JP3879873B2 - 耐火性を有する熱可塑性組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明の主題は、耐火性を有する熱可塑性組成物、特にポリアミド樹脂及び/又はアルケニル芳香族(コ)ポリマーを主成分とする組成物である。耐火性は、耐燃焼性又は耐自己発火性と滴下感応性(susceptibility to dripping)とによって評価される。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
熱可塑性ポリアミド樹脂は、その優れた物性により、自動車産業、航空機、電気関連分野などの多くの用途に広く用いられているが、該樹脂が可燃性であるために、その開発が妨げられる場合がある。
【0003】
ポリアミドを主成分とする熱可塑性組成物の耐燃焼性を改良するための多くの解決策が文献に提案されてきた。
【0004】
任意にSb2O3と組み合わせてデカブロモジフェニルエーテル又はデカブロモジフェニルのようなハロゲン化誘導体が添加されたが、ハロゲン化化合物は、それらを混和した組成物の製造及び/又は使用中に酸ハロゲン化物を発生・放出させるために、機器の腐食及び環境汚染の危険が生じる。
【0005】
本出願人による欧州特許第571,241号では、熱可塑性ポリアミド組成物に難燃性を付与するために、酸化アンチモンSb2O3を水酸化マグネシウム及び任意にメラミンシアヌレートと組み合わせて使用する。
【0006】
リン又はその誘導体、例えば、赤リン(米国特許第3,778,407号)、ホスフィット又はホスフェートを混和することも公知であるが、これらの物質は使用が難しく、ポリアミド組成物に赤みがかった色合いを付与する。
【0007】
メラミンシアヌレートは、ポリアミドの耐燃焼性を改良しはするが、同じ重量では、高含量の塩素又は臭素を含むある種の化合物ほど効果的ではない。
【0008】
上記の化合物は、それらを混和した樹脂の燃焼性を有意に低下させるが、その滴下感応性に対する影響は小さい。
【0009】
本出願人による欧州特許第169,085号においては、ポリオールとメラミンシアヌレートを同時にポリアミドを主成分とする組成物に加え、それによって滴下感応性が改良され得るが、まだ十分ではない。
【0010】
アルケニル芳香族炭化水素ポリマー及びコポリマーは耐火性に乏しく、燃え易い。
【0011】
これらのポリマー又はコポリマー及びそれらを含む組成物に難燃剤を添加することも公知である。最も一般的に用いられているのは、少なくとも1種のハロゲン原子、一般には臭素を含む化合物である。
【0012】
特開昭第54/85242号から、ポリスチレン100重量部当たり3〜50重量部のメラミンシアヌレートを用いてポリスチレンに難燃性を付与することも公知である。
【0013】
仏国特許出願公開第2,096,230号から、少なくとも60重量%のメラミン及び最大40重量%のポリスチレンからなる非燃性の射出成形可能な熱可塑性組成物も公知である。
【0014】
30〜80重量部のポリスチレン、20〜70重量部のメラミン及び0.05〜5重量部(リンで表して)のリン含有化合物からなる組成物が特開昭第54/46250号から公知である。
【0015】
少なくとも1種のアルケニル芳香族炭化水素(コ)ポリマー、メラミン及びメラミンイソシアヌレートから選択される少なくとも1種の窒素含有化合物、1分子当たり少なくとも4個のヒドロキシル官能基を含む少なくとも1種のポリオール、並びに、任意に少なくとも1種のリン酸有機エステルを含む熱可塑性組成物が欧州特許第438,939号に記載されている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱可塑性組成物は、
− 酸化アンチモン Sb2O3、
− メラミンシアヌレート、
− 1種以上のポリオール
