DE102023117705A1 - Polypropylenharzzusammensetzung mit ausgezeichneter flammhemmung und formbarkeit - Google Patents

Polypropylenharzzusammensetzung mit ausgezeichneter flammhemmung und formbarkeit Download PDF

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JeongGil KO
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Abstract

Eine Ausführungsform der Polypropylenharzzusammensetzung enthält, bezogen auf ein Gesamtgewicht davon, ein hochkristallines Polypropylenharz mit 20-50 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei das hochkristalline Polypropylenharz einen isotaktischen Pentadenanteil, gemessen gemäß der C13-NMR-Methode, von 96 % oder mehr aufweist, ein hochfließfähiges Polypropylenharz mit 5-15 Gew.-% des Gesamtgewichts, eine Glasfaser mit 10-35 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei die Glasfaser einen durchschnittlichen Durchmesser von 5-15 µm und eine durchschnittliche Länge von 1-16 mm aufweist, eine Glaswolle mit 1-5 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei die Glaswolle einen durchschnittlichen Durchmesser von 1-6 µm und eine durchschnittliche Länge von 30-300 µm aufweist, ein Phosphat-Flammschutzmittel mit 15-25 Gew.-% des Gesamtgewichts, ein Fluor-Flammschutzhilfsmittel mit 0,1-0,4 Gew.-% des Gesamtgewichts, und ein Kompatibilisierungsmittel mit 1-4 Gew.-% des Gesamtgewichts.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Polypropylenharzzusammensetzung mit ausgezeichneter Flammhemmung und Formbarkeit.
  • HINTERGRUND
  • Mit dem jüngsten Trend zu hoher Leistung, hoher Integration, hohem Output, und kompakter Größe von Fahrzeugen und verschiedenen elektronischen Bereichen steigt die Betriebstemperatur und nimmt die Energiedichte allmählich zu, und die dadurch verursachte erhöhte Wärmeentwicklung erhöht das Brandrisiko auf verschiedenen Gebieten. Insbesondere bei Batterien für Elektrofahrzeuge kann ein Brand zu einem Explosionsunfall führen, und daher sind Eigenschaften erforderlich, die eine Entzündung verhindern oder die weitere Entwicklung der Entzündung verlangsamen, um solche Großbrände zu vermeiden. Das heißt, es besteht die Notwendigkeit, eine Polypropylenharzzusammensetzung zu entwickeln, die ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, um Feuer zu verhindern oder die weitere Entwicklung der Verbrennung eines Produkts zu verlangsamen, selbst wenn ein Feuer ausbricht, indem sie Materialien von Endplatten, oberen Abdeckungen, seitlichen Abdeckungen und Sammelschienengehäusen eines Batteriemoduls, die Batteriezellen umgeben, flammhemmend macht und sie gleichzeitig eine ausgezeichnete Formbarkeit und eine ausgezeichnete äußere Qualität eines Endprodukts aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Ausführungsform der Offenbarung stellt eine Polypropylenharzzusammensetzung bereit, die eine ausgezeichnete Flammhemmung, mechanische Eigenschaften und Formbarkeit aufweist, ohne Antimonoxid zu verwenden. In diesem Fall wurde in der Harzzusammensetzung eine hohe Flammhemmung durch die Kombination einer Phosphatverbindung und eines Fluor-Flammschutzhilfsmittels erhalten. Zur Erzielung hoher mechanischer Eigenschaften und ausgezeichneter Formbarkeit wird hochkristallines Polypropylen mit hoher Kristallinität und breiter Molekulargewichtsverteilung mit Glasfasern und Glaswolle kombiniert, wodurch der Verzug reduziert wird.
  • Weitere Ausführungsformen der Offenbarung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch praktische Anwendung der Offenbarung erlernt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung enthält eine Polypropylenharzzusammensetzung mit ausgezeichneter Flammhemmung und Formbarkeit die folgenden Komponenten A-1 bis E, bezogen auf ein Gesamtgewicht davon:
    • (A-1) 20 bis 50 Gew.-% eines hochkristallinen Polypropylenharzes, das einen isotaktischen Pentadenanteil, gemessen gemäß der C13-NMR-Methode, von 96 % oder mehr aufweist;
    • (A-2) 5 bis 15 Gew.-% eines hochfließfähigen Polypropylenharzes;
    • (B-1) 10 bis 35 Gew.-% einer Glasfaser, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 15 µm und eine durchschnittliche Länge von 1 bis 16 mm aufweist;
    • (B-2) 1 bis 5 Gew.-% einer Glaswolle, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 6 µm und eine durchschnittliche Länge von 30 bis 300 µm aufweist;
    • (C) 20 bis 30 Gew.-% eines Phosphat-Flammschutzmittels;
    • (D) 0,1 bis 0,4 Gew.-% eines Fluor-Flammschutzhilfsmittels; und
    • (E) 1 bis 4 Gew.-% eines Kompatibilisierungsmittels.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und/oder weitere Ausführungsformen der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und leichter zu verstehen sein, in denen:
    • 1 eine Aufnahme ist, die den Verzug einer Formprobe aus Beispiel 1 zeigt;
    • 2 eine Aufnahme ist, die den Verzug einer Formprobe aus Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
    • 3 eine Aufnahme ist, die das äußere Aussehen einer Formprobe aus Beispiel 1 zeigt; und
    • 4 eine Aufnahme ist, die das äußere Aussehen einer Formprobe aus Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird nun im Detail auf die Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Elemente beziehen.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und sollten nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen zur Verfügung gestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und dem Fachmann den Umfang der Offenbarung vollständig vermittelt.
