KR19980079811A - 표면 처리 복합 난연성 분체 - Google Patents

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Abstract

내수성 및 분산성이 우수한 동시에 높은 난연성을 부여하는 폴리인산암모늄계 복합 난연제를 제공하고, 또한 당해 난연제를 사용하는 난연성, 유동성, 물리적 특성 등이 양호한 난연성 수지 조성물을 제공한다.
폴리인산암모늄(a) 10 내지 90중량%, 다가 알콜 화합물(b) 3 내지 40중량%, 질소 함유 유기 화합물(c) 5 내지 60중량% 및 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물(d) 0.5 내지 50중량%로 이루어지고 각각의 분체 표면이 염기성 작용기 및/또는 중성 작용기를 갖는 고분자계 표면 처리제로 표면 처리된 표면 처리 복합 난연성 분체를 제조하고 수지에 배합한다.

Description

표면 처리 복합 난연성 분체
본 발명은 표면 처리함으로써 분산성이나 내수성이 개선된 복합 난연성 분체를 함유하는 열가소성 및/또는 열경화성 수지 조성물에 관한 것이다.
열가소성 수지나 열경화성 수지는 전기제품 부품, 건축 재료, 기계 부품, 가구 장식제품 등의 각종 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 용도나 사용량은 매년 확대되고 있으며 이에 따라 각종 수지나 이의 조성물에 대한 요구 성능도 높아지고 있다. 특히 최근에 화재에 대한 안정성의 관점에서 난연성이 요구되는 경우가 많아지고 각종 용도마다 명백하게 하여야 하는 난연성에 관한 규제도 여러 가지 존재한다. 그리고, 이들을 만족시키기 위한 폴리우레탄 발포체의 난연화 기술도 여러 가지로 제안되고 있으며 중합체의 난연화=그의 과학과 실제 기술=, 다이세이샤(1992), 고분자 난연화의 기술과 응용, 시엠시(1996) 등의 전문 서적도 여러가지 존재한다.
종래부터 각종 수지를 난연화하는 수단으로서 광범위하게 사용되는 수단은 수지 조성물에 난연제를 첨가하는 방법이다. 그리고, 난연제로서 브롬 화합물, 염소 화합물, 인 화합물 또는 산화안티몬을 함유하는 무기 화합물 등이 광범위하게 사용되고 있으며 이중에서도 브롬 화합물과 산화안티몬의 조합에 따른 상승적인 난연성의 부여가 가장 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 최근에 환경론적 논의로부터 특정한 브롬 화합물이 다이옥신 발생의 의심을 받는 등 탈할로겐 화합물의 움직임이 보여지고 있다. 또한, 산화안티몬도 안전성의 관점에서 경원되는 움직임이 일부 보여지고 있으며 할로겐 화합물 및 안티몬 화합물을 사용하지 않고 높은 난연성을 부여할 수 있는 난연제를 요구하는 경향이다.
이러한 흐름중에서 인 화합물이 유력한 선택 방법으로서 기대되며 실제로 광범위하게 사용되고 있다. 각종 인 화합물 중에서 폴리인산암모늄은 인 함량이 높은 동시에 인과 상승효과를 갖는다고 하는 질소원자를 분자내에 가지므로 각종 수지 조성물에 첨가하는 경우, 높은 난연성의 부여를 기대할 수 있다. 특히 폴리인산암모늄을 다가 알콜 및 질소 함유 화합물과 병용하는 경우, 수지 조성물 표면의 연소면에 탄화층이 형성되고 불이 번지는 것을 억제하는 팽창성 피복 시스템(Intumescent Coating System)이 발현된다고 하며[참조: J. Fire Flammability, 2, 97(1971)] 환경 논의 및 높은 난연성 양쪽을 만족시키는 복합계 난연제로서 기대되고 있다.
그러나, 폴리인산암모늄은 내수성이 문제가 있다고 하며 수지 배합물이 고온 다습한 조건하에 놓일 경우, 블리드(bleed)를 발생시키는, 전기적인 특성이 현저하게 저하되는 등의 문제점을 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 검토를 하고 있으며 멜라민계 화합물로 폴리인산암모늄 분체 표면을 피복 등의 처리를 하는 개선이 제안되어 있다[참조: 일본 특허공보 제(소)53-15478호 및 제(소)52-39930호, 공개특허공보 제(소)61-103962호 및 제(평)8-183876호 등]. 그러나, 이들 방법은 제조방법이 곤란하여 입자끼리 응집이 일어나거나 내수성이 전과 같이 불충분하며 또한 멜라민계 화합물은 각종 수지에 대한 분산성에서 문제가 있으므로 멜라민계 화합물 피복 폴리인산암모늄의 수지에 대한 분산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 폴리인산암모늄의 내수성이나 분산성을 개선하는 수단으로서 실란계의 커플링제로 처리하는 제안도 하고 있다[참조: 일본 특허공보 제(평)6-6655호, 제(평)6-4735호 및 제(평)6-18944호]. 그러나 이들 방법을 사용하는 처리는 발수효과가 불충분하며 전기적인 특성의 저하 등의 제반 문제를 해결하는데 불충분하다.
