz in Methylenchlorid bei 25°C eine
intrinsische Viskosität in einem Bereich zwischen etwa
0,3 Dezilitern pro Gramm und etwa 1,5 Dezilitern pro Gramm. In einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist das Polycarbonatharz ein lineares Polycarbonatharz, das aus
Bisphenol-A und Phosgen erhalten wird. In einer alternativen bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polycarbonatharz
eine Mischung von zwei oder mehr Polycarbonatharzen. Wenn das Polycarbonatharz
eine Mischung von zwei oder mehr Polycarbonatharzen ist, können
die wenigstens zwei Harze aufgrund eines unterschiedlichen Monomergehalts unterschiedlich
sein, oder die wenigstens zwei Harze können einen ähnlichen
Monomergehalt haben, aber zum Beispiel aufgrund unterschiedlicher
Molekulargewichte unterschiedlich sein.
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Geeignete
aromatische Polycarbonatharze sind kommerziell erhältlich,
zum Beispiel LEXAN® Bisphenol-A-artige
Polycarbonatharze, die von der General Electric Company hergestellt
werden.
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Das
Silsesquioxan kann mit dem Polycarbonat durch Vermischen in einem
Mischgerät wie etwa einem Banbury-Mischer, einem Zwillingsschraubenextruder
oder dergleichen innig vermischt werden, um eine gleichmäßige
Dispersion des Polycarbonats und des Silsesquioxans zu bilden.
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Die
Menge an flammhemmendem Silsesquioxan sollte in einer Menge vorliegen,
die wenigstens ausreicht, um die Entflammbarkeit des Polycarbonatharzes
zu verringern, bevorzugt auf eine UL94-VO-Bewertung. Die Menge wird
zum Beispiel mit der Art des Polycarbonats und mit der Effizienz
des flammhemmenden Silsesquioxanzusatzstoffes variieren. Im Allgemeinen
liegt die Menge an flammhemmendem Silsesquioxanzusatzstoff jedoch
in einem Bereich zwischen etwa 0,1 Gewichtsprozent und etwa 20 Gewichtsprozent,
wünschenswerterweise in einem Bereich zwischen etwa 0,25
Gewichtsprozent und 10 Gewichtsprozent und bevorzugt in einem Bereich
zwischen etwa 0,5 Gewichtsprozent und etwa 3 Gewichtsprozent, basierend
auf dem Gewicht des Polycarbonats.
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Die
Zusammensetzungen können das flammhemmende Silsesquioxan
mit einem Zusatzstoff wie etwa wenigstens einem von einem Antitropfmittel,
einem Synergist, einem Stabilisator, einem schlagzähmachenden Hilfsstoff
oder einem Füllstoff einschließen. Die flammhemmende
Polycarbonat-Zusammensetzung kann mit inerten Füllstoffen
wie etwa Siliciumoxidfüllstoff, Kohlenstofffasern oder
Glasfasern verstärkt werden. Der Füllstoffanteil
kann in einem Bereich zwischen etwa 1 Teil und etwa 100 Teilen Füllstoff
pro 100 Gewichtsteilen der resultierenden Polycarbonat-Zusammensetzung
variieren. Das verstärkende Material ist typischerweise
ein verstärkendes Glasfaser-Mittel, mineralischer Füllstoff,
Talg, Lehm, Glimmer, Siliciumoxid, gemahlenes Glas, Splitterglas
oder Kohlenstofffasern. Bevorzugt wird Glasfaser oder filamentartiges
Glas als eine Verstärkung der vorliegenden Zusammensetzungen
verwendet. Für Zusammensetzungen, die für elektrische
Anwendungen verwendet werden sollen, ist es bevorzugt, fasrige Glasfilamente
zu verwenden, die Borosilikatglas umfassen, das relativ Natrium-frei
ist. Dieses ist als „E"-Glas bekannt. Die Filamente werden
durch Standardverfahren hergestellt, zum Beispiel durch Dampf- oder
Luft-Blasen, Flammenblasen oder mechanisches Ziehen. Die bevorzugten
Filamente für eine plastische Verstärkung werden
typischerweise durch mechanisches Ziehen hergestellt. Die Filamentdurchmesser
liegen bevorzugt in einem Bereich zwischen etwa 3 Mikrometern und
etwa 30 Mikrometern. Bei der Herstellung einer Formungszusammensetzung
ist es zweckmäßig, das filamentartige Glas in
der Form geschnittener Stränge mit einer Länge
in einem Bereich zwischen etwa 3,18 mm (1/8 Inch) und etwa 12,7
mm (1/2 Inch) zu verwenden.