  • Die hier verwendeten Begriffe werden lediglich zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen verwendet. So schließt ein im Singular verwendeter Ausdruck den Ausdruck des Plurals ein, es sei denn, er hat im Kontext eine eindeutig andere Bedeutung. Darüber hinaus sollen Begriffe wie „enthalten“ oder „aufweisen“ auf das Vorhandensein von Merkmalen, Schritten, Funktionen, Komponenten oder Kombinationen davon hinweisen, die in der Beschreibung offenbart sind, und nicht die Möglichkeit ausschließen, dass ein oder mehrere andere Merkmale, Schritte, Funktionen, Komponenten oder Kombinationen davon vorhanden sind oder hinzugefügt werden können.
  • Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird. Daher sollten diese Begriffe nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert werden, es sei denn, sie sind hier ausdrücklich so definiert. Die hier verwendeten Singularformen schließen auch die Pluralformen ein, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas Anderes hervor.
  • Darüber hinaus bedeuten die Begriffe „etwa“, „im Wesentlichen“ usw., die in der gesamten Beschreibung verwendet werden, dass, wenn ein natürlicher Herstellungsfehler und ein zulässiger Substanzfehler angenommen werden, ein solcher zulässiger Fehler einem Wert entspricht oder dem Wert ähnlich ist, und dass solche Werte dem klaren Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dienen oder einen unbewussten Verletzer daran hindern sollen, die Offenbarung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illegal zu nutzen. Die in der Beschreibung beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen sind nur illustrativ und sollen nicht alle Ausführungsformen der Offenbarung darstellen, so dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Offenbarung abzuweichen.
  • Darüber hinaus werden die in der vorliegenden Offenbarung verwendeten Begriffe lediglich zur Beschreibung von Ausführungsformen verwendet und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Ein Ausdruck, der in der Einzahl verwendet wird, schließt den Ausdruck in der Mehrzahl mit ein, es sei denn, er hat im Kontext eine eindeutig andere Bedeutung. Auch die Reihenfolge der Schritte, die bei den Verfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden, kann geändert werden, es sei denn, die Reihenfolge der Schritte ist besonders beschrieben.
  • Eine Polypropylenharzzusammensetzung mit ausgezeichneter Flammhemmung und Formbarkeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält die folgenden Komponenten A-1 bis E, bezogen auf ein Gesamtgewicht davon:
    • (A-1) 20 bis 50 Gew.-% eines hochkristallinen Polypropylenharzes, das einen isotaktischen Pentadenanteil, gemessen gemäß der C13-NMR-Methode, von 96 % oder mehr aufweist;
    • (A-2) 5 bis 15 Gew.-% eines hochfließfähigen Polypropylenharzes;
    • (B-1) 10 bis 35 Gew.-% einer Glasfaser, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 15 µm und eine durchschnittliche Länge von 1 bis 16 mm aufweist;
    • (B-2) 1 bis 5 Gew.-% einer Glaswolle, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 6 µm und eine durchschnittliche Länge von 30 bis 300 µm aufweist;
    • (C) 20 bis 30 Gew.-% eines Phosphat-Flammschutzmittels;
    • (D) 0,1 bis 0,4 Gew.-% eines Fluor-Flammschutzhilfsmittels; und
    • (E) 1 bis 4 Gew.-% eines Kompatibilisierungsmittels.
  • Nachfolgend werden die einzelnen Komponenten näher beschrieben.
