KR20230051205A - 내염성 및 내가수분해성 폴리에스터 조성물 및 이로부터의 제조된 커넥터 - Google Patents

내염성 및 내가수분해성 폴리에스터 조성물 및 이로부터의 제조된 커넥터 Download PDF

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커스틴 마크그라프
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Abstract

무-할로겐, 내염성 및 내가수분해성 중합체 조성물이 개시된다. 중합체 조성물은 열가소성 중합체, 예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 함유한다. 열가소성 중합체는 포스피네이트, 포스파이트 및 질소-함유 상승작용제를 포함할 수 있는 난연제와 조합된다. 또한 조성물은 다양한 내가수분해성 성분을 함유할 수 있다. 예를 들어, 조성물에 혼입된 폴리에스터 중합체는 비교적 적은 양의 카복실 단부기를 가질 수 있다. 또한, 조성물은 가수분해 방지제로 코팅된 보강 섬유를 함유할 수 있다. 조성물은 또한 유기금속 상용화제를 함유할 수 있다.

Description

내염성 및 내가수분해성 폴리에스터 조성물 및 이로부터의 제조된 커넥터
관련 출원
본 출원은 참조에 의해 본 명세서에 원용된 미국 가특허 출원 제63/058,527호(출원일: 2020년 7월 30일)에 기초하고, 이를 우선권 주장한다.
엔지니어링 열가소성 물질은 종종 성형 부품 및 제품을 제조하기 위해 수많은 다양한 응용 분야에서 사용된다. 예를 들어, 폴리에스터 중합체 및 폴리에스터 엘라스토머는 모든 상이한 유형의 성형 제품, 예컨대, 사출 성형 제품, 취입 성형 제품 등을 생산하는 데 사용된다. 예를 들어, 폴리에스터 중합체는 화학적으로 저항성이고, 우수한 강도 특성을 갖고, 폴리에스터 엘라스토머를 함유하는 조성물을 제형화하는 경우에는 가요성이 되도록 제형화될 수 있다. 특히 이로운 것은 폴리에스터 중합체는 이의 열가소성 특성으로 인해 용융 가공될 수 있다는 것이다. 또한 폴리에스터 중합체는 재활용 및 재가공할 수 있다.
열가소성 중합체로부터 성형 부품 및 제품을 제조할 때 당업자가 직면하는 한 가지 문제는 물품을 내염성(flame resistant)으로 만드는 능력이다. 거의 무한대로 다양한 내염제가 시판되고 상업적으로 판매되고 있지만, 특정 열가소성 중합체 조성물에 적절한 난연제(flame retardant)를 선택하는 것은 어렵고 예측할 수 없다. 추가로, 다수의 사용 가능한 많은 난연제는 할로겐 화합물, 예컨대, 브로민 화합물을 함유하고, 이것은 제조 중에 유독한 화학 가스를 생성할 수 있다.
폴리에스터 중합체로부터 성형 부품 및 제품을 제조할 때 당업자가 직면하는 또 다른 문제는 물품을 내가수분해성으로 만드는 능력이다. 예를 들어, 많은 폴리에스터 중합체는 특히 상승된 온도에서 물 또는 높은 가습 환경과 반복적으로 접촉하는 경우 분해되는 것으로 알려져 있다.
예를 들어, 내염성 및 내가수분해성이 필요한 영역 중 하나는 폴리에스터 중합체를 사용하여 커넥터, 특히 고전압 커넥터를 설계하고 생산하는 경우이다. 고전압 커넥터는 고전압 성분, 예컨대, 자동차의 전기 구동 시스템을 구성하는 성분과 탈착 가능한 전기 연결을 만들기 위해 설계된다. 예를 들어, 고전압 커넥터는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 및 연료 전지 자동차의 발전으로 인해 특히 수요가 높다.
예를 들어, 전기 자동차의 최신 전기 구동 시스템은 고전압 장치가 300V 초과의 전압에서 작동하는 다수의 고전압 성분 또는 조립체를 포함한다. 이것은 특히 전력 제어 요소, 예컨대, 인버터, 전류 변환기 및/또는 전력 변환기, 제어 유닛 및/또는 전자 제어 유닛을 포함한다.
고전압 커넥터는 감전에 대한 보호를 제공하면서 고전압 환경에서 작동하도록 설계된다. 이러한 커넥터는 고온 및 높은 가습 환경에서 작동해야 할 수도 있다. 따라서 커넥터 하우징은 난연성 및 내가수분해성이어야 한다.
상기 관점에서, 본 개시내용은 난연 특성과 내가수분해성의 개선된 조합을 갖는 폴리에스터 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 본 개시내용은 방염성 조성물(fire retardant composition), 즉, 난연성 조성물 및 적어도 1종의 내가수분해성 첨가제와 함께 열가소성 중합체, 예컨대, 폴리에스터 중합체를 함유하는 중합체 조성물에 관한 것이다. 개선된 내염 특성을 갖는 중합체 조성물을 생산하기 위해서 방염성 조성물의 성분은 신중하게 선택된다. 예를 들어, 이러한 중합체 조성물은 Underwriters Laboratories Test 94에 따라 시험되는 경우 1.5㎜ 또는 0.8㎜의 두께에서 V-0 등급을 나타낼 수 있다. 또한, 중합체 조성물은 121℃에서 가수분해 시험된 경우 내가수분해성, 인장-기계적 및 충격 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 중합체 조성물은 조성물의 인장 특성, 예컨대, 인장 탄성률(tensile modulus)이 168시간 동안 시험되는 경우 약 50%를 초과하게 감소하지 않도록 제형화될 수 있다. 또한, 23℃에서 중합체 조성물의 샤피 노치 강도(Charpy notched strength)는 가수분해 시험(아래에 기재됨)에 따라 168시간 동안 시험되는 경우 약 50% 이하만큼 감소할 수 있다.
일 실시형태에서, 예를 들어, 본 개시내용은 폴리에스터 중합체를 함유하는 내염성 및 내가수분해성 중합체 조성물에 관한 것이다. 폴리에스터 중합체는 일반적으로 약 40 중량% 초과의 양, 예컨대, 약 45 중량% 초과의 양, 예컨대, 약 50 중량% 초과의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 폴리에스터 열가소성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체일 수 있다. 일 실시형태에서, 내가수분해성 폴리에스터 중합체, 예컨대, 내가수분해성 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체가 사용될 수 있다. 폴리에스터 중합체(예를 들어, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체)는 제한된 양의 카복실 단부기를 함유할 수 있다. 폴리에스터 중합체는 약 20 m㏖/㎏ 미만의 양의 카복실 단부기를 함유할 수 있다.
본 개시내용에 따르면, 열가소성 중합체는 금속 포스피네이트, 금속 포스파이트, 및 질소-함유 상승작용제의 조합물을 포함하는 무-할로겐 난연성 조성물과 조합된다. 금속 포스파이트는, 예를 들어, 화학식 Al2(HPO3)3를 갖는 알루미늄 포스파이트를 포함할 수 있다. 다른 한편, 금속 포스피네이트는 다이알킬 포스피네이트, 예컨대, 알루미늄 다이에틸 포스피네이트일 수 있다. 질소-함유 상승작용제는 멜라민, 예컨대, 멜라민 사이아누레이트를 포함할 수 있다. 일 양상에서, 금속 포스피네이트는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%, 예컨대, 약 7 중량% 내지 약 25 중량%의 양으로, 예컨대, 약 7 중량% 내지 약 19 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재한다. 금속 포스파이트는 일반적으로 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량%, 예컨대, 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%, 예컨대, 약 0.2 중량% 내지 약 1.1 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 다른 한편, 질소-함유 상승작용제는 일반적으로 약 0.01 중량% 내지 약 12 중량%, 예컨대, 약 2 중량% 내지 약 9 중량%, 예컨대, 약 3 중량% 내지 약 8.5 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
중합체 조성물은 또한 보강 섬유, 예컨대, 유리 섬유를 함유할 수 있다. 보강 섬유는 가수분해 방지제(hydrolysis resistant agent)와 조합된 사이징제(sizing agent)를 포함하는 사이징 조성물로 코팅될 수 있다. 사이징제는, 예를 들어, 실란일 수 있는 반면, 가수분해 방지제는 글리시딜 에스터형 에폭시 수지일 수 있다. 일 양상에서, 사이징 조성물은 제2 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 가수분해 방지제로서 사용될 수 있는 글리시딜 에스터형 에폭시 수지는 아크릴산 글리시딜 에스터, 메타크릴산 글리시딜 에스터, 프탈산 다이글리시딜 에스터, 메틸테트라하이드로프탈산 다이글리시딜 에스터, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 사이징 조성물은 섬유의 약 0.1 중량% 내지 약 4 중량%의 양으로 보강 섬유 상에 존재할 수 있다. 보강 섬유는 일반적으로 약 1㎜ 내지 약 5㎜의 평균 섬유 길이를 가질 수 있고, 약 8 마이크론 내지 약 12 마이크론의 평균 섬유 직경을 가질 수 있다.
