JP2013526644A - 少なくとも2種のポリオレフィンの、難燃性tpe組成物中での耐クリープ剤としての使用 - Google Patents

少なくとも2種のポリオレフィンの、難燃性tpe組成物中での耐クリープ剤としての使用 Download PDF

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Abstract

本発明は下記(1)〜(4)を特徴とする、難燃性TPE組成物での耐クリープ剤および/または耐滴下剤としての、少なくとも2種のポリオレフィンP1およびP2の使用に関する:(1)P1はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、カルボン酸のビニルエステルの中から選択される少なくとも一種の他のモノマーとを含み、(2)P2はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、エポキシドまたはカルボン酸無水物官能基を有する少なくとも一種の不飽和モノマーとを含み、(3)ポリオレフィンP1およびP2の量は10重量%を超え、P2は少なくとも5重量%を超え、P1/P2比は1以上であり、(4)TPEは組成物の全重量に対して55重量%未満である。

Description

本発明は、少なくとも下記の3つの基準 (criteria):
(1)ハロゲン化難燃剤を含まない、
(2)UL94試験でV0またはV1に分類され、流動滴下 (flow or drop) も無い、
(3)ISO 868規格で測定したショアー硬度が50ショアーAから80ショアーD、好ましくは60ショアーAから72ショアーDである、
を満たす難燃性(flame-retardant)の熱可塑性エラストマー(thermoplastic elastomer, TPE)ポリマー組成物に関するものである。
着火時に毒性のある腐食性蒸気を生じるという欠点のあるハロゲン化難燃剤の代わりに非ハロゲン化難燃剤を使用することが求められている。
材料の燃焼に対する挙動に応じた材料の分類はUL94試験(NF T 51−072)によって行うことができる。材料は耐火炎伝搬性が優れた材料のV0から耐火炎伝搬性を全く示さない材料の非分類(NC)までのレンジで評価する。この分類の評価基準(criteria)は実施例の[表1]にまとめてある。UL94試験の同じ分類に従った一つのタイプのポリマーに対して効果のある難燃剤が他のタイプのポリマーを難燃性にすることに成功するとは必ずしも限らない。これは特に、シアヌル酸メラミンを用いた場合であり、シアヌル酸メラミンはポリアミドでは効果があるが、TPE、例えばポリアミドブロックとポリエーテルブロックとを含むコポリマーでは効果がなく、実施例の[表2]に示すように、UL94試験の第1着火(firstignition)に耐えることができない。V0に分類される耐熱性ポリアミドを効果的に分類するために最近開発されたホスフィン酸金属塩の場合にも同じ問題に直面する。TPEマトリックスに同じホスフィン酸金属塩を導入した場合、TPEはUL94試験では良好なクラスを示さないことがわかる。TPEは火炎中で流動し、第1着火時から燃焼滴下物を形成するため、UL94試験に従って第2着火を実施することは不可能である。火炎を当てている間に流動するこのような材料は電気または電子工学分野では使用できず、電気保安分野ではなおさら使用できない。
流動や燃焼滴下物の形成といった上記の問題を避けるために、「耐滴下(anto-dripping)」添加剤、例えばPTFE、タルク、有機親和性改質クレータイプの無機ナノフィラーまたはシリコン剤を材料中に入れることが知られている。しかし、TPEの場合、これらの耐滴下添加剤はUL94試験のV2クラスをV1またはV0クラスに変えるのに十分でないだけでなく、これらの添加剤が硬化を起こさせ、伸びの減少させ、熱可塑性エラストマーに特徴的な機械特性を変えるという欠点も有する。
本発明者は上記の欠点が無く、上記の3つの基準を満たす難燃性TPE組成物を見出した。この難燃性TPE組成物は組成物中に、2つの異なるタイプのポリオレフィン(以下、P1、P2という)を一緒に入れることによって得られる。
本発明の対象は下記(1)〜(4)を特徴とする、難燃性熱可塑性エラストマー(TPE)組成物中の流動防止剤および/または耐滴下剤として、少なくとも2種のポリオレフィンP1およびP2の使用にある:
(1)P1はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、カルボン酸のビニルエステルの中から選択される少なくとも一種の他のモノマーとを含み、
(2)P2はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、エポキシドまたはカルボン酸無水物官能基を有する少なくとも一種の不飽和モノマーとを含み、
(3)ポリオレフィンの合計量は10重量%を超え、好ましくは合計量は10〜35重量%で、P2は少なくとも5重量%を超え、好ましくは5〜7重量%で、
(4)上記TPEは組成物の全重量に対して55重量%未満で、好ましくは40重量%を超えかつ55重量%未満である。
本発明の他の対象は、下記(1)〜(3)を含む組成物にある:
(1)40〜55%の少なくとも一種の熱可塑性エラストマー(TPE)、
(2)25〜40%の少なくとも一種のホスフィン酸塩、および、
(3)10〜35%の少なくとも二種のポリオレフィンP1およびP2、ここで、P2は組成物の全重量に対して少なくとも5重量%であり、P1はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、カルボン酸のビニルエステルの中から選択される少なくとも一種の他のモノマーとを含み、P2はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、エポキシドまたはカルボン酸無水物官能基を有する少なくとも一種の不飽和モノマーとを含む。
本発明の組成物でポリオレフィンの重量比P1/P2は1以上である。
UL94試験の一回着火後のロッドの状態を示す写真。 出発ロッドおよびUL94試験の2回の着火を実施した2つのロッドの状態を示す写真。
