JP4808347B2 - 難燃混合物 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、a)ポリマー組成物;b)リン含有化合物;c)トリアジン難燃剤を含み、a、bおよびcの重量比が94:1:5〜35:30:35の範囲にある難燃混合物に関する。
【0002】
(背景技術)
かかる混合物はWO/99/02606から公知であり、その中でメラミン縮合生成物であるメラム(melam)またはメレム(melem)がポリアミドまたはポリエステル組成物中の難燃剤として使用される。
難燃剤としてメラムまたはメレムを使用する難点はその難燃効果が多くの適用に不十分であるということである。
【0003】
(発明の目的)
本発明の目的は、本明細書において、難燃剤としてメラムまたはメレムを含む混合物に比べて難燃作用が優れている難燃混合物を提供することである。
【0004】
(発明の開示)
本発明の目的は、トリアジン難燃剤が少なくともc1)1〜95重量%のメレム、c2)0.01〜25重量%のメラム、c3)0.01〜20重量%のメラミン、c4)0.1〜95重量%のメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物を含み〔重量%はc1〕からc4〕までを含めた合計に対するものと理解され、合計が100%である〕、難燃剤中の揮発性成分の濃度が最大5重量%である難燃混合物を提供することによって達成される。
本発明の混合物は既知の混合物に比べてUL94垂直燃焼試験において実質的に短い燃焼時間を示す。
【0005】
本発明に記載の難燃混合物はa)ポリマー組成物;b)リン含有化合物;c)トリアジン難燃剤を含み、a、bおよびcの重量比が94:1:5〜35:30:35の範囲であり、トリアジン難燃剤が少なくともc1)1〜95重量%のメレム、c2)0.01〜25重量%のメラム、c3)0.01〜20重量%のメラミン、c4)0.1〜95重量%のメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物を含み〔重量%はc1)からc4)までを含めた合計に対するもので、合計が100%である〕、難燃剤中の揮発性成分の濃度が最大5重量%である。
該ポリマー組成物は少なくともポリマーを含み、ポリマーに加えて、通常の使用量では悪影響を及ぼさない強化剤および/または充填剤および/または該難燃組成物に関して相乗効果を示す化合物および/または本発明以外の他の難燃成分および通常の添加物、例えば熱およびUV安定剤、離型剤、流動促進剤、軟化剤、滑沢剤、分散剤、着色料および/または色素を含むこともできる。
【0006】
本発明の難燃混合物の使用に適するポリマーはポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、スチレン含有ポリマー、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタンおよび上記物質の混合物のような耐熱性難燃剤を必要とするポリマーである。ポリアミドの例はポリアミド4、ポリアミド6ポリアミド6/6、6/10、6/12、4/6、66/6、6/66、ポリアミド12のような、ジアミンおよびジカルボン酸および/またはアミノカルボン酸または対応するラクタム由来のポリアミドおよびコポリアミド、部分芳香族(コ)ポリアミド、例えば芳香族ジアミンおよびアジピン酸をベースとしたポリアミド;アルキレンジアミンおよびイソ−および/またはテレフタル酸から調製されるポリアミドおよびそのコポリアミド、コポリエーテルアミド、コポリエステルアミドなどである。ポリエステルの例はポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ−1,4−ジメチロールシクロヘキサンテレフタレート、ポリヒドロキシ安息香酸エステル、ポリカプロラクトンおよびそれらのコポリエステルのようなジカルボン酸およびジアルコールおよび/またはヒドロキシカルボン酸または対応するラクトン由来のポリエステル、コポリエーテルエステルなどである。スチレン含有ポリマーの例はポリスチレン、アクリロニトリル−スチレンコポリ体、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエンコポリ体およびそれらの混合物である。
【0007】
該ポリマーとして、難燃混合物は好ましくはポリエチレンテレフタレートおよび/またはポリブチレンテレフタレートのようなポリエステル、ポリブチレンテレフタレートが特に好ましい、またはポリアミドを含み、ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド4,6、または上記のポリアミドの混合物が特に好ましい。
