JP3792722B2 - メラミンシアヌレート及び前処理された繊維状充填剤を含有する防炎加工pa成形材料 - Google Patents
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Description
A)熱可塑性ポリアミド40〜98重量%
B)メラミンシアヌレート1〜40重量%
C)算術平均繊維長(d50値)70〜200μm及びd10値60μm以下、d90値350μm以下を有するシラン化合物で前処理されたガラス繊維1〜50重量%
D)他の添加物及び加工助剤0〜30重量%
を含有しており、
この場合、成分A)〜D)の重量百分率は、100%になる防炎加工熱可塑性成形材料に関する。
さらに本発明は、あらゆる種類の成形材料を製造するための本発明による成形材料の使用及びこれにより得られた成形材料に関する。
特開昭53−051250号公報(JP-A 53/051 250)から、メラミンシアヌレートと充填剤を含有している防炎加工PA成形材料は、公知である。この成形材料は、充填剤及び防炎剤の存在下でアミド形成モノマーの重合を実施することによって製造される。さらに特開昭54−016565号公報(JP-A 54/016 565)から、メラミンシアヌレートを含有する充填剤含有PA成形材料は、公知であり、この場合、無機充填剤は、有利にL/D比4〜1/4を有する。さらに特開昭 −118454号公報(JP-A/118 454)から、ポリアミド中のシアヌル酸とメラミンの混合物が耐炎作用を示し、かつ該混合物が充填剤を含有していてもよいことも公知である。
このような成形材料は、機械的性質、例えば剛性及び強度が不十分であるという欠点を有する。メラミンシアヌレートを含有するPA混合物へのガラス繊維の添加は、その機械的性質を改善するが、しかしその防炎性は、不利な作用を受け、それというのもガラス繊維がいわゆる吸上作用によって難燃性を著しく減少させるからである。
これに応じて、欧州特許出願公開第241702号明細書から、メラミンシアヌレートを含有するガラス繊維からのPA混合物が、その防炎挙動において、サイズ処理されていない短いガラス繊維(平均繊維長100〜250μm)が混合物の形で使用されることによって改善されることができることが公知である。
欧州特許出願公開第614933号明細書から、ポリアミドのための水酸化マグネシウムとメラミンシアヌレートの混合物は、公知である。
UL94による等級V−0は、公知の成形材料の場合には、防炎剤の高い全体含量の場合にのみ達成され、その上、グローワイヤ試験(Gluehdrahtpruefung)における後燃焼時間(Nachbrennzeiten)は、多くの適用の場合には重要である。フランス国基準NF F 16−101の場合には、2秒より少ない/2秒に等しい後燃焼時間が要求される。公知の成形材料は、このことを全然満たすことができない。
全ての上記の特許の場合にはガラス繊維は、使用されたものに仮に限って、常用の連続フィラメント(ロービング)又はチョップトファイバー(長さ4〜6mmの繊維束)として使用される。さらに押出機中の剪断作用によって、言及されていないが、しかし通常の加工の場合には該長さが約250〜300mm(ガラス繊維分25%を有する生成物に基づいて)である、生成物中のガラス繊維長の分布が結果として得られる。この場合には、平均繊維長(与えられた加工の場合には)が通常、繊維が増量するに伴って低下するということが考慮されなければならず、それというのも混入帯域中での過度に増大した繊維−相互作用、ひいては過度に増加した繊維破損率が生じるからである(F. Raumsteiner, R. Theysohn, Comp. Sci. Techn. 23(1995)231)。
それゆえに本発明の課題は、良好な機械的性質及び良好な防炎性を示す防炎加工熱可塑性成形材料を提供することである。殊に、サイズ処理された著しく短いガラス繊維の添加は、グローワイヤ試験におけるできるだけ僅かな後燃焼時間を可能にする防炎性を可能にする。
これに従い、冒頭で定義された成形材料が見いだされた。有利な実施態様は、サブクレームに記載されている。