  • A-1: Hochkristallines Polypropylenharz
  • Das hochkristalline Polypropylenharz A-1, das ein hochkristallines Polypropylenharz ist, das einen isotaktischen Pentadenanteil, gemessen gemäß der C13-NMR-Methode, von 96% oder mehr und einen Polydispersitätsindex von weniger als 5 aufweist, weist einen Schmelzindex von 20 bis 50 g/10min auf. Das hochkristalline Polypropylenharz A-1 weist aufgrund seiner hohen Kristallinität eine ausgezeichnete mechanische Steifigkeit auf und reduziert die Bildungszeit durch Verringerung der Abkühlzeit aufgrund der schnellen Kristallinduktion während eines Abkühlprozesses. Insbesondere in dem Fall, in dem der Schmelzindex des hochkristallinen Polypropylenharzes A-1 20 bis 50 g/10min beträgt, ist die Fließfähigkeit der Harzzusammensetzung für die Bildung geeignet. Wenn der Polydispersitätsindex unter 5 liegt, können Schlageigenschaften und Steifigkeit eines Formprodukts gleichmäßig gezeigt werden, und der Gehalt des Polypropylenharzes kann 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf ein Gesamtgewicht, betragen. Bei weniger als 20 Gew.-% des hochkristallinen Polypropylenharzes A-1 verschlechtern sich die inhärenten Eigenschaften des Polypropylenharzes, was zu einer geringeren Funktionalität der gesamten Zusammensetzung führt, und es ist schwierig, ein Formprodukt herzustellen, da die Bildung nicht einfach ist. Im Gegensatz dazu, bei mehr als 50 Gew.-% des hochkristallinen Polypropylenharzes A, kann sich die Flammhemmung eines Produkts verschlechtern.
  • A-2: Hochfließfähiges Polypropylenharz
  • Das hochfließfähige Polypropylenharz A-2 ist ein Polypropylenharz, das durch Reaktion mit Peroxydicarbonat, einem organischen Peroxid, umgebildet wird, um eine verbesserte Fließfähigkeit aufzuweisen und das einen Schmelzindex von 500 bis 1000 g/10min aufweist. In diesem Zusammenhang enthält das organische Peroxid 0,05 bis 5 Gewichtsteile Peroxydicarbonat, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polypropylenharzes, und der Gehalt des umgebildeten Polypropylenharzes beträgt 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht. Bei weniger als 5 Gew.-% des hochfließfähigen Polypropylenharzes A-2 von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Fließfähigkeit abnehmen, was zu einer Verschlechterung der Formbarkeit und einem mangelhaften Aussehen führt. Bei mehr als 15 Gew.-% des hochfließfähigen Polypropylenharzes A-2 können sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtern.
  • Das Peroxydicarbonat-basierte organische Peroxid kann durch die nachstehende Formel 1 dargestellt werden. R1-OC(O)OOC(O)O-R2 Formel 1:
  • In Formel 1 sind R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander CH3, C2H5CH(CH3), Cl3CC(CH3)2, C7H15, c-C6H11CH2, Cl3Si(CH2)3, CH3CH(OCH3)CH2CH2, C6H5OCH2CH2, C6H5CH2, Z-C8H17CH=CH(CH2)8, (CH3)2CHCH2CH(CH3), Cl3C, CHCH(Cl), ClCH2, [C2H5OC(O)]2CH(CH3), C8H17, C2H5, C18H37, oder 2-Oxo-1,3-dioxolan-4-CH2. Genauer gesagt kann das Peroxydicarbonat-basierte organische Peroxid mindestens eines enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diethylperoxydicarbonat, Dipropylperoxydicarbonat, Isopropylperoxydicarbonat, Dibutylperoxydicarbonat, Diethylhexylperoxydicarbonat, Dioctylperoxydicarbonat, Ditetrabutylcyclohexylperoxydicarbonat, Dimyristylperoxydicarbonat, und Dicetylperoxydicarbonat.
  • B-1: Glasfaser
  • Die Glasfaser B-1 als eine anorganische Verstärkung ist eine Faser, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 15 µm aufweist und die auf eine durchschnittliche Länge von 1 bis 16 mm zerkleinert ist und der Gehalt der Glasfaser B-1 beträgt 10 bis 35 Gew.-%. Eine Glasfaser, die mit Aminosilan oberflächenbehandelt ist, weist einen durchschnittlichen Durchmesser von 9 bis 13 µm und eine Länge von 3,0 bis 4,5 mm auf. In diesem Fall, bei kleiner als 10 Gew.-% der Glasfaser, weist ein Formprodukt keine ausreichende Steifigkeit und eine geringere Verzugsfestigkeit auf. Bei mehr als 35 Gew.-% der Glasfaser B-1 können sich die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Schlagzähigkeit, eines Formprodukts verschlechtern, was zu einem Bruch durch eine äußere Kraft führen kann. Die Glasfaser B-1, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 15 µm und einer durchschnittlichen Länge von 1 bis 16 mm aufweist, ist effizient, um die mechanischen Eigenschaften der Polypropylenharzzusammensetzung zu verbessern.
