WO2023198591A1 - Flammgeschützte, thermisch leitfähige polycarbonat-zusammensetzungen mit hoher kriechstromfestigkeit - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L69/00—Compositions of polycarbonates; Compositions of derivatives of polycarbonates
Definitions
- the invention relates to thermally conductive, flame-retardant thermoplastic compositions based on polycarbonate with high tracking resistance.
- Polycarbonate offers many advantages over other thermoplastic polymers due to its high impact strength, high heat resistance and a certain inherent flame retardancy. Due to this unique property profile, polycarbonate compositions are generally suitable for a variety of different applications, e.g. in the area of electrical and electronic components. In particular, good insulating properties and high flame retardancy are essential safety-relevant basic requirements for the materials used in this area.
- Tracking current resistance generally describes the resistance of a plastic material to environmental influences.
- the CTI value is a measure of the tendency of a plastic to form electrically conductive paths on the surface under environmental influences, such as moisture and dirt, and to promote the resulting electrical leakage currents.
- the higher the tracking resistance or tracking resistance (the CTI value) of a material the better it is suitable for use in high-voltage applications, e.g. in today's electromobility applications.
- Another advantage of materials with a high CTI value is the possibility that electrical conductor tracks in an EE component can be closer together without risking a short circuit, which in turn enables the reduction of component dimensions and thus more compact designs and weight savings.
- polycarbonate In contrast to other thermoplastic polymers such as polystyrene, polyester, etc., polycarbonate itself has a very low tracking resistance and moderate flame retardancy. Because of the high proportion of aromatic structures, polycarbonate has a very high tendency to char. The CTI of pure polycarbonate is around 250 V or even lower (F. Acquasanta et al., Polymer Degradation and Stability, 96 (2011), 2098-2103). However, for numerous applications in the electrical/electrical sector (EE), e.g. in the field of electromobility, a higher CTI of the materials used is required for safety reasons. Therefore, polycarbonate has not yet been considered as a material for a large number of applications that require a high tracking resistance of the material. For applications in which a high tracking resistance of the material is required, the materials must also have a high level of flame retardancy, ie a VO classification according to UL94V, especially with thin wall thicknesses.
- EE electrical/electrical sector
- halogenated sulfonates e.g. Rimar salt (potassium perfluorobutane sulfonate, C4 salt) or KSS salt (potassium diphenylsulfone-3-sulfonate)
- organic phosphates e.g.
- BDP bisphenol A-bis(diphenyl phosphate)
- RDP resorcinol-bis
- phosphazenes are used.
- flame retardant additives the flame retardancy of polycarbonate can generally be adjusted very well. The mechanism of action of these flame retardants is based on the formation of a solid, charred surface layer that interrupts the oxygen supply and thus inhibits the combustion process.
- WO 2020/212245 Al describes thermally conductive, polycarbonate-based compositions containing 50 to 75% by weight of aromatic polycarbonate, 15 to 35% by weight of talc, 0.5 to 3% by weight of anhydride-modified alpha-olefin polymer, 0.4 to 0.6% by weight of fluorine-containing anti-drip agent, 3 to 10% by weight of phosphazene or 3 to 5% by weight of phosphoric acid ester and 3 to 10% by weight of barium sulfate, which is contained as a flame retardant synergist.
- the underlying effect for good tracking resistance is, among other things, a low tendency to form conductive paths on the surface. This is in direct contrast to the mechanism of action, “charring”, of surface-active flame retardants and therefore presents a particular challenge in achieving high tracking resistance and good flame retardancy in a polycarbonate material.
- Thermally conductive polycarbonate material is basically known from the prior art.
- WO 2018/037037 Al describes corresponding compositions which have improved thermal conductivity due to the use of talc.
- talc By adding maleic anhydride-modified olefin wax, basic polymer degradation is prevented Talc is largely suppressed, resulting in a material with advantageous mechanical properties.
- such a material is not characterized by good flame retardancy and the tracking resistance is not significantly increased compared to pure polycarbonate.
- experts have also been of the opinion that there are currently no polycarbonate materials with high tracking resistance.
- the task was therefore to provide thermally conductive polycarbonate-based compositions which have a high CTI of at least 400 V, preferably at least 450 V, preferably determined according to the rapid test method based on IEC 60112:2009, and preferably also a UL94 VO- Achieve classification at 2 mm.
- the thermal conductivity (in plane) should preferably be at least 1.0 W/(mK), determined according to ASTM E 1461-13.
- the compositions should preferably also have good heat resistance, in particular a Vicat softening temperature, determined according to ISO 306:2014-3, VST Method B, of at least 110 ° C, preferably of at least 112 ° C, particularly preferably at least 115°C.
- thermoplastic composition containing
- the composition according to the invention can contain further components, such as further additives in the form of component F.
- the composition can also contain one or more other thermoplastics different from the above-mentioned components as blend partners (component G), which are not covered by any of the components A to F.
- component G blend partners
- the stated % by weight of components A, B, C, D, E, if applicable F and if applicable G - unless explicitly stated otherwise - each refer to the total weight of the composition. It goes without saying that all components contained in a composition according to the invention together amount to 100% by weight. If the upper limit for a numerical range is specified as “up to X”, this includes the stated numerical value with its rounding range upwards.
- Thermoplastic polymers that are suitable as blend partners and are different from components A, E and F are, for example, further aromatic polycarbonate that is not a bisphenol A homopolycarbonate, i.e. different from component A, polystyrene, styrene copolymers, aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET).
- further aromatic polycarbonate that is not a bisphenol A homopolycarbonate, i.e. different from component A
- polystyrene, styrene copolymers polystyrene, styrene copolymers, aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET).
- PET polyethylene terephthalate
- PBT polybutylene terephthalate
- PET-cyclohexanedimethanol copolymer PET-cyclohexanedimethanol copolymer
- PEN polyethylene naphthalate
- PMMA and PMMA copolymers PMMI, polyolefins such as polyethylene or polypropylene as well as copolymers with styrene such as transparent polystyrene acrylonitrile (PSAN) or also thermoplastic polyurethanes.
- PSAN transparent polystyrene acrylonitrile
- compositions do not contain any further components, but rather the amounts of components A, B, C, D, E, if necessary F, if necessary G, in particular in the preferred embodiments described, add up to 100% by weight, d. H.
- the compositions according to the invention consist of components A, B, C, D, E, if necessary F, if necessary G, most preferably of components A to F.
- the components used may contain common impurities, which arise, for example, from their manufacturing processes. It is preferred to use components that are as pure as possible. It is further understood that these impurities can also be contained in a closed formulation of the composition.
- the invention also relates to molded parts made from the thermoplastic compositions according to the invention, i.e. molded parts consisting of a thermoplastic composition according to the invention or comprising a region of a thermoplastic composition according to the invention.
- molded parts are in particular those in which the aforementioned property profile is particularly attractive, i.e. molded parts that are parts of components from the renewable energy sector, in particular high-voltage switches, inverters, relays, electronic connectors, electrical connectors, protective switches, components for photovoltaic applications, electric motors , heat sinks, chargers and plugs for electric vehicles, electrical connection boxes, smart meter housings, miniature circuit breakers, power busbars.
- the component is preferably designed for an operating voltage of at least 400 V.
- the material expediently used preferably has a tracking resistance of at least 400 V, in particular at least 450 V, determined as described above according to the rapid test method based on IEC 60112:2009.
- compositions according to the invention show no significant leakage current (> 0.5 A over 2 s), the test preferably being carried out according to the method described in the The rapid test procedure described in the description section is based on IEC 60112:2009.
- the compositions according to the invention have a flame retardancy VO according to UL94V in test specimen thicknesses of 2 mm.
- compositions preferably also have good heat resistance, which is reflected in a Vicat softening temperature, determined according to ISO 306:2014-3, VST Method B, of at least 110 ° C, preferably of at least 112 ° C , especially at 115°C.
- Component A of the thermoplastic compositions according to the invention is bisphenol A homopolycarbonate, i.e. an aromatic polycarbonate that is based on the sole monomer building block bisphenol A.
- the melt volume flow rate MVR of the aromatic bisphenol A homopolycarbonate used, determined according to ISO 1133:2012-03, at a test temperature of 300 ° C and 1.2 kg load, is preferably 5 to 35 cm 3 / (10 min), more preferably 6 to 21 cm 3 /(10 min), particularly preferably 10 to 19 cm 3 /(10 min), very particularly preferably 11 to 15 cm 3 /(10 min).
- Aromatic polycarbonates are produced, for example, by reacting dihydroxyaryl compounds with carbonic acid halides, preferably phosgene, and/or with aromatic dicarboxylic acid dihalides, preferably benzene dicarboxylic acid dihalides, by the phase interface process, optionally using chain terminators and optionally using trifunctional or more than trifunctional branching agents. Production via a melt polymerization process by reacting dihydroxyaryl compounds with, for example, diphenyl carbonate is also possible.
- phenols are preferred chain terminators, which contain one or more Ci to CT alkyl radicals. linear or branched, preferably unsubstituted, or substituted with tert-butyl. Particularly preferred chain terminators are phenol, cumylphenol and/or p-tert-butylphenol.
- the amount of chain terminator to be used is preferably 0.1 to 5 mol%, based on moles of dihydroxyaryl compounds used.
- the chain terminators can be added before, during or after the reaction with a carbonic acid derivative.
- the homopolycarbonate can also be branched.
- Suitable branching agents are the tri- or more than trifunctional compounds known in polycarbonate chemistry, in particular those with three or more than three phenolic OH groups.
- Suitable branching agents are, for example, l,3,5-tri-(4-hydroxyphenyl)-benzene, 1,1, l-tri-(4-hydroxyphenyl)-ethane, tri-(4-hydroxyphenyl)-phenylmethane, 2,4- Bis-(4-hydroxyphenylisopropyl)-phenol, 2, 6-bis-(2-hydroxy-5'-methyl-benzyl)-4-methylphenol, 2-(4-hydroxyphenyl)-2-(2,4-dihydroxyphenylj- propane, tetra-(4-hydroxyphenyl)-methane, tetra-(4-(4-hydroxyphenylisopropyl)-phenoxyj-methane and 1,4-bis-((4',4"-dihydroxytriphenyl)-methyl)-benzene and 3 ,3-Bis-(3-methyl-4-hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3-dihydroindole.
- the amount of branching agents to be used if necessary is preferably 0.05 mol% to 2.00 mol%, based on moles of bisphenol A used in each case.
- the branching agents can either be introduced with the bisphenol A and the chain terminators in the aqueous alkaline phase or dissolved in an organic solvent and added before phosgenation. In the case of the transesterification process, the branching agents are used together with bisphenol A.
- additional aromatic polycarbonates can also be contained in the compositions according to the invention as additional blending partners according to component G, as long as they do not have a negative effect on the property profile of high tracking resistance and good flame resistance at 2 mm desired according to the invention and the Vicat temperature is not too high. i.e. preferably not lower below a Vicat temperature of 110 ° C, preferably not below 112 ° C, in particular not below 115 ° C.
- thermoplastic compositions according to the invention contain at least 50% by weight, preferably at least 54% by weight, of aromatic bisphenol A homopolycarbonate, and are therefore based on aromatic polycarbonate.
- Component B
- Talc in the context of the present invention is preferably a talc which has essentially the same chemical composition, particle diameter, porosity and/or BET surface area, or a talc mixture.
- Talc is generally a layered silicate. It can be described as magnesium silicate hydrate with the general chemical composition Mg3[Si40io(OH)2]. However, different types of talc contain different impurities, so there may be deviations from this general composition.
- the talc or the talc mixture used to produce the composition according to the invention can be sized or uncoated.
- the talc is preferably uncoated.
- a size is viewed as a targeted (chemi- or physisorbed) enrichment of molecules on the surface.
- Uncoated talc is therefore talc that has not been surface-treated, i.e. H.
- the talc was preferably not subjected to any further process step which specifically changes the surface of the talc by chemisorption and/or physisorption.
- this does not exclude the possibility that contaminants, dust or similar particles may inadvertently reach parts of the surface during further handling of the talc, as long as the surface of the talc does not significantly lose its properties, in particular with regard to the pH value.
- the talc preferably has a pH of 8 to 10, particularly preferably 8.5 to 9.8, very particularly preferably 9.0 to 9.7, the pH being determined according to EN ISO 787-9: 1995 .It should be noted that EN ISO 787-9:1995 also mentions the possibility of adding ethanol or other organic solvents to improve the dispersion of the solid to be measured. According to the invention, only distilled water is preferably used to determine the pH value in accordance with EN ISO 787-9: 1995.
- Component B the talc, preferably has an iron(II) oxide and/or iron(III) oxide content of 0.2 to 2.5% by weight, particularly preferably 0.3 to 2.3% by weight. %, very particularly preferably from 0.3 to 2.0% by weight. This content is preferably measured by X-ray fluorescence or atomic absorption spectroscopy.
- the iron oxide content in talc has an influence on the degree of degradation of the polycarbonate. It is beneficial to use talc with the specified iron oxide content.
- component B preferably has an aluminum oxide content of 0.01 to 0.5% by weight, particularly preferably 0.05 to 0.48% by weight, very particularly preferably 0.15 to 0.45% by weight .-% on.
- Component B preferably has an average particle diameter D50 of 0.01 to 10 pm, particularly preferably 0.25 to 10.00 pm, further preferably 0.5 to 10.00 pm, particularly preferably 1 to 5 pm, where the particle diameter D50 is determined by sedimentation analysis.
- the person skilled in the art understands the mean value D50 to be an average particle diameter in which 50% of the particles are smaller than the defined value.
- the particle diameter D50 is preferably determined according to 18013317-3:2001.
- Component B preferably has a BET surface area of 7.5 to 20.0 m 2 /g, particularly preferably 9.0 to 15.0 m 2 /g, very particularly preferably 9.5 to 14.0 m 2 /g on.
- the determination of the surface according to Brunauer, Emmett and Teller using gas adsorption is known to those skilled in the art.
- the BET surface is preferably determined according to ISO 4652:2012-06. This preferred BET surface is particularly preferably connected to the average particle diameter D50 of the talc described above. It has been found that with such a combination, component B used according to the invention is optimally matched to component C used according to the invention. Due to the special acid number and molecular weight of component E, the degradation of the polycarbonate caused by component B can be minimized.
- the talc particularly preferably has a talc content of >96% by weight, particularly preferably >97% by weight, very particularly preferably >98% by weight.
- the talc has a loss on ignition at 1050 ° C of 5.0 to 7.0% by weight, particularly preferably of 5.2 to 6.5% by weight and very particularly preferably of 5.3 to 6.2% by weight.
- the loss on ignition is preferably determined using DIN51081:2002.
- the talc which can also be a talc mixture, according to component B is preferably in compacted form. If it is a talc mixture, the above figures refer to the talc mixture, i.e. component B in its entirety.
- compositions according to the invention have a talc content of 32 to 37% by weight, preferably 34 to 36% by weight, particularly preferably 34.5 to 35.5% by weight, based on the total composition.
- Component C of the compositions according to the invention is phosphorus-containing flame retardants. It can be a single phosphorus-containing flame retardant, but also a mixture of different phosphorus-containing flame retardants.
- Preferred phosphorus-containing flame retardants are cyclic phosphazenes, phosphorus compounds of the formula (10) and mixtures thereof:
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently of one another represent a C to C alkyl radical, each optionally halogenated and each branched or unbranched, and/or C5 to Ce cycloalkyl radical, Ce to C20 aryl radical or C7 to Ci 2-aralkyl radical, each optionally substituted by branched or unbranched alkyl and/or halogen, preferably chlorine and/or bromine, n independently 0 or 1, q a value from 0 to 30 and
- X A single or multi-chemical remnant with 6 to 30 C atoms or a linear or branched aliphatic rest with 2 to 30 C atoms, which can be substituted or unsubstitted, bridged or unbridged.
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are preferably independently branched or unbranched C1 to C4 alkyl, phenyl, naphthyl or phenyl substituted with C1 to C4 alkyl.
- aromatic groups R 1 , R 2 , R 3 and/or R 4 these in turn can be substituted with halogen and/or alkyl groups, preferably chlorine, bromine and/or C1 to C4 alkyl, branched or unbranched.
- Particularly preferred aryl radicals are cresyl, phenyl, xylenyl, propylphenyl or butylphenyl and the corresponding brominated and chlorinated derivatives thereof.