を含む。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の熱可塑性組成物の中では、とりわけ、脂肪族及び/又は脂環式及び/又は芳香族単位を含むポリアミド樹脂を主成分とする組成物が挙げられる。該組成物は、1種以上のラクタム、例えばカプロラクタム、エナントラクタム、ドデカラクタム又はラウロラクタムのアニオン重合;あるいは、1種以上のアミノ酸、例えば、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及び12−アミノドデカン酸、又は1種以上の塩若しくはジアミン、例えば、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタ−キシレンジアミン、ビス(パラ−アミノシクロヘキシル)メタン若しくはトリメチルヘキサメチレンジアミンと、二酸、例えばイソ−及びテレフタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セベシン酸及びドデカンジカルボン酸との混合物の加水分解ラクタム重縮合、あるいはこれらのモノマー混合物からコポリアミドを形成することにより得ることができる。
【0018】
本発明のPAとは、ポリエーテルアミド又はポリエステルアミドとしても知られている、ポリアミドをベースとするブロックコポリマーである熱可塑性エラストマー(TPE)をも意味するものとし、その硬質ブロックは、ポリアミドと、ポリエーテル又はポリエステルの結晶性可撓性ブロックとから構成されている。
【0019】
本発明のPAは、上記の種々のポリアミド同士の混合物及びポリオレフィンのような他のポリマーとの混合物をも意味するものとするが、但し、PAは、該混合物の総重量の少なくとも50%を構成するものとする。特に、PAと、PAの衝撃強さを増強させるポリオレフィンエラストマーとの混合物が挙げられる。これらの衝撃補強材の例としては、特にエチレン・プロピレンゴム(EPR)、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)、エチレン・ビニルアセテート(EVA)コポリマー、エチレン・アクリル酸誘導体(EAD)をベースとするエチレン・アクリル酸エステル・無水マレイン酸ターポリマーが挙げられる。
【0020】
PAは、この種の改質に慣用されている添加剤を用いて可塑化し得る。PAは、増量剤及び/又は種々の添加剤、例えば、熱酸化又は熱/紫外線劣化からPAを保護するための添加剤、加工助剤(例えば、潤滑剤、染料若しくは顔料)などを含み得る。
【0021】
本発明の熱可塑性組成物としては、特にアルケニル芳香族炭化水素(コ)ポリマーを主成分とする組成物も挙げられる。
【0022】
アルケニル芳香族炭化水素ポリマーとは、本発明によれば、エチレン性不飽和芳香族炭化水素、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン又はメチルエチルスチレンの単独重合生成物を意味するものとする。
【0023】
アルケニル芳香族炭化水素コポリマーとは、本発明によれば、前項に記載の多くのアルケニル芳香族炭化水素の共重合生成物、又はこれらの炭化水素中の1種と、少なくとも1種の他の共重合性モノマー、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、アルキル基が1〜8個の炭素原子を含むアルキル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル又は1,3−ブタジエンとの共重合生成物を意味するものとする。
【0024】
適切な場合に、アルケニル芳香族炭化水素ポリマー又はコポリマーと混合し得る他の熱可塑性樹脂とは、特に本発明によれば、
− ポリ(フェニレンエーテル)
− ポリエチレン及びエチレンと3〜8個の炭素原子を有する少なくとも1種
のα−オレフィンとのコポリマー
(これら最後の2種の樹脂は、例えば、英国特許第870,650号に従って、グラフト又は枝分れエチレン/スチレンコポリマーを用いて相溶性とすることが可能である)
− アクリル酸又はメタクリル酸のエステルをベースとするホモポリマー及びコポリマー、例えば、ポリ(メチルメタクリレート)、
− エチレンと、少なくとも1種の不飽和極性コモノマー、例えば、ビニルアセテート、アルキル(メタ)アクリレート、アクリル酸、メタクリル酸又は無水マレイン酸とのコポリマー、
− ポリカーボネート
を意味するものとする。
【0025】