중합체 조성물은 또한 유기금속 상용화제를 함유할 수 있다. 유기금속 상용화제는, 예를 들어, 티타네이트일 수 있다. 사용될 수 있는 티타네이트의 일례는 티타늄 IV 2-프로판올레이토, 트리스(다이옥틸)포스페이토-0이다. 유기금속 상용화제는 일반적으로 약 0.05 중량% 내지 약 2.5 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 내염성 중합체 조성물은 또한 카복실산의 에스터를 함유할 수 있다. 예를 들어, 에스터는 몬탄산을 다작용성 알코올과 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 다작용성 알코올은 에틸렌 글리콜 또는 글리세린일 수 있다. 카복실산의 에스터는 일반적으로 약 0.05 중량% 내지 약 8 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
본 개시내용의 중합체 조성물은 250℃ 및 2.16㎏의 하중에서 시험되는 경우 적어도 3㎤/10분, 예컨대, 약 4㎤/10분 초과의 용융 유량을 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 본 개시내용은 접촉 요소(contact element)를 수용하기 위하여 사이에 통로가 획정된 적어도 2개의 대향하는 벽을 포함하는 전기 커넥터, 예컨대, 고전압 커넥터에 관한 것이다. 접촉 요소는, 예를 들어, 수형(male) 전도성 부재 또는 암형(female) 전도성 부재일 수 있다. 본 개시내용에 따르면, 적어도 2개의 대향하는 벽은 본 명세서에 기재된 바와 같은 중합체 조성물로부터 형성된다.
본 개시내용의 다른 특징 및 양상은 하기에서 보다 상세하게 논의된다.
정의
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 중합체의 내염 특성은 수직 화염 시험(Vertical Burn Test)에 따른 Underwriters Laboratories Test 94에 따라서 측정된다. 내염성을 측정하기 위해 다양한 두께로 시험편을 제조할 수 있다. V-0 등급은 최고 등급을 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "가수분해 시험"은 특징 시간, 예컨대, 96시간 또는 168시간 동안 압력솥에 시험편을 두어 121℃에서 수행된다. 압력솥은 압력 하에서 포화 증기 형태의 습열을 사용한다. 압력솥의 작동 범위는 15 내지 21psi이다(기어식 스팀 게이지 사용). 노출 기간은 압력 증기 게이지 바늘이 상기 작동 범위(15 내지 21psi) 내에 등록될 때 시작된다. 시험 동안, 온도는 121℃ 내지 127℃까지 변할 수 있다. 결정된 시간 후에, 시험편의 물성을 측정하고 초기 특성과 비교한다.
중합체 또는 중합체 조성물의 용융 유량은 적합한 온도 및 하중, 예컨대, 250℃ 및 2.16㎏의 하중 또는 5㎏의 하중에서 ISO Test 1133에 따라서 측정된다.
중합체의 밀도는 g/㎤ 단위로 ISO Test 1183에 따라 측정된다.
평균 입자 크기(d50)는 적합한 Horiba 광산란 장치와 같은 광산란을 사용하여 측정된다.
중합체의 평균 분자량은 Margolies 방정식을 사용하여 결정된다.
인장 탄성률, 항복 인장 응력, 항복 인장 변형률, 50% 파단 인장 응력, 파단 인장 응력 및 파단 인장 공칭 변형률은 모두 ISO Test 527-2/1B에 따라 측정된다.
23℃에서의 샤피 충격 강도는 ISO Test 179/1eU에 따라 측정된다.
상대 유전율(permittivity) 또는 유전 상수는 1㎒에서 측정되고, 유전 정접(dissipation factor)은 IEC Test 60250에 따라서 1㎒에서 측정된다.
체적 저항률 및 표면 저항률은 IEC Test 60093에 따라 측정된다.
본 개시내용의 완전하고 가능하게 하는 개시내용은 첨부된 도면에 대한 참조를 포함하여 본 명세서의 나머지 부분에서 보다 구체적으로 제시된다.
도 1은 상부 커버가 제거된 것을 도시한 전기 자동차용 배터리 팩의 사시도이고; 배터리 팩은 차량의 다른 성분과의 연결을 위해 하나 이상의 실시형태에서 고전압 하니스 연결 구조를 사용하고;
도 2는 본 개시내용에 따른 고전압 커넥터의 일 실시형태의 사시도이고;
도 3은 본 개시내용에 따른 고전압 커넥터의 대안적인 실시형태이고;
도 4는 도 1의 배터리 팩을 포함하는 전기 자동차의 실시형태이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위한 것이다.
당업자는 본 논의가 단지 예시적인 실시형태에 대한 설명일 뿐이며, 본 개시내용의 더 넓은 양상을 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
일반적으로, 본 개시내용은 무-할로겐, 내염성 및 내가수분해성 중합체 조성물에 관한 것이다. 본 개시내용에 따라 제조된 중합체 조성물은 Underwriters Laboratories Tests에 따라 시험되는 경우 우수한 가연성 등급을 나타낼 뿐만 아니라 내가수분해성일 뿐만 아니라 중합체 가공 특성을 포함하는 우수한 기계적 특성을 갖는다.
일반적으로, 본 개시내용의 중합체 조성물은 금속 포스피네이트, 금속 포스파이트 및 질소-함유 상승작용제를 함유할 수 있는 난연성 조성물과 조합된, 적합한 열가소성 중합체, 예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 함유한다. 난연성 조성물에 더하여, 중합체 조성물은 또한 보강 섬유 및 적어도 1종의 내가수분해성 첨가제 또는 성분을 함유한다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 중합체 조성물에서 사용하기 위해서 선택되는 열가소성 중합체는 최소의 양의 카복실 단부기를 함유하는 내가수분해성 폴리에스터 중합체이다. 추가로, 보강 섬유는 가수분해 방지제를 함유하는 사이징 조성물로 코팅될 수 있다. 중합체 조성물은 또한 유기금속 상용화제를 함유할 수 있다.
본 개시내용의 중합체 조성물은 전기 성분, 예컨대, 고전압 전기 커넥터를 제조하기 위해서 특히 양호하게 적합하다. 본 개시내용에 따라서 제조된 전기 커넥터는 본 개시내용의 범주 내에서 다양한 구성을 가질 수 있다. 예로서, 전기 커넥터는 대향하는 벽들 사이에 복수의 통로 또는 공간을 획정할 수 있다. 통로는 전기적 연결을 용이하게 하기 위해서 접촉 요소를 수용할 수 있다. 접촉 요소는, 예를 들어, 대향하는 커넥터와의 연결을 위해서 수형 접촉 요소 또는 암형 접촉 요소의 형태로 존재할 수 있다.
내염성 및 내가수분해성 전기 커넥터 및 다른 전기 성분에 대한 필요성은 자동차의 발전 및 하이브리드 자동차, 전기 자동차 및/또는 자율주행 자동차의 대량 생산으로 인한 요구로 인해서 극적으로 증가하고 있다. 전기 자동차 및 자율주행 자동차는, 예를 들어, 더 많은 수의 고전압 연결을 필요로 한다. 이들 고전압 커넥터 및 다른 장치 중 다수는 300V 초과의 전압에서 작동한다. 이러한 커넥터는 전형적으로 예컨대, 하나 이상의 배터리 팩에서 전기 모터 또는 기타 보조 시스템에 이르기까지 차량의 다양한 성분 사이에 확장되는 고전압 하니스의 일부이다.
도 1 및 도 4를 참조하면. 예를 들어, 전기 자동차(100)에 탑재되는 배터리 팩(10)의 일 실시형태가 도시되어 있다. 배터리 팩(10)은 배터리 팩 케이스(12)를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 배터리 팩 케이스(12)의 하나의 부분만을 도시한다. 배터리 팩 케이스(12)의 상부는 내부 성분을 보여주기 위해 제거되어 있다.
배터리 팩(10)은 배터리 모듈(14), 온도-조정 에어 유닛(16), 고전압 컷오프 스위치인 서비스 차단 스위치(18), 정션 박스(20) 및 리튬 이온 배터리 컨트롤러(22)를 포함할 수 있다.
배터리 팩 케이스(12)는 차량 내의 임의의 적합한 위치에 제자리에 장착될 수 있다. 배터리 팩(10)을 차량 내의 다른 성분과 연결하기 위해서, 배터리 팩 케이스(12)는 냉매 파이프 커넥터 터미널(24), 충전/방전 커넥터 터미널(26), 강전기(heavy-electric) 커넥터 터미널(28) 및 약전기(weak electric) 커넥터 터미널(30)을 지지한다.
배터리 모듈(14)은 복수의 배터리 서브모듈을 포함할 수 있다. 각각의 배터리 서브모듈은 복수의 배터리 셀이 서로에 적층된 조립체 구조이다.
하나 이상의 고전압 전기 하니스가 배터리 팩(10)을 차량 내에 포함된 전기 모터에 연결한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)은 와이어링 하니스(102) 및 와이어링 하니스(104)를 통해 전기 모터(106)에 연결된다. 배터리 팩(10)에 대한 커넥터에 더하여, 차량의 전기 모터는 엔진 커넥터에 대한 컨버터, 히터 커넥터에 대한 인버터, 컴프레서 커넥터에 대한 인버터, 컨버터 커넥터에 대한 충전기 등을 포함할 수 있다. 이러한 모든 성분은 커넥터, 특히 고전압 커넥터가 필요하다.
도 2를 참조하면, 본 개시내용에 따라 제조될 수 있는 고전압 커넥터(50)의 일 실시형태가 도시되어 있다. 전기 커넥터(50)는 대향하는 벽(54)으로 둘러싸인 삽입 통로(52)를 포함한다. 벽(54)은 복수의 접촉 요소(56)를 수용한다. 접촉 요소(56)는 대향하는 커넥터에 전기 연결을 만들기 위한 것이다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 접촉 요소(56)는 대향하는 수용체에 삽입될 수형 접촉자이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 다른 커넥터(60)가 도시되어 있다. 커넥터(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 커넥터(50)를 수용하여 부착하기 위한 것이다. 커넥터(60)는 복수의 대향하는 벽(64)으로 둘러싸인 삽입 통로(62)를 포함한다. 커넥터(60)는 복수의 접촉 요소(66)를 포함한다. 접촉 요소(66)는 도 2에 도시된 바와 같은 커넥터(50)로부터의 수형 접촉 요소(56)를 수용하기 위한 암형 커넥터이다.
