JPWO2017017780A1 - 難燃剤及び難燃熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
従来の難燃剤では、難燃性評価では安定して良好な難燃時間を確保できず、過剰の難燃剤配合が必要であり、熱可塑性樹脂の熱変形温度を代表とする物性の低下や、難燃付与が困難であった。特に、本発明の難燃剤は、ガラス繊維等の繊維強化熱可塑性樹脂及び薄肉製品における難燃性を大幅に改善することができる。また取り扱いに課題のあった粘稠液状リン酸エステル難燃剤を固形化することができ、難燃性熱可塑性樹脂製造時における課題を解決することができた。
1回目着火、2回目着火の過酷な熱環境において、熱分解もしくは蒸発しない当該縮合リン酸エステルよりも耐熱性のある難燃剤が期待されていた。
また、ガラス繊維、炭素繊維などの繊維強化熱可塑性樹脂においては、当該繊維が熱伝導良好なことから、火炎温度を製品内部に伝搬する役割となって製品内部での樹脂分解を促進させ、可燃ガスを繊維に沿って表面に供給することで燃焼が継続し、難燃性は低下する。一般的に、繊維強化熱可塑性樹脂の難燃性は、非強化系に比べて困難と言われている理由である。
縮合リン酸エステルの多くは、保管状態もしくは作業現場の温度では液状である。液状とは、液状、ゾル状、糊状、ゼリー状態を指し、温度を上げて粘度を低下させてもなお粘稠な液状である。このことから、樹脂とのコンパウンド作業の各工程では、次のような課題がある。
(a)計量装置・器具・ポンプ等難燃剤が接触する部位に粘着することから、配合量の正確性に問題がある。
(b)粘度の温度依存性が非常に強いために、体積管理フィーダーでは作業温度変化につれて配合量が変化することもある。いずれにしても、作業現場もしくは当該難燃剤の温度管理が非常に重要である。
(c)一般的に、押出混練機を使用して熱可塑性樹脂と液状物を溶融混練する場合は、押出シリンダーホッパー側のNo.1の供給口から熱可塑性樹脂を供給し、温度とスクリュウとバレル間の剪断により溶融可塑化をしながらダイスに向かって送られる。シリンダーの途中にNo.2の供給口があり、この供給口にポンプにより液状物は供給される。このとき、樹脂温度に対して供給される液状物は低温であることから、可塑化した樹脂は冷却されると同時に極端に粘度の異なる物質との混合されることから、No.2の供給口からダイスの間の混練においては高い剪断をもたらすスクリュー設計の工夫やもしくは長い滞留時間をかけて分散させることが必要となる。また、ポリマーアロイやガラス繊維、無機フィラーとのブレンドにおいて成分の一部または全部をNo.2、No.3の供給口から供給することがある。このとき難燃剤と同一の供給口から供給すると、供給装置の物理的配置制約や、粘度変動が更に大きくなり、ダイス近くでの脱ガス(ベント)部から樹脂が出てくる事態も発生する。
以上の課題から、難燃剤は固形が好ましい。液体添加供給装置が付帯済みであっても、固形難燃であれば、No.1の供給口から投入でき、当該装置を別機能性付与に利用することは材料性能拡大において極めて大きい意味がある。
我々は、ポリマーアロイの技術開発を長年追求してきた結果として、ドメインーマトリックスの形態において、それぞれに分散されうる難燃剤が必要であり、その結果、経済合理性のある難燃剤配合が可能になるものと考えた。
かかる熱可塑性高分子量リン系難燃剤の製造法については、下記の文献が参照される。
線状又は分岐ポリホスホネート化合物又はポリホスホネート共重合体、メラミン誘導体、熱可塑性樹脂の難燃性樹脂組成物(特許文献1)、ジアリルアルキルホスホネート製造法(特許文献2)、ポリカーボネートホスホネートブロック共重合体製造法(特許文献3)、ポリブロックホスホネート-エステル、及びポリブロックホスホネート-カーボネートの製造法(特許文献4)、ポリブロックホスホネート-エステル、及びポリブロックホスホネート-カーボネートの製造法(特許文献5)、ポリホスホネート化合物添加剤組成物(特許文献6)、ポリホスホネート化合物添加剤組成物(特許文献7)が開示されている。
