JP2008501844A - 難燃性組成物 - Google Patents

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Abstract

スチレン含有ポリマーのための難燃性組成物であって、トリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245)と、三酸化アンチモンと、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを含み、前記難燃性組成物中の臭素濃度は約9.0〜約10.5重量%であって、前記三酸化アンチモンの濃度は約3.2重量%未満である難燃性組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は改良された難燃性組成物に関する。より詳細には、本発明はスチレンポリマー類のための改良難燃性組成物、特にハイインパクトポリスチレン(HIPS)とアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン三元ポリマー(ABS)のための改良難燃性組成物に関する。
スチレン樹脂は、耐火性材料を必要とする用途をはじめ、多くの用途に広く用いられている。そのような用途としては、例えばTVキャビネットを挙げることができるが、この場合、スチレンポリマー材料に難燃剤(FR)を配合する必要がある。
これら用途のための従来のFRとしては、とりわけデカブロモジフェニルオキシドや、より最近ではトリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン等を挙げることができ、後者はFR−245として知られている。FR−245の利点は、物性バランスが良いこと、機械特性が高いこと、加工時の熱安定性が高いこと、光安定性が良いこと、メルトフローが高いこと、ブルーミングが生じないことである。しかしながら、デカブロモジフェニルオキシドをベースとする組成物と異なり、FR−245をベースとする組成物は残じん時間が長くなる傾向があり、組成物にカーボンブラックを添加すると、この傾向は強くなる。
JP11323064は、トリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245として知られる)、トリス(3−ブロモ−2,2(ブロモメチル)プロピル)ホスフェート(FR−370として知られる)、三酸化アンチモン(Sb)及びPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を含む難燃性組成物を、ゴム強化ポリスチレン(HIPSとしても知られる)に配合することを開示しており、配合後の組成物において臭素(難燃性付与の役割を担う主要成分)の含有量は9.5〜11重量%であり、相乗剤として働く三酸化アンチモンは3.5〜3.7重量%である。
この組成物は、5本の試験片をそれぞれ2回ずつ着火する燃焼性試験のUL−94 V−0等級の要件を十分に満たすと述べられている。この試験において、UL−94 V−0基準に合格するためには、5種の要件を満たすことが必要である。即ち、
1.最大残炎時間≦10秒(各着火毎)。
2.10回の着火による残炎時間の合計時間が50秒以内。
3.(残炎時間+残じん時間)の最大時間が30秒以内。
4.保持クランプまで燃焼又は無炎燃焼する試験片がない。
5.ドリップによるコットンの着火がない。
UL−94Vは、装置及び器具の部品の安全性を試験するためのUL(アンダーライター ラボラトリーズ(Underwriter Laboratories))基準である。
Br11.5重量%、PTFE0.08重量%及び三酸化アンチモン3.5重量%のFR−245含有難燃性組成物もまたUL−94 V−0に等級付けされるが、臭素含有量をBr10.5重量%に低減すると残じん時間が長くなりUL−94 V−1に等級が下がる。JP11323064は、組成物にFR−370を添加することによりこの問題を克服しており、得られた組成物は、臭素をベースとする難燃剤が比較的低レベルに維持されると共に残じん時間が効果的に短縮する。
JP11323064は、FR−370を組成物に配合することによって臭素を低レベルに維持することができ、またFR−370を含む物品は技術的性質が向上し且つ対費用効果の高いFR組成物がもたらされると述べているが、本発明者らは、FR−370は極めて高価な材料であり、これを難燃性組成物中に使用することにより、残じん現象を低減又は排除してV−0燃焼性試験等級を達成しようとする解決策は高コストで非経済的であることに着目した。
本出願人らは驚くべきことに、臭素を低レベルに維持しつつ三酸化アンチモンの濃度レベルを一定範囲にまで下げることにより、高コスト等の材料(high-cost or other materials)の必要性を喚起することなく、UL−94 V−0等級基準の要件を本質的に満たす難燃性組成物とすることができることを見出した。特に、カーボンブラック顔料等の添加剤を組成物に配合した場合でも、各成分が所定濃度範囲であれば、燃焼性試験基準に十分合格できることも見出した。