본 개시내용에 따르면, 커넥터(50)의 대향하는 벽(54) 및 커넥터(60)의 대향하는 벽(64)은 본 개시내용의 중합체 조성물로 제조될 수 있다. 중합체 조성물은 내염 특성이 우수하고 또한 내가수분해성이다. 예를 들어, Underwriters Laboratories Test 94에 따른 수직 화재 시험에 따라 시험되는 경우, 중합체 조성물은 1.5㎜의 두께에서 시험할 때 V-0 등급을 갖는다. 특정 실시형태에서, 중합체 조성물은 또한 0.8㎜의 두께에서 시험될 때 V-0 등급을 가질 수 있다. 중합체 조성물은 121℃에서 가수분해 시험된 경우 내가수분해성 인장-기계적 특성 및 충격 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 중합체 조성물은 인장 탄성률와 같은 조성물의 인장 특성이 168시간 동안 시험될 때 약 50%를 초과하게 감소하지 않도록 제형화될 수 있다. 또한, 23℃에서 중합체 조성물의 샤피 노치 강도는 가수분해 시험에 따라 168시간 동안 시험될 때 약 50% 이하만큼 감소될 수 있다.
중합체 조성물은 또한 우수한 기계적 특성을 갖는다. 예를 들어, 중합체 조성물의 인장 탄성률은 약 8,400㎫ 초과, 예컨대, 약 9,000㎫ 초과, 예컨대, 약 9,500㎫ 초과, 예컨대, 약 10,000㎫ 초과, 예컨대, 약 10,500㎫ 초과, 예컨대, 약 11,000㎫ 초과일 수 있다. 인장 탄성률은 일반적으로 약 18,000㎫ 미만이다. 중합체 조성물은 약 110㎫ 초과, 예컨대, 약 112㎫ 초과, 예컨대, 약 114㎫ 초과이고, 일반적으로 약 130㎫ 미만인 파단시 인장 응력(tensile stress at break)을 가질 수 있다. 중합체 조성물은 또한 약 6kJ/㎡ 초과, 예컨대, 약 6.5kJ/㎡ 초과, 예컨대, 약 7kJ/㎡ 초과, 예컨대, 약 7.5kJ/㎡ 초과이고, 일반적으로 약 14kJ/㎡ 미만인 노치 샤피 충격 강도를 가질 수 있다. 중합체 조성물은 일반적으로 약 50kJ/㎡ 초과의 언노치 샤피 충격 강도를 가질 수 있다.
상기에 기재된 바와 같이, 중합체 조성물은 일반적으로 열가소성 중합체, 특히 폴리에스터 중합체를 함유한다. 본 명세서에서 사용하기에 적합한 폴리에스터는 2 내지 약 10개의 탄소 원자를 함유하는 지방족 또는 지환족 다이올 또는 이들의 혼합물 및 방향족 다이카복실산으로부터 유래되고, 즉, 폴리알킬렌 테레프탈레이트이다.
지환족 다이올 및 방향족 다이카복실산으로부터 유래된 폴리에스터는, 예를 들어, 1,4-사이클로헥산다이메탄올의 시스- 또는 트랜스이성질체(또는 이들의 혼합물)를 방향족 다이카복실산과 축합시킴으로써 제조된다.
방향족 다이카복실산의 예는 아이소프탈산 또는 테레프탈산, 1,2-다이(p-카복시페닐)에탄, 4,4'-다이카복시다이페닐 에터 등 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 산 모두는 적어도 하나의 방향족 핵을 함유한다. 융합 고리가 또한 예컨대, 1,4- 또는 1,5- 또는 2,6-나프탈렌-다이카복실산에 존재할 수 있다. 일 실시형태에서, 다이카복실산은 테레프탈산, 또는 테레프탈산과 아이소프탈산의 혼합물이다.
중합체 조성물에서 사용될 수 있는 폴리에스터는, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 이들의 혼합물 및 이들의 공중합체를 포함한다.
일 양상에서, 폴리에스터 중합체, 예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 비교적 최소량의 카복실 단부기를 함유한다. 예를 들어, 폴리에스터 중합체는 약 20m㏖/㎏ 미만, 예컨대, 약 18m㏖/㎏ 미만, 예컨대, 약 15m㏖/㎏ 미만, 일반적으로 약 1m㏖/㎏ 초과의 양의 카복실 단부기를 함유할 수 있다. 카복실 단부기의 양은 상이한 기술을 사용하여 폴리에스터 중합체에서 최소화될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 폴리에스터 중합체는 카복실 단부기의 양을 감소시키기 위해서 알코올, 예컨대, 벤질 알코올과 접촉될 수 있다.
폴리에스터 중합체 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 250℃ 및 2.16㎏의 하중에서 시험되는 경우 일반적으로 약 10㎤/10분 초과, 예컨대, 약 30㎤/10분 초과, 예컨대, 약 35㎤/10분 초과이고 일반적으로 약 100㎤/10분 미만, 예컨대, 약 80㎤/10분 미만, 예컨대, 약 60㎤/10분 미만, 예컨대, 약 50㎤/10분 미만인 용융 유량을 갖는다.
열가소성 중합체, 예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 연속상을 형성하기에 충분한 양으로 중합체 조성물에 존재한다. 예를 들어, 열가소성 중합체는 적어도 약 35 중량%의 양으로, 예컨대, 적어도 약 40 중량%의 양으로, 예컨대, 적어도 45 중량%의 양으로, 예컨대, 적어도 약 50 중량%, 예컨대, 적어도 약 55 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 열가소성 중합체는 일반적으로 약 80 중량% 미만의 양으로 존재한다.
본 개시내용에 따르면, 상기에 기재된 적어도 1종의 열가소성 중합체는 본 개시내용에 따른 무-할로겐 난연성 조성물과 조합된다. 난연성 조성물은 금속 포스피네이트, 금속 포스파이트 및 질소-함유 상승작용제를 함유할 수 있다.
금속 포스피네이트는, 예를 들어, 다이알킬 포스피네이트 및/또는 다이포스피네이트일 수 있다. 금속 포스피네이트는 하기 화학 구조 중 하나를 가질 수 있다:
Figure pct00001
상기 식에서, R1, R2는 동일하거나 상이하고, 각각 선형 또는 분지형 C1-C6-알킬이고; R3은 선형 또는 분지형 C1-C10-알킬렌, C6-C10-아릴렌, C7-C20-알킬아릴렌 또는 C7-C20-아릴알킬렌이고; M은 Mg, Ca, Al, Sb, Sn, Ge, Ti, Zn, Fe, Zr, Ce, Bi, Sr, Mn, Li, Na, K 및/또는 양성자화된 질소 염기이고; m은 1 내지 4이고; n은 1 내지 4이고; x는 1 내지 4이다.
일 실시형태에서, 금속 포스피네이트는 금속 다이알킬포스피네이트, 예컨대, 알루미늄 다이에틸포스피네이트이다. 금속 포스피네이트는 일반적으로 약 5 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 7 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 9 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 11 중량% 초과의 양으로, 그리고 일반적으로 약 30 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 25 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 20 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 17 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 14 중량% 미만의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 일 실시형태에서, 금속 포스피네이트 중합체는 약 7 중량% 내지 약 19 중량%의 양으로 조성물에 존재한다.
중합체 조성물에 존재하는 금속 포스파이트는 상기에 제시된 금속 (M) 중 임의의 것으로부터 제조된 임의의 적합한 금속 포스파이트일 수 있다. 일 양상에서, 금속 포스파이트는 알루미늄 포스파이트이다. 알루미늄 포스파이트는 화학 구조 Al2(HPO3)3를 가질 수 있다. 알루미늄 포스파이트의 다른 형태가 또한 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 다른 형태는 염기성 알루미늄 포스파이트, 알루미늄 포스파이트 테트라하이드레이트 등을 포함한다. 추가의 또 다른 실시형태에서, 알루미늄 포스파이트는 화학식 Al(H2PO3)3를 가질 수 있다.
금속 포스파이트는 특히 중합체 조성물이 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 함유하는 경우, 중합체 조성물의 내염 특성을 개선시키는 데 있어서 금속 포스피네이트와 상승작용적으로 작용한다고 여겨진다. 금속 포스피네이트와 금속 포스파이트 간의 중량비는 일반적으로 약 10:8 내지 약 30:1, 예컨대, 약 10:1 내지 약 20:1, 예컨대, 약 14:1 내지 약 18:1일 수 있다. 일 양상에서, 금속 포스파이트는 약 0.01 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 0.1 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 0.2 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 0.3 중량% 초과의 양으로, 그리고 일반적으로 약 4 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 2.5 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 2 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 1.1 중량% 미만의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
금속 포스피네이트 및 금속 포스파이트와 조합하여 존재하는 질소-함유 상승작용제는 멜라민을 포함할 수 있다. 예를 들어, 질소-함유 상승작용제는 멜라민 사이아누레이트를 포함한다. 사용될 수 있는 다른 멜라민 화합물은 멜라민 폴리포스페이트, 다이멜라민 폴리포스페이트, 멜렘 폴리포스페이트, 멜람 폴리포스페이트, 멜론 폴리포스페이트 등을 포함한다. 사용될 수 있는 다른 질소-함유 상승작용제는 벤조구안아민, 트리스(하이드록시에틸)아이소사이아누레이트, 알란토인, 글리콜루릴, 구아니딘 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 일반적으로, 단지 소량의 질소-함유 상승작용제가 중합체 조성물에 존재하는 것이 필요하다. 예를 들어, 질소-함유 상승작용제는 약 12 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 11 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 10 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 9 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 8.5 중량% 미만의 양으로 그리고 일반적으로 약 0.1 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 2 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 3 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 4 중량% 초과의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
중합체 조성물은 또한 열가소성 중합체 매트릭스에 분산된 보강 섬유를 함유할 수 있다. 이롭게 사용될 수 있는 보강 섬유는 미네랄 섬유, 예컨대, 유리 섬유 또느 중합체 섬유, 특히 유기 고-모듈러스(high-modulus) 섬유, 예컨대, 아라미드 섬유이다.
