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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine oligomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
und eine flammverzögernde
thermoplastische Harzzusammensetzung, die dieselben enthält.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Seit
langer Zeit war es ein Hauptziel beim Durchführen von Forschung und Entwicklung
von Harzen, eine Technik zu finden, um die Flammverzögerung von
thermoplastischen Harzen zu verbessern. Bislang wurde eine Vielzahl
von Verbindungen als Flammverzögerungsmittel
vorgeschlagen. Flammverzögerungsmittel, die
im Allgemeinen auf dem Gebiet der thermoplastischen Harze verwendet
werden, schließen
ein Flammverzögerungsmittel,
das auf einer halogenierten Verbindung, insbesondere einer Bromverbindung,
basiert, und ein Phosphorflammverzögerungsmittel, das auf einem
Phosphorsäureester
basiert, ein. Solche Flammverzögerungsmittel
werden mit einem fluorierten Polyolefin als Abtropfhemmungsmittel
oder einer Antimonverbindung als Flammverzögerungshilfsmittel verwendet.
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JP
2000 154277 A (Shikoku Chem Corp.) offenbart eine flammverzögernde Harzzusammensetzung, die
mindestens ein Phosphoramid als wirksamen Bestandteil enthält.
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US-A-4
062 909 offenbart flammverzögernde
Polymerzusammensetzungen, die Phosphoramidate, hergestellt durch
die Reaktion eines Phosphorhalogenidats mit einem Amin in einem
organischen Verdünnungsmittel,
das eine wässrige
Lösung
eines Alkalimetalls oder Ammoniumhydroxids enthält, enthalten.
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Weil
aber die Besorgnis über
Umweltprobleme wächst,
gibt es einen Trend, die Anwendung von auf Halogen basierenden Flammverzögerungsmitteln
zu beschränken.
Deshalb ist das Phosphorflammverzögerungsmittel, das frei von
jeder Halogenverbindung ist, für
das Flammverzögerungsmittel
bevorzugt. Ein solches Phosphorflammverzögerungsmittel schließt monomere
aromatische Phosphorsäureesterverbindungen, wie
Triphenylphosphat, Tricresylphosphat und dergleichen, ein. Die Flammverzögerungsmittel,
die die monomeren aromatischen Phosphorsäureesterverbindungen umfassen,
können
ausgezeichnete Flammverzögerung
und erwünschte
mechanische Eigenschaften bereitstellen. Jedoch wandert ein solches
Flammverzögerungsmittel
in der Regel auf die Oberfläche
eines Formgegenstands während
des Formvorgangs, wodurch ein Ausschwitzphänomen verursacht wird. Weiterhin
gibt es einen Nachteil dahingehend, dass Wärmebeständigkeit der erhaltenen Harzzusammensetzung
stark vermindert wird.
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Um
die vorstehend erwähnten
Probleme zu überwinden,
offenbaren die Japanischen Patent-Offenlegung-Veröffentlichungs-Nummern
Sho59-24736, Sho59-45351 und Sho59-202240 folglich die Verwendung einer
oligomeren, kondensierten Phosphorsäureesterverbindung als ein
Flammverzögerungsmittel
für thermoplastische
Harze. Die offenbarten Flammverzögerungsmittel
haben dahingehend Vorteile, dass sie ein vermindertes Ausschwitzphänomen beinhalten,
während
sie die Wärmebeständigkeit
des erhaltenen Harzes, wenn sie auf thermoplastische Harze angewendet
werden, relativ verbessern. Jedoch zeigen sie eine verminderte Flammverzögerung,
verglichen mit jenen, die erhalten werden, wenn die gleiche Menge
des Flammverzögerungsmittels,
das auf dem monomeren Phosphorsäureester
basiert, verwendet wird. Deshalb ist es notwendig, das Flammverzögerungsmittel
in einer erhöhten
Menge zuzusetzen, um einen gleichen Grad an Flammverzögerung zu
erzielen.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde daher ausgeführt, um die vorstehend erwähnten Probleme
des Standes der Technik zu lösen.
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Gemäß einem
Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oligomere
Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
bereitzustellen, die Eigenschaften, wie Flammverzögerung,
mechanische Eigenschaften, Bearbeitbarkeit, Schlagfestigkeit, Wärmebeständigkeit
und dergleichen, durch Zusetzen/Addition einer funktionellen Gruppe,
die ein Stickstoffatom enthält
und eine starke Elektronenaffinität für die herkömmliche oligomere Phosphorsäureesterverbindung
aufweist, verbessern kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es eine Aufgabe,
eine flammverzögernde
thermoplastische Harzzusammensetzung bereitzustellen, die die vorstehend
genannte oligomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
enthält.
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Deshalb
betrifft gemäß einem
Aspekt die vorliegende Erfindung eine oligomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
wiedergegeben durch die nachstehende allgemeine Formel I:
worin
X 1 oder 2 ist; R
1 eine C
6-C
20-Arylgruppe, eine Alkyl-substituierte C
6-C
20-Arylgruppe
oder ein Derivat davon darstellt; R
2 eine
C
6-C
30-Arylgruppe,
eine Alkyl-substituierte C
6-C
30-Arylgruppe
oder ein Derivat davon darstellt; und n + m 1 bis 5 ist.
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Gemäß weiteren
Aspekten betrifft die vorliegende Erfindung eine flammverzögernde thermoplastische Harzzusammensetzung,
umfassend 100 Gewichtsteile eines thermoplastischen Harzes und 1
bis 35 Gewichtsteile der oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1a, 1b bzw. 1c sind
Kurven, die die Ergebnisse von IR-, NMR- und LC-Analyse der in den
Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
I erläutern.