従って本発明の目的は、燃焼性試験の要求基準を本質的に満たす難燃性組成物を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、燃焼性試験の要求基準を本質的に満たす着色された難燃性組成物を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、技術的性質及び機械的性質が改良された難燃性組成物を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、対費用効果の高い難燃性組成物を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、前記難燃性組成物を基本的に含む、射出成形又は押出しのための難燃化スチレン含有ポリマーを提供することである。
また、本発明の更なる目的は、HIPS又はABSである難燃化スチレン含有ポリマーを提供することである。
本発明のこれら目的及び他の目的は、記載が進むにつれて明らかとなるであろう。
本発明は、燃焼性試験のUL−94 V−0要求基準を満たし且つ対費用効果の高い難燃性組成物を提供する。
本発明によれば、前記組成物はFR−245と、三酸化アンチモンと、PTFEと、任意的にカーボンブラック顔料とを含み、該組成物において、臭素の許容される濃度は約9.0〜約10.5重量%であり、三酸化アンチモンの許容される濃度は約1.8〜約3.2重量%である。
難燃性組成物を含有するスチレンゴム強化ポリマー(FR-HIPS)は、黒色又は灰色であることが必要な場合が多い。これは、好ましい顔料であるカーボンブラックをこれら組成物に配合することによって達成される。しかしながら、カーボンブラックを難燃性組成物に含有させた場合、その副次的効果により残じん時間が長くなる。ここで本組成物は、FR−370を含まないことを除けば、JP11323064の開示と基本的に同一の成分を同一の濃度で含む。
本組成物は、ポリスチレンポリマー、ハロゲンベース難燃剤、酸化アンチモン、PTFE及びカーボンブラックの他に、従来の添加剤を従来の量で含有することができる。添加剤としては、フィラーや顔料、染料、耐衝撃性改良剤、UV安定剤、酸化防止剤、プロセスエイド、造核剤、滑剤等を挙げることができる。
本発明の難燃性組成物は、当業者によく知られたプロセスにより最終目的物に成形することができる。そのようなプロセスとしては、射出成形や押出し、プレス成形、真空成形等を挙げることができるが、これらに限定されない。
以下、実施例及び参照例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
次の表1〜3に試験試料の調製に使用した材料並びにその調製方法及び調製条件についてまとめた。燃焼性はUL−94Vに従い試験した。
Figure 2008501844
コンパウンディング
組成物はいずれも同一条件で調製した。
各成分をザルトリウス(Sartorius)半分析天秤で秤量し、同成分をビニール袋中で機械によらず混合する。全成分を、定量(gravimetric)供給システムK−SFS24(K−Tron社)を介して押出し機に導入する。
コンパウンディングは、L/D=32で同方向回転2軸スクリュー押出し機ZE25(バーストルフ(Berstorff)社)にて行う。コンパウンディング条件を表2に示す。押出し後のストランドを、ペレタイザー750/3(アクラパック・システムズ・リミテッド(Accrapak Systems Limited)社)にてペレットにする。
得られたペレットを、循環気流オーブン(ヘラエウス インストゥルメンツ(Heraeus Instruments)社)にて、75℃で4時間乾燥させる。
Figure 2008501844
射出成形
オールラウンダー(Allrounder)500 150(アーブルグ(Arburg)社)にて射出成形することにより試験片を調製した。全試験片は同一条件で調製した。射出成形条件を表3に示す。
Figure 2008501844
コンディショニング
UL−94試験を行う前に、70℃で168時間、続いて23℃で168時間、試験片をコンディショニングする。
組成及び燃焼性試験結果を表4(HIPSを含む組成物)及び表5(ABSを含む組成物)に示す。
Figure 2008501844
Figure 2008501844
上の表4に、先行技術に関する難燃性組成物の組成及び燃焼性試験結果と、本発明に関する組成物の組成及び燃焼性試験結果とをまとめた。この表から、次のことが明らかである。
(a)JP11323064に基づく組成物(参照例6)は、V−0燃焼性試験に十分合格するものの、カーボンブラック顔料を1重量%含有させると(参照例7)、残じん時間が長くなりV−1に等級が下がる。