이들 섬유는 변형된 형태 또는 변형되지 않은 형태로 존재할 수 있되, 단, 예를 들어, 플라스틱에 대한 접착을 개선시키기 위해서, 사이징 또는 화학적으로 처리되어야 한다. 유리 섬유가 특히 바람직하다.
보강 섬유, 예컨대, 유리 섬유는 섬유를 보호하기 위해서 그리고 섬유와 매트릭스 물질 간의 접착을 개선시키기 위해서 사이징 조성물로 코팅될 수 있다. 사이징 조성물은 보통 실란, 막형성제, 윤활제, 습윤제, 접착제, 선택적으로 정전기방지제 및 가소제, 유화제, 선택적으로 추가 첨가제를 포함한다.
실란의 구체적인 예는 아미노실란, 예를 들어, 3-트라이메톡시실릴프로필아민, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트라이메톡시-실란, N-(3-트라이메톡시실란일프로필)에탄-1,2-다이아민, 3-(2-아미노에틸-아미노)프로필트라이메톡시실란, N-[3-(트라이메톡시실릴)프로필]-1,2-에탄-다이아민이다.
막형성제는, 예를 들어, 폴리바이닐아세테이트, 폴리에스터 및 폴리우레탄이다.
본 개시내용에 따르면, 보강 섬유에 적용되는 사이징 조성물은 실란 사이징제를 함유할 수 있을 뿐만 아니라 가수분해 방지제를 함유할 수 있다. 가수분해 방지제는, 예를 들어, 글리시딜 에스터형 에폭시 수지일 수 있다. 예를 들어, 글리시딜 에스터형 에폭시 수지는 모노글리시딜 에스터 또는 다이글리시딜 에스터일 수 있다. 사용될 수 있는 글리시딜 에스터형 에폭시 수지의 예는 아크릴산 글리시딜 에스터, 메타크릴산 글리시딜 에스터, 프탈산 다이글리시딜 에스터, 메틸테트라하이드로프탈산 다이글리시딜 에스터, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
일 양상에서, 사이징 조성물은 실란, 글리시딜 에스터형 에폭시 수지, 제2 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 윤활제, 정전기방지제를 함유한다. 제2 유형의 에폭시 수지는, 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지일 수 있다. 가수분해 방지제는 약 5: 1 내지 약 1:1, 예컨대, 약 4:1 내지 약 2:1의 중량비로 실란 사이징제와 관련하여 사이징 조성물에 존재할 수 있다.
보강 섬유는, 예를 들어, 사출기 또는 혼련기에서 중합체 매트릭스에 컴파운딩될 수 있다.
섬유 직경은 사용되는 특정 섬유에 따라서 그리고 섬유가 절단된 형태인지 또는 연속 형태인지에 따라서 달라질 수 있다. 섬유는, 예를 들어, 직경이 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예컨대, 약 5㎛ 내지 약 50㎛, 예컨대, 약 5㎛ 내지 약 12㎛이다. 섬유의 길이는 특징 응응 분야에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 평균 길이가 약 0.5㎜ 초과, 예컨대, 약 1㎜ 초과, 예컨대, 약 1.5㎜ 초과, 예컨대, 약 2.5㎜ 초과일 수 있다. 섬유의 길이는 일반적으로 약 8㎜ 미만, 예컨대, 약 7㎜ 미만, 예컨대, 약 5.5㎜ 미만, 예컨대, 약 4㎜ 미만일 수 있다.
일반적으로, 보강 섬유는 조성물의 인장 강도를 증가시키기에 충분한 양으로 중합체 조성물에 존재한다. 보강 섬유는, 예를 들어, 약 2 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 5 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 10 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 15 중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 20 중량% 초과의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 보강 섬유는 일반적으로 약 55 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 50 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 45 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 40 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 35 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 30 중량% 미만의 양으로 존재한다.
중합체 조성물은 또한 유기금속 상용화제를 함유할 수 있다. 유기금속 상용화제는 예상치 못하게 내가수분해성을 증가시키고, 중합체 가공 동안 중합체 조성물의 유동 특성을 개선시킨다는 것을 발견하였다. 또한, 유기금속 상용화제는 다양한 다른 유익 및 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 유기금속 상용화제는 부식방지 특성을 제공하고, 중합체 조성물의 내산성을 증가시키고, 중합체 조성물의 장기간 노화 특성을 개선시킬 수 있다. 또한, 유기금속 상용화제는 특정 응용 분야에서 발포성 난연제로서 작용할 수 있다.
유기금속 상용화제는 모노알콕시 티타네이트를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 유기금속 화합물은 지르코네이트 및 알루미네이트를 포함한다. 중합체 조성물에 혼입될 수 있는 티타네이트의 구체적인 예는 티타늄 IV 2-프로판올레이토, 트리스 아이소옥타데카노에이토-O; 티타늄 IV 비스 2-메틸-2-프로페노에이토-O, 아이소옥타데카노에이토-O 2-프로판올레이토; 티타늄 IV 2-프로판올레이토, 트리스(도데실)벤젠설파네이토-0; 티타늄 IV 2-프로판올레이토, 트리스(다이옥틸)포스페이토-O; 티타늄 IV, 트리스(2-메틸)-2-프로페노에이토-O, 메톡시다이글리콜릴레이토; 티타늄 IV 2-프로판올레이토, 트리스(다이옥틸)피로포스페이토-O; 티타늄 IV, 트리스(2-프로페노에이토-O), 메톡시다이글리콜릴레이토-O; 티타늄 IV 2-프로판올레이토, 트리스(3,6-다이아자)헥산올레이토 및 이들의 혼합물을 포함한다.
중합체 조성물에 존재하는 경우, 유기금속 상용화제는 일반적으로 약 0.05 중량% 초과, 예컨대, 약 0.1 중량% 초과, 예컨대, 약 0.2 중량% 초과, 예컨대, 약 0.28 중량% 초과 그리고 일반적으로 약 2.8 중량% 미만, 예컨대, 약 2.5 중량% 미만, 예컨대, 약 2.2 중량% 미만, 예컨대, 약 1.8 중량% 미만, 예컨대, 약 1.6 중량% 미만, 예컨대, 약 0.7 중량% 미만의 양으로 포함될 수 있다.
일 실시형태에서, 본 개시내용의 중합체 조성물은 카보다이이미드 화합물을 함유할 수 있다. 카보다이이미드 화합물은 분자 내에 카보다이이미드기(-N=C=N-)를 가질 수 있다. 카보다이이미드 화합물은 특히 에폭시계 화합물과 관련하여 내가수분해성을 제공할 수 있다. 또한, 카보다이이미드 화합물은 난연성 첨가제로서 양호하게 기능한다. 적용 가능한 카보다이이미드 화합물은 지방족 주쇄를 갖는 지방족 카보다이이미드 화합물, 지환식 주쇄를 갖는 지환식 카보다이이미드 화합물 및 방향족 주쇄를 갖는 방향족 카보다이이미드 화합물을 포함한다. 방향족 카보다이이미드 화합물은 가수분해에 대해 더 큰 내성을 제공할 수 있다.
지방족 카보다이이미드 화합물의 예는 다이아이소프로필 카보다이이미드, 다이옥틸데실 카보다이이미드 등을 포함한다. 지환식 카보다이이미드 화합물의 예는 다이사이클로헥실 카보다이이미드 등을 포함한다.
방향족 카보다이이미드 화합물의 예는 모노- 또는 다이-카보다이이미드 화합물 예컨대, 다이페닐 카보다이이미드, 다이-2,6-다이메틸페닐 카보다이이미드, N-톨릴-N'-페닐 카보다이이미드, 다이-p-나이트로페닐 카보다이이미드, 다이-p-아미노페닐 카보다이이미드, 다이-p-하이드록시페닐 카보다이이미드, 다이-p-클로로페닐 카보다이이미드, 다이-p-메톡시페닐 카보다이이미드, 다이-3,4-다이클로로페닐 카보다이이미드, 다이-2,5-다이클로로페닐 카보다이이미드, 다이-o-클로로페닐 카보다이이미드, p-페닐렌-비스-다이-o-톨릴 카보다이이미드, p-페닐렌-비스-다이사이클로헥실 카보다이이미드, p-페닐렌-비스-다이-p-클로로페닐 카보다이이미드 또는 에틸렌-비스-다이페닐 카보다이이미드; 및 폴리카보다이이미드 화합물, 예컨대, 폴리(4,4'-다이페닐메탄 카보다이이미드), 폴리(3,5'-다이메틸-4,4'-바이페닐메탄 카보다이이미드), 폴리(p-페닐렌 카보다이이미드), 폴리(m-페닐렌 카보다이이미드), 폴리(3,5'-다이메틸-4,4'-다이페닐메탄 카보다이이미드), 폴리(나프틸렌 카보다이이미드), 폴리(1,3-다이아이소프로필페닐렌 카보다이이미드), 폴리(1-메틸-3, 5-다이아이소프로필페닐렌 카보다이이미드), 폴리(1,3,5-트라이에틸페닐렌 카보다이이미드) 또는 폴리(트라이아이소프로필페닐렌 카보다이이미드)를 포함한다. 이들 화합물은 이들 중 2종 이상의 조합물로 사용될 수 있다. 이들 중에서, 사용될 구체적으로 바람직한 것은 다이-2,6-다이메틸페닐 카보다이이미드, 폴리(4,4'-다이페닐메탄 카보다이이미드), 폴리(페닐렌 카보다이이미드) 및 폴리(트라이아이소프로필페닐렌 카보다이이미드)이다.