- X in formula (10) is preferably derived from dihydroxyaryl compounds.
- X in formula (10) is particularly preferably
- Xiii (XiV) or their chlorinated and/or brominated derivatives.
- X (with the adjacent oxygen atoms) is preferably derived from hydroquinone, bisphenol A or diphenylphenol.
- X is also preferably derived from resorcinol.
- X is particularly preferably derived from bisphenol A.
- n in the formula (10) is preferably equal to 1.
- q is preferably 0 to 20, particularly preferably 0 to 10, in the case of mixtures for average values of 0.8 to 5.0, preferably 1.0 to 3.0, more preferably 1.05 to 2.00 and particularly preferably 1.08 to 1.60.
- a compound of the formula (11) is preferred: wherein
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently of one another a linear or branched C to C alkyl radical and/or optionally linear or branched alkyl-substituted Cs to Ce cycloalkyl radical, Ce to Cio aryl radical or C7 - to Cn-aralkyl radical, n independently 0 or 1, q independently 0, 1, 2, 3 or 4,
- N is a number between 1 and 30,
- Ci to Cy alkylidcn.
- a linear or branched Ci to Cy alkyl group Cs- to Cn-cycloalkylene residue, Cs- to Cn-cycloalkylidene residue, -O-, -S-, -SO-, SO2 or -CO- mean.
- Phosphorus compounds of the formula (10) are in particular tributyl phosphate, triphenyl phosphate, tricresyl phosphate, diphenyl cresyl phosphate, diphenyl octyl phosphate, diphenyl-2-ethyl cresyl phosphate, tri-(isopropylphenyl) phosphate, resorcinol-bridged oligophosphate and bisphenol A-bridged oligophosphate.
- the use of oligomeric phosphoric acid esters of the formula (10), which are derived from bisphenol A, is particularly preferred if phosphorus compounds of the formula (10) are used.
- the average q value is determined by determining the composition of the phosphorus compound mixture (molecular weight distribution) using High Pressure Liquid Chromatography (HPLC) at 40°C in a mixture of acetonitrile and water (50:50) and then calculating the average values for q .
- HPLC High Pressure Liquid Chromatography
- Such phosphorus compounds are known (see, for example, EP 0 363 608 A1, EP 0 640 655 A2) or can be prepared in an analogous manner using known methods (e.g. Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry, Vol. 18, p. 301 ff., 1979; Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Vol. 12/1, p. 43; Beilstein Vol. 6, p. 177).
- cyclic phosphazenes according to formula (13) are particularly preferably used as component C:
- R is each the same or different and for
- Ci an optionally halogenated, preferably halogenated with fluorine, more preferably monohalogenated, Ci to Cs alkyl radical, preferably methyl radical, ethyl radical, propyl radical or butyl radical,
- Ci to Cs alkoxy radical preferably a methoxy radical, ethoxy radical, propoxy radical or butoxy radical
- - a C5 to Ce cycloalkyl radical optionally substituted by alkyl, preferably C1 to C4 alkyl, and/or halogen, preferably chlorine and/or bromine
- - a Ce to C20 aryloxy radical optionally substituted by alkyl, preferably C1 to C4 alkyl, and/or halogen, preferably chlorine, bromine, and/or hydroxy, preferably phenoxy radical, naphthyloxy radical
- a C7 to Cn aralkyl radical preferably phenyl-Ci to C4 alkyl radical, optionally substituted by alkyl, preferably C1 to C4 alkyl, and/or halogen, preferably chlorine and/or bromine, or
- halogen residue preferably chlorine or fluorine
- k represents an integer from 1 to 10, preferably a number from 1 to 8, particularly preferably 1 to 5, very particularly preferably 1.
- phosphazenes are preferably used. These are usually mixtures of cycles of different ring sizes.
- propoxyphosphazene phenoxyphosphazene, methylphenoxyphosphazene, aminophosphazene, fluoroalkylphosphazene and phosphazene of the following structures:
- k 1, 2 or 3.
- the phosphazenes can be used alone or as a mixture.
- the radical R can always be the same or two or more radicals in the formulas can be different.
- the radicals R of a phosphazene are preferably identical.
- the proportion of oligomers with k>8 is preferably from 0 to 2.0 mol%, based on component B, and preferably from 0.10 to 1.00 mol%.
- the phosphazenes of component C meet all three of the aforementioned conditions with regard to the proportions of oligomers.
- n defined as the arithmetic mean of k, is in the range from 1.10 to 1.75, preferably from 1.15 to 1.50, more preferably from 1.20 to 1.45, and especially preferably from 1.20 to 1.40 (range limits included).
- the oligomer compositions in the respective blend samples can be detected and quantified using 31 P-NMR (chemical shift; 5 trimer: 6.5 to 10.0 ppm; 5 tetramer: -10 to -13.5 ppm; 5 higher Oligomers: -16.5 to -25.0 ppm).
- component C comprises bisphenol-A-based oligophosphate according to formula (12) and/or cyclic phosphazene according to formula (13), very particularly preferably component C is bisphenol-A-based oligophosphate according to formula (12) and/or cyclic phosphazene according to Formula (13), component C is extremely preferably cyclic phosphazene according to formula (13).
- the proportion of phosphorus-containing flame retardant in the compositions according to the invention is 4% by weight to 10% by weight, preferably 5% by weight to 8% by weight, particularly preferably 5.0 to 8.0% by weight on the overall composition.
- compositions according to the invention contain a fluorine-containing anti-drip agent as component D, which can be a mixture of several anti-dripping agents.
- the total amount of anti-dripping agent is 0.3% by weight to 2% by weight, preferably 0.3% by weight to 1.0% by weight, particularly preferably 0.4% by weight to 0.7% by weight, based on the total composition, of at least one anti-dripping agent.
- Fluorine-containing polymer in particular polyolefin, is preferably used as an anti-dripping agent.
- the fluorinated polyolefins preferably used as anti-dripping agents are high molecular weight and have glass transition temperatures of over -30 ° C, usually over 100 ° C, and fluorine contents preferably from 65% by weight to 76% by weight, in particular from 70 to 76% by weight.
- Preferred fluorinated polyolefins are polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene and ethylene/tetrafluoroethylene copolymers.
- the fluorinated polyolefins are known (see “Vinyl and Related Polymers” by Schildknecht, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1962, pages 484-494; “Fluorpolymers” by Wall, Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc., New York, Volume 13, 1970, pages 623-654; "Modem Plastics Encyclopedia", 1970-1971, Volume 47, No. 10 A, October 1970, Me Graw-Hill, Inc., New York, page 134 and 774; "Modem Plastics Encyclopedia", 1975-1976, October 1975, Volume 52, No.
- the density of the fluorinated polyolefins can be between 1.2 and 2.3 g/cm 3 ', preferably 2.0 g/cm 3 to 2.3 g/cm 3 , determined according to ISO 1183-1 (2019-09) , the average particle size is between 0.05 and 1000 pm, determined using light microscopy or white light interferometry.
- Suitable tetrafluoroethylene polymer powders are commercially available products and are offered, for example, by the DuPont company under the trade name Teflon®.
- a fluorine-containing composition is used as a fluorine-containing anti-drip agent, the minimum amount used is such that at least 0.2% by weight, preferably at least 0.21% by weight, particularly preferably at least 0.25% by weight of PTFE is contained in the overall composition are.
- the PTFE-containing compositions include Hostaflon® TF2021 or PTFE blends such as Blendex® B449 (approx. 50% by weight PTFE and approx.
- SAN 50% by weight SAN [made from 80% by weight styrene and 20% by weight % acrylonitrile]) from Chemtura. It is particularly preferred to contain fluorine Anti-drip agent PTFE or a PTFE/SAN blend is used; the fluorine-containing anti-drip agent PTFE or PTFE/SAN is extremely preferred.
- Component E of the compositions according to the invention is an anhydride-modified ⁇ -olefin polymer.
- the a-olefin polymer is preferably based on at least one monomer selected from the group consisting of ethylene, 1-propene, 1-butene, 1-isobutene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1 -nonene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene, 1-tridecene, 1-tetradecene, 1-octadecene, 1-nonadecene, but can also be based on mixtures of these monomers.
- the ⁇ -olefin polymer is based on at least one monomer selected from the group consisting of ethene, propene, 1-hexene, 1-octene.
- the ⁇ -olefin polymer is particularly preferably based on ethylene, propene and/or 1-octene.
- the ⁇ -olefin polymer is modified with an anhydride, using an unsaturated carboxylic anhydride for modification.
- the carboxylic anhydride is preferably selected from the group consisting of maleic anhydride, phthalic anhydride, fumaric anhydride, itaconic anhydride and mixtures thereof. Maleic anhydride is particularly preferred.
- the anhydride-modified ⁇ -olefin polymer is preferably free of styrene-butadiene rubber, most preferably rubber-free.
- a preferred anhydride-modified ⁇ -olefin polymer includes
- E2 0.5-10.0% by weight, more preferably 2.5-8.0% by weight, even more preferably 3.0-6.0% by weight of anhydride.
- the olefinic part El) of the a-olefin polymer is particularly preferably characterized in that the ethylene content is 65.0-96.0% by weight, more preferably 80.0-96.0% by weight, very particularly preferably 84.0-92.0% by weight, the propylene content 2.0-10.0% by weight, very particularly preferably 4.0-8.0% by weight and the 1-octene content 2.0-25.0% by weight, further preferably 2.0-10.0% by weight, very particularly preferably 4.0-8.0% by weight.
- the ⁇ -olefin polymer is not based on any other monomers.
- the olefinic part CI) of the alpha-olefin polymer is based on propylene and/or ethylene, most preferably at least 98% by weight.
- the only monomer building block of the alpha-olefin polymer is extremely preferred: propylene.
- the average molecular weight Mw of the anhydride-modified a-olefin polymer is preferably 300 to 40,000 g/mol, more preferably 800 to 32,000 g/mol, even more preferably 1,000 to 22,000 g/mol, particularly preferably 3,000 to 21,000 g/mol.
- the molecular weight Mw is determined using gel permeation chromatography in ortho-dichlorobenzene at 150 °C with polystyrene calibration.
- the specified value is preferably the mean value from a double determination.
- the acid number of the anhydride-modified a-olefin polymer is preferably at least 30 mg KOH/g, more preferably 45 to 170 mg KOH/g, particularly preferably up to 100 mg KOH/g, determined according to DIN ISO 17025:2005-08 using potentiometric Titration with alcoholic potassium hydroxide solution.
- the anhydride-modified a-olefin polymer according to component C is based on propene, is maleic anhydride-modified and more preferably has an average molecular weight Mw, determined by gel permeation chromatography in ortho-dichlorobenzene at 150 ° C with polystyrene calibration, of 1000 to 22000 g/mol, even more preferably 3000 to 21000 g/mol, and an acid number of 45 to 170 mg KOH/g, even more preferably 50 to 100 mg KOH/g, determined according to DIN ISO 17025:2005-08 using potentiometric Titration, on.
- Mw average molecular weight Mw
- the amount of anhydride-modified ⁇ -olefin polymer in the overall composition is 1% by weight to 3% by weight, preferably 1.2% by weight to 2.5% by weight, more preferably 1.3% by weight .-% to 2.3% by weight, particularly preferably 1.4% by weight to 2% by weight, in particular up to 1.6% by weight.
- polycarbonate compositions according to the invention can contain one or more additional additives other than components B, C, D and E, which are summarized here under “component F”.
- the group of other additives does not include any talc (component B) and no phosphorus-containing flame retardant according to component C.
- the group of other additives also does not include any fluorine-containing anti-drip agent, as this is already described as component D, and also no anhydride-modified a-olefin.
- Such other additives are in particular thermal stabilizers, antioxidants, mold release agents, UV absorbers, IR absorbers, impact modifiers, antistatic agents, flame retardants other than component C, optical brighteners, light scattering agents, hydrolysis stabilizers, transesterification stabilizers, (organic) Dyes, (organic/inorganic) pigments, compatibilizers and/or additives for laser marking, especially in the usual amounts for polycarbonate-based compositions.
- Such additives are described, for example, in EP 0 839 623 Al, WO 96/15102 Al, EP 0 500 496 Al or in the “Plastics Additives Handbook”, Hans Doubt, 5th Edition 2000, Hanser Verlag, Kunststoff. These additives can be added individually or in a mixture and are preferred additives according to the invention.
- further additives are one or more further additives selected from the group consisting of thermal stabilizers, antioxidants, mold release agents, organic dyes, organic pigments, inorganic pigments.
- the proportion of further additives is particularly preferably 0 to 3% by weight.
- at least one thermal stabilizer, an antioxidant, a dye, pigment and/or a mold release agent is included as a further additive, most preferably a thermal stabilizer and/or a pigment.
- compositions according to the invention can contain other flame retardants, but are preferably free of those selected from the group of alkali, alkaline earth or ammonium salts of aliphatic or aromatic sulfonic acid, sulfonamide, sulfonimide derivatives and combinations of these, under “ “Derivatives” are understood to mean those compounds whose molecular structure has another atom or another group of atoms in place of an H atom or a functional group or in which a or several atoms/groups of atoms have been removed. The root connection is therefore still recognizable.
- Such flame retardants which are preferably not contained in compositions according to the invention, are in particular one or more compounds selected from the group consisting of sodium or potassium perfluorobutane sulfate, sodium or potassium perfluoromethanesulfonate, sodium or potassium perfluorooctane sulfate, sodium or potassium 2,5- dichlorobenzene sulfate, sodium or potassium 2,4,5-trichlorobenzene sulfate, sodium or potassium diphenylsulfone sulfonate, sodium or potassium 2-formylbenzenesulfonate, sodium or potassium (N-benzenesulfonyl)-benzenesulfonamide or mixtures thereof, particularly preferably sodium or potassium perfluorobutane sulfate, sodium or potassium perfluorooctane sulfate, sodium or potassium diphenyl sulfone sulfonate or mixtures thereof, in particular potassium perfluoro-1-butane
- Additives that are particularly preferably included are mold release agents, more preferably based on a fatty acid ester, even more preferably based on a stearic acid ester, particularly preferably based on pentaerythritol. Pentaerythritol tetrastearate (PETS) and/or glycerol monostearate (GMS) are particularly preferably used. If one or more mold release agents are used, the amount is preferably up to 1.0% by weight (inclusive), more preferably 0.01 to 0.7% by weight, particularly preferably 0.02 to 0.60% by weight. %, based on the overall composition.
- PETS Pentaerythritol tetrastearate
- GMS glycerol monostearate
- the amount is preferably up to 1.0% by weight (inclusive), more preferably 0.01 to 0.7% by weight, particularly preferably 0.02 to 0.60% by weight. %, based on the overall composition.
- thermal stabilizers are also thermal stabilizers.
- the amount of thermal stabilizer is preferably up to 0.20% by weight, more preferably 0.01 to 0.10% by weight, even more preferably 0.01 to 0.05% by weight, particularly preferably 0.015 to 0.040% by weight .-%, based on the total composition.
- Phosphorus-based stabilizers selected from the group of phosphates, phosphites, phosphonites, phosphines and mixtures thereof, are particularly suitable as thermal stabilizers.
- thermal stabilizers examples are triphenyl phosphite, diphenyl alkyl phosphite, phenyldialkyl phosphite, tris(nonylphenyl) phosphite, trilauryl phosphite, trioctadecyl phosphite, distearyl-pentaerythritol diphosphite, tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite (Irgafos® 168), diisodecylpentaerythritol di phosphite, Bis(2,4-di -tert-butylphenyl)pentaerythritol diphosphit
- Irganox® B900 mixture of Irgafos® 168 and antioxidant Irganox® 1076 in a ratio of 4: 1
- Doverphos® S- 9228 with Irganox® B900 or Irganox® 1076 Particular preference is given to using triphenylphosphine (TPP), Irgafos® 168 or tris(nonylphenyl) phosphite or mixtures thereof.
- TPP triphenylphosphine
- Irgafos® 168 tris(nonylphenyl) phosphite or mixtures thereof.
- phenolic antioxidants such as alkylated monophenols, alkylated thioalkylphenols, hydroquinones and alkylated hydroquinones can be used.