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2a, 2b bzw. 2c sind
Kurven, die die Ergebnisse von IR-, NMR- und LC-Analyse der in den
Beispielen der vorliegenden Erfindung verwendeten Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
II zeigen.
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3a bzw. 3b sind
Kurven, die Ergebnisse von IR- und NMR-Analyse der in den Vergleichsbeispielen
der vorliegenden Erfindung verwendeten Phosphorsäureesterverbindung I zeigen.
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4a bzw. 4b sind
Kurven, die Ergebnisse von IR-und NMR-Analyse der in den Vergleichsbeispielen
der vorliegenden Erfindung verwendeten Phosphorsäureesterverbindung II zeigen.
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KURZBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
wird die vorliegende Erfindung genauer beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
bereitgestellt, die durch die nachstehende allgemeine Formel I wiedergegeben
wird:
worin
X 1 oder 2 ist; R
1 eine C
6-C
20-Arylgruppe, eine Alkyl-substituierte C
6-C
20-Arylgruppe
oder ein Derivat davon darstellt; R
2 eine
C
6-C
30-Arylgruppe,
eine Alkyl-substituierte C
6-C
30-Arylgruppe
oder ein Derivat davon darstellt; und n + m 1 bis 5 ist.
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Das
R1 ist vorzugsweise eine Phenylgruppe, oder
eine Phenylgruppe, die mit einer Alkylgruppe, beispielsweise Methyl,
Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Isobutyl,
Isoamyl, tert-Amyl oder dergleichen, substituiert ist. Bevorzugter
ist das R1 eine Phenylgruppe, oder eine
Phenylgruppe, die mit Methyl-, Ethyl-, Isopropyl- oder tert-Butylgruppe substituiert
ist.
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Das
R2 ist ein Rest, der vorzugsweise von Diphenolen,
wie Resorcin, Hydrochinon oder Bisphenol A abgeleitet ist.
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Die
oligomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
der allgemeinen Formel I wird zuerst durch Umsetzen eines aromatischen
Alkohols, der die Gruppe R1 enthält, und
Morpholin mit Phosphoroxychlorid (POCl3)
bei einer Temperatur von 50 bis 200°C, in Gegenwart eines geeigneten
Katalysators, hergestellt, um ein Arylmorpholinochlorphosphat zu
erhalten. Das Arylmorpholinochlorphosphat wird dann mit einer Hydroxyarylverbindung,
die die Gruppe R2 enthält, bei einer Temperatur von
70°C bis
220°C, in
Gegenwart eines geeigneten Katalysators umgesetzt. Ein Polymerisationsverfahren,
das in diesem Verfahren angewendet werden kann, schließt ein Lösungspolymerisationsverfahren
oder ein Schmelzpolymerisationsverfahren ein. Der zum Herstellen
der oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
mit der allgemeinen Formel I gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendete Katalysator schließt Metallchloride, beispielsweise
Aluminiumchlorid (AlCl3), Magnesiumchlorid
(MgCl2), Zinkchlorid (ZnCl2)
oder dergleichen, ein. Auch ist es bevorzugt, ein tertiäres Amin,
beispielsweise Triethylamin, zuzusetzen, um ein Nebenprodukt, das
sich aus der Reaktion ergibt; das heißt HCl, zu entfernen.
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Die
synthetisierten oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindungen, die durch das
vorstehende Verfahren hergestellt wurden, können Verbindungen enthalten,
worin n und m alle 0 sind, in einer Menge von 0 bis 10 Gewichtsprozent,
in Abhängigkeit
von dem angewendeten Reaktionsverfahren. Das synthetisierte Material
kann wie es ist, oder nachdem es verfeinert wurde, verwendet werden.
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Nun
wird die thermoplastische Harzzusammensetzung, die die oligomere
Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält,
bezüglich
jeder Komponente genauer beschrieben.
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(A) Thermoplastische Harzzusammensetzung
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Das
thermoplastische Harz, das verwendet werden kann, um die flammverzögernde thermoplastische Harzzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung herzustellen, schließt Polycarbo natgrundharze,
Polyphenylenethergrundharze, Polyolefingrundharze, wie Polyethylen
oder Polypropylen; polymere Vinylcarbonsäure oder deren Derivate, wie
Polyalkylacrylat, Polyalkylmethacrylat, Polyacrylamid, Polyacrylnitril
oder Polyacrylsäure;
Harz auf vinylaromatischer Grundlage, wie Polystyrol; auf Dien basierende
Harze, wie Polybutadien oder Polyisopren; Harze auf Polyamid-Grundlage,
wie Nylon 6 oder Nylon 66; und Harze auf Polyester-Grundlage, wie
Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat, ein, ist jedoch
nicht darauf begrenzt. Auch deren Copolymere sowie deren Homopolymere
können
verwendet werden. Hier können
die Copolymere statistische, Block- oder gepfropfte Copolymere einschließen. Zusätzlich kann
ein Gemisch von zwei oder mehreren, ausgewählt aus den vorstehend erwähnten thermoplastischen
Harzen, verwendet werden.
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Das
aromatische Polycarbonatharz, das gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, kann durch Umsetzen eines Diphenols, ausgedrückt durch
die nachstehende allgemeine Formel II, mit Phosgen, Halogenameisensäureester
oder Kohlensäurediester,
hergestellt werden.
worin A eine Einfachbindung,
C
1-C
5-Alkylen, C
1-C
5-Alkyliden, C
3-C
6-Cycloalkyliden,
-S- oder -SO
2- darstellt.