特に、重量平均分子量20,000以上の難燃剤は、既存の縮合リン酸エステル難燃剤の分子量に比較して格段に高いことから、難燃剤の火炎温度における揮散の問題などは解消されると期待された。
難燃剤は、固形でコンパウンド時の取り扱いは非常に良好で、かつ熱変形温度は同社技術資料にあるように従来の縮合リン酸エステル系難燃剤に比較して低下幅は小さい結果であった。
しかしながら、燐濃度は、汎用縮合リン酸エステル難燃剤と同程度であることから、樹脂に対する配合濃度を同等で実験をしたが、難燃性は予期に反して性能発揮はできなかった。同社技術資料によれば、1.6mm肉厚の場合は18%、0.8mm肉厚の場合は35%の難燃剤でV0とあり、我々の実験のシート厚み1.0mm肉厚では推定になるが、約30%の難燃剤が必要となり、縮合リン酸エステル系難燃剤に比較して多くの配合が必要となる。
例えば、ハロゲン系難燃剤の熱安定性(特許文献8)、ホスフィン酸とカルボン酸塩系の熱安定性・流動性改良(特許文献9、特許文献10)、リン系/窒素系難燃剤で難燃断熱層を形成(特許文献11)、固形難燃剤では成形性とブリードアウト問題として液状難燃剤としてウレタン重合(特許文献12)、PC、PPE樹脂のモールドデポジット対策として特定式2種を併用(特許文献13)、熱可塑性樹脂より融点の高い臭素系難燃剤の凝集付着改良相溶化剤作用の低分子臭素難燃剤を併用(特許文献14)、変性ポリフェニレンエーテル系でリン酸エステル・ホウ酸亜鉛、メラミンシアヌレート(特許文献15)などがある。
しかしながら、リン系難燃剤同士の相互長所・短所を埋め合い、長所のみ特性を有する「難燃剤アロイ」に関する先行文献はない。また、難燃剤の熱可塑性樹脂中における形態(モルフォロジー)に言及した先行文献はない。
しかしながら、応力付加で得られる液状(油状物)の固化率は低く、現実的ではない。
本発明は、固形化された難燃剤アロイを熱可塑性樹脂と溶融混練押出機にてコンパウンドする際には利用できることから、生産性が高く、効率面においても非常に有用である。また、No.2の供給口から供給する素材の範囲が広がる。
ポリマーアロイにおける他樹脂、相溶化剤、ガラス繊維や炭素繊維、セルロース繊維、導電カーボン、無機フィラー等を配合アイテムが拡大できることで、新材料が創出できる範囲が拡大するとの有用性は非常に大きいものがある。
化合物(B)組成% ≦ 14.7ln(η)- 85 (式1)
ηは、式A−1、式A−2、又は、前記式A−1及び前記式A−2からなる混合物のブルックフィールド社製B型粘度計(270℃)で測定された粘度(cps)である。
前記熱可塑性樹脂組成物中の前記化合物(A)はドメインとして存在し、前記ドメインの平均径が300nm以下である。
前記熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、スチレン系樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリオレフィン、ポリアミド系樹脂、及びこれら中から選択された少なくとも1つを含有するポリマーアロイである。
前記化合物(B)は、レゾルシノールポリフェニルホスフェート、ビスフェノールAポリクレジルホスフェートである。
化合物(A)は、式A−1及び式A−2のうちの少なくとも1つからなる。つまり、化合物(A)は、式A−1からなる化合物、式A−2からなる化合物、式A−1及び式A−2を含む化合物のいずれかである。
化合物(B)は、リン酸エステル系化合物である。
リン酸エステルとしては、特に限定はないが、モノリン酸エステル、縮合リン酸エステル等を使用することが好ましい。
常温固形の化合物(B)の場合は、化合物(A)といずれの組成で混合しても固形であることは自明の通りである。液状の化合物(B)を固形化するためには、化合物(A)との組成及び化合物(A)の粘度に依存する。化合物(B)が5%未満であれば、分子量に依存せず、多くの化合物(A)と混合することで固形化はするものの、化合物(A)と併用して両方の長所を有する難燃剤組み合わせとは言えない。一方、液状の化合物(B)が80%を超えた組成物は、固形化しても、高温長時間の保管、製造作業現場の環境下では表面粘着を帯び、長時間の保管状態では複数個が凝集した形となる。このとき、機械的に剪断をかければ、凝集体は分離することが多いが、作業工程の増加もあり、好ましくない。