強化剤および/または充填剤がポリマー組成物中で使用される場合、それらの濃度は広範囲で変化してもよく、上記の濃度は所望の物理的特性レベルによって一部決定される。一般的に強化剤の濃度は本発明の難燃混合物の合計の50重量%以上に達しない。強化した難燃混合物が5〜50重量%の強化剤を含むのが好ましく、15〜45重量%がより好ましい。強化剤の例は雲母、粘土、滑石、ガラス繊維、アラミド繊維および炭素繊維である。異なる強化剤を合わせてもよい。しかしながらガラス繊維が好ましい。
【0008】
本発明の難燃混合物の難燃作用は木炭形成化合物(charforming compound)のような、難燃組成物について相乗効果を示す化合物の存在によって高められ、ポリマー組成物中に木炭の形成を促進する触媒と合わせてもよい。その結果、一般的に該トリアジン難燃剤の濃度は低くなりうる。
原則として、燃焼による木炭形成によって難燃ポリマー組成物の難燃作用を高めることが可能である既知の物質は全て木炭形成化合物としての使用に適している。上記の例としはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、コポリエチレンビニル、澱粉、グルコースおよび少なくとも2個のヒドロキシル基を含む化合物が挙げられる。少なくとも2個のヒドロキシル基を含む化合物の例は少なくとも2個のヒドロキシル基を含むアルコール、例えばペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリペンタエリトリトールおよびそれらの混合物である。該難燃混合物の合計に対するトリアジン難燃剤に関して相乗作用する木炭形成化合物の濃度は一般的に0〜30重量%、好ましくは1〜20重量%の範囲である。
【0009】
例えばタングステン酸の金属塩、タングステンの錯酸酸化物およびメタロイド、酸化スズの塩、スルファミン酸アンモニウムおよび/またはその二量体が木炭形成を促進する触媒として使用される。タングステン酸の金属塩はタングステン酸のアルカリ金属塩で、特にタングステン酸ナトリウムであるのが好ましい。タングステンの錯酸酸化物およびメタロイドはケイタングステン酸またはリンタングステン酸のようなケイ素またはリンに代表されるメタロイドおよびタングステンによって形成される錯酸酸化物である。該難燃混合物の合計に対して使用される木炭形成を促進する触媒の量は0.1〜5重量%、好ましくは0.1〜2.5重量%である。
本発明記載の難燃混合物の難燃作用は該ポリマー組成物が1つまたはそれ以上の他の難燃成分を含む場合さらに高められる。原則として、公知の難燃剤は全て他の難燃成分としての使用に適している。上記例はハロゲン化合物;アルカリ土類金属の酸化物、例えば酸化亜鉛、酸化マグネシウム;他の金属の酸化物、例えばアルミナ、シリカ、酸化鉄および酸化マンガン;金属の水酸化物、例えば水酸化マグネシウムおよび水酸化アルミニウム;ナノ組成物;モンモリロナイト粘土およびカオリン粘土のような粘土;第一級アンモニウム化合物または第四級アンモニウム化合物またはメラミンまたはメラミン縮合生成物またはリン含有化合物で処理した粘土のような加工粘土;ケイ酸塩、有機ケイ素化合物、芳香族有機ケイ素化合物およびシランのようなケイ素含有化合物;金属のホウ酸塩、例えばホウ酸亜鉛水和物または無水和物;硫黄含有化合物と合わせる、三酸化アンチモンのような、酸化アンチモンである。硫黄含有化合物の例は硫化亜鉛、硫酸アンモニウム、スルファミン酸アンモニウムおよび硫酸メラミンである。
【0010】
該ポリマー組成物中で使用される他の難燃成分の濃度は広範囲で変化してもよいが、一般的にリン含有化合物およびトリアジン難燃剤の合計以上にはならない。該難燃混合物の合計が0〜35重量%の範囲で他の難燃成分を含むのが好ましく、特に1〜30重量%であるのがより好ましい。
上記の成分の大部分はまた木炭の形成を促進する。ポリテトラフルオロエチレンのような難燃組成物に存在することが公知の他の化合物もまた存在してよい。 該難燃混合物の合計に対する該ポリマー組成物の濃度は35重量%〜95重量%の範囲で変化する。
【0011】
本発明記載の難燃混合物中のリン含有化合物はリン酸塩、ホスホン酸塩、ホスフィン酸塩、ホスフィン、ホスフィンスルフィド、ホスフィンオキシドおよび亜リン酸塩という種類から選択されるだろう。
本発明で使用されてもよいリン酸塩はアンモニア、尿素、グアニジン、メラミン、メラム、メレム、窒素含有化合物のリン酸塩、ピロリン酸塩およびポリリン酸塩のようなリン酸の塩、およびリン酸トリス(p−クレシル)、二リン酸レゾルシノールおよび二リン酸テトラフェニルビスフェノール−Aに代表される芳香族オルトリン酸エステルようなリン酸エステルおよびGreat Lakes製NH−1197およびNH−1511およびAkzo-Nobel製Fyrol−51のような脂肪族リン酸エステルである。
【0012】