- Particularly preferred are Irganox® 1010 (pentaerythritol 3-(4-hydroxy-3,5-di-tert-butylphenyl) propionate; CAS: 6683-19-8) and Irganox 1076® (octadecyl-3-(3,5- di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate), preferably in amounts of 0.05 - 0.5% by weight.
- alkyl phosphates e.g. B. mono-, di- and/or trihexyl phosphate, triisoctyl phosphate and/or trinonyl phosphate
- the preferred alkyl phosphate used is triisooctyl phosphate (tris-2-ethyl-hexyl phosphate). Mixtures of different mono-, di- and trialkyl phosphates can also be used.
- Triisooctyl phosphate is preferred in amounts of 0.003% by weight to 0.05% by weight, more preferably 0.005% by weight to 0.04% by weight and particularly preferably from 0.01% by weight to 0.03% % by weight, based on the total composition.
- compositions according to the invention already have an excellent set of properties without additional impact modifiers. Compositions according to the invention are therefore preferably free of impact modifiers.
- compositions according to the invention do not contain any other fillers, such as barium sulfate. Titanium dioxide is not viewed as a “filler”, but rather as an inorganic pigment according to component F.
- the compositions according to the invention preferably contain 0.1 to 2% by weight, preferably 0.5 to 1.2% by weight, of titanium dioxide.
- the titanium dioxide of the compositions according to the invention preferably has an average particle size D50, determined by scanning electron microscopy (STEM), of 0.1 to 5 pm, preferably 0.2 pm to 0.5 pm.
- the titanium dioxide can also have a different particle size, for example an average particle size D50, determined using scanning electron microscopy (STEM), of > 0.5 pm, approximately 0.65 to 1.15 pm.
- the titanium dioxide preferably has a rutile structure.
- the titanium dioxide used according to the invention is a white pigment, Ti(IV) ⁇ 2.
- colored titanium dioxides also contain elements such as Sb, Ni, Cr in significant quantities, so that a color impression other than “white” results. It is understood that the white pigment titanium dioxide may also contain traces of other elements as impurities. However, these amounts are so small that the titanium dioxide does not get a color cast.
- Suitable titanium dioxides are preferably those that are produced using the chloride process, hydrophobicized, specially treated and suitable for use in polycarbonate.
- uncoated titanium dioxide or a mixture of both can also be used in compositions according to the invention instead of coated titanium dioxide.
- the use of sized titanium dioxide is preferred.
- titanium dioxide Possible surface modifications of titanium dioxide include inorganic and organic modifications. These include, for example, surface modifications based on aluminum or polysiloxane.
- An inorganic coating may contain 0.0% to 5.0% by weight of silica and/or aluminum oxide.
- An organic-based modification may contain 0.0% to 3.0% by weight of a hydrophobic wetting agent.
- the titanium dioxide preferably has an oil absorption number, determined according to DIN EN ISO 787-5: 1995-10, of 12 to 18 g/100 g of titanium dioxide, more preferably of 13 to 17 g/100 g of titanium dioxide, particularly preferably of 13.5 to 15 .5 g/100 g titanium dioxide.
- Titanium dioxide with the standard designation R2 according to DIN EN ISO 591-1:2001-08, which is stabilized with aluminum and/or silicon compounds and has a titanium dioxide content of at least 96.0% by weight, is particularly preferred.
- Such titanium dioxides are available under the brand names Kronos 2233 and Kronos 2230.
- the polymer compositions according to the invention containing the mixed components A, B, C, D, E, if necessary F and possibly other components, can be produced using powder premixes. Premixtures of granules or granules and powders with the additives according to the invention can also be used. Premixes can also be used, which consist of solutions of the mixture components in suitable solvents, with the solvent optionally being homogenized in solution is subsequently removed.
- the additives referred to as component F and also other components of the compositions according to the invention can be introduced by known processes or as a masterbatch. The use of masterbatches is particularly preferred for introducing additives and other components, with masterbatches based on the respective polymer matrix being used in particular.
- compositions according to the invention can, for example, be extruded. After extrusion, the extrudate can be cooled and crushed. The combining and mixing of a premix in the melt can also take place in the plasticizing unit of an injection molding machine. In the subsequent step, the melt is transferred directly into a shaped body.
- compositions according to the invention are preferably used for the production of molded parts for components from the renewable energy sector, in particular for high-voltage switches, inverters, relays, electronic connectors, electrical connectors, circuit breakers, components for photovoltaic applications, electric motors, heat sinks, chargers or charging plugs for electric vehicles, electrical connection boxes , smart meter housing, miniature circuit breaker; Power bus bars.
- the invention therefore also relates to molded parts, consisting of or comprising regions of compositions according to the invention, as well as corresponding components, comprising elements, i.e. molded parts, which consist of compositions according to the invention or comprise regions consisting of compositions according to the invention, which are referred to as “elements from a composition according to the invention “thermoplastic composition”.
- thermoplastic composition according to the invention consisting of or comprising a region made of a thermoplastic composition according to the invention or layers made of a thermoplastic composition according to the invention is preferably carried out in those EE components which are designed for an operating voltage of at least 400 V, more preferably of at least 450 V . However, it can also be designed for a normal household operating voltage of 230 V ⁇ 23 V in Europe, although smaller distances between the electrical conductors can now be achieved.
- the high tracking resistance of the polycarbonate compositions according to the invention makes it possible to achieve smaller distances between two electrical conductors of a component using the polycarbonate material than was previously possible when using polycarbonate.
- the subject of the invention is therefore also an EE component, comprising a first electrical conductor and a second electrical conductor at a first distance dl and a second distance d2 from one another, which have an element made of a thermoplastic composition according to the invention, which is in direct contact with the first electrical conductor and the second electrical conductor are connected, where the distance dl is the shortest distance between the first electrical conductor and the second electrical conductor along the surface of the element made of the thermoplastic composition and where the distance d2 is the shortest distance between the first electrical conductor and the second electrical conductor through the air, where d2 is selected so that flashover through the air is prevented at the respective operating voltage and where dl is at the operating voltage U listed below: dli(0V ⁇ U ⁇ 250V): 1.8 mm to
- Such small distances can only be achieved with a material that has at least a CTI of 400 V.
- the invention therefore also relates to corresponding EE components in which corresponding distances are realized and which preferably have an operating voltage to be applied of at least 400 V, preferably at least 450 V.
- d2 is within the Bachmann's ability. d2 is preferably at least 1.2 mm.
- the invention furthermore relates to the use of talc to increase the tracking resistance of bisphenol A homopolycarbonate.
- talc to increase the tracking resistance of bisphenol A homopolycarbonate.
- the composition according to the invention can be used as an insulating layer for other electrical components, for example transistors.
- the electrical components of a transistor are protected by overmolding with a high CTI plastic. The plastic protects the electrical components from both contact and unwanted electrical contact Interaction of adjacent metallic - such as a metallic heat sink - or electrical components.
- thermoplastic composition according to the invention which is introduced between the heat sink and the transistor, ensures safe operation.
- mounting brackets for power busbars which also require the use of materials with a high CTI.
- the mounting brackets essentially have two functions: fixing the busbars within the component group to prevent a change in position during operation, and acting as a spacer in order to be able to run several busbars in parallel, whereby the distance between the two rails must also be sufficiently large, to prevent air overflow.
- tracking on the surface of the mounting bracket between the power busbars, but also between the power busbar and other metal components, e.g. the screws for attaching the mounting brackets to the underlying structure must also be prevented.
- Mounting brackets with a high CTI can increase the component and energy density.
- Plugs for chargers or USB-C plugs have an increased risk because the current-carrying conductor tracks cannot be covered or sealed and are also exposed to contaminants such as sweat, moisture, tissue particles, dust and other materials.
- a material with a high CTI value is necessary to provide sufficient protection against tracking, but also to enable miniaturization or an increase in power density.
- the invention also relates to the use of compositions according to the invention, also in the embodiments described as preferred, particularly preferred, etc., for realizing the aforementioned low distances between electrical conductors in EE components.
- Thermoplastic compositions preferred according to the invention belong to insulating material group II (400 V ⁇ CTI ⁇ 600 V), classified according to DIN EN 60664-1:2008. They have a thermal conductivity (in plane) of preferably at least 1.0 W/(mK), preferably of at least 1.1 W/(mK), determined according to ASTM E 1461-13, so that good heat dissipation is also achieved can.
- thermoplastic composition according to embodiment 1 wherein the talc content of the thermoplastic composition is 34 to 36% by weight.
- thermoplastic composition according to embodiment 1 or 2 wherein the talc content of the thermoplastic composition is 34.5 to 35.5% by weight.
- anhydride-modified ⁇ -olefin polymer comprises maleic anhydride-modified propylene polymer, preferably is such a polymer.
- composition according to one of the preceding embodiments, wherein the composition contains 0.1 to 2% by weight of titanium dioxide.
- Thermoplastic composition according to one of the preceding embodiments containing 5 to 8% by weight of phosphorus-containing flame retardant. 11. Thermoplastic composition according to one of the preceding embodiments, containing as a further component
- additives selected from the group consisting of thermal stabilizers, antioxidants, mold release agents, UV absorbers, IR absorbers, impact modifiers, antistatic agents, optical brighteners, light scattering agents, hydrolysis stabilizers, transesterification stabilizers, organic dyes, organic or inorganic pigments, Compatibilizers, additives for laser marking.
- composition according to one of the preceding embodiments, wherein the composition is free of impact modifiers and blending partners.
- additives selected from the group consisting of thermal stabilizers, antioxidants, mold release agents, UV absorbers, IR absorbers, antistatic agents, optical brighteners, light scattering agents, hydrolysis stabilizers, transesterification stabilizers, organic dyes, organic or inorganic pigments, compatibilizers, additives for laser marking.
- Thermoplastic composition consisting of
- additives selected from the group consisting of thermal stabilizers, antioxidants, mold release agents, UV absorbers, IR absorbers, antistatic agents, optical brighteners, light scattering agents, hydrolysis stabilizers, Transesterification stabilizers, organic dyes, organic or inorganic pigments, compatibilizers, additives for laser marking.
- Thermoplastic composition according to one of the preceding embodiments, wherein the phosphorus-containing flame retardant is a cyclic phosphazene and/or a phosphorus compound of the formula (10).
- R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently of one another represent a C to C alkyl radical, each optionally halogenated and each branched or unbranched, and/or C5 to Ce cycloalkyl radical, Ce to C2o aryl radical or C7 to Cn-aralkyl radical, each optionally substituted by branched or unbranched alkyl and/or halogen, preferably chlorine and/or bromine, n independently 0 or 1, q a value from 0 to 30 and
- X A single or multi-chemical remnant with 6 to 30 C atoms or a linear or branched aliphatic rest with 2 to 30 C atoms, which can be substituted or unsubstitted, bridged or unbridged.
- Ci an optionally halogenated, preferably halogenated with fluorine, more preferably monohalogenated, Ci to Cs alkyl radical, preferably methyl radical, ethyl radical, propyl radical or butyl radical,
- Ci to Cs alkoxy radical preferably a methoxy radical, ethoxy radical, propoxy radical or butoxy radical
- aryloxy radical optionally substituted by alkyl, preferably C1 to C4 alkyl, and/or halogen, preferably chlorine, bromine, and/or hydroxy, preferably phenoxy radical, naphthyloxy radical,
- a C7 to Cn aralkyl radical preferably phenyl-Ci to C4 alkyl radical, optionally substituted by alkyl, preferably C1 to C4 alkyl, and/or halogen, preferably chlorine and/or bromine, or
- halogen residue preferably chlorine or fluorine
- k represents an integer from 1 to 10, preferably a number from 1 to 8, particularly preferably 1 to 5, very particularly preferably 1.
- Molded part consisting of or comprising a region of a thermoplastic composition according to one of the preceding embodiments.
- EE component which is designed for an operating voltage of at least 375 V, comprising a molded part according to embodiments 23 or 24 or a layer made of a thermoplastic composition according to one of embodiments 1 to 22.
- EE component which is designed for an operating voltage of 400 V, comprising a molded part according to embodiments 23 or 24 or a layer made of a thermoplastic composition according to one of embodiments 1 to 22.
- EE component according to one of embodiments 25 to 28, wherein the EE component is a high-voltage switch, inverter, relay, electronic connector, electrical connector, circuit breaker, part of a photovoltaic system, part of an electric motor, a charger or charging plug for electric vehicles, Part of an electrical connection box, part of a smart meter housing, part of a miniature circuit breaker, part of a power busbar.
- the EE component is a high-voltage switch, inverter, relay, electronic connector, electrical connector, circuit breaker, part of a photovoltaic system, part of an electric motor, a charger or charging plug for electric vehicles, Part of an electrical connection box, part of a smart meter housing, part of a miniature circuit breaker, part of a power busbar.
- EE component according to one of embodiments 25 to 30, with a protection class IP6K9K according to ISO 20653:2013-02.
- Component Bl Compacted talc with a talc content of 98% by weight, an iron oxide content of 1.9% by weight, an aluminum oxide content of 0.2% by weight, loss on ignition (DIN 51081:2002/1000 °C) of 5 .4% by weight, pH value (according to EN ISO 787-9: 1995) of 9.15, D (0.5) (sedimentation analysis) of 2.2 pm; BET surface according to ISO 4652:2012-06 10 m 2 /g, type: Finntalc M05SLC, manufacturer: Elementis Minerals BV.
- Component B*-2 Glass fiber from Nittobo (2-4-1, Kojimachi, Chiyoda-ku, Tokyo 102-8489, Japan) which is available under the trade name CSG 3PA-830. It is a flat glass fiber with a cutting length of 3mm and a cross-section ratio of 1.4.
- Component B*-3 Fired silicon dioxide Amosil FW 600 from Quartzwerke GmbH in Frechen, uncoated, with an average particle size D(0.5) of approx. 4 pm, D(0.98) of approx. 13 pm, a D( 0.l)/D(0.9) ratio of approx. 1.5/10 and a specific surface area of approx. 6 m 2 /g, determined according to DIN-ISO 9277:2014-01.
- Component D-l SAN-encapsulated polytetrafluoroethylene ADS5000 (approx. 50% by weight PTFE (fluorine-containing anti-drip agent) and approx. 50% by weight SAN) from Chemical Innovation Co., Ltd. Thailand.
- compositions described here were tested using the tendon test method based on IEC 60112:2009.
- a 0.1% ammonium chloride test solution (395 ohm*cm resistance) was applied dropwise between two adjacent electrodes at a distance of 4 mm to the surface of test specimens measuring 60 mm x 40 mm x 4 mm at an interval of 30 seconds .
- a test voltage was applied between the electrodes, which was varied over the course of the test.
- the first test specimen was tested at a starting voltage of 300 V or 350 V.
- a total of a maximum of 50 drops (one drop every 30s) per voltage were applied as long as no leakage current > 0.5A occurred over 2s or the sample burned.
- the PTI is tested based on IEC 60112:2009 - modified as described below.
- a 0.1% ammonium chloride test solution (395 ohm*cm resistance) was applied dropwise between two adjacent electrodes at a distance of 4 mm onto the surface of test specimens measuring 60 mm x 40 mm x 4 mm at an interval of 30 seconds applied.
- the PTI test in the PTI test there is a fixed test voltage between the electrodes and a total of 5 test specimens are tested at the respective voltage.
- a total of a maximum of 50 drops were applied per test specimen, as long as no leakage current > 0.5A occurred over 2s or the sample burned.
- the flame retardancy test of the polycarbonate compositions was carried out according to Underwriter Laboratory method UL94V at a thickness of 2mm.
- Different fire classes are assigned depending on the behavior of the test specimens. These include the time until the flame goes out, resistance to dripping and whether a material drips while it is burning.
- the classes determined here are designated V0, VI and V2 and are determined on the basis of a total of five tested test specimens.
- the test specimen which is positioned with its longitudinal axis 180° (vertical) to the flame, has an average afterburning time after removal of the flame of no more than 10s and does not produce any dripping plastic particles that ignite a cotton wool located under the test specimen.
- the total afterburning time of five test specimens, each flamed twice, is a maximum of 50s.
- VI In contrast to V0, the average maximum afterburning time here is ⁇ 30s, although here too no particles are allowed to drip off and ignite the cotton.
- V2 In contrast to V0 and VI, this classification produces dripping plastic particles that ignite the cotton wool.
- the individual afterburning times are ⁇ 30s and the total afterburning time of 5 test specimens, each flamed twice, is ⁇ 250s.