液状化合物(B)が化合物(A)に対してどの範囲にあれば固形化できるか綿密に実験をした。実験サンプルの燐濃度が3〜20%との範囲で実験をした結果であり、範囲外の濃度を有するサンプル間でも蓋然性は成立するものと推定はされるが、実験結果は極めてシンプルな関係があることを見出した。それは、化合物(A)の溶融粘度と非常に強い相関があり、高い分子量=溶融粘度を有する化合物(A)と化合物(B)の割合は30/70重量%まで包含する固形化が達成することが分かった。
ここで、ηは、式A−1、式A−2、又は、式A−1及びA−2からなる混合物のブルックフィールド社製B型粘度計(270℃)で測定された粘度(cps)である。
一般的に、液状縮合リン酸エステルが固形のポリカーボネート樹脂と溶融混練された組成物で大凡20重量%までは包含できるが、20重量%超の配合では製品表面にブリードアウトしてくることが観測される。このことから、化合物(A)に化合物(B)が相当の高濃度まで混合し固形化するとは予想すらできないことであった。これにより、液状化合物(B)が固形化されることは工業上極めて有意義である。
本発明の対象となる熱可塑性樹脂は、エンジニアリング樹脂に好適であり、例えば下記の樹脂である。但し、下記に例示される樹脂に限定されることはない。
例えば、ポリカーボネート系樹脂は、芳香族ポリカーボネート、脂肪族ポリカーボネート、芳香族−脂肪族ポリカーボネートである。芳香族ポリカーボネートは、芳香族ヒドロキシ化合物又はこれと少量のポリヒドロキシ化合物を、ホスゲン又は炭酸のジエステルと反応させることによって得られるが、芳香族ヒドロキシ化合物を植物由来のイソソルバイドに変えたものも含まれる。それぞれ分岐化剤導入、難燃アシスト目的のシロキサン構造を有する両末端フェノール性OH基含有のポリマー又はオリゴマーを使用することもできる。
(b)ポリエステル系樹脂
例えば、ポリエステル系樹脂は、ポリエチレンフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート、LCPである。
(c)ポリアミド系樹脂
例えば、ポリアミド系樹脂は、ポリアミド6、ポリアミド6−6、共重合ポリアミド6/6−6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド4,ポリアミド4−6、ポリアミド6−10、及び非晶ポリアミドである。
(d)ポリアクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂
(e)ポリスチレン系樹脂
例えば、ポリスチレン系樹脂は、高衝撃ポリスチレン、シンディオタクチックポリスチレ、ポリアクリルニトリルブタジエン共重合体である。
(f)ポリフェニレンエーテル系樹脂
(g)ポリフェニレンサルファイド系樹脂
(h)ウレタン系
例えば、ウレタン系は、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンエラストマーである。
(i)ポリスルホン
(j)ポリエーテルエーテルケトン
(k)ポリアリレート
このようなポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ4メチルペンテン−1、エチレンーアルファオレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン系アイオノマー樹脂、エチレン−プロピレン共重合エラストマー、エチレン−ブテン共重合エラストマー、エチレン−ヘキセン共重合エラストマー、エチレン−オクテン共重合エラストマー、エチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネン共重合体などがあり、同じく50重量%を超えない範囲であればABAタイプのエラストマーも対象となる。
