ES2305133T3 - Composicion de resina ignifuga y sus productos moldeados. - Google Patents

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Abstract

Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, caracterizada por contener: (Ver fórmula) a. una resina (A-1) basada en policarbonato b. un éster fosfórico (B) expresado por la siguiente fórmula donde R 1 , R 2 , R 3 , y R 4 son cada uno de ellos, independientemente, hidrocarburos C1 a C30; X es un grupo orgánico divalente C1 a C30 que puede contener un átomo de oxígeno y/o un átomo de nitrógeno; y m es un número entero de 0 a 5; c. un organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo expresado mediante la siguiente fórmula composición media: R 1a Si(OR 2 )bO(4 - a - b)/2 (1) donde R 1 es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido, que contiene un grupo arilo y cuyo contenido de grupo arilo es al menos del 20%; R 2 es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido; R 1 y R 2 pueden ser iguales o diferentes uno de otro; 0,2 <_ a <_ 2,7; 0,2 <_ b <_ 2,4; y a + b < 3, en la que el peso molecular medio ponderado de dicho organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo está entre 300 y 3000, y en el que dicho éster fosfórico (B) que está contenido en una cantidad de 0,5 a 20 partes en peso, y dicho organopolisiloxano (C), que contiene el grupo alcoxilo, en una cantidad de 0,05 a 20 partes en peso por 100 partes en peso de la resina (A-1) basada en policarbonato.

Description

Composición de resina ignífuga y sus productos moldeados.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una composición de resina ininflamable que contiene una resina basada en policarbonato, y más concretamente se refiere a una composición de resina ininflamable que es útil en aplicaciones que exigen alta resistencia al calor, así como resistencia al impacto y resistencia a la hidrólisis.
Antecedentes de la invención
Las resinas de policarbonato, tanto individualmente y como en aleaciones con otras resinas termoplásticos, son materiales plásticos industriales con excelente resistencia al impacto, resistencia al calor, y características eléctricas, y se usan, por lo tanto, en una amplia gama de campos, que incluyen la electrotecnia, electrónica, y ofimática. Estos campos de electrotecnia, electrónica y ofimática requieren un alto nivel de resistencia al impacto y de capacidad para no inflamarse (UL 94V) en productos tales como las partes de ajuste de los ordenadores personales.
Un método usado en el pasado para mejorar la capacidad de no inflamarse, de estas composiciones de resinas, fue hacer una composición un policarbonato con una gran cantidad de un polímero o un oligómero de un derivado de carbonato de bisfenol A bromado. Sin embargo, mientras que, en efecto, se mejora la capacidad de una resina de policarbonato para no inflamarse, mediante la adición de una gran cantidad de un polímero o un oligómero de un derivado de carbonato de bisfenol A bromado como un retardador de la llama, se presenta el problema de que disminuye la resistencia al impacto, lo que hace que el artículo moldeado sea más propenso al agrietamiento. También, debido a que se añade una gran cantidad de compuestos halogenados, incluyendo el bromo, existe el peligro de que durante la combustión se generen gases que contengan estos halógenos, de forma que, también desde un punto de vista medioambiental, es preferible usar un retardador de la llama que no contenga halógenos, tales como cloro y bromo.
Se conocen los ésteres fosfóricos y las resinas de silicona, como retardadores de la llama, que no contienen halógenos. Por ejemplo, la Publicación de Patente Japonesa S62-25706, propone la adición de un éster fosfórico con el fin de mejorar la capacidad para no inflamarse de una resina basada en policarbonato. A pesar de todo, la elevación de la capacidad de estas composiciones de resinas para no inflamarse, requiere la adición de una gran cantidad de éster fosfórico, y el problema con esto es que disminuye la resistencia al calor y la resistencia al impacto de un artículo moldeado de resina.
Por el contrario, las resinas de silicona tienen alta resistencia al calor, y no generan gases nocivos cuando se queman y, además, las resinas de silicona son en sí mismas muy seguras, y como tales se han usado como retardadores de la llama para las resinas basadas en policarbonato.
Un compuesto de silicona que sirve como retardador de la llama es un polímero que incluye una o más de las siguientes cuatro unidades de siloxano (unidades M, unidades D, unidades T, y unidades Q).
1
Por ejemplo, la Publicación de Patente Japonesa S62-60421 describe una composición de resina ininflamable, en la que se añade una resina de silicona que contiene al menos el 80% en peso de unidades T, a una resina termoplástica. La solicitud de Patente Japonesa H5-86295, expuesta al público, describe una composición de resina ininflamable, en la que una resina de silicio que contiene de 30 a 99%, en moles, de unidades T; 0 a 80%, en moles, de unidades D; 1 a 70%, en moles, de unidades M; y 0 a 50%, en moles, de unidades Q, se añade a una resina sintética como por ejemplo un policarbonato.
De todas formas, muy pocas de las resinas de silicona discutidas en estas publicaciones, tienen un efecto retardador de la llama significativo cuando se añaden ellas solas, y se debe añadir una gran cantidad de resina de silicona con el fin de satisfacer los requisitos estrictos de capacidad para no inflamarse en las aplicaciones con dispositivos eléctricos y electrónicos. Como resultado, esto puede tener un efecto adverso en la capacidad de moldeo, capacidad de amasado, y otras características requeridas para el plástico, y también es perjudicial en términos de costes y, por lo tanto, es impracticable.
También se han propuesto métodos en los que se usa un compuesto de silicona junto con una sal metálica, en un esfuerzo para reducir la cantidad del compuesto de silicona que se añade. Por ejemplo, la solicitud de Patente Japonesa, expuesta al público, H56-100E53 describe una composición de resina ininflamable, en la que una silicona elaborada con unidades D, y una sal de metales del Grupo IIa de un ácido carboxílico C_{14} a C_{20}, se añaden a un polímero tal como un policarbonato. La Publicación de Patente Japonesa H3-48947 describe una composición ininflamable en la que una resina de silicona, elaborada con unidades M y Q, está compuesta con una resina de silicona y una sal de metales del Grupo IIa de un ácido carboxílico. Sin embargo, el efecto, en términos de capacidad para no inflamarse, es todavía incluso inferior cuando el compuesto de silicona se usa así junto con una sal metálica, para conseguir un adecuado efecto retardador de la llama, o bien se tiene que aumentar la cantidad de la resina de silicona que se añade, o se tiene que usar hidróxido de aluminio, u otra carga ininflamable inorgánica semejante, o un halógeno, junto con un compuesto de fósforo.
Por eso, cuando se añade una resina de silicona, como un retardador de la llama, no se obtendrá un efecto adecuado en la capacidad para no inflamarse, a no ser que la cantidad añadida sea grande, pero si se aumenta esta cantidad, hay un marcado descenso en la capacidad de moldeo de la composición de resina, en el aspecto y en la resistencia mecánica del artículo moldeado, etcétera, y ya que las resinas de silicona son, por sí mismas, bastante costosas, un problema al componerlas en una resina basada en policarbonato es que crece el coste del material. Por consiguiente, hay una necesidad del desarrollo de un aditivo de resina de silicona con un mejor efecto en la capacidad para no inflamarse, o de un aditivo que potencie ese efecto cuando se usa junto con una reina de silicona.
La solicitud de Patente Japonesa H10-139964, expuesta al público, propone una composición de resina ininflamable en la que una resina de silicona, que contiene unidades D y T expresadas mediante la siguiente fórmula, y que tiene un peso molecular (peso molecular medio ponderado) de 10.000 a 270.000, está compuesta con un policarbonato aromático.
2
La solicitud de Patente Japonesa H11-140294, expuesta al público, propone una composición de resina de policarbonato ininflamable en la que una resina de silicona que contiene de 50 a 90%, en moles, de unidades T, contiene de 10 a 50%, en moles, de unidades D, y contiene al menos 80%, en moles, (aparte de los sustituyentes orgánicos totales) de grupos fenilo, se compone con una resina de policarbonato aromático.
Sin embargo, con las composiciones de resina de policarbonato ininflamables discutidas en las solicitudes de Patentes Japonesas H10-139964 y H11-140294, expuestas al público, el tiempo de combustión es todavía largo y el goteo es insatisfactorio, y la capacidad para no inflamarse se presenta escasa en un ensayo de capacidad de combustión según UL 94, que se usa ampliamente para la evaluación en la práctica real.
La solicitud de Patente Japonesa H11-217494, expuesta al público, describe una composición de resina de policarbonato ininflamable, en la que se compone una resina de policarbonato con un compuesto de silicona cuya principal unidad estructural es la estructura expresada por la siguiente fórmula, es decir, una unidad D, que está hecha de unidades D y unidades T y/o unidades Q, y que tiene un grupo aromático como grupo funcional orgánico, y con una sal metálica de un compuesto aromático de azufre y un compuesto que contiene flúor.
3
En la fórmula, R y X son grupos funcionales orgánicos.