또한, 폴리인산암모늄을 병용하는 질소 함유 화합물로서 멜라민 등의 트리아진 골격을 갖는 화합물을 광범위하게 사용하고 있으며 이미 기재한 바와 같이 트리아진계 화합물은 불용해 및 불용융인 경우가 많으며 문헌[참조: 파인케미칼, 25(1), 41(1996)] 등에서 이의 분산성의 악화가 커다란 문제점으로 지적되고 있다. 또한 다가 알콜에 대해서도 가장 저렴한 펜타에리스리톨은 저분자량이므로 이의 승화성이 문제시되며 이를 대체하는 것으로 사용되는 디펜타에리스리톨이나 트리펜타에리스리톨은 수지 배합의 성형 온도가 낮은 경우, 이의 분산성 악화가 자주 문제로 된다.
본 발명의 목적은 내수성 및 분산성이 우수한 동시에 높은 난연성을 부여하는 폴리인산암모늄계 복합 난연제를 제공하고, 또한 당해 난연제를 사용하는 난연성, 유동성, 물리 특성 등이 양호한 난연성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 이러한 실정을 감안하여 폴리인산암모늄, 다가 알콜, 질소 함유 화합물 및 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물로 이루어지고 각각의 분체 표면이 염기성 작용기 및/또는 중성 작용기를 갖는 고분자계 표면 처리제로 표면 처리한 표면 처리 복합 난연성 분체를 사용함으로써 내수성 및 분산성이 우수한 동시에 높은 난연성을 수지 조성물에 부여할 수 있는 것을 밝혀내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 폴리인산암모늄(a) 10 내지 90중량%, 다가 알콜 화합물(b) 3 내지 40중량%, 질소 함유 유기 화합물(c) 5 내지 60중량% 및 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물(d) 0.5 내지 50중량%로 이루어지고 각각의 분체 표면이 염기성 작용기 및/또는 중성 작용기를 갖는 고분자계 표면 처리제로 표면 처리됨을 특징으로 하는 표면 처리 복합 난연성 분체이다.
본 발명에서 사용하는 폴리인산암모늄은 일반적으로 공업적으로 사용되는 분체상을 임의로 사용할 수 있으며 성형 후의 수지 배합물의 물리 강도 등의 관점에서 이의 평균 입자직경은 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
폴리인산암모늄의 분체 표면이 멜라민계 화합물로 피복 등으로 처리하는 경우, 이의 내수성은 특히 우수한 동시에 종래의 문제점인 분산성이 개선된 복합 난연성 분체를 수득할 수 있다. 멜라민계 화합물을 사용하는 처리법은 일본 특허공보 제(소)53-15478호, 제(소)52-39930호, 공개특허공보 제(소)61-103962호 및 제(평)8-183876호 등이 공지되어 있다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체에서 폴리인산암모늄의 함유량은 10 내지 90중량%인 것이 바람직하다. 10중량% 미만인 경우에 분체 속의 인 함유량이 낮아지고 난연성 부여 효과가 불충분해진다. 또한, 90중량% 보다 많은 경우에 분체 속의 다른 성분과 연소 화학량론적인 균형이 붕괴되고 인 함량이 높은 것에 관계없이 역으로 난연 부여 효과가 저하되는 시스템이 나오게 된다.
연소 화학량론적인 균형의 효과에 관해 문헌[참조: J. Fire Flammability, 2, 97(1971)] 등에 기재되어 있다.
본 발명에서 사용하는 다가 알콜 화합물은 일반적으로 공업적으로 사용되는 다가 알콜 화합물 1종 이상을 임의로 사용할 수 있으며 성형 후의 수지 배합물의 물리 강도 등의 관점으로부터 이의 평균 입자직경은 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
구체적으로 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 트리펜타에리스리톨, 소르비톨, 전분, 레조르시놀, 트리에틸렌글리콜, 메틸올멜라민 등 및 이의 둘 이상의 혼합물을 들 수 있다. 또한, 이들 다가 알콜 화합물과 유기산의 에스테르 화합물일 수 있고 복수개의 다가 알콜 화합물과 이의 에스테르 화합물과의 혼합물일 수도 있다. 이들 다가 알콜 화합물 중에서 특히, 디펜타에리스리톨, 트리펜타에리스리톨 또는 소르비톨은 승화성이 낮은 수지 조성물의 제반 물성에 부여하는 영향이 적으로므로 바람직하다. 펜타에리스리톨은 공업적으로 가장 일반적으로 사용되는 다가 알콜이며 승화성이 높으며 성형 장치 오염 등을 일으킬 가능성이 있으므로 수지 배합물 성형 가공온도가 160℃ 이하에서 가공할 수 있는 시스템에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체에서 다가 알콜 화합물의 함유량은 3 내지 40중량%가 바람직하다. 3중량% 미만의 경우 및 40중량% 보다 많은 경우에 분체 속의 다른 성분과 연소 화학량적인 균형이 붕괴되므로 난연성 부여 효과가 현저하게 저하된다.