コアシェルエラストマーとしては、メタクリル酸エステル−ブタジエン−スチレン系コア・シェルグラフト共重合体、メタクリル酸エステル−アクリロニトリル−スチレン系コア・シェルグラフト共重合体、タクリル酸エステル−シリコン−スチレン系コア・シェルグラフト共重合体アクリル酸エステル系コア・シェルグラフト共重合体等が挙げられる。
難燃剤補助として、モンモリロナイト、クレーなどの層状無機化合物、カーボンナノチューブなどが好ましい。
尚、本発明における難燃剤組成物及びこの難燃剤組成物を含む熱可塑性樹脂組成物は、例えば、化合物(B)が縮合型リン酸エステル難燃剤であり、化合物(A)の式A−1及び式A−2におけるR1が水素、R2及びR3がメチル基である。
難燃剤A、熱可塑性樹脂、難燃剤Bを同時に溶融混練として得る方法においては、通常の熱可塑性樹脂組成物との製造においては、各種混練機、例えば、1軸および多軸混練機、バンバリーミキサー、ロール、ブラベンダープラストグラム等で、上記成分を溶融混練した後、冷却固化する方法が適用されるが限定されるものではない。
しかしながら、混練機が2軸押出機のような連続式混練機において、さらに有利である。2軸押出機等の押出機においては、スクリュー、ニーディングディスク、ローター等の各種エレメント及びシリンダーの長さや形状、原材料の供給口の位置や数を自由に組み替えることができるため、熱可塑性樹脂種類、難燃剤Aのグレード、難燃剤B(リン酸エステル)の種類の配合に応じて、適宜組み替えて使用することができる。例えば、2軸押出機を用いて、原材料供給口を最初のシリンダー上部(No.1供給口)と最初のシリンダーとダイヘッドとの中間のシリンダー上部(No.2供給口)の2箇所に設定し、No.1供給口とNo.2供給口の間(上流部)及びNo.2供給口とダイヘッドの間(下流部)にニーディングディスクを適宜配置し、所定の温度にした後、NO.1供給口から熱可塑性樹脂及び難燃剤Aを供給し、No.2、No.3供給口から化合物B(リン酸エステル難燃剤)を供給する方法などを挙げることができる。但し、化合物(B)が液状難燃剤であるときは、液体供給装置が必要である。
例えば、一般的に、加熱ジャケット及び攪拌装置付きのタンクであれば可能である。このことは、工業的には、液状難燃剤製造工程に織り込み、取り出し冷却により容易に常温で固形の難燃剤組成物(化合物C)を得ることができる。
化合物Aが高分子量であることを利用して、混練装置を利用することが可能であるが、この場合でも2軸混練押出機が有用である。すなわち、No.1供給口から化合物Aを供給し、溶融可塑化した後、No.2供給口から液状化合物Bを供給し、混練しダイスからストランドを押出し、水冷、空冷後ストランドカッターにて所望のサイズに裁断されたペレットを得ることができる。
得られた難燃剤ペレットを更に熱可塑性樹脂と混合する場合は、同様の溶融混練押出機にて組成物を得ることが好ましいが、成形時に直接原料と配合して成形する場合もあり得る。
以下に、本発明を実施例によって詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは無い。
図1は、本発明の実施例に用いた実験装置及び評価方法を示す。図2は、本発明に関する実験に使用した材料の内容を示す。
図3を用いて、本発明の難燃剤アロイに係る実施例及び比較例について説明する。
[実施例−1]
東洋精機製作所(株)製プラストミルにFRX-Polymer社製FRX100Lと大八化学製CR741を、図3の割合(60/40重量部)で供給する。ジャケット温度240℃、ローター回転数80rpm、5分間溶融混練後に取り出し、冷却プレスにて固形のシートを得た。シートは粘着を帯びることなく、ハサミにて1〜5mmの大きさに裁断した。
[実施例−2、実施例−3]
実施例−1の難燃剤の配合を図3のように変え(実施例−2は50/50重量部、実施例−3は40/60重量部)、同様の実験を行った。その結果、液状難燃剤の比率が高くなっても、固形のシートで粘着性はない。