  • B-2: Glaswolle
  • Die Glaswolle B-2 als eine anorganische Verstärkung ist eine Glaswolle, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 6 µm und eine durchschnittliche Länge von 30 bis 300 µm aufweist, und der Gehalt der Glaswolle B-2 beträgt 1 bis 5 Gew.-%. Glaswolle, die ein Material ist, das durch Schmelzen von Glas bei einer hohen Temperatur hergestellt wird und aus dem mit Hilfe einer schnellen Zentrifugalkraft eine Faser, die einen sehr kleinen Durchmesser aufweist, erhalten wird, hat einen kleineren Durchmesser und ist flexibler als eine Glasfaser, so dass weniger Verformung verursacht wird, und leicht dünne Filme gebildet werden. Darüber hinaus weist die Glaswolle B-2 eine hohe thermische Beständigkeit und Kratzfestigkeit auf, was zu einem ausgezeichneten äußeren Aussehen führt. Wenn der durchschnittliche Durchmesser der Glaswolle B-2 jedoch weniger als 1 µm beträgt, verschlechtert sich die Verarbeitbarkeit, was zu einer Verringerung der Produktivität führt, und sie ist für ein Arbeitsumfeld nicht bevorzugt. Im Gegenteil, wenn der durchschnittliche Durchmesser 6 µm überschreitet, kann sich das Aussehen eines Formprodukts verschlechtern. Wenn der Gehalt der Glaswolle B-2 1 bis 5 Gew.% beträgt, kann eine ausgezeichnete Verzugsfestigkeit und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Kratzfestigkeit erhalten werden, was zu einem ausgezeichneten Aussehen nach der Bildung führt.
  • C: Phosphat-Flammschutzmittel
  • Das Phosphat-Flammschutzmittel C als ein Phosphor-basiertes Flammschutzmittel kann eine Polyphosphat- oder Piperazinsäurepolyphosphatverbindung sein, und der Gehalt des Phosphat-Flammschutzmittels C kann 15 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, betragen. Bei weniger als 15 Gew.-% des Phosphat-Flammschutzmittels C kann sich die Flammhemmung verschlechtern. Bei mehr als 25 Gew.-% des Phosphatflammschutzmittels C können sich dagegen die mechanischen Eigenschaften verschlechtern.
  • D: Fluor-Flammschutzhilfsmittel
  • Das Fluor-Flammschutzhilfsmittel D kann eine Mischung aus einem Fluorharz und einem Methylmethacrylatpolymer sein. Darüber hinaus kann das Fluorharz Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Vinylidenfluorid, ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Fluoralkylvinylether, und ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen sein, die unabhängig voneinander oder in einer Kombination von mindestens zwei davon verwendet werden können.
  • Darüber hinaus kann das Fluor-Flammschutzhilfsmittel D gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung als eine Mischung aus Polytetrafluorethylen und einem Methylmethacrylat-Polymer in einer Menge von 0,1 bis 0,4 Gew.-% zugegeben werden. In einem Verfahren zum Mischen der Fluorverbindung mit einem Harz und zum Extrudieren der Mischung zum Tropfschutz während des Brandes bildet die Fluorverbindung ein feinfaseriges Netzwerk in dem Harz, was zu einer Abnahme der Fließviskosität des Harzes und einer Zunahme der Schrumpfungsrate führt, um ein Tropfen des Harzes zu verhindern. Bei weniger als 0,1 Gew.-% des Fluor-Flammschutzhilfsmittels D nimmt die Tropfschutz-Eigenschaft ab, was zu einer Verschlechterung der Flammhemmung führt, und bei mehr als 0,5 Gew.-% des Fluor-Flammschutzhilfsmittels D kann sich die Fließfähigkeit verschlechtern, was zu Mängeln bei der Bildung führt.
  • E: Kompatibilisierungsmittel
  • Das Kompatibilisierungsmittel E ist ein mit Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen (PP-g-MAH) mit einem Maleinsäureanhydrid-Pfropfverhältnis von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen und weist einen Schmelzindex von 80 bis 150 g/10min auf. Das Kompatibilisierungsmittel E ist ein Homopolymer oder Copolymer aus Propylen, das mit Maleinsäureanhydrid gepfropft ist. Wenn der Schmelzindex des Kompatibilisierungsmittels E 80 bis 150 g/10min beträgt, ist die Fließfähigkeit der Harzzusammensetzung für die Bildung geeignet, und es kann ein Formprodukt, das ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweist, hergestellt werden. Der Gehalt des Kompatibilisierungsmittels kann 1 bis 4 Gew.-% betragen, bezogen auf das Gesamtgewicht. Bei weniger als 1 Gewichtsprozent des Kompatibilisierungsmittels E verschlechtert sich die Bindungsstärke der Komponenten, die die Zusammensetzung bilden, was zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und zu Defekten wie Poren führt. Im Gegensatz dazu, bei mehr als 4 Gew.-% des Kompatibilisierungsmittels, verschlechtert sich die Fließfähigkeit, was zu einer Verschlechterung der Formbarkeit und einem mangelhaften Aussehen führt.
