JPS6134749B2 - - Google Patents
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Description
1962年4月の米国特許第3028365号の発行以
来、芳香族ポリカーボネートはよく知られるよう
になつており、射出成形、押出およびフイルムの
形成を含めて広く異なつた用途に対して適する熱
可塑性樹脂として受け入れられている。これらの
ポリカーボネートの化学、合成、性質および応用
はシユネル(Schnell)による「ポリカーボネー
トの化学と物理(Chemistry and Physics of
Polycarbonates)」、インターサイエンス
(Interscience)、1964年およびクリストフアー
(Christopher)とフオツクス(Fox)による「ポ
リカーボネート(Polycarbonates)」、レインホー
ルド(Reinhold)、1962年に広く議論されてい
る。
ポリカーボネートはいくらかの固有の耐炎性を
有し、自己消火性であるにもかかわらず、さらに
その上必要となつている難燃性の要求がこの性質
を向上させようという多くの試みを生んできた。
2つの一般的な方法が追求されている。
1つの方法はかなりの量のハロゲン、とくに臭
素または塩素をポリカーボネート組成物に加える
ことであつた。ハロゲンは米国特許第3751400号
および第3334154号のようにポリカーボネートポ
リマー鎖によつて、または米国特許第3382207号
のようにモノマー性化合物によつて加えられてよ
い。しかしながら、かなりの量のハロゲンの存在
はポリカーボネートの性質に不利であることが見
いだされており、例えば米国特許第3647747号に
提案されているもののような多くの添加物がこれ
らの不利な影響を克服するために提案されてい
る。
もう1つの方法は種々の有機および無機金属塩
を添加して目的の難燃性を付与することである。
米国特許第3775367号は約0.01〜1重量%のアル
カリ金属のペルフルオロアルカンのスルホン酸塩
の使用を示し、ポリマー骨格上または添加化合物
によるハロゲンの存在がこれらの塩の難燃化効率
を高めることを示している。米国特許第3836490
号はハロゲンを含まないかハロゲンを含有するポ
リカーボネート中に0.00005〜0.1重量%のカルボ
ン酸の選ばれた有機アルカリ塩の使用を示してい
る。この場合塩はポリカーボネート融液中に可溶
である。対照的にドイツ特許第2149311号は約
0.05〜3.0重量%の不溶性アルカリ金属塩、とく
に無機質、ホスホン酸およびスルホン酸の塩の使
用を示している。米国特許第3535300号は少量の
特定の金属塩(アルカリ金属塩を含まない)のポ
リマー骨格または添加物に付いている約0.01〜1
重量%のハロゲンと組合せた使用を示している。
ハロゲンは塩と「相乗的に」相互作用するといわ
れている。
ハロゲン法または塩法のいずにおいても、難燃
性の2つの局面を考慮せねばならない。有機ポリ
マーの耐炎性の試験に対して広く受け入れられる
ようになつてきているUL項目94の試験は炎によ
つて消失することに対するポリマーの抵抗性と炎
にさらしたときにポリマーが炎を出している粒子
を滴下する傾向との両方の尺度である。後の局
面、滴下は調節がより困難であることが見いださ
れている。米国特許第3876580号は2〜6重量%
のガラス繊維を1〜3重量%のハロゲン(塩素ま
たは臭素)または0.01〜1重量%のニツケルまた
はアルカリ金属の塩と組合せて使用し、両方の難
燃性の性質を達成することを示している。この特
許はもしも塩とハロゲンの両方を加えるならば、
それぞれより少ない量で目的の難燃性を達成する
のに充分であることに注目している。最後に、ド
イツ特許出願公開第2535262号は滴下を防ぐべき
有機アルカリ金属塩を含んでいるポリカーボネー
トに例えばポリテトラフルオロエチレンのような
フツ素化ポリオレフインの添加を示している。
上記のすべての方法が試みられ、ある程度熱可
塑性樹脂の難燃性の3つのおもな目的に合致する
ことが見いだされた。
(1) 組成および滴下の両方によつて測定したポリ
マーの火への抵抗性の向上、
(2) ハロゲンがポリマーの骨格または添加物また
は両方に結合していようとも、難燃剤のポリマ
ーのほかの性質、とくに機械的性質および成型
時の分解への抵抗のような高温安定性に対する
不利な影響の最小限化、
(3) ほかの2つの目的に合致するもつとも費用の
かからない系の使用。
明らかに、これらの3つの目的はいく分予盾し
ており、バランスを求めねばならない。例えば充
分な量のある種の添加物はいかなる程度の望まし
い難燃性でも達成するが、ポリマーのほかの性質
が受け入れ難いほど失なわれる。
ポリカーボネートの難燃性は難燃剤系の量また
は効率のいずれかを増大させることによつて向上
させることができる。前者の方法は、化学的に導
入したハロゲンまたは添加物のレベルが増加する
につれて、ポリマーのほかの性質、とくに機械的
性質が通常低下するので、より魅力が少ない。
難燃剤系の効率はポリカーボネートのメルトフ
ローの速度を低下させる(したがつて相対粘度と
分子量を増加させる)ことによつて増加させても
よい。メルトフローがより小さい樹脂は一般によ
りすぐれた機械的性質を有し、より高い添加物の
レベルを許容することができる。しかしより重要
なことに、メルトフローがより小さい樹脂は、上
で議論したように、難燃性の2つの局面のうちの
1つである、滴下に対して固有のより大きい抵抗
性を有する。
不幸にも、樹脂のメルトフローの低下は欠点を
有する。メルトフローが減少するとともに、ポリ
カーボネートを、とくにもつとも重要な最終用途
の1つである射出成形によつて仕上つた形に加工
することはより困難になる。それに加えて、メル