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Besondere
Beispiele des Diphenols der allgemeinen Formel II schließen Hydrochinon,
Resorcin, 4,4'-Dihydroxydiphenyl,
2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan,
2,2-Bis-(3-chlor-4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(3,5-dichlor-4-hydroxyphenyl)-propan
und dergleichen ein.
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Als
Polycarbonat kann jenes, das eine verzweigte Kette aufweist, verwendet
werden. Vorzugsweise kann es durch Zusetzen einer tri- oder mehrfunktionellen
Verbindung, beispielsweise einer Verbindung mit 3 oder mehr Phenolgruppen,
in einer Menge von 0,05 bis 2 Molprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht
des bei der Polymerisation verwendeten Diphenols, hergestellt werden.
Auch ist es möglich,
ein aromatisches Po lyestercarbonatharz, das aus der Polymerisationsreaktion
in Gegenwart einer Estervorstufe, beispielsweise einer bifunktionellen
Carbonsäure,
erhalten wurde, anzuwenden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat das Polycarbonatharz vorzugsweise ein gewichtsmittleres
Molekulargewicht von 10 000 bis 200 000 und bevorzugter ein gewichtsmittleres
Molekulargewicht von 15 000 bis 80 000.
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Das
vinylaromatische Polymer, das gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, schließt
vinylaromatische Copolymere, die aus der Copolymerisation von 50
bis 95 Gewichtsprozent Styrol, α-Methylstyrol,
Halogen, Alkyl-substituiertem Styrol oder einem Gemisch davon, und
5 bis 50 Gewichtsprozent Acrylnitril, Methacrylnitril, C1-C8-Methacrylsäurealkylester,
C1-C8-Acrylsäurealkylester,
Maleinsäureanhydrid, C1-C4-Alkyl, Phenylkern-substituiertem
Maleimid oder einem Gemisch davon, stammen, ein. Es kann auch ein Gemisch
von zwei oder mehreren Copolymeren angewendet werden.
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Der
C1-C8-Methacrylsäurealkylester
oder C1-C8-Acrylsäurealkylester
gehört
zu einer Klasse von Methacrylsäureestern
bzw. Acrylsäureestern.
Beide von ihnen sind Ester, die von einem einwertigen Alkohol mit 1
bis 8 Kohlenstoffatomen abgeleitet sind. Beispiele für den C1-C8-Methacrylsäurealkylester
oder C1-C8-Acrylsäurealkylester
können
Methacrylsäuremethylester,
Methacrylsäureethylester,
Acrylsäureethylester
und Methacrylsäurepropylester
einschließen.
Der Methacrylsäuremethylester
kann besonders bevorzugt sein.
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Das
bevorzugte vinylaromatische Copolymer schließt Copolymere von Styrol, Acrylnitril
und Methacrylsäuremethylestermonomer,
das selektiv eingesetzt werden kann, Copolymere von α-Methylstyrol, Acrylnitril
und Methacrylsäuremethylestermonomer,
das selektiv eingesetzt werden kann, Copolymere von Styrol, α-Methylstyrol,
Acrylnitril und Methacrylsäuremethylestermonomer,
das selektiv eingesetzt werden kann, und dergleichen ein. Dieses
Copolymer wird gewöhnlich
durch das herkömmliche
Emulsionspolymerisationsverfahren, Suspensionspolymerisationsverfahren
oder Massepolymerisationsverfahren hergestellt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es bevor zugt, das Copolymer mit einem gewichtsmittleren
Molekulargewicht von 15 000 bis 200 000 anzuwenden.
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Als
weiteres bevorzugtes vinylaromatisches Copolymer kann ein Copolymer
von Styrol und Maleinsäureanhydrid
verwendet werden. Vorzugsweise liegt der Gehalt von Maleinsäureanhydrid
in einem Bereich von 5 bis 25 Gewichtsprozent, obwohl das Zusammensetzungsverhältnis der
zwei Komponenten in einem breiten Bereich variiert werden kann.
Dieses Copolymer kann auch durch das herkömmliche kontinuierliche Massepolymerisationsverfahren
oder Lösungspolymerisationsverfahren
hergestellt werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es bevorzugt, ein solches vinylaromatisches Copolymer
mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 20 000 bis 200
000 und einer Grenzviskosität
von 0,3 bis 0,9 anzuwenden.
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Weiterhin
können
als das vinylaromatische Copolymer, das gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, Kautschuk-modifizierte Pfropf-Copolymere
verwendet werden. Das vinylaromatische, Kautschuk-modifizierte Pfropf-Copolymer
kann durch Pfropfpolymerisieren von 5 bis 95 Gewichtsteilen von
einem Monomergemisch, zusammengesetzt aus 50 bis 95 Gewichtsprozent
Styrol, α-Methylstyrol,
Halogen, Alkyl-substituiertem Styrol oder einem Gemisch davon, und
5 bis 50 Gewichtsprozent Acrylnitril, Methacrylnitril, einem C1-C8-Methacrylsäurealkylester,
einem C1-C8-Acrylsäurealkylester,
Maleinsäureanhydrid,
einem C1-C4-Alkyl,
Phenylkern-substituiertem Maleimid oder einem Gemisch davon, auf
5 bis 95 Gewichtsteile eines Kautschukpolymers von beispielsweise
Butadienkautschuk, Acrylkautschuk, Ethylen/Propylen/Kautschuk, Styrol/Butadien/Kautschuk,
Acrylnitril/Butadien/Kautschuk, Isoprenkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
(EPDM), einem Polyorganosiloxan/Polyalkyl(meth)acrylat-Kautschukverbundwerkstoff
oder einem Gemisch davon, hergestellt werden.
