JP4677234B2 - リン−シリコン化合物を有する難燃性ポリカーボネート組成物 - Google Patents

リン−シリコン化合物を有する難燃性ポリカーボネート組成物 Download PDF

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Description

本発明は、高温安定性および低揮発性を有するリン−シリコン化合物で難燃性を付与したポリカーボネート組成物に関する。好ましいリン−シリコン化合物は、ホスホリル化シランからの熱的なオリゴマー化によって製造される。
使用した材料の難燃性に関して、多くの領域の適用に存在する、厳しい条件を満たすために、プラスチックは一般的に難燃剤を含むことを有する。難燃剤として好適である数多くの物質が知られており、かつ市販されている。ハロ化合物、リン化合物、シリコン化合物、亜鉛ボレートおよび金属ヒドロキシドは、例示として挙げられ得る。煤煙濃度、毒性および腐食性、および特に生態毒性論的な理由(ecotoxicological reason)に基づいての火災のより有利な副次的効果(secondary effects)によって、ハロゲンフリー難燃性システムを使用することが好ましい。
難燃剤ポリカーボネート組成物は、原則として知られており、かつ種々の適用領域(特に電気的およびエレクトロニクス分野、データテクノロジー、建設および航空および鉄道産業)で使用される。リン化合物、リン−窒素化合物およびシリコン化合物は、好適なハロゲン−フリー難燃剤として記載されている。
PC/ABS組成物における難燃剤としてリン化合物、特にモノマー状およびオリゴマー状リン酸エステルの使用は、例えばEP-A 0345522、EP-A 0363608およびEP-A 0640655に記載される。難燃剤としてのそれらの適合性に加えて、リン酸エステルは可塑作用(plasticising action)を示す。したがって組成物の耐熱性は、難燃性が付与されるならば、ある場合には大幅に低下する。
ポリカーボネート組成物における難燃剤として、リン−窒素化合物、例えばホスホネートアミン、ホスファゼンおよびアミドアリン酸エステルの使用は、例えばWO 01/18106、EP-A 1116772、EP-A 0728811、US-A 6414060、US-A 5973041およびWO 00/12612に開示されている。上記リン酸エステルと比較して、これらの化合物は一般的に、可塑性ははるかに低いが、ポリカーボネート組成物のコンパウンドおよびプロセスにおいて典型的である高温時に、それらはポリカーボネートの熱分解および/または劣化に向かう傾向を有する。
ポリカーボネートにおける難燃剤としてシリコン化合物、特に特定のシリコーンの使用は、例えばUS-A 6001921、WO 99/28387、WO 00/39217、WO 00/46299およびWO 00/64976に開示されている。使用したシリコーンは、分子量の大幅な減少なくポリカーボネートに導入されることができ、熱的に安定であり、かつポリカーボネートに対して殆どまたは全く可塑作用を有さない。シリコーンの欠点は、それらの比較的低い難燃性効率であり、それはそれらを純粋な、すなわち、非衝撃変性ポリカーボネートへの使用を制限する。少なくとも経済的に現実的な手段でブレンド(例えば、PC/ABSブレンド)を難燃性にするためのシリコーン単独の使用は可能でない。
適切な効率の欠如のために、シリコーンが他の難燃剤(例えば、上記リン化合物)との組合せにおいてしばしば使用される。US 2002/0099160 A1はここで例として挙げられ、そこには特定のシリコーンと有機リン酸エステルの組合せが、PC/ABSブレンドのための難燃性パッケージとして記載されている。シリコーンの添加は、難燃性効果に必要なホスフェートの量を減少させ、かつそれによりいくつかの高温用途における、好ましくない可塑性効果を制限するが、完全に防止されない。
JP-A 2001-247582は、ポリカーボネートとPC/ABSとのブレンドのための低可塑性難燃剤としてホスホリル化ポリオルガノシロキサンを開示する。それらのポリカーボネートとの乏しい混和性および常套の処理温度で、いくつかの場合におけるそれらの高い揮発性のために、ここで難燃性添加剤として使用される化合物はブリードする傾向にあり、それが停止時間のため、特に射出成形における問題をもたらす。
したがって本発明の目的は、高い難燃性効率、高い熱安定性、低い揮発性および芳香族ポリカーボネートとの良好な相溶性を有する新規なリン−シリコン化合物を開発し、かつそれらを使用して改良した加工特性を有する難燃性ポリカーボネート組成物を提供することである。
驚くべきことに、特定のリン−シリコン化合物が添加されるポリカーボネート組成物が所望の範囲以上の特性を示すことが解った。
したがって本発明は、リン含量1〜20重量%、特に3〜17重量%、好ましくは5〜15重量%、特に好ましくは7〜13重量%、およびシリコン含量1〜20重量%、特に3〜17重量%、好ましくは5〜15重量%、特に好ましくは7〜13重量%、280℃での揮発分質量含量(加熱速度20K/分で窒素不活性ガス存在下、熱重量分析で評価した)30重量%以下、特に10重量%以下、最も特に好ましくは5重量%(上記質量はいずれの場合もリン−シリコン化合物を参照する)である低−揮発性リン−シリコン化合物を含有するポリカーボネート組成物を提供する。
ポリカーボネート組成物のための難燃剤または難燃性相乗作用として本発明により好適なリン−シリコン化合物の製造方法は、原則的に知られている。そのような化合物の製造方法の例は、「リン、硫黄およびシリコン 68(Phosphorus, Sulfur, and Silicon 68)」(1992年)、107-114ページ、および前記文献に記載されている。それに記載の方法、および得られる化合物は例示としてのみみなされ、本発明の範囲を制限しない。
例えばホスホリル化シランから熱誘導オリゴマー化によって得られ得るリン−シリコン化合物が好ましく使用される。
例えば、ホスホリル化シランは、一般式(I)のリン酸エステルと一般式(II)のハロシラン:
Figure 0004677234
[式中、nは0〜3、好ましくは2の数を示し、
Xはハロゲン原子、好ましくは塩素または臭素を示し、
は互いに独立して水素またはC−Cアルキル、好ましくはメチルまたはエチルを示し、