Sin embargo, un inconveniente para la composición de resina ininflamable discutida en esta solicitud de Patente Japonesa H11-217494, expuesta al público, es que hace uso de una resina de silicona con un alto peso molecular, que entorpece la dispersión en la resina basada en policarbonato, y tiende a dar como resultado una inadecuada capacidad para no inflamarse.
La solicitud de Patente Japonesa H11-222559, expuesta al público, describe una composición de resina ininflamable que contiene 100 partes en peso de una resina sintética que incluye un anillo aromático en su molécula, como por ejemplo una resina de policarbonato aromático, y 0,1 a 10 partes en peso de un organopolisiloxano que contiene grupos alcoxilo y grupos fenilo, expresados por la fórmula composicional R^{1}_{m}R^{3}_{n}Si(OR^{3})_{p}(OH)_{q}O_{(4-m-n-p-q)/2} (donde R^{1} es un grupo fenilo, R^{2} es un grupo hidrocarbonado univalente C_{1} a C_{6} distinto de un grupo fenilo, R^{3} es un grupo hidrocarbonado univalente C_{1} a C_{4}, 0,5 \leq m \leq 2,0; 0 \leq n \leq 0,9; 0,42 \leq p \leq 2,5; 0 \leq q \leq 0,35, y 0,92 \leq m + n + p + q \leq 2,8). Sin embargo, una composición de resina que contiene una silicona semejante sola, tiene una insuficiente capacidad para no inflamarse y, en particular, no es suficiente para conseguir la adecuada capacidad para no inflamarse.
La solicitud de Patente Japonesa H8-225737, expuesta al público, describe un compuesto termoplástico para moldeo que contiene (A) un policarbonato aromático termoplástico, (B) un copolímero termoplástico de (B-1) estireno, \alpha-metilestireno, estireno con un anillo sustituido con alquilo, acrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, metacrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, o una mezcla estos, y (B-2) acrilonitrilo, metacrilonitrilo, acrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, metacrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, anhídrido maleico, imida del ácido maleico N-sustituida, acetato de vinilo, o una mezcla de estos, y/o un copolímero o policondensado de (los anteriores y) un poli(tereftalato de aquileno) termoplástico, (C) un polímero de injerto en el que el estireno, \alpha-metilestireno, estireno con un anillo sustituido con alquilo, acrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, metacrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, o una mezcla estos y (C) [sic] acrilonitrilo, metacrilonitrilo, acrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, metacrilato de alquilo C_{1} a C_{8}, anhídrido maleico, imida del ácido maleico N-sustituido, acetato de vinilo, o una mezcla de estos, se injertan sobre caucho con una temperatura de transición vítrea TG \leq 10ºC, (D) una resina de silicona, que contiene hidroxilo, expresada por R_{x}Si(OR')_{y}O_{(4-x-y)/y} (donde R es un grupo hidrocarbonado univalente que puede, él mismo, estar sustituido, y en particular un grupo metilo o fenilo, R' es un grupo alquilo o un grupo hidrógeno [sic], x es un número de 0,75 a 1,15, e y es un número de 0,0001 a 0,5), estando hecha esta resina de silicona, de unidades expresadas mediante la fórmula SiO_{4/2}, RSiO_{3/2}, R_{2}SiO_{2/2}, y/o R_{3}SiO_{1/2}, y (E) un compuesto de fósforo expresado mediante la siguiente fórmula.
4
\vskip1.000000\baselineskip
5
En la fórmula, n es un número entero de 1 a 5, R^{1} es un grupo metilo, l es un número de 0 a 5, R^{2} es un grupo metilo, y m es un número entero de 0 a 5.
Esta composición de resina discutida en la solicitud de Patente Japonesa H8-225737, expuesta al público, sin embargo, tiene una capacidad inadecuada para no inflamarse, y se tiene que usar una gran cantidad de éster fosfórico para conseguir un nivel aceptable de la capacidad para no inflamarse.
Como resultado del diligente estudio que tenía por objeto resolver los problemas anteriores, los inventores descubrieron que se puede conseguir un aumento drástico en la capacidad para no inflamarse de una composición de resina, usando un éster fosfórico específico junto con un organopolisiloxano que contenga el grupo alcoxilo, expresado mediante una fórmula composicional específica en una resina basada en policarbonato, o una mezcla con otra resina termoplástica. En particular, la presente invención se perfeccionó al logra un alto nivel de capacidad para no inflamarse, mientras que se mantenía la alta resistencia al calor, la resistencia al impacto, y la resistencia a la hidrólisis, de una mezcla con otra resina termoplástica, como por ejemplo una mezcla basada en estireno-butadieno, usando en esta mezcla una pequeña cantidad de éster fosfórico y un organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo.
Es un objeto de la presente invención proporcionar una composición de resina ininflamable, con alta resistencia al calor, excelente resistencia al impacto, excelente resistencia a la hidrólisis, y también excelente capacidad para no inflamarse.
Sumario de la invención
La composición de resina inflamable perteneciente a la presente invención se caracteriza por contener:
(A)
una resina termoplástica que contiene un anillo aromático;
(B)
un éster fosfórico expresado mediante la siguiente fórmula:
6
\quad
(donde R^{1}, R^{2}, R^{3}, y R^{4} son cada uno de ellos, independientemente, hidrocarburos C_{1} a C_{30}; X es un grupo orgánico divalente C_{1} a C_{30} que puede contener un átomo de oxígeno y/o un átomo de nitrógeno; y m es un número entero de 0 a 5); y
(C)
un organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo expresado mediante la siguiente fórmula composicional media:
(1)R^{1}_{a}Si(OR^{2})_{b}O_{(4-a-b)/2}
\quad
(donde R^{1} es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido, que contiene un grupo arilo y cuyo contenido de grupo arilo es al menos del 20%; R^{2} es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido; R^{1} y R^{2} pueden ser iguales o diferentes uno de otro; 0,2 \leq a \leq 2,7; 0,2 \leq b \leq 2,4; y a + b < 3), en la que el peso molecular medio ponderado de dicho organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo está entre 300 y 3000, y dicho éster fosfórico (B), que está contenido en una cantidad de 0,1 a 40 partes en peso, y dicho organopolisiloxano (C), que contiene el grupo alcoxilo en un cantidad de 0,01 a 20 partes en peso por 100 partes en peso de la resina termoplástico que contiene anillo aromático (A), por ejemplo, una resina basada en policarbonato.
Es preferible que el organopolisiloxano (C) que contiene el grupo alcoxilo, incluya una estructura ramificada, y es preferible que R^{1} sea metilo o fenilo.
Las resinas termoplásticas (A) que contienen anillo aromático pueden ser
(A1)
una resina basada en policarbonato,
(A2)
una resina termoplástico distinta de la resina basada en policarbonato, o una aleación de (A1) y (A2).
Es preferible que el éster fosfórico anteriormente mencionado, sea difosfato de tetrafenilo y bisfenol (A) (BPADP) o difosfato de tetracresilo y bisfenol A.
Es preferible que la resina termoplástica (A-2) sea de uno o más tipos de resina seleccionadas del grupo consistente en:
\quad
Polímeros que incluyen como un componente estructural (a) un componente monómero vinílico aromático;
\quad
copolímeros que incluyen como componentes estructurales (a) un componente monómero vinílico aromático y (b) un componente monómero de cianuro de vinilo;
\quad
copolímeros que incluyen como componentes estructurales (a) un componente monómero vinílico aromático, (b) un componente monómero de cianuro de vinilo, y (c) un polímero similar al caucho;
\quad
poliésteres aromáticos;
\quad
poli(éteres de fenileno);
\quad
poli(éter imidas); y
\quad
poli(sulfuros de fenileno)
Es preferible que la resina termoplástica (A-2) sea de uno o más tipos de resina seleccionadas del grupo consistente en resinas ABS, resinas AES, resinas ACS, resinas AAS, y resinas de poliestireno.
Es preferible que la composición de resina ininflamable perteneciente a la presente invención contenga además (D) un agente anti-goteo en una cantidad de 0,01 a 10 partes en peso por 100 partes en peso de la resina (A-1) basada en policarbonato o por 100 partes en peso combinadas de la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina termoplástica (A-2). El politetrafluoroetileno (PTTE) es favorable como este agente anti-goteo.
La composición de resina ininflamable, perteneciente a la presente invención, puede contener además (E) una sal de metal alcalino (alcalinotérreo) de un ácido perfluoroalcanosulfónico, en una cantidad de 0,01 a 3 partes en peso, por 100 partes en peso de la resina (A-1) basada en policarbonato o por 100 partes en peso combinadas de la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina termoplástica (A-2).
La parte del dispositivo eléctrico o electrónico perteneciente a la presente invención, se caracteriza por formarse a partir de la composición de resina ininflamable anteriormente mencionada. El material para carcasas perteneciente a la presente invención se caracteriza también por estar formado a partir de la composición de resina ininflamable anteriormente mencionada.
La presente invención se refiere también a artículos que incluyen máquinas eléctricas y electrónicas y a carcasas formadas mediante la composición de resina retardadora de la llama anteriormente mencionada.