本明細書で範囲「X%を超えかつY%未満」という表現は限界値XおよびYを範囲から除外することを意味し、「X〜Y」という表現は限界値XおよびYが範囲に含まれることを意味し、「X%未満」または「Y%を超え」という表現は、値XおよびYを閾値からまたは範囲から除外することを意味する。
「熱可塑性エラストマー(TPE、thermoplastic elastomer)ポリマー」とは、熱可塑性の挙動を有する硬質またはリジッドなブロックまたはセグメントと、エラストマー的な挙動を有す軟質またはソフトなブロックまたはセグメントとを交互に含むブロックコポリマーを意味する。
ソフトブロックとは低いガラス転移温度(Tg)を示すブロックを意味する。低いガラス転移温度とは15℃以下、好ましくは0℃以下、有利には−15℃以下、さらに有利には−30℃以下、場合によっては−50℃以下のガラス転移温度Tgを意味する。
リジッドなブロックとソフトなブロックとを含むコポリマーの例としては(a)ポリエステルブロックとポリエーテルブロックとを含むコポリマー(COPE、コポリエーテルエステル)、(b)ポリウレタンブロックとポリエーテルまたはポリエステルブロックとを含むコポリマー(熱可塑性ポリウレタンの略であるTPUともよばれる)および(c)ポリアミドブロックとポリエーテルブロックとを含むコポリマー(IUPACではPEBAともよばれる)が挙げられる。
(a)の「COPEまたはコポリエーテルエステル」はポリエステルブロックとポリエーテルブロックとを有するコポリマーである。これらはポリエーテルジオールに由来の軟質ポリエーテルブロックと、少なくとも一種のジカルボン酸と少なくとも一種の連鎖延長剤の短いジオール単位との反応で得られるリジッドなポリエステルブロックとからなる。ポリエステルブロックとポリエーテルブロックはジカルボン酸の酸官能基とポリエーテルジオールのOH官能基との反応で得られるエステル結合を介して結合される。ポリエーテルと二酸との連鎖によって軟質ブロックが形成され、グリコールまたはブタンジオールと二酸との連鎖によってコポリエーテルエステルのリジッドブロックが形成される。鎖延長剤の短いジオールはネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、式:HO(CH2nOHの脂肪族グリコール(ここで、nは2〜10の整数)から成る群の中から選択できる。
二酸は8〜14の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸であるのが有利である。最大で50モル%の芳香族ジカルボン酸を、8〜14の炭素原子を有する少なくとも一種のその他の芳香族ジカルボン酸で置換でき、および/または、最大で20モル%を2〜14の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸で置換できる。
芳香族ジカルボン酸の例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、二安息香酸、ナフタレン−ジカルボン酸、4,4'−ジフェニレンジカルボン酸、ビス(p−カルボキシフェニル)−メタン酸、エチレンビス(p−安息香酸)、1,4−テトラメチレンビス(p−オキシ安息香酸)、エチレンビス(p−オキシ安息香酸)または1,3−トリメチレンビス(p−オキシ安息香酸)が挙げられる。
グリコールの例としては、エチレングリコール、1,3−トリメチレングリコール、1,4−テトラメチレングリコール、1,6−ヘキサメチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,8−オクタメチレングリコール、1,10−デカメチレングリコールおよび1,4−シクロヘキサンジメタノールが挙げられる。
ポリエステルブロックとポリエーテルブロックとを有するコポリマーは例えばポリエーテルジオールに由来のポリエーテル単位、例えばポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリトリメチレングリコール(PO3G)またはポリテトラメチレングリコール(PTMG)、ジカルボン酸単位、例えばテレフタル酸およびグリコール(エタンジオール)または1,4−ブタンジオール単位を有するコポリマーである。このようなコポリエーテルエステルは下記文献に記載されている。これらのポリエーテルエステルは熱可塑性エラストマーである。これらは可塑剤を含むことができる。
欧州特許第402,883号公報 欧州特許第405,227号公報
(b)の「TPU」としては、ポリエーテルジオールである軟質ポリエーテルブロックと、芳香族ジイソシアネート(例えばMDI、TDI)および脂肪族ジイソシアネート(例えばHDIまたはヘキサメチレンジイソシアネート)の中から選択できる少なくとも一種のジイソシアネートと少なくとも一種の短いジオールとの反応で得られるリジッドなポリウレタンブロックとの縮合で得られるポリエーテルウレタンが挙げられる。鎖延長剤の短いジオールはコポリエーテルエステルの説明で挙げたグリコールの中から選択できる。ポリウレタンブロックとポリエーテルブロックはイソシアネート官能基とポリエーテルジオールのOH基との反応で得られる連結部を介して結合される。
さらに、ポリエステルジオールである軟質ポリエステルブロックと、少なくとも一種のジイソシアネートと少なくとも一種の短いジオールとの反応で得られるリジッドなポリウレタンブロックとの縮合で得られるポリエステルウレタンも挙げられる。ポリエステルジオールは2〜14の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸の中から選択されるのが有利なジカルボン酸と、コポリエーテルエステルの説明で挙げたグリコールの中から選択される鎖延長剤の短いジオールであるグリコールとの縮合で得られる。これらは可塑剤を含むことができる。
(c)の「PEBA」は特に下記(1)〜(3)のような反応性末端基を有するポリアミドブロックと反応性末端基を有するポリエーテルブロックとの重縮合で得られる:
(1)ジアミン鎖末端を有するポリアミドブロックと、ジカルボン鎖末端を有するポリオキシアルキレンブロック、
(2)ジカルボン鎖末端を有するポリアミドブロックと、ポリエーテルジオールとよばれる脂肪族ジヒドロキシル化α\och,ω−ポリオキシアルキレンブロックをシアノエチル化および水素添加して得られるジアミン鎖末端を有するポリオキシアルキレンブロック、
