NL8901093A - Materiaal dat ten minste 20% polyfenyleenether bevat en dat een kleine hoeveelheid brandvertragend middel en desgewenst een weekmaker en verdere gebruikelijke toevoegsels bevat. - Google Patents

Description

General Electric Company te Scheneetady, New York, Ver. Staten van Amerika.

Aanvraagster noemt als uitvinders : T. Hoeks, C. Claesen, J. Lohmeijer en J.E. Pickett.

Materiaal dat ten minste 20% polyfenyleenether bevat en dat een kleine hoeveelheid brandvertragend middel en desgewenst een weekmaker en verdere gebruikelijke toevoegsels bevat.

De uitvinding heeft betrekking op een materiaal op basis van ten minste 20% polyfenyleenether bevattend polymeer, dat een kleine hoeveelheid brandvertragend middel en desgewenst een weekmaker en verder gebruikelijke toevoegsels bevat.

%

Polyfenyleenethers, ook wel afgekort als PPE, vinden op steeds grotere schaal toepassing. Het zijn hoog smeltende materialen en om ze gemakkelijker te kunnen verwerken kan men desgewenst hetzij een weekmaker toevoegen, hetzij ze mengen met styreenpolymeren. Ter verbetering van de slagvastheid wordt vaak een rubber toegevoegd, bijv. EPDM-rubber of met rubber gemodificeerd polystyreen. De juiste keuze tussen deze mogelijkheden hangt af van het uiteindelijke gebruiksdoel. Onder "polyfenyleenethers" worden hier niet alleen polymeren verstaan, als beschreven in bijv. de Amerikaanse octrooischriften nos. 3.306.874 en 3.306.875 of van de Amerikaanse octrooischriften nos. 3.257.357 en 3.257.358, maar ook de verschillende copolymeren, alsmede mengsels van polyfenyleenethers of copolyfeny-leenethers met diverse andere polymeren, bijv. de bovengenoemde toevoegsels, waarbij als enige eis gesteld wordt, dat de polymeercom-ponent van het materiaal ten minste 20 gew.% polyfeny-leenether bevat, aangezien bij minder dan 20% de hieronder beschreven verbetering van de uitvinding niet verkregen wordt.

Voor verschillende belangrijke toepassingen, bijv. in vliegtuigen, wordt een grote brandbestendigheid en geringe rookontwikkeling vereist. Voor doeleinden met strenge brandbaarheidseisen verdient daarom soms de combinatie van polyfenyleenether met weekmaker de voorkeur. Ook de weekmaker moet dan de brandbaarheid en rookontwikkeling niet te veel verhogen en daarom verdient dan ook een weekmaker van overwegend aromatische aard in het algemeen de voorkeur.

Verder bestaat de behoefte aan materialen die bij brand geen halogeen bevattende verbrandingsgassen vormen. Vaak is bij brand de eigenlijke brandschade kleiner dan de schade veroorzaakt door de aantasting van gebouwen en apparatuur door de halogeenhoudende en dus corrosieve verbrandingsgassen.

Voor het brandvertragend maken van polymeren materialen in het algemeen kan men verschillende benaderingen toepassen. Zo kan men de hoeveelheid polymeer in het materiaal verminderen door toevoeging van anorganische vulmiddelen. Hiervan zijn echter grote hoeveelheden nodig, die de fysische eigenschappen van de polyfenyleenethers onaanvaardbaar achteruit zouden doen gaan. Een andere mogelijkheid is mengen met materialen die tijdens het branden water of kooldioxide afsplitsen, maar dergelijke materialen zijn minder goed bruikbaar bij polymeren met hoge verwerkingstemperaturen, zoals PPE. Gewoonlijk worden als brandvertragende middelen bij poly-meermaterialen verbindingen toegepast, die fosfor, fluor, chloor en/of broom bevatten, soms in combinatie met een antimoonverbinding. Dergelijke brandvertragende middelen oefenen hun werking uit door vergiftiging van de vlam. Dit heeft een onvolledige verbranding van het polymeer tengevolge, wat op zijn beurt gewoonlijk een vermeerdering van de rookemissie veroorzaakt.

Een andere en nog weinig onderzochte mogelijkheid is om de brandvertragende werking te bereiken door een verhoging van de opbrengst aan verkoold materiaal (resterend gewicht bij verbranding). Dit houdt tevens in, dat de emissie van brandbare gassen en derhalve van rook verminderd wordt.