はa)要すればアリール(例えばフェニル)またはアルキル(例えばC−C−アルキル)、好ましくはフェニルで置換されたアリール基、または
b)要すればアリール(例えばフェニル)、好ましくはメチル、エチル、プロピルまたはブチルで置換されたアルキル基、または
c)要すればアリール(例えばフェニル)またはアルキル(例えばC−C−アルキル)、好ましくはフェノキシで置換されたアリーロキシ基、または
d)要すればアリール(例えばフェニル)、好ましくはメトキシ、エトキシまたはプロポキシで置換されたアルコキシ基、または
e)水素、および
は互いに独立して、同一または異なってアルキル基、好ましくはC−C−アルキル、特にメチル、エチル、プロピルおよびブチル、アリール基またはアルキル、好ましくはC−Cアルキル、特にフェニル、クレシル、キシレニル、プロピルフェニルまたはブチルフェニルで置換されたアリール基である。]
との反応における水素ハライド、クロロメタンまたはクロロエタンの放出を伴って製造される。
ホスホリル化シランまたはそのようなホスホリル化シランの混合物もまた、70℃以上、特に100℃以上、好ましくは130℃以上の温度で熱的にオリゴマー化され、得られるモノマー状ホスホネートが真空下で連続蒸留による反応混合物から取り除かれる。
難燃性添加剤として特に好適であるリン−シリコン化合物の例としては、一般式(III):
Figure 0004677234
[式中、R、RおよびRは前記と同意義であり、および
mは数値(numerical value)2〜1000、好ましくは2〜100、特に2〜20、好ましくは2〜10を示し、かつ
およびRはポリマー鎖内で1つのモノマーユニットから別のユニットへと変化し得る。]
を有するものである。
置換基RおよびRの少なくとも10モル%、好ましくは少なくとも20モル%、特に少なくとも30モル%、特に好ましくは少なくとも40モル%、最も特に好ましくは少なくとも50モル%がアリール、アリーロキシ基、好ましくはフェニルまたはフェノキシである一般式(III)を有するそのような化合物が特に使用される。
難燃性添加剤として好ましく使用されるリン−シリコン化合物は好ましくは一般式(IV):
Figure 0004677234
[式中、Rは前記と同意義であり、および
は同一または異なるアリール基、特にフェニル、クレシルおよびキシリルを示す。]
を有するものである。
式(IV)を有するホスホリル化シランも同様に、一般式(I)を有する、対応するリン酸エステルと一般式(II)を有する、対応するハロシランとの反応から水素ハライド、クロロメタンまたはクロロエタンを放出を伴って得られ得る。
当然、本発明による、異なるリン−シリコン化合物の混合物もまた、難燃剤として使用され得る。
リン−シリコン化合物は、ポリカーボネート組成物中でポリカーボネート組成物100重量部に対して0.05〜30重量部、好ましくは0.1〜20重量部、特に0.2〜15重量部、特に好ましくは0.3〜10重量部、最も特に好ましくは0.5〜5重量部全ての中で最も好ましくは1.5〜8重量部の量で難燃性を付与するのに使用される。本発明により使用する最適量は、ポリカーボネート組成物の性質、すなわち他のポリマーおよび/または衝撃変性剤の添加、付加的に使用する助剤の性質および本発明により使用した化合物のタイプに依存する。
リン−シリコン化合物で難燃性にされ得るポリカーボネート組成物は、
A)芳香族ポリカーボネートおよび/またはポリエステルカーボネートの60〜100重量部、好ましくは70〜100重量部、特に80〜100重量部、特に好ましくは90〜100重量部、最も特に好ましくは93〜100重量部、
B)ビニル(コ)ポリマー、ゴム−変性ビニル(コ)ポリマーおよび芳香族ポリエステルからなる群から選択される少なくとも1つのポリマー0〜40重量部、好ましくは0〜30重量部、特に0〜25重量部、特に好ましくは0〜10重量部、最も特に好ましくは0〜5重量部
C)フッ素化ポリオレフィン0〜5重量部、好ましくは0〜2重量部、特に0〜1重量部、特に好ましくは0〜0.5重量部、最も特に好ましくは0.2〜0.5重量部、および
D)他のポリマーおよび/またはポリマー添加剤の20重量部以下、好ましくは15重量部以下、特に10重量部以下、特に好ましくは5重量部以下、最も特に好ましくは2重量部以下
(成分A〜Dの重量部は足して100になる)、
を含有する。
成分A
本発明により好適な成分Aにしたがって、芳香族ポリカーボネートおよび芳香族ポリエステルカーボネートは文献公知であり、文献公知の製造方法によって製造してもよい(芳香族ポリカーボネートの製造については、例えば(Schnell、「ポリカーボネートの化学と物理」(「Chemistry and Physics of Polycarbonates」)、Interscience Publishers、1964年)およびDE-AS 1495626、DE-A 2232877、DE-A 2703376、DE-A 2714544、DE-A 3000610、DE-A 3832396であり、芳香族ポリエステルカーボネートの製造については、例えばDE-A 3077934を参照する)。
芳香族ポリカーボネートは、例えばジフェノールと炭酸ハライド、好ましくはホスゲン、および/または芳香族ジカルボン酸ジハライド、好ましくはベンゼンジカルボン酸ジハライドとを、界面プロセスによって、要すれば連鎖停止剤、例えばモノフェノールを用い、および要すれば三官能またはより高い官能性分岐剤、例えばトリフェノールまたはテトラフェノールを用いて反応することよって調製される。
芳香族ポリカーボネートおよび/または芳香族ポリエステルカーボネートの調製のためのジフェノールは、好ましくは式(V):
Figure 0004677234
[式中、Aは単結合、C〜Cアルキレン、C〜Cアルキリデン、C〜C−シクロアルキリデン、−O−、−SO−、−CO−、−S−、−SO−、C〜C12アリーレン、それらはその他の芳香環、要すればヘテロ原子含有芳香環が縮合してもよく、
または式(VI)または(VII)を有する基:
Figure 0004677234
BはC〜C12アルキル、好ましくはメチル、ハロゲン、好ましくは塩素および/または臭素であり、
xは互いに独立して0、1または2であり、
pは1または0であり、および
およびRは、Xと独立に選択され、互いに独立して、水素またはC〜Cアルキル、好ましくは水素、メチルまたはエチルを示し、