일 양상에서, 카보다이이미드 화합물은 폴리카보다이이미드이다. 예를 들어, 폴리카보다이이미드는 중량 평균 분자량이 약 10,000g/㏖ 이상이고, 일반적으로 약 100,000g/㏖ 미만일 수 있다. 폴리카보다이이미드의 예는 Stabaxol KE9193 및 Stabaxol P100(란세스사(Lanxess)) 및 Lubio AS3-SP(섀프 애디티프 시스템즈사(Schaeffe Additive Systems))를 포함한다.
카보다이이미드 화합물은 약 0.3중량% 초과의 양으로, 예컨대, 약 0.8 중량% 초과의 양으로 그리고 일반적으로 약 4 중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 3중량% 미만의 양으로, 예컨대, 약 1.8 중량% 미만의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명의 열가소성 중합체 조성물은 또한 중합체 조성물의 약 0,01 중량% 내지 약 2 중량%, 일부 실시형태에서는 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%, 일부 실시형태에서는 약 0.2 중량% 내지 약 0.5 중량%를 구성하는 윤활제를 또한 포함할 수 있다. 윤활제는 22 내지 38개의 탄소 원자, 일부 실시형태에서는, 24 내지 36개 탄소 원자의 쇄 길이를 갖는 지방산으로부터 유래된 지방산염으로부터 형성될 수 있다. 이러한 지방산의 예는 장쇄 지방족 지방산, 예컨대, 몬탄산(옥타코산산), 아라키드산(아라키산, 이코산산(icosanic acid), 이코사노산(icosanoic acid), n-이코사노산), 테트라코산산(리그노세르산), 베헨산(도코산산), 헥사코산산(세로틴산), 멜리스산(트라이아콘탄산), 에루스산, 세톨레산, 브라시다이산, 셀라콜레산, 널본산(nervonic acid) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몬탄산은 28개 원자의 지방족 탄소쇄를 갖고, 아라키드산은 20개 원자의 지방족 탄소쇄를 갖는다. 지방산에 의해서 제공된 긴 탄소쇄로 인해서, 윤활제는 높은 열안정성 및 낮은 휘발성을 갖는다. 이는 목적하는 물품의 형성 동안 윤활제가 기능성을 유지하도록 하여 내부 마찰 및 외부 마찰을 감소시킴으로써, 기계적/화학적 효과에 의해서 유발되는 물질의 열화를 감소시킨다.
지방산염은 지방산 왁스의 비누화에 의해 형성되어 과량의 카복실산을 중화시키고 금속염을 형성할 수 있다. 비누화는 금속 수산화물, 예컨대, 알칼리 금속 수산화물(예를 들어, 수산화나트륨) 또는 알카리 토금속 수산화물(예를 들어, 수산화칼슘)을 사용하여 진행될 수 있다. 생성된 지방산염은 전형적으로 알칼리 금속(예를 들어, 나트륨, 칼륨, 리튬 등) 또는 알칼리 토금속(예를 들어, 칼슘, 마그네슘 등)을 포함한다. 이러한 지방산염은 일반적으로 산가(ASTM D 1386)가 약 20㎎ KOH/g 이하, 일부 실시형태에서는 약 18㎎ KOH/g 이하, 그리고 일부 실시형태에서는 약 1 내지 약 15㎎ KOH/g이다. 본 발명에서 사용하기에 특히 적합한 지방산염은 조물질 탄산 왁스로부터 유래되는데, 이것은 C28-C32 범위의 쇄 길이를 갖는 직쇄형, 비분지쇄형 모노카복실산을 함유한다. 이러한 몬탄산염은 클라리언트사(Clariant GmbH)로부터 상표명 Licomont® CaV 102(장쇄 선형 몬탄산의 칼슘염) 및 Licomont® NaV 101(장쇄 선형 몬탄산의 나트륨염) 하에 상업적으로 입수 가능하다.
바람직한 경우, 지방산 에스터가 윤활제로 사용될 수 있다. 지방산 에스터는 조물질 천연 왁스의 산화성 표백, 그 다음 지방산과 알코올의 에스터화에 의해서 얻어질 수 있다. 알코올은 전형적으로 1 내지 4개의 하이드록실기 및 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는다. 알코올이 다작용성(예를 들어, 2 내지 4개의 하이드록실기)인 경우, 2 내지 8개의 탄소 원자 수가 특히 바람직하다. 특히 적합한 다작용성 알코올은 2가(dihydric) 알코올(예를 들어, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올, 1,6-헥산다이올 및 1,4-사이클로헥산다이올), 3가 알코올(예를 들어, 글리세롤 및 트라이메틸올프로판), 4가 알코올(예를 들어, 펜타에리트리톨 및 에리트리톨) 등을 포함할 수 있다. 방향족 알코올, 예컨대, o-, m- 및 p-톨릴카비놀, 클로로벤질 알코올, 브로모벤질 알코올, 2,4-다이메틸벤질 알코올, 3,5-다이메틸 벤질 알코올, 2,3,5-쿠모벤질 알코올, 3,4,5-트라이메틸벤질 알코올, p-쿠민일 알코올, 1,2-프탈릴 알코올, 1,3-비스(하이드록시메틸)벤젠, 1,4-비스(하이드록시메틸)벤젠, 슈도쿠멘일 글리콜, 메시틸렌 글리콜 및 메시틸렌 글리세롤이 또한 적합할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 특히 적합한 지방산 에스터는 몬탄산 왁스로부터 유래된다. Licowax® OP(클라리언트사)는, 예를 들어, 부틸렌 글리콜으로 부분적으로 에스터화된 몬탄산 및 수산화칼슘으로 부분적으로 비누화된 몬탄산을 함유한다. 따라서, Licowax® OP는 몬탄산 에스터와 칼슘 몬탄에이트의 혼합물을 함유한다. 사용될 수 있는 다른 몬탄산 에스터는 Licowax® E, Licowax® OP 및 Licolub® WE 4(모두 클라리언트 제품)를 포함하고, 예를 들어, 원재료 만탄 왁스의 산화성 정제로부터의 2차 생성물로부터 얻어진 몬탄산 에스터이다. Licowax® E 및 Licolub®WE 4는 에틸렌 글리콜 또는 글리세린으로 에스터화된 몬탄산을 함유한다.
다른 공지된 왁스가 또한 윤활제에 사용될 수 있다. 아마이드 왁스, 예를 들어, 지방산과, 2 내지 18개, 특히 2 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 모노아민 또는 다이아민(예를 들어, 에틸렌다이아민)의 반응에 의해서 형성된 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌 다이아민과 지방산의 아마이드화 반응에 의해서 형성된 에틸렌비스아마이드 왁스가 사용될 수 있다. 지방산은 C12 내지 C30의 범위, 예컨대, 스테아르산(C18 지방산)이어서 에틸렌비스스테아르아마이드 왁스를 형성할 수 있다. 에틸렌비스스테아르아마이드 왁스는 론자사(Lonza, inc.)로부터 상표명 Acrawax® C 하에 상업적으로 입수 가능한데, 이것은 142℃의 불연속적인 용융 온도를 갖는다. 다른 에틸렌비스아마이드는 라우르산, 팔미트산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 올레스테아르산, 미리스트산 및 운데칼린산으로부터 형성된 비스아마이드를 포함한다. 추가의 다른 적합한 아마이드 왁스는 N-(2-하이드록시에틸)12-하이드록시스테아르아마이드 및 N,N-(에틸렌 비스)12-하이드록시스테아르아마이드이고, 이것은 루더포드 케미컬즈사의 부분인 카스켐사(CasChem)로부터 각각 상표명 Paricin® 220 및 Paricin® 285 하에 상업적으로 입수 가능하다.
중합체 조성물은 또한 적어도 1종의 안정화제를 함유할 수 있다. 안정화제는 항산화제, 광 안정화제, 예컨대, 자외선 광 안정화제, 열 안정화제 등을 포함할 수 있다.