トフローがより低いポリカーボネートの加工は通
常樹脂をより高温により長時間さらすことを必要
とし、したがつて樹脂が加工の間にいくらか分解
する可能性を大きくする。
逆に、難燃剤系の不利な影響はその量を少なく
するか、ポリカーボネートがより耐えられる系を
用いることによつて減少させることができる。難
燃剤の量はより有効な系を用いることによつて、
例えば塩素を臭素で置きかえる(カナダ特許第
725726号が教えるように)ことによつて減少させ
ることができる。存在する難燃剤が少なければ少
ないほど、通常ポリカーボネートはそれに耐えら
れるが、例えば鉄塩と臭素の組合せのようなある
種の難燃剤は高温安定性の特別な問題をひき起こ
すことが見いだされている。
当然、目的の難燃性と目的の機械的性質の両方
を達成する、もつとも安価な難燃剤系を選ぶべき
である。通常、より容易に入手しうるか、より容
易に合成しうる難燃剤がいくらかより安価であ
る。例えば、米国特許第3836490号の有機アルカ
リ金属カルボキシレートは米国特許第3775367号
のアルカリ金属ペルフルオロアルカンスルホネー
トよりも安価で、入手しやすい。
しかしながら、ますますより厳重になつてくる
要求は基準1および2の両方に合致させることを
さらにより困難にしている。従来の難燃剤系の多
くは要求された難燃性を達成することができず、
依然適当な機械的性質を保持している。例えば、
高度の難燃性、例えばUL項目94の94V―0より
うすい断面、例えば1.6mmにおいて要求されてい
る。断面の厚さが減少するとともに、要求された
難燃性の達成の困難が増加する。
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)と特定
の無機酸アルカリ金属塩の組合せが相乗的に相互
作用して、これらの添加物が少量しか存在しない
ときでさえ、それらを加えたポリカーボネートに
高度の難燃性を与えることがここに見いだされ
た。少量のハロゲン、とくに塩素または臭素の存
在がPTFEと塩の組合せの有効性を相乗的に増加
させることもまた見いだされた。ポリテトラフル
オロエチレンはずりをかけたときにフイブリルを
形成するタイプのものでなければならず、ポリカ
ーボネートの滴下する傾向を減少させるに充分な
量、好ましくは全組成物の重量に基づいて約0.01
〜1重量%存在せねばならない。アルカリ金属塩
はポリカーボネートの炎による消失、すなわち燃
焼を支える能力を減少させるに充分な量、好まし
く組成物の重量に基づいて約0.01〜1重量%の量
が存在すべきである。塩素または臭素を用いる具
体例において、ハロゲンは芳香環に結合した炭素
原子に結合し、ポリカーボネート、アルカリ金属
塩、およびPTFE組成物の燃焼性を高めるに充分
な量が存在すべきである。好ましくは、ハロゲン
は全組成物の重量に基づいて約0.05〜1重量%が
存在すべきである。
本発明の用途に適するポリテトラフルオロエチ
レンはよく知られており、市販されている。それ
はずりをかけたときにフイブリルを形成するとい
う特性を持つべきである。適するポリテトラフル
オロエチレンのなかには、ここに参照した米国特
許第3005795号および第3671487号およびドイツ特
許第2535262号に記載されたものがある。PHFE
のとくに好ましい形はデユポンからテフロンタ
イプ6として入手され、ASTMによつてタイプ
3と名付けられている。
ポリテトラフルオロエチレンは全組成物の重量
に基づいて約2重量%までの量を用いるのが都合
がよい。しかしながら、約0.01〜1重量%の間を
用いるのが好ましく、約0.05〜0.2重量%の間を
用いるのがより好ましい。
本発明で有用な無機酸アルカリ金属塩は、
K3ALF6/KAlF4、KPF6、Na2S2O5、NaSbF6、
Na2B4O7、K2SiF6、K4P2O7およびKBF4である。
塩は全組成の重量に基づいて約2重量%までの
有効量を用いてよい。約0.01重量%よりも少なく
なり、より好ましくは約0.1重量%よりも少なく
ないものを用いるのが好ましい。約1重量%より
も多くなく、より好ましくは約0.5重量%よりも
多くないものを用いるのが好ましい。2重量%よ
りも多い塩はその難燃化に対する効果を減少させ
ないが、達成された難燃性の向上によつて正当化
されるより以上にポリカーボネートのほかの性質
を大きく低下させる。
本発明での使用に適する塩は実質的にポリカー
ボネートに不溶である。そのような塩は室温にお
いてポリカーボネートマトリツクス中での易動性
が非常に限られ、したがつて浸出のような問題に
対する傾向が減少するであろうと信じられてい
る。これらの塩はまた表面に濃縮したり、成形時
にプレートアウトする傾向も減少するに違いな
い。
ハロゲンを有するものは芳香環に結合した炭素
原子に直接結合した塩素または臭素原子を有す
る、いかなるモノマー形またはポリマー化合物で
あつてよい。高濃度の塩素または臭素を含んでい
る化合物が好ましく、なぜならそれらは低い添加
物濃度で同じハロゲン含量を与える。塩素または
臭素原子は難燃性に関してこれらの添加物の活性
部であると信じられている。モノマー形化合物の
なかで、フエニルまたはジフエニル構造を有する
ものが好ましく、エステルまたはカーボネート結
合を有するものがとくに好ましい。ポリマー化合
物のなかで、塩素または臭素で置換された芳香族
モノマーから誘導したポリエステルまたはポリカ
ーボネートが好ましく、例えば2,2―ビス―
(3,5―ジクロロ―4―ヒドロキシフエニル)
―プロパンおよび2,2―ビス―(4―ヒドロキ
シフエニル)―プロパンのようなハロゲンで置換
した、またはハロゲンを含まない芳香族ジヒドロ
キシ化合物に基づいたポリカーボネート共重合体
がとくに好ましい。適するポリマーには米国特許
第3855277号に示されたオリゴマーおよび米国特