본 발명에서 사용하는 질소 함유 유기 화합물은 공업적으로 입수할 수 있는 질소 함유 화합물의 하나 이상을 임의로 사용할 수 있으며 성형 후의 수지 배합물의 물리 강도 등의 관점으로부터 이의 평균 입자직경은 10㎛ 이하가 바람직하다.
구체적으로 트리아진 화합물, 요소, 부틸요소, 디시안디아미드, 벤젠설포닐하이드라지드, 라이신, 아르기닌, 카제인, 폴리아미드 수지 등 및 이의 둘 이상의 혼합물을 들 수 있다. 특히 트리아진 골격을 갖는 화합물류는 분자내의 질소 함유량이 높은 동시에 공업적으로 광범위하게 저렴하게 사용되므로 공업적인 견지에서 보는 경우, 특히 우수한 성능을 부여할 수 있다. 트리아진 골격을 갖는 화합물을 보다 구체적으로 들면 멜라민, 시아누르산, 멜라민시아누레이트, 벤조구아나민, 아세트구아나민, 아크릴로구아나민, CTU-구아나민(아지노모토가부시키가이샤제) 등 및 이의 둘 이상의 혼합물을 들 수 있다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체에서 질소 함유 유기 화합물의 함유량은 5 내지 60중량%가 바람직하다. 5중량% 미만의 경우 및 60중량% 보다 많은 경우에 분체 속의 다른 성분과 연소 화학량론적인 균형이 붕괴되므로 난연성 부여 효과가 현저하게 저하된다.
본 발명에서 사용하는 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물은 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물로서 임의로 선택하여 사용할 수 있으며 성형 후의 수지 배합물의 물리 강도 등의 관점에서 이의 평균 입자직경은 10㎛ 이하가 바람직하다. 이중에서도 원소로서 Mg, Al, Si, Ti 또는 Zn을 사용하는 경우, 즉, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 산화규소, 산화티타늄 및 산화아연에서 선택되는 하나 이상을 사용하는 경우, 수득된 난연성 분체를 함유하여 이루어진 수지 배합물은 소결성이 우수하고 연소시의 발열량을 낮추어 바람직하다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체에서 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물 함유량은 0.5 내지 50중량%가 바람직하다. 0.5중량% 미만의 경우에 첨가량 부족 때문에 소결성 개선 효과가 없으며 50중량%보다 많은 경우에 난연성 분체 속에서 난연성 원소인 인이나 질소의 함유량이 낮아지므로 난연성 부여 효과가 충분하지 않게 된다.
본 발명에서 염기성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제는 하기를 열거할 수 있다.
(1) 아미노기를 갖는 폴리에스테르계 고분자 분산제가 폴리에폭시 화합물, 평균 분자량이 500 내지 7,000인 한쪽 말단에 카복실기를 갖는 화합물 및 2급 아미노기를 1개 갖는 화합물을 반응시켜 수득되는 아민가가 5 내지 200mgKOH/g이고 수평균 분자량이 1,000 내지 8,000의 범위인 고분자 표면 처리제.
(2) 아미노기를 갖는 폴리에스테르계 고분자 분산제가 폴리에스테르, 아크릴 중합체 성분으로 이루어지고 폴리에스테르계 고분자 분산제의 아크릴 중합체 성분이 3급 아미노기 및/또는 염기성을 나타내는 질소 함유 복소환을 갖는 아크릴 중합체 성분, 폴리에스테르를 반응시켜 수득하는 질소 함유 복소환을 갖는 아크릴 중합체 성분 및 폴리에스테르를 반응시켜 수득되는 아민가가 10 내지 200mgKOH/g이고 수평균 분자량 1,000 내지 8,000의 범위인 고분자 표면 처리제.
(3) 아미노기를 갖는 폴리에스테르계 고분자 분산제가 폴리에스테르 또는 폴리이소시아네이트로 이루어지고 당해 폴리에스테르계 고분자 분산제의 폴리이소시아네이트 성분이 작용기가 평균 2.5 내지 6개인 폴리이소시아네이트 성분인 고분자 표면 처리제.
당해 분산제는 공지된 기술에 기초하여 조제하면 양호하며, 예를 들면, 일본특허공보 제(평)2-19844호 및 제(평)4-227774호에 기초하여 조제하면 양호하다. 또한, 당해 고분자 표면 처리제를 조제할 때에, 예를 들면, 사용하는 원료 또는 합성 중간체의 화합물의 분자량을 조정하거나 반응시간 조정 등의 반응조건을 조정함으로써 원하는 수평균 분자량의 고분자 표면 처리제를 수득할 수 있다.
본 발명에서 중성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제는 말단에 카복실기를 갖는 옥시산의 폴리에스테르 화합물과 화학식 1의 다가 알콜의 반응 생성물이다.