熱可塑性材料は、アルケニル芳香族炭化水素ポリマー又はコポリマーと熱可塑性樹脂とを任意の比率で含み得る。一方を10〜90重量%、他方を90〜10重量%の比率で含むのが有利である。熱可塑性材料がエチレンベースポリマー又はコポリマーを含む場合、アルケニル芳香族炭化水素ポリマー又はコポリマーを該材料中50重量%を超える量で含むのが好ましい。
【0026】
適切な場合に、アルケニル芳香族炭化水素ポリマー又はコポリマーと混合し得る他のエラストマー樹脂は、特に本発明によれば、重合したアルケニル芳香族炭化水素グラフトを有していても有していなくともよい以下のポリマーの少なくとも1種:ポリオレフィンエラストマー、例えばエチレンと3〜6個の炭素原子を有する少なくとも1種のα−オレフィンと少なくとも1種のジエンとのターポリマー、特にエチレン・プロピレン・ジエンターポリマーを意味するものとし、該ジエンは、共役若しくは非共役の直鎖若しくは環式ジエン、例えば、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,9−デカジエン、5−メチレン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネン、2−アルキル−2,5−ノルボルナジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−(2−プロペニル)−2−ノルボルネン、5−(5−ヘキセニル)−2−ノルボルネン、1,5−シクロオクタジエン、ビシクロ[2.2.2]オクタ−2,5−ジエン、シクロペンタジエン、4,7,8,9−テトラヒドロインデン及びイソプロピリデンテトラヒドロインデンから選択される。本発明に従って用い得るそのようなエラストマーターポリマーは一般に、15〜60モル%のプロピレンから誘導された単位及び、0.1〜20モル%のジエンから誘導された単位を含んでいる。他のエラストマー樹脂は、スチレン/ブタジエンゴム、ポリジエンゴム、例えば、ポリブタジエン及びポリイソプレン、ニトリルゴム又はエチレン/プロピレンゴムであってもよい。他のエラストマー樹脂は一般に、熱可塑性材料の重量に対して、最大20重量%、好ましくは5〜15重量%の量で用いられる。
【0027】
本発明組成物は、上記樹脂の他に、他の熱可塑性樹脂、例えば、ポリオレフィン、ポリウレタンなどを含んでいてもよい。
【0028】
酸化アンチモンは一般に微粉末形態で提供され、その粒径は1μmのオーダーである。
【0029】
メラミンシアヌレートは、メラミンとシアヌル酸との反応から生じた化合物、特にメラミンとシアヌル酸との等モル反応から生じた化合物を意味するものとし、後者の場合、エノール又はケトン形態で存在し得る。
【0030】
ポリオールは、テトロール(例えば、エリトロール又はモノペンタエリトリトール(PER))及びそのポリ置換誘導体、ペントール(例えば、キシリトール又はアラビトール)、及びヘキソール(例えば、マンニトール又はソルビトール)及びその高級類似体のような、少なくとも4個のアルコール官能基を含む化合物を意味するものとする。
【0031】
微粉状の、本発明の3種の難燃性添加剤と称されるSb2O3、メラミンシアヌレート及びポリオールと任意の添加剤とを、本発明組成物、特にPAを主成分とする組成物に混和する場合、一般に、該添加剤を150〜300℃、好ましくは180〜230℃の温度で溶融状態のPA樹脂に混合する。
【0032】
アルケニル芳香族炭化水素(コ)ポリマー、より簡略的にはPS樹脂を主成分とする本発明組成物は一般に、該組成物の種々の成分がいずれも周囲温度で固体の場合、該成分を粉末状〔アルケニル芳香族炭化水素(コ)ポリマーの場合には最大でもパール形態で)で粉末ミキサーに導入し、ドライブレンドして調製する。通常、混合物は、20分混合すれば使用できる状態になる。種々の成分を、密閉式ミキサー又は押出機中、1〜5分間、アルケニル芳香族炭化水素(コ)ポリマーの軟化点より高い温度、必要なら、上記した追加樹脂が存在する場合には該樹脂の軟化点より高い温度、例えば、150〜200℃の範囲の温度で各成分を混合して該組成物を調製することもできる。次いで該組成物を押出して、すぐ使用できる均質な顆粒に加工する。
【0033】
マスターバッチ又は最終生成物を製造し得る。
【0034】
マスターバッチは、最終樹脂にマスターバッチを希釈する際に再度混合される成分を良好に予備分散させ得るという利点を有している。