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Der
C1-C8-Methacrylsäurealkylester
oder C1-C8-Acrylsäurealkylester
gehört
zu einer Klasse von Methacrylsäureestern
bzw. Acrylsäureestern.
Beide von ihnen sind Ester, die von einem einwertigen Alkohol mit 1
bis 8 Kohlenstoffatomen abgeleitet sind. Beispiele für den C1-C8-Methacrylsäurealkylester
oder C1-C8-Acrylsäurealkylester
können
Meth acrylsäuremethylester,
Methacrylsäureethylester,
Acrylsäureethylester
und Methacrylsäurepropylester
einschließen.
Der Methacrylsäuremethylester
kann ein besonders bevorzugter sein.
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Das
bevorzugte vinylaromatische Kautschukmodifizierte Pfropf-Copolymer
gemäß der vorliegenden Erfindung
schließt
Copolymere, erhalten durch Pfropf-Copolymerisation eines Gemisches
von Styrol, Acrylnitril und (Meth)acrylsäurealkylestermonomer, die selektiv
eingeschlossen sein können,
zu Butadienkautschuk, Acrylkautschuk oder Styrol/Butadien/Kautschuk
ein. Unter ihnen sind ABS-Pfropf-Copolymeren besonders bevorzugt.
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Das
Verfahren zum Herstellen des vorstehend genannten Pfropf-Copolymers
schließt
das herkömmliche
Emulsionspolymerisationsverfahren, Suspensionspolymerisationsverfahren,
Lösungspolymerisationsverfahren
oder Massepolymerisationsverfahren ein. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Kautschuk-modifizierte Pfropf-Copolymer durch Einführen des
vorstehend erwähnten aromatischen
Vinylmonomers in Gegenwart eines kautschukartigen Polymers und Durchführen von
Emulsionspolymerisation oder Massepolymerisation, unter Anwendung
eines Polymerisationsstarters, hergestellt. Vorzugsweise hat der
Kautschuk eine Größe von 0,05
bis 4 μm,
um die Schlagfestigkeit und Oberflächeneigenschaften der Formgegenstände zu verbessern.
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Die
Polyphenylenethergrundharze, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können,
können
einzeln oder in einer Kombination mit Styrolgrundpolymer verwendet
werden.
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Besondere
Beispiele für
Polyphenylenethergrundharz schließen Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)ether,
Poly(2,6-diethyl-1,4-phenylen)ether, Poly(2,6-dipropyl-1,4-phenylen)ether,
Poly(2-methyl-6-ethyl-1,4-phenylen)ether, Poly(2-methyl-6-propyl-1,4-phenylen)ether,
Poly(2-ethyl-6-propyl-1,4-phenylen)ether,
Poly(2,6-diphenyl-1,4-phenylen)ether, Copolymere von (2,6-Dimethyl-1,4-phenylen)ether
und (2,3,6-Trimethyl-1,4-phenylen)ether und Copolymere von (2,6-Dimethyl-1,4-phenylen)ether und
(2,3,6-Triethyl-1,4-phenylen)ether ein. Unter diesen Polyphenylenethern
sind Copolymere von (2,6- Dimethyl-1,4-phenylen)ether
und (2,3,6-Trimethyl-1,4-phenylen)ether oder Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)ether
bevorzugt. Insbesondere ist Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylen)ether
bevorzugter.
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Der
Polymerisationsgrad des zum Herstellen der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung
verwendeten Polyphenylenetherharzes ist nicht besonders begrenzt.
Berücksichtigt
man jedoch die thermische Stabilität oder Bearbeitbarkeit der
Harzzusammensetzung, hat das Polyphenylenetherharz vorzugsweise
eine Grenzviskosität
von 0,2 bis 0,8, wie in Chloroformlösungsmittel bei 20°C gemessen.
Das Polyphenylenetherharz kann auch einzeln oder als ein Gemisch
von zwei oder mehreren in einem geeigneten Verhältnis verwendet werden.
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Weiterhin
kann das Polyphenylenetherharz in einem Gemisch mit einem Styrolpolymer
verwendet werden. Solches Styrolpolymer schließt Polystyrol, hoch schlagfestes
Polystyrol (HIPS), Polychlorstyrol, Poly-α-methylstyrol, Poly-tert-butylstyrol
oder ein Copolymer davon ein. Die vorstehend erwähnten Polymere können einzeln
oder als ein Gemisch von zwei oder mehreren in einem geeigneten
Verhältnis
verwendet werden. Es ist besonders bevorzugt, Polystyrol oder hoch
schlagfestes Polystyrol anzuwenden. Vorzugsweise ist das gewichtsmittlere
Molekulargewicht des Styrolharzes 20 000 bis 500 000, berücksichtigt
man die thermische Stabilität
und Bearbeitbarkeit der Harzzusammensetzung, obwohl sie nicht besonders
begrenzt ist.