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In
anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann
die Zusammensetzung schlagzähmachende Hilfsstoffe einschließen.
Besonders geeignete schlagzähmachende Hilfsstoffe schließen
im Allgemeinen kautschukartige schlagzähmachende Hilfsstoffe
ein. Diese sind Fachleuten gut bekannt und jeder mit Polyesterharzen
normalerweise verwendete von ihnen kann hier verwendet werden. Ein
bevorzugter schlagzähmachender Hilfsstoff umfasst ein acrylisch
oder methacrylisch gepfropftes Polymer eines konjugierten Diens
oder ein Acrylatelastomer, alleine oder mit einer aromatischen Vinylverbindung
copolymerisiert. Insbesondere nützlich sind Kern-Hüllen-Polymere
des von Rohm & Haas
erhältlichen Typs, zum Beispiel jene, die unter der Handelsbezeichnung
Acryloid® (Robin & Haas Company,
Philadelphia, Pennsylvania) verkauft werden. Im Allgemeinen enthalten
diese schlagzähmachenden Hilfsstoffe Einheiten, die aus
Butadien oder Isopren erhalten werden, alleine oder in Kombination
mit einer aromatischen Vinylverbindung, oder Butylacrylat, alleine
oder in Kombination mit einer aromatischen Vinylverbindung. Am meisten
bevorzugt umfasst der schlagzähmachende Hilfsstoff ein
zweistufiges Polymer mit entweder einem auf Butadien oder einem
auf Butylacrylat basierenden kautschukartigen Kern, der mit einer
Hülle gepfropft ist, die aus Polymethylmethacrylat zusammengesetzt
ist, und eine zweite Stufe, die aus Methylmethacrylat allein oder
in Kombination mit Styrol polymerisiert wurde. In der ersten Stufe
liegen zudem querverknüpfende Monomere, pfropfverknüpfende
Monomere oder Kombinationen von diesen vor. Beispiele für
die querverknüpfenden Monomere schließen 1,3-Butylendiacrylat,
Divinylbenzol und Butylendimethacrylat ein, sind aber nicht darauf
beschränkt. Beispiele für pfropfverknüpfende Monomere
schließen Allylacrylat, Allylmethacrylat und Diallylmaleat
ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Ein weiterer schlagzähmachender
Hilfsstoff schließt einen relativ hohen Gehalt einer Butadienpolymer-gepfropften
Grundlage ein, auf die Acrylnitril und Styrol gepfropft sind. Andere
geeignete schlagzähmachende Hilfsstoffe schließen
Ethylenvinylacetat, Ethylen/Ethylacrylat-Copolymere, SEES(Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol)-
und SBS(Styrol/Butadien/Styrol)-Blockcopolymere, EPDM(Ethylen/Propylen/Dien/Monomer)-
und EPR(Ethylen/Propylen/Kautschuk)-Copolymere, etc. ein, sind aber
nicht auf diese beschränkt.
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Die
Polycarbonat-Zusammensetzung kann einen Stabilisator enthalten.