Descripción detallada de la invención
Ahora se describirá la composición de resina ininflamable de la presente invención.
La composición de resina ininflamable perteneciente a la presente invención, se caracteriza por contener al menos (A) una resina termoplástica que contiene un anillo aromático, (B) un éster fosfórico, y (C) un organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo.
Resina termoplástica (A) que contiene un anillo aromático
Una realización de una resina termoplástica que contiene un anillo aromático es una resina (A-1) basada en policarbonato usada en la presente invención es un homopolicarbonato aromático o un copolicarbonato aromático obtenido haciendo reaccionar un compuesto dihidroxílico aromático con un precursor del carbonato. Una resina basada en carbonato tiene unidades estructurales de repetición expresadas mediante la siguiente fórmula (1).
(1)-(O-A-O-C)-
En la fórmula anterior, A es residuo divalente derivado de un compuesto dihidroxílico aromático.
Los ejemplos de compuestos hidroxílicos aromáticos incluyen compuestos aromáticos mononucleares y polinucleares que contienen dos grupos hidroxilo (grupos funcionales) y en los que cada grupo hidroxilo está directamente unido a un átomo de carbono del anillo aromático.
Los compuestos de bisfenol expresados mediante la siguiente fórmula (2) son ejemplos específicos de compuestos dihidroxílicos aromáticos.
7
(En la fórmula, R^{a} y R^{b} pueden ser iguales o diferentes, y cada uno de ellos es un átomo de halógeno o un grupo hidrocarbonado monovalente, m y n son números enteros de 0 a 4;
8
o
9
R^{c} y R^{c} son, cada uno de ellos, un átomo de hidrógeno o un grupo hidrocarbonado univalente, y se puede formar una estructura cíclica a partir de R^{c} y R^{d}; y R^{e} es un grupo hidrocarbonado divalente.
Los ejemplos específicos de los compuestos dihidroxílicos aromáticos, expresados mediante la fórmula (2), incluyen bis(hidroxiaril)alcanos tales como el bis(4-hidroxifenil)metano, 1,1-bis(4-hidroxifenil)etano, 2,2-bis(4-hidroxifenil)propano (también llamado bisfenol A), 2,2-bis(4-hidroxifenil)butano, 2,2-bis(4-hidroxifenil)-octano, bis(4-hidroxifenil)fenil-metano, 2,2-bis(4-hidroxi-1-metilfenil)propano, 1,1-bis(4-hidroxi-terc-butilfenil)-propano, 2,2-bis(4-hidroxi-3-bromofenil)propano, y 2,2-bis(4-hidroxi-3,5-dibromofenil)propano; bis(hidroxiaril)-cicloalcanos, tales como 1,1-bis(hidroxifenil)ciclopentano y 1,1-bis(4-hidroxifenilo)ciclohexano; dihidroxiaril-éteres tales como 4,4'-dihidroxidifenil-éter y 4,4'-dihidroxi-3,3'-dimetilfenil-éter; sulfuros de dihidroxidiarilo tales como sulfuro de 4,4'-dihidroxidifenilo y sulfuro de 4,4'-dihidroxi-3,3'-dimetildifenilo; dihidroxidiarilsulfóxidos tales como 4,4'-dihidroxidifenilsulfóxido y 4,4'-dihidroxi-3,3'-dimetildifenilsulfóxido; y dihidroxidiarilsulfonas tal como 4,4'-dihidroxidifenilsulfona y 4,4'-dihidroxi-3,3'-dimetildifenilsulfona.
De estos compuestos dihidroxílicos aromáticos, es especialmente deseable el uso del 2,2-bis(4-hidroxifenil)-propano.
Otros compuestos dihidroxílicos aromáticos que se pueden usar junto con los de la fórmula (2) anteriormente mencionada, son los compuestos dihidroxílicos aromáticos expresados por la siguiente fórmula (3).
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Donde cada R^{1} es, independientemente, un grupo hidrocarbonado C_{1} a C_{10}, un átomo de halógeno, o un grupo hidrocarbonado halogenado, en el que al menos uno de dichos grupos hidrocarbonados ha sido sustituido con un átomo de halógeno, y p es un número entero de 0 a 4.
Ejemplos de estos compuestos incluyen resorcinol, resorcinoles sustituidos tales como 3-metil-resorcinol, 3-etil-resorcinol, 3-propil-resorcinol, 3-butil-resorcinol, 3-terc-butil-resorcinol, 3-fenil-resorcinol, 3-cumil-resorcinol, 2,3,4,6-tetrafluoro-resorcinol, y 2,3,4,6-tetrabromo-resorcinol; catecol; hidroquinona e hidroquinonas sustituidas tales como 3-metil-hidroquinona, 3-etil-hidroquinona, 3-propil-hidroquinona, 3-butil-hidroquinona, 3-terc-butil-hidroquinona, 3-fenil-hidroquinona, 3-cumil-hidroquinona, 2,3,5,6-tetrametil-hidroquinona, 2,3,5,6-tetra-terc-butil-hidroquinona, 2,3,5,6-tetrafluoro-hidroquinona, y 2,3,5,6-tetrabromo-hidroquinona.
Otro compuesto dihidroxílico aromático que se puede usar junto con los de la fórmula (2) anteriormente mencionada, es el 2,2,2',2'-tetrahidro-3,3,3',3'-tetrametil-1,1'-espirobi-[1H-inden]-7,7'-diol, expresado mediante la fórmula
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Estos compuestos dihidroxílicos aromáticos se pueden usar individualmente o en combinaciones de dos o más tipos.
El policarbonato puede ser lineal o ramificado. También puede ser una mezcla de un policarbonato lineal y un policarbonato ramificado.
Se puede obtener un policarbonato ramificado haciendo reaccionar un compuesto aromático polifuncional con un compuesto dihidroxílico aromático y un precursor del carbonato. Ejemplos típicos de estos compuestos aromáticos polifuncionales se enumeran en las Patentes de EE.UU. 3.028.385, 3.334.154, 4.001.124, y 4.131.576. Los ejemplos específicos incluyen 1,1,1-tris(4-hidroxifenil)etano, 2,2',2''-tris(4-hidroxifenil)diisopropilbenceno, (\alpha-metil-\alpha,\alpha',\alpha'-tris(4-hidroxifenil)-1,4-dietilbenceno, \alpha,\alpha',\alpha''-tris(4-hidroxifenil)-1,3,5-triisopropilbenceno, fluoroglicina, 4,6-dimetil-2,4,6-tri(4-hidroxifenil)heptano-2,1-3,5-tri(4-hidroxifenil)benceno, 2,2-bis-[4,4-(4,4'-dihidroxifenil)ciclohexil]-
propano, ácido trimellítico, ácido 1,3,5-benecenotricarboxílico, y ácido piromellítico. De estos, es preferible el uso de 1,1,1-tris(4-hidroxifenil)etano, \alpha,\alpha',\alpha''-tris(4-hidroxifenil)-1,3,5-triisopropilbenceno, o similares.
No hay restricciones concretas en la viscosidad intrínseca de la resina basada en policarbonato, según se midió a 25ºC en cloruro de metileno, y se puede seleccionar de forma apropiada según viene dictada por la aplicación pretendida y la capacidad de moldeo, pero normalmente es de al menos 0,26 dl/g y, preferiblemente, 0,30 a 0,98 dl/g, e incluso más preferiblemente 0,34 a 0,64 dl/g. Cuando se calcula como el peso molecular medio en viscosidad, normalmente deberá ser de al menos 10.000, y preferiblemente 12.000 a 50.000, e incluso más preferiblemente 14.000 a 30.000. También es posible usar una mezcla de resinas de policarbonato con diferentes viscosidades intrínsecas. El peso molecular medio en viscosidad (Mv) se halla midiendo la viscosidad intrínseca (viscosidad límite [índice] \eta) a 20ºC en cloruro de metileno, y calculando luego a partir de la ecuación de viscosidad de Mark-Houwink:
\eta = K \times (Mv)^{a} (K = 1,23 \times 10^{-4}, a = 0,83)
La resina basada en policarbonato usada en la presente invención, se elabora mediante un método conocido. Los ejemplos incluyen los siguientes.
(1)
Un método en el que se sintetiza un policarbonato sometiendo un compuesto dihidroxílico aromático y un precursor del carbonato (como por ejemplo un diéster carbónico), a una reacción de intercambio de éster mientras que está fundido (método de la masa fundida).
(2)
Un método en el que se hacen reaccionar, en una solución (método interfacial), un compuesto dihidroxílico aromático y un precursor del carbonato (como por ejemplo el fosgeno).
Estos métodos de elaboración se discuten, por ejemplo, en las solicitudes de Patentes Japonesas, expuestas al público, H2-175723 y H2-124934, las Patentes de EE.UU. 4.001.184, 4.238.569, y 4.474.999, y en otros sitios.