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Das
Polyamidgrundharz, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden
kann, schließt
Polycaprolactam (Nylon 6), Poly(11-aminoundecansäure) (Nylon 11), Polylauryllactam
(Nylon 12), Polyhexamethylenadipamid (Nylon 6,6), Polyhexaethylenazelamid
(Nylon 6,9), Polyhexamethylencevacamid (Nylon 6,10), Polyhexamethylendodecanodiamid
(Nylon 6,12) oder Copolymere davon, beispielsweise Nylon 6/6,10,
Nylon 6/6,6, Nylon 6/12, ein. Diese Harze können auch einzeln oder als
ein Gemisch von zwei oder mehreren in einem geeigneten Verhältnis verwendet
werden. Jedoch ist es erwünscht,
ein Polyamidharz mit einem Schmelzpunkt von nicht weniger als 200°C und einer relativen
Viskosität
von nicht weniger als 2,0, wie bei 25°C gemessen, beim Zugeben von
1 Gewichtsprozent Polyamidharz zu m-Cresol, betrachtet man die mechanischen Eigenschaften
und Wärmebeständigkeit
der Harzzusammensetzung, auszuwählen.
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Das
Polyestergrundharz, das in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden kann, schließt
Polyalkendicarboxylate ein. Im Allgemeinen können sie durch Umsetzen von
einem oder mehreren von Diol, wie Ethylenglycol, 1,2-Propylenglycol,
1,4-Butandiol, 1,3-Buhylenglycol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Bisphenol
A, mit einem oder mehreren von aromatischer Dicarbonsäure, wie
Isophthalsäure,
Terephthalsäure,
Alkylestern davon, hergestellt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung schließt
das Polyestergrundharz auch Polyethylenterephthalatharze oder Copolymere
davon und Polybutylenterephthalatharze ein. Als die Polyethylenterephthalatgrundcopolymere
können
copolymerisierte Harze, umfassend hauptsächlich Polyethylenterephthalat
und 20 bis 30% Isophthalsäure,
1,2-Propylenglycol und 1,3-Butylenglycol, sowie Polyester, die sich
aus der Terephthalsäure
und Ethylenglycol ergeben, eingeschlossen sein.
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Da
Hydrolyse häufig
während
des Extrusionsverfahrens oder Formverfahrens des Harzes stattfindet, ist
es bevorzugt, Wasser aus dem Polyestergrundharz vor seiner Anwendung
zu entfernen. Vorzugsweise ist das gewichtsmittlere Molekulargewicht
von dem Polyestergrundharz 20 000 bis 70 000, betrachtet man die
mechanischen Eigenschaften und Wärmebeständigkeit
der Harzzusammensetzung, obwohl es nicht besonders begrenzt ist.
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Als
das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung zu
verwendende thermoplastische Harz sind Polycarbonate, Polyphenylenether,
Polyester, Styrolpolymere, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere
bevorzugt. Sie können
einzeln oder als ein Gemisch verwendet werden. Ein Gemisch, wie
Polyphenylenether/Styrolpolymer (einschließlich HIPS), Polyphenylenether/Acrylnitril/Butadien/Styrol-Copolymer
(einschließlich
Styrol-Acrylnitril-Copolymer), Polycarbonat/Acrylnitril/Butadien/Styrol- Copolymer (einschließlich Styrol-Acrylnitril-Copolymer),
oder Polycarbonat/Polyester, ist bevorzugt.
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(B) Oligomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
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Die
flammverzögernde
thermoplastische Harzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst
eine durch allgemeine Formel I wiedergegebene, oligomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
um die Flammverzögerung
zu zeigen.
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Vorzugsweise
wird die oligomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
in einer Menge von 1 bis 35 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile
des thermoplastischen Harzes, zugegeben. Wenn unter 1 Gewichtsprozent,
wird keine Flammverzögerung
hervorgebracht. Wenn mehr als 35 Gewichtsprozent, wird die Flammverzögerung durch
die überschüssige Menge
nicht weiter verbessert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die flammverzögernde
thermoplastische Harzzusammensetzung weiterhin kommerziell erhältliches
Flammverzögerungsmittel
und Flammverzögerungsunterstützungsmittel,
die von der vorstehend beschriebenen oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
verschieden sind, beispielsweise eine monomere Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
eine andere organische Phosphorsäureesterverbindung,
eine Halogen enthaltende organische Verbindung, eine Cyanuratverbindung, ein
Metallsalz, ein fluoriertes Polyolefin und dergleichen, zur Verbesserung
der Flammverzögerung
umfassen.
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Die
organische Phosphorsäureesterverbindung,
die verwendet werden kann, schließt monomere Phosphorsäureesterverbindungen,
wie Triphenylphosphat oder Tricresylphosphat und oligomeren kondensierten
Phosphorsäureester,
abgeleitet von zweiwertigem Alkohol, wie Resorcin, Hydrochinon,
Bisphenol A, ein.
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Das
Metallsalz, das als das Flammverzögerungsunterstützungsmittel
verwendet werden kann, schließt
die herkömmlichen,
gut bekannten Sulfonsäuremetallsalze
ein. Das fluorierte Polyolefinharz, das als das Anti-Tropfmittel
verwendet werden kann, schließt
Polytetrafluorethylene, Polyvinyliden fluoride, Tetrafluorethylen/Vinylidenfluorid-Copolymere,
Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymere und Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymere
ein. Diese Harze können
einzeln oder in einer Kombination von zwei oder mehreren verwendet
werden.
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Zusätzlich kann
die erfindungsgemäße flammverzögernde thermoplastische
Harzzusammensetzung gewöhnliche
Additive, wie ein Gleitmittel, Trennmittel, Kernbildungsmittel,
antistatisches Mittel, Stabilisator, ein verstärkendes Material, anorganische
Additive, Pigment oder Farbstoff, einschließen. Die anorganischen Additive
können
in einer Menge von 0,1 bis 60 Gewichtsteilen und vorzugsweise 1
bis 40 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des thermoplastischen
Grundharzes, verwendet werden.