Typischerweise werden solche Stabilisatoren mit einem Niveau in
einem Bereich zwischen etwa 0,01 Gewichtsprozent und etwa 10 Gewichtsprozent
und bevorzugt mit einem Niveau in einem Bereich zwischen etwa 0,05
Gewichtsprozent und etwa 2 Gewichtsprozent verwendet, basierend
auf dem Gewicht des Polycarbonats. Die bevorzugten Stabilisatoren
schließen eine oder mehrere Phosphoroxosäuren,
ein saures Phosphatsalz, ein Säurephosphit, ein Alkylphosphit,
ein Arylphosphit oder gemischte Phosphite mit wenigstens einer Wasserstoff-
oder Alkyl-Gruppe ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Ob eine bestimmte Verbindung zur Verwendung als ein Stabilisator
geeignet ist und wieviel davon als Stabilisator zu verwenden ist,
kann leicht durch Herstellen einer Mischung des Polycarbonats mit
und ohne die spezielle Verbindung und durch Bestimmen der Wirkung
auf die Schmelzviskosität oder die Farbbeständigkeit
bestimmt werden. Die sauren Phosphatsalze schließen Natriumdihydrogenphosphat,
Zinkmonophosphat, Kaliumhydrogenphosphat, Caliciumhydrogenphosphat
und dergleichen ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Das Phosphat kann ein Salz eines Gruppe IB- oder Gruppe IIB-Metalls
wie etwa Zinkphosphat, Kupferphosphat und dergleichen sein. Die
Phosphoroxosäuren schließen phosphorige Säure,
Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, hypophosphorige
Säure oder Kombinationen von diesen ein.
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die
Polycarbonat-Zusammensetzung frei von einem Halogenzusatzstoff oder
einem Schwermetall-haltigen Zusatzstoff. Allerdings kann die Polycarbonat-Zusammensetzung
in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
einen flammhemmenden Zusatzstoff einschließen, der in einigen
Fällen ein halogenierter aromatischer Flammhemmstoff sein
kann. Solche Hemmstoffe schließen Tetrabrombisphenol-A-Polycarbonatoligomer,
Polybromphenylether, bromiertes Polystyrol, bromiertes BPA-Polyepoxid,
bromierte Imide, bromiertes Polycarbonat, Poly(halogenarylacrylat), Poly(halogenarylmethacrylat)
oder Mischungen von diesen ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Poly(halogenarylacrylate) sind bevorzugt, wobei Poly(pentabrombenzylacrylat)
am meisten bevorzugt ist.
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Beispiele
für andere geeignete flammhemmende Zusatzstoffe sind bromierte
Polystyrole wie etwa Polydibromstyrol und Polytribromstyrol, Decabrombiphenylethan,
Tetrabrombiphenyl, bromierte alpha, omega-Alkylen-bis-phthalimide,
zum Beispiel N,N'-Ethylen-bis-tetrabromphthalimid, bromierte oligomere
Carbonate, insbesondere Carbonate, die aus Tetrabrombisphenol-A
erhalten werden, die an ihrem Ende mit Phenoxidgruppen versehen
(end-capped) sein können, bromierte Phenoxidgruppen oder
bromierte Epoxidharze. Andere Beispiele für aromatische
Carbonat-Flammhemmstoffe sind in dem
US-Patent
Nr. 4,636,544 von Hepp aufgeführt. Der flammhemmende
Zusatzstoff kann in einem Bereich zwischen etwa 10 Gewichtsprozent
und etwa 20 Gewichtsprozent vorliegen, basierend auf den Gewichtsprozenten
des Polycarbonatharzes in der Endzusammensetzung.
-
Ein
Silsesquioxan-Flammhemmstoff kann mit einem Synergist wie etwa einer
anorganischen Antimonverbindung verwendet werden. Typische Synergisten
schließen Antimonpentoxid (Sb2O5), Antimonsulfid (SbS3)
und dergleichen ein. Ein besonders bevorzugter Synergist ist Antimonoxid
(Sb2O3). Der Synergist
wird typischerweise in einem Bereich zwischen etwa 0,5 Gewichtsprozent
und etwa 15 Gewichtsprozent und mehr bevorzugt in einem Bereich
zwischen etwa 1 Gewichtsprozent und etwa 6 Gewichtsprozent verwendet,
basierend auf denm Gewichtsprozenten des Polycarbonatharzes in der
Endzusammensetzung.