適当なホスホン酸塩の例はジエチレンアミノペンタ(メチルホスホン酸)またはヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)およびそれらのアルミニウム、カルシウムおよび亜鉛塩のような、それらの塩に代表されるアミノメチレンホスホン酸塩である。他の適当なホスホン酸塩の例はSolutia製XPM1000のようなホスホン酸エステルおよびトリメチロールプロパンおよびメチルホスホン酸の5−エチル−2−メチル−1,3,2−ジオキサホスホリナン−5−イル−P−オキシド)メチルメチルエステル、メチルホスホン酸のビス[(5−エチル−2−メチル−1,3,2−ジオキサホスホリナン−5−イル−P,P’−ジオキシド)メチル]エステル、Albright & Wilson製Antiblaze1045LVおよびClariant製HostaflamOP910のようなメチルホスホン酸のエステルおよびポリ[3(−9)アルキレン−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン−3,9−ジオキシド]のようなペンタエリトリチルホスホン酸塩重合体である。
適当なホスフィン酸塩の例はホスフィン酸エステルおよび1−ヒドロキシホスホラン−1−オキシドのような脂環式ホスフィン酸、アルキル−、アリール−およびアルキルアリールホスフィン酸塩およびそれらの塩、例えばカルシウム、アルミニウムまたは亜鉛塩である。
【0013】
適当なホスフィンオキシドの例はトリフェニルホスフィンオキシド、イソブチルビス(ヒドロキシプロピル)ホスフィンオキシド、イソブチルビス(ヒドロキシメチル)ホスフィンオキシドおよび1,4−ジイソブチル−1,4−ジホスホリル−2,3,5,6−テトラヒドロキシシクロヘキサン(Cytec Industries製Cyagard RF−1204)である。
リン含有量の高い、好ましくは10重量%以上の、射出成形または押出のような従来技術によって該難燃混合物を半最終製品または最終製品へ製造する過程で有意な蒸発または分解を起こすことのない十分な熱安定性を有するリン含有化合物を使用するのが好ましい。Antiblaze1045、XPM−1000、NH−1197、NH−1511またはジアルキルホスフィン酸、脂環式ホスフィン酸または上記の酸の塩、好ましくはカルシウム、アルミニウムまたは亜鉛塩のようなホスフィン酸塩を使用するのが最も好ましい。
該難燃混合物の合計に対する該リン含有化合物の濃度は1重量%〜30重量%、好ましくは4重量%〜25重量%の範囲で変化する。
【0014】
本発明記載の難燃混合物中のトリアジン難燃剤はトリアジン難燃剤が少なくともc1)1〜95重量%のメレム、c2)0.01〜25重量%のメラム、c3)0.01〜20重量%のメラミン、c4)0.1〜95重量%のメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物を含み〔重量%はc1)からc4)までを含めた合計に対するもので、合計が100%である〕、難燃剤中の揮発性成分の濃度が最大5重量%である。
メラミン/およびまたはメレムの高縮合生成物は、2つまたはそれ以上のメレムおよび/またはメラミン分子がアンモニアを放出してメラムより大きい分子量を有する分子へ縮合して形成される生成物を包含する。メラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物の例はメロン、メトンおよびポリメラミンである。
【0015】
本明細書においては、揮発性成分の濃度は1分当たり200℃という加熱速度を使用するTGA測定(TGA=熱重量分析)において該トリアジン難燃剤を室温から300℃まで加熱した場合生じる重量の減少として定義する。該トリアジン難燃剤が尿素および/または水および/またはメラミンのような揮発性成分を過剰量含む場合、これはポリマー組成物がポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)またはポリアミドのような融点の高いポリマーを含む本発明記載の難燃混合物の加工特性に対して悪影響を及ぼす。上記の悪影響を示す例は押出による気泡または射出成形における鋳型内でのデポジット形成である。
本発明記載の難燃混合物中の該トリアジン難燃剤が少なくともc1)10〜95重量%のメレム、c2)0.05〜10重量%のメラム、c3)0.1〜20重量%のメラミン、c4)1〜90重量%のメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物を含み〔重量%はc1)からc4)までを含めた合計に対するもので、合計が100%である〕、難燃剤中の揮発性成分の濃度が最大5重量%である。
【0016】
該難燃混合物の合計に対するトリアジン難燃剤の濃度は5重量%〜35重量%の範囲で変化する。