En una realización de la presente invención, también se puede usar una resina termoplástica distinta del policarbonato (A-2) junto con la resina (A-1) basada en policarbonato.
En otra realización más de la presente invención, puede estar contenida una resina termoplástica distinta al policarbonato (de aquí en adelante referida meramente como resina termoplástica) junto con un policarbonato. Se puede usar cualquier resina termoplástica distinta del policarbonato como la resina termoplástica (A-2), sin ninguna restricción concreta, pero éste es, preferiblemente, uno de los tipos de resina seleccionado del siguiente grupo.
(1)
polímeros que incluyen como un componente estructural (a) un componente monómero vinílico aromático,
(2)
copolímeros que incluyen como componentes estructurales (a) un componente monómero vinílico aromático y (b) un componente monómero de cianuro de vinilo;
(3)
copolímeros que incluyen como componentes estructurales (a) un componente monómero vinílico aromático, (b) un componente monómero de cianuro de vinilo, y (c) un polímero similar al caucho;
\quad
poliésteres aromáticos;
\quad
poli(éteres de fenileno);
\quad
poli(éter imidas); y
\quad
poli(sulfuros de fenileno)
La totalidad de las resinas listadas anteriormente se pueden comprar como productos comerciales, y no hay restricciones concretas en los métodos de elaboración, etc.
(Co)polímero (1). En primer lugar, se describirán los polímeros que incluyen (a) un componente monómero vinílico aromático (1).
Los ejemplos de componente monómero vinílico aromático (a) incluyen, \alpha-metilestireno, o-, m- o p-metilestireno, vinilxileno, monocloroestireno, dicloroestireno, monobromoestireno, dibromoestireno, fluoroestireno, p-terc-butilestireno, etilestireno y vinilnaftaleno. El polímero usado en la presente invención puede ser un homopolímero de uno de estos, o puede ser un copolímero de dos o más monómeros diferentes. De estos monómeros, son particularmente favorables el estireno y el \alpha-metilestireno. Un ejemplo favorable de un polímero es una resina de estireno.
No hay restricciones concretas en el método para elaborar este (co)polímero, y se puede emplear cualquier método ordinario conocido, como por ejemplo la polimerización en masa, polimerización en solución, polimerización en suspensión en masa, polimerización en suspensión, y polimerización en emulsión. El (co)polímero deseado se puede obtener también mezclando, por separado, resinas polimerizadas.
Copolímero (2). A continuación, se describirán los copolímeros que incluyen (a) un componente monómero vinílico aromático y (b) un componente monómero de cianuro de vinilo (2).
Los ejemplos de componente monómero vinílico aromático (a) son los mismos de antes. Los ejemplos de componente monómero de cianuro de vinilo (b) incluyen el acrilonitrilo y metacrilonitrilo. En el polímero puede estar contenido uno o más de estos componentes.
No hay restricciones concretas sobre la relación composicional (a)/(b), que se seleccionará según la aplicación. (a)/(b) es, preferiblemente, tal que (a) corresponde del 50 al 95% en peso y (b) del 5 al 50% en peso, e incluso más preferiblemente, tal que (a) corresponde del 65 al 92% en peso y (b) del 8 al 35% en peso.
Un ejemplo favorable del polímero anteriormente mencionado es una resina SAN (copolímero de estireno-acrilonitrilo). No hay restricciones concretas sobre el método para la elaboración de este polímero, y se puede emplear cualquier método ordinario conocido, como por ejemplo, la polimerización en masa, polimerización en solución, polimerización en suspensión en masa, polimerización en suspensión, y polimerización en emulsión. El (co)polímero deseado se puede obtener también mezclando, por separado, resinas polimerizadas.
Copolímero (3). A continuación, se describirán los copolímeros que incluyen (a) un componente monómero vinílico aromático, (b) un componente monómero de cianuro de vinilo, y (c) un polímero similar al caucho (3). Son ejemplos de componente monómero vinílico aromático (a) y de componente monómero de cianuro de vinilo (b), los mismos de antes.
Los ejemplos de polímeros similares al caucho (3) incluyen polibutadieno, poliisopreno, copolímeros de bloque y copolímeros aleatorios de estireno-butadieno, copolímeros de butadieno-isopreno, y otros cauchos basados en dienos; copolímeros de bloque y copolímeros aleatorios de etileno-propileno, copolímeros de etileno y \alpha-olefinas, etileno-metacrilato, etileno-acrilato de butilo, y otros copolímeros de etileno y ésteres carboxílicos insaturados; copolímeros de éster acrílico-butadieno, como por ejemplo copolímero de acrilato de butilo-butadieno, y otros polímeros elastoméricos acrílicos; etileno-acetato de vinilo y otros copolímeros de etileno y sal vinílica de ácido graso; copolímeros de etileno-propileno-hexadieno y otros terpolímeros diénicos no conjugados de etileno-propileno; copolímeros de butileno-isopreno, y polietileno clorado. Estos se pueden usar solos o en combinaciones. Los polímeros similares al caucho preferibles, son los terpolímeros diénicos no conjugados de etileno-propileno, cauchos diénicos, y polímeros elastoméricos acrílicos, siendo particularmente favorables el polibutadieno y los copolímeros de estireno-butadieno. El contenido de estireno es estos, es preferible que sea del 50% en peso o menos.
Este copolímero (3) es, preferiblemente, un copolímero de injerto obtenido mediante la polimerización por injerto de otros componentes en presencia del polímero similar al caucho (c). Para ello es particularmente favorable que sea una resina seleccionada entre las resinas ABS (copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno), resinas AES (copolímeros de acrilonitrilo-etileno-estireno), resinas ACS (copolímeros de acrilonitrilo-polietileno clorado-estireno, y resinas AAS (copolímeros de acrilonitrilo-elastómero acrílico-estireno).
El peso molecular medio ponderado (Mw) del (co)polímero (1) anteriormente mencionado y de los copolímeros (2) y (3) es, preferiblemente de 30.000 a 200.000, siendo incluso mejor de 30.000 a 150.000, siendo particularmente bueno de 30.000 a 110.000.
En la medida en que el objeto de la presente invención no se ve comprometido, los monómeros que son copolimerizables con los componentes anteriormente mencionados (a), (b), y (c), también pueden copolimerizarse con estos componentes en los anteriormente mencionados (co)polímero (1) y copolímeros (2) y (3). Los ejemplos de estos monómeros copolimerizables incluyen el ácido acrílico, ácido metacrílico, y otros ácidos carboxílicos \alpha,\beta-insaturados, (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de propilo, (met)acrilato de butilo, (met)acrilato de 2-etilo, metacrilato de 2-etilhexilo, y otros ésteres carboxílicos \alpha,\beta-insaturados; anhídrido maleico, anhídrido itacónico, y otros anhídridos dicarboxílicos \alpha,\beta-insaturados; y maleimida, N-metilmaleimida, N-etilmaleimida, N-fenilmaleimida, N-o-clorofenilmaleimida, y otros compuestos de imidas de ácido carboxílico \alpha,\beta-insaturados. Estos monómeros se pueden usar solos o en combinaciones.
No hay restricciones concretas en el método para la elaboración de este copolímero, y se puede elaborar mediante polimerización en masa, polimerización en suspensión en masa, o polimerización en solución.
Poliésteres aromáticos (4). Los poliésteres aromáticos son, por sí mismo, conocidos, y son poliésteres que tienen un anillo aromático en una unidad de cadena del polímero. Estos polímeros y copolímeros se obtienen mediante una reacción de policondensación en la que los componentes principales son un ácido dicarboxílico aromático y un diol (o un derivado suyo formador del éster).
Los ejemplos de ácidos dicarboxílicos aromáticos incluyen el ácido tereftálico, ácido isoftálio, ácido orto-ftálico, ácido 1,5-naftalenodicarboxílico, ácido naftaleno-2,5-dicarboxílico, ácido naftaleno-2,6-dicarboxílico, ácido bifenil-2,2'-dicarboxílico, ácido bifenil-3,3'-dicarboxílico, ácido bifenil-4,4'-dicarboxílico, ácido bifenilsulfona-4,4'-dicarboxílico, ácido difenilisopolidieno-4,4'-dicarboxílico, ácido 1,2-bis(fenoxi)etano-4,4'-dicarboxílico, ácido antraceno-2,5-dicarboxílico, ácido antraceno-2,6-dicarboxílico, ácido p-terfenileno-4,4'dicarboxílico, y ácido piridina-2,5-dicarboxílico. Es preferible el ácido tereftálico.
Estos ácidos dicarboxílicos aromáticos se pueden usar también como una mezcla de dos o más tipos. También, mientras que la cantidad sea pequeña, se pueden mezclar con los ácidos dihidroxílicos aromáticos anteriormente mencionados uno o más ácidos dicarboxílicos alifáticos, como por ejemplo el ácido adípico, ácido azeláico, ácido dodecanodióico, y ácido sebácico, o uno o más ácidos dicarboxílicos alicíclicos, como por ejemplo el ácido ciclohexanodicarboxílico.