-
Zudem
kann die Endzusammensetzung Polytetrafluorethylenartige Harze (PTFE)
oder Copolymere enthalten, die verwendet werden, um ein Tropfen
bei flammhemmenden Thermoplasten zu verringern. Die PTFE-artigen
Harze oder Copolymere liegen typischerweise in einem Bereich zwischen
etwa 0,01 Gewichtsprozent und etwa 1 Gewichtsprozent, basierend
auf der Gesamtzusammensetzung, und noch typischer in einem Bereich
zwischen etwa 0,2 Gewichtsprozent und etwa 0,5 Gewichtsprozent,
basierend auf der Gesamtzusammensetzung, vor. Bevorzugte Inhaltsstoffe
wie etwa Stabilisatoren, Formablösemittel, Schmiermittel, Färbestoffe,
Nukleierungshilffsmittel, Antioxidantien und UV-Absorber werden
in geringen Mengen verwendet, typischerweise zu weniger als 5 Gewichtsprozent
der Gesamtzusammensetzung.
-
Gegenstände,
die aus der flammhemmenden Polycarbonat-Zusammensetzung geformt
werden, insbesondere injektionsgeformte Einfassungen, sind zur Verwendung
in elektrischen Kommunikationsvorrichtungen wie etwa Kabelverbindungen,
Telefon, Computer, Video etc. und in Netzwerkanschlussvorrichtungen
für häusliche, kommerzielle und industrielle Verwendung
und beim Flugzeug- und Wolkenkratzerbau nützlich.
-
Damit
der Fachmann die vorliegende Erfindung besser nacharbeiten kann,
wird das folgende Beispiel als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung
angeführt. Alle Gewichte sind Gewichtsprozente der Gesamtzusammensetzung,
solange es nicht anderweitig angegeben ist.
-
BEISPIEL
-
In
diesem Beispiel werden Polycarbonatmischungen mit drei unterschiedlichen
Siloxanzusatzstoffen, Poly(phenylmethylsiloxan), (Phenylsilsesquioxan)-co-(dimethylsiloxan)
und Poly(phenylvinylsilsesquioxan), formuliert. Aus Polycarbonatformulierungen,
die entweder (Phenylsilsesquioxan)-co-(dimethylsiloxan) oder Poly(phenylvinylsilsesquioxan)
enthielten, geformte Flammstäbe bestanden den UL94-Flammtest
mit einer VO-Bewertung bei einer Dicke von 3,18 mm (1/8 Inch) und
1,59 mm (1/16 Inch).
-
Es
ist für Polycarbonat-Zusammensetzungen zudem nötig,
dass sie leicht zu verarbeiten sind. Poly(phenylmethylsiloxan)-haltige
Polycarbonatformulierungen als Flammhemmstoff waren sehr schwer
zu extrudieren und zu formen. Im scharfen Gegensatz dazu waren analoge
Mischungen, die entweder (Phenylsilsesquioxan)-co-(dimethylsiloxan)
oder Poly(phenylvinylsilsesquioxan) enthielten, sehr leicht zu verarbeiten. Zusätzlich
zeigen aus einer Formulierung, die Polycarbonat zusammen mit 5 Gewichtsprozent Poly(phenylvinylsilsesquioxan),
eine niedrige Beladung mit dem Antitropfmittel Poly(tetrafluorethylen)
(0,1 Gewichtsprozent), einem Synergist wie etwa Kaliumdiphenylsulfon-3-sulfonat
(0,3 Gewichtsprozent) und amorphem Kieselpulver (0,3 Gewichtsprozent)
enthielten, geformte Teile eine Verbesserung in der Lichtdurchlässigkeit.