【0035】
マスターバッチの樹脂は、最終樹脂と同一でも異なっていてもよい。
【0036】
本出願人は、PAベースの熱可塑性エラストマーを主成分とするマスターバッチが、多くのPA樹脂、例えば、PA−11、PA−12、PA−12、12、PA−6、PA−6、12、又はPA−11、PA−12若しくはPA−6を主成分とする熱可塑性エラストマーの中でのその後の希釈に特に有利であることを認めた。
【0037】
追加の樹脂をベースとするマスターバッチを製造し、次いで該マスターバッチを最終樹脂中で希釈することができる。このシステムは、ポリオレフィンエラストマーで衝撃強さを増強したPA樹脂の場合に特に有利である。ポリオレフィンエラストマーと混合した3種の難燃性添加剤でマスターバッチを構成し、次いでPA又はPS樹脂中で希釈する。
【0038】
本発明の3種の難燃性添加剤は、マスターバッチの総重量の40〜60%を構成する。最終のPAを主成分とする組成物において、該添加剤は一般に組成物の総重量の5〜20%、好ましくは10〜15重量%を構成する。本発明の3種の添加剤はそれぞれ、3種の添加剤の総重量の少なくとも15%を構成する。好ましい組成物は、3種の難燃性添加剤がそれぞれ、3種添加剤の総重量の約1/3を構成するものである。
【0039】
本発明組成物は、特に、自動車、航空機、家庭用電気機器、AV装置及び電気機器産業用の工業製品に加工することにより、種々の分野に用途が見いだされる。該組成物は、ケーブル関連部品、例えば、電気機器の製造に極めて適している。該組成物は、成形、押出又は射出成形製品、フィルム、シート、繊維、同時押出製品又は多層フィルムのような複合材料、及び基板のコーティング用粉末への加工に特に適している。
【0040】
本明細書全体を通して、PAの極限粘度数は、100mlのメタクレゾール中0.5gのポリマーについて、メタクレゾール中25℃で測定する。
【0041】
PA樹脂の融点は、ASTM規格 D3418に従って測定し、そのショアーD硬度は、ASTM規格 D2240に従って測定する。
【0042】
特に断りのない限り、比率は重量で表されている。
【0043】
【実施例】
マスターバッチMB1〜MB8の調製
100℃に予熱しておいたMelli密閉式ミキサーに、それぞれの種類及び比率(重量%)を表1に示す種々の添加剤とcoPA−6/12顆粒とを装入した。添加剤はマスターバッチ総重量の50%を構成する。
【0044】
coPA−6/12(融点:130℃;ショアーD硬度:60)は本出願人から市販されている。
【0045】
使用したメラミンシアヌレート(MC)は、Chemie−Linz AG社から市販されている。
【0046】
使用したモノペンタエリトリトール(PER)は、Celanese社から市販されている。
【0047】
Sb2O3は、Cookson社からTimonox(登録商標)という商標名で市販されている。
【0048】
アンモニウムポリホスフェート(APP)は、Hoechst社からExolit 622という商品名で市販されている。
【0049】
ゼオライト(ZEO)は、Ceca S.A.社から、ゼオライト A4という商品名で市販されている。
【0050】
微粒子サイズ(約1μm)の酸化チタンは、Thann & Mulhouse社から、RL 90という商品名で市販されている。
【0051】
【表1】
【0052】
実施例1〜14
次いで、Brabender ZSK逆方向回転式二軸スクリュー押出機(スクリュー速度 60回転/分;処理量 2kg/時;温度分布 180−210−230℃)中、上記マスターバッチを、本出願人から市販されているPA−11(極限粘度数:1;融点:185℃)又はPA−12(極限粘度数:1;融点:175℃)で希釈する。
【0053】
− 上記試料から、以下の条件下にMiningプレス上で得たISO規格 R178ロッド(80×10×4mm3)上で酸素限度指数(OLI)を測定して耐火性を評価する。
【0054】
比較として、
− 耐火性添加剤を含まないPA−12、
− 耐火性添加剤を含まないPA−11、
− 欧州特許第169,085号の教示による、PER及びMCを含むが、Sb2O3もハロゲン化化合物も含まないPA−11を主成分とする組成物(融点:185℃)、
を用意した。