Los ejemplos de componentes diólicos incluyen etilenglicol, propilenglicol, butilenglicol, hexilenglicol, neopentilglicol, 2-metilpropano-1,3-diol, dietilenglicol, trietilenglicol, y otros dioles alifáticos, y ciclohexano1,4-dimetanol, y otros dioles alicíclicos, así como mezclas de estos. También, mientras que la cantidad sea pequeña, se pueden copolimerizar uno o más tipos de dioles de cadena larga con un peso molecular de 400 a 6.000, como por ejemplo el polietilenglicol, poli (1,3-propilenglicol), o politetrametilenglicol.
Ejemplos específicos de resinas de poliéster aromático incluyen poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(tereftalato de propileno) poli(tereftalato de butileno) (PBT), poli(naftalato de etileno), poli(naftalato de butileno), poli(4,4'-dicarboxilato de etilén-1,2-bis(fenoxi)etano), y poli(tereftalato de ciclohexanodimetanol. De estos, se prefieren el PBT y el PET.
Poli(fenilén-éter) (5). El poli(fenilén-éter) (PPE) es una resina conocida que tiene unidades fenilén-éter, sustituidas o no sustituidas, que se repiten. Los ejemplos específicos incluyen poli(2,6-dimetil-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-dietil-1,4-fenilén-éter), poli(2-metil-6-etil1,4-fenilén-éter), poli(2-etil-6-propil-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-dimetoxi-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-diclorometil-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-dibromometil-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-difenil-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-ditolil-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-dicloroil-1,4-fenilén-éter), poli(2,6-dibencil-1,4-fenilén-éter), y poli(2,6-dimetil-1,4-fenilén-éter).
El copolímero PPE puede ser un copolímero que contenga un fenol sustituido con alquilo, como por ejemplo 2,3,6-trimetilfenol, en alguna de las unidades de fenilén-éter que se repiten. También puede ser un copolímero en el que se ha injertado a un PPE un compuesto de estireno. el poli(fenilén-éter) injertado con un compuesto de estireno incluye copolímeros obtenidos mediante la polimerización por injerto de uno de los PPE anteriormente mencionados, con un compuesto de estireno, como por ejemplo estireno, \alpha-metilestireno, viniltolueno, o cloroestireno. El PPE se puede conseguir comercialmente con la marca de fábrica Noryl, hecho por GE Plastics Japan.
Poli(éter-imida) (6). La poli(éter-imida) es una resina conocida, un ejemplo de la cual es el Ultem, una marca de fábrica de GE Plastics Japan.
Poli(sulfuro de fenileno) (7). El poli(sulfuro de fenileno) (PPS) es una resina conocida que tiene unidades de poli(sulfuro de fenileno) sustituidas o no sustituidas. Los ejemplos incluyen los que se pueden conseguir de Phillips Petroleum, Tosoh Susteel [deletreo dudoso], Tohpren, Kureha Chemical, etcétera.
Los copolímeros (1) y (3) son preferibles como la resina termoplástica usada en la presente invención, y es incluso más favorable usar una resina seleccionada de entre HIPS (poliéstireno de alto impacto; del inglés high impact polystyrene), resinas ABS (copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno), resinas AES (copolímeros de acrilonitrilo-etileno-estireno), resinas ACS (copolímeros de acrilonitrilo-polietileno clorado-estireno), y resinas AAS (copolímeros de acrilonitrilo-elastómero acrílico-estireno). Son particularmente favorables las resinas ABS y el HIPS.
Para esta resina termoplástica (A-2), es favorable que sea tal que su relación de pesos (A-1:A-2) con la resina basada en policarbonato sea de 99:1 a 1:99, y preferiblemente de 30:70 a 70:30.
Éster fosfórico (B). Como el éster fosfórico se usa un compuesto expresado por la siguiente fórmula.
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En la fórmula R^{1}, R^{2}, R^{3}, y R^{4} son cada uno de ellos, independientemente, un grupo hidrocarbonado con 1 a 30 átomos de carbono y, preferiblemente, 1 a 5, y preferiblemente un grupo hidrocarbonado aromático sustituido o no sustituido. Si es sustituido, los ejemplos de sustituyentes incluyen grupos alquilo, grupos alcoxilo, grupos alquiltío, halógenos, grupos arilo, y grupos ariloxilo.
Los ejemplos de R^{1}, R^{2}, R^{3}, y R^{4} incluyen aquí un grupo fenilo, grupo cresilo, grupo xilenilo (como por ejemplo un grupo 2,6-xilenilo), grupo trimetilfenilo, grupo etilfenilo, grupo cumilo, y grupo butilfenilo. Si de esta forma está contenido un grupo hidrocarbonado, la composición de resina resultante tendrá un retardo de la llama particularmente destacado.
X es un grupo orgánico divalente C_{1} a C_{30} que puede contener un átomo de oxígeno y/o un átomo de nitrógeno, Esta X es, por ejemplo, -O-Y^{1}-O- (donde Y^{1} es un grupo hidrocarbonado aromático, sustituido o no sustituido y, preferiblemente, un grupo 1,4-fenileno, un grupo 1,3-fenileno, etc.) o -O-Y^{2}-R^{5}-Y^{3}-O- (donde Y^{2} e Y^{3} son grupos hidrocarbonados aromáticos divalentes, sustituidos o no sustituidos, cuyos ejemplos específicos incluyen grupos fenileno sustituidos o no sustituidos; y R^{5} es un grupo hidrocarbonado divalente C_{1} a C_{8} o un grupo oxi-hidrocarbonado (-R^{6}-O-; donde R^{6} es un grupo hidrocarbonado divalente C_{1} a C_{8}), y más específicamente es un grupo hidrocarbonado alifático, divalente, C_{1} a C_{9}, como por ejemplo un grupo 2,2'-propileno. X puede ser un grupo orgánico en el que un átomo de nitrógeno está unido directamente a un átomo de fósforo, un ejemplo del cual es un grupo 1,4-piperadinilo (fórmula siguiente.
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m es un número entero de 0 a 5.
Los ésteres fosfóricos favorables incluyen difosfato de tetrafenilo y bisfenol A (BPADP), fosfato de trifenilo, fosfato de tricresilo, fosfato de cresildifenilo, difosfato de tetracresilo y bisfenol A, fosfato de resorcinol y tetraquis(2,6-dimetilfenilo), y tetraxililpiperidina fosforamida. De estos, son preferibles el difosfato de tetrafenilo y bisfenol A (BPADP) y difosfato de tetracresilo y bisfenol A, como éster fosfórico.
La adición de este éster fosfórico (B) permite que se obtenga un artículo moldeado con un superior retardo de la llama.
La cantidad en la que el éster fosfórico (B) está combinada en la composición de la resina retardadora de la llama, de la presente invención, es preferible de 0,5 a 15 partes en peso, e incluso más preferiblemente de 0,5 a 10 partes en peso, por 100 partes en peso de resina (A-1) basada en policarbonato, cuando se usa la solución acuosa por sí misma, o por 100 partes en peso de (A-1) y (A-2) combinadas, cuando se usan juntas la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina termoplástica (A-2). El efecto del retardo de la llama no será adecuado si la cantidad de éster fosfórico es inferior a 0,5 partes en peso, pero las características originales de la resina se pueden perder si se excede de las 20 partes en peso.
Organopolisiloxano que contiene grupo alcoxilo (C). Como la silicona del componente (C) se usa un organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo, expresado mediante la siguiente fórmula composicional media (1).
(1)R^{1}{}_{a}Si(OR^{2})_{b}O_{(4-a-b)/2}
En la formula general, R^{1} es un grupo hidrocarbonado univalente no sustituido que contiene un grupo arilo y cuyo contenido de grupo arilo es al menos del 20%. R^{2} es un grupo hidrocarbonado univalente sustituido o no sustituido, y R^{1} y R^{2} pueden ser iguales o diferentes uno del otro. 0,2 \leq a \leq 2,7; 0,2 \leq b \leq 2,4; y a + b < 3.
Los ejemplos de R^{1} incluyen un grupo metilo, grupo etilo, grupo propilo, grupo butilo, grupo hexilo, y otros grupos alquilo; grupo vinilo, grupo propenilo, grupo butenilo, y otros grupos alquenilo; grupo fenilo, grupo bifenilo, naftaleno, y otros grupos arilo; grupo ciclohexilo, grupo ciclooctilo, y otros grupos cicloalquilo; y grupos en los que los átomos de hidrógeno unidos a átomos de carbono, en los grupos anteriores, han sido sustituidos con átomos de halógeno, grupos ciano, grupos amino, o similares, como por ejemplo un grupo clorometilo, grupo 3,3,3-trifluoropropilo, grupo cianometilo, grupo \gamma-aminopropilo, grupo N-(\beta-aminoetilo)-\gamma-aminopropilo, y etcétera. Desde el punto de vista de la facilidad de síntesis o de la disponibilidad, o de la seguridad del compuesto de silicona, se prefiere con fines industriales un grupo metilo, grupo etilo, o grupo fenilo.