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Die
flammverzögernde
thermoplastische Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung
kann durch herkömmliche
Harzzusammensetzung erzeugende Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise
werden die Komponenten der vorliegenden Erfindung und anderer Additive
miteinander vermischt und in einem Extruder unter Herstellung der
Zusammensetzung in Pelletform schmelzextrudiert.
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Die
erfindungsgemäße, flammverzögernde thermoplastische
Harzzusammensetzung kann beim Formen von verschiedenen Gegenständen verwendet
werden. Insbesondere ist sie für
Gehäuse
und Innenteile von elektrischen und elektronischen Apparaten, die
in der Flammverzögerung,
Wärmebeständigkeit,
den mechanischen Eigenschaften und der Formbarkeit überlegen
sein müssen,
geeignet.
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Nun
wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen, mit Bezug auf Beispiele,
beschrieben. Jedoch werden sie für
den Zweck der Erläuterung
angegeben, aber nicht zur Begrenzung der vorliegenden Erfindung.
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Herstellungsbeispiele
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A. Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
und Phosphorsäureesterverbindung
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(A-1) Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
I
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307
g (2 Mol) Phosphoroxychlorid, 188 g (2 Mol) Phenol, 174 g (2 Mol)
Morpholin, 4 g Aluminiumchlorid und 900 g Triethylamin werden in
einen mit einem Thermometer, Kühler,
Rührer,
einer Tropfvorrichtung ausgestatteten Vierhalskolben gegeben. Nach
Erhitzen auf eine Temperatur von 140°C wurde das Gemisch 2 Stunden
unter einer N
2-Atmosphäre umsetzen lassen. 110 g (1
Mol) Resorcin wurden weiterhin zugegeben, auf eine Temperatur von
160°C erhitzt
und 4 Stunden unter einer N
2-Atmosphäre umgesetzt.
Die Reaktion wurde dann mit desionisiertem Wasser gewaschen. Katalysator
und andere Verunreinigungen wurden entfernt, um 510 g Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
I zu erhalten. Die erhaltene Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
I hatte die nachstehend angeführten
Eigenschaften. Die Ergebnisse von IR-, NMR- und LC-(Flüssig-Chromatographie)-Analyse
werden in
1a,
1b bzw.
1c gezeigt. <Eigenschaften von
Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
I>
Aussehen: | viskose,
hellrote flüssige
Phase |
Phosphorgehalt: | 11,2% |
Säurewert
(KOH mg/g): | 0,32 |
LC-Daten: | Verbindung,
wo n + m 0 ist, 1,5%,
Verbindung, wo n + m 1 ist, 68,4%,
Verbindung,
wo n + m 2 oder mehr ist, 30,1%
(n und m sind wie in der allgemeinen
Formel I definiert) |
IR-Daten: | 2857,
2895, 2917, 2965 cm–1 (-CH2-) |
NMR-Daten: | 3,2
bis 3,6 ppm (-CH2-) |
-
(A-2) Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
II
-
307
g (2 Mol) Phosphoroxychlorid, 87 g (1 Mol) Morpholin, 4 g Aluminiumchlorid
und 150 g Triethylamin wurden in einen mit einem Thermometer, Kühler, Rührer, einer
Tropf vorrichtung ausgestatteten Vierhalskolben gegeben. Nach Erhitzen
auf eine Temperatur von 130°C
wurde das Gemisch 2 Stunden unter einer N
2-Atmosphäre umgesetzt.
180 g (2 Mol) Phenol und 108 g (1 Mol) Cresol wurden weiter zugegeben,
auf eine Temperatur von 150°C
erhitzt und 2 Stunden unter einer N
2-Atmosphäre umgesetzt.
228 g (1 Mol) Bisphenol A wurden zugegeben, auf eine Temperatur
von 180°C
erhitzt und 4 Stunden unter einer N
2-Atmosphäre umgesetzt.
Die Reaktionsmischung wurde dann mit desionisiertem Wasser gewaschen.
Katalysator und andere Verunreinigungen wurden entfernt, unter Gewinnung
von 611 g Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
II. Die erhaltene Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
II hatte die nachstehend angeführten
Eigenschaften. Die Ergebnisse von IR-, NMR- und LC-(Flüssig-Chromatographie)-Analyse
werden in
2a,
2b bzw.
2c gezeigt. <Eigenschaften von
Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
II>
Aussehen: | stark
viskose, hellbraune flüssige
Phase |
Phosphorgehalt: | 9,0% |
Säurewert
(KOH mg/g): | 0,3 |
LC-Daten: | Verbindung,
wo n + m 0 ist, 3,1%,
Verbindung, wo n + m 1 ist, 84,7%,
Verbindung,
wo n + m 2 oder mehr ist, 12,2%
(n und m sind wie in der allgemeinen
Formel I definiert) |
IR-Daten: | 2856,
2916, 2967 cm–1 (-CH2-) |
NMR-Daten: | 1,6
ppm (-CH3-), 3,2 bis 3,6 ppm (-CH2-) |
-
(A-3) Phosphorsäureesterverbindung
I
-
Als
eine Vergleichsverbindung hierin wurde eine oligomere Phosphorsäureesterverbindung
I, abgeleitet von einem Resorcin, verwendet. Sie war CR-733S, bezogen
von Daihachi Com. (Japan), welche 2,5 Gewichtsprozent einer monomeren
Phosphorsäureesterverbindung,
67,2 Gewichtsprozent einer oligomeren Phosphorsäureesterverbindung mit einem
zahlenmittleren Polymerisationsgrad von 1 und 30,3 Gewichtsprozent
einer oligomeren Phosphorsäureesterverbindung
mit einem zahlenmitt leren Polymerisationsgrad von nicht weniger
als 2 umfasste.