(3)ジカルボン鎖末端を有するポリアミドブロックと、ポリエーテルジオール(この場合に得られる生成物を特にポリエーテルエステルアミドという)。
ジカルボン鎖末端を有するポリアミドブロックは例えば連鎖制限剤のジカルボン酸の存在下でのポリアミド先駆体の縮合で得られる。ジアミン鎖末端を有するポリアミドブロックは例えば連鎖制限剤のジアミンの存在下でのポリアミド先駆体の縮合で得られる。ポリアミドブロックの数平均分子量Mnは400〜20,000g/モル、好ましくは500〜10,000g/モルである。ポリアミドブロックとポリエーテルブロックとを有するポリマーはランダムに分散した単位をさらに含むことができる。
下記の3種類のポリアミドブロックから成るものを有利に使用できる。
第1のタイプは、ポリアミドブロックはジカルボン酸、特に4〜20の炭素原子、好ましくは6〜18の炭素原子を有するものと、脂肪族または芳香族ジアミン、特に2〜20の炭素原子、好ましくは6〜14の炭素原子を有するものとの縮合で得られる。ジカルボン酸の例としては、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、ブタンジオン酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸およびテレフタル酸およびイソフタル酸およびダイマー化脂肪酸が挙げられる。ジアミンの例としては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,10−デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン(BACM)、ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタン(BMACM)、2,2−ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン(BMACP)およびパラ−アミノジシクロヘキシルメタン(PACM)の異性体およびイソフォロンジアミン(IPDA)および2,6−ビス(アミノメチル)ノルボルナン(BAMN)およびピペラジン(Pip)が挙げられる。
PA−4,12、PA−4,14、PA−4,18、PA−6,10、PA−6,12、PA−6,14、PA−6,18、PA−9,12、PA−10,10、PA−10,12、PA−10,14およびPA−10,18ブロックを利用できるのが有利である。
第2のタイプのポリアミドブロックは4〜12の炭素原子を有するジカルボン酸またはジアミンの存在下で6〜12の炭素原子を有する一種以上のα,ω−アミノカルボン酸および/または一種以上のラクタムの縮合で得られる。ラクタムの例としてはカプロラクタム、エナントラクタムおよびラウリラクタムが挙げられる。α,ω−アミノカルボン酸の例としてはアミノカプロン酸、7−アミノヘプタン酸、11−アミノウンデカン酸および12−アミノドデカン酸が挙げられる。第2のタイプのポリアミドブロックはポリアミド11、ポリアミド12またはポリアミド−6で作られるのが有利である。
第3のタイプのポリアミドブロックは少なくとも一種のα,ω−アミノカルボン酸(またはラクタム)と、少なくとも一種のジアミンと、少なくとも一種のジカルボン酸との縮合で得られる。この場合は、ポリアミドPAブロックは下記の(1)〜(3):
(1)Xの炭素原子を有する一種以上の直鎖の脂肪族または芳香族ジアミン、
(2)Yの炭素原子を有する一種以上のジカルボン酸、および、
(3)Zの炭素原子を有するラクタム、α,ω−アミノカルボン酸およびX1の炭素原子を有する少なくとも一種のジアミンとY1の炭素原子を有する少なくとも一種のジカルボン酸との等モル混合物であって、(X1,Y1)は(X,Y)とは異なる等モル混合物の中から選択される一種以上のコモノマー{Z}、(ここで、一種以上のコモノマー{Z}はポリアミド先駆体モノマーの全重量に対して50%未満、好ましくは20%以下、さらに有利には10%以下の重量比率で導入される)、
を、ジカルボン酸の中から選択される連鎖制限剤の存在下で重縮合して作られる。
連鎖制限剤としてはYの炭素原子を有するジカルボン酸を用い、一種以上のジアミンの化学量論に対して過剰に導入するのが有利である。
この第3のタイプの一変形例では、ポリアミドブロックは6〜12の炭素原子を有する少なくとも2種のα,ω−アミノカルボン酸または少なくとも2種のラクタムまたは一種のラクタムと、炭素原子の数が同じではない一種のアミノカルボン酸とを必要に応じて連鎖制限剤の存在下で縮合して得られる。
脂肪族α,ω−アミノカルボン酸の例としてはアミノカプロン酸、7−アミノヘプタン酸、11−アミノウンデカン酸および12−アミノドデカン酸が挙げられる。ラクタムの例としてはカプロラクタム、エナントラクタムおよびラウリラクタムが挙げられる。脂肪族ジアミンの例としてはヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミンおよびトリメチルヘキサメチレンジアミンが挙げられる。脂環式二酸の例としては1,4−シクロヘキサンジカルボン酸が挙げられる。
脂肪族二酸の例としてはブタンジオン酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、ダイマー化脂肪酸(このダイマー化脂肪酸はダイマー含有量が少なくとも98%であるのが好ましく、水素添加されるのが好ましく、Unichema社から商品名Pripolで市販またはHenkel社から商品名Empolで市販されている)およびα,ω−ポリオキシアルキレン二酸が挙げられる。
芳香族二酸の例としてはテレフタル(T)酸およびイソフタル(I)酸が挙げられる。脂環式ジアミンの例としてはビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン(BACM)、ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタン(BMACM)、2,2−ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)プロパン(BMACP)およびpara−アミノジシクロヘキシルメタン(PACM)の異性体が挙げられる。一般に用いられるその他のジアミンとしてはイソフォロンジアミン(IPDA)、2,6−ビス(アミノメチル)ノルボルナン(BAMN)およびピペラジンが挙げられる。