許第3334154号および第3751400号の高分子量ポリ
マーが含まれる。もちろん、ハロゲンは組成物の
大半を構成するポリカーボネートの骨格に直接付
いていてもよい。
塩素または臭素は約3重量%までの有効量が存
在してもよい。この具体例において、少なくとも
約0.05重量%のハロゲンを用いるのが好ましく、
約1.0重量%よりも多くないものを用いるのもま
た好ましい。ハロゲン含量を約0.1〜0.5重量%の
間に制限するのがとくに好ましい。より高いハロ
ゲン含量は、米国特許第3876580号に議論されて
いるように、樹脂の分解をひき起こす傾向がある
のでよくない。本発明において、そのように高い
量はそれによつて達成される難燃性の向上によつ
て正当化されない。
本発明において有用なポリカーボネートは芳香
族ジヒドロキシモノマーに基づいており、熱可塑
性樹脂である。それらには上で本発明の背景で議
論した米国特許に記載されたものが含まれ、それ
らの説明はここに参照して加えられている。適す
るポリカーボネートには、例えば米国特許第
3799953号および第3897392号ならびに米国再発行
特許第27682号に記載されているもののような枝
分れポリカーボネートも含まれる。好ましいポリ
カーボネートにはジ―(モノヒドロキシアリー
ル)―アルカンと例えばホスゲンまたはクロロギ
酸エステルのような炭酸の誘導体から製造するこ
とができるものである。とくに好ましくいポリカ
ーボネートは4,4′―ジヒドロキシジアリールメ
タンから製造することができるものである。もつ
とも好ましいポリカーボネートは2,2―ビス―
(4―ヒドロキシフエニル)―プロパンに基づい
たものである。ポリカーボネートは室温において
熱可塑性固体となるような分子量を持つべきであ
る。好ましくはポリカーボネートは約10000〜
200000の間の重量平均分子量を持ち、より好まし
くは10分につき約1〜24gの間のメルトフローを
示す(ASTM規格D1238、条件0によつて測
定)。
本発明のポリカーボネート組成物は例えば顔
料、染料、UV安定剤、熱安定剤、離型剤および
充てん剤のようなほかの通常の安定剤を含んでも
よい。しかしながら、衝撃強さのようなある種の
機械的性質を低下させる傾向がある、充てん剤や
ガラス繊維のような強化材は、それらの添加がス
テイフネスのようなほかの機械的性質の望ましい
改良を生じなければ避けねばならない。とくに、
ガラス繊維の添加は満足すべき難燃性を達成する
ために不必要である。
本発明の組成物は通常本技術にとつて公知のい
かなる方法によつて作つてもよい。例えば、種々
の添加剤をポリカーボネートペレツトと乾燥状態
で混合し、混合物を押し出してもよい。あるいは
添加物を、ポリマーが溶液から回収されつつある
ので、脱蔵押出機に計量してもよい。もちろん、
ポリカーボネートのプロセス溶媒に可溶の添加物
をポリカーボネートの溶液に加えてもよく、ポリ
カーボネートに可溶のものをその融液に加えても
よい。唯一の必要条件は添加物が完全に分散し、
加えたポリテトラフルオロエチレンが充分なずり
を受け、ポリカーボネートマトリツクス中でフイ
ブリルを形成することである。
ポリテトラフルオロエチレンはポリカーボネー
トに加える前にずりを受けてもよく、そのような
前フイブリル化は難燃性を高め、この添加物をよ
り低いレベルで有効にすると信じられている。
(他方、必要なずりは例えば射出成形のようなあ
る種の最終成形操作によつて与えてもよい。)
本発明の広がりを制限することなく、本出願者
はポリテトラフルオロエチレンが本発明において
米国特許第3005795号に記載されているようなマ
トリツクス中に細かいフイブリルネツトワークを
形成することによつて役目をはたすことを信じ
る。したがつて、本出願者はどのような前処理あ
るいはそのようなネツトワークの形成を促進する
のに役立つであろうポリテトラフルオロエチレン
の混入法でもよいと思う。
実施例
第1表および第2表は実施例1〜28を含んでい
る。
第1表および第2表には、アンダーライター
ズ・ラボラトリー項目94(UL94)の規格による
燃焼性試験の結果が載つている。第2表にはまた
IBM6―0430―102による試験の結果が含まれてい
る。
UL94試験において、寸法120mm×12.7mm×示さ
れた厚さの個々の試験片を垂直に留め、高さ20mm
の青色のガスの炎にそれぞれ10秒間2回さらし、
ガスバーナーの頂部を試験片の下端から約10cmの
位置に置く。試験片は外科用脱脂綿の水平の層の
30.5cm上に置く。物質を分類するため、5個の試
験片について試験する。
次の基準が分類のために決定的である。
94V―2
離炎後の平均燃焼時間 25秒
いずれか1回の接炎後の最大の許容しうる
離炎後燃焼時間 30秒
物質が燃焼しながら滴下してもよい
94V―1
離炎後燃焼時間は94V―2のものに対応
物質は燃焼しながら滴下してはいけない
94V―0
離炎後の平均燃焼時間 5秒
最大の許容しうる離炎後燃焼時間 10秒
物質は燃焼しながら滴下してはならない
IBM6―0430―102試験では、120mm×10mm×示
された厚さの寸法の試験片を垂直につるし、高さ
20mmのブンゼンバーナーの炎にさらす(空気を供
給しない)。ブンゼンバーナーの先端の試験片の
下端からの距離は10mmである。離炎後30秒以上燃
焼を続けることなく、そして試験片から燃焼して
いる粒子が滴下して、試験片の下に置いたコツト
ンウールの玉に点火することなく、試験片を炎に
さらすことができる時間を決定する。もしも60秒
の接炎時間後、物質が30秒以内炎の滴を生ずるこ
となく消えるならば、物質はクラスAの物質と分
離する。クラスBの物質は、5秒またはそれより
長い接炎時間後消火するが、前に述べたものを越
えることなく、60秒の接炎時間に耐えることがで
きないものである。ゆえに、例えば、もしも物質