(b)難燃剤FR−1210(デカブロモジフェニルオキシド)をベースとする組成物(参照例1〜5)において、最初の2種の組成物は、臭素、三酸化アンチモン及びPTFEの濃度が参照例6及び7と実質的に同一であり、カーボンブラックを含有する場合(参照例2)であってもV−0試験に合格する。臭素含有量を10重量%に低減した組成物と、更にこの組成物からPTFEを除いた組成物はそれぞれV−0、V−2等級となり(参照例3及び参照例4)、後者は燃焼落下物によりコットンが着火したためである。参照例3にカーボンブラックを添加しても、組成物の等級は下がらずV−0試験に合格する(参照例5)。これらの各種組成のいずれにおいても、三酸化アンチモンの量は基本的に不変であることに注目されたい。
(c)参照例8、参照例9、参照例10、実施例2及び実施例3は、各成分の濃度が異なるFR−245含有組成物に関する。三酸化アンチモンを比較的高濃度に維持しつつ、更にFR−245を低減し臭素を10重量%とした場合(参照例8)には、V−1に等級が下がる。この組成物からPTFEを除くと(参照例9)、コットンの着火を伴うドリップが生じV−2等級となる。更に、カーボンブラックを参照例8に添加した場合(参照例10)、残じん時間が長くなりV−1等級となる。しかしながら、三酸化アンチモンを2.5重量%に低減すると(実施例2)、驚くべきことに難燃性が向上してV−0等級となる。三酸化アンチモンを更に低減して1重量%とした場合(参照例12)には、試験片が全部燃焼しクランプまで達してHB等級となる。三酸化アンチモンの上限濃度は、参照例11と実施例1との比較から検討される。即ち、三酸化アンチモンの濃度が組成物に対して3.2重量%である場合、残じん時間が長くなるためV−1等級となる(参照例11)。一方、三酸化アンチモンの濃度が組成物に対して3.0重量%である場合、V−0等級となる(実施例1)。PTFE濃度の限度は、参照例13の組成物(0.02重量%)と参照例14の組成物(0.4重量%)とから検討される。前者は、燃焼落下物によりコットンが着火したためV−2等級となる。後者は、残じん時間が長いためV−1等級となる。
(d)臭素系難燃剤として、FR−245とF−3020(MBEO、末端封鎖臭素化エポキシ樹脂)を併用すると(全臭素含有量に対して、前者は約7重量%を、後者は約3重量%を占める)、三酸化アンチモンを3.5重量%含有する場合には残じん時間が長くなり(即ち、V−1等級)(参照例15)、三酸化アンチモンの濃度を2.5重量%に低減した場合には望ましい結果となる(即ち、V−0)(実施例3)。これら2種の組成物から得られた結果は、FR−245のみを含有する組成物(即ち、参照例10及び実施例2)で達成された結果と同様であり、臭素系難燃剤の含有量と、相乗剤である三酸化アンチモンの含有量との関係が最適であることを更に強調している。
Figure 2008501844
表5は、HIPS含有組成物において見られる効果と同様の効果がABSベース組成物にも当てはまることを示す。
FR−245又はFR−245とBEO’sの組合せを低臭素含有量で含有し且つカーボンブラックを配合したHIPS又はABS含有難燃性組成物は、残じん時間が長くUL−94 V−0に合格しない。驚くべきことに、三酸化アンチモンが低濃度であると、UL−94 V−0に合格できると共に、機械的性質、熱的性質及び加工性が良好で且つ経済的で対費用効果の高い組成物が得られることが分かる。
本発明の実施例は例示目的で記載されたものであるが、請求項の範囲を超えることなく、当業者によって多くの修正や変更、改変が行われ得ることは明らかであろう。

Claims (27)

  1. スチレン含有ポリマーのための難燃性組成物であって、トリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245)と、三酸化アンチモンと、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)とを含み、前記難燃性組成物中の臭素濃度は約9.0〜約10.5重量%であって、前記三酸化アンチモンの濃度は約3.2重量%未満である難燃性組成物。
  2. 三酸化アンチモンの濃度が約1.8〜約3.2重量%であり、PTFEの濃度が約0.03〜約0.2重量%である、請求項1に記載の組成物。
  3. 臭素濃度が約10重量%、三酸化アンチモンの濃度が約3.0重量%、PTFEの濃度が約0.1重量%である、請求項1又は2のいずれか1項に記載の難燃性組成物。
  4. 臭素濃度が約10重量%、三酸化アンチモンの濃度が約2.5重量%、PTFEの濃度が約0.1重量%である、請求項1又は2のいずれか1項に記載の難燃性組成物。
  5. カーボンブラックを更に含む請求項1に記載の難燃性組成物であって、前記難燃性組成物中の臭素濃度は約9.0〜約10.5重量%であって、前記三酸化アンチモンの濃度は約3.2重量%未満である難燃性組成物。
  6. カーボンブラックの濃度は約0.3〜約2重量%である、請求項5に記載の難燃性組成物。
  7. 臭素濃度が約10重量%、三酸化アンチモンの濃度が約3.0重量%、PTFEの濃度が約0.1重量%、カーボンブラックの濃度が約1.0重量%である、請求項5又は6のいずれか1項に記載の難燃性組成物。