は炭素を示し、および
mは4〜7の整数、好ましくは4または5であるが、少なくとも1つのX原子上で、RおよびRはともにアルキルである。]
を有する化合物である。
好ましいジフェノ−ルはヒドロキノン、レゾルシノ−ル、ジヒドロキシジフェノ−ル、ビス(ヒドロキシフェニル)−C1−C−アルカン、ビス(ヒドロキシフェニル)−C−C−シクロアルカン、ビス(ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホキシド、ビス(ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(ヒドロキシフェニル)スルホンおよびα,α−ビス(ヒドロキシフェニル)ジイソプロピルベンゼン、並びにそれらの環−臭素化および/または環−塩素化したそれらの誘導体である。
特に好ましいジフェノールは、4,4’−ジヒドロキシジフェニル、ビスフェノールA、2,4−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、1,1−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−シクロヘキサン、1,1−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホンおよびそれらのジブロモ化およびテトラブロモ化または−塩素化誘導体、例えば2,2−ビス−(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)−プロパン、2,2−ビス−(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)−プロパン、2,2−ビス−(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)−プロパンまたは2,2−ビス−(3,5−ジブロモ−4−ヒドロキシフェニル)プロパンである。2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパン(ビスフェノールA)が特に好ましい。
ジフェノールは単独でまたは所望の混合物で使用され得る。ジフェノールは文献公知であり、文献公知の方法で得てもよい。
熱可塑性、芳香族ポリカーボネートの調製に好適な連鎖停止剤は、例えばフェノール、p−クロロフェノール、p−t−ブチルフェノールまたは2,4,6−トリブロモフェノール、並びに長鎖アルキルフェノール、例えばDE-A 2842005による4−(1,3−テトラメチルブチル)フェノールまたはアルキル置換基に炭素原子の総量8〜20個を有するモノアルキルフェノールまたはジアルキルフェノール、例えば3,5−ジ−t−ブチルフェノール、p−イソ−オクチルフェノール、p−t−オクチルフェノール、p−ドデシルフェノールおよび2−(3,5−ジメチルヘプチル)フェノールおよび4−(3,5−ジメチルヘプチル)フェノールである。使用される連鎖停止剤の総量は、いずれの場合もジフェノールの総モル量に基づいて通常0.5〜10モル%である。
熱可塑性、芳香族ポリカーボネートは公知の方法、および好ましくは使用されるジフェノールの総量に対して、三官能またはそれ以上の化合物(例えば、3以上のフェノール基を有する化合物)を0.05〜2.0モル%の量で導入することによって分岐され得る。
ホモポリカーボネートおよびコポリカーボネートはいずれも好適である。ヒドロキシアリーロキシ末端を有するポリジオルガノシロキサンの(使用され得るジフェノールの総量に基づいて)1〜25重量%、好ましくは2.5〜25重量%もまた本発明の成分Aによるコポリカーボネートの製造のために使用され得る。これらの化合物は知られており(例えば、US-A 3419634)または文献公知の方法によって製造され得る。ポリジオルガノシロキサン含有コポリカーボネートの製造はDE-A 3334782に開示する。
ビスフェノールAホモポリカーボネートに加えて、好ましいポリカーボネートは、ジフェノール、好ましいまたは特に好ましい上記以外のジフェノールの総モル量に対して15モル%以下を有するビスフェノールAのコポリカーボネートである。
芳香族ポリエステルカーボネートの製造のための芳香族ジカルボン酸ジハライドは、好ましくはイソフタル酸、テレフタル酸、ジフェニルエーテル−4,4'−ジカルボン酸およびナフタレン−2,6−ジカルボン酸のジ酸二塩化物である。
芳香族ジカルボン酸ジハライドの混合物もまた使用され、イソフタル酸およびテレフタル酸のジ酸二塩化物の割合1:20〜20:1の混合物が特に好ましい。
ポリエステルカーボネートの製造において、炭酸ハライド、好ましくはホスゲンはまた、二官能性酸の誘導体として導入される。
芳香族ポリエステルカーボネートの製造のための連鎖停止剤の例は、上記のモノフェノールに加えて、その塩化ギ酸エステルおよび芳香族モノカルボン酸の酸クロリドも包含し、それらは要すればC〜C22アルキル基またはハロゲン原子、並びに脂肪族C〜C22モノカルボン酸クロリドで置換され得る。
連鎖停止剤の量はいずれの場合も0.1〜10モル%で、フェノール連鎖停止剤の場合はジフェノール1モルあたりの量に基づき、かつモノカルボン酸クロリド連鎖停止剤の場合はジカルボン酸ジクロリド1モルあたりの量に基づく。
芳香族ポリエステルカーボネートはまた、導入芳香族ヒドロキシカルボン酸を含有してもよい。
芳香族ポリエステルカーボネートは公知の方法で直鎖状および分岐状であり得る(これに関してはDE-A 2940024およびDE-A 3007934を参照)。