- n.b. The test does not provide a flame retardancy classification if the afterburning times are exceeded.
- FOT Flame Out Time, given in seconds.
- the heat resistance of the compositions was determined using the Vicat softening temperature (method B, test force 50N, heating rate 50 K/h) on test specimens with dimensions of 80 mm x 10 mm x 4 mm in accordance with ISO 306:2014-3.
- Thermal conductivity
- the thermal conductivity was determined on injection-molded test specimens with dimensions of 60 x 60 x 2 mm 3 according to ASTM E 1461 (Nano Flash method). “In plane” means measured in the x,y direction, “through plane” in the z direction. 2. Preparation of the test specimens
- compositions were prepared on a BUSS kneader.
- the mass temperature, speed, throughput and torque had to be adjusted according to the usual procedure for the expert and tailored to the respective composition.
- the filler was metered as a “split-feed”, with 10% by weight of the total filler being added via the main feed and the rest via the side extruder.
- the test specimens with dimensions of 60 mm x 40 mm x 4 mm were produced from the molding compounds using standard injection molding processes at a mass temperature of 280 ° C and a mold temperature of 80 ° C.
- Table 1 shows how the CTI tends to improve with increasing amounts of talc (V-l - V-3).
- talc V-l - V-3
- Table 1 shows how the CTI tends to improve with increasing amounts of talc (V-l - V-3).
- the flammability increases as the amount of talc increases (see afterburning times).
- V-4, E-7 and V-11 each of which contains 5% by weight of flame retardant
- No more than 10% by weight of flame retardant preferably no more than 8% by weight of flame retardant, should be used so that the heat resistance is not reduced too much, which would generally question the use of polycarbonate.
- other reinforcing fillers such as glass fiber or quartz, high tracking resistance cannot be achieved as with talc in combination with an FR package (cf. V2 with V-9 and V-10).
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Abstract
Beschrieben sind thermisch leitfähige, flammgeschützte Zusammensetzungen mit hoher Kriechstromfestigkeit, enthaltend Bisphenol A-Homopolycarbonat, Talk, phosphorhaltiges Flammschutzmittel, fluorhaltiges Antitropfmittel und Anhydrid-modifiziertes alpha-Olefin-Polymer. Diese Zusammensetzungen weisen eine hohe Kriechstromfestigkeit auf, so dass in EE-Bauteilen niedrigere Abstände zwischen elektrischen Leitern realisiert werden können, als es bisher möglich gewesen ist.
Description
Flammgeschützte, thermisch leitfähige Polycarbonat-Zusammensetzungen mit hoher Kriechstromfestigkeit
Die Erfindung betrifft thermisch leitfähige, flammgeschützte thermoplastische Zusammensetzungen auf Basis von Polycarbonat mit hoher Kriechstromfestigkeit.
Polycarbonat bietet aufgrund seiner hohen Schlagzähigkeit, der hohen Wärmeformbeständigkeit und einer gewissen inhärenten Flammwidrigkeit viele Vorteile gegenüber anderen thermoplastischen Polymeren. Aufgrund dieses einzigartigen Eigenschaftsprofils eignen sich Polycarbonat- Zusammensetzungen grundsätzlich für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, z.B. im Bereich elektrischer und elektronischer Bauteile. Dabei sind insbesondere gute Isoliereigenschaften und hohe Flammwidrigkeit wesentliche sicherheitsrelevante Grundanforderungen an eingesetzte Materialien in diesem Bereich.
In Anwendungen, bei denen der Kunststoff in direktem Kontakt zu den elektrischen Leiterbahnen ist, wird eine hohe Resistenz gegenüber Kriechströmen unter Spannungslast vorausgesetzt, damit es innerhalb des Bauteils nicht zu Kurzschlüssen und damit zum Brand kommt. Kriechstromfestigkeit (CTI, „comparative tracking index“) beschreibt im Allgemeinen die Widerstandsfähigkeit eines Kunststoffinaterials gegenüber Umwelteinflüssen. Der CTI-Wert ist dabei ein Maß für die Neigung eines Kunststoffes, unter Umwelteinflüssen, wie z.B. Feuchtigkeit und Verschmutzungen, unter Spannung elektrisch leitfähige Pfade an der Oberfläche auszubilden und daraus resultierende elektrische Kriechströme zu begünstigen. Je höher der Kriechstromwiderstand bzw. die Kriechstromfestigkeit (der CTI-Wert) eines Materials ist, desto besser eignet es sich für den Einsatz in Hochspannungsanwendungen, z.B. in Anwendungen der heutigen Elektromobilität. Ein weiterer Vorteil von Materialien mit hohem CTI-Wert ist die Möglichkeit, dass elektrische Leiterbahnen in einem EE-Bauteil näher beieinanderliegen können, ohne einen Kurzschluss zu riskieren, was wiederum die Reduktion der Bauteildimensionen und somit kompaktere Bauweisen und Gewichtserspamis ermöglicht.
Polycarbonat an sich hat im Gegensatz zu anderen thermoplastischen Polymeren wie Polystyrol, Polyester etc. eine sehr geringe Kriechstromfestigkeit bei moderater Flammwidrigkeit. Wegen des hohen Anteils an aromatischen Strukturen besitzt Polycarbonat eine recht hohe Tendenz zur Verkohlung. Der CTI von reinem Polycarbonat liegt bei etwa 250 V oder sogar darunter (F. Acquasanta et al., Polymer Degradation and Stability, 96 (2011), 2098-2103). Für zahlreiche Anwendungen im Elektro/Elektrik-Bereich (EE), z.B. im Bereich der Elektromobilität, wird jedoch aus Sicherheitsgründen ein höherer CTI der eingesetzten Materialien gefordert. Daher ist Polycarbonat als Material für eine Vielzahl von Anwendungen, die eben eine hohe Kriechstromfestigkeit des Materials erfordern, bisher nicht in Frage gekommen.
Für Anwendungen, bei denen eine hohe Kriechstromfestigkeit des Materials erforderlich ist, müssen die Materialien gleichzeitig auch eine hohe Flammwidrigkeit, d.h. eine VO-Klassifizierung nach UL94V, insbesondere auch bei dünnen Wandstärken, aufweisen.
Reines Polycarbonat besitzt typischerweise zwar bereits eine gewisse intrinsische Flammwidrigkeit (V2-Klassifizierung nach UL94V), die allerdings für die meisten Anwendungen im EE-Bereich nicht ausreichend ist. Um die erforderliche VO-Klassifizierung gemäß UL94V zu erreichen, ist der Zusatz von geeigneten Flammschutzmitteln erforderlich. Typischerweise werden für Polycarbonat halogenierte Sulfonate (z.B. Rimar Salz (Kaliumperfluorbutansulfonat, C4-Salz) oder KSS-Salz (Kaliumdiphenylsulfon-3-sulfonat)) oder auch organische Phosphate (z.B. Bisphenol-A- bis(diphenylphosphat) (BDP), Resorcinol-bis(diphenylphosphat) (RDP)) oder Phosphazene eingesetzt. Mit dem Zusatz entsprechender Flammschutzadditive lässt sich die Flammwidrigkeit von Polycarbonat grundsätzlich sehr gut einstellen. Der Wirkmechanismus dieser Flammschutzmittel basiert aber auf der Ausbildung einer festen, verkohlten Oberflächenschicht, die die Sauerstoffzufuhr unterbricht und somit den Verbrennungsprozess hemmt.
WO 2020/212245 Al etwa beschreibt wärmeleitfähige, Polycarbonat-basierte Zusammensetzungen, enthaltend 50 bis 75 Gew.-% aromatisches Polycarbonat, 15 bis 35 Gew.-% Talk, 0,5 bis 3 Gew.-% anhydridmodifiziertes alpha-Olefm-Polymer, 0,4 bis 0,6 Gew.-% fluorhaltiges Antitropfmittel, 3 bis 10 Gew.-% Phosphazen bzw. 3 bis 5 Gew.-% Phosphorsäureester und 3 bis 10 Gew.-% Bariumsulfat, welches als Flammschutz-Synergist enthalten ist.
Der zugrundeliegende Effekt für eine gute Kriechstromfestigkeit ist jedoch wiederum unter anderem eine niedrige Tendenz zur Ausbildung von leitfähigen Pfaden an der Oberfläche. Dies steht in direktem Gegensatz zum Wirkmechanismus, dem „Charring“, von oberflächenaktiven Flammschutzmitteln und bereitet damit eine besondere Herausforderung, bei einem Polycarbonat- Material eine hohe Kriechstromfestigkeit und gute Flammwidrigkeit zu erreichen.
Materialien, die eine hohe Kriechstromfestigkeit aufweisen, werden insbesondere im Bereich von Elektronikbauteilen bzw. stromführenden Komponenten benötigt. Jeglicher Stromfluss ist mit der Erzeugung von Wärme verbunden, die mit steigender Leistung zunimmt. Um den technischen Ausfall zu verhindern und damit die Langlebigkeit solcher Komponenten zu gewährleisten ist es erforderlich, dass die entstehende Wärme ausreichend abgeführt wird. Es wäre wünschenswert, wenn es gelänge, ein Polycarbonat-Material bereitzustellen, das eine höhere Kriechstromfestigkeit und Flammwidrigkeit aufweist und gleichzeitig auch zur Abfuhr von Wärme beitragen kann.
Thermisch leitfähiges Polycarbonat-Material ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt WO 2018/037037 Al entsprechende Zusammensetzungen, welche aufgrund der Verwendung von Talk eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Durch den Zusatz von Maleinsäureanhydrid-modifiziertem Olefm-Wachs wird der basische Polymer-Abbau durch den
Talk weitgehend unterdrückt, so dass ein Material mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften resultiert. Ein solches Material zeichnet sich jedoch nicht durch eine gute Flammwidrigkeit aus und auch die Kriechstromfestigkeit ist gegenüber reinem Polycarbonat nicht signifikant erhöht. Bis jetzt bestand in der Fachwelt zudem die Auffassung, dass es bisher noch keine Polycarbonat-Materialien mit hoher Kriechstromfestigkeit gibt.
Es bestand somit die Aufgabe, thermisch leitfähige Polycarbonat-basierte Zusammensetzungen bereitzustellen, die einen hohen CTI von mindestens 400 V, bevorzugt von mindestens 450 V, vorzugsweise bestimmt nach der Schnellprüfmethode in Anlehnung an IEC 60112:2009, aufweisen und bevorzugt auch eine UL94 VO-Klassifizierung bei 2 mm erreichen. Die thermische Leitfähigkeit (in plane) sollte bevorzugt bei mindestens 1,0 W/(mK), bestimmt gemäß ASTM E 1461-13, hegen. Aufgrund des Anwendungsbereiches und der Wärmeentwicklung in EE-Bauteilen sollten die Zusammensetzungen bevorzugt auch eine gute Wärmeformbeständigkeit aufweisen, insbesondere eine Vicat-Erweichungstemperatur, bestimmt nach ISO 306:2014-3, VST Methode B, von mindestens 110°C, bevorzugt von mindestens 112°C, besonders bevorzugt von mindestens 115°C.
Überraschend hat sich gezeigt, dass eine Verbesserung der Kriechstromfestigkeit durch den Zusatz von Talk erzielt werden kann und dass die Lösung der Aufgabe der Bereitstellung von Zusammensetzungen mit obigem komplexen Eigenschaftsprofil durch die Kombination von aromatischem Polycarbonat mit Talk und mit phosphorhaltigem Flammschutzmittel, mit Antitropfinittel, und Anhydrid-modifiziertem a-Olefm-Polymer, jeweils in ausgewählten Mengenbereichen, gelingt.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine thermoplastische Zusammensetzung, enthaltend
A) mindestens 50 Gew.-% Bisphenol A-Homopolycarbonat,
B) 32 bis 37 Gew.-% Talk,
C) 4 bis 10 Gew.-% phosphorhaltiges Flammschutzmittel,
D) 0,3 bis 2 Gew.-% fluorhaltiges Antitropfinittel,
E) 1 bis 3 Gew.-% Anhydrid-modifiziertes a-Olefm-Polymer, wobei die Zusammensetzung keine weiteren Füllstoffe enthält.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann neben den Komponenten A, B, C, D und E weitere Komponenten, etwa weitere Additive in Form der Komponente F, enthalten. Auch kann die Zusammensetzung einen oder mehrere weitere Thermoplasten verschieden von oben genannten Komponenten als Blendpartner (Komponente G) enthalten, welche durch keine der Komponenten A bis F abgedeckt sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich die angegebenen Gew.- % der Komponenten A, B, C, D, E, ggf. F sowie ggf. G - soweit nicht explizit anders angegeben - jeweils auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Es versteht sich, dass sämtliche in einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen Komponenten zusammen 100 Gew.-% ergeben.
Sofern fur einen Zahlenbereich die Obergrenze mit „bis X“ angegeben ist, schließt das den genannten Zahlenwert mit seinem Rundungsbereich nach oben hin ein.
Als Blendpartner geeignete, von den Komponenten A, E und F verschiedene, thermoplastische Polymere sind beispielsweise weiteres aromatisches Polycarbonat, das kein Bisphenol A- Homopolycarbonat ist, also verschieden von Komponente A ist, Polystyrol, Styrol-Copolymere, aromatische Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), PET- Cyclohexandimethanol-Copolymer (PETG), Polyethylennaphthalat (PEN), PMMA und PMMA- Copolymere, PMMI, Polyolefine wie Polyethylen oder Polypropylen sowie Copolymere mit Styrol wie z.B. transparentes Polystyrolacrylnitril (PSAN) oder aber auch thermoplastische Polyurethane.
Ganz besonders bevorzugt enthalten die vorbeschriebenen Zusammensetzungen keine weiteren Komponenten, sondern die Mengen der Komponenten A, B, C, D, E, ggf. F, ggf. G, insbesondere in den beschriebenen bevorzugten Ausfiihrungsformen, ergänzen sich zu 100 Gew.-%, d. h. die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bestehen aus den Komponenten A, B, C, D, E, ggf. F, ggf. G, äußerst bevorzugt aus den Komponenten A bis F.
Es versteht sich, dass die eingesetzten Komponenten übliche Verunreinigungen, die beispielsweise aus ihren Herstellungsprozessen herrühren, enthalten können. Es ist bevorzugt, möglichst reine Komponenten einzusetzen. Es versteht sich weiterhin, dass diese Verunreinigungen auch bei einer geschlossenen Formulierung der Zusammensetzung enthalten sein können.
Gegenstand der Erfindung sind ebenso Formteile, hergestellt aus den erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzungen, d.h. Formteile, bestehend aus einer erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzung oder umfassend einen Bereich aus einer erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzung. Derartige Formteile sind insbesondere solche, bei denen vorgenanntes Eigenschaftsprofil besonders attraktiv ist, d.h. Formteile, die Teile von Bauteilen aus dem EE-Bereich sind, insbesondere von Hochspannungsschaltem, Wechselrichtern, Relais, elektronischen Verbindern, elektrischen Verbindern, Schutzschaltem, Bauteilen für Photovoltaikanwendungen, elektrischen Motoren, Kühlkörpern, Ladegeräten und -Steckern für elektrische Fahrzeuge, Elektroanschlusskästen, Smart Meter Gehäusen, Miniaturtrennschaltem, Stromsammelschienen. Bevorzugt ist das Bauteil auf eine Betriebsspannung von mindestens 400 V ausgelegt. Hierzu weist das zweckmäßigerweise eingesetzte Material vorzugsweise eine Kriechstromfestigkeit von mindestens 400 V, insbesondere mindestens 450 V, bestimmt wie vorstehend beschrieben nach dem Schnellprüfverfahren in Anlehnung an IEC 60112:2009, auf.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zeigen bei Applikation von mindestens 50 Tropfen einer 0,1%-igen Ammoniumchlorid-Lösung bei 400 V, weiter bevorzugt bei 450 V keinen signifikanten Kriechstrom (> 0,5 A über 2s), wobei die Prüfung vorzugsweise nach dem in dem Beschreibungsteil beschriebenen Schnellprüfverfahren in Anlehnung an IEC 60112:2009 erfolgt.