意外にも、生成物中の、殊に一定のガラス繊維長分布を有する、特に短いガラス繊維の使用によって、機械的性質(剛性及び強度)の単に僅かであり、しかし許容しうる低下が生じるが、しかしながら、顕著に改善された加工性及び防炎性が生じることが、見いだされた。このことは、通常の射出成形加工に反することであり、それというのも上記の繊維長の範囲内で事実上、機械的変化もしくは防炎性の変化が観察されないからである(>1mmで初めて流動性が悪化する)。従って、通常、射出成形物の場合には、場合によっては機械的性質(繊維長とともに増加)と等方性(繊維長とともに低下)の間の妥協が受け入れられるが、しかし、通常、可能な限り長い繊維長が要求される。
短いガラス繊維を使用することの他に、押出機での高い剪断作用によって短い繊維を得ることも原理的に可能である。
成分A)として本発明による成形材料は、熱可塑性ポリアミド40〜98重量%、特に40〜87重量%、殊に60〜85重量%を含有している。
本発明による成形材料のポリアミドは、通常、K値50〜96(フィケンチャーによる)に相応する、25℃で96重量%の硫酸中の1重量%の溶液中で測定された比粘度ηrel1.7〜5.0を有する。比粘度2.3〜4.5、殊に2.5〜4.0を有しているポリアミドは、優利に使用される。
例えば米国特許第2071250号明細書、同第2071251号明細書、同第2130523号明細書、同第2130948号明細書、同第2241322号明細書、同第2312966号明細書、同第2512606号明細書及び同第3393210号明細書に記載されている、分子量(重量平均値)少なくとも5000を有する半晶質もしくは非晶質の樹脂は、有利である。
このような樹脂の例は、7〜13員環を有しているラクタムに由来しているポリアミド、例えばポリ−ε−カプロラクタム、ポリカプリロラクタム及びポリラウリンラクタム、ならびに、ジカルボン酸とジアミンとの反応することによって得られるポリアミドである。
ジカルボン酸として炭素原子6〜12個、特に6〜10個を有しているアルカンジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸は、使用することができる。ここではアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸及びテレフタル酸及び/又はイソフタル酸のみを酸として挙げる。
ジアミンとして、特に、炭素原子6〜8個、特に6〜12個を有しているアルカンジアミンならびにm−キシリレンジアミン、ジ−(4−アミノフェニル)−メタン、ジ−(4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2−ジ−(4−アミノフェニル)−プロパン又は2,2−ジ−(4−アミノシクロヘキシル)−プロパンは適当である。
有利なポリアミドは、ポリヘキサメチレンアジピン酸アミド、ポリヘキサメチレンセバシン酸アミドとポリカプロラクタムである。
その上、例えば高められた温度でアジピン酸との1,4−ジアミノブタンの縮合によって得られるポリアミド(ポリアミド−4,6)もなお挙げられる。上記構造のポリアミドのための製造方法は、例えば欧州特許出願公開第38094号明細書、欧州特許出願公開第38582号明細書及び欧州特許出願公開第39524号明細書に記載されている。
さらに、上記の2個以上のモノマー又は複数のポリアミドの混合物の共重合によって得られるポリアミドは、適当であり、この際混合比は任意である。
このような部分的に芳香族、部分的に結晶質のコポリアミドは、次のものから形成されている:
A1) テレフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来した単位20〜90重量%、
A2) ε−カプロラクタムに由来している単位0〜50重量%、
A3) アジピン酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位0〜80重量%そして
A4) 他のポリアミド形成モノマー0〜40重量%、
この場合、成分(A2)もしくは(A3)もしくは(A4)又はこれらの混合物の含量は、少なくとも10重量%である。
成分A1)は、テレフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位20〜90重量%を含有している。
テレフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位の他に、コポリアミドは、ε−カプロラクタムに由来している単位及び/又はアジピン酸とヘキサメチレンジアミンに由来した単位及び/又は他のポリアミド形成モノマーに由来した単位を含有している。
ε−カプロラクタムに由来した単位の含量は、最大50重量%、特に20〜50重量%、殊に25〜40重量%であり、その一方でアジピン酸とヘキサメチレンジアミンに由来した単位の含量は、80重量%まで、特に30〜75重量%、殊に35〜60重量%である。
コポリアミドは、ε−カプロラクタムの単位ならびにアジピン酸とヘキサメチレンジアミンの単位を含有していてもよく;芳香族基不含の単位の含量が少なくとも10重量%、有利に少なくとも20重量%である場合に有利である。この場合には、ε−カプロラクタムに由来した単位と、アジピン酸とヘキサメチレンジアミンに由来した単位との比は、特に制限されていない。
多くの使用目的にとって、テレフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位(単位A1)50〜80重量%、特に60〜75重量%で及びε−カプロラクタムに由来している単位(単位A2)20〜50重量%、特に25〜40重量%を有しているポリアミドが特に有利であることが判明している。
上記の単位A1)〜A3)の他に部分的に芳香族コポリアミドは、他のポリアミドから知られているとおり、他のポリアミド形成モノマーA4)40重量%まで、有利に10〜30重量%、殊に20〜30重量%を含有していてもよい。
芳香族ジカルボン酸A4)は、炭素原子8〜16個を有する。適当な芳香族ジカルボン酸は、例えばイソフタル酸、置換されているテレフタル酸及びイソフタル酸、例えば3−t−ブチルイソフタル酸、多環式ジカルボン酸、例えば4,4’−及び3,3’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−及び3,3’−ジフェニルメタンジカルボン酸、4,4’−及び3,3,−ジフェニルスルホンジカルボン酸、1,4−もしくは2,6−ナフタレンジカルボン酸、フェノキシテレフタル酸であり、この際イソフタル酸は、特に有利である。
他のポリアミド形成モノマーA4)は、炭素原子4〜16個を有しているジカルボン酸及び炭素原子4〜16個を有している脂肪族もしくは脂環式のジアミンならびに炭素原子7〜12個を有しているアミノカルボン酸ないしは相応するラクタムに由来していてもよい。この種の適当なモノマーの例としてここでは脂肪族ジカルボン酸の代表としてスベリン酸、アゼライン酸又はセバシン酸、ジアミンの代表として1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、ピペラジン、ならびにラクタムないしはアミノカルボン酸の代表としてカプリロラクタム、エナントラクタム、ω−アミノウンデカン酸及びラウリンラクタムのみを挙げる。
この場合には成分(A)の次の組成は、特に有利である:
A1) テレフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位65〜65重量%及び
A4) イソフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位15〜35重量%
或いは
A1) テレフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位50〜70重量%及び
A3) アジピン酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位10〜20重量%及び。
A4) イソフタル酸とヘキサメチレンジアミンに由来している単位20〜30重量%。
成分(A4)がカルボキシ基がパラ位にある対称ジカルボン酸を含有する場合には、該化合物を(A1)及び(A2)或いは(A1)及び(A3)との三元コポリアミドとして形成することが推奨され、それというのも、さもなければコポリアミドが高すぎる融点を有しかつ分解下にのみ融解からであり、このことは望ましくない。