使用され得る分岐剤の例としては、三官能性またはそれより高い官能性カルボン酸クロリド、例えばトリメシン酸トリクロリド、シアヌル酸トリクロリド、3,3'−、4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸テトラクロリド、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸テトラクロリドまたはピロメリット酸テトラクロリドが0.01〜1.0モル%の量(使用したジカルボン酸ジクロリドに対する)で包含され、また三官能性またはそれより高い官能性フェノール、例えばフロログルシノール、4,6−ジメチル−2,4,6−トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−ヘプテン−2,4,4−ジメチル−2,4,6−トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−ヘプタン、1,3,5−トリ−(4−ヒドロキシ−フェニル)−ベンゼン、1,1,1−トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−エタン、トリ−(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、2,2−ビス−[4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキシル]プロパン、2,4−ビス−(4−ヒドロキシフェニルイソプロピル)フェノール、テトラ−(4−ヒドロキシフェニル)−メタン、2,6−ビス−(2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4−メチルフェノール、2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)プロパン、テトラ−(4−[4−ヒドロキシフェニルイソプロピル]フェノキシ)メタン、1,4−ビス−[4,4'−(ジヒドロキシトリフェニル)メチル]−ベンゼンを、0.01〜1.0モル%(使用ジフェノールに対する)の量で包含する。フェノール分岐剤はジフェノールを包含することができ、酸クロリド分岐剤は、酸ジクロリドとともに導入してもよい。
熱可塑性、芳香族ポリエステルカーボネートにおける、カーボネート構造単位の割合は大きく変化し得る。カーボネート基の割合は、好ましくはエステル基およびカーボネート基の総量に基づいて、100モル%以下、特に80モル%以下、特に好ましくは50モル%以下である。芳香族ポリステルカーボネートのエステル成分およびカーボネート成分は、縮合重合物中でブロック型またはランダム型に分配されてもよい。
熱可塑性、芳香族ポリ(エステル)カーボネートは、重量平均分子量(M、例えば超遠心分離法または光散乱法またはゲル透過クロマトグラフィーで測定して)10,000〜200,000好ましくは15,000〜80,000、特に好ましくは17,000〜40,000である。
熱可塑性、芳香族ポリカーボネートおよびポリエステルカーボネートは単独でまたは所望の混合物で使用され得る。
成分B
本発明によるポリカーボネート組成物は、成分Bとしてビニル(コ)ポリマー、ゴム−変性ビニル(コ)ポリマーおよび(好ましくは芳香族)ポリエステルからなる群から選択される少なくとも1つの他のポリマーを含有し得る。
好ましいゴム−変性ビニル(コ)ポリマーは、グラフトベースとして、グラフトポリマーとしてガラス転移温度<10℃を有する少なくとも1つのゴム上で少なくとも1つのビニルモノマーのグラフトポリマー、特に
B.2 グラフトベースとしてガラス転移温度<10℃、好ましくは<0℃、特に好ましくは<−20℃を有する1以上のゴム95〜5重量%、好ましくは90〜10重量%、特に80〜30重量%上で、
B.1.1. ビニル芳香族および/または環−置換ビニル芳香族(例えば、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−クロロスチレン)および/またはメタクリル酸(C−C)アルキルエステル(例えばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート)50〜99重量%、好ましくは50〜90重量%、特に好ましくは55〜85重量%、最も特に好ましくは60〜80重量%および
B.1.2 ビニルシアニド(不飽和ニトリル、例えばアクリロニトリルおよびメタクリロニトリル)および/または(メタ)アクリル酸(C−C)アルキルエステル(例えばメチルメタクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート)および/または不飽和カルボン酸(例えば無水マレイン酸およびN−フェニルマレイミド)の誘導体(例えば無水物およびイミド)1〜50重量%、好ましくは10〜50重量%、特に好ましくは15〜45重量%最も特に好ましくは20〜40重量%
B.1を含有する混合物のモノマー5〜95重量%、好ましくは10〜90重量%、特に20〜70重量%
のグラフトポリマーである。
グラフトベースは一般的に平均粒径(d50値)0.05〜10μm、好ましくは0.1〜5μm、特に好ましくは0.2〜1μmを有する。
平均粒径d50は、それより上と下にそれぞれ50重量%の粒子が存在する粒径である。それは超遠心分離器測定を用いて決定され得る(W.Scholtan、H.Lange、Kolloid-ZおよびZ. Polymere250(1972年)、782-1796頁)。
好ましいモノマーB.1.1は、スチレン、α−メチルスチレンおよびメチルメタクリレートの少なくとも1つのモノマーから選択され、好ましいモノマーB.1.2はアクリロニトリル、無水マレイン酸およびメチルメタクリレートの少なくとも1つのモノマーから選択される。
特に好ましいモノマーは、スチレンおよびアクリロニトリルである。
グラフトポリマーに好適なグラフトベースB.2は、例えばジエンゴム、EP(D)Mゴム、すなわちエチレン/プロピレンおよび要すればジエンに基づくもの、アクリレートゴム、ポリウレタン、シリコーン、クロロプレンおよびエチレン/ビニルアセテートゴム、並びに上記システムの2以上を含有するコンポジットゴムである。
好ましいグラフトベースはジエンゴムである。本発明によるジエンゴムは、例えばブタジエン、イソプレン等に基づくもの、またはジエンゴムの混合物またはジエンゴムのコポリマーまたはそれらと別のコポリマー性モノマー、例えばブタジエン−スチレンコポリマーであるが、グラフトベースのガラス転移温度は<10℃、好ましくは<0℃、特に好ましくは<−10℃である。
純粋なポリブタジエンゴムは特に好ましい。
特に好ましいグラフトポリマーは、例えばABSポリマー(エマルジョン、バルクおよび懸濁ABS)であり、例えばDE-A 2035390(US-PS 3644574)またはDE-A 2248242(=GB-PS 1409275)またはUllmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie、第19巻(1980年)、280頁以下参照に開示する。グラフトベースのゲル含量は好ましくは少なくとも30重量%、特に少なくとも40重量%である。