Daneben besitzen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eine Flammwidrigkeit VO nach UL94V in Dicken der Prüfkörper von 2 mm. Bevorzugt besitzen die Zusammensetzungen neben dem hohen CTI und der guten Flammwidrigkeit auch eine gute Wärmeformbeständigkeit, welche sich in einer Vicat-Erweichungstemperatur, bestimmt nach ISO 306:2014-3, VST Methode B, von mindestens 110°C, bevorzugt von mindestens 112°C, insbesondere von 115°C, zeigt.
Die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind im Folgenden noch näher erläutert:
Komponente A
Komponente A der erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzungen ist Bisphenol A- Homopolycarbonat, also ein aromatisches Polycarbonat, das auf dem alleinigen Monomerbaustein Bisphenol A basiert.
Die Schmelzevolumenfließrate MVR des eingesetzten aromatischen Bisphenol A- Homopolycarbonats, bestimmt gemäß ISO 1133:2012-03, bei einer Prüftemperatur 300°C und 1,2 kg Belastung, beträgt bevorzugt 5 bis 35 cm3/(10 min), weiter bevorzugt 6 bis 21 cm3/(10 min), besonders bevorzugt 10 bis 19 cm3/(10 min), ganz besonders bevorzugt 11 bis 15 cm3/(10 min).
Einzelheiten der Herstellung von Polycarbonaten sind in vielen Patentschriften seit etwa 40 Jahren niedergelegt. Beispielhaft sei hier auf Schnell, "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Polymer Reviews, Volume 9, Interscience Publishers, New York, London, Sydney 1964, auf D. Freitag, U. Grigo, P.R. Müller, H. Nouvertne, BAYER AG, "Polycarbonates" in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 11, Second Edition, 1988, Seiten 648-718 und schließlich auf U. Grigo, K. Kirchner und P.R. Müller "Polycarbonate" in Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, Band 3/1, Polycarbonate, Polyacetale, Polyester, Celluloseester, Carl Hanser Verlag München, Wien 1992, Seiten 117 bis 299 verwiesen.
Die Herstellung aromatischer Polycarbonate erfolgt z.B. durch Umsetzung von Dihydroxyarylverbindungen mit Kohlensäurehalogeniden, vorzugsweise Phosgen, und/oder mit aromatischen Dicarbonsäuredihalogeniden, vorzugsweise Benzoldicarbonsäuredihalogeniden, nach dem Phasengrenzflächenverfahren, gegebenenfalls unter Verwendung von Kettenabbrechern und gegebenenfalls unter Verwendung von trifunktionellen oder mehr als trifunktionellen Verzweigern. Ebenso ist eine Herstellung über ein Schmelzepolymerisationsverfahren durch Umsetzung von Dihydroxyarylverbindungen mit beispielsweise Diphenylcarbonat möglich.
Im Fall von Bisphenol A-Homopolycarbonat wird nur Bisphenol A als Dihydroxyarylverbindung eingesetzt.
Bei der Herstellung des Bisphenol A-Homopolycarbonats sind Phenole bevorzugte Kettenabbrecher, welche ein- oder mehrfach mit Ci- bis CT Alkylresten. linear oder verzweigt, bevorzugt unsubstituiert, oder mit tert-Butyl substituiert sind. Besonders bevorzugte Kettenabbrecher sind Phenol, Cumylphenol und/oder p-tert-Butylphenol. Die Menge an einzusetzendem Kettenabbrecher beträgt bevorzugt 0,1 bis 5 Mol-%, bezogen auf Mole an jeweils eingesetzten Dihydroxyarylverbindungen. Die Zugabe der Kettenabbrecher kann vor, während oder nach der Umsetzung mit einem Kohlensäurederivat erfolgen.
Grundsätzlich kann das Homopolycarbonat auch verzweigt sein.
Geeignete Verzweiger sind die in der Polycarbonatchemie bekannten tri- oder mehr als trifunktionellen Verbindungen, insbesondere solche mit drei oder mehr als drei phenolischen OHGruppen.
Geeignete Verzweiger sind beispielsweise l,3,5-Tri-(4-hydroxyphenyl)-benzol, 1,1, l-Tri-(4- hydroxyphenyl)-ethan, Tri-(4-hydroxyphenyl)-phenylmethan, 2,4-Bis-(4-hydroxyphenylisopropyl)- phenol, 2, 6-Bis-(2-hydroxy-5 '-methyl -benzyl)-4-methylphenol, 2-(4-Hydroxyphenyl)-2-(2,4- dihydroxyphenylj-propan, Tetra-(4-hydroxyphenyl)-methan, Tetra-(4-(4-hydroxyphenylisopropyl)- phenoxyj-methan und l,4-Bis-((4',4"-dihydroxytriphenyl)-methyl)-benzol und 3,3-Bis-(3-methyl-4- hydroxyphenyl)-2-oxo-2,3 -dihydroindol .
Die Menge der gegebenenfalls einzusetzenden Verzweiger beträgt bevorzugt 0,05 Mol-% bis 2,00 Mol-%, bezogen auf Mole an jeweils eingesetztem Bisphenol A.
Die Verzweiger können entweder mit dem Bisphenol A und den Kettenabbrechern in der wässrig alkalischen Phase vorgelegt werden oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst vor der Phosgenierung zugegeben werden. Im Fall des Umesterungsverfahrens werden die Verzweiger zusammen mit dem Bisphenol A eingesetzt.
Als zusätzliche Blendpartner gemäß Komponente G können grundsätzlich auch weitere aromatische Polycarbonate in den erfmdungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten sein, solange sie sich nicht negativ auf das erfmdungsgemäß gewünschte Eigenschaftsprofil der hohen Kriechstromfestigkeit und auch guten Flammwidrigkeit bei 2 mm auswirken und auch die Vicat-Temperatur nicht zu weit, d.h. bevorzugt nicht unter eine Vicat-Temperatur von 110°C, bevorzugt nicht unter 112°C, insbesondere nicht unter 115°C, absenken.
Die erfmdungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzungen enthalten mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 54 Gew.-% aromatisches Bisphenol A-Homopolycarbonat, basieren also auf aromatischem Polycarbonat.
Komponente B
Talk im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt ein Talk, welcher im Wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung, Partikeldurchmesser, Porosität und/oder BET-Oberfläche aufweist, oder ein Talkgemisch.
Bei Talk handelt es sich im Allgemeinen um ein Schichtsilikat. Es kann beschrieben werden als Magnesiumsilikathydrat mit der allgemeinen chemischen Zusammensetzung Mg3[Si40io(OH)2]. Unterschiedliche Talkarten enthalten jedoch unterschiedliche Verunreinigungen, so dass Abweichungen von dieser allgemeinen Zusammensetzung vorliegen können.
Der eingesetzte Talk oder das Talkgemisch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann beschlichtet oder unbeschlichtet sein. Bevorzugt ist der Talk unbeschlichtet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Schlichte als eine gezielte (chemi- oder physisorbierte) Anreicherung von Molekülen an der Oberfläche betrachtet. Bei unbeschlichtetem Talk handelt es sich somit um nicht oberflächen-behandelten Talk, d. h. nach der Gewinnung der Talkpartikel mit dem gewünschten Partikeldurchmesser und gegebenenfalls einer Kompaktierung wurde der Talk bevorzugt keinem weiteren Verfahrensschritt unterzogen, welcher die Oberfläche des Talks durch Chemisorption und/oder Physisorption gezielt verändert. Dies schließt jedoch nicht aus, dass unbeabsichtigt Verunreinigungen, Staub oder ähnliche Partikel während der weiteren Handhabung des Talks an Teile der Oberfläche gelangen, solange die Oberfläche des Talks nicht wesentlich ihre Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf den pH-Wert, verliert.
Bevorzugt weist der Talk einen pH-Wert von 8 bis 10, besonders bevorzugt 8,5 bis 9,8, ganz besonders bevorzugt 9,0 bis 9,7 auf, wobei der pH-Wert bestimmt wird gemäß EN ISO 787-9: 1995. Es ist zu beachten, dass die EN ISO 787-9: 1995 auch die Möglichkeit der Zugabe von Ethanol oder anderen organischen Lösungsmitteln zur Verbesserung der Dispergierung des zu vermessenden Feststoffes erwähnt. Bevorzugt wird erfindungsgemäß nur destilliertes Wasser zur Bestimmung des pH-Wertes gemäß EN ISO 787-9: 1995 eingesetzt.
Die Komponente B, der Talk, weist bevorzugt einen Gehalt an Eisen(II)oxid und/oder Eisen(III)oxid von 0,2 bis 2,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2,3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 0,3 bis 2,0 Gew.-% auf. Dieser Gehalt wird bevorzugt gemessen durch Röntgenfluoreszenz oder Atomabsorptionsspektroskopie. Der Gehalt an Eisenoxid im Talk hat einen Einfluss auf den Grad des Abbau des Poly carbonats. Es ist vorteilhaft, Talk mit dem angegebenen Eisenoxid-Gehalt zu verwenden.
Ebenso bevorzugt weist die Komponente B einen Gehalt an Aluminiumoxid von 0,01 bis 0,5 Gew.- %, besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,48 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 0,15 bis 0,45 Gew.-% auf.
Die Komponente B weist bevorzugt einen mittleren Partikeldurchmesser D50 von 0,01 bis 10 pm, besonders bevorzugt 0,25 bis 10,00 pm, weiterhin bevorzugt 0,5 bis 10,00 pm, besonders bevorzugt von 1 bis 5 pm, auf, wobei der Partikeldurchmesser D50 bestimmt wird durch Sedimentationsanalyse. Unter dem Mittelwert D50 versteht der Fachmann einen mittleren Partikeldurchmesser, bei dem 50 % der Partikel kleiner sind als der definierte Wert. Bevorzugt wird der Partikeldurchmesser D50 bestimmt gemäß 18013317-3:2001.
Komponente B weist bevorzugt eine BET-Oberfläche von 7,5 bis 20,0 m2/g, besonders bevorzugt von 9,0 bis 15,0 m2/g, ganz besonders bevorzugt 9,5 bis 14,0 m2/g auf. Die Bestimmung der Oberfläche nach Brunauer, Emmett und Teller mittels Gasadsorption ist dem Fachmann an sich bekannt. Bevorzugt wird die BET-Oberfläche gemäß ISO 4652:2012-06 bestimmt. Diese bevorzugte BET-Oberfläche wird besonders bevorzugt mit dem oben beschriebenen mittleren Partikeldurchmesser D50 des Talks verbunden. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer solchen Kombination die erfindungsgemäß eingesetzte Komponente B optimal auf die erfindungsgemäß eingesetzte Komponente C abgestimmt ist. Durch die spezielle Säurezahl und Molmasse der Komponente E kann der Abbau des Polycarbonats, welcher durch die Komponente B verursacht wird, minimiert werden.
Besonders bevorzugt weist der Talk einen Talkgehalt von > 96 Gew.-%, besonders bevorzugt > 97 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt > 98 Gew.-% auf.
Ebenso ist es bevorzugt, dass der Talk einen Glühverlust bei 1050 °C von 5,0 bis 7,0 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5,2 bis 6,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 5,3 bis 6,2 Gew.-% aufweist. Der Glühverlust wird bevorzugt mittels DIN51081 :2002 bestimmt.
Der Talk, welcher auch ein Talkgemisch sein kann, gemäß Komponente B liegt bevorzugt kompaktiert vor. Sofern es sich um ein Talkgemisch handelt, beziehen sich die vorgenannten Zahlenangaben jeweils auf das Talkgemisch, d.h. die Komponente B in ihrer Gesamtheit.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weisen einen Talkgehalt von 32 bis 37 Gew.-%, bevorzugt von 34 bis 36 Gew.-%, besonders bevorzugt von 34,5 bis 35,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, auf.
Komponente C
Bei Komponente C der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen handelt es sich um Phosphorhaltige Flammschutzmittel. Es kann sich um ein einziges Phosphor-haltiges Flammschutzmittel handeln, aber auch um eine Mischung verschiedener Phosphor-haltiger Flammschutzmittel.
Bevorzugte Phosphor-haltige Flammschutzmittel sind cyclische Phosphazene, Phosphorverbindungen der Formel (10) und deren Mischungen:
(10), worin
R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander fur einen Ci- bis Cs-Alkylrest, jeweils gegebenenfalls halogeniert und jeweils verzweigt oder unverzweigt, und/oder C5- bis Ce-Cycloalkylrest, Ce- bis C20- Arylrest oder C7- bis Ci 2-Aralkylrest, jeweils gegebenenfalls durch verzweigtes oder unverzweigtes Alkyl und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor und/oder Brom, substituiert, n unabhängig voneinander 0 oder 1, q einen Wert von 0 bis 30 und
X einen ein- oder mehrkemigen aromatischen Rest mit 6 bis 30 C-Atomen oder einen linearen oder verzweigten aliphatischen Rest mit 2 bis 30 C-Atomen, der jeweils substituiert oder unsubstituiert, verbrückt oder unverbrückt sein kann, bedeuten.
Bevorzugt stehen R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für verzweigtes oder unverzweigtes Ci- bis C4-Alkyl, Phenyl, Naphthyl oder mit Ci- bis C4-Alkyl substituiertes Phenyl. Im Falle aromatischer Gruppen R1, R2, R3 und/oder R4 können diese ihrerseits mit Halogen- und/oder Alkylgruppen, vorzugsweise Chlor, Brom und/oder Ci- bis C4-Alkyl, verzweigt oder unverzweigt, substituiert sein. Besonders bevorzugte Aryl-Reste sind Kresyl, Phenyl, Xylenyl, Propylphenyl oder Butylphenyl sowie die entsprechenden bromierten und chlorierten Derivate davon.
X in der Formel (10) leitet sich bevorzugt von Dihydroxyarylverbindungen ab.
(Xi) (X11)
(Xiii) (XiV) oder deren chlorierte und/oder bromierte Derivate. Bevorzugt leitet sich X (mit den angrenzenden Sauerstoffatomen) von Hydrochinon, Bisphenol A oder Diphenylphenol ab. Ebenfalls bevorzugt leitet sich X von Resorcin ab. Besonders bevorzugt leitet sich X von Bisphenol A ab. n in der Formel (10) ist vorzugsweise gleich 1. q steht bevorzugt für 0 bis 20, besonders bevorzugt 0 bis 10, im Falle
von Mischungen fur Durchschnitswerte von 0,8 bis 5,0, bevorzugt 1,0 bis 3,0, weiter bevorzugt 1,05 bis 2,00 und besonders bevorzugt von 1,08 bis 1,60.
Als Phosphorverbindung der allgemeinen Formel (10) ist eine Verbindung der Formel (11) bevorzugt:
worin
R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander einen linearen oder verzweigten Ci- bis Cs-Alkylrest und/oder gegebenenfalls durch lineares oder verzweigtes Alkyl-substituierten Cs- bis Ce-Cycloalkylrest, Ce- bis Cio-Arylrest oder C7- bis Cn-Aralkylrest, n unabhängig voneinander 0 oder 1, q unabhängig voneinander 0, 1, 2, 3 oder 4,
N eine Zahl zwischen 1 und 30,
Rs und Re unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes Ci- bis C4-Alkylrest, vorzugsweise Methylrest, und
Y lineares oder verzweigtes Ci- bis Cy-Alkylidcn. einen linearen oder verzweigten Ci- bis Cy-Alkylcnrcst. Cs- bis Cn-Cycloalkylenrest, Cs- bis Cn-Cycloalkylidenrest, -O-, -S-, - SO-, SO2 oder -CO- bedeuten.
Phosphorverbindungen der Formel (10) sind insbesondere Tributylphosphat, Triphenylphosphat, Trikresylphosphat, Diphenylkresylphosphat, Diphenyloctylphosphat, Diphenyl-2-ethyl- kresylphosphat, Tri-(isopropylphenyl)-phosphat, Resorcin verbrücktes Oligophosphat und Bisphenol A verbrücktes Oligophosphat. Der Einsatz von oligomeren Phosphorsäureestem der Formel (10), die sich vom Bisphenol A ableiten, ist, sofern Phosphorverbindungen der Formel (10) eingesetzt werden, insbesondere bevorzugt.
Weiter bevorzugt werden Mischungen mit gleicher Struktur und unterschiedlicher Ketenlänge verwendet, wobei es sich bei dem angegebenen q-Wert um den mitleren q-Wert handelt. Der mitlere q-Wert wird bestimmt, indem mitels High Pressure Liquid Chromatography (HPLC) bei 40°C in einem Gemisch aus Acetonitril und Wasser (50:50) die Zusammensetzung des Phosphorverbindungsgemisches (Molekulargewichtsverteilung) bestimmt wird und daraus die Mitelwerte für q berechnet werden.