実施例−3の同様の難燃剤組み合わせを、2軸混練機にて実験した。No.1供給口からはFRX100Lを供給し、シリンダー温度210℃、スクリュウ回転数150rpm.にて可塑化した。No.2供給口から液体CR741を所定量供給した。No.2部の温度は80℃に抑え、可塑化した樹脂との剪断混練を強化するとともに、ストランドが曳くことができる温度に設定した。
ストランドは、水槽にて冷却され巻き取り裁断装置にてペレットを得た。
ペレット外観は粘着がなく、ペレット同士の密着は観察されなかった。
実施例−4と同様の混練機を用いて、図2の難燃剤配合(FRX100L;CR741:30/70重量部)を実施した。この時のNo.2供給口のシリンダー温度は60℃とした以外は実施例−4と同様であった。液状難燃剤が70重量%を包含しても固形であることは、従来見聞していない現象である。
[実施例−6、実施例−7]
FRX100Lをコポリマータイプ(A−2)のFRX-Polymer社製CO95-2に変え、同じく2軸混練機でCR741との溶融混練を実施した。配合比はそれぞれ50/50重量部、40/60重量部である。
このときのNo.1シリンダー温度は200℃、No.2部の温度は70℃とした。
いずれの結果も固形化されたペレットを得た。
FRX100Lを同様に分子量が高い分岐ポリマーHM1100に切り替え、実施例−3と同様に、プラストミルにて溶融混練した。その結果、実施例−3と同様に、固形化したシート及び粘着性のない裁断ペレットを得た。
[実施例−9]
実施例−2のCR741をCR733Sに切り替えて、同様の実験をした。その結果、粘稠液状CR733Sであっても固形化が可能と判断した。
実施例−1のCR741を大八化学TPPに切り替えて、同様の実験をした。その結果、固形化は確認できた。但し、プラストミルからはTPP揮散が激しく、高温の成形加工されるエンジニアリングプラスチックスには問題がある。但し、比較的低温成形が可能材料やエンジニアリングプラスチックスでも低温成形可能材料とのブレンド、ポリマーアロイ系においては当該組成物を利用する価値はある。
[実施例−11]
実施例−2のCR741を大八化学PX200に変えて実験した。PX200は融点95℃で常温では固形であり、溶融混合物も固形であるが、この場合、両者とも固形であることから実用スケールで工業化する場合は、No.1供給口から同時に供給することが可能であるので有用である。
実施例−2のFRX100LをFRX CO95-1に切り替え、プラストミルにて溶融混練を実施した。混練条件は、実施例−1と同様であった。FRX CO95-1が50重量%、液状CR741が50重量%であるが、固形化が可能であった。
[実施例−13]
実施例−12のFRX CO95-1とCR741の組成を30/70重量部に変更し、プラストミルにて溶融混練を実施した。混練条件は、実施例−1と同様であった。FRX CO95-1が30重量%、液状CR741が70重量%であるが、固形化が可能であった。実施例−5で適用したFRX100Lと同様に、高粘度であればホモ、コポリマーによらず、多量の液状縮合リン酸エステルを固形化できることが判明した。
実施例−7の難燃剤配合比をFRX CO95-2 ; CR741を30/70重量部に変えて、実験をした。その結果、ストランドを曳くことは可能であるが、水槽をパスするには溶融粘度が低いため、メッシュベルトコンベア上で空冷をして裁断した。裁断ペレットは少しではあるが粘着性を帯びており、融着したペレットが見られた。FRX100Lに比較して相対的に粘度の低い化合物(A)には70重量部の液状難燃剤を包含できないと判断した。
一方、実施例−13では、同組成であるが、FRX CO95-1は固形化が達成していることを比較すれば、FRX-PolymerがタイプA−1(ホモポリマー)、タイプA−2(PC共重合体)の種類別ではなく、粘度支配であることが明確となった。
[比較例−2]