グラフトベースのゲル含量は、トルエン中で25℃で決定した(M. Hoffmann、H. Kroemer、R. Kuhn、Polymeranalytik I and II、Georg Thieme-Verlag、Stuttgart 1977年)。
グラフトポリマーはラジカル重合によって製造され得る(例えばエマルジョン、懸濁、溶液またはバルク重合)。それらは好ましくはエマルジョンまたはバルク重合によって製造される。
特に好適なグラフトゴムはまた、US-A 4937285による有機ヒドロキシドおよびアスコルビン酸を含有する開始システムを用いたレドックス開始によるABSポリマーである。
グラフトベースとして好適なアクリレートゴムは、好ましくはアクリル酸アルキルエステルのポリマー、要すれば他のポリマー性、エチレン性不飽和モノマーのグラフトベースに対して40重量%以下を有するコポリマーである。好ましいポリマー性アクリル酸エステルは、C−Cアルキルエステル、例えばメチル、エチル、ブチル、n−オクチルおよび2−エチルヘキシルエステル;ハロアルキルエステル、好ましくはハロゲンC−Cアルキルエステル、例えばクロロエチルアクリレート、およびそれらモノマーの混合物を包含する。
架橋のために、1以上の重合可能な二重結合を有するモノマーがコポリマー化され得る。好ましい架橋モノマーの例は、炭素原子3〜8個を有する不飽和モノカルボン酸および炭素原子3〜12個を有する不飽和一価アルコール、またはOH基2〜4個および炭素原子2〜20個で置換された飽和ポリオールのエステル、例えばエチレングリコールジメタクリレート、アリルメタクリレート;多価不飽和複素環式化合物、例えばトリビニルおよびトリアリルシアヌレート;多価官能性ビニル化合物、例えばジビニルおよびトリビニルベンゼン;さらにリン酸トリアリルおよびフタル酸ジアリルである。
好ましい架橋性モノマーは、アリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、フタル酸ジアリルおよび少なくとも3つのエチレン性不飽和基を示す複素環化合物である。
特に好ましい架橋性モノマーは環状モノマーであるシアヌル酸トリアリル、イソシアヌル酸トリアリル、トリアクリロイルヘキサヒドロ−s−トリアジン、トリアリルベンゼンである。架橋性モノマーの量はグラフトベースに対して0.02〜5重量%、特に0.05〜2重量%である。
少なくとも3つのエチレン性不飽和基を有する環状架橋性モノマーに関して、その量をグラフトベースの1重量%以下の量に制限することが有利である。
アクリル酸エステルに加えて、グラフトベースの製造に要すれば用いられ得る、好ましい「他の」重合可能な、エチレン性不飽和モノマーは、例えばアクリロニトリル、スチレン、α−メチルスチレン、アクリルアミド、ビニルC−C−アルキルエーテル、メチルメタクリレート、およびブタジエンである。グラフトベースとして好ましいアクリレートゴムは、少なくとも60重量%のゲル含量を有しているエマルジョンポリマーである。
その他の好適なグラフトベースは、グラフト活性サイト(graft-active sites)を有するシリコーンゴムであり、DE-A 3704657、DE-A 3704655、DE-A 3631540およびDE-A 3631539で開示されている。
好ましい好適なビニル(コ)ポリマーは、例えばビニル芳香族、ビニルシアニド(不飽和ニトリル)、(メタ)アクリル酸(C〜C)アルキルエステル、不飽和カルボン酸および不飽和カルボン酸の誘導体(例えば無水物およびイミド)からなる群からの少なくとも1つのモノマーのポリマーである。好ましく好適には、
ビニル芳香族化合物および/または環−置換ビニル芳香族化合物(例えばスチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−クロロスチレン)および/またはメタクリル酸(C−C)−アルキルエステル(例えばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート)50〜99重量部、好ましくは60〜80重量部、および
ビニルシアニド(不飽和ニトリル)、例えばアクリロニトリルおよび/またはメタクリロニトリルおよび/または(メタ)アクリル酸(C−C)−アルキルエステル(例えば、メチルメタクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート)および/または不飽和カルボン酸(例えばマレイン酸)および/または不飽和カルボン酸の誘導体(例えば、無水物およびイミド(具体的には無水マレイン酸およびN−フェニルマレイミド))1〜50重量部、好ましくは20〜40重量部、
を含有する(コ)ポリマーである。
(コ)ポリマーは樹脂性および熱可塑性である。
ポリメチルメタクリレートとともにスチレンおよびアクリロニトリルを含有するコポリマーは特に好ましい。
(コ)ポリマーは知られており、ラジカル重合、特にエマルジョン、懸濁、溶液またはバルク重合によって製造され得る。(コ)ポリマーは好ましくは平均分子量M(光散乱法によって測定した重量平均)15,000〜200,000である。
好ましく好適なポリエステルは、ポリアルキレンテレフタレートである。それらは芳香族ジカルボン酸またはそれらの反応性誘導体、例えばジメチルエステルまたは無水物と、芳香族、脂環式または芳香脂肪族ジオールとの反応生成物およびそれらの反応生成物の混合物である。
好ましいポリアルキレンテレフタレートは、ジカルボン酸成分、テレフタル酸基に対して少なくとも80重量%、好ましくは少なくとも90重量%、およびジオール成分、エチレングリコールおよび/またはブタンジオール−1,4−基に対して少なくとも80重量%、好ましくは少なくとも90モル%を含有する。
テレフタル酸基に加えて、好ましいポリアルキレンテレフタレートは、炭素原子8〜14個を有する他の芳香族または脂環式ジカルボン酸または炭素原子4〜12個を有する脂肪族ジカルボン酸の基(例えばフタル酸、イソフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、スクシン酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、シクロヘキサンジ酢酸の基)20モル%以下、好ましくは10モル%以下を含有し得る。