が45秒までの接炎時間に対して30秒以内に消火す
るならば、それはクラスB/示された厚さ/45秒
と分類する。
実施例において、上記のポリカーボネートのペ
レツトはいわゆる振とうによつて種々の量の防炎
添加剤と乾燥状態で混合する。その後、ペレツト
は混合スクリユーを用いて約260℃で押出し、リ
ボンを与え、次に細断して細粒を与える。次にこ
れらの細粒を射出成形機で約300℃において求め
られる試験片をかえる。
メルトフロー値はASTM D1238、条件0によ
つて決定した。
添加物を混入したベースポリカーボネート樹脂
はホスゲンと2,2―ビス―(4―ヒドロキシフ
エニル)―プロパンの縮合生成物であつた。
実施例の組成物の溶融安定性は300℃で決定し
た。用いたインストロン安定性試験は300℃のイ
ンストロンバレル中の5、35および65分の滞留時
間後のポリマーの溶融粘度(ポアズ×10-4)とポ
リマーへの72sec-1のずり速度を測定する。この
試験において5〜65分の間で測定された粘度の変
化量は試験したポリマーの安定性の良い表示であ
る。もしも5〜65分の間に粘度に大きな低下があ
るならば、ポリマーは不安定であると考えられ
る。しかしながら、もしも5〜65分の間で粘度の
差が小さいならば、ポリマーは安定である。すべ
ての組成物は安定であることが見いだされた。
Since the issuance of U.S. Pat. No. 3,028,365 in April 1962, aromatic polycarbonates have become well-known as thermoplastic resins suitable for a wide variety of applications, including injection molding, extrusion, and film formation. It is accepted. The chemistry, synthesis, properties, and applications of these polycarbonates are described in the book Chemistry and Physics of Polycarbonates by Schnell.
Polycarbonates, Interscience, 1964 and Christopher and Fox, Polycarbonates, Reinhold, 1962. Although polycarbonate has some inherent flame resistance and is self-extinguishing, the ever-increasing flame retardant requirements have led to many attempts to improve this property. .
Two general methods are being pursued. One method has been to add significant amounts of halogen, particularly bromine or chlorine, to the polycarbonate composition. Halogens may be added via polycarbonate polymer chains, as in US Pat. Nos. 3,751,400 and 3,334,154, or by monomeric compounds, as in US Pat. No. 3,382,207. However, the presence of significant amounts of halogens has been found to be detrimental to the properties of polycarbonate, and a number of additives, such as those proposed in U.S. Pat. No. 3,647,747, have overcome these adverse effects. It is proposed to. Another method is to add various organic and inorganic metal salts to impart the desired flame retardancy.
U.S. Pat. No. 3,775,367 discloses the use of about 0.01 to 1% by weight of alkali metal perfluoroalkane sulfonate salts and shows that the presence of halogens on the polymer backbone or by additive compounds increases the flame retardant efficiency of these salts. It shows. U.S. Patent No. 3836490
The No. 2003-2011 designates the use of 0.00005 to 0.1% by weight of selected organic alkali salts of carboxylic acids in halogen-free or halogen-containing polycarbonates. In this case the salt is soluble in the polycarbonate melt. In contrast, German patent no. 2149311 has approx.