難燃剤をFRX100LからFRX5000に切り替え、その組成を75:25とFRX5000リッチ系をプラストミルにて溶融混練した。結果は、粘着性があり、一部裁断品が密着していた。FRX5000の粘度は、FRX CO95-2より更に低いことが判明している。
常温固形(融点95℃)の縮合リン酸エステル系難燃剤であるPX200は、液状難燃剤(代表例としてCR741)を包含することが可能か調べた。その結果は、プラストミル中でゼリー状になるだけで、ジャケットを取り外すと水飴状に垂れ落ち、これを冷却プレスしても水飴状であった。因みに、PX200のB型粘度では測定限界以下であった。
以上のことから、液体難燃剤を包含できる化合物(A)の分子量とは強い相関があることが判明した。分子量の目安として、B型粘度計における低剪断領域における粘度を調べたところ、包含できる組成には粘度に対して閾値が存在することが判明した。
図4を用いて、本発明の難燃剤アロイの難燃性評価について説明する。
[実施例−14]
三菱エンジニアリングプラスチックス社製ポリカーボネート・ユーピロンS-2000の84重量部と実施例−1で製造された難燃剤アロイ16重量部、及びダイキン(株)製フッ素樹脂FA-500H0.3重量部を計量し、プラストミル混練機にてコンパウンドした。ジャケット温度280℃、ローター回転速度は60rpm、5分間混練した。
その後、溶融樹脂をプラストミルから取り出し、ステンレスシート(200mm×200mm 2mm厚さ)の上に敷かれた1mm高、内寸120mm×110mmの長方形の型枠の中に置き、その上にステンレスシート(同サイズ)を乗せ、スペーサーの中に置き、プレス温度210℃、加圧3MPaで5分間、加圧圧縮成形をした。その後、冷却プレスにて冷却しプレスシートを得た。次に、得られたシートから長さ120mm幅10mmの短冊10本を切り出し、その中から厚み変動の少ない5本を選択し、難燃評価のサンプルとした。燃焼試験法はUL94に準拠して実施した。この結果、1回目着火でも5秒以内に鎮火し、2回目着火延焼時間のトータルでも10秒を超えるサンプルはなく、5本平均の延焼時間は1.8秒であった。その間のドロッピングは認められなかった。熱変形温度サンプル用には同様にコンパウンドし、JIS K7179に準拠した肉厚4mm、幅10mm、長さ80mmサンプルを測定した。その結果、1.8MPa荷重下での熱変形温度は118℃であった。
実施例−14における難燃剤を、実施例−2で製造した難燃剤アロイに代え、同様の実験を実施した。この場合の燃焼時間は1.2秒と非常に優秀で、安定した難燃性を示した。
[実施例−16]
実施例−14における難燃剤を、実施例−4で製造した難燃剤アロイに代え、同様の実験を実施した。この場合の燃焼時間は2秒と非常に優秀で、安定した難燃性を示した。
実施例−14における難燃剤を、実施例−5で製造した難燃剤アロイに代え、同様の実験を実施した。この場合の燃焼時間は3.2秒と安定した難燃性を示したが、ややCR741が増量するにつれて2回目着火時間が長くなり、トータル平均燃焼時間を長く押し上げた。
[実施例−18]
実施例−14における難燃剤を、実施例−12で製造した難燃剤アロイ(FRX CO95-1/CR741 50/50)に代え、同様の実験を実施した。この場合の燃焼時間も2秒と非常に優秀で、安定した難燃性を示した。
実施例−14における難燃剤を、実施例−11で製造した難燃剤アロイ(FRX 100L/PX200 50/50)に代え、同様の実験を実施した。この場合の燃焼時間も1.2秒と非常に優秀で、安定した難燃性を示した。
[実施例−20]
実施例−14のポリカーボネートを、PC/ABSアロイ(三菱エンジニアリングプラスチックス社製MB2210R)に代えて、同様の実験を行った。その結果、燃焼時間は4.6秒であった。
実施例−14の難燃剤をFRX100L単独に代えた。その結果、燃焼時間は平均では9.5秒であったが、5本中2本の燃焼時間が長く、UL94 V1であった。
FRX-Polymer社の技術資料によると、1mm肉厚の燃焼時間は記載されていないが、肉厚1.6mmでは20%、0.8mmでは35%の配合量でV0とあることから、本比較例の15部ではV0は到達しえないことと一致している。但し、熱変形温度は124℃と高い結果を示した。