Der Prozentsatz an Durchlässigkeit betrug bei einer Dicke
von 1,59 mm (1/16 Inch) 63,3%. Ein optischer Vergleich der gleichen
Formulierung mit dem Poly(phenylmethylsiloxan) aus Tabelle 1, das
anstelle des Silsesquioxans verwendet wurde, zeigte einen signifikanten
Unterschied in der Opazität, wobei die Silsesquioxanformulierung lichtdurchlässig
erschien, gegenüber der Kontrollmischung mit Poly(phenylmethylsiloxan),
die undurchlässig erschien. Kein Prozentsatz der Durchlässigkeit
wurde für die Kontrollformulierung gemessen, aber von ihm wird
angenommen, dass er ungewünscht niedrig ist.
-
Die
Polycarbonate in diesem Beispiel wurden von GE Plastics erhalten.
Drei Zusätze: Poly(phenylmethylsiloxan), (Phenylsilsesquioxan)-co-(dimethylsiloxan)
und Poly(phenylvinylsilsesquioxan) wurden von Gelest Chemicals erhalten.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Zusätze
sind in Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1
| Zusatzstoff | %
Phenyl | MW | MN | physikalischer
Zustand |
| Poly(phenylmethylsiloxan) | - | 1640 | 861 | viskose
Flüssigkeit |
| (Phenylsilsesquioxan)-co-(dimethylsiloxan) | 70 | 8866 | 257 | weißer
Feststoff |
| Poly(phenylvinylsilsesquioxan) | 90 | 6415 | 1404 | weißer
Feststoff |
-
Epoxy
Epon 828, ein Bisphenol-A oligomeres Epoxidharz, wurde von Shell
Chemicals erhalten, Epoxy ECN 1299, ein ortho-Cresolformaldehyd-Novolak-Harz
wurde von Ciba Specialty Chemicals erhalten und Epoxy ERL 4221,
ein cycloaliphatisches Diepoxid, wurde Union Carbide erhalten. Das
Polycarbonat/Polytetrafluorethylen-Copolymer enthielt 10% Polytetrafluorethylen
(PTFE), das in Polycarbonat dispergiert war. Reimersalze, wie etwa
Kaliumperfluorbutansulfonat, wurden aus zwei Quellen erhalten: 3M
und Bayer Chemicals. Amorphes Kieselpulver (mit einem Oberflächenbereich
von 140 Quadratmetern pro Gramm) wurde von Degussa erhalten.
-
Die
Zugabe eines Silsesquioxan zu dem wenigstens einen Polycarbonat
kann durchgeführt werden, indem alle Mischungskomponenten
vor der Schmelzverarbeitung vermischt werden. Alternativ kann entweder ein
Silsesquioxan oder ein Silsesquioxan in Kombination mit wenigstens
einem weiteren Zusatzstoff mit wenigstens einer Polycarbonatkomponente
in einem vorhergehenden Verarbeitungsschritt zu einem Konzentrat vereinigt
werden. Solche Konzentrate werden oft durch Schmelzverarbeitung
verarbeitet. Das Konzentrat kann dann mit den verbleibenden Mischungskomponenten
vereinigt werden.
-
Das
folgende allgemeine Verfahren wurde verwendet, um die Polycarbonatmischungen
herstellen. Trockene Mischungen wurden in einem Herschel-Mischer
kräftig vermischt, um eine gleichmäßige
Dispersion aller Komponenten bereitzustellen. Die Mischungen wurden
dann mit einem Welding Engineers Zwillingsschraubenextruder bei
260°C (500°F) extrudiert. Flammstäbe
für UL94-Tests wurden mit einem 30-Tonnen-Engel-Injektionsformer
geformt. Die Schmelztemperatur wurde auf 260°C (500°F)
gehalten und die Formtemperatur wurde konstant auf 180°C
gehalten. Die UL94-Tests wurden an Stabproben vorgenommen, die vor dem
Testen für mindestens 48 Stunden unter UL-spezifischen
Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen konditioniert wurden. Ein
Minimum von 10 Flammstäben wurde pro Probe getestet. Schmelzfluss-Indexwerte (MFI)
wurden mit einem Tinius Olsen Extrusion Plastometer erhalten. Die
Messungen wurden bei 300°C mit einem 1,2-Kilogrammgewicht
und einer 6-minütigen Äquilibrierungszeit durchgeführt.