  • Darüber hinaus kann eine Polypropylenharzzusammensetzung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Zugfestigkeit von 80 MPa oder mehr aufweisen.
  • Darüber hinaus kann eine Polypropylenharzzusammensetzung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Schlagzähigkeit von 7,5 kJ/m2 oder mehr aufweisen.
  • Nur wenn die Zugfestigkeit 80 MPa oder mehr und die Schlagzähigkeit 7,5 kJ/m2 oder mehr beträgt, eignet sich die Polypropylenharzzusammensetzung mit ausgezeichneter Flammhemmung und Formbarkeit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zur Verwendung als ein Material für Kunststoff-Spritzgussteile, wie beispielsweise ein Modulgehäuse in Batteriepacks von Hybridfahrzeugen, Plug-in-Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen.
  • Beispiele
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele ausführlicher beschrieben. Die folgenden Beispiele dienen jedoch lediglich der Veranschaulichung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
  • Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Harze und Verbindungen sind wie folgt:
    • - Hochkristallines Polypropylenharz A-1: ein Propylen-Homopolymerharz (Schmelzindex von 22 g/10min, Polydispersitätsindex von 4,7 und isotaktischer Pentadenanteil von 96,2%)
    • - Hochfließfähiges Polypropylenharz A-2: eine Polypropylenharzzusammensetzung, die eine verbesserter Fließfähigkeit durch Umbildung eines Polypropylenharzes durch Reaktion mit 0,05 bis 5 Gewichtsteilen Peroxydicarbonat (Schmelzindex von 1000 g/10min) aufweist, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polypropylenharzes A-2
    • - Glasfaser B-1: zerkleinerte Glasfaser (durchschnittlicher Durchmesser von 5 bis 15 µm und durchschnittliche Länge von 1 bis 16 mm)
    • - Glaswolle B-2: Glaswolle (durchschnittlicher Durchmesser von 1 bis 6 µm und durchschnittliche Länge von 30 bis 300 µm)
    • - Anorganische Verstärkung Talk B-3: Talk (planarer Talk, Durchmesser 3 bis 5 µm)
    • - Phosphat-Flammschutzmittel C-1: Piperazinsäurepolyphosphatverbindung
    • - Ammoniumphosphat-Flammschutzmittel C-2: Ammoniumpolyphosphatverbindung
    • - Fluor-Flammschutzhilfsmittel D: Mischung aus Polytetrafluorethylen und Methylmethacrylat-Polymer
    • - Kompatibilisierungsmittel E: Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen (Schmelzindex von 100 g/10min mit einem Maleinsäureanhydrid-Pfropfverhältnis von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen)
  • Herstellungsbeispiele
  • Die Harze und Verbindungen, deren Typen und Gehalte in Tabelle 1 aufgeführt sind (Einheit: Gewichtsteile), wurden in einem Doppelschneckenextruder bei einer Temperatur von 180 bis 220 °C zu Pellets schmelzgemischt. Anschließend wurden mit einer Spritzgussmaschine (ENGEL 180T) Proben für die Messung der mechanischen Eigenschaften und die Prüfung des Aussehens hergestellt. Als Einspritzbedingungen wurden eine Temperatur von 210 °C, ein Druck von 55 bar, eine Geschwindigkeit von 30 mm/s, eine Zeit von 6 Sekunden, eine Kühlzeit von 40 Sekunden und eine Formtemperatur von 55°C aufrechterhalten. Tabelle 1
    Zusammensetzung Bsp. 1 Bsp. 2 Vgl.-Bsp. 1 Vgl.-Bsp. 2 Vgl.-Bsp. 3 Vgl.-Bsp. 4 Vgl.-Bsp. 5
    Hochkristallines Polypropylenharz A-1 33,7 44,7 43,7 56,7 44 33,7 39,7
    Hochfließfähiges Polypropylenharz A-2 10 10 - - - 10 14
    Glasfaser B-1 28 18 31 - 31 31 28
    Glaswolle B-2 3 3 - - - - 3
    Talk B-3 - - - 21 - - -
    Phosphat-Flammschutzmittel C-1 22 22 22 - 22 22 12
    Ammoniumpolyphosphat Flammschutz mittel C-2 - - - 22 - - -
    Fluor-Flammschutzhilfsmittel D 0,3 0,3 0,3 0,3 - 0,3 0,3
    Kompatibilisierungsmittel E 3 2 3 - 3 3 3
  • Versuchsbeispiele
  • Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Polypropylenharz-Zusammensetzungen und die daraus hergestellten spritzgegossenen Proben wurden nach den folgenden Verfahren geprüft. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt.