実施例−14の難燃剤をCR741単独に代えた。その結果、燃焼時間は平均では5.5秒であったが、5本中1本の燃焼時間が長く、UL94 V1であった。1回目着火での燃焼時間は短いが、2回目着火での燃焼時間が長い特徴がある。熱変形温度は110℃で従来既知の縮合リン酸エステル難燃剤配合による耐熱性を示した。
[比較例−6]
実施例−20の難燃剤をCR741単独に代えた。その結果、燃焼時間は11秒であった。
図5を用いて、本発明の難燃剤アロイの分散形態について説明する。
比較例−4は、燐濃度が同程度の実施例−14、実施例−15と比較して、FRX100L単体での燃焼時間が長い。この原因について、分散形態を観察した。尚、観察装置、画像処理については、図1に示す通りである。
分散形態を観察した結果、FRX100Lは、分子構造の一部がPCと類似しているとは言え、PCマトリックス中にドメインとして存在し、比較例−4では最大分散径は998nm、平均粒子径325nm、最小分散径115nm、分散径の偏差値は172であった。これに対して、燃焼時間が短い実施例−15の最大粒径は345nm、平均130nmと小さく、偏差値も48と分散が非常に良好であることが分かる。FRX粒子径の界面は画像では不鮮明でありCR741との部分溶解がなされていることが分かる。その一方で、FRXの粒子群の中に液状CR741が包含されるメカニズムを想起させる。
図5にその他の系も含めて例示する。
観察の結果、実施例−24、実施例−14、実施例−15、比較例−4において、1μm以下の球状粒子が確認された。この球状粒子が難燃剤成分と推察される。
図9に示すように、各試料の平均粒子径は、実施例−15<実施例−24≒実施例−14<比較例−4の順で大きくなっていることが確認された。
以上の結果より、本発明の熱可塑性樹脂組成物中の化合物(A)はドメインとして存在し、このドメインの平均径が300nm以下であることが望ましい。また、最大径は700nm以下であることが望ましい。
図6を用いて、本発明に係る難燃剤アロイのガラス強化熱可塑性樹脂材料の難燃性評価について説明する。
[実施例−21]
実施例−1で製造された難燃剤アロイ14部とポリカーボネート56部(難燃剤の樹脂中の濃度は20重量%)に対してガラス繊維30重量部及びフッ素繊維0.3部を配合し、プラストミルにて溶融混練した。ここで、ガラス繊維は、ポリカーボネート樹脂と難燃剤が溶融混合を目視により確認後投入した。溶融温度270℃、時間5分であった。その後のプレスシート作成、燃焼サンプルテスト作成手順は、実施例−14と同様であった。
このUL94燃焼試験の結果、燃焼時間が2.8秒と非常に良好であった。
[実施例−22]
実施例−21の難燃剤を、実施例−2で製造された難燃剤アロイに代えて、同様の実験を実施した。その結果、燃焼時間が2.2秒と非常に良好であった。
実施例−21の難燃剤をFRX100L単独に変えて、同様に実験を実施した。その結果、燃焼時間は7.5秒と比較的良好であったが、実施例−19及び実施例−20の難燃剤アロイ系での結果からみると、長い燃焼時間となった。安心するには、対樹脂濃度20%では、不足気味であると思われる。逆に、実施例−10及び実施例−20では、燃焼時間に余裕があることから、添加量削減が可能である。
[比較例−8]
実施例−21の難燃剤をCR741単独に変えて、同様に実験を実施した。その結果、燃焼時間は11秒であり、V1レベルとなった。ガラス繊維を含まない系では、比較的良好であったCR741ではあるが、ガラス繊維強化系材料では燃焼時間は長くなりやすいことがこの実験でも判明した。実施例−19及び実施例−20の難燃剤アロイの約50%は、CR741であることから考えると、F難燃剤アロイの効果はあることが判明した。
図7を用いて、本発明に係る薄肉製品における難燃性比較について説明する。
[実施例−23]