第3のタイプのポリアミドブロックの例としては、下記が挙げられる:
(1)6,6/6(6,6はアジピン酸と縮合したヘキサメチレンジアミン単位を示し、6はカプロラクタムの縮合で得られる単位を示す)
(2)PA−6,6/6,10/11/12(6,6はアジピン酸と縮合したヘキサメチレンジアミンを示し、6,10はセバシン酸と縮合したヘキサメチレンジアミンを示し、11はアミノウンデカン酸の縮合で得られる単位を示し、12はラウリルラクタムの縮合で得られる単位を示す)
ポリエーテルブロックはポリアミドブロックとポリエーテルブロックとのコポリマーの5重量%〜85重量%にすることができる。ポリエーテルブロックの質量Mnは100〜6000g/モル、好ましくは200〜3000g/モルである。ポリエーテルブロックはアルキレンオキシド単位からなる。この単位は例えばエチレンオキシド単位、プロピレンオキシド単位またはテトラヒドロフラン単位にすることができる(ポリテトラメチレングリコール鎖となる)。従って、PEG(ポリエチレングリコール)ブロック、すなわちエチレンオキシド単位からなるもの、PPG(ポリプロピレングリコール)ブロック、すなわちプロピレンオキシド単位からなるもの、PO3G(ポリトリメチレングリコール)ブロック、すなわちポリトリメチレンエーテルグリコール単位からなるもの(ポリトリメチレンエーテルブロックを有するこのようなコポリマーは米国特許第6590065号明細書に記載されている)およびPTMGブロック、すなわち、ポリテトラヒドロフランブロックともよばれるテトラメチレングリコール単位からなるものを用いる。PEBAコポリマーは複数の鎖中に複数のタイプのポリエーテルを含むことができ、コポリエーテルをブロックまたはランダムコポリエーテルにすることができる。
米国特許第6590065号明細書
ビスフェノール、例えばビスフェノールAのオキシエチル化によって得られるブロックを用いることもできる。後者の生成物は下記文献に記載されている。
欧州特許第613 919号公報
ポリエーテルブロックはエトキシ化第1アミンで構成することもできる。エトキシ化第1アミンの例としては、下記式の化合物が挙げられる:
Figure 2013526644
(ここで、mおよびnは1〜20で、xは8〜18である)
この化合物はセカ(CECA)社から商品名Noramox(登録商標)およびClariant社から商品名Genamin(登録商標)で市販されている。
軟質ポリエーテルブロックはNH2鎖末端を有するポリオキシアルキレンブロックを含むことができ、このブロックはポリエーテルジオールとよばれる脂肪族α,ω−ジヒドロキシル化ポリオキシアルキレンブロックをシアノアセチル化して得ることができる。特に、ジェファミン(例えばハンツマン(Huntsmann社)の製品であるジェファミン(登録商標)D400、D2000、ED2003またはXTJ542。特開2004−346274号公報、特開2004−352794号公報および欧州特許第1,482,011号公報)を用いることができる。
特開2004‐346274公報 特開2004‐352794公報 欧州特許第1,482,011号公報
ポリエーテルジオールブロックをそのまま用い、カルボキシ末端基を有するポリアミドブロックと共重合するか、アミノ化してポリエーテルジアミンに変換し、カルボキシ末端基を有するポリアミドブロックと縮合する。PAブロックとPEブロックとの間にエステル結合を有するPEBAコポリマーの2段階調製の一般的な方法は公知であり、例えば下記文献に記載されている。
欧州特許第2,846,332号公報
PAブロックとPEブロックとの間にアミド結合を有する本発明のPEBAコポリマーを製造する一般的方法は公知であり、例えば下記文献に記載されている。
欧州特許第1,482,011号公報
ポリエーテルブロックと、ポリアミド先駆体と、連鎖制限剤の二酸とを反応させて、ランダムに分散した単位を含むポリアミドブロックとポリエーテルブロックとを含むポリマーを製造することもできる(一段階法)。
PEBAコポリマーはPA−6、PA−11、PA−12、PA−6,12、PA−6,6/6、PA−10,10および/またはPA−6,14からなるPAブロックと、PTMG、PPG、PO3Gおよび/またはPEGからなるPEブロックとを有するのが有利である。
難燃性TPE組成物
難燃性TPE組成物は、上記定義のTPEをベースとする組成物を意味し、少なくとも一種のハロゲンフリー難燃剤、好ましくはホスフィン酸塩から選択されるものをさらに含む。
ホスフィン酸塩
ホスフィン酸塩は、ホスフィン酸またはジホスフィン酸の金属塩を意味する。本発明の組成物は、ホスフィン酸の金属塩、ジホスフィン酸の金属塩およびこれらの混合物から選択される(組成物の全重量に対して重量で)25〜40%の少なくとも一種のホスフィン酸塩、場合によってはポリマー中に存在するものを含む。
本発明のホスフィン酸の金属塩は式(I)のものであり、ジホスフィン酸の金属塩は式(II)のものである:
Figure 2013526644
(ここで、
R1およびR2は直鎖または分岐鎖のC1−C6アルキル基またはアリール基を表し、互いに異なり、
R3は直鎖または分岐鎖のC1−C10アルキレン基、C6−C10アリーレン基、C6−C10アルキルアリーレン基またはC6−C10アリールアルキレン基を表し、
MはMg、Ca、Al、Sb、Sn、Ge、Ti、Zn、Fe、Zr、Ce、Bi、Sr、Mn、Li、NaまたはKイオンおよび/またはプロトン化アミン塩基であり、
mは1〜4の整数を表し、
nは1〜4の整数を表し、
xは1〜4の整数を表し、
nおよびmは、塩が中性すなわち塩が電荷を帯びないように選択される)
Mはカルシウム、マグネシウム、アルミニウムまたは亜鉛イオンを表すのが好ましい。
R1およびR2は互いに異なり、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチルおよび/またはフェニル基を表すのが好ましい。R3はメチレン、エチレン、n−プロピレン、イソプロピレン、n−ブチレン、tert−ブチレン、n−ペンチレン、n−オクチレン、n−ドデシレン、フェニレン、ナフチレン、メチルフェニレン、エチルフェニレン、tert−ブチルフェニレン、メチルナフチレン、エチルナフチレン、tert−ブチルナフチレン、フェニルメチレン、フェニルエチレン、フェニルプロピレンまたはフェニルブチレン基を表すのが好ましい。