상기 화학식에서,
n은 0 내지 15의 정수이다.
여기서, 원료인 옥시산이란 하이드록실기를 갖는 카복실산이며 12-하이드록시스테아르산 또는 리시놀산이 바람직하다. 이들 폴리에스테르 화합물은 12-하이드록시스테아르산 및/또는 리시놀산을 가열 탈수함으로써 용이하게 수득한다.
이러한 탈수 축합반응은 공지된 촉매, 예를 들면, 인산, 아인산, p-톨루엔설폰산, 테트라-n-부틸티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트 등의 존재하 또는 무촉매에서 120 내지 250℃, 바람직하게는 140 내지 210℃의 범위로 가열하면서 생성되는 물을 시스템 외부로 제거함으로써 실시한다. 반응은 톨루엔 등의 공비 용매 속에서 실시하는 것이 바람직하다. 이들 분자간 탈수에 따른 에스테르화 반응의 진행 정도는 유출된 물의 양과 반응물의 산가에 따라 판정할 수 있다. 공업적으로 12-하이드록시스테아르산과 리시놀산은 각각 경화 피마자유 및 정제 피마자유를 가수분해하여 수득되므로 통상적인 불순물로서 팔미트산이나 스테아르산 등의 지방산을 함유하며 이러한 불순물 지방산이 본 표면 처리제의 원료로서 지장을 초래하지 않는다. 화학식 1의 다가 알콜의 다른 원료는 글리세린 또는 폴리글리세린이다. 폴리글리세린은 글리세린을 축합함으로써 용이하게 수득된다. 원료로서 바람직한 화학식 1의 다가 알콜은 글리세린 및 평균 조성으로 화학식 1의 n이 1 내지 15, 바람직하게는 1 내지 10이며, 예를 들면, 디글리세린, 테트라글리세린, 헥사글리세린, 데카글리세린 등이다. 화학식 1의 다가 알콜과 옥시산의 폴리에스테르 화합물의 반응 비율(다가 알콜/옥시산의 폴리에스테르 화합물)은 1.0 이상이며 표면 처리제 분자내에 평균 0.5개 이상의 수산기가 존재하는 것이 바람직하다.
염기성 작용기 및/또는 중성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제의 수평균 분자량은 1,000 내지 8,000의 범위인 것이 바람직하다. 수평균 분자량이 1,000 미만인 경우에 표면 처리 복합 난연성 분체를 가열할 때에 처리 분체 표면으로부터 표면 처리제가 휘발함으로써 처리 효과가 저하되고 열가소성 및/또는 열경화성 수지에 배합할 때에 복합 난연성 분체의 분산 불량이나 난연성 저하 및 내수성의 저하를 일으킨다. 또한, 수평균 분자량이 8,000을 초과하는 경우에 역으로 응집제 또는 증점제로서 작용하는 경우가 있어서 바람직하지 않다.
이러한 표면 처리제는 염기성 또는 중성이며 본 발명에서 사용하는 폴리인산암모늄 분체의 표면은 일반적으로 약산성이므로 상호간의 친화성이 대단히 높으며, 따라서 높은 표면 처리 효과를 달성할 수 있다. 산성 표면 처리제를 사용하는 경우, 표면 처리제와 피처리 분체가 전기적으로 반발함으로써 원하는 처리 효과를 얻을 수 없다. 또한, 이러한 표면 처리제는 고분자 화합물이므로 분체 표면을 효율적으로 피복하고 장쇄 알킬기로 인한 발수 효과 및 분산 효과가 효율적으로 발휘되며 다시 고분자계 유래의 내열성도 가지므로 부여된 내수성 또는 분산성의 내구성도 보다 우수하다.
염기성 작용기 및/또는 중성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제를 폴리인산암모늄, 다가 알콜 화합물, 질소 함유 유기 화합물 및 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물에 대해 사용하는 경우, 상기한 표면 처리제 이외의 표면 처리제나 상기한 중에서 복수개의 표면 처리제를 문제가 없는 범위에서 병용해도 하등 지장이 없다.
본 발명에서 사용되는 표면 처리제의 첨가량은 각 분체의 종류, 비표면적 및 이의 표면에 결합된 수분량에 따라 상이하며 사용하는 분체에 대해 0.05 내지 20중량%, 바람직하게는 0.2 내지 10중량%이다. 또한, 표면 처리법으로서 (1)분체에 표면 처리제를 그대로 첨가하여 헨셀 혼합기, 볼 밀, 분무기, 콜로이드 밀 등의 분쇄기를 사용하여 공분쇄하는 방법, (2)톨루엔, 크실렌, 헥산, 메틸에틸케톤, 아세토니트릴, 클로로포름, 디메닐에테르, 테트라하이드로푸란 등의 적당한 유기 용매 속에 분체 화합물과 함께 가하고 교반하고 혼합한 다음, 용매를 제거하는 방법 및 (3)열가소성 및/또는 열경화성 수지와 분체 화합물의 혼합물 속에 직접 표면 처리제를 첨가하고 1축 혼련기, 2축 혼련기, 밴버리 혼합기, 가열 롤 등으로 혼합처리하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 표면 처리의 순서가 폴리인산암모늄, 다가 알콜 화합물, 질소 함유 유기 화합물, 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물을 각각 별개로 표면 처리하여 혼합할 수 있으며 둘 이상을 미리 혼합한 후에 표면 처리할 수 있다. 또한, 분체 화합물마다 처리법을 상기 중에서 임의로 선택해도 전혀 지장이 없다.