Die Messungen wurden dreimal durchgeführt und der Mittelwert
wird angegeben.
-
Die
TABELLE 2 schließt Beschreibungen der Zusammensetzungen
ein, die auf flammhemmende Eigenschaften hin bewertet wurden. PC-1,
PC-2, PC-3 und PC-4 sind Bisphenol-A-Homopolycarbonatharze mit intrinsischen
Viskositäten von etwa 0,47 Dezilitern pro Gramm (dl/g),
0,55 dl/g, 0,65 dl/g bzw. 1,3 dl/g, gemessen in Chloroform bei 25°C.
PC ist ein leicht verzweigtes Polycarbonat. TABELLE 2
| Material | Mischung
1 | Mischung
2 | Mischung
3 | Mischung
4 | Mischung
5 | Mischung
6 |
| PC-1
(%) | 69,5 | 63,2 | 63,6 | 63,9 | 64,2 | 69,5 |
| PC-2
(%) | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 29,5 | 20,0 | 20,0 |
| PC-3
(%) | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 0 | 5,0 | 2,8 |
| PC-4
(%) | 0 | 5,0 | 5,0 | 0 | 5,0 | 5,0 |
| PC-PTFE-Mischung (10%
PTFE) (%) | 2,5 | 0 | 0 | 2,5 | 1,0 | 2,5 |
| Epoxidharz Epon
828 (%) | 0 | 1,0 | 0 | 0,5 | 0 | 0 |
| Epoxidharz ECN
1299 (%) | 0 | 0 | 1,0 | 0 | 0 | 0 |
| Siloxanzusatzstoff | 4,3 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 1,0 |
| Kaliumdiphenylsulfonsulfonat
(%) | 0 | 0 | 0 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| Kaliumperfluorobutylsulfonat
(%) | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0 | 0 | 0 |
| Fluss-Förderer | 0 | 0,3 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Epoxidzusatzstoff (Union
Carbide ERL 4221) (%) | 0,3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,3 |
| CaCO3 (%) | 0 | 0,3 | 0 | 0 | 0 | 0,3 |
| TiO2 (%) | 0,3 | 0 | 0,3 | 0,3 | 0 | 0,3 |
| Kieselpulver (%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,3 | 0 |
-
Die
Mischungen 1 bis 6 wurden für jeden der Siloxanzusatzstoffe
der Tabelle 1 formuliert. Ernste Vermischungs- und Formungsprobleme
wurden bei den Proben 1 bis 6 beobachtet, die mit Poly(phenylmethylsiloxan)
formuliert waren, siehe TABELLE 3. Zusätzlich zeigten die
geformten Teile offensichtliche Zeichen von Delaminierung und Abschrägung,
während analoge Mischungen, die Phenylsilsesquioxan-co-dimethylsiloxan und
Poly(phenylvinylsilsesquioxan) enthielten, leicht zu verarbeiten
waren und keine offensichtlichen Oberflächenschäden
zeigten.