  8. 臭素濃度が約10重量%、三酸化アンチモンの濃度が約2.5重量%、PTFEの濃度が約0.1重量%、カーボンブラックの濃度が約1.0重量%である、請求項5又は6のいずれか1項に記載の難燃性組成物。
  9. 臭素化エポキシ樹脂(BEO)又は末端封鎖臭素化エポキシ樹脂(MBEO)を更に含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の難燃性組成物。
  10. 前記BEO又はMBEOの臭素が少なくとも3重量%である、請求項9に記載の難燃性組成物。
  11. 射出成形用又は押出し用難燃性組成物を含む難燃化スチレン含有ポリマーであって、前記難燃性組成物は、トリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245)と、三酸化アンチモンと、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)と、任意的にカーボンブラックとを含み、前記難燃性組成物中の臭素濃度は約9.0〜約10.5重量%であって、三酸化アンチモンの濃度は約3.2重量%未満である、難燃化スチレン含有ポリマー。
  12. 三酸化アンチモンの濃度は約1.8〜約3.2重量%であって、PTFEの濃度は約0.03〜約0.2重量%である、請求項11に記載のポリマー。
  13. 難燃性組成物は臭素化エポキシ樹脂(BEO)を更に含む、請求項12に記載の難燃化スチレン含有ポリマー。
  14. 前記BEOの臭素濃度は約3重量%である、請求項13に記載の難燃化スチレン含有ポリマー。
  15. カーボンブラックの濃度は約0.3〜約2重量%である、請求項11〜14のいずれか1項に記載の難燃化スチレン含有ポリマー。
  16. 請求項11に記載の難燃化スチレン含有ポリマーにおいて、前記ポリマーは射出成形用又は押出し用難燃性組成物を含み、前記組成物は、トリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245)に基本的に含まれる臭素を濃度約10重量%と、三酸化アンチモンを濃度約3.0重量%と、PTFEを濃度約0.1重量%と、カーボンブラックを濃度約1.0重量%とを含むポリマー。
  17. 請求項11に記載の難燃化スチレン含有ポリマーにおいて、前記ポリマーは射出成形用又は押出し用難燃性組成物を含み、前記組成物は、トリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245)に基本的に含まれる臭素を濃度約10重量%と、三酸化アンチモンを濃度約2.5重量%と、PTFEを濃度約0.1重量%と、カーボンブラックを濃度約1.0重量%とを含むポリマー。
  18. 請求項11に記載の難燃化スチレン含有ポリマーにおいて、前記ポリマーは射出成形用又は押出し用難燃性組成物を含み、前記組成物は、トリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245)とBEOとに基本的に含まれる臭素を濃度約10重量%と、三酸化アンチモンを濃度約2.5重量%と、PTFEを濃度約0.1重量%と、カーボンブラックを濃度約1.0重量%とを含むポリマー。
  19. 前記ポリマーはハイインパクトポリスチレン(HIPS)である、請求項11〜18のいずれか1項に記載の難燃化スチレン含有ポリマー。
  20. 前記ポリマーはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンポリマー(ABS)である、請求項11〜18のいずれか1項に記載の難燃化スチレン含有ポリマー。
  21. スチレン含有ポリマーの難燃性向上のための方法であって、前記ポリマーは難燃性組成物を含み、前記難燃性組成物はトリス(2,4,6−トリブロモフェノキシ)−s−トリアジン(FR−245)と、三酸化アンチモンと、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)と、任意的にカーボンブラックと、臭素化エポキシ樹脂(BEO)又は末端封鎖臭素化エポキシ樹脂(MBEO)とを含み、前記向上は、前記難燃性組成物中の前記三酸化アンチモンの濃度を3.2重量%以下のレベルに低減させることを含む方法。
  22. 難燃性組成物中の臭素濃度は約9.0〜約10.5重量%、三酸化アンチモンの濃度は約1.8〜約3.2重量%、PTFEの濃度は約0.03〜0.2重量%である、請求項21に記載の方法。
  23. BEO又はMBEOに由来する臭素の濃度は約3重量%である、請求項21又は22に記載の方法。
  24. スチレン含有ポリマーはHIPSである、請求項21〜23のいずれか1項に記載の方法。
  25. スチレン含有ポリマーはABSである、請求項21〜23のいずれか1項に記載の方法。
  26. 実質的に記載され例示されている、スチレン含有ポリマーのための難燃性組成物。
  27. 実質的に記載され例示されている、難燃化スチレン含有ポリマー。
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