Indicates the use of 0.05 to 3.0% by weight of insoluble alkali metal salts, especially salts of minerals, phosphonic acids and sulfonic acids. U.S. Pat. No. 3,535,300 discloses that small amounts of specific metal salts (not including alkali metal salts) attached to the polymer backbone or additives are about 0.01 to 1.
Indicates use in combination with weight percent halogen.
Halogens are said to interact "synergistically" with salts. In either the halogen method or the salt method, two aspects of flame retardancy must be considered. The UL Item 94 test, which has become widely accepted for testing the flame resistance of organic polymers, evaluates a polymer's resistance to being quenched by flame and the ability of the polymer to emit flames when exposed to flame. It is a measure of both the tendency of particles to drip. The latter phase, dripping, has been found to be more difficult to control. U.S. Patent No. 3,876,580 is 2-6% by weight
of glass fibers in combination with 1-3% by weight of halogen (chlorine or bromine) or 0.01-1% by weight of nickel or alkali metal salts have been shown to achieve both flame-retardant properties. . This patent states that if both salt and halogen are added,
It is noted that smaller amounts of each are sufficient to achieve the desired flame retardancy. Finally, DE 25 35 262 A1 shows the addition of fluorinated polyolefins, such as polytetrafluoroethylene, to polycarbonates containing organic alkali metal salts to prevent dripping. All of the above methods have been tried and found to some extent to meet the three main objectives of flame retardancy of thermoplastics. (1) the improvement in the fire resistance of the polymer, measured both by composition and instillation; (2) the improvement of the flame retardant polymer's (3) the use of a very inexpensive system that meets the other two objectives; Clearly, these three objectives are somewhat predetermined and a balance must be sought. For example, certain additives in sufficient amounts may achieve any desired degree of flame retardancy, but with an unacceptable loss of other properties of the polymer. The flame retardancy of polycarbonates can be improved by increasing either the amount or the efficiency of the flame retardant system. The former method is less attractive since other properties of the polymer, especially mechanical properties, usually decrease as the level of chemically introduced halogen or additive increases. The efficiency of the flame retardant system may be increased by reducing the rate of polycarbonate melt flow (thus increasing the relative viscosity and molecular weight). Resins with lower melt flows generally have better mechanical properties and can tolerate higher additive levels. More importantly, however, resins with lower melt flows have an inherent greater resistance to dripping, which, as discussed above, is one of the two aspects of flame retardancy. Unfortunately, reduced resin melt flow has drawbacks. As melt flow decreases, it becomes more difficult to process polycarbonate into finished shapes, especially by injection molding, one of its most important end uses. In addition, processing polycarbonate with lower melt flow typically requires exposing the resin to higher temperatures and for longer periods of time, thus increasing the likelihood that the resin will undergo some degradation during processing. Conversely, the adverse effects of the flame retardant system can be reduced by lowering its amount or by using a system that is better tolerated by polycarbonate. The amount of flame retardant can be reduced by using a more effective system.
For example, replacing chlorine with bromine (Canadian Patent No.
725726 teaches). The less flame retardant that is present, the better the polycarbonate will usually be able to withstand it, but certain flame retardants, such as combinations of iron salts and bromine, have been found to pose special problems of high temperature stability. . Naturally, one should choose a flame retardant system that achieves both the desired flame retardancy and the desired mechanical properties and is also inexpensive. Generally, flame retardants that are more readily available or more easily synthesized are somewhat less expensive. For example, the organic alkali metal carboxylates of US Pat. No. 3,836,490 are cheaper and more readily available than the alkali metal perfluoroalkane sulfonates of US Pat. No. 3,775,367. However, increasingly more stringent requirements are making it even more difficult to meet both criteria 1 and 2. Many conventional flame retardant systems are unable to achieve the required flame retardancy;
Still retains suitable mechanical properties. for example,
A high degree of flame retardancy, such as 94V-0 in UL item 94, is required at a thinner cross section, such as 1.6 mm. As the cross-sectional thickness decreases, the difficulty of achieving the required flame retardancy increases. The combination of polytetrafluoroethylene (PTFE) and certain alkali metal salts of inorganic acids interact synergistically to give polycarbonates with them a high degree of flame retardancy, even when these additives are present in small amounts. It was found here that it gives It has also been found that the presence of small amounts of halogens, particularly chlorine or bromine, synergistically increases the effectiveness of the PTFE and salt combination. The polytetrafluoroethylene must be of a type that forms fibrils when sheared and is present in an amount sufficient to reduce the tendency of the polycarbonate to drip, preferably about 0.01 based on the weight of the total composition.