成分A4)がポリアミド構成単位として環状の脂肪族ジアミンを含有する場合には、この場合には殊にジアミン成分としてビス(4−アミノシクロヘキシル)−メタン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)−2,2−プロパン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)−2,2−プロパン、シクロヘキサンジアミン及びイソホロンジアミンは、有利である。この種の部分的に芳香族、部分的に結晶質のポリアミドは、ドイツ国特許出願公開第4404250号明細書に記載されている。
さらに、そのトリアミン含量が0.5重量%より少ない、有利に0.3重量%より少ない部分的に芳香族コポリアミドは、特に有利であると判明した。
ほとんどの公知方法(米国特許第4603166号明細書参照)によって製造される部分的に芳香族コポリアミドは、0.5重量%を越えるトリアミン含量を有しており、これは製品品質の悪化及び連続的製造の場合の問題を生じさせる。これらの問題を引き起こすトリアミンとして特に、製造に使用したヘキサメチレンジアミンから形成されるジヘキサメチレントリアミンは、挙げることができる。
低いトリアミン含量を有する、有利な部分的に芳香族コポリアミドの製造は、欧州特許出願公開第129195号明細書及び同第129196号明細書に記載された方法によって行なうことができる。
成分B)として本発明による熱可塑性成形材料は、メラミンシアヌレート1〜40重量%、特に3〜30重量%、殊に5〜25重量%を防炎剤として含有している。
本発明(成分B)によれば使用されるメラミンシアヌレートは、有利に等モル量のメラミン(式I)とシアヌル酸ないしはイソシアヌル酸(式IIa及びIIb)からの反応生成物である。
上記生成物は、例えば90〜100℃で出発化合物の水溶液の反応によって得られる。商業上入手しうる生成物は、7〜1.5μmの平均粒度d50を有している白い粉末である。
成分C)として本発明によるポリアミド成形材料は、算術平均繊維長が70〜200μm、有利に80〜180μm、殊に100〜150μm及びd10値60μm以下及びd90値350μm以下を有するガラス繊維1〜50重量%、有利に10〜35重量%、殊に15〜30重量%を含有している。平均直径は、通常3〜30μm、有利に8〜20μm、殊に10〜14μmである。
有利なガラス繊維としてEガラスが挙げられる。
所望の繊維長は、例えばボールミル中での練磨によって調整することができ、この際繊維長分布が生じる。
繊維長の減少は、平均繊維長<200μmの場合には、粉末のようにポリマーに混入することができる易流動性の充填剤料を生じさせる。僅かな繊維長に基づいて、混入の際に繊維長の僅かなさらなる短縮がかろうじて生じる。
繊維分は、通常ポリマーの灰化後に測定される。繊維長分布の測定のために通常、灰残留物は、シリコーン油に吸収され、かつ20倍の顕微鏡倍率で撮影される。画像上、少なくとも500繊維で長さを正確に測定することができ、かつこれから算術平均値(d50)を計算することができる。
有利にd50値は、180μm以下、有利に160μm以下、殊に150μm以下である。d50値の測定と同時に、ガラス繊維長分布のd10値とd90値を測定することもできる。この場合にはd10値は、試料のガラス繊維の10%が長さxを有することを意味する。本発明による成形材料にとって、d10値60μm以下、有利に55μm以下及びd90値350μm以下、有利に290μm以下は、有利であると判明している。
ガラス繊維は、熱可塑性ポリアミドとのより良好な相溶性のために、シラン化合物で表面を前処理される。
適当なシラン化合物は、式III:
(X-CH2)n)K-Si-(O-CmH2m+1)4-K III
〔式中、置換基は次の意味を有する:
xはNH2−;
、HO−であり、
nは整数2〜10、有利に3〜4であり、
mは整数1〜5、有利に1〜2であり、
kは整数1〜3、有利に1である〕
で示されるものである。
有利なシラン化合物は、置換基xとしてグリシジル基を有するアミノプロピルトリメトキシシラン、アミノブチルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノブチルトリエトキシシランならびに相応するシランである。
シラン化合物は、通常0.05〜5重量%、有利に0.5〜1.5重量%、殊に0.8〜1重量%(Cに対して)の量で表面被覆に使用される。