本発明に適したホスフィン酸塩の例としては特に、Clariant社から市販のホスホン酸の金属塩をベースとする難燃剤であるExolit(登録商標)OP 1311、Exolit(登録商標)OP 1314、Exolit(登録商標)OP 1230、Exolit(登録商標)OP 1312が挙げられる。
本発明のホスフィン酸塩の含有量は、組成物の全重量に対して30〜35重量%(両限界値を含む)であるのが好ましい。
本発明の組成物は、上記の生成物の他に、請求されたもの以外の、TPEの分野で当業者に周知な任意のハロゲンフリー難燃剤、例えばシアヌル酸メラミン、ピロホスフィン酸メラミン、ポリリン酸アンモニウム、ホウ酸亜鉛等を含むことができる。上記の金属ホスフィン酸塩とその他の非ハロゲン化難燃剤との相乗的組合せによって、TPEに関する難燃剤の効果をさらに増大させることができる。
必要に応じて、シリコンまたはフッ素化タイプの耐滴下剤を本発明の組成物に添加できる。
ポリオレフィンP1
ポリオレフィンP1は、ポリマー鎖中で共重合した少なくとも2つの異なるコモノマーを含むコポリマーを意味する。コモノマーの一方はα−オレフィンであり、他方のコモノマーはα−オレフィンと重合可能で且つカルボン酸のビニルエステルから選択される不飽和非官能性モノマーである。
α−オレフィンは2〜30の炭素原子を含むのが好ましい。例としてはエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、1−ドコセン、1−テトラコセン、1−ヘキサコセン、1−オクタコセンおよび1−トリアコンテンが挙げられる。α−オレフィンとしてはエチレンが特に好ましい。
カルボン酸のビニルエステルの例としては酢酸ビニル、ベルサチン酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルまたはマレイン酸ビニルが挙げられる。カルボン酸のビニルエステルとしては酢酸ビニルが特に好ましい。
本発明のポリオレフィンP1の第1実施例は、商品名エバテーヌ(Evatane、登録商標)で市販の、エチレンと酢酸ビニルとのコポリマーである。
ポリオレフィンP1は必要に応じてカルボン酸無水物から選択される官能基を有する不飽和官能性モノマーをさらに含むことができる。
カルボン酸無水物は例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水アリル琥珀酸、シクロヘクス−4−エン−1,2−ジカルボン酸無水物、4−メチレンシクロへクス−4−エン−1,2−ジカルボン酸無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸無水物およびX−メチルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸無水物の中から選択できる。官能性モノマーとしては無水マレイン酸が特に好ましい。
本発明のポリオレフィンP1の第2実施例は、商品名オルバック(Orevac T、登録商標)で市販の、エチレンと酢酸ビニルと無水マレイン酸とのコポリマーである。
P1はEVAタイプ(Evatane、登録商標)またはマレイン化EVAタイプ(Orevac T、登録商標)のポリオレフィンであるのが理想である。
EVAは、EVAの重量に対して5〜40重量%の酢酸ビニルを含むのが好ましい。
EVAは、MFI(190℃、2.16kg下)が0.4〜400、好ましくは0.5〜25(両限界値を含む)であるのが有利である。
EVAは、EVAの重量に対して0.1〜1重量%の無水マレイン酸を含むのが好ましい。
本発明の組成物は、組成物の全重量に対して6%〜20%のポリオレフィンP1を含むのが好ましい。
ポリオレフィンP2
ポリオレフィンP2は、ポリマー鎖中で共重合した少なくとも2つの異なるコモノマーを含むコポリマーを意味する。コモノマーの一方は上記で説明したα−オレフィンであり、他方のコモノマーはα−オレフィンと重合可能な官能性モノマーである。「官能性モノマー」とは、P2中で、エポキシドおよびカルボン酸無水物の中から選択される官能基を有する不飽和モノマー(C=C二重結合を含む)を意味する。
不飽和エポキシドの例としては、脂肪族グリシジルエステルおよびエーテル、例えばアリルグリシジルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、グリシジルマレエートおよびグリシジルイタコネート、グリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレートが挙げられる。これらは例えば脂環式グリシジルエステルおよびエーテル、例えば2−シクロヘキセン−1−イル グリシジルエーテル、シクロヘキセン4,5−ジグリシジルカルボキシレート、シクロヘキセン−4−グリシジルカルボキシレート、5−ノルボルネン−2−メチル−2−グリシジルカルボキシレートおよびエンドシス−ビシクロ[2.2.1]へプト−5−エン−2,3−ジグリシジルジカルボキシレートでもよい。
カルボン酸無水物は上記で挙げたものから選択できる。官能性モノマーとしてはグリシジルメタクリレートおよび/または無水マレイン酸が特に好ましい。必要に応じてさらに、種々の官能性モノマーをポリオレフィンP2中で共重合することができる。
さらに、ポリオレフィンP2はα−オレフィンおよび官能性モノマーと重合可能な不飽和非官能性モノマーを必要に応じて含むことができる。不飽和非官能性モノマーは不飽和カルボン酸エステル、例えばアルキル(メタ)アクリレートに分類されるアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレートから選択される。これらの(メタ)アクリレートのアルキル鎖は30以下の炭素原子を有することができる。アルキル鎖の例としてはメチル、エチル、プロピル、n−ブチル、sec−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、ヘニコシル、デコシル、トリコシル、テトラコシル、ペンタコシル、ヘキサコシル、ヘプタコシル、オクタコシルまたはノナコシルが挙げられる。
不飽和カルボン酸エステルとしてはメチル、エチルおよびブチル(メタ)アクリレートが好ましい。
種々の非官能性モノマーをポリオレフィンP2中で共重合することができる。