    • (1) Schmelzindex: Der Schmelzindex wurde gemäß dem Standardprüfverfahren ISO 1133 gemessen. Eine Zylindertemperatur war jedoch 230 °C, und eine Belastung war 2,16 kgf.
    • (2) Zugfestigkeit: Die Zugfestigkeit wurde gemäß dem Standardprüfverfahren ISO 527 gemessen, mit der Ausnahme, dass eine ISO 3167 Typ A Probe verwendet wurde und eine Geschwindigkeit war 5 mm/min. In diesem Fall wurde eine ausgezeichnete Zugfestigkeit von 80 MPa oder mehr erreicht.
    • (3) Izod-Schlagzähigkeit: Die Izod-Schlagzähigkeit wurde gemäß dem Standardprüfverfahren ISO 180 gemessen, mit der Ausnahme, dass die Größe der Probe 80 × 10 × 4 mm betrug und eine gekerbte Probe verwendet wurde. In diesem Fall wurde mit einer Izod-Schlagzähigkeit von 7,5 kJ/m2 oder mehr eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit erzielt.
    • (4) Flammhemmung: Die Flammhemmung wurde gemäß dem Standardprüfverfahren ASTM D3801 (UL94) gemessen, mit der Ausnahme, dass eine Dicke der Probe 1,5 mm betrug.
    • (5) Formbarkeit: Die Formbarkeit wurde bewertet, indem eine 130 × 130 mm große, spritzgegossene, flache Probe für 48 Stunden bei Raumtemperatur gehalten und dann die Probe auf eine flache Oberfläche gelegt wurde, um den Grad des Verzugs und das Aussehen visuell zu bewerten. In diesem Fall wurde der Grad des Verzugs als „ausgezeichnet“ bewertet, wenn der Verzug innerhalb von 10 mm von der Oberfläche blieb, als „mittelmäßig“, wenn der Verzug mehr als 10 mm und gleich oder weniger als 20 mm blieb, und als „schlecht“, wenn der Verzug über 20 mm blieb.
    Tabelle 2
    Parameter Bsp. 1 Bsp. 2 Vgl.-Bsp. 1 Vgl.-Bsp. 2 Vgl.-Bsp. 3 Vgl.-Bsp. 4 Vgl.-Bsp. 5
    Schmelzindex der Harzzusammensetzung (g/10min) 8 10 3 7 3 9 10
    Zugfestigkeit (MPa) 105 85 100 30 102 101 108
    Izod-Schlagzähigkeit (kJ/m)2 9,2 8,5 9,3 4 9,0 9,2 9,6
    Flammhemmung (UL94 vertikal brennend) V-o V-o V-o V-o V-2 V-o V-2
    Formbarkeit (Verzug, Aussehen) Ausgezeichnet Ausgezeichnet Schlecht Mittelmäßig Schlecht Schlecht Ausgezeichnet
  • Es wurde bestätigt, dass die Proben der Beispiele 1 und 2, die die Bereiche der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Tabelle 1 erfüllen, eine Zugfestigkeit von 80 MPa oder mehr, eine Schlagzähigkeit von 7,5 kJ/m2 oder mehr, eine ausgezeichnete Flammhemmung von V-o und eine ausgezeichnete Formbarkeit erfüllten, wie in den 1 bis 3 dargestellt.
  • Im Gegenteil, es wurde bestätigt, dass das Vergleichsbeispiel 1 eine schlechte Formbarkeit aufwies, wie in 2 und 4 gezeigt, weil das hochfließfähige Polypropylenharz A-2 und die Glaswolle B-2 darin nicht enthalten waren.
  • Darüber wurde bestätigte, dass die Probe des Vergleichsbeispiels 2 aufgrund einer Zugfestigkeit von 30 MPa und einer Schlagzähigkeit von 4 kJ/m2 nicht die gewünschten mechanischen Eigenschaften und eine mittelmäßige Formbarkeit aufwies, weil der Anteil des hochkristallinen Polypropylenharzes A-1 50 % überschritt, als anorganische Verstärkung nur Talk B-3 anstelle von Glasfaser B-1 und Glaswolle B2 enthalten war, als Flammschutzmittel nur die Ammoniumpolyphosphatverbindung C-2 enthalten war und das Kompatibilisierungsmittel E nicht enthalten war.