Dabei ist besonders bevorzugt auf Bisphenol A-basierendes Oligophosphat (Bisphenol-A- bis(diphenylphosphat)) gemäß Formel (12) mit q = 1 bis 20, insbesondere mit q = 1,0 bis 1,2, in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten.
Derartige Phosphorverbindungen sind bekannt (vgl. z.B. EP 0 363 608 Al, EP 0 640 655 A2) oder lassen sich nach bekannten Methoden in analoger Weise herstellen (z.B. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Bd. 18, S. 301 ff., 1979; Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. 12/1, S. 43; Beilstein Bd. 6, S. 177).
Alternativ besonders bevorzugt werden als Komponente C cyclische Phosphazene gemäß Formel (13) eingesetzt:
R jeweils gleich oder verschieden ist und für
- einen Aminrest,
- einen jeweils gegebenenfalls halogenierten, vorzugsweise mit Fluor halogenierten, weiter bevorzugt monohalogenierten, Ci- bis Cs-Alkylrest, vorzugsweise Methylrest, Ethylrest, Propylrest oder Butylrest,
- einen Ci- bis Cs- Alkoxyrest, vorzugsweise einen Methoxyrest, Ethoxyrest, Propoxyrest oder Butoxyrest,
- einen jeweils gegebenenfalls durch Alkyl, vorzugsweise Ci- bis C4-Alkyl, und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor und/oder Brom, substituierten C5- bis Ce-Cycloalkylrest,
- einen jeweils gegebenenfalls durch Alkyl, vorzugsweise Ci- bis C4-Alkyl, und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor, Brom, und/oder Hydroxy-substituierten, Ce- bis C20- Aryloxyrest, vorzugsweise Phenoxyrest, Naphthyloxyrest,
- einen jeweils gegebenenfalls durch Alkyl, vorzugsweise Ci- bis C4-Alkyl, und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor und/oder Brom, substituierten C7- bis Cn-Aralkylrest, vorzugsweise Phenyl- Ci - bis C4-alkylrest, oder
- einen Halogen-Rest, vorzugsweise Chlor oder Fluor, oder
- einen OH-Rest steht, k für eine ganze Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise für eine Zahl von 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 5, ganz besonders bevorzugt für 1, steht.
Dabei werden bevorzugt kommerziell erhältliche Phosphazene eingesetzt. Bei diesen handelt es sich üblicherweise um Gemische von Cyclen unterschiedlicher Ringgröße.
Weiter bevorzugt sind, sowohl einzeln als auch in Mischung: Propoxyphosphazen, Phenoxyphosphazen, Methylphenoxyphosphazen, Aminophosphazen, Fluoralkylphosphazene sowie Phosphazene der folgenden Strukturen:
In den oben gezeigten Verbindungen 13a-f ist k = 1, 2 oder 3.
Bevorzugt ist der Anteil von am Phosphor Halogen-substituierten Phosphazenen, z. B. aus unvollständig reagiertem Ausgangsmaterial, kleiner als 1000 ppm, weiter bevorzugt kleiner als 500 ppm.
Die Phosphazene können allein oder als Mischung eingesetzt werden. Der Rest R kann immer gleich sein oder zwei oder mehr Reste in den Formeln können verschieden sein. Bevorzugt sind die Reste R eines Phosphazens identisch.
In einer Ausfuhrungsform werden nur Phosphazene mit gleichem R eingesetzt.
Bevorzugt beträgt der Anteil der Tetramere (k = 2) von 2 bis 50 mol-%, bezogen auf die Komponente B, weiter bevorzugt von 5 bis 40 mol-%, noch weiter bevorzugt von 10 bis 30 mol-%, besonders bevorzugt von 10 bis 22 mol-%.
Bevorzugt beträgt der Anteil der höheren oligomeren Phosphazene (k = 3, 4, 5, 6 und 7) von 0 bis 30 mol-%, bezogen auf die Komponente B, weiter bevorzugt von 2,5 bis 25 mol-%, noch weiter bevorzugt von 5 bis 20 mol-%, und besonders bevorzugt von 6 - 15 mol-%.
Bevorzugt beträgt der Anteil der Oligomere mit k> 8 von 0 bis 2,0 mol-%, bezogen auf die Komponente B, und bevorzugt von 0,10 bis 1,00 mol-%.
Weiter bevorzugt erfüllen die Phosphazene der Komponente C alle drei zuvor genannten Bedingungen hinsichtlich der Anteile an Oligomeren.
Besonders bevorzugt ist Phenoxyphosphazen (alle R = Phenoxy, Formel 13g), alleine oder mit weiteren Phosphazenen gemäß Formel (13) als Komponente C, mit einem Anteil an Oligomeren mit k = 1 (Hexaphenoxyphosphazen) von 50 bis 98 mol-%, besonders bevorzugt 60 bis 72 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Phenoxyphosphazens, als Komponente C enthalten. Sofern Phenoxyphosphazen eingesetzt wird, beträgt ganz besonders bevorzugt der Anteil an Oligomeren mit k = 2: 15 bis 22 Gew.-% und mit k > 3: 10 bis 13 Gew.-%.
Alternativ ganz besonders bevorzugt umfasst, ganz besonders bevorzugt ist die Komponente C ein Phenoxyphosphazen mit einem Trimerenanteil (k = 1) von 70 bis 85 mol-%, einem Tetramerenanteil (k = 2) von 10 bis 20 mol-%, einem Anteil an höheren oligomeren Phosphazenen (k =
3, 4, 5, 6 und 7) von 3 bis 8 mol-% und Phosphazen-Oligomeren mit k > 8 von 0,1 bis 1 mol-%, bezogen auf die Komponente C.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist n, definiert als der arithmetische Mittelwert von k, im Bereich von 1,10 bis 1,75, bevorzugt von 1,15 bis 1,50, weiter bevorzugt von 1,20 bis 1,45, und besonders bevorzugt von 1,20 bis 1,40 (Bereichsgrenzen eingeschlossen).
Die Phosphazene und deren Herstellung sind beispielsweise in EP 728 811 A2, DE 1961668 A und WO 97/40092 Al beschrieben.
Die Oligomer-Zusammensetzungen in den jeweiligen Blendproben lassen sich nach Compoundieren mittels 31P-NMR nachweisen und quantifizieren (chemische Verschiebung; 5 trimer: 6,5 bis 10,0 ppm; 5 tetramer: -10 bis -13,5 ppm; 5 höhere Oligomere: -16,5 bis -25,0 ppm).
Besonders bevorzugt umfasst Komponente C auf Bisphenol-A basierendes Oligophosphat gemäß Formel (12) und/oder cyclisches Phosphazen gemäß Formel (13), ganz besonders bevorzugt ist Komponente C auf Bisphenol-A basierendes Oligophosphat gemäß Formel (12) und/oder cyclisches Phosphazen gemäß Formel (13), äußerst bevorzugt ist Komponente C cyclisches Phosphazen gemäß Formel (13).
Der Anteil von phosphorhaltigem Flammschutzmittel in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen beträgt 4 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bevorzugt 5 Gew.-% bis 8 Gew.-%, besonders bevorzugt 5,0 bis 8,0 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
Je höher die Menge des eingesetzten Phosphor-haltigen Flammschutzmittels ist, umso weiter wird die Vicat-Temperatur abgesenkt. Bei Mengen von mehr als 10 Gew.-% ist die Vicat-Temperatur so weit abgesenkt, dass Anwendungen, für welche Polycarbonat aufgrund seiner an sich hohen Wärmebeständigkeit eingesetzt werden kann, nicht mehr durch das Material bedient werden können.
Komponente D
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten als Komponente D ein fluorhaltiges Antitropfmittel, wobei es sich um eine Mischung mehrerer Antitropfmittel handeln kann. Die Menge an Antitropfmittel (Antidrippingmittel) insgesamt beträgt 0,3 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,3 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,4 Gew.-% bis 0,7 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, mindestens eines Antitropfmittels.
Bevorzugt wird als Antitropfmittel fluorhaltiges Polymer, insbesondere Polyolefin, eingesetzt.
Die als Antitropfmittel bevorzugt eingesetzten fluorierten Polyolefine sind hochmolekular und besitzen Glasübergangstemperaturen von über -30°C, in der Regel von über 100°C, Fluorgehalte
vorzugsweise von 65 Gew.-% bis 76 Gew.-%, insbesondere von 70 bis 76 Gew.-%. Bevorzugte fluorierte Polyolefine sind Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Tetrafluorethylen/Hexafluor- propylen- und Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymerisate. Die fluorierten Polyolefine sind bekannt (vgl. „Vinyl and Related Polymers“ von Schildknecht, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1962, Seite 484-494; „Fluorpolymers“ von Wall, Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc., New York, Band 13, 1970, Seite 623-654; „Modem Plastics Encyclopedia“, 1970-1971, Band 47, No. 10 A, Oktober 1970, Me Graw-Hill, Inc., New York, Seite 134 und 774; „Modem Plastics Encyclopedia“, 1975-1976, Oktober 1975, Band 52, Nr. 10 A, Me Graw-Hill, Inc., New York, Seite 27, 28 und 472 und US 3 671 487 A, 3 723 373 A und 3 838 092 A). Sie können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, so beispielsweise durch Polymerisation von Tetrafluorethylen in wässrigem Medium mit einem freie Radikale bildenden Katalysator, beispielsweise Natrium-, Kalium- oder Ammoniumperoxidisulfat bei Dmcken von 7 bis 71 kg/cm2 und bei Temperaturen von 0 bis 200°C, vorzugsweise bei Temperaturen von 20 bis 100°C. Nähere Einzelheiten sind z.B. in US 2 393 967 A beschrieben.
Je nach Einsatzform kann die Dichte der fluorierten Polyolefine zwischen 1,2 und 2,3 g/cm3’ bevorzugt 2,0 g/cm3 bis 2,3 g/cm3, bestimmt nach ISO 1183-1 (2019-09), die mittlere Teilchengröße zwischen 0,05 und 1000 pm, bestimmt mittels Lichtmikroskopie oder Weißlichtinterferometrie, liegen.
Geeignete Tetrafluorethylenpolymerisat-Pulver sind handelsübliche Produkte und werden beispielsweise von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen Teflon® angeboten.
Besonders bevorzugt wird Polytetrafluorethylen (PTFE), als solches, aber auch in Form einer PTFE- haltigen Zusammensetzung als fluorhaltiges Antitropfmittel eingesetzt. Wird eine PTFE-haltige Zusammensetzung als fluorhaltiges Antitropfmittel eingesetzt, so beträgt deren Mindesteinsatzmenge so viel, dass mindestens 0,2 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,21 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,25 Gew PTFE in der Gesamtzusammensetzung enthalten sind. Zu den PTFE-haltigen Zusammensetzungen zählen Hostaflon® TF2021 oder aber PTFE-Blends wie Blendex® B449 (ca. 50 Gew.-% PTFE und ca. 50 Gew.-% SAN [aus 80 Gew.-% Styrol und 20 Gew.-% Acrylnitril]) der Firma Chemtura. Ganz besonders bevorzugt wird als fluorhaltiges
Antitropfmitel PTFE oder ein PTFE/SAN-Blend eingesetzt, äußerst bevorzugt ist das fluorhaltige Antitropfinitel PTFE oder PTFE/SAN.
Komponente E
Komponente E der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist ein Anhydrid-modifiziertes a- Olefin-Polymer.
Das a-Olefin-Polymer basiert vorzugsweise auf mindestens einem Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylen, 1-Propen, 1-Buten, 1-Isobuten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1- Octen, 1 -Nonen, 1-Decen, 1-Undecen, 1-Dodecen, 1-Tridecen, 1-Tetradecen, 1-Octadecen, 1- Nonadecen, kann aber auch auf Gemischen aus diesen Monomeren basieren. Weiter bevorzugt basiert das a-Olefin-Polymer auf mindestens einem Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethen, Propen, 1-Hexen, 1-Octen. Besonders bevorzugt basiert das a-Olefin-Polymer auf Ethylen, Propen und/oder 1-Octen.
„Basierend auf ‘ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des jeweiligen a-Olefm-Polymers, ohne Anhydrid-Modifizierung, in der Polycarbonat-haltigen Zusammensetzung, des a-Olefm-Polymers aus dem bzw. den jeweiligen Monomer/Monomeren gebildet sind.
Das a-Olefin-Polymer ist mit einem Anhydrid modifiziert, wobei zur Modifizierung ein ungesätigtes Carbonsäureanhydrid verwendet wird. Das Carbonsäureanhydrid ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Fumarsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid und deren Mischungen. Besonders bevorzugt ist Maleinsäureanhydrid.
Das Anhydrid-modifizierte a-Olefin-Polymer ist bevorzugt frei von Styrol-Butadien-Kautschuk, ganz besonders bevorzugt kautschukfrei.
Ein bevorzugtes Anhydrid-modifiziertes a-Olefin-Polymer umfasst
El) 90,0-99,5 Gew.-%, vorzugsweise 92,0-97,5 Gew.-%, weiter bevorzugt 94,0-97,0 Gew.-% a -Olefm-Polymer und
E2) 0,5-10,0 Gew.-%, weiter bevorzugt 2, 5-8,0 Gew.-%, noch weiter bevorzugt 3, 0-6,0 Gew.- % Anhydrid.
Dabei ist der olefinische Teil El) des a-Olefm-Polymers ist besonders bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass der Ethylen-Anteil 65,0-96,0 Gew.-%, weiter bevorzugt 80,0-96,0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 84,0-92,0 Gew.-%,
der Propylen-Anteil 2,0-10,0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 4, 0-8,0 Gew.-% und der 1-Octen-Anteil 2,0-25,0 Gew.-%, weiter bevorzugt 2,0-10,0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 4, 0-8,0 Gew.-%, beträgt.
Ganz besonders bevorzugt basiert das a-Olefin-Polymer auf keinen weiteren Monomeren.
Alternativ besonders bevorzugt basiert der olefinische Teil CI) des alpha-Olefin-Polymers auf Propylen und/oder Ethylen, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-%. Äußerst bevorzugt ist der einzige Monomerbaustein des alpha-Olefin-Polymers Propylen.
Das mittlere Molekulargewicht Mw des Anhydrid-modifizierten a-Olefm-Polymers beträgt bevorzugt 300 bis 40000 g/mol, weiter bevorzugt 800 bis 32000 g/mol, noch weiter bevorzugt 1000 bis 22000 g/mol, besonders bevorzugt 3000 bis 21000 g/mol. Das Molekulargewicht Mw wird bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie in ortho-Dichlorbenzol bei 150 °C mit Polystyrolkalibrierung. Hierbei ist der angegebene Wert bevorzugt der Mittelwert aus einer Doppelbestimmung .
Die Säurezahl des Anhydrid-modifizierten a-Olefm-Polymers beträgt vorzugsweise mindestens 30 mg KOH/g, weiter bevorzugt 45 bis 170 mg KOH/g, besonders bevorzugt bis 100 mg KOH/g, bestimmt gemäß DIN ISO 17025:2005-08 mittels potentiometrischer Titration mit alkoholischer Kaliumhydroxid-Lösung .
Ganz besonders bevorzugt basiert das Anhydrid-modifizierte a-Olefin-Polymer gemäß Komponente C auf Propen, ist Maleinsäureanhydrid-modifiziert und weist weiter bevorzugt ein mittleres Molekulargewicht Mw, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie in ortho-Dichlorbenzol bei 150 °C mit Polystyrolkalibrierung, von 1000 bis 22000 g/mol, noch weiter bevorzugt 3000 bis 21000 g/mol, und eine Säure zahl von 45 bis 170 mg KOH/g, noch weiter bevorzugt von 50 bis 100 mg KOH/g, bestimmt gemäß DIN ISO 17025:2005-08 mittels potentiometrischer Titration, auf.
Die Menge an Anhydrid-modifiziertem a-Olefin-Polymer in der Gesamtzusammensetzung beträgt 1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bevorzugt 1,2 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, weiter bevorzugt 1,3 Gew.-% bis 2,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,4 Gew.-% bis 2 Gew.-%, insbesondere bis 1,6 Gew.-%.