ポリオレフィンP2の好ましい第1実施例は、エチレンと、無水マレイン酸と、任意成分のアルキル(メタ)アクリレートとのコポリマーである。ポリオレフィンP2の好ましい第2実施例は、エチレンと、グリシジルメタクリレートと、任意成分のアルキル(メタ)アクリレートとのコポリマーである。ポリオレフィンP2のこれらの実施例は、アルケマ フランス(Arkema France)社から商品名ロタデル(LOTADER、登録商標)で市販されている。
ポリオレフィンP2は基本的に、ポリオレフィンP1をTPEマトリックスと相溶性にするのに役立ち、TPEマトリックス中のP1の分散が改良される。ポリオレフィンP2を用いても用いなくても難燃特性は同じであるが、組成物中にP2が存在しないことは、弾性、変形および衝撃強度に関するTPEの性能の悪い変化によって示される。こういうわけで、本発明の組成物中に最小限の5重量%のP2が存在する。本発明の組成物は、組成物の全重量に対して5%〜7%のポリオレフィンP2を含むのが好ましい。
本発明の組成物中では、P1/P2重量比が1以上である。
本発明の組成物はさらに、少なくとも一種の添加剤を含むことができる。この添加剤は特に有機または無機充填材、強化材、可塑剤、例えば、BBSA(N−(n−ブチル)ベンゼンスルホンアミド)、潤滑剤、例えばステアリン酸、安定剤(例えば、熱安定剤)、抗酸化剤、紫外線安定剤、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、無機または有機染料、および、顔料、離型剤、発泡剤、衝撃改質剤、収縮防止剤、核形成剤、静電防止剤およびこれらの混合物の中から選択できる。強化材は特にガラス繊維、炭素繊維または天然繊維、例えば亜麻繊維、麻繊維、ケナフ繊維または竹繊維の中から選択できる。充填剤としては、特に、シリカ、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、酸化チタンまたはガラスビーズが挙げられる。無機ナノフィラー、例えば、脂肪族第4級アンモニウムカチオンで処理したモンモリロナイトタイプの剥離可能な有機物親和性改質クレーを材料に添加しても本発明を逸脱するものではない。
添加剤は一般に、組成物の全重量に対して0.1〜50重量%、好ましくは0.1〜30重量%、好ましくは0.1〜5重量%の含有量で組成物中に存在するのが好ましい。
組成物は粉末、顆粒またはペレットの形にすることができる。
本発明の他の対象は上記定義の組成物の製造方法にある。本発明製造方法では、本発明の組成物と任意成分の他の添加剤とを含む均一混合物が得られる任意の方法、例えば溶融混合、押出、圧縮またはロールミルで組成物が製造できる。
本発明の組成物は特に、「直接」プロセスで全ての成分(TPE、P1、P2、難燃剤)を溶融混合して製造できる。二段階法で組成物を製造することもできる。第1段階で、TPEマトリックス、ポリオレフィン1(P1)またはポリオレフィン2(P2)(マスターバッチ)中で本発明の難燃剤、すなわち金属塩の濃縮混合物を製造し、次いで第2段階で、それぞれポリオレフィン1(P1)、ポリオレフィン2(P2)またはTPEマトリックスのいずれかと混合してこれを希釈する。
熱可塑性樹脂工業の混合および混練で一般的な装置、例えば押出機、二軸タイプの押出機、特に自己洗浄式係合共回転二軸押出機、およびニーダ、例えば商品名バス(BUSS)ミキサまたは内部ミキサを備えたコニーダを用いるのが有利である。このプロセスでは4つの成分(TPE+P1+P2+難燃剤)を乾燥混合して供給ホッパに導入するか、あるいは、予備溶融TPE+P1+P2混合物に側方供給口を介して難燃剤を導入することができる。
本発明組成物の製造(コンパウンディング)およびその加工は、温度および剪断速度に関してできるだけ温和な条件下で行うことが勧められている。そのために、下記の参考文献を参照できる。
O. Schacker、「プラスチック添加剤およびコンパウンディング」2002年4月、28〜33頁
本発明組成物は火炎、例えばUL94試験の火炎を受けたときに、耐流動性がある。本発明の組成物はハロゲンを含まないという利点を示す。さらに、本発明の組成物はISO 868規格によって測定されるショアー硬度が、50ショアーA〜80ショアーD、好ましくは60ショアーA〜72ショアーD(両限界値を含む)であるのが有利である。
本発明組成物はさらに、優れた熱安定性を有し、分解または変色の問題に直面することなく、成形できる。
本発明の他の対象は、本発明の少なくとも一種の組成物から始まる成形、射出成形、押出、共押出、ホットプレスまたは多重射出によって得られる物品にある。
本発明の組成物は、従って、電気および/または電子工学物品、パイプ、ケーブル、成形品および/または電気保護具の製造で使用するのが有利である。本発明組成物は特に、ハウジング、コネクタ、パイプ、電気ケーブルまたは光ファイバ用シース、電話またはコンピュータケースおよび電気および電子工学分野で用いられる任意のタイプの部品の製造で使用できる。
使用材料
ポリアミド
PA6はポリアミド6(カプロラクタムホモポリアミド)を表す。PA6.6はポリアミド6.6(ヘキサンジアミンおよびアジピン酸ホモポリアミド)を表す。PA11はポリアミド11(11−アミノウンデカン酸ホモポリアミド)を表す。PA12はポリアミド12(ラウリルラクタムホモポリアミド)を表す。
TPE
PEBA:Pebax(登録商標)はアルケマから市販のPEBAを表す。PEBAはPA12ブロックとPTMGブロックとを(それぞれ600および2000のモル質量で)含むコポリマーを表す。
TPU:Elastollan 1185A(BASF社から市販)はUL94試験でV0に分類されるといわれる難燃性ポリエーテルウレタンを表す。
ポリオレフィン
P1:エバテーヌ(Evatane、登録商標)2403(アルケマ社から市販)はエチレンと酢酸ビニル(24重量%)とのコポリマーを表す。MFIは3(190℃/2.16kg)。
P2:ロタデル(Lotader、登録商標)3410(アルケマ社から市販)はエチレンとブチルアクリレートと無水マレイン酸とのコポリマーで、3重量%の無水マレイン酸と17重量%のブチルアクリレートとを含む。MFIは5(190℃/2.16kg)。
難燃剤
MC25(より正確にはCiba社から市販のMelapur MC25)はシアヌル酸メラミンを表す。