열가소성 수지란 가열하면 연화되어 유동하고 냉각시키면 다시 경화되는 수지를 말하며 구체적으로 스티렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 염화비닐 수지, 염소화 폴리에틸렌 수지, 아세트산비닐 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 변성 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지 등을 들 수 있다.
열경화성 수지란 최초에는 저분자량이지만 열이나 촉매 또는 자외선 등을 작용시킴으로써 화학변화를 일으켜서 가교 결합이 발달되고 분자량이 증대되어 고분자로 되고 불용해성 및 불용융성으로 되는 수지를 말하고 구체적으로 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리우레탄 수지 등이지만, 이들에 한정되지 않는다.
상기한 열가소성 수지 및 열경화성 수지는 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 조합한 예로서, 예를 들면, 열경화성 우레탄 탄성중합체를 들 수 있지만, 여기에 한정되지 않는다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체는, 필요에 따라, 액상 난연제, 예를 들면, 트리크레질포스페이트, 레조르시놀비스디페닐포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리스클로로에틸포스페이트, 디메틸메틸포스포네이트, 트리부틸포스핀옥사이드, 트리부틸포스파이드 등의 액상 인 화합물 및 염소화 파라핀 등의 액상 염소 화합물과 병용할 수 있다. 이들 액상 화합물과의 병용은 본 발명의 특징을 손상시키지 않는다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체는, 필요에 따라, 통상적으로 각종 수지에 첨가제로서 사용하는 안정제, 안료, 가소제, 활제, 포말 조정제, 발포제 등과 병용할 수 있으며 이들 각종 첨가제의 병용은 본 발명의 특징을 손상시키지 않는다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체를 열가소성 및/또는 열경화성 수지에 혼련하는 방법으로서, 예를 들면, 1축 혼련기, 2축 혼련기, 밴버리 혼합기, 가열 롤 등으로 혼합 처리하는 방법 등을 열거할 수 있으며 통상적으로 혼련에 사용하는 방법이면 특별히 한정되지 않는다.
열가소성 수지 및/또는 열경화성 수지에 본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체의 첨가량은 수지 100중량부에 대해 0.1 내지 50중량부 함유하는 것이 바람직하다. 첨가량이 0.1중량부 미만인 경우, 첨가하는 수지 조성물에 대해 원하는 난연성을 부여할 수 없다. 또한, 첨가량이 50중량부보다 많은 경우, 배합물의 제반 물성, 예를 들면, 물리 강도 등의 저하를 일으킨다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체는 난연성 부여 효과가 우수한 동시에 내수성 및 분산성이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 난연성 수지 조성물은 종래의 폴리인산암노늄계 난연제를 배합하는 경우와 비교하여 난연성이 충분한 동시에 내수성 및 물리적 특성이 대폭적으로 개선된다.
실시예
다시 본 발명의 특징을 보다 명백하게 하기 위해 실시예로 설명하지만, 본 발명은 당해 실시예로 한정되지 않는다.
하기에 실시예 및 비교 실시예에서 사용하는 각 성분을 기재한다.
폴리인산암모늄
타이엔 S: 다이헤이가가쿠가부시키가이샤제
테라쥬 C 70: 칫소가부시키가이샤제
표면 처리제
표면 처리제 α; 제조 실시예 1에 따른 염기성 작용기를 갖는 고분자계 표면 처리제
표면 처리제 β; 제조 실시예 2에 따른 염기성 작용기를 갖는 고분자계 표면 처리제
표면 처리제 γ; 제조 실시예 3에 따른 중성 작용기를 갖는 고분자계 표면 처리제
스테아르산; 와코쥰야쿠코교가부시키가이샤제
실란계 커플링제; 니혼유니카가부시키가이샤제 A-174(γ-메타크릴로일프로필-트리메톡시실란)
제조 실시예 1
염기성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제의 합성 1
4구 플라스크에 교반기, 온도계, 환류기 및 질소 가스 도입관을 부착하고 이러한 플라스크 속에 크실렌 150부, 테트라부톡시티타네이트 0.3부, 옥틸산 44부 및 e-카프로락톤 556부를 투입하고 140 내지 160℃까지 승온시킨다. 이어서, 160℃인 채로 반응을 실시하고 고형분이 79%로 되는 시점에서 반응을 종료시킨다. 실온까지 냉각시킨 다음, 크실렌 249.7부를 가하여 한쪽 말단에 카복실기를 갖는 폴리에스테르 화합물 A를 수득한다. 수득된 폴리에스테르 화합물 A는 수평균 분자량이 1500, 고형분이 60%, 산가가 29.0mgKOH/g이다.