-
Diese
Phosphorsäureesterverbindung
I hatte wie nachstehend angeführte
Eigenschaften. Die Ergebnisse von IR- und NMR-Analyse werden in
3a bzw.
3b gezeigt. <Eigenschaften von
Phosphorsäureesterverbindung
I>
Aussehen: | transparente
und viskose flüssige
Phase |
Phosphorgehalt: | 10,9% |
Säurewert
(KOH mg/g): | 0,1 |
LC-Daten: | Verbindung,
wo m 0 ist, 2,5%,
Verbindung, wo m 1 ist, 67,2%,
Verbindung,
wo m 2 oder mehr ist, 30,3%
(m gibt einen Polymerisationsgrad
wieder) |
-
(A-4) Phosphorsäureesterverbindung
II
-
Als
weitere Vergleichsverbindung hierin wurde eine oligomere Phosphorsäureesterverbindung
II, abgeleitet von einem Bisphenol A, verwendet. Sie war CR-741S,
bezogen von Daihachi Com. (Japan), welche 3,5 Gewichtsprozent einer
monomeren Phosphorsäureesterverbindung,
86,7 Gewichtsprozent einer oligomeren Phosphorsäureesterverbindung mit einem
zahlenmittleren Polymerisationsgrad von 1, und 9,8 Gewichtsprozent
einer oligomeren Phosphorsäureesterverbindung
mit einem zahlenmittleren Polymerisationsgrad von nicht weniger
als 2 umfasste. Diese Phosphorsäureesterverbindung
II hatte wie nachstehend angeführte
Eigenschaften. Die Ergebnisse von IR- und NMR-Analyse werden in
4a bzw.
4b gezeigt. <Eigenschaften von
Phosphorsäureesterverbindung
II>
Aussehen: | transparente
und viskose flüssige
Phase |
Phosphorgehalt: | 8,9% |
Säurewert
(KOH mg/g): | 0,1 |
LC-Daten: | Verbindung,
wo m 0 ist, 3,5%,
Verbindung, wo m 1 ist, 86,7%,
Verbindung,
wo m 2 oder mehr ist, 9,8%
(m gibt einen Polymerisationsgrad
wieder) |
-
B. Thermoplastisches Harz
-
(B-1) Polycarbonatharz
(PC)
-
Ein
Polycarbonat vom Bisphenol A-Typ mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht
von 25 000 wurde verwendet.
-
(B-2) Kautschuk-modifiziertes
Styrol-Grund-Pfropf-Copolymer
(ABS)
-
Zu
einem Gemisch von 36 Gewichtsteilen Styrol, 14 Gewichtsteilen Acrylnitril
und 150 Gewichtsteilen desionisiertem Wasser wurde Butadienkautschuklatex
so zugesetzt, dass der Gehalt an Butadien 45 Gewichtsteile, bezogen
auf das Gesamtgewicht an Monomeren, ergab. Als Additive wurden 1,0
Gewichtsteile Calciumoleat, 0,4 Gewichtsteile Cumolhydroperoxid
und 0,3 Gewichtsteile eines Mercaptanbasen-Kettenübertragungsmittels
weiterhin zu dem Gemisch gegeben und 5 Stunden umgesetzt, unter
Halten einer Temperatur bei 75°C,
unter Gewinnung von ABS-Pfropflatex. Zu dem erhaltenen Polymerlatex
wurde eine 1%ige Schwefelsäurelösung gegeben,
verfestigt und getrocknet, unter Gewinnung eines Pfropf-Copolymerharzes
als Pulver.
-
(B-3) Vinyl-aromatisches
Copolymerharz (SAN)
-
71
Gewichtsteile Styrol, 29 Gewichtsteile Acrylnitril und 120 Gewichtsteile
desionisiertes Wasser wurden miteinander vermischt. Als Additive
wurden 0,2 Gewichtsteile Azobisisobutyronitril, 0,3 Gewichtsteile
eines auf Mercaptan basierenden Kettenübertragungsmittels und 0,5
Gewichtsteile Tricalciumphosphat zu dem Gemisch gegeben. Mittels
Durchführen
von Suspensionspolymerisation wurde das SAN-Copolymer hergestellt. Dieses
rohe SAN-Copolymer wurde gewaschen, entwässert und getrocknet, unter
Gewinnung des reinen SAN-Copolymers als Pulver.
-
(B-4) Polyphenylenetherharz
(PPE)
-
Als
ein Polyphenylenetherharz wurde PPE P401, hergestellt von Asahi
Kasei Com. (Japan), verwendet.
-
(B-5) hoch schlagfestes
Polystyrolharz (HIPS)
-
Als
ein hoch schlagfestes Polystyrolharz wurde HI-1190F, hergestellt von Cheil Industries
Inc. (Republik Korea) verwendet.
-
(C) fluoriertes Polyolefinharz
-
Als
ein fluoriertes Polyolefinharz wurde Teflon 7AJ, hergestellt DuPont
Com. (USA), verwendet.
-
Beispiele
-
Die
vorstehend beschriebenen Komponenten wurden in einem herkömmlichen
Mischer gemäß den in nachstehenden
Tabellen 1 bis 3 angeführten
Zusammensetzungen vermischt. Auch ein Antioxidationsmittel und thermischer
Stabilisator wurden zu den Gemischen gegeben. Die Gemische wurden
unter Anwendung eines Doppelschneckenextruders mit L/D = 35 und ∅ =
45 mm extrudiert und Probenstücke
in Form eines Pellet bei einer Einspritzformtemperatur von 220°C bis 280°C gebildet.