입체 장애형 페놀 항산화제(들)가 조성물에 사용될 수 있다. 이러한 페놀 항산화제의 예는, 예를 들어, 칼슘 비스(에틸 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스포네이트)(Irganox® 1425); 테레프탈산, 1,4-다이티오-,S,S-비스(4-tert-부틸-3-하이드록시-2,8-다이메틸벤질) 에스터(Cyanox® 1729); 트라이에틸렌 글리콜 비스(3-tert-부틸-4-하이드록시-5-메틸하이드로신나메이트); 헥사메틸렌 비스(3,5, 다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트(Irganox® 259); 1,2-비스(3,5,다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나모일)하이드라자이드(Irganox® 1024); 4,4'-다이-tert-옥틸다이펜아민(Naugalube® 438R); 포스폰산, (3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)-,다이옥타데실 에스터(Irganox® 1093); 1,3.5-트라이메틸-2,4,8-트리스(3',5'-다이-tert-부틸-4'-하이드록시벤질)벤젠(Irganox® 1330); 2,4-비스(옥틸티오)-6-(4-하이드록시-3,5-다이-tert-부틸아닐리노)-1,3,5-트라이아진(Irganox® 565); 아이소옥틸 3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(Irganox® 1135); 옥타데실 3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(Irganox® 1076); 3,7-비스(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-10H-페노티아진(Irganox® LO 3); 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀)모노아크릴레이트(Irganox® 3052); 2-tert-부틸-8-[1-(3-tert-부틸-2-하이드록시-5-메틸페닐)에틸]-4-메틸페닐 아크릴레이트(Sumilizer® TM 4039); 2-[1-(2-하이드록시-3,5-다이-tert-펜틸페닐)에틸]-4.6-다이-tert-펜틸페닐 아크릴레이트(Sumilizer® GS); 1,3-다이하이드로-2H-벤즈이미다졸(Sumilizer® MB); 2-메틸-4,6-비스[(옥틸티오)메틸]페놀(Irganox®) 1520); N,N'-트라이메틸렌비스-[3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온아마이드(Irganox® 1019); 4-n-옥타데실옥시-2,8-다이페닐페놀(Irganox® 1063); 2,2'-에틸리덴비스[4,6-다이-tert-부틸페놀(Irganox® 129); N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신남아마이드)(Irganox® 1098); 다이에틸 (3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)포스포네이트(Irganox® 1222); 4,4'-다이-tert-옥틸다이페닐아민(Irganox® 5057); N-페닐-1-나프탈렌아민(Irganox® L 05); 트리스[2-tert-부틸-4-(3-ter-부틸-4-하이드록시-6-메틸페닐티오)-5-메틸 페닐]포스파이트(Hostanox® OSP 1); 징크 다이노닐다이티오카바메이트(Hostanox® VP-ZNCS 1); 3,9-비스[1,1-다이메틸-2-[(3-tert-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]에틸]-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸(Sumilizer® AG80); 펜타에리트리틸 테트라키스[3-(3:5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트](Irganox® 1010); 에틸렌-비스(옥시에틸렌)비스[3-(5-tert-부틸-4-하이드록시-m-톨릴)-프로피오네이트(Irganox® 245); 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시톨루엔(Lowinox BHT, 켐투라사(Chemtura)) 등을 포함한다.
본 조성물에서 사용하기에 적합한 입체 장애형 페놀 항산화제의 일부 예는 하기 일반 화학식을 갖는 트라이아진 항산화제이다:
Figure pct00002
상기 식에서, 각각의 R은 독립적으로 페놀기이고, 이것은 C1 내지 C5 알킬 또는 에스터 치환체를 통해 트라이아진 고리에 부착될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 R은 하기 화학식 (I) 내지 (III) 중 하나이다:
Figure pct00003
이러한 트라이아진계 항산화제의 상업적으로 입수 가능한 예는 아메리칸 신나마이드사(American Cyanamid)로부터 상표명 Cyanox® 1790(여기서 각각의 R기는 화학식 III으로 표현됨) 하에 그리고 시바 스페셜티 케미컬즈사(Ciba Specialty Chemicals)로부터 상표명 Irganox® 3114(여기서 각각의 R기는 화학식 I로 표현됨) 및 Irganox® 3125(여기서 각각의 R기는 화학식 II로 표현됨) 하에 입수될 수 있다.
입체 장애형 페놀 항산화제는 전체 안정화된 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 3중량%, 일부 실시형태에서는 약 0.05 중량% 내지 약 1 중량% 그리고 일부 실시형태에서는 약 0.05 중량% 내지 약 0.3중량%를 구성할 수 있다. 일 실시형태에서, 예를 들어, 항산화제는 펜타에리트리틸 테트라키스[3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트를 포함한다.
폴리에스터 조성물의 열화를 저해하고 이에 이해서 이의 내구성을 연장시키기 위해서 장애형 아민 광 안정화제(hindered amine light stabilizer)("HALS")가 조성물에 사용될 수 있다. 적합한 HALS 화합물은 치환된 피페리딘, 예컨대, 알킬-치환된 피페리딜, 피페리딘일, 피페라진온, 알콕시피페리딘일 화합물 등으로부터 유래될 수 있다. 예를 들어, 장애형 아민은 2,2,6,6-테트라알킬피페리딘일으로부터 유래될 수 있다. 유래된 화합물에 관계없이, 장애형 아민은 전형적으로 약 1,000 이상, 일부 실시형태에서는 약 1000 내지 약 20,000, 일부 실시형태에서는 약 1500 내지 약 15,000, 그리고 일부 실시형태에서는, 약 2000 내지 약 5000의 수평균 분자량을 갖는 올리고머 또는 중합체 화합물이다. 이러한 화합물은 전형적으로 중합체 반복 단위당 적어도 1개의 2,2,6,6-테트라알킬피페리딘일기(예를 들어, 1 내지 4개)를 함유한다.
이론에 얽매이고자 함은 아니지만, 고분자량의 장애형 아민은 비교적 열안정적이어서, 사출 조건에 가해진 후에도 광 열화를 저해할 수 있다고 여겨진다. 하나의 특히 적합한 고분자량의 장애형 아민은 하기 일반 구조를 갖는다:
Figure pct00004
상기 식에서, p는 4 내지 30, 일부 실시형태에서는 4 내지 20, 일부 실시형태에서는 4 내지 10이다. 이러한 올리고머 화합물은 클라리언트사로부터 상표명 Hostavin® N30 하에 상업적으로 입수 가능하고, 수평균 분자량이 1200이다.
또 다른 적합한 고분자량 장애형 아민은 하기 구조식을 갖는다:
Figure pct00005
상기 식에서, n은 1 내지 4이고, R30은 독립적을 수소 또는 CH3이다. 이러한 올리고머 화합물은 아데카 팔마롤사(Adeka Palmarole SAS)(아데카사(Adeka Corp)와 팔마롤사(Palmarole Group)의 조인트 벤처)로부터 상표명 ADK STAB® LA-63(R30은 CH3임) 및 ADK STAB® LA-68(R30은 수소임) 하에 상업적으로 입수 가능하다.
적합한 고분자량의 장애형 아민의 다른 예는, 예를 들어, N-(2-하이드록시에틸)-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘올과 석신산의 올리고머(시바 스페셜티 케미컬즈사로부터의 Tinuvin® 622, MW=4000); 시아누르산과 N,N-다이(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-헥사메틸렌 다이아민의 올리고머; 폴리((6-몰폴린-S-트라이아진-2,4-다이일)(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-이미노헥사메틸렌-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-이미노)(사이테크사(Cytec)로부터의 Cyasorb® UV 3346, MW=1600); 폴리메틸프로필-3-옥시-[4(2,2,6,6-테트라메틸)-피페리딘일실록산(그레이트 레이크스 케미컬사(Uvasil® 299)로부터의 Uvasil® 299, MW=1100 내지 2500); α-메틸스티렌-N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)말레이미드와 N-스테아릴 말레이미드의 공중합체; 1,2,3,4-부탄테트라카복실산을 갖는 2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸-3,9-다이에탄올 테트라메틸-중합체 등을 포함한다.
고분자량의 장애형 아민에 더하여, 저분자량의 장애형 아민이 또한 조성물에 사용될 수 있다. 이러한 장애형 아민은 일반적으로 자연에서 단량체이고, 분자량이 약 1000 이하, 일부 실시형태에서는 약 155 내지 약 800, 일부 실시형태에서는, 약 300 내지 약 800이다.
이러한 저분자량의 장애형 아민의 구체적인 예는, 예를 들어, 비스-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 세바케이트(시바 스페셜티 케미컬즈사로부터의 Tinuvin® 770, MW=481); 비스-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)-(3,5-다이tert-부틸-4-하이드록시벤질)부틸-프로판 다이오에이트; 비스-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)세바케이트; 8-아세틸-3-도데실-7,7,9,9-테트라메틸-1,3,8-트라이아자스피로-(4,5)-데칸-2,4-다이온, 부타다이산-비스-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일) 에스터; 테트라키스-(2,2,6,8-테트라메틸-4-피페리딜)-1,2,3,4-부타 테트라카복실레이트; 7-옥사-3,20-다이아자다이스피로(5.1.11.2) 헨에이코산-20-프로판산, 2,2,4,4-테트라메틸-21-옥소, 도데실 에스터; N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-N'-아민-옥사마이드; o-t-아밀-o-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)-모노퍼옥시-카보네이트; β-알라닌, N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일), 도데실에스터; 에탄다이아마이드, N-(1-아세틸-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘일)-N'-도데실; 3-도데실-1-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-피롤리딘-2,5-다이온; 3-도데실-1-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)-피롤리딘-2,5-다이온; 3-도데실-1-(1-아세틸,2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-피롤리딘-2,5-다이온(클라리언트사로부터의 Sanduvar® 3058, MW=448.7); 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘; 1-[2-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐프로피오닐옥시)에틸]-4-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록실페닐프로피오닐옥시)-2,2,6,6-테트라메틸-피페리딘; 2-메틸-2-(2",2",6",6"-테트라메틸-4"-피페리딘일아미노)-N-(2',2',6',6'-테트라-메틸-4'-피페리딘일)프로피오닐아마이드; 1,2-비스-(3,3,5,5-테트라메틸-2-옥소-피페라진일)에탄; 4-올레오일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘; 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 다른 적합한 저분자량의 장애형 아민은 Malik 등의 미국 특허 제5,679,733호에 기재되어 있다.