Er werd nu gevonden, dat borium verbindingen zoals boorzuur, boriumoxide of een boraat een goed brandvertragend middel zijn, en dit niet alleen voor de combinatie van polyfenyleenether en weekmaker, die bij stringente brandbaarheidseisen gebruikt worden, maar ook voor combinaties die aan minder strenge eisen moeten voldoen en die andere bestanddelen in combinatie met ten minste 20% polyfenyleenether in hun polymeercomponent bevatten. De werking van deze borium verbindingen berust waarschijnlijk op een verhoging van de opbrengst aan verkoold materiaal.

In de niet-voorgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvragen 8802502 (8-CB-10.430) en 8802502 (8-CB-10.461) zijn materialen beschreven die een polyfenyleenether, eventueel een weekmaker en een brandvertragend middel bevatten. Als brandvertragend middel bevatten deze materialen steeds een mengsel van 0.2-15 gew.% van een gefluoreerd polymeer of copolymeer en 0.05-10 gew.% van een borium bevattende verbinding.

Gevonden is nu dat eveneens goede vlamwerende eigenschappen worden verkregen zonder dat een gefluoreerde polymeer of copolymeer wordt toegepast.

De uitvinding verschaft derhalve een materiaal van de in de aanhef beschreven soort, dat tot kenmerk heeft, dat het materiaal als brandvertragend middel 0.05-10 gew.% van een borium verbinding, betrokken op de polyfenyleenether, bevat.

Als boriumverbinding kan bijvoorbeeld boor-zuur, B203, een boraatzout of een organisch boraat worden toegepast. De voorkeur wordt gegeven aan boorzuur of b2o3.

In dit verband dient nog te worden opgemerkt, dat hoewel de uitvinding primair ontwikkeld is voor poly-fenyleenether bevattende materialen zonder of bij voorkeur met weekmaker, de uitvinding ook betrekking heeft op materialen met minder polyfenyleenether in de polymeercomponent, bijv. combinaties van polyfenyleenether met slagvast polystyreen of rubbers, combinaties die grote of zelfs overwegende (tot 80 gew.%) hoeveelheden polystyreen of rubber kunnen bevatten. Deze laatste materialen zijn op grond van hun aard veel brandbaarder, maar ook daarvan wordt de brandbaarheid verminderd door het brandvertragende middel, zij het, dat hiermee niet een zo grote remming van de brandbaarheid en rookontwikkeling bereikt kan worden als met de materialen, die overwegend uit polyfenyleenethers bestaan.

Zoals reeds vermeld is de weekmaker bij voorkeur overwegend aromatisch van aard. Zo komen bijvoorbeeld polyaromatische esters in aanmerking, zoals difenyl-ftalaat, trifenyltrimellitaat en dergelijke. Een commercieel verkrijgbare eh geschikt gebleken weekmaker is pentaerytritoltetrabenzoaat (handelsprodukt Benzoflex S552). Bij voorkeur wordt als weekmaker een aromatisch fosfaat toegepast. Fosfaten versterken tevens de vlam-vertragende werking. Bij voorkeur worden organische poly fosfaten zoals bi- of trisfosfaten toegepast. Vaak kunnen echter ook geschikte niet-aromatische weekmakers gebruikt worden.

Het materiaal van de uitvinding kan bovendien één of meer voor dergelijke materialen gebruikelijke toeslagstoffen bevatten, zoals vulstoffen, versterkende vezels, stabilisatoren, pigmenten en kleurstoffen, weekmakers, vormlosmiddelen, middelen voor het verbeteren van de kerfslagwaarde. Indien men nog verdere brandvertragende middelen wenst toe te voegen, zijn dit bij voorkeur niet de gebruikelijke vlamvergiften, zoals de betrekkelijk kleinmoleculige fosforverbindingen.

Voor zover een voldoende verschil tussen de verwerkingstemperatuur van het materiaal en de temperatuur waarbij het brandvertragende middel met de polyfenyleenether kan reageren of de polyfenyleenether op enige wijze activeert bestaat, kunnen de componenten van het volgens de uitvinding gebruikte brandvertragende middel op ieder geschikt tijdstip in het basispolymeer worden opgenomen, bijv. door eenvoudig mengen van de materialen vóór de gebruikelijke extrusie of desgewenst tijdens de extrusie, bijv. ongeveer halverwege of bij de extrusiekop. Voorts kan de toevoeging ook geschieden tijdens de eindverwerking, bijv. tijdens spuitgieten of vormgeving door extrusie. Verder kan men een masterbatch bereiden van het vlamvertragend middel en deze aan het basismengsel toevoegen. Dit leidt over het algemeen tot een betere verdeling van het vlamvertragend middel, waardoor bij eenzelfde concentratie een betere werking wordt verkregen. Bij de keuze tussen de verschillende mogelijkheden zal men zich in het algemeen laten leiden door het genoemde verschil tussen de temperatuur waarbij het brandvertragende mengsel actief wordt en de ver-werkingstemperatuur van het materiaal.