-
Polycarbonat-Zusammensetzungen,
die Poly(phenylmethylsiloxan) enthielten, wurden wie in TABELLE
2 gezeigt formuliert. Für die Mischungen 1 und 3 wurde
die UL94-Leistung mit 10 Stäben von 3,18 mm (1/8 Inch)
und 10 Stäben von 1,59 mm (1/16 Inch) Dicke bewertet. Die
UL94-Ergebnisse einschließlich der durchschnittlichen Flammenauszeit
(flame-out time, FOT) und des Tropfverhaltens dieser Stäbe
sind in TABELLE 3 angegeben. TABELLE 3
| Mischung Nr. | durchschnittliche FOT
bei 1,59 mm | Tropfen
beobachtet bei 1,59 mm | UL94-Bewertung
bei 1,59 mm | durchschnittliche FOT
bei 3,18 mm | Tropfen
beobachtet bei 3,18 mm | UL94-Bewertung
bei 3,18 mm |
| 3 | 44,3
Sek. | Ja | V2 | 3,6
Sek. | Nein | VO |
| 6 | 10,1
Sek. | Nein | V1 | 3,4
Sek. | Nein | VO |
-
Die
angegebene FOT ist die durchschnittliche, für 10 Stäbe
beobachtete Flammauszeit.
-
Als
Nächstes wurden Polycarbonatmischungen mit (Phenylsilsesquioxan)-co-(dimethylsiloxan)
mit den in TABELLE 2 gezeigten Zusammensetzungen formuliert. Sechs Zusammensetzungen