エクソリット(Exolit、登録商標)OP 1311、 OP 1314、 OP 1230 はそれぞれClariant有限責任会社から市販のホスフィン酸の金属塩をベースとする難燃剤を表す。
任意成分の添加剤
PERはモノペンタエリトリトールを表す。
PTFE粉末(デュポン社から市販のZonyl MP1100)。
アンモニウムカチオンで置換されたモンモリロナイトタイプのクレー(Sud Chemieから市販のNanofil SE3010)
タルク(Talc de Luzenacから市販のStemic OS)
難燃材料の製造
[表2]および[表4]の配合物を、直径が40mmで、長さが直径の40倍に等しいCoperion ZSK40タイプの二軸押出機によって混合(コンパウンディング)することによって調製する。この押出機の運転は回転速度が300回転/分で、温度分布が220℃(上流)から240℃(下流)まで調整され、温度分布に従って流量が70kg/時である。ポリマーはこの押出機の主ホッパに導入し、難燃剤は押出機の溶融材料中に横から添加する。
ポリオレフィンを含む[表4]の配合物は以下のように調整される。上記押出機中でPebax(登録商標)をポリオレフィンP1およびP2とコンパウンディングしてポリマーアロイを形成し、且つ、側方供給口を介して導入し、ホスフィン酸塩を導入し、押出機の溶融材料中に分散させる。
UL94試験
この安定化試験を5つの同一の試験片(127mm×12.7mm×1.6mm)のセットに実施した。サンプルを支持体から吊り下げる。高さ20mmの青色のブンゼンバーナー火炎で底部に着火する。火炎を10秒間当て、離す。燃焼(火炎を有する燃焼、次いで白熱燃焼)が持続する時間T1を記録する。続いて、火炎を再び10秒間当て、離す。同様に、燃焼が持続する時間T2を記録する。試験片の基部に敷いた綿に火が伝搬する危険のある燃焼滴下物の落下の可能性に加えて、白熱後の現象も考慮に入れる。
Figure 2013526644
異なる組成を有する材料に実施したUL94試験の結果を[表2]および[表4]に示す。
[表2]および[表4]では、「Ex.」は本発明の実施例(実施例1〜実施例5)に対応し、一方で、「Cp.」は比較例の組成物(比較例1〜比較例16)に対応する。[表2]から、シアヌル酸メラミンはポリアミド中で効果があるが、TPE中では効果がなく、UL94試験の第1着火に耐えられないことがわかる。同様に、ホスフィン酸金属塩は難燃性ポリアミドを、効果的にUL94試験のV0クラスにすることができる。同じホスフィン酸金属塩をTPEマトリックスに導入すると、TPEが流動して第1着火から滴下物を生じ、従って、UL94試験の第2着火の実施が不可能であることがわかった。
この[表2]は、TPEを難燃性にする際に長年直面している問題を明らかに示している。火炎が当たると急速に流動し、燃焼滴下物を形成するため、TPEは難燃剤にするのが難しい。
比較例Cp.8の組成物に0.5%のPTFEまたは5%のタルクまたは2%の剥離可能な有機物親和性クレータイプのナノフィラーを添加することを試みたが、UL94試験の結果はやはりV2クラスであった。[表3]の比較例Cp.8.1、Cp.8.2、Cp.8.3の組成物によって示されるように、この流動の問題を解決するのに通常用いられる耐滴下添加剤は本発明の難燃性TPEの場合は効果がない。
Figure 2013526644
Figure 2013526644
[図1]
[図1]はUL94試験の一回着火後の下記(1)および(2)のロッド(UL94試験片:127mm×12.7mm×1.6mm)の状態を示す写真である:
(1)Pebax(登録商標) 2533+35%のOP 1311ホスフィン酸塩([図1]の左側のロッド、[Table 2]の比較例Cp.8に対応する)
(2)V0に分類されるといわれる、難燃性TPU(右側のロッド、BASF社の製品Elastollan 1185Aに対応する)。
これらの2つの材料(ロッド)は流動して滴下物を形成する。これらの滴下物が綿に着火しないだけで、これらの2つの材料はV0に分類される。[図1]のいずれの場合(PEBAおよびTPU)も、材料(PEBAおよびTPU)が流動し続け、滴下物がブンセンバーナーに落下するので、第2着火(火炎を10秒間当てる)をカウントするのは不可能である。このような挙動を示す材料は、電気または電子工学分野での利用に必要な要求条件を満たさない。
Figure 2013526644
[表4]はTPE中に2つの異なるタイプのポリオレフィン(P1:エバテーヌ(Evatane、登録商標)2403およびP2:ロタデル(Lotader、登録商標)3410)を入れることによる、TPEのこの流動および滴下の問題の解決策を示すものである。[表4]から、比較例Cp.11およびCp.12が(Cp.11はV0に分類されているにもかかわらず)、燃焼であろうとなかろうと、滴下物の存在によってUL94試験に耐えられないことがわかる。いずれの場合も、試験片が流動して滴下物を形成するので第2着火の実施は不可能である。
比較例Cp.13、Cp.14および実施例Ex.1を、それぞれ25、30および35%のExolit(登録商標)OP 1311を用いて製造する。これらのP1(EVA 2403)含有量は低く、6.5〜7.5%である。EVAを含まない比較例と比べて、実施例1の試験片は35%のExolit(登録商標)OP 1311を用いると滴下物を形成しなくなるか、あるいは、流動しない。実施例1は合計時間(T1+T2)が50秒以上であるのでV1に分類される。
比較例Cp.15および実施例Ex.2およびEx.3を、それぞれ25、30および35%のExolit(登録商標)OP 1311を用いて製造する。P1(EVA 2403)含有量は12〜14%(両限界値を含む)である。少なくとも30%のホスフィン酸塩(Exolit(登録商標)OP 1311)を用いた実施例Ex.2およびEx.3はV1に分類される(流動または滴下物を伴わない)。
比較例Cp.16および実施例Ex.4およびEx.5を、それぞれ25、30および35%のExolit(登録商標)OP 1311を用いて製造する。これらのP1(EVA 2403)含有量は18〜20%(両限界値を含む)である。実施例Ex.4はV1に分類され(30%のホスフィン酸塩(Exolit(登録商標)OP 1311)を用い、流動または滴下物を伴わない)、実施例5はV0に分類される(35%のExolit(登録商標)OP 1311を用いる)。