교반기, 환류관, 온도계 및 질소 가스 도입관이 구비된 플라스크에 크실렌 300부를 투입하고 130 내지 135℃까지 승온시킨다. 글리시딜메타크릴레이트 390부, 부틸메타크릴레이트 210부 및 3급-부틸퍼옥시-2-에틸헥사에이트 36부의 혼합물을 2시간에 걸쳐 적가한 후, 135℃에서 1시간 동안 중합시킨다. 이어서 3급-부틸퍼옥시-2-에틸헥사에이트 3부를 크실렌 10부에 용해시킨 혼합액을 가하고 다시 120℃에서 5시간 동안 중합반응을 실시하여 반응을 종료시킨다. 실온까지 냉각시킨 다음, 크실렌 51부를 가하여 폴리에폭시 화합물 B를 수득한다. 수득된 폴리에폭시 화합물 B는 고형분이 62%, 수평균 분자량이 3000, 에폭시가가 250.0mgKOH/g이다.
교반기, 환류관, 온도계 및 질소 가스 도입관이 구비된 플라스크에 크실렌 37.7부, 상기에서 수득한 폴리에스테르 A 45.1부 및 상기에서 수득한 폴리에폭시 화합물 B 15.7부를 투입하고 120℃까지 승온시켜 반응을 실시한다. 산가가 1mgKOH/g으로 되는 시점에서 60℃까지 냉각시키고 디-n-부틸아민 3.5부를 가하여 100℃까지 승온시킨다. 100℃에서 4 내지 5시간 동안 반응시키고 염기성 작용기를 갖는 표면 처리제(이하, 표면 처리제 α라고 한다)를 수득한다. 수득된 표면 처리제α는 고형분이 40.1%, 수평균 분자량이 7500, 아민가가 38.5mgKOH/g이다.
제조 실시예 2
염기성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제의 합성 2
교반기, 환류관, 온도계, 질소 가스 도입관 및 적가조가 구비된 플라스크에 크실렌 36.8부, 데칸올 1.0부 및 나트륨메틸레이트 0.1부를 투입하고 130 내지 140℃까지 질소 기류하에 승온시킨다. 환류 상태에서 ε-카프로락톤 35.7부를 1시간에 걸쳐 적가조로부터 적가한다. 다시 환류 상태에서 4시간 동안 교반하고 140℃에서 30분 동안 가열 건조한 후의 고형분이 45%에 도달하는 것을 확인하고 부틸글리시딜에테르 15.5부를 1시간에 걸쳐 적가조로부터 적가한다. 톨릴렌디이소시아네이트 4.5부를 첨가하고 30℃에서 2시간 동안 교반하여 이소시아네이트기가 50% 반응한 것을 확인하고 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 1.5부를 첨가한다. 이것을 60℃까지 승온시키고 3시간 동안 반응을 실시하여 이소시아네이트기가 100% 반응한 시점에서 반응을 종료한다. 수득되는 것을 거대단량체 A라고 한다.
교반기, 환류관, 온도계 및 질소 가스 도입관이 구비된 플라스크에 크실렌 39.0부를 투입하고 85℃까지 승온시키고 여기에 상기에서 수득한 거대단량체 A, 디메틸아미노프로필아크릴아미드 1.0부 및 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 0.8부의 20% 용액을 각각의 적가조로부터 2시간에 걸쳐 적가한다. 적가 후에 85℃에서 2시간 동안 반응시키고 염기성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제(이하, 표면 처리제 β라고 한다)를 수득한다.
제조 실시예 3
중성 작용기를 갖는 고분자 표면 처리제의 합성
합성은 일본 공개특허공보 제(평)1-270932호에 기재된 제조 실시예 2에 기초하여 실시한다. 공업용 리시놀산(중화가 180) 150g과 크실렌 95g의 혼합물을 190 내지 200℃에서 20시간 동안 가열하고 생성되는 물을 증류 제거한다. 이어서, 크실렌을 감압하에 150℃에서 증류 제거한다. 이와 같이 담적갈색의 점성인 폴리리시놀산 A 141.1g이 수득된다. 이의 산가는 38.0이다. 산가로부터 구한 축합도는 4.7이다. 다음에 교반기, 온도계 및 질소 가스 도입관이 구비된 플라스크에 폴리리시놀산 A 133부(0.1몰)와 테트라글리세린 62.8부(0.2몰)를 투입하여 혼합하고 질소 기류하, 200℃에서 7시간 동안 교반 혼합하여 에스테르화 반응을 실시한다. 이와 같이 수득되는 고분자 표면 처리제(이하, 표면 처리제 γ라고 한다)는 담갈색 액체이며 산가는 2.5mgKOH/g이며 수산기가는 77.1mgKOH/g이다.