~1% by weight must be present. The alkali metal salt should be present in an amount sufficient to reduce the flame extinction, ie, ability to support combustion, of the polycarbonate, preferably from about 0.01 to 1% by weight, based on the weight of the composition. In embodiments using chlorine or bromine, the halogen is attached to a carbon atom attached to an aromatic ring and should be present in an amount sufficient to enhance the flammability of the polycarbonate, alkali metal salt, and PTFE composition. Preferably, the halogen should be present at about 0.05 to 1% by weight, based on the weight of the total composition. Polytetrafluoroethylene suitable for use in the present invention is well known and commercially available. It should have the property of forming fibrils when subjected to shear. Among the suitable polytetrafluoroethylenes are those described in US Pat. Nos. 3,005,795 and 3,671,487 and German Pat. PHFE
A particularly preferred form is available from DuPont as Teflon Type 6 and designated Type 3 by ASTM. Conveniently, polytetrafluoroethylene is used in an amount up to about 2% by weight, based on the weight of the total composition. However, it is preferred to use between about 0.01 and 1% by weight, and more preferably between about 0.05 and 0.2% by weight. Inorganic acid alkali metal salts useful in the present invention include:
K 3 ALF 6 /KAlF 4 , KPF 6 , Na 2 S 2 O 5 , NaSbF 6 ,
They are Na2B4O7 , K2SiF6 , K4P2O7 and KBF4 . Salts may be used in effective amounts up to about 2% by weight, based on the weight of the total composition. It is preferred to use less than about 0.01% by weight, more preferably no less than about 0.1% by weight. It is preferred to use no more than about 1% by weight, and more preferably no more than about 0.5% by weight. More than 2% by weight of salt does not reduce its effect on flame retardancy, but it reduces other properties of the polycarbonate to a greater extent than is justified by the flame retardant improvement achieved. Salts suitable for use in the present invention are substantially insoluble in polycarbonate. It is believed that such salts will have very limited mobility in polycarbonate matrices at room temperature and will therefore be less susceptible to problems such as leaching. These salts should also reduce the tendency to concentrate on the surface or plate out during molding. The halogen bearing can be any monomeric or polymeric compound having a chlorine or bromine atom directly attached to a carbon atom attached to an aromatic ring. Compounds containing high concentrations of chlorine or bromine are preferred because they provide the same halogen content at lower additive concentrations. It is believed that the chlorine or bromine atoms are the active parts of these additives with respect to flame retardancy. Among monomeric compounds, those having a phenyl or diphenyl structure are preferred, and those having an ester or carbonate bond are particularly preferred. Among the polymeric compounds, polyesters or polycarbonates derived from aromatic monomers substituted with chlorine or bromine are preferred, such as 2,2-bis-
(3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl)
Particular preference is given to polycarbonate copolymers based on halogen-substituted or halogen-free aromatic dihydroxy compounds such as -propane and 2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)-propane. Suitable polymers include the oligomers shown in US Pat. No. 3,855,277 and the high molecular weight polymers of US Pat. Nos. 3,334,154 and 3,751,400. Of course, the halogen may be directly attached to the polycarbonate skeleton that constitutes the majority of the composition. Chlorine or bromine may be present in effective amounts up to about 3% by weight. In this embodiment, it is preferred to use at least about 0.05% by weight of halogen;
It is also preferred to use no more than about 1.0% by weight. It is particularly preferred to limit the halogen content to between about 0.1 and 0.5% by weight. Higher halogen contents are bad because they tend to cause resin decomposition, as discussed in US Pat. No. 3,876,580. In the present invention, such high amounts are not justified by the improved flame retardancy thereby achieved. The polycarbonates useful in this invention are based on aromatic dihydroxy monomers and are thermoplastics. These include those described in the US patents discussed above in the Background of the Invention, the descriptions of which are incorporated herein by reference. Suitable polycarbonates include, for example, U.S. Pat.
Also included are branched polycarbonates such as those described in US Pat. No. 3,799,953 and 3,897,392 and US Pat. Preferred polycarbonates are those which can be prepared from di-(monohydroxyaryl)-alkanes and derivatives of carbonic acid, such as phosgene or chloroformates. Particularly preferred polycarbonates are those which can be prepared from 4,4'-dihydroxydiarylmethane. The most preferred polycarbonate is 2,2-bis-
It is based on (4-hydroxyphenyl)-propane. The polycarbonate should have a molecular weight such that it is a thermoplastic solid at room temperature. Preferably polycarbonate is about 10000~
It has a weight average molecular weight of between 200,000 and more preferably exhibits a melt flow of between about 1 and 24 grams per 10 minutes (measured according to ASTM Standard D1238, Condition 0). The polycarbonate compositions of the present invention may also contain other conventional stabilizers such as pigments, dyes, UV stabilizers, heat stabilizers, mold release agents and fillers. However, reinforcing agents such as fillers and glass fibers tend to reduce some mechanical properties such as impact strength, and their addition may also lead to desirable improvements in other mechanical properties such as stiffness. If it does not occur, it must be avoided. especially,
The addition of glass fibers is unnecessary to achieve satisfactory flame retardancy. The compositions of the present invention may be made by any method commonly known in the art. For example, various additives may be dry mixed with polycarbonate pellets and the mixture may be extruded. Alternatively, additives may be metered into the devolatilizing extruder as the polymer is being recovered from solution. of course,
Additives soluble in the polycarbonate process solvent may be added to the polycarbonate solution, and polycarbonate soluble may be added to the melt. The only requirement is that the additives are completely dispersed and
The added polytetrafluoroethylene undergoes sufficient shear to form fibrils in the polycarbonate matrix. The polytetrafluoroethylene may be subjected to shearing prior to addition to the polycarbonate, and it is believed that such prefibrillation increases flame retardancy and makes the additive effective at lower levels.