該トリアジン難燃剤は所望の割合で個々の成分を合して得られる。しかしながら、該トリアジン難燃剤はメラミン含有原料物質を加熱し、例えば0.1秒以上、好ましくは1秒〜400分の範囲、特に2秒〜300分の範囲で、350〜800℃、好ましくは375〜600℃の範囲の温度で、1kPa〜50MPaの範囲、好ましくは大気圧〜30MPaの範囲、より特に好ましくは大気圧〜15MPaの範囲である圧力で加熱域にそれを通過させる方法で得られるのが好ましい。上記の利点は、該トリアジン難燃剤を、最初に別途合成した成分を合した場合と比較して低費用で調製されることである。
加熱域の例はシングルおよびダブルスクリューエクストルーダーのようなエクストルーダー、オーブン、ドラムオーブン、ロータリーキルン、オートクレーブ、ターボミキサー、プラウ−シェア(plough-share)ミキサー、VOMMリアクター、タンブルミキサー、Draris製のようなタービュランスミキサー、リボンブレンダー、ミクストルーダー、連続および不連続ニーダー、回転ドラムオーブン、コンベヤースクリュー付き水平リアクターなどである。
【0017】
メラミン、メレム、メラムおよびメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物はさらに処理されてもよい。そのようなさらなる処理は好ましくは水洗であって、それによりメラミンおよび/または他の水溶性成分の一部が溶解して該トリアジン難燃剤から除去される。
アミノトリアジン含有原料物質を本発明の方法において原料物質として使用してもよい。アミノトリアジン含有原料物質の例はメラミン含有原料物質およびメラム含有原料物質である。メラミン含有原料物質の例は実質的に純粋なメラミンであって、例えばメラミンを結晶化して精製する連続操作気相メラミンプラントから得られる。気相法を経るメラミンの製造法は例えば米国特許3210352号で公知であるが、そのような高純度は必要ではない。メラムまたはメラミンおよびメラムおよび/またはメレムおよび/またはメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物の混合物を原料物質として使用してもよく、例えばメラミンプラントが始動する際に形成される生成物または結晶化による精製が行われる前に気相メラミンプラント中で調製されるごときメラミンまたはメラムおよび/またはメレムおよび/またはメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物とコンタミネートして別の方法で形成したメラミンが挙げられる。また液相法で得られるメラミンを原料物質として使用することも可能である。液相法を介するメラミンの公知の製造法は米国特許4565867号に記載されており、純度は気相法の生成物に比べて低く、そのメラム濃度が特に高いことが知られている。アミノトリアジン含有原料物質は触媒残基、ウレイドメラミンおよび/またはグアニジンカーボネートを含んでも問題はない。アメリン、アメリドおよび/またはシアヌール酸のような酸素含有トリアジン化合物が存在しても問題はない。尿素および/またはジシアノジアミドのような、アミノトリアジンの調製に使用される他の原料物質も存在してもよい。本発明の製造法用のアミノトリアジン原料物質はまた尿素、酸素含有トリアジン化合物、ジシアノジアミド、グアニジンカーボネート、ウレイドメラミンおよび触媒残基の混合物を含んでいてもよい。該原料物質はさらに、リン酸二水素アンモニウムまたは硝酸アンモニウムのような、縮合を促進する触媒を含んでいてもよい。
【0018】
該トリアジン難燃剤の製造法の好ましい具体例において該メラミン含有原料物質をオートクレーブまたはエクストルーダー中で加熱する。大気圧〜20MPaの範囲の圧力、350〜625℃の温度および0.1秒〜360分の範囲の滞留時間であるのが好ましい。より特に好ましくは該メラミン含有原料物質をエクストルーダー中の滞留時間0.1秒〜60分の範囲でエクストルーダー中で加熱するとよい。本発明の方法を、操作温度で存在する成分の蒸気圧より低い圧力で行なう場合、メラミンおよび尿素のような、揮発性成分が蒸発または昇華しうる。蒸発または昇華した揮発性成分は収集し、再使用できる。収集するために脱昇華装置が使用でき、例えば気体または塵の形態で揮発性成分を含む気流を冷却したリブに通過させる装置または気体または塵の形態で揮発性成分を含む気流を冷却空気と混合するおよび揮発性成分を霧氷の形態で縮合または析出させ、空気のような非縮合または非霧氷形成成分から分離する装置がある。連続操作装置に存在する加熱域を使用する場合、脱昇華装置から得られる物質を加熱域に直接および連続的に送ってもよい。
【0019】
本発明の難燃混合物はそれ自体公知の通常の技術、例えばタンブルミキサー中で該成分の全てまたは一部を乾燥混合する、さらにメルトミキサー中で融解させることによって調製され、例えばブラベンダーミキサーまたはシングルまたはダブルスクリューエクストルーダーまたはニーダーを使用して調製される。ダブルスクリューエクストルーダーを使用するのが好ましい。