Die erhaltenen Pellet wurden durch Belassen derselben für 48 Stunden
bei einer Temperatur von 23°C
und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% nachbehandelt. Dann
wurden sie auf ihre Eigenschaften, wie Flammverzögerung, Schmelzflussrate bzw.
Schmelzindex und Wärmezerstörungstemperatur
und dergleichen, gemessen.
-
<Verfahren zum Messen der Eigenschaften>
-
- Flammverzögerung:
Bewertet unter Anwendung eines Probenstücks mit einer Dicke von 1,6
mm gemäß dem in
UL 94 VB ausgewiesenen Kriterium.
- Mittlere Verbrennungszeit und maximale Einzelverbrennungszeit:
bewertet gemäß dem in
UL 94 ausgewiesenen Kriterium.
- Schmelzflussrate bzw. Schmelzindex: bewertet gemäß ASTM D1238.
- Erweichungstemperatur: bewertet bei einer Beladung von 18,6
kgf gemäß ASTM D648.
-
-
- 1) Bewertet unter einer Bedingung von einer Temperatur von
220°C unter
einer Last von 10 kg
-
Beispiel
1 und Vergleichsbeispiel 1 sollen die Ereignisse vergleichen, unter
Anwenden der oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
abgeleitet von Resorcin, und der oligomeren Phosphorsäureesterverbindung,
abgeleitet von Resorcin, als ein Flammverzögerungsmittel zu einem Polycarbonatgrundharzgemisch.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die Flammverzögerung gleich in den beiden
Beispielen, jedoch die Wärmebeständigkeit
und Schmelzflussrate bzw. Schmelzindex waren besser in Beispiel
1. Auch war die Verbrennungszeit in Beispiel 1 kürzer.
-
Beispiel
2 und Vergleichsbeispiel 2 sollen die Ereignisse vergleichen, unter
Anwenden der oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
abgeleitet von Bisphenol A, und der oligomeren Phosphorsäureesterverbindung,
abgeleitet von Bisphenol A als ein Flammverzögerungsmittel zu einem Polycarbonatharzgemisch.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, waren alle von der Flammverzögerung,
Wärmebeständigkeit
und Schmelzflussrate bzw. Schmelzindex besser in Beispiel 2. Tabelle
2
- 1) Bewertet unter einer Bedingung von einer
Temperatur von 250°C
unter einer Last von 10 kg
-
Beispiel
3 und Vergleichsbeispiel 3 sollen die Ereignisse vergleichen, unter
Anwenden der oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
abgeleitet von Resorcin, und der oligomeren Phosphorsäureesterverbindung,
abgeleitet von Resorcin, als ein Flammverzögerungsmittel zu einem Polyphenylenethergrundharzgemisch.
Wie in Tabelle 2 gezeigt, können
durch Anwenden der erfindungsgemäßen oligomeren
Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
(Verbindung (A-1)) gute Flammverzögerung mit Überlegenheit in der Wärmebeständigkeit
und Schmelzflussrate bzw. Schmelzindex erreicht werden.
-
Beispiel
4 und Vergleichsbeispiel 4 sollen die Ereignisse vergleichen, unter
Anwenden der oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
abgeleitet von Bisphenol A, und der oligomeren Phosphorsäureesterverbindung,
abgeleitet von Bisphenol A, als ein Flammverzögerungsmittel zu einem Polyphenylenethergrundharzgemisch.
In diesen Beispielen wird wiederum bewiesen, dass Flammverzögerung,
Wärmebeständigkeit
und Schmelzflussrate bzw. Schmelzindex beim Anwenden der oligomeren
Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
gemäß der vorliegenden
Erfindung (Verbindung (A-2)) verbessert waren. Tabelle
3
- 1) Bewertet unter einer Bedingung von einer
Temperatur von 220°C
unter einer Last von 10 kg
-
Beispiel
5 und Vergleichsbeispiel 5 sollen die Ereignisse vergleichen, unter
Anwenden der oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung,
abgeleitet von Resorcin, und der oligomeren Phosphorsäureesterverbindung,
abgeleitet von Resorcin, als ein Flammverzögerungsmittel zu einem Kautschukmodifizierten Pfropf-Copolymer/Vinyl-aromatischen
Copolymer/Polyphenylenether-Harzgemisch. Bei diesen wird wiederum bewiesen,
dass Flammverzögerung,
Wärmebeständigkeit
und Schmelzflussrate bzw. Schmelzindex in Beispiel 5 besser waren.
-
Wie
vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung
durch Anwenden einer oligomeren Phosphorsäureester-Morpholidverbindung
als ein Flammverzögerungsmittel,
das zu dem thermoplastischen Harz gegeben wird, möglich, Verbesserung
in der Flammverzögerung
auch beim Anwenden einer kleinen Menge zu erreichen. Auch ist es
möglich,
eine flammverzögernde
thermoplastische Harzzusammensetzung, unter Verbesserung des Ausgleichs
der Eigenschaften, wie Flammverzögerung,
thermische Stabilität, Bearbeitbarkeit,
Schlagfestigkeit, Wärmebeständigkeit,
Aussehen und dergleichen, bereitzustellen.
-
Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung für
erläuternde
Zwecke offenbart wurden, wird der Fachmann wissen, dass verschiedene
Modifizierungen, Zusätze
und Substitutionen, ohne vom Umfang und Gedanken der Erfindung, wie
sie in den beigefügten
Ansprüchen
offenbart wird, abzuweichen, möglich
sind.