実施例−1の難燃剤アロイの30部とポリカーボネート70重量部及びフッ素繊維の0.5部を、実施例−14と同様にプラストミルでコンパウンドし、その後0.4mm肉厚のプレスシートを作成した。燃焼時間は7秒で、ドリップ無しの良好な結果を得た。
実施例−23の難燃剤をFRX100L単体に代え、同様の実験を実施した。その結果、燃焼時間は12秒で、5本中1本はドリップした。但し、綿着火はなかった。
[比較例―10]
実施例−23の難燃剤をCR741単体に代え、同様の実験を行った。その結果、5本中4本のドリップがあり、綿着火も認められた。
実施例、比較例では、高分子量難燃剤FRX100Lは1mm肉厚では、CR741より燃焼時間が長い傾向にあったが、0.4mmの薄肉製品になると逆転している。しかしながら、それでも両者の難燃剤アロイがガラス繊維系において優れていることが判明した。
燐系難燃剤、とりわけ縮合リン酸エステル難燃剤は、熱可塑性樹脂、特にエンジニアリングプラスチックスの難燃剤として利用されている。しかしながら、下記のような課題がある。
(a)難燃性の安定確保、とりわけガラス繊維や薄肉製品には求められる。
(b)縮合リン酸エステルは熱可塑性樹脂の可塑効果があり、多くの配合により耐熱性が低下する。
(c)縮合リン酸エステルの多くは粘稠液状であり、供給装置が必要である。装置を付帯しても複合材料コンパウンドにおいては問題があり、固形の難燃剤が好ましい。
(d)熱可塑性樹脂が2種以上の成分からなるブレンド、ポリマーアロイにおいて単一の難燃剤はその一方の成分に偏在することがあり、全体的に過剰の難燃剤を使用することがある。従って、いずれの成分にも効果があるような難燃剤が求められている。
一方、かかる材料の製造拠点はグローバル化しており、樹脂との難燃コンパウンド化工場も最終顧客での現地生産に伴ってシフトしている。かかる状態では従来の粘稠液体難燃剤取り扱い工程能力と同等レベルは期待できない。かつ保管状況も過酷条件も容易に想定される。このとき粘稠液体難燃剤が固形化できることの工業的意味は極めて高い。
Claims (6)
- 前記化合物(B)が液状の場合、前記化合物(B)は前記化合物(A)と式1の範囲内で溶融混合され固形化され、
化合物(B)組成% ≦ 14.7ln(η)- 85 (式1)
ηは、式A−1、式A−2、又は、前記式A−1及び前記式A−2からなる混合物のブルックフィールド社製B型粘度計(270℃)で測定された粘度(cps)である、請求項1に記載の難燃剤組成物及び前記難燃剤組成物を含む熱可塑性樹脂組成物。 - 前記化合物(B)が縮合型リン酸エステル難燃剤であり、前記式A−1及び前記式A−2におけるR1が水素、R2及びR3がメチル基である、請求項1又は2に記載の難燃剤組成物及び前記難燃剤組成物を含む熱可塑性樹脂組成物。
- 前記熱可塑性樹脂組成物中の前記化合物(A)はドメインとして存在し、前記ドメインの平均径が300nm以下である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の難燃剤組成物及び前記難燃剤組成物を含む熱可塑性樹脂組成物。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、スチレン系樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリオレフィン、ポリアミド系樹脂、及びこれら中から選択された少なくとも1つを含有するポリマーアロイである、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の難燃剤組成物及び前記難燃剤組成物を含む熱可塑性樹脂組成物。
- 前記化合物(B)は、レゾルシノールポリフェニルホスフェート、ビスフェノールAポリクレジルホスフェートである、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の難燃剤組成物及び前記難燃剤組成物を含む熱可塑性樹脂組成物。
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