本質的な成分A)、B)及びC)の他に本発明による成形材料は、常用の添加物及び加工助剤D)を含有していてもよい。その含量は、成分の全体量に対して通常30重量%まで、有利に10重量%までである。
常用の添加物は、例えば安定剤及び酸化抑制剤、熱分解及び紫外線による分解に抵抗する剤、滑剤及び離型剤、染料、顔料及び可塑剤ならびに耐衝撃性改質ポリマー(ゴム)である。
本発明によると熱可塑性組成に添加することができる酸化抑制剤と熱安定剤は、例えば、周期表の第I族の金属のハロゲン化物から成る群から選択されたハロゲン化物、例えばリチウム−、ナトリウム−、カリウムハロゲン化物及び銅(I)ハロゲン化物、例えば塩化物、臭化物及びヨウ化物又はこれらの混合物である。さらに、立体障害フェノール。芳香族第二アミン、ヒドロキノン、この群の置換された代表とこれらの化合物の混合物は、有利に混合物の重量に対して1重量%までの濃縮物の形で使用することが可能である。
紫外線安定剤の例は、通常2重量%までの量で使用することができる置換レゾルシン、立体障害フェノール、サリチレート、ベンゾトリアゾール及びベンゾフェノンである。
通常熱可塑性材料の1重量%までの量で添加することができる滑剤及び離型剤は、例えば長鎖脂肪酸又はその誘導体、例えばステアリン酸、ステアリルアルコール、アルキルステアレート及び−アミドならびに長鎖脂肪酸を有するペンタエリトリットのエステルである。
さらに有機染料、例えばニグロシン、顔料、例えば二酸化チタン、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、フタロシアニン、ウルトロマリンブルー及び染料としてのカーボンブラックは、使用することができる。
成核剤として、通常1重量%までの量で、フェニルホスフィン酸ナトリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ナイロン22ならびに有利にであるタルクは、使用することができる。
可塑剤の例としてフタル酸ジオクチルエステル、フタル酸ジベンジルエステル、フタル酸ブチルベンジルエステル、炭化水素油、N−(n−ブチル)ベンゼンスルホンアミドならびにo−及びp−トリルエチルスルホンアミドが挙げられる。その量は、通常15重量%までである。
本発明による成形材料の製造は、自体公知の方法で行なうことができる。有利な実施態様によれば、製造は、成分A)の溶融のために成分B)ならびにC)の添加によって行なわれる。
このために有利に押出機、例えば一軸スクリュー−もしくは二軸スクリュー押出機、他の通常の可塑化装置、例えばブラベンダーミルもしくはバンブリミルは、使用される。
その後にプラスチック混合物は、さらなる熱処理、即ち固相中の後縮合させることができる。状態調節装置、例えばタンブルミキサー(Taumler-Mischer)又は連続的もしくは不連続的に運転される状態調節管(Temperrohren)で、それぞれの処理の形で存在する成形材料は、ポリアミドの所望の粘度数VZ又は比粘度ηrelが達成されるまで、状態調節される。状態調節のための温度範囲は、純粋な成分A)の融点い依存する。有利な温度範囲は、A)のそれぞれの融点の5〜50℃、有利に20〜30℃下である。方法は、有利に不活性ガス雰囲気下で行なわれ、この場合、窒素及び過熱蒸気は、不活性ガスとして有利である。
滞留時間は、通常0.5〜50時間、有利に4〜20時間である。引き続き、成形材料は、常用の装置を使用して成形材料から製造される。
本発明による成形材料の他の有利な製造方法の場合には成分A)及びC)は、後処理され、この場合、C)の量は、40重量%より大きく(A)とC)に対して、有利に45重量%より大きい)(バッチ)。引き続き、この濃縮物(バッチ)は、A)とB)ならびに場合によってはD)をもって適当な混合装置で後処理される。
本発明による成形材料は、良好な機械的性質プロファイルとともに良好な加工性及び良好な防炎性を示す。従って該成形材料は、殊に電気絶縁領域における電流遮断器、補助スイッチ、リレースイッチ及びプラグ継手として使用されるあらゆる種類の繊維、フィルム及び成形体の製造に適当である。
実施例
次の成分を使用した:
成分A:
A1:25℃での96重量%のH2SO4中の0.5%の溶液として測定された粘度数VZ145ml/gを有するポリ−ε−カプロラクタム;、BASF社のウルトラミド(Ultramid(登録商標))B3
A2:VZ151ml/gを有するPA66、BASF社からのウルトラミド(Ultramid(登録商標))A3
成分B:平均粒度1.5μmを有するメラミンシアヌレート
成分C:
C1:粉砕ガラス繊維(Eガラス)、直径14μm、アミノシラン−サイズ
C2:粉砕ガラス繊維(Eガラス)、14μm直径、シラン化されていない。
C3:チョップトガラス繊維、直径14μm、繊維長6000μm、アミノシラン−サイズ
C4:チョップトガラス繊維:直径14μm、繊維長:3.5cm;アミノシラン−サイズ
C5:アミノシランサイズを有する水酸化マグネシウム(Martinswerke社からのMagnifin(登録商標)H10B)。
成形材料の製造
例 1〜3ならびに比較例 1*〜4*
成分A、メラミンシアヌレート及び各成分C(表参照)を二軸スクリュー押出機(ZSK 40、Werner & Pfleiderer社)で120rpm及び20kg/hの処理量で状態調整した(加工温度:A1=260℃、A2=280℃)。混合物を押出し、水浴中で冷却し、粒状化されたしかつ真空中で80℃で10時間乾燥した。
例 4
PA6(成分A1)を260℃でC4 50重量%とともに上記条件下で後処理して冷却し、粒状化しかつ乾燥した。このバッチ(濃縮物)40重量%をPA6及びメラミンシアヌレートとともに再び押出機で260℃で溶融し、強力に混合し、冷却し、粒状化しかつ乾燥させた。
平均ガラス繊維長及び得られた粒状物中のガラス繊維長分布の測定:
試料10gを600℃で10分間灰化し、残留物をシリコーン油中に吸収させ、エマルジョンから1滴をスライド上に載せかつ20倍の倍率で写真撮影した。全面で画像分析装置(Kontron社のIBAS 2000)で15画像を走査した(約2000繊維)。引き続き、自動評価プログラムによって15画像を集計し、かつガラス繊維長分布のd10値とd50値とd90値を計算した。
成形材料を我々の射出成形装置で260℃で試験片に加工した。この試験片に次の装置を実施した:
引張強さをDIN 53455によって、弾性率をDIN 53457によって、破断点伸びをDIN 53455によって、衝撃強さをISO 179/eUによって測定した。グローワイヤ試験をIEC 695−21によって行ない、この場合、1、2ないしは3mmの表示は、試験片の厚さに相応する。UL−94による燃焼試験を1/16”燃焼性ストリップで行なった。
成形材料の組成と測定結果は、表に示されている。
比較例:
1* 欧州特許出願公開第241702号明細書による比較例
4* 特開昭54−016565号公報(JP-A 54/016 565)による比較例
5* 欧州特許出願公開第614933号明細書による
Claims (7)
- 防炎加工熱可塑性成形材料において、
A)熱可塑性ポリアミド40〜98重量%
B)メラミンシアヌレート1〜40重量%
C)算術平均繊維長(d50値)70〜200μm及びd10値60μm以下、d90値350μm以下を有するシラン化合物で前処理されたガラス繊維1〜50重量%
D)他の添加物及び加工助剤0〜30重量%
を含有しており、
この場合、成分A)〜D)の重量百分率は、100%になる防炎加工熱可塑性成形材料。 - ガラス繊維がEガラスから形成されている、請求項1記載の防炎加工熱可塑性成形材料。
- 成形C)の算術平均繊維長(d50値)が80〜180μmである、請求項1又は2記載の防炎加工熱可塑性成形材料。
- ガラス繊維の直径が3〜30μmである、請求項1から3までのいずれか1項に記載の防炎加工熱可塑性成形材料。
- 成分C)がd10値60μm以下、d50値180μm以下及びd90値350μm以下を有するガラス繊維長分布を有する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の防炎加工熱可塑性成形材料。
- 繊維、フィルム及び成形体の製造のための、請求項1から6までのいずれか1項に記載の防炎加工熱可塑性成形材料の使用。
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