El compuesto de silicona que es el componente C contiene un grupo arilo (grupo fenilo) como un componente esencial en los grupos R^{1}. El contenido de grupo arilo (contenido de grupo fenilo) es de al menos el 20%. Por debajo de esta cantidad, la capacidad de dispersión en la resina basada en policarbonato será pobre, la condensación entre los compuestos aromáticos será también menos propensa a que tenga lugar durante la combustión, y el efecto de la combustión puede disminuir. Es particularmente favorable que el contenido de grupo arilo sea de al menos el 50%. Si el contenido del grupo arilo está por encima del 90%, el impedimento volumétrico entre los grupos aromáticos disminuirá la libertad espacial de las moléculas de organopolisiloxano e impedirás sus libres movimientos dentro de la resina, y esto puede ser un obstáculo para que se consiga un significativo efecto de retardo de la llama.
Los ejemplos de R^{2} incluyen el grupo metilo, grupo etilo, grupo propilo, grupo butilo, grupo hexilo. Se puede usar un grupo metoxilo, grupo etoxilo, o grupo propoxilo para mejorar el alcoxilo debido a su buena reactividad y facilidad de manipulación en una instalación industrial. El grupo alcoxilo podrá ser un grupo silanol (SiOH), pero el silanol es fácil que forme aglomeraciones dentro de la silicona. Por lo tanto, es deseable controlar la cantidad de silanol. En una realización de la invención, el silanol se mantiene por debajo del 10% en moles, respecto a la cantidad total de grupos alcoxilo y silanol.
Una característica de la presente invención es que hay un drástico efecto sinérgico en el retardo de la llama cuando se usa un éster fosfórico junto con uno de los anteriormente mencionados organopolisiloxanos que contienen grupos alcoxilo. No se puede conseguir el mismo efecto ni con un éster fosfórico ni con un organopolisiloxano cuando se añaden solos.
Se cree que los grupos alcoxilo en el organopolisiloxano usado en la presente invención imparten activad al compuesto de silicona y, por lo tanto, contribuyen a un efecto sinérgico retardador de la llama cuando se usan junto con un éster fosfórico. En una realización, la relación de moles de alcoxilo respecto a la totalidad de los moles de grupos sustituyentes se mantiene dentro del intervalo del 10%-70%. En otra realización, se mantiene entre el 20% y el 50%. Si es inferior al 10%, la actividad del organopolisiloxano puede ser tan baja que no se pueda conseguir el adecuado efecto retardador de la llama, pero si se excede el 50%, la resistencia al calor del organopolisiloxano puede disminuir, lo cual disminuiría también el efecto retardador de la llama.
El peso molecular medio ponderado del organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo que sirve como componente C, está entre 300 y 3000. En otra realización, entre 300 y 2000. Si el peso molecular es demasiado bajo, entonces el organopolisiloxano tenderá a exudar hacia la superficie del artículo moldeado después de mezclarse con la composición de resina, de forma que puede haber una disminución del efecto retardador de la llama. Sin embargo, si el peso molecular es demasiado alto, la capacidad de dispersión del organopolisiloxano en la resina será pobre, y el organopolisiloxano se moverá alrededor con dificultad, así que puede haber de nuevo una disminución del efecto retardador de la llama.
Es preferible para el organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo, usado en la presente invención, que incluya una estructura ramificada. El término "estructura ramificada", según se usa aquí, significa que están unidos tres o cuatro residuos de siloxano a un único átomo de silicio del organopolisiloxano. Más específicamente, se refiere a un caso en el que se incluye cualquiera de las siguientes unidades estructurales.
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(R^{1} y R^{2} se definen igual que en la anterior fórmula 1).
Es preferible que la siguiente unidad estructural (c-1) o (c-2) sea incluida además a la estructura ramificada en el organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo, usado en la presente invención.
R^{1}_{1}Si(OR^{2})_{2}O_{0,6}
(c-1)
R^{1}_{1}Si(OR^{2})O
(c-2)
(R^{1} y R^{2} se definen igual que en la anterior fórmula 1).
El organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo puede incluir la siguiente unidad estructural (c-3) o (c-4) además a la estructura ramificada.
Si(OR^{2})_{2}º
(c-3)
Si(OR^{2})_{3}O_{0,5}
(c-4)
\newpage
El organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo, usado en la presente invención, puede incluir además una unidad bifuncional (c-5) en el que dos grupos hidrocarbonados están unidos a un único átomo de silicio, o unidades monofuncionales (c-6) y (c-7) en las que tres grupos hidrocarbonados están unidos a un único átomo de silicio, como se muestra mediante las siguientes fórmulas.
R^{1}_{2}SiO
(c-5)
R^{1}_{2}Si(OR^{2})O_{0,5}
(c-6)
R^{1}_{3}SiO_{0,5}
(c-7)
(R^{1} y R^{2} se definen igual que en la anterior fórmula 1).
Las unidades estructurales expresadas por estas fórmulas (c-5) a (c-7) están contenidas en el organopolisiloxano en una cantidad de no más del 85% en moles. En una realización, no es más del 50% en moles. Si se incluye una gran cantidad de unidades bifuncionales o monofuncionales, la resistencia al calor y la actividad reticuladora del organopolisiloxano puede disminuir, lo cual disminuirá el retardo de la llama.
Este organopolisiloxano puede ser cualquier producto semejante que se pueda conseguir comercialmente, sin que haya sobre ello ninguna restricción concreta. El organopolisiloxano se puede elaborar también mediante un método conocido. Por ejemplo, el organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo, que se persigue, se puede elaborar sometiendo un organopolisiloxano o un organoclorosilano capaz de formar unidades de siloxano a una reacción de alcoxilación e hidrólisis, y a una reacción de condensación con el agua y el alcohol existente.
En una realización, la cantidad en la que se combina el organopolisiloxano del componente C con la composición de resina retardadora de la llama de la presente invención, es de 0,01 a 20 partes en peso. En otra realización, la cantidad es de 0,05 a 10 partes en peso, por 100 partes en peso de la resina (A-1) basada en policarbonato o por 100 partes en peso combinadas de la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina (A-2) termoplástica. Si la cantidad de organopolisiloxano es inferior a 0,05 partes en peso, no se puede impartir un retardo de llama suficiente, pero excediendo de 10 partes en peso tendrá un efecto adverso sobre el aspecto y la resistencia del artículo moldeado. Ninguno de estos organopolisiloxano genera gases nocivos cunado se quema.
Si se necesita, la composición de resina retardadora de la llama, perteneciente a la presente invención, puede contener además (D) un agente anti-goteo, (E) una sal de metal alcalino (alcalinotérreo) de un ácido perfluoroalcanosulfónico.
Agente antigoteo (D). La composición de resina de la presente invención incluye un agente anti-goteo. Un agente anti-goteo es un aditivo que sirve para inhibir el goteo durante la combustión, y se puede usar cualquier agente conocido. Con la presente invención, resulta favorable uno que forma una estructura fibrilar en la resina basada en policarbonato, tipificada por copolímeros de politetrafluoroetileno (PTFE) y tetrafluoroetileno (como por ejemplo un copolímero de politetrafluoroetileno/hexafluorpropileno), porque exhibe un mejor goteo.
De los diversos tipos de politetrafluoroetileno (PTFE) disponibles, se prefiere uno que tenga una excelente capacidad de dispersión, por ejemplo uno en el que el PTFE se ponga en emulsión y se disperse en una solución de agua o similar, o uno en el que el PTFE haya sido encapsulado con una resina tipificada por policarbonatos y copolímeros de estireno-acrilonitrilo, o una mezcla madre de PTFE y una resina tipificada por policarbonatos y copolímeros de estireno-acrilonitrilo, porque impartirá un buen aspecto superficial al artículo moldeado compuesto por la composición de policarbonato.
También se puede usar un poli(fenilén-éter) (PPE) junto con el politetrafluoroetileno anteriormente mencionado como el agente anti-goteo (D) de la presente invención.
Además, se puede usar un agente anti-goteo inorgánico junto con el politetrafluoroetileno anteriormente mencionado como agente anti-goteo. Los ejemplos de los agentes anti-goteo inorgánicos incluyen sílice, cuarzo, silicato de aluminio, mica, alúmina, hidróxido de aluminio, carbonato de calcio, talco, carburo de silicio, nitruro de silicio, nitruro de boro, óxido de titanio, óxido de hierro, y negro de carbono.
El agente anti-goteo se añade en una cantidad de 0,01 a 10 partes en peso y, preferiblemente, 0,05 a 2 partes en peso, e incluso más preferiblemente 0,1 a 0,5 partes en peso, por 100 partes en peso de la resina (A-1) basada en policarbonato, cuando la resina (A-1) basada en policarbonato se usa por sí misma, o por 100 partes en peso combinadas de la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina termoplástica distinta a la resina (A-2) basada en policarbonato, cuando la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina termoplástica distinta a la resina (A-2) basada en policarbonato se usan juntas.