Weitere Additive (Komponente F)
Die erfindungsgemäßen Polycarbonat-Zusammensetzungen können ein oder mehrere von den Komponenten B, C, D und E verschiedene, weitere Additive enthalten, welche vorliegend unter „Komponente F“ zusammengefasst sind.
Es sind optional (0 Gew.-%), bevorzugt bis 10 Gew.-%, noch weiter bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,2 Gew.-% bis
1,0 Gew.-% sonstige übliche Additive („weitere Additive“) enthalten, wobei sich diese Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung beziehen. Die Gruppe der weiteren Additive umfasst keinen Talk (Komponente B) und kein phosphorhaltiges Flammschutzmittel gemäß Komponente C. Die Gruppe der weiteren Additive umfasst auch kein fluorhaltiges Antitropfmittel, da dieses bereits als Komponente D beschrieben ist, und auch kein Anhydrid-modifiziertes a-Olefm- Polymer gemäß Komponente E.
Solche weiteren Additive, wie sie üblicherweise Polycarbonaten zugesetzt werden, sind insbesondere Thermostabilisatoren, Antioxidantien, Entformungsmittel, UV-Absorber, IR- Absorber, Schlagzähmodifikatoren, Antistatika, von Komponente C verschiedene Flammschutzmittel, optische Aufheller, Lichtstreumittel, Hydrolyse Stabilisatoren, Umesterungsstabilisatoren, (organische) Farbstoffe, (organische/anorganische) Pigmente, Verträglichkeitsvermittler und/oder Additive zur Lasermarkierung, insbesondere in den für Polycarbonat-basierte Zusammensetzungen üblichen Mengen. Derartige Additive sind beispielsweise in EP 0 839 623 Al, WO 96/15102 Al, EP 0 500 496 Al oder im „Plastics Additives Handbook“, Hans Zweifel, 5th Edition 2000, Hanser Verlag, München beschrieben. Diese Additive können einzeln oder auch im Gemisch zugesetzt werden und sind erfmdungsgemäß bevorzugte Additive.
Weiter bevorzugt sind als weitere Additive, sofern überhaupt weitere Additive vorhanden sind, ein oder mehrere weitere Additive, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Thermostabilisatoren, Antioxidantien, Entformungsmitteln, organischen Farbstoffen, organischen Pigmenten, anorganischen Pigmenten, enthalten. Der Anteil der weiteren Additive beträgt insbesondere bevorzugt 0 bis 3 Gew.-%. Ganz besonders bevorzugt ist als weiteres Additiv mindestens ein Thermostabilisator, ein Antioxidationsmittel, ein Farbstoff, Pigment und/oder ein Entformungsmittel enthalten, äußerst bevorzugt ein Thermostabilisator und/oder ein Pigment.
Es versteht sich, dass nur solche Additive und nur in solchen Mengen zugesetzt werden dürfen, wenn sie sich nicht signifikant negativ auf den erfmdungsgemäßen Effekt des hohen CTI und der guten Flammwidrigkeit auswirken und bevorzugt auch die Vicat-Temperatur, bestimmt nach ISO 306:2014-3, VST Methode B, nicht unter 110°C, bevorzugt nicht unter 115°C abgesenkt wird. Besonders bevorzugt sind daher außer den phosphorhaltigen Flammschutzmitteln gemäß Komponente C nicht mehr als 0,05 Gew.-% weitere Flammschutzmittel enthalten..
Die erfmdungsgemäßen Zusammensetzungen können neben Komponente C zwar weitere Flammschutzmittel enthalten, sind bevorzugt aber frei von solchen, ausgewählt aus der Gruppe der Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumsalze von aliphatischen oder aromatischen Sulfonsäure-, Sulfonamid-, Sulfonimidderivaten und Kombinationen von diesen, wobei unter „Derivaten“ solche Verbindungen verstanden werden, deren Molekülstruktur an der Stelle eines H-Atoms oder einer funktionellen Gruppe ein anderes Atom oder eine andere Atomgruppe besitzt bzw. bei denen ein
oder mehrere Atome/Atomgruppen entfernt wurden. Die Stammverbindung ist somit noch weiterhin erkennbar.
Derartige Flammschutzmittel, die in erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bevorzugt nicht enthalten sind, sind insbesondere ein oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natrium- oder Kaliumperfluorbutansulfat, Natrium- oder Kaliumperfluormethansulfonat, Natrium- oder Kaliumperfluoroctansulfat, Natrium- oder Kalium- 2,5-dichlorbenzolsulfat, Natrium- oder Kalium-2,4,5-trichlorbenzolsulfat, Natrium- oder Kaliumdiphenylsulfonsulfonat, Natrium- oder Kalium-2-formylbenzolsulfonat, Natrium- oder Kalium-(N-benzolsulfonyl)-benzolsulfonamid oder deren Mischungen, hiervon besonders bevorzugt Natrium- oder Kaliumperfluorbutansulfat, Natrium- oder Kaliumperfluoroctansulfat, Natrium- oder Kaliumdiphenylsulfonsulfonat oder deren Mischungen, insbesondere Kaliumperfluor- 1- butansulfonat, welches kommerziell erhältlich ist, unter anderem als Bayowet® C4 von der Firma Lanxess, Leverkusen, Deutschland. Ganz besonders bevorzugt sind gar keine weiteren Flammschutzmittel enthalten.
Besonders bevorzugt enthaltene Additive sind Entformungsmittel, weiter bevorzugt auf Basis eines Fettsäureesters, noch weiter bevorzugt auf Basis eines Stearinsäureesters, insbesondere bevorzugt auf Pentaerythritbasis. Besonders bevorzugt werden Pentaerythrittetrastearat (PETS) und/oder Glycerinmonostearat (GMS) eingesetzt. Sofern ein oder mehrere Entformungsmittel eingesetzt werden, beträgt die Menge bevorzugt bis 1,0 Gew.-% (einschließlich), weiter bevorzugt 0,01 bis 0,7 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,60 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Ge samtzusammensetzung .
Besonders bevorzugt enthaltene Additive sind auch Thermostabilisatoren. Die Menge an Thermostabilisator beträgt bevorzugt bis 0,20 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,01 bis 0,10 Gew.-%, noch weiter bevorzugt 0,01 bis 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,015 bis 0,040 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
Als Thermostabilisatoren sind insbesondere Phosphor-basierte Stabilisatoren, ausgewählt aus der Gruppe der Phosphate, Phosphite, Phosphonite, Phosphine und deren Mischungen, geeignet. Beispiele sind Triphenylphosphit, Diphenylalkylphosphit, Phenyldialkylphosphit, Tris(nonylphenyl)phosphit, Trilaurylphosphit, Trioctadecylphosphit, Distearyl- pentaerythritoldiphosphit, Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit (Irgafos® 168), Diisodecylpentaerythritoldiphosphit, Bis(2,4-di-tert-butylphenyl)pentaerythritoldiphosphit, Bis(2,4- di-cumylphenyl)pentaerythritoldiphosphit (Doverphos® S-9228), Bis(2,6-di-tert-butyl-4- methylphenyljpenta-erythritol-diphosphit, Diisodecyloxypentaerythritoldiphosphit, Bis(2,4-di-tert- butyl-6-methylphenyl)-pentaerythritoldiphosphit, Bis(2,4,6-tris(tert- butylphenyljpentaerythritoldiphosphit, Tristearylsorbitoltriphosphit, Tetrakis(2,4-di-tert-
butylphenyl)-4,4'-biphenylendiphosphonit, 6-Isooctyloxy-2,4,8,10-tetra-tert-butyl-12H-dibenz[d,g]- 1,3,2-dioxaphosphocin, Bis(2,4-di-tert-butyl-6-methylphenyl)methylphosphit, Bis(2,4-di-tert-butyl- 6-methylphenyl)ethylphosphit, 6-Fluoro-2,4,8,10-tetra-tert-butyl-12-methyl-dibenz[d,g]-l,3,2- dioxaphosphocin, 2,2',2"-Nitrilo-[triethyltris(3,3',5,5'-tetra-tert-butyl-l,r-biphenyl-2,2'- diyl)phosphit], 2-Ethylhexyl(3,3',5,5'-tetra-tert-butyl-l,r-biphenyl-2,2'-diyl)phosphit, 5-Butyl-5- ethyl-2-(2,4,6-tri-tert-butylphenoxy)-l,3,2-dioxaphosphiran, Bis(2,6-di-ter-butyl-4- methylphenyl)pentaerythritol-diphosphit, Triphenylphosphin (TPP), Trialkylphenylphosphin, Bisdiphenylphosphino-ethan oder ein Trinaphthylphosphin. Sie werden allein oder im Gemisch, z. B. Irganox® B900 (Gemisch aus Irgafos® 168 und Antioxidans Irganox® 1076 im Verhältnis 4: 1) oder Doverphos® S-9228 mit Irganox® B900 bzw. Irganox® 1076, eingesetzt. Insbesondere bevorzugt werden Triphenylphosphin (TPP), Irgafos® 168 oder Tris(nonylphenyl)phosphit oder deren Mischungen eingesetzt.
Ferner können phenolische Antioxidantien wie alkylierte Monophenole, alkylierte Thioalkylphenole, Hydrochinone und alkylierte Hydrochinone eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden Irganox® 1010 (Pentaerythrit-3-(4-hydroxy-3,5-di-tert-butylphenyl)propionat; CAS: 6683-19-8) und Irganox 1076® (Octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat) eingesetzt, bevorzugt in Mengen von 0,05 - 0,5 Gew.-%.
Ferner können Sulfonsäureester oder Alkylphosphate, z. B. Mono-, Di- und/oder Trihexylphosphat, Triisoctylphosphat und/oder Trinonylphosphat, als Umesterungsinhibitoren zugegeben werden. Bevorzugt wird als Alkylphosphat Triisooctylphosphat (Tris-2-ethyl-hexyl-phosphat) verwendet. Es können auch Mischungen aus verschiedenen Mono-, Di- und Trialkylphosphaten verwendet werden. Triisooctylphosphat wird bevorzugt in Mengen von 0,003 Gew.-% bis 0,05 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,005 Gew.-% bis 0,04 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,01 Gew.-% bis 0,03 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, eingesetzt.
Beispiele für Schlagzähmodifikatoren sind: Kem-Schale-Polymerisate wie ABS oder MBS; Olefin- Acrylat-Copolymere wie z. B. Elvaloy®-Typen von DuPont oder Paraloid®-Typen von Dow; Siliconacrylatkautschuke wie z. B. die Metablen®-Typen von Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Die erfmdungsgemäßen Zusammensetzungen haben bereits ein hervorragendes Eigenschaftsprofd ohne zusätzliche Schlagzähmodifikatoren. Erfmdungsgemäße Zusammensetzungen sind daher vorzugsweise frei von Schlagzähmodifikatoren.
Die erfmdungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten neben dem Talk keine weiteren Füllstoffe, wie Bariumsulfat. Titandioxid wird hierbei nicht als „Füllstoff‘ angesehen, sondern als anorganisches Pigment gemäß Komponente F.
Sofern Titandioxid enthalten ist, enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 1,2 Gew.-% Titandioxid.
Das Titandioxid der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weist bevorzugt eine mittlere Partikelgröße D50, bestimmt mittels Rasterelektronenmikroskopie (STEM), von 0,1 bis 5 pm, bevorzugt 0,2 pm bis 0,5 pm, auf. Das Titandioxid kann aber auch eine andere Partikelgröße aufweisen, z.B. eine mittlere Partikelgröße D50, bestimmt mittels Rasterelektronenmikroskopie (STEM), von > 0,5 pm, etwa 0,65 bis 1,15 pm.
Das Titandioxid weist bevorzugt eine Rutilstruktur auf.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Titandioxid ist ein Weißpigment, Ti(IV)Ö2. Farbige Titandioxide enthalten neben Titan noch Elemente wie Sb, Ni, Cr in signifikanten Mengen, so dass sich ein anderer Farbeindruck als „weiß“ ergibt. Es versteht sich, dass beim Weißpigment Titandioxid auch Spuren anderer Elemente als Verunreinigungen enthalten sein können. Diese Mengen sind jedoch so gering, dass das Titandioxid hierdurch keinen Farbstich bekommt.
Geeignete Titandioxide sind bevorzugt solche, welche nach dem Chlorid-Verfahren hergestellt, hydrophobiert, speziell nachbehandelt und für den Einsatz in Polycarbonat geeignet sind. Grundsätzlich kann in erfmdungsgemäßen Zusammensetzungen statt beschlichtetem Titandioxid auch unbeschlichtetes Titandioxid oder eine Mischung aus beidem eingesetzt werden. Der Einsatz von beschlichtetem Titandioxid ist jedoch bevorzugt.
Zu möglichen Oberflächenmodifikationen von Titandioxid zählen anorganische und organische Modifikationen. Hierzu zählen z.B. Oberflächenmodifikationen auf Aluminium- oder Polysiloxanbasis. Eine anorganische Beschichtung kann 0,0 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid enthalten. Eine Modifikation auf organischer Basis kann 0,0 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% eines hydrophoben Benetzungsmittels enthalten. Das Titandioxid hat bevorzugt eine Ölabsorptionszahl, bestimmt nach DIN EN ISO 787-5: 1995-10, von 12 bis 18 g/100 g Titandioxid, weiter bevorzugt von 13 bis 17 g/ 100 g Titandioxid, besonders bevorzugt von 13,5 bis 15,5 g/100 g Titandioxid.
Besonders bevorzugt ist Titandioxid mit der Normbezeichnung R2 gemäß DIN EN ISO 591-1:2001- 08, welches mit Aluminium- und/oder Siliciumverbindungen stabilisiert ist und einen Titandioxid- Gehalt von mindestens 96,0 Gew.-% aufweist. Derartige Titandioxide sind unter den Markennamen Kronos 2233 und Kronos 2230 erhältlich.
Die Herstellung der erfmdungsgemäßen Polymer-Zusammensetzungen, enthaltend die vermischten Komponenten A, B, C, D, E, ggf. F sowie ggf. weitere Bestandteile, kann unter Verwendung von Pulvervormischungen erfolgen. Es können auch Vormischungen aus Granulaten oder Granulaten und Pulvern mit den erfmdungsgemäßen Zusätzen verwendet werden. Es können auch Vormischungen verwendet werden, die aus Lösungen der Mischungskomponenten in geeigneten Lösungsmitteln, wobei gegebenenfalls in Lösung homogenisiert wird und das Lösungsmittel
anschließend entfernt wird, hergestellt worden sind. Insbesondere können die als Komponente F bezeichneten Additive und auch weitere Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen durch bekannte Verfahren oder als Masterbatch eingebracht werden. Die Verwendung von Masterbatchen ist insbesondere zum Einbringen von Additiven und weiteren Bestandteilen bevorzugt, wobei insbesondere Masterbatche auf Basis der jeweiligen Polymermatrix verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können beispielsweise extrudiert werden. Nach der Extrusion kann das Extrudat abgekühlt und zerkleinert werden. Die Zusammenführung und Durchmischung einer Vormischung in der Schmelze kann auch in der Plastifiziereinheit einer Spritzgussmaschine erfolgen. Hierbei wird die Schmelze im anschließenden Schritt direkt in einen Formkörper überfuhrt.
Erfindungsgemäße Zusammensetzungen werden bevorzugt zur Herstellung von Formteilen für Bauteile aus dem EE-Bereich verwendet, insbesondere für Hochspannungsschalter, Wechselrichter, Relais, elektronische Verbinder, elektrische Verbinder, Schutzschalter, Bauteile für Photovoltaikanwendungen, elektrische Motoren, Kühlkörper, Ladegeräte oder Ladestecker für elektrische Fahrzeuge, Elektroanschlusskästen, Smart Meter Gehäuse, Miniaturtrennschalter; Strom- Sammelschienen (bus bars). Gegenstand der Erfindung sind somit auch Formteile, bestehend aus oder umfassend Bereiche aus erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, als auch entsprechende Bauteile, umfassend Elemente, also Formteile, welche aus erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bestehen oder Bereiche, bestehend aus erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, umfassen, welche als „Element aus einer erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzung“ bezeichnet werden.