(On the other hand, the necessary shear may be imparted by some final molding operation, such as injection molding.) Without limiting the breadth of the invention, Applicant acknowledges that polytetrafluoroethylene may be used in the present invention. It is believed that it works by forming a fine fibrillar network in the matrix as described in US Pat. No. 3,005,795. Applicants are therefore open to any pretreatment or method of incorporation of polytetrafluoroethylene that would help to promote the formation of such networks. Examples Tables 1 and 2 include Examples 1-28. Tables 1 and 2 list the results of flammability tests according to the Underwriters Laboratory Item 94 (UL94) standard. Table 2 also includes
Contains test results using IBM6-0430-102. For UL94 testing, individual specimens of dimensions 120 mm x 12.7 mm x indicated thickness are clamped vertically and 20 mm high.
exposed to the blue gas flame twice for 10 seconds each,
Place the top of the gas burner approximately 10 cm from the bottom edge of the specimen. The specimen is covered with a horizontal layer of surgical cotton.
Place it 30.5cm above. To classify the substance, five specimens are tested. The following criteria are decisive for classification. 94V-2 Average combustion time after flame release 25 seconds Maximum allowable post flame release combustion time after any one flame contact 30 seconds Substance may drip while burning 94V-1 Post flame release combustion The time corresponds to that of 94V-2. Substances must not drip while burning. 94V-0 Average combustion time after flame separation 5 seconds Maximum allowable combustion time after flame separation 10 seconds Material must drip while burning. For the IBM6-0430-102 test, a specimen with dimensions of 120 mm x 10 mm x indicated thickness is hung vertically and
Expose to a 20mm Bunsen burner flame (no air supplied). The distance of the tip of the Bunsen burner from the bottom edge of the specimen is 10 mm. Expose the specimen to the flame without continuing to burn for more than 30 seconds after the flame has separated, and without burning particles dripping from the specimen and igniting the cotton wool ball placed below the specimen. Determine when you can. A substance separates from a Class A substance if, after a flame exposure time of 60 seconds, the substance disappears within 30 seconds without producing any flame droplets. Class B materials are those which extinguish after a flame exposure time of 5 seconds or longer but cannot withstand a flame exposure time of 60 seconds without exceeding those previously mentioned. Thus, for example, if a material extinguishes within 30 seconds for a flame exposure time of up to 45 seconds, it would be classified as Class B/Indicated Thickness/45 seconds. In the examples, the polycarbonate pellets described above are mixed in the dry state with various amounts of flame retardant additives by so-called shaking. The pellets are then extruded using a mixing screw at about 260°C to give ribbons and then shredded to give granules. Next, these fine particles are transformed into the required test piece using an injection molding machine at approximately 300°C. Melt flow values were determined according to ASTM D1238, condition 0. The base polycarbonate resin loaded with additives was a condensation product of phosgene and 2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)-propane. The melt stability of the example compositions was determined at 300°C. The Instron stability test used measured the melt viscosity of the polymer (poise x 10 -4 ) and shear rate of 72 sec -1 on the polymer after 5, 35 and 65 minutes of residence time in an Instron barrel at 300°C. do. The change in viscosity measured between 5 and 65 minutes in this test is a good indication of the stability of the polymer tested. If there is a significant drop in viscosity between 5 and 65 minutes, the polymer is considered unstable. However, if the difference in viscosity is small between 5 and 65 minutes, the polymer is stable. All compositions were found to be stable.
【表】
(1) テトラクロロBPA/BPA共重合体(塩素10
重量%)塩化メチレン中25℃の相対粘度が溶媒
100ml中樹脂0.5gで測定して1.281
(2) 次の構造を有するテトラクロロBPAのビス
2,4―ジクロロベンゾエート(塩素40重量
%)
(3) テフロンT―6及び6C(ASTMタイプ3ポ
リテトラフルオロエチレン粉末)
(4) 次の構造を有するN―メチルテトラクロロフ
タルイミド(塩素47.4重量%)
[Table] (1) TetrachloroBPA/BPA copolymer (chlorine 10
wt%) Relative viscosity at 25℃ in methylene chloride is the solvent
1.281 measured with 0.5 g of resin in 100 ml (2) Bis-2,4-dichlorobenzoate (chlorine 40% by weight) of tetrachloroBPA with the following structure: (3) Teflon T-6 and 6C (ASTM Type 3 polytetrafluoroethylene powder) (4) N-methyltetrachlorophthalimide (chlorine 47.4% by weight) having the following structure:
【表】【table】
【表】
第1表においてとくに興味のあるのは実施例12
〜15である。上述のように、ポリカーボネートの
メルトフローはその難燃性に対してかなりの影響
を有し、一般にメルトフローの高い樹脂はかなり
劣つた難燃性特性を有する。しかし、かなり高い
メルトフローを有するこれらの4種の組成物はす
べて94V―0の3.2mmにおけるUL―94の等級を達
成することが可能である。
第2表は、芳香族ポリカーボネート/無機酸
塩/フイブリル成形ポリテトラフルオロエチレ
ン/芳香環に結合した塩素または臭素を含む化合
物からなる本発明の新規な組成物が相乗効果で先
行技術の組成物に軟べて優れた難燃性特性を有す
ることを示している。
第2表に示すように、同じ芳香族ポリカーボネ
ートが個々に、0.25、050及び1.00重量%の
KBF4、ブレンドされ(実施例16,17及び18)、
0.10、0.50及び1.00重量%のフイブリル形成ポリ
テトラフルオロエチレンとブレンドされ(実施例
19,20及び21)、そして1.00及び2.00重量%のテ
トラクロロフタル酸無水物(塩素52重量%)とブ
レンドされた(実施例22及び23)。しかしなが
ら、これら1種類の添加剤とブレンドされたポリ
カーボネートは(そして3種類の添加剤の中の2
種類とブレンドされたポリカーボネート(実施例
24,25及び26)さえも)、UL―94試験又はIBM6
―043―102試験に従う難燃性特性は劣つている。
これに対して0.25重量%のKBF40.10重量%のフ
イブリル形成ポリテトラフルオロエチレン及び
0.50重量%のテトラクロロフタル酸無水物を含む
本発明に従う実施例27の組成物は優れた難燃性特
性を示している。留意すべきことは、実施例27の
組成物は3種類の添加剤を夫々最小量含むにも拘
らず、個々の添加剤を単独に実施例27の10倍も含
む組成物よりも改善された難燃性特性を示すとい
うことである。
したがつて本発明の組成物は難燃剤系に普通要
求される3つの基準への合致における技術的な進
歩を表わす。それらは低いレベルの添加物(ある
場合には1%以下または0.5重量%でさえ)にお
いて高いレベルの難燃性を与えるが、安価な添加
物の使用にもかかわらず、すぐれた熱安定性をす
ぐれた機械的性質を保持する。とくに本発明の組
成物は3.2mmにおいて94V―0の、または少量の
塩素もしくは臭素を用いる具体例においては1.6
mmにおいて94V―0のUL94の等級を有するが、
300℃における融液の安定性と良好な機械的性質
が維持される。[Table] Of particular interest in Table 1 is Example 12.
~15. As mentioned above, the melt flow of a polycarbonate has a significant influence on its flame retardancy, and generally high melt flow resins have considerably poorer flame retardant properties. However, all four of these compositions with fairly high melt flows are capable of achieving a UL-94 rating at 3.2 mm of 94V-0. Table 2 shows that the novel composition of the present invention consisting of aromatic polycarbonate/mineral acid salt/fibril-formed polytetrafluoroethylene/compound containing chlorine or bromine attached to an aromatic ring has a synergistic effect on the compositions of the prior art. It shows that it softens and has excellent flame retardant properties. As shown in Table 2, the same aromatic polycarbonates contained 0.25, 050 and 1.00% by weight, respectively.
KBF 4 , blended (Examples 16, 17 and 18);
Blended with 0.10, 0.50 and 1.00 wt% fibril-forming polytetrafluoroethylene (Example
19, 20 and 21) and blended with 1.00 and 2.00% by weight of tetrachlorophthalic anhydride (52% by weight chlorine) (Examples 22 and 23). However, polycarbonate blended with one of these additives (and two of the three)
Types and blended polycarbonates (example
24, 25 and 26)), UL-94 test or IBM6
The flame retardant properties according to the -043-102 test are poor.
For this, 0.25% by weight of KBF 4 0.10% by weight of fibril-forming polytetrafluoroethylene and
The composition of Example 27 according to the invention containing 0.50% by weight of tetrachlorophthalic anhydride shows excellent flame retardant properties. It should be noted that although the composition of Example 27 contained minimal amounts of each of the three additives, it was improved over the composition containing 10 times as much of each additive alone as in Example 27. This means that it exhibits flame retardant properties. The compositions of the present invention thus represent an advance in the art in meeting the three criteria normally required of flame retardant systems. They provide high levels of flame retardancy at low levels of additives (less than 1% or even 0.5% by weight in some cases), but despite the use of inexpensive additives, they exhibit excellent thermal stability. Retains excellent mechanical properties. In particular, the compositions of the present invention have a 94 V-0 at 3.2 mm, or 1.6 in embodiments using small amounts of chlorine or bromine.
It has a UL94 rating of 94V-0 in mm,
Melt stability and good mechanical properties at 300°C are maintained.
Claims (1)
の、K3AlF6/KAlF4、KPF6、Na2S2O5、
NaSbF6、Na2B4O7、K2SiF6、K4P2O7および
KBF4から選ばれる少なくとも一つの無機酸ア
ルカリ金属塩、 (c) 全組成物の重量に基づいて0.01〜1重量%
の、フイブリル形成ポリテトラフルオロエチレ
ン、ならびに、 (d) 芳香環に結合した塩素または臭素を含み、そ
の塩素または臭素の量が全組成物の重量に基づ
いて0.05〜1.0重量%である化合物 から成ることを特徴とする難燃性成形用組成物。Claims: 1. (a) Thermoplastic aromatic polycarbonate; (b) 0.01 to 1% by weight, based on the weight of the total composition.
, K 3 AlF 6 /KAlF 4 , KPF 6 , Na 2 S 2 O 5 ,
NaSbF 6 , Na 2 B 4 O 7 , K 2 SiF 6 , K 4 P 2 O 7 and
at least one inorganic acid alkali metal salt selected from KBF 4 ; (c) 0.01 to 1% by weight based on the weight of the total composition;
and (d) a compound containing chlorine or bromine attached to an aromatic ring, the amount of chlorine or bromine being from 0.05 to 1.0% by weight, based on the weight of the total composition. A flame-retardant molding composition characterized by:
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