Los ejemplos específicos de los PTFE comercialmente disponibles incluyen Teflon 30J (marca de fábrica de Mitsui DuPont Fluorochemical), Polyflon D-2C (marca de fábrica de Dalkin Chamical Industries), y Aflon AD1 (marca de fábrica de Asahi Glass).
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Sal de metal alcalino (alcalinotérreo) de un ácido perfluoroalquenosulfónico (E)
Se usa un ácido perfluoroalquenosulfónico como componente E en la composición de resina de la presente invención.
La sal de metal alcalino (alcalinotérreo) de un ácido perfluoroalcanosulfónico es una sal metálica de ácido sulfónico que tiene, preferiblemente, grupos perfluoroalcano C_{1} a C_{9}, e incluso más preferiblemente C_{4} a C_{8}. Los ejemplos de metales alcalinos (alcalinotérreos) incluyen sodio, potasio, litio, cesio, rubidio, berilio, magnesio, calcio, estroncio, y bario. De estos, son preferibles el sodio y el potasio, y es especialmente bueno el potasio.
Los ejemplos de esta sal de metal alcalino (alcalinotérreo) de un ácido perfluoroalcanosulfónico incluyen una sal de sodio del ácido perfluorobutanosulfónico, una sal de potasio del ácido perfluorobutanosulfónico, una sal de sodio del ácido perfluorometilbutanosulfónico, una sal de potasio del ácido perfluorometilbutanosulfónico, una sal de sodio del ácido perfluorooctanosulfónico, y una sal de potasio del ácido perfluorooctanosulfónico, siendo particularmente favorable el perfluorobutanosulfonato de potasio.
La sal de metal alcalino (alcalinotérreo) de un ácido perfluoroalcanosulfóncio (G) [sic] se usará en una cantidad de 0,01 a 3 partes en peso y, preferiblemente, de 0,01 a 0,1 partes en peso, e incluso más preferiblemente de 0,02 a 0,09 partes en peso, y más preferiblemente todavía de 0,03 a 0,08 partes en peso, por 100 partes en peso de policarbonato.
Otros componentes. La composición de resina de la presente invención puede contener, además, un absorbente de radiación UV, un antioxidante basado en fenol impedido, y un aditivo para desprender el molde, o similares. Los ejemplos de los absorbentes de la radiación UV incluyen absorbentes de la radiación UV basados en benzotriazol, absorbentes de la radiación UV basados en benzofenona, y absorbentes de la radiación UV basados en salicilato. Como aditivos para desprender el molde, se pueden usar estearatos bien conocidos.
También se pueden añadir aditivos conocidos a la composición de resina retardadora de la llama, perteneciente a la presente invención, en la medida en que sus propiedades no se vean comprometidas, durante la mezcla y moldeo de la composición de resina según viene dictado por la aplicación pretendida. Los ejemplos incluyen colorantes (pigmentos y tintes, como por ejemplo negro de carbono y óxido de titanio), cargas, agentes de refuerzo (fibra de vidrio, fibra de carbono, talco, arcilla, mica, escamas de vidrio, vidrio molido, cuentas de vidrio), lubricantes, plastificantes, retardadores de la llama y mejoradores de la fluidez.
No hay restricciones concretas en el método para elaborar la composición de resina de la presente invención, y se puede usar cualquier método conocido. Es particularmente favorable un método de mezcla de la masa fundida. También se puede añadir una pequeña cantidad de disolvente en la elaboración de la composición de resina.
Los ejemplos del aparato de mezcla incluyen un extrusor, un mezclador Banbury, un rodillo, y una amasadora, que se pueden hacer funcionar de una forma continua o por cargas. No hay restricciones concretas en el orden en el que se mezclan los componentes.
La composición de resina retardadora de la llama, perteneciente a la presente invención, tiene un destacado retardo de la llama y no gotea cuando se quema.
Por ejemplo, la composición de resina retardadora de la llama, perteneciente a la presente invención, se usó para producir una pieza de ensayo con un espesor de 1,6 mm, esto se sometió a ensayo según el método de ensayo establecido en el Boletín 94 del Underwriters' Laboratory Corporation, "Burn Test for Material Classification" (Ensayo de combustión para la clasificación de materiales) (de aquí en adelante denominado UL-94), y se dio el índice V de UL-94, después de lo cual la pieza de ensayo pasó el índice V-0 de UL-94. Los diversos criterios del índice V en UL-94 se resumen en la Tabla 1 de abajo.
TABLA 1
15
La composición de resina retardadora de la llama, perteneciente a la presente invención, se puede moldear en la forma deseada usando cualquier método de moldeo, como por ejemplo moldeo por inyección, moldeo por extrusión o moldeo por soplado.
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El artículo moldeado obtenido de esta manera tendrá excelente resistencia al impacto, así como una alta resistencia al calor y, además, tendrá un excelente retardo de la llama. Por consiguiente, un artículo moldeado de la composición de resina de la presente invención es adecuado para los paneles exteriores de los equipos de ofimática y bienes eléctricos y electrónicos de consumo, materiales para carcasas, y partes de dispositivos eléctricos y electrónicos.
Debido a que contiene una resina de silicona específica junto con un éster fosfórico específico, la composición de resina retardadora de la llama, de la presente invención, proporciona un alto grado de retardo de la llama sin sacrificar la resistencia al impacto o la capacidad de moldeo, y debido a que no contiene retardador de la llama compuesto de cloro, bromo, o similares, no hay peligro de que se generen gases que contengan halógenos que se originen en dicho retardador de la llama cuando se quema y, por lo tanto, también proporciona un excelente comportamiento en términos de protección ambiental. Además, si se añade un estabilizador específico con base epoxídica, potenciará la resistencia a la hidrólisis de la propia resina basada en policarbonato, haciendo posible producir un artículo moldeado con coloreado superior y resistencia al impacto.
Por consiguiente, la composición de resina retardadora de la llama es extremadamente útil en aplicaciones que demanden alta resistencia al calor, como por ejemplo aparatos de televisión, impresoras, copiadoras, máquinas para facsímil, ordenadores personales, y otros dispositivos eléctricos de consumo, materiales para carcasas y partes para equipos de ofimática, empaque de baterías, reflectores de cristal líquido, materiales para el interior de automóviles, etcétera.
Ejemplos
La presente invención se describirá ahora con más detalles mediante ejemplos, pero la presente invención no está limitada, en modo alguno, mediante estos ejemplos.
A menos que se especifique otra cosa, todas las "partes" en los ejemplos son partes en peso, y todos los porcentajes son tanto por ciento en peso.
Los siguientes compuestos se usaron para los diversos componentes.
(1) Resina basada en policarbonato (PC)
Poli(carbonato de bisfenol A): Lexan (marca de fábrica de GE Plastics Japan); índice de flujo de la masa fundida medido a 300ºC y una carga de 1,2 kg: 12,3 g/10 minutos; viscosidad intrínseca medida a 25ºC en cloruro de metileno: 0,49 dl/g; peso molecular medio en viscosidad (Mv): 21,760 (valor calculado).
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(2) Resina ABS
Un resina ABS que se puede conseguir comercialmente de GE Plastics, que tiene un contenido de caucho del 20%, y MI de 20 g/10 minutos.
\vskip1.000000\baselineskip
(3) Silicona
Se usaron cinco siliconas.
Ph_{1,4}(CH_{3})_{0,3}Si(OCH_{3})_{0,8}O_{0,75} (MW = 600)
(C-1)
Ph_{1,1}(CH_{3})_{0,6}Si(OCH_{3})_{0,7}O_{0,8} (MW = 900)
(C-2)
Ph_{0,4}(CH_{3})_{1,3}Si(OCH_{3})_{0,9}O_{0,7} (MW = 1000)
(C-3)
Ph_{1,2}(CH_{3})_{0,4}Si(OCH_{3})_{0,5}O_{0,95} (MW = 800)
(C-4)
(CH_{3})_{1,0}Si(OCH_{3})_{0,7}O_{0,12} (MW = 1200)
(C-5)
(Ph es un grupo fenilo).
\vskip1.000000\baselineskip
(4) Compuesto de éster fosfórico
Difosfato de tetrafenilo y bisfenol (A) (BPADP), CR741S (marca de fábrica de Daihachi Chemical)
\vskip1.000000\baselineskip
(5) Politetrafluoroietileno (PTFE)
Polyflon D-2C (marca de fábrica de Daikin Chemical Industries). PTFE emulsionado y dispersado en agua, con un contenido de PTFE del 60%. Se añadió Polyflon D-2C en una cantidad de 0,5% con respecto a la resina basada en policarbonato, y el PTFE real añadido fue del 0,3%. El agua se volatilizó durante la preparación de la composición de resina.