실시예 1 내지 6 및 비교 실시예 1 내지 7
표 1에 기재된 배합에 기초하여 복합 난연성 분체 A 내지 M을 제조한다. 원료 분체의 혼합은 헨셀 혼합기[오카다세이코가부시키가이샤제, SK-150]를 사용하고 10분 동안 실시한다. 또한, 표면 처리는 동일한 헨셀 혼합기를 사용하고 원료 분체를 혼합한 다음, 표면 처리제를 첨가하여 15분 동안 실시한 후에 60℃에서 1mmHg로 12시간 동안 감압 건조시킨다. 이와 같이 수득된 각종 복합 난연성 분체 0.5g을 시험관에 칭량하고 톨루엔 10㎖를 가한 다음, 시험관 내부를 균일하게 현탁시키고 30분 동안 정치한 후의 분산 상태를 상등액의 두께를 측정함으로써 침강 안정성의 평가를 실시한다. 결과를 표 1에 기재한다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교 실시예 1 비교 실시예 2 비교 실시예 3 비교 실시예 4 비교 실시예 5 비교 실시예 6 비교 실시예 7
복합 난연성 분체 A B C D E F G H I J K L M
폴리인산암모늄 타이엔 S테라쥬C70 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
다가 알콜 디펜타에리스리톨소르비톨 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
질소 함유 유기 화합물 멜라민아르기닌 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40
산화물 TiO2ZnO 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
표면 처리제 αβγ스테아르산실란계 커플링제 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
침강 안정성 상등액 두께(mm)* 2 4 3 4 3 5 45 12 75 3 4 3 4
(배합의 단위는 중량부수)
*) 상등액 두께는 최대 100mm이며, 이러한 값이 작을수록 침강 안정성이 양호한 것을 나타낸다.
실시예 7 내지 12 및 비교 실시예 8 내지 14
표 2에 기재된 배합에 기초하여 복합 난연성 분체 A 내지 M을 사용하고 폴리스티렌 배합물을 혼련 및 성형한다. 혼련은 라보플라스트 밀[도요세이키가부시키가이샤제, MR형], 2축 혼련기[도요세이키가부시키가이샤제, 2D2OS형] 및 펠렛화기[도요세이키가부시키가이샤제, MCI]를 사용하여 210℃에서 실시하고 펠렛화한다. 이때에 2축 혼련기 다이로부터 토출되는 스트랜드(strand)의 외관을 육안으로 관찰한다. 수득된 펠렛으로부터 사출 성형기[닛폰세이코쇼가부시키가이샤제, N 40 BⅡ]를 사용하여 시험편을 제조하고 아이조드 충격강도 시험기를 사용하여 충격강도를 측정한다. 또한, 펠렛의 용융 유동률을 용융유동 인덱서[도요세이키가부시키가이샤제, P101형]를 사용하여 측정하고 각종 측정에 따라 난연성 분체의 분산성을 평가한다. 결과를 표 2에 기재한다.
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12 비교 실시예 8 비교 실시예 9 비교 실시예 10 비교 실시예 11 비교 실시예 12 비교 실시예 13 비교 실시예 14
배합 폴리에스테르 수지* 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
복합 난연성 분체** A B C D E F G H I J K L M
측정 결과 스트랜드 외관아이조드 충격강도***(노치 부착, kgf·㎝/㎠)용융 유동률(g/10분)**** 양호7.82.64 양호7.22.58 양호7.92.49 양호8.12.70 양호7.52.44 양호7.62.38 불량5.81.87 불량5.42.02 불량4.91.72 양호7.12.41 양호6.92.33 양호6.92.26 양호7.02.32
(배합의 단위는 중량부수)
*) 스미토모베크라이트가부시키가이샤 스미콘 PM-8220을 사용한다.
**) 각 복합 난연성 분체는 10phr을 사용한다.
***) JIS-K7110
****) JIS-K7210(온도 200℃, 하중 5.00kgf)
실시예 13 내지 18 및 비교 실시예 15 내지 22
표 3에 기재된 배합에 기초하여 복합 난연성 분체 A 내지 M을 사용하고 PVC 배합물을 혼련 및 성형한다. 혼련은 가열 롤[도요세이키가부시키가이샤제]을 사용하여 155℃에서 5분 동안 하고 성형은 가열 프레스[고다이라세이사쿠쇼가부시키가이샤제 C-5-]를 사용하고 155℃에서 예비 가열을 5분 동안 한 다음, 200kgf/㎠로 5분 동안 실시한다. 수득된 100×100×3mm의 시험편을 콘 열량계[ATLAS(주)제 CONE 2]로 50KW 조건하에서 연소 시험을 실시하고 PHRR(KW/㎡) 및 THR(MJ/㎡)을 측정하여 이의 난연성을 평가한다. 결과를 표 3에 기재한다.