実施例Ex.1〜Ex.5は、ポリオレフィンP1(EVA)のTPEマトリックスへの添加が、流動および/または滴下の問題の除去に与える影響を明らかに示している。これら全ての実施例では、ポリオレフィンP1とTPEマトリックスとを相溶性にするために、組成物中のポリオレフィンP2の最小含有量を5重量%にする必要がある。
本発明の実施例Ex.1〜Ex.5の組成物から製造したロッドに、15秒後に20℃で実施するISO 868規格によって測定されるショアーD硬度は、いずれの場合も、25ショアーD〜29ショアーD(両限界値を含む)である。
[図2]
[図2]は左から右へそれぞれ下記のロッドの状態を示す写真である:出発ロッド(寸法:127mm×12.7mm×1.6mm)、および、UL94試験の2回の着火を実施した2つのロッド(それぞれ本発明の実施例Ex.4およびEx.5の組成物に対応する)。この2つのロッドは滴下も流動も観察されない。

Claims (21)

  1. 下記(1)〜(4)を特徴とする、難燃性熱可塑性エラストマー(TPE)組成物中での流動防止剤および/または耐滴下剤としての、少なくとも2種のポリオレフィンP1およびP2の使用:
    (1)P1は、α−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、カルボン酸のビニルエステルの中から選択される少なくとも一種の他のモノマーとを含み、
    (2)P2は、α−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、エポキシドまたはカルボン酸無水物官能基を有する少なくとも一種の不飽和モノマーとを含み、
    (3)上記ポリオレフィンの合計量は10重量%を超え、P2は少なくとも5重量%を超え、P1/P2の重量比は1以上であり、
    (4)TPEは組成物の全重量に対して55重量%未満である。
  2. TPEがCOPEおよび/またはTPUおよび/またはPEBAおよび/またはこれらの混合物の中から選択される請求項1に記載の使用。
  3. TPEがPEBAである請求項1または2に記載の使用。
  4. P1が、カルボン酸無水物の中から選択される官能基を有する不飽和官能性モノマーをさらに含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の使用。
  5. P2が、不飽和カルボン酸のエステルの中から選択されるモノマーをさらに含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の使用。
  6. 難燃性組成物が、ホスフィン酸の金属塩、ジホスフィン酸の金属塩およびこれらの混合物の中から選択される少なくとも一種のホスフィン酸塩を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の使用。
  7. 下記(1)〜(3)を含む組成物:
    (1)40%を超えかつ55%未満の少なくとも一種の熱可塑性エラストマー(TPE)、
    (2)25%を超えかつ40%未満の少なくとも一種のホスフィン酸塩、および、
    (3)10%を超えかつ35%未満の少なくとも二種のポリオレフィンP1およびP2、ここで、P1/P2重量比は1以上であり、P2は組成物の全重量に対して少なくとも5重量%を超え、P1はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、カルボン酸のビニルエステルの中から選択される少なくとも一種の他のモノマーとを含み、P2はα−オレフィンの中から選択される少なくとも一種のモノマーと、エポキシドまたはカルボン酸無水物官能基を有する少なくとも一種の不飽和モノマーとを含む。
  8. 少なくとも一種のTPEがCOPEおよび/またはTPUおよび/またはPEBAおよび/またはこれらの混合物の中から選択される請求項7に記載の組成物。
  9. 上記少なくとも一種のホスフィン酸塩が、ホスフィン酸の金属塩、ジホスフィン酸の金属塩およびこれらの混合物から選択される少なくとも一種のホスフィン酸塩を含む請求項7または8に記載の組成物。
  10. P1が、カルボン酸無水物の中から選択される官能基を有する不飽和官能性モノマーをさらに含む請求項7〜9のいずれか一項に記載の組成物。
  11. P2が、不飽和カルボン酸のエステルの中から選択されるモノマーをさらに含む請求項7〜10のいずれか一項に記載の組成物。
  12. P1が、エチレンと酢酸ビニルとのコポリマー(EVA)を含む請求項7〜11のいずれか一項に記載の組成物。
  13. P1が、エチレンと酢酸ビニルと無水マレイン酸とのコポリマー(マレイン化EVA)である請求項7〜12のいずれか一項に記載の組成物。
  14. EVAが、EVAの重量に対して5重量%〜40重量%の酢酸ビニルを含む請求項12または13に記載の組成物。
  15. EVAのMFI(190℃、2.16kg下)が0.4〜400、好ましくは0.5〜25(両限界値を含む)である請求項12〜14のいずれか一項に記載の組成物。
  16. EVAが、EVAの重量に対して0.1重量%〜1重量%の無水マレイン酸を含む請求項13〜15のいずれか一項に記載の組成物。
  17. P2が、エチレンと、無水マレイン酸と、任意成分のアルキル(メタ)アクリレートとのコポリマーおよび/またはエチレンと、グリシジルメタクリレートと、任意成分のアルキル(メタ)アクリレートとのコポリマーの中から選択されるコポリマーを含む請求項7〜16のいずれか一項に記載の組成物。
  18. ハロゲンを含まない請求項7〜17のいずれか一項に記載の組成物。
  19. ISO 868規格によって測定したショアー硬度が50ショアーA〜80ショアーD、好ましくは60ショアーA〜72ショアーD(両限界値を含む)である請求項7〜18のいずれか一項に記載の組成物。
  20. 請求項7〜19のいずれか一項に記載の組成物の、電気物品および/または電子物品、パイプ、ケーブル、成形品および/または電気保護具の製造での使用。
  21. 請求項7〜19のいずれか一項に記載の少なくとも一種の組成物を材料として射出成形、押出、共押出、ホットプレスまたは多重射出で得られる物品。
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