  • Außerdem wurde bestätigt, dass die Probe des Vergleichsbeispiels 3 eine Flammhemmung von V-2 und eine schlechte Formbarkeit aufwies, weil das hochfließfähige Polypropylenharz A-2, die Glaswolle B-2 und das Fluor-Flammschutzhilfsmittel D nicht enthalten waren.
  • Außerdem wurde bestätigt, dass die Probe des Vergleichsbeispiels 4 eine schlechte Formbarkeit aufwies, weil die Glaswolle B-2 darin nicht enthalten war, und die Probe des Vergleichsbeispiels 5 eine Flammhemmung von V-2 aufwies, weil der Gehalt an Phosphat-Flammschutzmittel C-1 weniger als 15 % betrug.
  • Die flammhemmende Polypropylenharzzusammensetzung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist ausgezeichnete flammhemmende und mechanische Eigenschaften auf und weist insbesondere eine ausgezeichnete Formbarkeit auf, so dass sie effektiv bei der Herstellung von großformatigen Spritzgussteilen oder dünnen Filmen verwendet werden kann. Darüber hinaus kann die flammhemmende Polypropylenharzzusammensetzung als umweltfreundliches flammhemmendes Material eingestuft werden, indem ein Phosphat-Flammschutzmittel verwendet wird, ohne dass ein herkömmliches giftiges Halogen-Flammschutzharz verwendet wird. Durch die Verwendung von Glaswolle, die einen kleineren Durchmesser hat und flexibler ist als Glasfaser, kann der Verzug während eines Bildungsprozesses reduziert und ein ausgezeichnetes äußeres Aussehen erhalten werden, so dass die flammhemmende Polypropylenharzzusammensetzung in verschiedenen Bereichen, wie beispielsweise bei elektrischen und elektronischen Teilen und Baumaterialien sowie Fahrzeugen, anwendbar ist und eine Leichtgewichteigenschaft und wirtschaftliche Durchführbarkeit erhalten werden kann.
  • Obwohl Ausführungsformen der Offenbarung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für diejenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse verfügen, offensichtlich, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der Offenbarung abzuweichen, deren Umfang in den Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist.

Claims (20)

  1. Polypropylenharzzusammensetzung, umfassend, bezogen auf ein Gesamtgewicht davon: ein hochkristallines Polypropylenharz mit 20 bis 50 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei das hochkristalline Polypropylenharz einen isotaktischen Pentadenanteil, gemessen gemäß der C13 -NMR-Methode, von 96 % oder mehr aufweist; ein hochfließfähiges Polypropylenharz mit 5 bis 15 Gew.-% des Gesamtgewichts; eine Glasfaser mit 10 bis 35 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei die Glasfaser einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 15 µm und eine durchschnittliche Länge von 1 bis 16 mm aufweist; eine Glaswolle mit 1 bis 5 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei die Glaswolle einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 6 µm und eine durchschnittliche Länge von 30 bis 300 µm aufweist; ein Phosphat-Flammschutzmittel mit 15 bis 25 Gew.-% des Gesamtgewichts; ein Fluor-Flammschutzhilfsmittel mit 0,1 bis 0,4 Gew.-% des Gesamtgewichts; und ein Kompatibilisierungsmittel mit 1 bis 4 Gew.-% des Gesamtgewichts.
  2. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das hochkristalline Polypropylenharz einen Schmelzindex von 20 bis 50 g/10min aufweist.
  3. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das hochfließfähige Polypropylenharz durch Reaktion mit Peroxydicarbonat umgebildet wird.
  4. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 3, wobei das Peroxydicarbonat durch die nachstehende Formel 1 dargestellt wird: R1-OC(O)OOC(O)O-R2, [Formel 1] in Formel 1 sind R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander CH3, C2H5CH(CH3), Cl3CC(CH3)2, C7H15, C-C6H11CH2, Cl3Si(CH2)3, CH3CH(OCH3)CH2CH2, C6H5OCH2CH2, C6H5CH2, Z-C8H17CH=CH(CH2)8, (CH3)2CHCH2CH(CH3), Cl3C, CHCH(Cl), ClCH2, [C2H5OC(O)]2CH(CH3), C8H17, C2H5, C18H37, oder 2-Oxo-1,3-dioxolan-4-CH2.
  5. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 3, wobei das Peroxydicarbonat mindestens eine Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diethylperoxydicarbonat, Dipropylperoxydicarbonat, Isopropylperoxydicarbonat, Dibutylperoxydicarbonat, Diethylhexylperoxydicarbonat, Dioctylperoxydicarbonat, Ditetrabutylcyclohexylperoxydicarbonat, Dimyristylperoxydicarbonat, und Dicetylperoxydicarbonat.
  6. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 3, wobei ein Gehalt des Peroxydicarbonats 0,05 bis 5 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des hochfließfähigen Polypropylenharzes, beträgt.