장애형 아민은 목적하는 특성을 달성하기 위한 임의의 양으로 단독으로 또는 조합하여 존재될 수 있지만, 전형적으로 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량%를 구성한다.
자외선 광 에너지를 흡수하기 위해서 UV 흡수제, 예컨대, 벤조트라이아졸 또는 벤조페논이 조성물에서 사용될 수 있다. 적합한 벤조트라이아졸은, 예를 들어, 2-(2-하이드록시페닐)벤조트라이아졸, 예컨대, 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트라이아졸; 2-(2-하이드록시-5-tert-옥틸페닐)벤조트라이아졸(사이테크사로부터의 Cyasorb® UV 5411); 2-(2-하이드록시-3,5-다이-tert-부틸페닐)-5-클로로벤조-트라이아졸; 2-(2-하이드록시-3-tert-부틸-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트라이아졸; 2-(2-하이드록시-3,5-다이쿠밀페닐)벤조트라이아졸; 2,2-메틸렌비스(4-tert-옥틸-6-벤조-트라이아졸릴페놀); 2-(2-하이드록시-3-tert-부틸-5-카복시페닐)벤조트라이아졸의 폴리에틸렌 글리콜 에스터; 2-[2-하이드록시-3-(2-아크릴로일옥시에틸)-5-메틸페닐]-벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-(2-메타크릴로일옥시에틸)-5-tert-부틸페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-(2-메타크릴로일옥시에틸)-5-tert-옥틸페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-(2-메타크릴로일옥시에틸)-5-tert-부틸페닐]-5-클로로벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-5-(2-메타크릴로일옥시에틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-tert-부틸-5-(2-메타크릴로일옥시에틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-tert-아밀-5-(2-메타크릴로일옥시에틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-tert-부틸-5-(3-메타크릴로일옥시프로필)페닐]-5-클로로벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-4-(2-메타크릴로일옥시메틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-4-(3-메타크릴로일옥시-2-하이드록시프로필)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-4-(3-메타크릴로일옥시프로필)페닐]벤조트라이아졸; 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예시적인 벤조페논 광 안정화제는 마찬가지로 2-하이드록시-4-도데실옥시벤조페논; 2,4-다이하이드록시벤조페논; 2-(4-벤조일-3-하이드록시페녹시)에틸 아크릴레이트(사이테크사로부터의 Cyasorb® UV 209); 2-하이드록시-4-n-옥틸옥시)벤조페논(사이테크사로부터의 Cyasorb® 531); 2,2'-다이하이드록시-4-(옥틸옥시)벤조페논(사이테크사로부터의 Cyasorb® UV 314); 헥사데실-3,5-비스-tert-부틸-4-하이드록시벤조에이트(사이테크사로부터의 Cyasorb® UV 2908); 2,2'-티오비스(4-tert-옥틸페놀레이토)-n-부틸아아민 니켈(II)(사이테크사로부터의 Cyasorb® UV 1084); 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤조산, (2,4-다이-tert-부틸페닐)에스터(사이테크사로부터의 Cyasorb® 712); 4,4-다이메톡시-2,2'-다이하이드록시벤조페논(사이테크사로부터의 Cyasorb® UV 12); 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
사용되는 경우, UV 흡수제는 전체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량%를 구성할 수 있다.
일 실시형태에서, 중합체 조성물은 자외선 내성 및 색상 안정성을 생성하는 안정화제의 블렌드를 함유할 수 있다. 안정화제의 조합물은 밝은 형광 색상을 갖는 생성물이 생성되도록 할 수 있다. 또한, 밝은 색상의 생성물은 시간 경과에 따른 현저한 변색을 나타내지 않으면서 생성될 수 있다. 일 실시형태에서, 예를 들어, 중합체 조성물은 벤조트라이아졸 광 안정화제와 장애형 아민 광 안정화제, 예컨대, 올리고머성 장애형 아민의 조합물을 함유할 수 있다.
과산화물 및 과산화수소를 안정적인 비-라디칼 생성물로 분해시키기 위한 2차 항산화제로서 작용하는 유기인 화합물이 조성물에 사용될 수 있다. 3가 유기인 화합물(예를 들어, 포스파이트 또는 포스포나이트)이 본 발명의 안정화 시스템에 특히 유용하다. 모노포스파이트 화합물(즉, 분자당 단지 1개의 인 원자)이 본 발명의 특정 실시형태에 사용될 수 있다. 바람직한 모노포스파이트는 아릴옥사이드기 중 적어도 하나에 C1 내지 C10 알킬 치환체를 함유하는 아릴 모노포스파이트이다. 이들 치환체는 선형(노닐 치환체의 경우) 또는 분지형(예컨대, 아이소프로필 또는 3차 부틸 치환체)일 수 있다. 적합한 아릴 모노포스파이트(또는 모노포스포나이트)의 비제한적인 예는 트라이페닐 포스파이트; 다이페닐 알킬 포스파이트; 페닐 다이알킬 포스파이트; 트리스(노닐페닐) 포스파이트(지이 스페셜티 케미컬즈사(GE Specialty Chemicals)로부터 입수 가능한 Weston™ 399); 트리스(2,4-다이-tert-부틸페닐) 포스파이트(시바 스페셜티 케미컬즈사로부터 입수 가능한 Irgafos® 168); 비스(2,4-다이-tert-부틸-6-메틸페닐)에틸 포스파이트(시바 스페셜티 케미컬즈사로부터 입수 가능한 Irgafos® 38): 및 2,2',2"-나이트릴로[트라이에틸트리스(3,3,5,5'-테트라-tert-부틸-1,1'-바이페닐-2,2'-다이일) 포스페이트(시바 스페셜티 케미컬즈사로부터 입수 가능한 Irgafos® 12)를 포함할 수 있다. 아릴 다이포스파이트 또는 다이포스포나이트(즉, 포스파이트 1몰당 적어도 2개의 인 원자를 함유함)가 또한 안정화 시스템에서 사용될 수 있고, 예를 들어, 다이스테아릴 펜타에리트리톨 다이포스파이트, 다이아이소데실 펜타에리트리톨 다이포스파이트, 비스(2,4 다이-tert-부틸페닐) 펜타에리트리톨 다이포스파이트(시바사로부터 입수 가능한 Irgafos 126); 비스(2,6-다이-tert-부틸-4-메틸페닐)펜타에리트리톨 다이포스파이트; 비스아이소데실옥시펜타에리트리톨 다이포스파이트, 비스(2,4-다이-tert-부틸-6-메틸페닐)펜타에리트리톨다이포스파이트, 비스(2,4,6-트라이-tert-부틸페닐)펜타에리트리톨 다이포스파이트, 테트라키스(2,4-다이-tert-부틸페닐)4,4'-바이페닐렌-다이포스포나이트(클라리언트사로부터 입수 가능한 Sandostab™ P-EPQ) 및 비스(2,4-다이쿠밀페닐)펜타에리트리톨 다이포스파이트(Doverphos® S-9228)를 포함할 수 있다.
유기인 화합물은 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 2 중량%, 일부 실시형태에서는 약 0.05 중량% 내지 약 1 중량%, 그리고 일부 실시형태에서는, 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%를 구성할 수 있다.
상기에 언급된 것 이외에, 2차 아민이 조성물에 또한 사용될 수 있다. 2차 아민은 자연에서 방향족일 수 있고, 예컨대, N-페닐 나프틸아민(예를 들어, 유니로열 케미컬(Uniroyal Chemical)로부터의 Naugard® PAN); 다이페닐아민, 예컨대, 4,4'-비스(다이메틸벤질)-다이페닐아민(예를 들어, 유니로열 케미컬로부터의 Naugard® 445); p-페닐렌다이아민(예를 들어, 굿이어사(Goodyear)로부터의 Wingstay® 300); 퀴놀론 등일 수 있다. 특히 적합한 2차 아민은 올리고머 또는 중합체 아민, 예컨대, 단독 또는 공중합 폴리아마이드이다. 이러한 폴리아마이드의 예는 나일론 3(폴리-β-알라닌), 나일론 6, 나일론 10, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6/6, 나일론 6/9, 나일론 6/10, 나일론 6/11, 나일론 6/12, 폴리에스터아마이드, 폴리아마이드이미드, 폴리아크릴아마이드 등을 포함할 수 있다. 특별한 일 실시형태에서, 아민은 120℃ 내지 220℃ 범위의 용융점을 갖는 폴리아마이드 삼원공중합체이다. 적합한 삼원공중합체는 나일론 6, 나일론 6/6, 나일론 6/9, 나일론 6/10 및 나일론 6/12로 이루어진 군으로부터 선택된 나일론을 기반으로 할 수 있고, 나일론 6-66-69; 나일론 6-66-610 및 나일론 6-66-612를 포함할 수 있다. 이러한 나일론 삼원공중합체의 일례는 나일론 6-66-610의 삼원공중합체이고, 듀퐁 드 네모어스사(Du Pont de Nemours)로부터 상표명 Elvamide® 8063R 하에 상업적으로 입수 가능하다. 2차 아민은 전체 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 2 중량%를 구성할 수 있다.