실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16 실시예 17 실시예 18 비교 실시예 15 비교 실시예 16 비교 실시예 17 비교 실시예 18 비교 실시예 19 비교 실시예 20 비교 실시예 21 비교 실시예 22
배합 PVC복합 난연성 분체*DINPCaCO3안정제** 100A651002.5 100B651002.5 100C651002.5 100D651002.5 100E561002.5 100F651002.5 100없음651002.5 100G651002.5 100H651002.5 100I651002.5 100J651002.5 100K651002.5 100L651002.5 100M651002.5
난연성***PHRR(KW/㎡)THR((MJ/㎡) 150.2125.6 152.8226.4 148.3726.1 162.9124.8 168.1727.0 160.3226.8 209.2833.1 153.3322.6 159.0124.5 160.0323.6 215.2237.5 205.6734.4 198.5132.6 189.9831.3
(배합의 단위는 중량부수)
*) 각 복합 난연성 분체는 10phr을 사용한다.
**) 안정제는 Ca-St/Zn-St/플렌라이저-ST-210[아지노모토가부시키가이샤제=2/2/1(중량비)]을 사용한다.
***) PHRR은, 연소시의 순간 최대 발열량에 상관되며 THR은 연소중의 중합 발열량에 상관되며 동시에 값이 작을수록 난연성이 높다고 생각된다.
실시예 19 내지 24 및 비교 실시예 23 내지 30
표 4에 기재된 배합에 기초하여 복합 난연성 분체 A 내지 M을 사용하고 페놀 수지 배합물을 혼련 및 성형한다. 혼련은 가열 롤을 사용하여 115℃에서 2분 동안 하며 성형은 가열 프레스를 사용하여 150℃에서 200kgf/㎠로 5분 동안 실시한다. 수득된 100×100×3mm의 시험편을 JIS-K6911에 따라 비등 전후의 표면 저항을 측정하고 내수성을 평가한다. 비등 조건은 비등수 속에서 2시간 동안 침지시키고 표면 저항은 어드반테스트(주)제 R8340을 사용하고 전압 500V에서 1분 동안 하전한 후에 측정한다. 결과를 표 4에 기재한다.
실시예 19 실시예 20 실시예 21 실시예 22 실시예 23 실시예 24 비교 실시예 23 비교 실시예 24 비교 실시예 25 비교 실시예 26 비교 실시예 27 비교 실시예 28 비교 실시예 29 비교 실시예 30
배합 페놀 수지*복합 난연성 분체** 100A 100B 100C 100D 100E 100F 100없음 100G 100H 100I 100J 100K 100L 100M
표면저항 비등 전(Ω)비등 후(Ω) 3.8E+158.5E+13 2.9E+154.9E+13 3.0E+151.8E+13 4.0E+155.5E+13 3.2E+152.7E+13 5.6E+151.1E+14 2.1E+131.2E+11 1.8E+159.4E+08 2.5E+153.7E+09 3.5E+152.2E+09 5.9E+151.2E+13 9.9E+142.9E+13 3.7E+156.1E+12 4.5E+153.1E+13
(배합의 단위는 중량부수)
*) 스미토모베크라이트가부시키가이샤 스미콘 PM-8220을 사용한다.
**) 각 복합 난연성 분체는 10phr을 사용한다.
본 발명의 표면 처리 복합 난연성 분체를 사용하여 높은 난연성을 부여하는 동시에 폴리인산암모늄계 배합의 문제점인 내수성이나 분산성을 대폭적으로 개선하고 다양한 수지계에 안전성이 높은 난연제를 제공할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 폴리인산암모늄(a) 10 내지 90중량%,
    다가 알콜 화합물(b) 3 내지 40중량%,
    질소 함유 유기 화합물(c) 5 내지 60중량% 및
    주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소의 산화물(d) 0.5 내지 50중량%로 이루어지고 각각의 분체 표면이 염기성 작용기 및/또는 중성 작용기를 갖는 고분자계 처리제로 표면 처리됨을 특징으로 하는 표면 처리 복합 난연성 분체.
  2. 제1항에 있어서, 염기성 작용기 및/또는 중성 작용기를 갖는 고분자계 표면 처리제의 수평균 분자량이 1,000 내지 8,000인 표면 처리 복합 난연성 분체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다가 알콜 화합물이 디펜타에리스리톨, 트리펜타에리스리톨 및 소르비톨에서 선택된 1종 이상인 표면 처리 복합 난연성 분체.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 질소 함유 화합물이 트리아진 골격을 갖는 화합물에서 선택된 1종 이상인 표면 처리 복합 난연성 분체.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 주기율표 Ⅱ, Ⅲ 또는 Ⅳ족 원소가 Mg, Al, Si, Ti 및 Zn에서 선택된 1종 이상인 표면 처리 복합 난연성 분체.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 표면 처리 복합 난연성 분체를 열가소성 수지 및/또는 열경화성 수지 100중량부에 대해 0.5 내지 50중량부를 함유함을 특징으로 하는 난연성 수지 조성물.
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