  7. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das hochfließfähige Polypropylenharz einen Schmelzindex von 500 bis 1000 g/10min aufweist.
  8. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Phosphat-Flammschutzmittel Polyphosphat oder Piperazinsäurepolyphosphat umfasst.
  9. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Fluor-Flammschutzhilfsmittel eine Mischung aus einem Fluorharz und einem Methylmethacrylatpolymer umfasst.
  10. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 9, wobei das Fluorharz mindestens eine Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, einem Copolymer aus Tetrafluorethylen und Vinylidenfluorid, einem Copolymer aus Tetrafluorethylen und Fluoralkylvinylether, und einem Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen.
  11. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Kompatibilisierungsmittel Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen (PP-g-MAH) mit einem Maleinsäureanhydrid-Pfropfverhältnis von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen umfasst.
  12. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Kompatibilisierungsmittel einen Schmelzindex von 80 bis 150 g/10min aufweist.
  13. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Polypropylenharzzusammensetzung eine Zugfestigkeit von 80 MPa oder mehr aufweist.
  14. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Polypropylenharzzusammensetzung eine Schlagzähigkeit von 7,5 kJ/m2 oder mehr aufweist.
  15. Polypropylenharzzusammensetzung, umfassend, bezogen auf ein Gesamtgewicht davon: ein hochkristallines Polypropylenharz mit 20 bis 50 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei das hochkristalline Polypropylenharz einen isotaktischen Pentadenanteil, gemessen gemäß der C13 -NMR-Methode, von 96% oder mehr aufweist, und einen Schmelzindex von 20 bis 50 g/10min aufweist; ein hochfließfähiges Polypropylenharz mit 5 bis 15 Gew.-% des Gesamtgewichts und das einen Schmelzindex von 500 bis 1000 g/10min aufweist; eine Glasfaser mit 10 bis 35 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei die Glasfaser einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 bis 15 µm und eine durchschnittliche Länge von 1 bis 16 mm aufweist; eine Glaswolle mit 1 bis 5 Gew.-% des Gesamtgewichts, wobei die Glaswolle einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 6 µm und eine durchschnittliche Länge von 30 bis 300 µm aufweist; ein Phosphat-Flammschutzmittel mit 15 bis 25 Gew.-% des Gesamtgewichts; ein Fluor-Flammschutzhilfsmittel mit 0,1 bis 0,4 Gew.-% des Gesamtgewichts; und ein Kompatibilisierungsmittel mit 1 bis 4 Gew.-% des Gesamtgewichts.
  16. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 15, wobei das hochfließfähige Polypropylenharz durch Reaktion mit Peroxydicarbonat umgebildet wird.
  17. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 16, wobei das Peroxydicarbonat durch die nachstehende Formel 1 dargestellt wird: R1-OC(O)OOC(O)O-R2 [Formel 1] in Formel 1 sind R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander CH3, C2H5CH(CH3), Cl3CC(CH3)2, C7H15, C-C6H11CH2, Cl3Si(CH2)3, CH3CH(OCH3)CH2CH2, C6H5OCH2CH2, C6H5CH2, Z-C8H17CH=CH(CH2)8, (CH3)2CHCH2CH(CH3), Cl3C, CHCH(Cl), ClCH2, [C2H5OC(O)]2CH(CH3), C8H17, C2H5, C18H37, oder 2-Oxo-1,3-dioxolan-4-CH2.
  18. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 16, wobei das Peroxydicarbonat mindestens eine Verbindung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diethylperoxydicarbonat, Dipropylperoxydicarbonat, Isopropylperoxydicarbonat, Dibutylperoxydicarbonat, Diethylhexylperoxydicarbonat, Dioctylperoxydicarbonat, Ditetrabutylcyclohexylperoxydicarbonat, Dimyristylperoxydicarbonat, und Dicetylperoxydicarbonat.
  19. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 16, wobei ein Gehalt an Peroxydicarbonat 0,05 bis 5 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des hochfließfähigen Polypropylenharzes, beträgt.
  20. Polypropylenharzzusammensetzung gemäß Anspruch 15, wobei: das Phosphat-Flammschutzmittel Polyphosphat oder Piperazinsäurepolyphosphat umfasst; das Fluor-Flammschutzhilfsmittel eine Mischung aus einem Fluorharz und einem Methylmethacrylatpolymer umfasst; und das Kompatibilisierungsmittel Maleinsäureanhydrid-gepfropftes Polypropylen (PP-g-MAH) mit einem Maleinsäureanhydrid-Pfropfverhältnis von 0,01 bis 20 Gewichtsteilen umfasst und einen Schmelzindex von 80 bis 150 g/10min aufweist.
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