【0055】
射出温度: 耐火性添加剤を含まないPA−12の場合は235℃;
PA−12を主成分とする組成物の場合は225℃;
耐火性添加剤を含まないPA−12の場合は215℃;
PA−11を主成分とする組成物の場合は215℃
成形温度:周囲温度
射出サイクル:射出を15秒、次いでプレス下に15秒間維持。
【0056】
OLI測定の結果及びマスターバッチ濃度(重量%)を表2に示す。
【0057】
【表2】
【0058】
実施例15〜23
実施例1〜14の試料の場合と同じ操作条件下に、86重量%のPA−12、10%のMC及び2%のPER(上記)と2%の種々の添加剤とを含む組成物を製造する。
【0059】
添加剤の特性は以下の通りである:
Sb2O3はさきに用いたものと同一である。
【0060】
粒径1μmの水酸化マグネシウムMg(OH)2は、Martinswerke社からMartifin(登録商標)H10という商標名で市販されている。
【0061】
粒径1μmの水酸化アルミニウムAl(OH)3は、Martinswerke社からMartinal(登録商標)OL111LEという商標名で市販されている。
【0062】
粒径1μmのベーム石AlO・OHは、Vaw Aluminium社から市販されている。
【0063】
シリカSiO2は粒径1μmである。
【0064】
ジブチル錫ジラウレート(DBTDL)は、Merck社から市販されている。
【0065】
オルトホウ酸H3BO3はProlabo社から市販されている。
【0066】
次いで、実施例1〜14の場合と同じ方法でISO規格 R178に従って試料をロッドの形態に成形し、そのOLIを測定する。結果を表3に示す。
【0067】
【表3】
【0068】
実施例24〜33
上記のMC及びPERをそれぞれ10%及び2%、Sb2O3を2%含む種々のPAベース樹脂を主成分とする組成物、並びに比較のためにSb2O3を含まない組成物を調製する。
【0069】
PA−12は、実施例1〜8及び10〜12に用いたものと同じである。
【0070】
coPA−6/12は、マスターバッチMB1〜MB8に用いたものと同じである。
【0071】
本出願人から市販されているPEBA(ポリエーテル−ブロックアミド)は、ポリエーテルブロックがポリテトラメチレングリコール(PTMG)(PEBAの総重量の33%)からなり、PAブロックがPA−12(PEBAの総重量の66%)からなるポリアミドベース熱可塑性エラストマー(融点:159℃;ショアーD硬度:55)である。
【0072】
PP/PA−6混合物(融点:220℃)は、本出願人から市販されている相溶性アロイである。
【0073】
使用したPA−6は、成形用グレードのものであり、その溶融温度は218℃である。
【0074】
次いで、実施例1〜23の試料の場合と同じ方法で、ISO規格 R178に従い、試料をロッドの形態に成形し、そのOLI及びSb2O3を含む組成物と含まない組成物のOLIの差を測定する。結果を表4に示す。
【0075】
【表4】
【0076】
実施例34〜43
上記PA−12から、 Buss Ko−Kneader押出機(スクリュー速度 45回転/分;処理量 25kg/時;温度分布 220−270−220−220−240℃)中でPA−12及び添加剤を直接押出すことにより、メラミンシアヌレート、モノペンタエリトリトール及び/又はSb2O3が各混合物の総重量の12%を構成する種々の本発明混合物を調製する。
【0077】
次いで、実施例1〜33の試料の場合と同じ方法で、ISO規格 R178に従い、試料をロッドの形態に成形し、OLIを測定する。
【0078】
【表5】
【0079】
マスターバッチMB9の調製
同時回転二軸スクリューを備えたWerner(登録商標)40押出機(スクリュー速度 150回転/分;処理量 24kg/時;温度分布 230−180−195−180−180−180−185−190−195−170−190−230℃)中で、40重量%の上記coPA−6/12、43%のメラミンシアヌレート、8.5%のモノペンタエリトリトール及び8.5%のSb2O3を主成分とするマスターバッチを調製する。
【0080】
実施例44〜52
次いで、種々の量の上記マスターバッチを、極限粘度数が1のPA−11又はPA−12と機械混合する。希釈率及び希釈されるPAを表6に示す。