エチレングリコール基または1,4−ブタンジオール基に加えて、好ましいポリアルキレンテレフタレートは、炭素原子3〜12個を有する他の脂肪族ジオールまたは炭素原子6〜21の炭素原子を有する脂環式ジオール(例えばプロパンジオール−1,3、2−エチル−プロパンジオール−1,3、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール−1,5、ヘキサンジオール−1,6、シクロヘキサン−ジメタノール−1,4、3−エチル−ペンタンジオール−2,4、2−メチル−ペンタンジオール−2,4、2,2,4−トリメチル−ペンタンジオール−1,3、2−エチル−ヘキサンジオール−1,3、2,2−ジエチル−プロパンジオール−1,3、ヘキサンジオール−2,5、1,4−ジ−(β−ヒドロキシエトキシ)−ベンゼン、2,2−ビス−(4−ヒドロキシシクロヘキシル)−プロパン、2,4−ジヒドロキシ−1,1,3,3−テトラメチル−シクロブタン、2,2−ビス−(4−β−ヒドロキシエトキシ−フェニル)−プロパンおよび2,2−ビス−(4−ヒドロキシプロポキシフェニル)−プロパン(DE-A 2407674、2407776、2715932)の基)20モル%以下、好ましくは10モル%以下を含有してもよい。
ポリアルキレンテレフタレートは比較的少量の三価または四価のアルコール、または三塩基または四塩基のカルボン酸を導入することによって分岐され得る(例えばDE-A 1900270およびUS-PS 3692744)。好ましい分岐剤の例は、トリメシン酸、トリメリット酸、トリメチロール−エタンおよびトリメチロールプロパン、およびペンタエリスリトールである。
特に好ましくは、テレフタル酸およびその反応性誘導体(例えばそのジアルキルエステル)およびエチレングリコールおよび/またはブタンジオール−1,4から唯一製造されたポリアルキレンテレフタレートおよびそれらのポリアルキレンテレフタレートの混合物である。
ポリアルキレンテレフタレートの好ましい混合物は、ポリブチレンテレフタレート0〜50重量%、好ましくは0〜30重量%およびポリエチレンテレフタレートの50〜100重量%、好ましくは70〜100重量%を含有する。ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
好ましく使用されるポリアルキレンテレフタレートは、フェノール/o−ジクロロベンゼン(1:1重量部)中25℃で、Ubbelohde製粘度計を用いて測定した極限粘度0.4〜1.5dl/g、好ましくは0.5〜1.2dl/gを有する。
ポリアルキレンテレフタレートは公知の方法で調製されうる(例えば、「Kunststoff-Handbuch」、第VIII巻、695頁以下参照、Carl-Hanser-Verlag、Munich 1973年)。
成分C
フッ素化ポリオレフィンは要すればいわゆるアンチ−ドリップ剤(anti-drip agents)としてポリカーボネート組成物中で使用され、その物質は材料が燃焼の際に燃焼液滴を形成するのを軽減する。
フッ素化ポリオレフィンは知られており、例えばEP-A 0640655にに開示されている。それらはデュポン社(Dupont)から商標名テフロン(登録商標)30N(Teflon 30N)として販売されている。
フッ素化ポリオレフィンは、純粋な状態で、およびグラフトポリマーのエマルジョンまたはコポリマー(成分Bによる)、好ましくはスチレン/アクリロニトリルまたはポリメチルメタクリレートベースに基づいたコポリマーのエマルジョンとフッ素化ポリオレフィンのエマルジョンとの凝集混合の形態で使用されることができ、フッ素化ポリオレフィンはグラフトポリマーまたはコポリマーのエマルジョンとエマルジョンとして混合し、次いで凝集させる。
フッ素化ポリオレフィンはまた、グラフトポリマーまたはコポリマー、好ましくはスチレン/アクリロニトリルまたはポリメチルメタクリレートベースのコポリマーとのプレコンパウンド(precompound)として使用され得る。フッ素化ポリオレフィンはグラフトポリマーまたはコポリマーの粉末または顆粒と粉末の形態として混合され、かつ常套の装置、例えばインターナルミキサー、押出機または二軸押出機で200〜330℃の温度で溶融コンパウンドされる。
フッ素化ポリオレフィンはまた、フッ素化ポリオレフィンの水性分散体の存在下において少なくとも1つのモノエチレン性不飽和モノマーのエマルジョン重合によって製造されるマスターバッチの形態で使用され得る。好ましいモノマー成分はスチレン、アクリロニトリルおよびそれらの混合物である。ポリマーは、酸性沈殿(acid precipitation)およびその後の乾燥の後、さらさらの粉末の形態で用いられる。
凝集、プレコンパウンドまたはマスターバッチは、常套にフッ素化ポリオレフィンの固体含量5〜95重量%、好ましくは7〜80重量%、特に8〜60重量%を有する。使用される成分Cの上記濃度は、フッ素化ポリオレフィンに対している。
成分D
成分Dとしてポリカーボネート組成物は、他のポリマーおよび/またはポリマー添加剤を含有し得る。
他のポリマーの例は特に、安定なカーボンレイヤーの形成を補助するために火災中で相乗作用を示し得るものである。それらは好ましくはポリアルキレンオキシドおよびスルフィド、エポキシおよびフェノール性樹脂、ノボラックおよびポリエーテルである。
熱安定剤、加水分解安定剤、光安定剤、流動制御剤および加工性助剤、潤滑剤および離型剤、UV吸収剤、酸化防止剤、静電防止剤、防腐剤、カップリング剤、ファイバーまたは粒子状フィラーおよび強化剤、染料、顔料、成核剤、衝撃変性剤、発泡剤別、加工性助剤、他の難燃性添加剤および煤煙−削減剤(smoke-reducing agent)、上記添加剤の混合物が可能なポリマー添加剤として使用され得る。
さらなる難燃性添加剤の例は、特におよび好ましくは既知のリン含有化合物、例えばモノマー状およびオリゴマー状リン酸およびリン酸エステル、ホスホネートアミン、アミド亜リン酸エステルおよびホスファゼン、シリコーンおよび要すればフッ素化アルキルまたはアリールスルホン酸塩である。そのような化合物は、この特許明細書のための先行技術において挙げられた特許出願に十分に記載されている。さらに、ナノスケールの形状における全てのタイプの無機粒子、ケイ酸鉱物、例えばタルクおよびウォラストナイト、無機ボレート、例えば亜鉛ボレート、錫化合物、例えば亜鉛スタネート(stannate)および亜鉛ヒドロキシスタネートおよびホウ素リン酸化物(boron phosphorus oxide)は、特に難燃性相乗剤および煤煙抑制剤として好適である。