本発明記載の難燃混合物の様々な成分はエクストルーダーに同時に投入してもよい。それらはまたエクストルーダーの別々の場所で投入してもよい。色素、安定剤、難燃組成物、トリアジン難燃剤に関して相乗作用を示す化合物および/または他の難燃組成物のような、任意に存在する該成分の一部を例えばマスターバッチの形態でポリマー中に加えてもよい。
【0020】
本発明記載の難燃混合物を当業者に公知の技術、例えば射出成形を使用して半最終製品または最終製品に加工してもよい。
本発明を以下の実施例を参照してさらに説明する。
【0021】
実施例1から19および比較実験A、B、CおよびD:難燃混合物の評価
難燃混合物をエクストルーダー中で調製した。該混合物の組成を表1aに示し、該難燃混合物中で使用したトリアジン難燃剤の組成物も同様である。エクストルーダーのシリンダー温度を毎回250℃に設定した;エクストルーダーのスクリュー速度を毎回200rpmに設定した。使用したエクストルーダーの型を表1aに示す。
ISO527/1およびUL94に記載の試験棒を難燃混合物から製造した。弾性率および破断点伸びをISO527/1に従って測定した。
試験棒をUL94垂直燃焼試験にかけてそれらの難燃特性を測定した。UL94試験棒は表1bに特記した以外は厚さ1.6mmであった。測定結果を表1bに示す。
【0022】
実施例20から34および比較実験F:トリアジン難燃剤の調製
トリアジン含有原料物質をリアクターに混入した。該原料物質の組成物、リアクターの型、リアクター温度、リアクター内の滞留時間および充填速度および加工圧力を表2aに示す。リアクターに残存する該混合物の組成物を決定した。該トリアジン難燃剤の組成および注釈を表2bに示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】
【0027】
表1aおよび表1bの説明
a:状態:48時間58%相対湿度および室温
AB:Antiblaze1045
b:状態:168時間70℃
hb:内容積5mlの自家製小型エクストルーダー
HC:メラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物
M:メラミン
Ma:メラム
Me:メレム
MP:ピロリン酸メラミン
NH−1:Great Lakes製NH−1511
NH−2:Great Lakes製NH−1197
n.a.:未評価
Nc:識別不能
PA6:ポリアミド6
PBT:ポリブチルテレフタレート
VC:揮発性成分
ZSK30:Werner & Pfleiderer ZSK 30/33共回転
* 厚さ2.0mmの試験棒を使用
**他の難燃剤として11.5重量%の硫酸メラミンを含む実施例18記載の難燃混合物
【0028】
【表5】
【0029】
【表6】
【0030】
【表7】
【0031】
表2aおよび表2bの説明
Am:アメリン、アメリドおよびシアヌール酸
atm.:大気圧
Be:Berstorff共回転ダブルスクリュー25mm
cat.:残留触媒
dcd:ジシアノジアミド
gc:グアニジンカーボネート
HC:メラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物
Le:Leistritz対回転ダブルスクリュー
M:DSM気相法によるメラミン(それ以外は「注釈」として特記)
Ma:メラム
Me:メレム
n.a.:未評価
Oth.:他のもの、例えばメレムおよびメラム
Q:用量
T:リアクター設定温度
U:尿素
VC:揮発性成分
ZSK30:Werner & Pfleiderer ZSK 30/33共回転
Claims (2)
- a)ポリマー組成物;b)リン含有化合物;c)トリアジン難燃剤を含み、a、bおよびcの重量比が94:1:5〜35:30:35の範囲であり、トリアジン難燃剤が少なくともc1)1〜95重量%のメレム、c2)0.01〜25重量%のメラム、c3)0.01〜20重量%のメラミン、c4)0.1〜95重量%のメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物を含み〔重量%はc1)からc4)までを含めた合計に対するもので、合計が100%である〕、難燃剤中の揮発性成分の濃度が最大5重量%である難燃混合物。
- トリアジン難燃剤が少なくともc1)10〜95重量%のメレム、c2)0.05〜10重量%のメラム、c3)0.1〜20重量%のメラミン、c4)1〜90重量%のメラミンおよび/またはメレムの高縮合生成物を含み、難燃剤中の揮発性成分の濃度が最大5重量%であることを特徴とする請求項1記載の難燃混合物。
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