【0081】
【表6】
【0082】
得られた組成物の耐火性(OLI & UL94)及び機械的特性を、用いた測定標準の操作条件に従って、ロッド、ダンベル又はシート上で評価する。結果を表7に示す。
【0083】
【表7】
【0084】
引張り特性、EB(破断点伸び)及びTS(引張り強度)をISO規格 R527 1Bに従って測定する。
【0085】
曲げ弾性率(FM)をISO規格 178に従って測定する。
【0086】
シャルピー衝撃強さを、ISO規格 179に従って、23℃及び−40℃で測定する。
【0087】
ビカー軟化点をISO規格 306に従って測定する。
【0088】
OLIを上記のように測定する。
【0089】
滴下感応性を、NF規格 T 51 0272に従って評価する。
【0090】
マスターバッチMB10の調製
MB9の場合と同じ操作条件下に、同比率の添加剤を用い、PA樹脂が、PTMG(PEBAの総重量の50%)及びPA−12(PEBAの総重量の50%)をベースとするPEBA(本出願人からPebax MX1205という商品名で市販されている)(融点:147℃;ショアーD硬度:40)であるマスターバッチ MB10を調製する。
【0091】
実施例53〜65
次いで、押出機を用い、種々の量の上記マスターバッチをPAベース樹脂で希釈する。実施例53〜58の試料の耐火性(UL94及びOLI)を上記した規格に従って測定する。表8はUL94/OLI比を示す。
【0092】
【表8】
【0093】
硬質PA−12の極限粘度数は1、融点は175℃である。
【0094】
硬質PA−11の極限粘度数は1、融点は185℃である。
【0095】
本出願人から市販されているPEBA 1は、PA−12(80%)及びPTMB(20%)をベースとするPEBA(ポリエーテル−ブロックアミド)タイプの熱可塑性エラストマー(融点:169℃;ショアーD硬度:63)である。
【0096】
本出願人から市販されているPEBA 2は、PA−12(80%)及びポリエチレングリコール(PEG)(20%)をベースとするPEBAタイプの熱可塑性エラストマー(融点:158℃;ショアーD硬度:40)である。
【0097】
本出願人から市販されているPEBA 3は、PA−12(75%)及びPEG(25%)をベースとするPEBAタイプの熱可塑性エラストマー(融点:169℃;ショアーD硬度:60)である。
【0098】
実施例59〜62の試料(さきに使用した可塑化PA−12に希釈した)の耐火性を、CEI規格 695−2−1に従い、850℃で白熱線法(incandescent wire technique)により測定する。結果を表9に示す。
【0099】
【表9】
【0100】
実施例59〜65の試料のいくつかの機械的特性(EB、TS、FM及びシャルピー衝撃強さ)を評価する。結果を表10に示す。
【0101】
実施例63〜65の試料は、
0 %(実施例63)
12.5%(実施例64)
20 %(実施例65)
の割合でPEBA 1に希釈したものか、希釈していないMB10ベース組成物である。
【0102】
【表10】
Claims (4)
- ポリアミド樹脂を主成分とし、改善された耐火性を有する熱可塑性組成物であって、難燃性添加剤としてSb2O3、メラミンシアヌレート及び少なくとも4個のアルコール官能基を含む少なくとも1種のポリオールを含み、上記3種の添加剤が組成物の総重量の10〜15重量%を構成し、上記3種の添加剤のそれぞれが上記3種の添加剤の総重量の1/3を構成することを特徴とする熱可塑性組成物。
- ポリアミド樹脂が、PA−11、PA−12、PA−12,12、coPA−6/12及び/又はPEBAから選択されることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
- 熱可塑性樹脂の軟化点より高い温度で組成物の種々の成分を溶融混合することを特徴とする請求項1又は2に記載の組成物の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の組成物を加工することにより得られる工業製品。
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