本発明による組成物は、種々の成分A−Dとリン−シリコン化合物を既知の方法で混合し、200℃〜300℃の温度で、常套の装置、例えば、インターナルミキサー、押出機または二軸押出成形機中で、溶融コンパウンドおよび溶融押出することによって製造される。
個々の成分は、既知の方法で、連続的にまたは同時に、かつ約20℃(室温)でおよび高温で混合してもよい。
本発明による組成物は、全ての成形物の製造に用いられ得る。これらは例えば、射出成形、押出成形およびブロー成形法によって製造され得る。さらに処理の形態は、組み立てられたシートまたはフィルムから熱成形によって成形される製造物である。
そのような成形品の例は、フィルム、プロファイル、すべてのタイプのハウジング部門、例えば、家電用、例えば、ジューサー、コーヒーマシン、ミキサー;オフィス装置用、例えば、モニター、プリンター、複写機;またプレート、パイプ、電気導入(installations)ダクト、建物、内装および外部用途用のプロファイル;電気装置領域用の部品、例えば、スイッチおよびプラグ、および内外自動車部品である。
本発明による組成物は、特に以下の成形品を製造するのに使用され得る。例えば、列車、船、飛行機、バスおよび自動車用の内部要素、小さい変圧器を有する電気装置用のハウジング、情報処理および通信のために使用される装置用のハウジング、医療目的のハウジングおよびクラッディング、マッサージ装置およびハウジング、二次元(two-dimensional)プレハブ建築のウォールパネル、洗面所用のハウジング、洗面所および浴室装置のための成形品およびガーデニング用品用のハウジングが挙げられる。
以下の実施例は単に本発明をより詳細に説明するものである。
実施例
I)リン−シリコン化合物
(表1および2中成分E3とする)
1.)ホスホリル化シランの製造
温度計および還流冷却器を備えた三口フラスコに、ジメチルメタンホスホネート19.6g(158mmol)を室温でジフェニルジクロロシラン20.0g(79mmol)へアルゴン保護ガス雰囲気下で滴下した。添加終了後、反応混合物をそれ以上のガス(塩化メチル)が無くなるまで撹拌した。
2.)ホスホリル化シランのオリゴマー化
1)からの反応混合物を150℃で熱的にオリゴマー化し、かつ製造されたジメチルメタンホスホネートを反応混合物が一定の重量に達するまで、圧力0.08mbar下で連続的に蒸発除去した。無色、高い粘性液体が製造され、室温で冷却すると、固体(ガラス状の物質)へと凝固した。
収率:20.7g
融点:約54℃
元素分析:炭素55%、シリコン12%、リン10%
熱重量分析:280℃(加熱速度20K/時間で窒素ストリームにおいて測定した)で質量4重量%以下
分子量:M=963g/モル(260nmDAD UV検出器を用いてゲル透過クロマトグラフィーによって測定した;定量分析は室温でジクロロメタン中においてポリシロキサンに有効なキャリブレーション関係を用いて行った)
特性の結果はステップ1)および2)の総量において反応:
Figure 0004677234
が文献「Phosphorus, Sulfur, and Silicon」、第68巻(1992年)、107-114頁にしたがって進行し、実質的に重量平均n値が約3である生成物が製造されたことを示す。
II)ポリカーボネート組成物
混合物は溶融温度290℃(PC/ABS組成物)または310℃(PC組成物)でTS/I−02ミニ−押出機(DSM)上で溶融コンパウンドすることによって製造される。使用される全ての試験片は、押出機と接続したTS/I−01射出成形機(DSM)上で射出成形することによって得られた。成形温度は80℃である。
成分A1
25℃で濃度0.5g/100mlのCHCl中で相対溶液粘度1.28を有するビスフェノールAに基づいた直鎖状ポリカーボネート。
成分A2
25℃で濃度0.5g/100mlのCHCl中で相対溶液粘度1.26を有するビスフェノールAに基づいた直鎖状ポリカーボネート。
成分B
エマルジョン重合により製造した粒状架橋ポリブタジエンゴム60重量部上においてスチレン/アクリロニトリルの比が73:27のコポリマー40重量部からなるグラフトポリマー(平均粒径d50=0.3μm)。
成分C1
水中の上記成分Bによるグラフトポリマーエマルジョンと水中のテトラフルオロエチレンポリマーエマルジョンとの凝集混合物としてテトラフルオロエチレンポリマー。混合中のグラフトポリマーB/テトラフルオロエチレンポリマーの重量比は90重量%〜10重量%である。テトラフルオロエチレンポリマーエマルジョンは固形分含量60重量%、平均粒径0.05〜0.5μmを有する。グラフトポリマーエマルジョンは固形分含量34重量%を有する。
テトラフルオロエチレンポリマー(デュポン社のTeflon(登録商標)30N)のエマルジョンをグラフトポリマーBのエマルジョンと混合し、ポリマー固形分に対してフェノール性酸化防止剤(anti-oxidants)1.8重量%で安定化した。混合物をMgSOの水性溶液および酢酸を用いてpH4〜5および85〜95℃で凝集し、ろ過および洗浄して電解質を実質的に全て除去した;次いで大部分の水を遠心分離によって除去し、次にパウダー状になるまで100℃で乾燥した。
成分D1
離型剤としてペンタエリスリトールテトラステアレート(PETS)
成分D2
ホスフィット安定剤
成分E1
Disflamol(登録商標)TP:トリフェニルホスフェート(Bayer AG(ドイツ国、レーフェルクーゼン)社提供)
成分E2
Silres(登録商標)SY 300:シラノール−官能性固体フェニルプロピルポリシロキサン(Wacker-Chemie GmbH(ドイツ国、ミュンヘン)社提供)
本発明による成形組成物の特性の試験
組成物の難燃性は、合計3つの手法により評価した。