wurden zu Flammstäben mit einer Dicke von 1,59 mm (1/16
Inch) und 3,18 mm (1/8 Inch) injektionsgeformt, die auf ihre UL94-Leistung
hin bewertet wurden. Die sechs Zusammensetzungen entwickelten sich
sehr gut. Beide Dicken aller sechs Zusammensetzungen durchliefen
den UL94-Test mit einer VO-Bewertung. Die Schmelzfluss-Indexwerte
(MFI) lagen in einem Bereich zwischen etwa 15 Gramm pro 10 Minuten
(g/10 min) und etwa 30 g/10 min, was hervorragende Fließeigenschaften
anzeigt. Die UL94-Ergebnisse, die Schmelzfluss-Indexwerte und die optischen
Eigenschaften für jede der sechs Mischungen sind in Tabelle
4 angegeben. Ein Tropfen wurde für keine der Mischungen
weder für den Flammstab mit 1,59 mm (1/16 Inch) noch für
den mit 3,18 mm (1/8 Inch) Dicke beobachtet. TABELLE 4
| Mischung Nr. | durchschnittliche FOT
bei 1,59 mm | UL94-Bewertung
bei 1,59 mm | durchschnittliche FOT
bei 3,18 mm | UL94-Bewertung
bei 3,18 mm | MFI
(g/10 min) | optische
Eigenschaften |
| 1 | 5,1
Sek. | VO | 1,2
Sek. | VO | 16,52 | undurchlässig |
| 2 | 2,9
Sek. | VO | 2,1
Sek. | VO | 17,83 | undurchlässig |
| 3 | 3,2
Sek. | VO | 2,2
Sek. | VO | 22,3 | undurchlässig |
| 4 | 3,0
Sek. | VO | 1,9
Sek. | VO | 30,0 | undurchlässig |
| 5 | 2,4
Sek. | VO | 1,5
Sek. | VO | 15,29 | undurchlässig |
| 6 | 4,3
Sek. | VO | 1,5
Sek. | VO | 20,16 | undurchlässig |
-
Die
angegebene FOT ist die durchschnittliche Flammenauszeit, die für
10 Stäbe beobachtet wurde.
-
Dann
wurden Mischungen, die Polycarbonat und Poly(phenylvinylsilsesquioxan)
als den flammhemmenden Zusatzstoff enthielten, wie in TABELLE 2
gezeigt formuliert. Injektionsgeformte Flammstäbe aller
Formulierungen durchliefen den UL94-Test sowohl für die
Dicke von 3,18 mm (1/8 Inch) als auch für die von 1,59 mm
(1/16 Inch) mit einer VO-Bewertung, mit der Ausnahme der Mischung
2, die V-1 war. Für die Schmelzfluss-Indexwerte dieser
Zusammensetzungen wurde gefunden, dass sie in einem Bereich zwischen
etwa 15 g/10 min und etwa 25 g/10 min liegen, was hervorragende
Schmelzflusseigenschaften anzeigt. Die UL94-Ergebnisse für
jede Formulierung und die entsprechenden Schmelzfluss-Indexwerte
sind in TABELLE 5 gezeigt. Ein Tropfen wurde für keine
der Mischungen weder für den Flammstab mit einer Dicke
von 1,59 mm (1/16 Inch) noch für den mit 3,18 mm (1/8 Inch)
beobachtet. TABELLE 5
| Mischung Nr. | durchschnittliche FOT
bei 1,59 mm | UL94-Bewertung
bei 1,59 mm | durchschnittliche FOT
bei 3,18 mm | UL94-Bewertung
bei 3,18 mm | MFI
(g/10 min) | optische
Eigenschaften |
| 1 | 4,78
Sek. | VO | 3,99
Sek. | VO | 20,8 | undurchlässig |
| 3 | 2,86
Sek. | VO | 2,94
Sek. | VO | 25,1 | undurchlässig |
| 4 | 3,21
Sek. | VO | 2,51
Sek. | VO | 20,31 | undurchlässig |
| 5 | 3,74
Sek. | VO | 2,49
Sek. | VO | 18,04 | bei
1,6 mm %T = 63,3% |
| 6 | 2,74
Sek. | VO | 2,09
Sek. | VO | 16,78 | undurchlässig |
-
Die
angegebene FOT ist die durchschnittliche Flammenauszeit, die für
10 Stäbe beobachtet wurde.
-
Im
Ergebnis haben die Polycarbonatsilsesquioxan-haltigen Formulierungen
gute flammhemmende Eigenschaften und ihre Schmelzfluss-Indexwerte
liegen in dem hohen Fliessbereich (15–30 g/10 min), was
hervorragende Schmelzflusseigenschaften anzeigt. Darüber
hinaus sind diese Formulierungen leicht zu verarbeiten und die Phenylvinylsilsesquioxan-haltigen
Zusammensetzungen zeigten hervorragende optische Eigenschaften (wie
es durch die vorstehend beschriebene Verbesserung der Durchlässigkeit
angezeigt wird). Diese Ergebnisse zeigen die Vorteile der Silsesquioxan-Zusammensetzungen
als effektive Flammhemmstoffe für Polycarbonat-Zusammensetzungen.
-
Wenngleich
typische Ausführungsformen zum Zweck der Veranschaulichung
angegeben wurden, sollten die vorhergehenden Beschreibungen nicht
als eine Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung
angesehen werden. Demgemäß können verschiedene
Modifikationen, Adaptionen und Alternativen dem Fachmann in den
Sinn kommen, ohne von dem Geist und dem Umfang der vorliegenden
Erfindung abzuweichen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Eine
flammhemmende Polycarbonat-Zusammensetzung schließt (A)
wenigstens ein Polycarbonat und (B) einen Silsesquioxan-Flammhemmstoff
ein. Die flammhemmende Polycarbonat-Zusammensetzung kann hergestellt
werden, indem ein Polycarbonat bereitgestellt wird und eine flammhemmende
Menge eines Silsesquioxans in das Polycarbonat eingefügt
wird. Ein Gegenstand kann aus der Zusammensetzung geformt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4217438 [0014]
- - US 4701566 [0018]
- - US 4636544 [0031]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Flammability
of Plastic Materials Bulletin" vom 24. Januar 1980 [0003]
- - „Flammability of Plastic Materials Bulletin", 24.
Januar 1980 [0007]
- - R.F. Curtis und K.O. Lewis im Journal of the Chemical Society
(England), 1962, S. 420 [0018]
- - R.F. Curtis im Journal of the Chemical Society (England),
1962, S. 417 [0018]