상기 성분에 더하여, 중합체 조성물은 다양한 다른 성분을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 착색제는 임의의 바람직한 무기 안료, 예컨대, 이산화티타늄, 울트라마린 블루, 코발트 블루 및 다른 유기 안료 및 염료, 예컨대, 프탈로시아닌, 안트라퀴논 등을 포함한다. 다른 착색제는 카본 블랙 또는 다양한 다른 중합체-용해성 염료를 포함한다. 착색제는 일반적으로 최대 약 2 중량%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
본 개시내용의 조성물은 당업계에 공지된 임의의 기술을 사용하여 컴파운딩되어 중합체 물품으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 조성물을 잘 혼합하여 실질적으로 균질한 블렌드를 형성할 수 있다. 블렌드를 상승된 온도, 예컨대, 중합체 조성물에서 사용되는 중합체의 용융점보다 높지만 분해 온도보다는 낮은 온도에서 용융 혼련시킬 수 있다. 대안적으로, 각각의 조성물을 종래의 단축 사출기 또는 이축 압출기에서 용융시키고, 함께 혼합할 수 있다. 바람직하게는, 용융 혼합은 150 내지 300℃, 예컨대, 200 내지 280℃, 예컨대, 220 내지 270℃ 또는 240 내지 260℃ 범위의 온도에서 수행된다. 그러나, 이러한 가공은 임의의 중합체 분해를 최소화하기 위해서 목적하는 온도에서 각각의 개별 조성물에 대해서 수행되어야 한다.
압출 후, 조성물을 펠릿으로 형성할 수 있다. 펠릿을 당업계에 공지된 기술, 예컨대, 사출 성형, 열성형, 취입 성형, 회전 성형 등에 의해서 중합체 물품으로 성형할 수 있다. 본 개시내용에 따르면, 중합체 물품은 우수한 마찰학적(tribological) 거동 및 기계적 특성을 나타낸다. 결과적으로, 중합체 물품은 낮은 마모 및 우수한 글라이딩 특성이 바람직한 몇몇 응용에 사용될 수 있다.
본 개시내용에 따른 중합체 조성물은 물성 이외에 우수한 내염 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 수직 화염 시험에 따른 Underwriters Laboratories Test 94에 따라서 시험되는 경우, 본 개시내용에 따라서 제조된 시험편은 1.5㎜의 두께 또는 심지어는 0.8㎜의 두께에서 시험될 때 V-0의 UL-94 등급을 가질 수 있다.
특히 이롭게는, 내염성 중합체 조성물은 우수한 용융 특성으로 본 개시내용에 따라서 제형화될 수 있다. 예를 들어, 250℃의 온도에서 그리고 하중 2.16㎏에서 ISO Test 1133에 따라서 시험되는 경우, 전체 중합체 조성물은 용융 유량이 약 3㎤/10분 초과, 예컨대, 약 4㎤/10분 초과, 예컨대, 약 5㎤/10분 초과, 예컨대, 약 6㎤/10분 초과, 예컨대, 약 7㎤/10분 초과, 예컨대, 약 8㎤/10분 초과, 예컨대, 약 9㎤/10분 초과, 예컨대, 약 10㎤/10분 초과일 수 있다. 용융 유량은 일반적으로 약 50㎤/10분 미만이다.
본 개시내용은 하기 실시예를 참고로 더 잘 이해될 수 있다.
실시예
다양한 중합체 조성물을 본 개시내용에 따라서 제형화할 수 있고, 다양한 특성에 대해서 시험하였다. 하기 결과를 얻었다.
Figure pct00006
HR 첨가제 타입 I은 폴리카보다이이미드: 섀프 애디티프 시스템즈사의 Lubio AS3-SP였다. HR 첨가제 타입 II는 에폭시계 화합물: 헥시온사의 Epon 1002F였다. HR 첨가제 타입 III는 폴리카보다이이미드: 란세스사(Lanxess)이 Stabaxol P100을 함유하는 Stabaxol KE9193 마스터배취였다. 모든 시편에 대한 CTI 시험은 450V에서만 수행하였다.
사용된 티타네이트 커플링제는 티타늄 IV 2-프로판올레이토,트리스(다이옥틸)포스페이토-O였다.
상기에 제시된 바와 같이, 샘플 번호 3 내지 8은 모두 우수한 방염 특성을 나타내었다. 샘플 번호 4 및 샘플 번호 8은 0.8㎜의 시험편에서도 우수한 방염 특성을 나타내었다.
상기 제형을 시험 샘플로 성형하고, 가수분해 시험하였다. 가수분해 시험 동안, 샘플을 121℃에서 96시간 및 168시간 동안 압력솥에 두었다. 그 다음, 샘플의 초기 기계적 특성을, 상이한 시간 간격에서 가수분해 시험한 샘플과 비교하였다. 하기 결과를 얻었다.
Figure pct00007
상기에 제시된 바와 같이, 본 개시내용에 따라서 제조된 중합체 조성물은 우수한 내가수분해성을 나타내었다. 예를 들어, 본 개시내용에 따라서 제조된 중합체 조성물의 23℃에서의 샤피 노치 강도는 96시간 후에 40% 이하, 예컨대, 약 30% 이하만큼 감소하였고, 168시간 후에 약 55% 이하, 예컨대, 약 50% 이하만큼 감소하였다. 중합체 조성물의 인장 탄성률은 121℃에서 시험하는 경우 96시간 후에 약 9% 이하, 예컨대, 약 8% 이하만큼 감소하였고, 168시간 후에 약 12% 이하, 예컨대, 약 11% 이하만큼 감소하였다.
당업자는 첨부된 청구범위에 보다 구체적으로 언급된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명에 대한 이들 및 다른 변형 및 변경을 실시할 수 있다. 또한, 다양한 실시형태의 양상은 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가로, 당업자는 상기 설명이 단지 예의 방식이고 이러한 첨부된 청구범위에 추가로 기재된 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 인식할 것이다.

Claims (22)

  1. 중합체 조성물로서,
    폴리에스터 중합체로서, 약 20m㏖/㎏ 미만의 양의 카복실 단부기를 갖고, 약 40 중량% 초과의 양으로 상기 중합체 조성물 중에 존재하는, 상기 폴리에스터 중합체;
    상기 중합체 조성물 중에 함유된 난연성 조성물(flame retardant composition)로서, 무-할로겐 난연제를 포함하는, 상기 난연성 조성물; 및
    상기 폴리에스터 중합체로부터 형성된 중합체 매트릭스 전체에 분산된 보강 섬유로서, 가수분해 방지제(hydrolysis resistant agent)와 조합된 사이징제(sizing agent)를 포함하는 사이징 조성물로 코팅되는, 상기 보강 섬유
    를 포함하는 중합체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스터 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 포함하는, 중합체 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리카보다이이미드를 더 포함하는, 중합체 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폴리카보다이이미드는 10,000g/㏖ 이상의 중량 평균 분자량을 갖는, 중합체 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보강 섬유는 유리 섬유를 포함하고, 상기 사이징제는 실란을 포함하는, 중합체 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이징 조성물은 상기 보강 섬유의 약 0.1% 내지 약 4 중량%의 양으로 상기 보강 섬유 상에 존재하는, 중합체 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 섬유는 약 1㎜ 내지 약 5㎜의 평균 섬유 길이를 갖고, 약 8 마이크론 내지 약 12 마이크론의 평균 섬유 직경을 갖는, 중합체 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 난연성 조성물은 금속 포스피네이트, 금속 포스파이트 및 질소-함유 상승작용제를 포함하는, 중합체 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속 포스파이트는 알루미늄 포스파이트를 포함하고, 상기 금속 포스피네이트는 알루미늄 다이에틸 포스피네이트를 포함하고, 상기 질소-함유 상승작용제는 멜라민 사이아누레이트를 포함하는, 내염성(flame resistant) 중합체 조성물
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 유기금속 상용화제를 더 포함하는, 내염성 중합체 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유기금속 상용화제는 티타네이트를 포함하는, 내염성 중합체 조성물.
  12. 제10항에 있어서, 상기 유기금속 상용화제는 티타늄 IV 2-프로판올레이토,트리스(다이옥틸)포스페이토-0를 포함하는, 내염성 중합체 조성물.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기금속 상용화제는 약 0.05% 내지 약 2.5 중량%의 양으로 상기 중합체 조성물 중에 존재하는, 내염성 중합체 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 카복실산의 에스터를 더 함유하는, 내염성 중합체 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 카복실산의 에스터는 몬탄산과 다작용성 알코올의 반응 생성물을 포함하는, 내염성 중합체 조성물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 250℃의 온도 및 2.16㎏의 하중에서 시험되는 경우 적어도 4㎤/10분의 용융 유량을 갖는, 내염성 중합체 조성물.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 Underwriters Laboratories Test 94에 따른 수직 화염 시험(Vertical Burn Test)에 따라서 시험되는 경우 1.5㎜의 두께에서 시험될 때 V-0의 등급을 갖는, 내염성 중합체 조성물.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 섬유는 유리 섬유를 포함하되, 상기 유리 섬유는 약 10% 내지 약 40 중량%의 양, 예컨대, 약 20% 내지 약 30 중량%의 양으로 상기 중합체 조성물 중에 존재하는, 중합체 조성물.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 121℃에서 가수분해 시험되는 경우, 상기 중합체 조성물의 인장 탄성률(tensile modulus)이 168시간 후에 약 50% 이하만큼 감소되는, 중합체 조성물.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 121℃에서 가수분해 시험되는 경우, 상기 중합체 조성물의 23℃에서의 샤피 노치 강도(Charpy notched strength)가 168시간 후 약 50% 이하만큼 감소되는, 중합체 조성물.
  21. 접촉 요소(contact element)를 수용하기 위하여 사이에 통로가 획정된 적어도 2개의 대향하는 벽을 포함하는 전기 커넥터로서,
    상기 벽은 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 중합체 조성물로부터 형성된 것인, 중합체 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 접촉 요소는 수형 리셉터클(male receptacle) 또는 암형 리셉터클(female receptacle)을 포함하는, 중합체 조성물.
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