Opgemerkt wordt nog, dat in EP-A-0.245.207 de toepassing van fosfonzure zouten als vlamvertragende middelen beschreven is. Dit kunnen zouten zijn met een metaal of metalloide uit de groep IIA, UB, UIA en VA van het periodieke systeem. Hoewel een boriumverbinding hieronder valt, wordt borium verder niet genoemd; de voorkeurzouten zijn aluminiumzouten. Verder gaat het hier weer om verbindingen, die hun brandvertragende werking door vlamvergiftiging uitoefenen.

Voorbeelden I en II

Er werd een materiaal bereid uit 95 gewichts-delen poly-(2,6-dimethyl-l,4-fenyleenether) met een intrinsieke viscositeit van 45 ml/g (gemeten in chloroform bij 25eC), 12,5 gewichtsdelen van een fosfaat mengsel grotendeels bestaande uit tetrafenylresorcinoldifos-faat, 7 gewichtsdelen poly-octenyleen, met een intrinsieke viscositeit van 94 ml/g (oplossing van 0.5 g in 100 ml tolueen), 2 gewichtsdelen boorzuur en 5 gewichtsdelen crystal clear polystyreen. De genoemde bestanddelen werden in een extrusie machine gecompoundeerd. (Voorbeeld I). Uit het verkregen materiaal werden genormeerde proefstukjes gespuitgiet voor het bepalen van de slagsterkte volgens Izod, de brandvertragende eigenschappen volgens UL-94 en de rookdichtheid volgens ASTME-662 in Ds eenheden.

Er werd een tweede materiaal bereid met dezelfde componenten als hierboven beschreven waarbij echter eerst een masterbatch bestaande uit 2 gewichtsdelen boorzuur en 5 gewichtsdelen crystal clear polystyreen werd bereid. Van deze masterbatch werden 7 gewichtsdelen gecompoundeerd met dezelfde hoeveelheden als boven aangegeven (Voorbeeld II).

De verkregen eigenschappen waren als volgt :

TABEL

Voorbeeld I II

geen masterbatch met masterbatch o Izod notched

Impact Strength 250 350 J/m o UL-waarde v-0 V-0 (1.6 mm) o Rookdichtheid (DS-eenheden) na 1.5 min. 2 0 4.0 min. 109 7 8.0 min. 156 40 20.0 min. 158 88

Voorbeelden III en IV, vergelijkend voorbeeld A.

Er werden verschillende proefstukjes geperst (bij 270°C, 3 minuten) uit poly-(2,6-dimethyl-l,4-fenyleenether) met een intrinsieke viscositeit van 47 ml/g, boorzuur, en penta-erytritoltetrabenzoaat. Van de proefstukjes werd de rookdichtheid bepaald. De toegepaste hoeveelheden van de verschillende bestanddelen en de gevonden rookdichtheden zijn in de onderstaande tabel aangegeven.

TABEL

Voorbeeld III IV A

Samenstelling (gew.delen) o Polyfenyleenether 100 85 100 o Boorzuur 22 o Benzoaat 15

Rookdichtheid (DS-eenheden) na 4.0 min. 46 50 140 na 8.0 min. 90 120 400 na 20.0 min. 110 210 500

Claims (5)

1. Materiaal dat ten minste 20% polyfenyleenether bevat en dat een kleine hoeveelheid brandvertragend middel en desgewenst een weekmaker en verdere gebruikelijke toevoegsels bevat, met het kenmerk, dat het materiaal als brandvertragend middel 0.05-10 gew.% van een borium verbinding, betrokken op de polyfenyleenether, bevat.

2. Materiaal volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het als brandvertragend middel boorzuur of B203 bevat.

3. Materiaal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het materiaal bovendien een aromatisch fosfaat bevat.

4. Materiaal volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het materiaal als aromatisch fosfaat tetrafe-nylresorcinoldifosfaat bevat.

5. Voorwerpen gevormd uit het materiaal volgens de uitvinding.