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Ejemplo 1
Se mezclaron 90 partes en peso de policarbonato 90, 10 partes en peso de resina ABS, 1 parte en peso de éster fosfórico, 1 parte en peso de organopolisiloxano (C-1) que contiene el grupo alcoxilo, y 0,5 partes en peso de PTFE, y se pusieron en un extrusor de doble tornillo hecho por The Japan Steel Works, Ltd. La mezcla se extruyó a una velocidad del tornillo de 300 rpm, y una temperatura de la cuba del extrusor de 240 a 250ºC, y se cortó con una longitud específica para elaborar pélets. Estos pélets se usaron en el moldeo por inyección de una pieza de ensayo de un tamaño específico desde una máquina de moldeo por inyección de 100 toneladas, a una temperatura de la cuba de 260ºC, y una temperatura de moldeo de 50ºC. El artículo moldeado así obtenido (1,6 mm de espesor) fue sometido al ensayo de retardo de la llama establecido en UL-94. El tiempo de combustión es el tiempo de combustión combinado para cinco muestras.
Se evaluó la resistencia al impacto midiendo la resistencia al impacto Izod con una entalla de 3,175 mm, según ASTM D256. La temperatura de distorsión por calor bajo carga (HDT) se midió usando una pieza de ensayo de 127 \times 12,7 \times 6,4 mm, con una carga de 18,6 kg, y a una velocidad de elevación de la temperatura de 2ºC/minuto, según ASTM D648. Características de la hidrólisis: se midió el peso molecular medio ponderado inicial del policarbonato en la composición de resina preparada y el peso molecular medio ponderado en la composición de resina que se mantuvo bajo una atmósfera de 100 de HR (humedad relativa) y 121ºC durante 48 horas. La medida del peso molecular medio ponderado se llevó a cabo mediante GPC (cromatografía de filtración en gel). Además, que el peso molecular medio ponderado sea bajo significa que la característica anti-hidrólisis es baja.
Estos resultados se dan en la Tabla 2.
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Ejemplos 2 a 5
Se produjeron pélets distintos a los que usan las composiciones mostradas en la Tabla 2, y se evaluaron las características de la misma manera que en el Ejemplo 1. Estos resultados se dan en la Tabla 2.
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Ejemplos comparativos 1 a 7
Se produjeron pélets distintos a los que usan las composiciones mostradas en la Tabla 2, y se evaluaron las características de la misma manera que en el Ejemplo 1. Estos resultados se dan en la Tabla 2.
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(Tabla pasa a página siguiente)
16
17
Como resulta claro a partir de la Tabla 2, las composiciones de resinas retardadoras de la llama de los Ejemplos 1 a 5, tienen alta resistencia al impacto y excelente resistencia al calor (HDT), retardo de llama, así como resistencia a la hidrólisis. Por el contrario, casi no hay efecto de retardo de la llama cuando se usa un éster fosfórico junto con una silicona que no contiene grupos fenilo, como en el Ejemplo comparativo 4.
En los Ejemplos comparativos 1-3 y 5-6, no hay el equilibrio/sinergia deseable de retardo de la llama, resistencia al calor, resistencia al impacto y a la hidrólisis, con lo que la ganancia en una propiedad física da como resultado la pérdida de otra propiedad física. Comparando el Ejemplo 1 (que usa éster fosfórico y siloxano como combinación) y el Ejemplo comparativo 3 (sin siloxano ni éster fosfórico), se descubre que el uso de siloxano permite que se use menos retardador de la llama. Siendo los resultados un equilibrio sorprendentemente sinérgico y excelente de retardo de la llama, resistencia al calor, resistencia al impacto y también resistencia a la hidrólisis. En el Ejemplo comparativo 7, que se usa solo silicona que contiene grupos fenilo, los resultados son de un inadecuado retardo de la llama.
Por lo tanto, se puede ver que cuando se usa un éster fosfórico junto con una silicona específica, que hay un efecto sinérgico en el retardo de la llama, y se obtiene una composición de resina con un retardo de la llama extremadamente alto.

Claims (10)

1. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, caracterizada por contener:
a.
una resina (A-1) basada en policarbonato
b.
un éster fosfórico (B) expresado por la siguiente fórmula
18
donde R^{1}, R^{2}, R^{3}, y R^{4} son cada uno de ellos, independientemente, hidrocarburos C_{1} a C_{30}; X es un grupo orgánico divalente C_{1} a C_{30} que puede contener un átomo de oxígeno y/o un átomo de nitrógeno; y m es un número entero de 0 a 5;
c.
un organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo expresado mediante la siguiente fórmula composición media:
(1)R^{1}_{a}Si(OR^{2})_{b}O_{(4-a-b)/2}
\quad
donde R^{1} es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido, que contiene un grupo arilo y cuyo contenido de grupo arilo es al menos del 20%; R^{2} es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido; R^{1} y R^{2} pueden ser iguales o diferentes uno de otro; 0,2 \leq a \leq 2,7; 0,2 \leq b \leq 2,4; y a + b < 3, en la que el peso molecular medio ponderado de dicho organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo está entre 300 y 3000, y en el que
\quad
dicho éster fosfórico (B) que está contenido en una cantidad de 0,5 a 20 partes en peso, y dicho organopolisiloxano (C), que contiene el grupo alcoxilo, en una cantidad de 0,05 a 20 partes en peso por 100 partes en peso de la resina (A-1) basada en policarbonato.
2. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, caracterizada por contener:
a.
una resina (A-1) basada en policarbonato;
a.
una resina termoplástica (A-2) distinta a la resina basada en policarbonato;
b.
un éster fosfórico (B) expresado por la siguiente fórmula
19
\quad
donde R^{1}, R^{2}, R^{3}, y R^{4} son cada uno de ellos, independientemente, hidrocarburos C_{1} a C_{30}; X es un grupo orgánico divalente C_{1} a C_{30} que puede contener un átomo de oxígeno y/o un átomo de nitrógeno; y m es un número entero de 0 a 5; y
c.
un organopolisiloxano (C) que contiene el grupo alcoxilo, expresado mediante la siguiente fórmula composición media:
(1)R^{1}_{a}Si(OR^{2})_{b}O_{(4-a-b)/2}
\quad
donde R^{1} es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido, que contiene un grupo arilo y cuyo contenido de grupo arilo es al menos del 20%; R^{2} es un grupo hidrocarbonado univalente, sustituido o no sustituido; R^{1} y R^{2} pueden ser iguales o diferentes uno de otro; 0,2 \leq a \leq 2,7; 0,2 \leq b \leq 2,4; y a + b \leq 3, en la que el peso molecular medio ponderado de dicho organopolisiloxano que contiene el grupo alcoxilo está entre 300 y 3000, y en el que
\quad
dicho éster fosfórico (B) que está contenido en una cantidad de 0,5 a 20 partes en peso y dicho organopolisiloxano (C), que contiene el grupo alcoxilo, en una cantidad de 0,05 a 20 partes en peso por 100 partes en peso combinadas de la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina termoplástica distinta a una resina (A-2) basada en policarbonato.
3. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato como la definida en la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el éster fosfórico es difosfato de tetrafenilo y bisfenol (A) (BPADP) o difosfato de tetracresilo y bisfenol A.
4. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, como la definida en la reivindicación 1 ó 2, en la que el peso molecular medio ponderado del organopolisiloxano (C) que contiene el grupo alcoxilo está entre 300 y 2000.
5. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, como la definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el organopolisiloxano (C) que contiene el grupo alcoxilo, incluye una estructura ramificada.
6. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, como la definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el organopolisiloxano (C) que contiene el grupo alcoxilo no contiene sustancialmente grupos silanol (SiOH).
7. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato como la definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el R^{1} del organopolisiloxano (C) que contiene el grupo alcoxilo es un grupo metilo, grupo etilo, o grupo fenilo, y el contenido de grupo fenilo es de al menos el 20%.
8. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, como la definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el R^{2} del organopolisiloxano (C) que contiene el grupo alcoxilo es un grupo metilo o grupo etilo.
9. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, como la definida en la reivindicación 2, caracterizada porque la resina termoplástica (A-2) es uno o más tipos de resina seleccionada del grupo consistente en:
\quad
Polímeros que incluyen como componente estructural (a) un componente monómero vinílico aromático;
\quad
copolímeros que incluyen como componentes estructurales (a) un componente monómero vinílico aromático y (b) un componente monómero de cianuro de vinilo;
\quad
copolímeros que incluyen como componentes estructurales (a) un componente monómero vinílico aromático, (b) un componente monómero de cianuro de vinilo, y (c) un polímero similar al caucho;
\quad
poliésteres aromáticos;
\quad
poli(éteres de fenileno);
\quad
poli(éter imidas); y
\quad
poli(sulfuros de fenileno).
10. Una composición de resina ininflamable basada en policarbonato, como la definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada además por contener (D) un agente anti-goteo en una cantidad de 0,01 a 10 partes en peso por 100 partes en peso de la resina (A-1) basada en policarbonato o por 100 partes en peso combinadas de la resina (A-1) basada en policarbonato y la resina termoplástica (A-2).
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