最初の試験は、IEC 60695-2-12にしたがって白熱線試験を参照することによって行った。960℃の温度で白熱金属線をウォール厚1.5mmを有する試験片に対して30秒間プレスし、組成物の難燃性の度合いを、白熱線との接触の期間の間における最大火炎高さおよびその後の燃焼時間および白熱線を除去後の燃焼時間から評価した。白熱線の除去に続く燃焼時間が30秒を超えないならば、試験は合格したとみなされる。減少した最大火炎高さは、改善した難燃性の指標を与えるが、試験に合格するかどうかには影響を有さない。
組成物の難燃性を評価するための第二の試験は、厚さ1.5mmの試験片上でUL−Subj.94Vを参照して行った。所定のパイロットフレーム(pilot flame)を、10秒間、垂直に取り付けて試験片に下から適用し、炎が消える時間を決定し、再度パイロットフレームを10秒間適用し再び炎が消える時間を決定する。この試験は合計5個の試験片で行った。10の個々の燃焼時間の総和を試験中に燃焼して滴下する材料の傾向を決定した。試験の間にそれを燃焼することで決定した。最も良好な評価であるV-0は、それらを燃焼(合計燃焼時間は50秒を超えず、かつ個々の燃焼時間は10秒を要しない)させても滴下しない材料に与えた。評価V-2はそれを燃焼させることで滴下する材料に認めた。個々の10の個々の炎の適用の総燃焼時間が、250秒を超えるか、または少なくとも特定の1つの燃焼時間が30秒より長いならば、試験は失敗したと分類される。
組成物の難燃性を評価する第三の試験は、ASTM D 2863で定義されているLOI試験(低酸素指数)を参照することにウォール厚4.0mmの試験片を上で行い、垂直に取り付けた試験片の上端を可変のO含量を有する窒素一酸素雰囲気下で点火し、試験片が自然に消える酸素含量を測定したそ。
処理(「ジューシング(juicing)」)の間にブリードする揮発性成分の傾向は、窒素流(nitrogen stream)中で力学的に行われる熱重量分析で評価した。280℃での組成物の質量損失(加熱速度20K/分で決定した)を、参考として使用した。
表1: ポリカーボネートにおける試験
Figure 0004677234
表1のデータは、純粋なポリカーボネートが低−揮発性リン−シリコン化合物で難燃性を与えられ得ることを示す。実施例2〜4からの組成物は、透明な試験片を提供し、それはポリマー層で添加剤の相溶性を示す。わずか1重量部といった低い濃度でさえ、難燃性における明確な改良はリン−シリコン化合物(UL94V試験において減少した燃焼時間、白熱線試験に合格およびLOI増加)で達成され得る。リン−シリコン化合物を3重量%添加することによって、UL94V試験においてもV-0評価が達成される。
表2: PC/ABSブレンドにおける試験
Figure 0004677234
表2のデータは、PC/ABSブレンドにもリン−シリコン化合物で難燃性が与えられ得ることを示す。V-2評価がUL94V試験で達成され、かつ白熱線試験に合格する。LOIも上昇することを示す。同一の濃度を用いて、リン酸エステル(比較例8)は、UL94V試験においてより悪い性能、かつ(より効果的な難燃性モノマー性リン酸エステルにおいて)より大きい「ジューシング(juicing)」を示す。同一の濃度において部分的に芳香族性シリコーン(比較例9)は、UL94V試験および白熱線試験においてより悪い性質を示す。シリコーンの5重量部の濃度を使用したとき、2つの試験はもはや合格しない。

Claims (7)

  1. リン含量1〜20重量%およびシリコン含量1〜20重量%を有するリン−シリコン化合物を含有し、280℃で、加熱速度20K/分で、窒素不活性ガス下で熱重量分析において評価した揮発分質量含量(volatile content by mass)30重量%以下を示す(上記含量はいずれの場合もリン−シリコン化合物に基づく。)ポリカーボネート組成物であって、
    該リン−シリコン化合物が、
    一般式(III):
    Figure 0004677234
    [式中、
    は、互いに独立して、水素またはC −C アルキルを示し、
    は、アリール基、アルキル基、アリーロキシ基、アルコキシ基および水素からなる群から選択される基を示し、
    は、互いに独立して、アルキル基、アリール基、およびC −C アルキルで置換されたアリール基からなる群から選択される基を示し、
    mは、2〜1000を示す]
    を有するリン−シリコン化合物、および
    一般式(IV):
    Figure 0004677234
    [式中、
    は、アリール基、アルキル基、アリーロキシ基、アルコキシ基および水素からなる群から選択される基を示し、
    は、フェニル、クレシルまたはキシリルを示す]
    を有するリン−シリコン化合物
    からなる群から選択される、ポリカーボネート組成物
  2. リン−シリコン化合物が、置換基RおよびRの少なくとも10モル%がアリール基またはアリーロキシ基であるものである、請求項1記載の組成物。
  3. リン−シリコン化合物(ポリカーボネート組成物100重量部に対して)0.05〜30重量部を含有する、請求項1記載の組成物。
  4. ポリカーボネート組成物が
    A)芳香族ポリ(エステル)カーボネート60〜100重量部、
    B)ビニル(コ)ポリマー、ゴム−変性ビニル(コ)ポリマーおよび芳香族ポリエステルからなる群から選択される少なくとも1つのポリマー0〜40重量部、
    C)フッ素化ポリオレフィン0〜5重量部、および
    D)その他のポリマーおよび/またはポリマー添加剤20重量部以下
    (成分A〜Dの重量部を足して100になる)を含有するものである、請求項1記載の組成物。
  5. 成分B)が
    B.1 ビニル芳香族、環−置換ビニル芳香族およびメタクリル酸(C−C)アルキルエステルからなる群から選択される少なくとも1つ50〜99重量%とビニルシアニド、(メタ)アクリル酸(C−C)アルキルエステルおよび不飽和カルボン酸の誘導体からなる群から選択される少なくとも1つ1〜50重量%を含有する混合物のモノマー5〜95重量%を、
    B.2 グラフトベースとしてガラス転移温度<0℃を有する1以上のゴム95〜5重量%上への、
    グラフトポリマーである、請求項4記載の組成物。
  6. 成形物の製造のための、請求項1記載の組成物の使用。
  7. 請求項1記載の組成物から得られる成形物。
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