Dabei erfolgt der Einsatz der Formteile bestehend aus oder umfassend einen Bereich aus einer erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzung bzw. von Schichten aus einer erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzung bevorzugt bei solchen EE-Bauteilen, die auf eine Betriebsspannung von mindestens 400 V, weiter bevorzugt von mindestens 450 V ausgelegt sind. Es kann aber ebenso auf eine haushaltsübliche Betriebsspannung von in Europa 230 V ± 23 V ausgelegt sein, allerdings können nun niedrigere Abstände zwischen den elektrischen Leitern realisiert werden.
Die hohe Kriechstromfestigkeit der erfindungsgemäßen Polycarbonat-Zusammensetzungen ermöglicht es, unter Verwendung von dem Polycarbonat-Material zwischen zwei elektrischen Leitern eines Bauteils geringere Abstände zu realisieren, als es bisher bei Einsatz von Polycarbonat möglich gewesen ist.
Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein EE-Bauteil, umfassend einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter in einem ersten Abstand dl und einem zweiten Abstand d2 zueinander, welche über ein Element aus einer erfindungsgemäßen thermoplastischen Zusammensetzung, die in direktem Kontakt mit dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter steht, verbunden sind, wobei der Abstand dl die kürzeste Strecke zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter entlang der Oberfläche des Elements aus der thermoplastischen Zusammensetzung ist und wobei der Abstand d2 die kürzeste Strecke zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter durch die Luft ist, wobei d2 so ausgewählt ist, dass bei der jeweiligen Betriebsspannung ein Überschlag durch die Luft verhindert wird und wobei dl bei der nachfolgend aufgelisteten Betriebsspannung U beträgt: dli(0V < U < 250V): 1,8 mm bis < 2,5 mm dlii(250 V < U < 500 V) = 3,6 mm bis < 5,0 mm dliii(500 V < U < 1000 V) = 7,1 mm bis < 10,0 mm.
Derartig geringe Abstände sind nur mit einem Material, das mindestens einen CTI von 400 V aufweist, realisierbar.
Gegenstand der Erfindung sind somit auch entsprechende EE-Bauteile, bei denen entsprechende Abstände realisiert sind und die bevorzugt eine anzulegende Betriebsspannung von mindestens 400 V, bevorzugt von mindestens 450 V aufweisen.
Bekanntlich hat der Verschmutzungsgrad Auswirkungen auf die elektrische Leitfähigkeit. Die genannten Abstände dl und d2 sind in der Praxis nutzbar bei Bauteilen, bei denen, z.B. aufgrund baulicher Abschirmung, eine Schutzart IP6K9K nach ISO 20653:2013-02 eingehalten wird.
Die Auswahl von d2 liegt im Rahmen des Könnens des Bachmanns. Bevorzugt beträgt d2 mindestens 1,2 mm.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung von Talk zur Erhöhung der Kriechstromfestigkeit von auf Bisphenol A-Homopolycarbonat. Eine solche gezielte Verwendung ist beispielsweise auch gegeben, wenn eine entsprechende Zusammensetzung eingesetzt wird für eine Isolationsschicht, die aufgrund der Anwendung einen CTI von 400 V erfordert. Z.B. kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung als Isolationsschicht für andere elektrische Bauteile verwendet werden, z.B. Transistoren. Die elektrischen Komponenten eines Transistors werden durch das Überspritzen mit einem Kunststoff mit hohem CTI geschützt. Der Kunststoff schützt die elektrischen Komponenten sowohl vor einer Berührung als auch vor der ungewollten elektrischen
Wechselwirkung angrenzender metallischer - wie einer metallischen Wärmesenke - oder elektrischer Bauteile.
Transistoren werden auch häufig aufgrund der hohen Wärmeentwicklung im Betrieb direkt auf einen Kühlkörper aufgebracht. Auch hier sorgt die erfindungsgemäße thermoplastische Zusammensetzung, die zwischen Kühlkörper und Transistor eingebracht wird, für einen sicheren Betrieb.
Ein weiteres Anwendungsfeld sind Montagebügel für Stromsammelschienen, bei denen ebenfalls Materialien mit einem hohem CTI zur Anwendung kommen müssen. Die Montagebügel haben im Wesentlichen zwei Funktionen: Fixierung der Stromsammelschienen innerhalb der Bauteilgruppe, um eine Positionsänderung im Betrieb zu verhindern, und Wirkung als Abstandshalter, um mehrere Stromsammelschienen parallel führen zu können, wobei auch hier der Abstand zwischen beiden Schienen ausreichend groß gewählt sein muss, um einen Luftüberschlag zu verhindern. Zusätzlich muss aber auch das Tracking auf der Oberfläche des Montagebügels zwischen den Stromsammelschienen, aber auch zwischen der Stromsammelschiene und anderen metallischen Komponenten, z.B. den Schrauben zur Befestigung der Montagebügel an der darunterliegenden Struktur, unterbunden werden. Montagebügel mit einem hohen CTI können hierbei die Bauteil- als auch die Energiedichte erhöhen.
Bei Steckern, Steckvorrichtungen und Steckdosen besteht eine hohe Gefahr der Kriechstrombildung, die zu einem elektrischen Ausfall und einem möglichen Brand führen kann. Ein Gehäuse, das stromführende Leitungen abdichtet, kann die Situation verbessern, da der Verschmutzungsgrad gering ist. Stecker für Ladegeräte oder auch USB-C-Stecker haben ein erhöhtes Risiko, da die stromführenden Leiterbahnen nicht abgedeckt oder versiegelt werden können und zudem Verunreinigungen wie Schweiß, Feuchtigkeit, Gewebepartikeln, Staub und anderen Materialien ausgesetzt sind. Ein Material mit hohem CTI-Wert ist notwendig, um einen hinreichenden Schutz gegen Tracking zu bieten, aber auch, um eine Miniaturisierung bzw. die Erhöhung der Leistungsdichte zu ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung ist ebenso die Verwendung erfindungsgemäßer Zusammensetzungen, auch in den als bevorzugt, besonders bevorzugt etc. beschriebenen Ausführungsformen, zur Realisierung der vorgenannten niedrigen Abständen zwischen elektrischen Leitern in EE-Bauteilen.
Die als bevorzugt, besonders bevorzugt etc. für die Zusammensetzung genannten Merkmale gelten selbstverständlich auch im Hinblick auf die erfindungsgemäßen Verwendungen.
Erfindungsgemäß bevorzugte thermoplastische Zusammensetzungen gehören zur Isolierstoffgruppe II (400 V < CTI < 600 V), eingestuft nach DIN EN 60664-1:2008.
Sie weisen eine thermische Leitfähigkeit (in plane) von bevorzugt mindestens 1,0 W/(mK), bevorzugt von mindestens 1,1 W/(mK), bestimmt gemäß ASTM E 1461-13, auf, so dass zudem eine gute Wärmeabfuhr gelingen kann.
Nachfolgend werden verschiedene Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben:
1. Thermoplastische Zusammensetzung, enthaltend
A) mindestens 50 Gew.-% Bisphenol A-Homopolycarbonat,
B) 32 bis 37 Gew.-% Talk,
C) 4 bis 10 Gew.-% phosphorhaltiges Flammschutzmittel,
D) 0,3 bis 2 Gew.-% fluorhaltiges Antitropfmittel,
E) 1 bis 3 Gew.-% Anhydrid-modifiziertes a-Olefm-Polymer, wobei die Zusammensetzung keine weiteren Füllstoffe enthält.
2. Thermoplastische Zusammensetzung nach Ausfuhrungsform 1, wobei der Talk-Gehalt der thermoplastischen Zusammensetzung 34 bis 36 Gew.-% beträgt.
3. Thermoplastische Zusammensetzung nach Ausfuhrungsform 1 oder 2, wobei der Talk-Gehalt der thermoplastischen Zusammensetzung 34,5 bis 35,5 Gew.-% beträgt.
4. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei die Menge an fluorhaltigem Antitropfmittel 0,4 bis 1,0 Gew.-% beträgt.
5. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei der Gehalt an aromatischem Polycarbonat mindestens 54 Gew.-% beträgt.
6. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, enthaltend kein weiteres Polycarbonat.
7. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei das phosphorhaltige Flammschutzmittel ein Phosphazen oder eine Mischung aus verschiedenen Phosphazenen ist.
8. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei das Anhydrid-modifizierte a-Olefm-Polymer Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Propylen-Polymer umfasst, bevorzugt ein solches Polymer ist.
9. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei die Zusammensetzung 0,1 bis 2 Gew.-% Titandioxid enthält.
10. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, enthaltend 5 bis 8 Gew.-% phosphorhaltiges Flammschutzmittel.
11. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhmngsformen, enthaltend als weitere Komponente
F) ein oder mehrere Additive, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Thermostabilisatoren, Antioxidantien, Entformungsmitteln, UV-Absorbem, IR- Absorbern, Schlagzähmodifikatoren, Antistatika, optischen Aufhellern, Lichtstreumitteln, Hydrolyse Stabilisatoren, Umesterungsstabilisatoren, organischen Farbstoffen, organischen oder anorganischen Pigmenten, Verträglichkeitsvermittlern, Additiven zur Lasermarkierung.
12. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei die Zusammensetzung frei von Schlagzähmodifikatoren und Blendpartnem ist.
13. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, enthaltend
A) mindestens 50 Gew.-% Bisphenol A-Homopolycarbonat,
B) 34 bis 36 Gew.-% Talk,
C) 5 bis 8 Gew.-% phosphorhaltiges Flammschutzmittel,
D) 0,3 bis 1 Gew.-% fluorhaltiges Antitropfinittel,
E) 1 bis 2 Gew.-% Anhydrid-modifiziertes a-Olefm-Polymer.
14. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, enthaltend außerdem
F) ein oder mehrere Additive, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Thermostabilisatoren, Antioxidantien, Entformungsmitteln, UV-Absorbem, IR- Absorbern, Antistatika, optischen Aufhellern, Lichtstreumitteln, Hydrolysestabilisatoren, Umesterungsstabilisatoren, organischen Farbstoffen, organischen oder anorganischen Pigmenten, Verträglichkeitsvermittlern, Additiven zur Lasermarkierung.
15. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, enthaltend keine weiteren Komponenten als die jeweils vorgenannten.
16. Thermoplastische Zusammensetzung, bestehend aus
A) mindestens 50 Gew.-% Bisphenol A-Homopolycarbonat,
B) 34 bis 36 Gew.-% Talk,
C) 5 bis 8 Gew.-% phosphorhaltigem Flammschutzmittel,
D) 0,3 bis 1 Gew.-% fluorhaltigem Antitropfinittel,
E) 1 bis 2 Gew.-% Anhydrid-modifiziertem a-Olefm-Polymer.
F) 0,1 bis 2 Gew.-% Titandioxid,
G) einem oder mehreren Additiven, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Thermostabilisatoren, Antioxidantien, Entformungsmitteln, UV-Absorbem, IR- Absorbern, Antistatika, optischen Aufhellern, Lichtstreumitteln, Hydrolyse Stabilisatoren,
Umesterungsstabilisatoren, organischen Farbstoffen, organischen oder anorganischen Pigmenten, Verträglichkeitsvermittlern, Additiven zur Lasermarkierung. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei das phosphorhaltige Flammschutzmittel ein cyclisches Phosphazen und/oder eine Phosphorverbindung der Formel (10) umfasst. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei das phosphorhaltige Flammschutzmittel ein cyclisches Phosphazen und/oder eine Phosphorverbindung der Formel (10) ist
(10), worin
R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für einen Ci- bis Cs-Alkylrest, jeweils gegebenenfalls halogeniert und jeweils verzweigt oder unverzweigt, und/oder C5- bis Ce-Cycloalkylrest, Ce- bis C2o-Arylrest oder C7- bis Cn-Aralkylrest, jeweils gegebenenfalls durch verzweigtes oder unverzweigtes Alkyl und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor und/oder Brom, substituiert, n unabhängig voneinander 0 oder 1, q einen Wert von 0 bis 30 und
X einen ein- oder mehrkemigen aromatischen Rest mit 6 bis 30 C-Atomen oder einen linearen oder verzweigten aliphatischen Rest mit 2 bis 30 C-Atomen, der jeweils substituiert oder unsubstituiert, verbrückt oder unverbrückt sein kann, bedeuten. Thermoplastische Zusammensetzung nach Ausfuhrungsform 17 oder 18, wobei das cyclische Phosphazen ein Phosphazen der Formel (13) ist
- einen Aminrest,
- einen jeweils gegebenenfalls halogenierten, vorzugsweise mit Fluor halogenierten, weiter bevorzugt monohalogenierten, Ci- bis Cs-Alkylrest, vorzugsweise Methylrest, Ethylrest, Propylrest oder Butylrest,
- einen Ci- bis Cs- Alkoxyrest, vorzugsweise einen Methoxyrest, Ethoxyrest, Propoxyrest oder Butoxyrest,
- einen jeweils gegebenenfalls durch Alkyl, vorzugsweise Ci- bis C4-Alkyl, und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor und/oder Brom, substituierten C5- bis Ce-Cycloalkylrest,
- einen jeweils gegebenenfalls durch Alkyl, vorzugsweise Ci- bis C4-Alkyl, und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor, Brom, und/oder Hydroxy-substituierten, Ce- bis C20- Aryloxyrest, vorzugsweise Phenoxyrest, Naphthyloxyrest,
- einen jeweils gegebenenfalls durch Alkyl, vorzugsweise Ci- bis C4-Alkyl, und/oder Halogen, vorzugsweise Chlor und/oder Brom, substituierten C7- bis Cn-Aralkylrest, vorzugsweise Phenyl- Ci - bis C4-alkylrest, oder
- einen Halogen-Rest, vorzugsweise Chlor oder Fluor, oder
- einen OH-Rest steht, k für eine ganze Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise für eine Zahl von 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 5, ganz besonders bevorzugt fur 1, steht.
20. Thermoplastische Zusammensetzung nach Ausfuhrungsform 17, 18 oder 19, wobei die Phosphorverbindung der Formel (10) ein Bisphenol A-basierendes Oligophosphat der Formel (12) ist
mit q = 1 bis 20, insbesondere mit q = 1,0 bis 1,2.
21. Thermoplastische Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfuhrungsformen, wobei das Anhydrid-modifizierte a-Olefm-Polymer gemäß Komponente C auf Propen basiert, Maleinsäureanhydrid-modifiziert ist und bevorzugt ein mittleres Molekulargewicht Mw,
bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie in ortho-Dichlorbenzol bei 150 °C mit Polystyrolkalibrierung, von 1000 bis 22000 g/mol, bevorzugt 3000 bis 21000 g/mol, und eine Säurezahl von 45 bis 170 mg KOH/g, bevorzugt von 50 bis 100 mg KOH/g, bestimmt gemäß DIN ISO 17025:2005-08 mittels potentiometrischer Titration, aufweist.
22. Thermoplastische Zusammensetzung nach Ausführungsform 21, wobei die MVR des eingesetzten aromatischen Bisphenol A-Homopolycarbonats, bestimmt gemäß ISO 1133:2012- 03, bei einer Prüftemperatur 300°C und 1,2 kg Belastung, 11 bis 15 cm3/(10 min) beträgt.
23. Formteil bestehend aus oder umfassend einen Bereich aus einer thermoplastischen Zusammensetzung nach einer der vorhergehenden Ausfiihrungsformen.
24. Formteil nach Ausfuhrungsform 23, wobei das Formteil Teil eines Hochspannungsschalters, Wechselrichters, Relais, elektronischen Verbinders, elektrischen Verbinders, Schutzschalters, einer Photovoltaikanlage, eines elektrischen Motors, eines Kühlkörpers, eines Ladegerätes oder Ladesteckers für elektrische Fahrzeuge, eines Elektroanschlusskastens, eines Smart Meter Gehäuses, eines Miniaturtrennschalters, einer Strom-Sammelschiene ist.
25. EE-Bauteil, welches auf eine Betriebsspannung von mindestens 375 V ausgelegt ist, umfassend ein Formteil nach Ausführungsform 23 oder 24 oder eine Schicht aus einer thermoplastischen Zusammensetzung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 22.
26. EE-Bauteil, welches auf eine Betriebsspannung von 400 V ausgelegt ist, umfassend ein Formteil nach Ausführungsform 23 oder 24 oder eine Schicht aus einer thermoplastischen Zusammensetzung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 22.
27. EE-Bauteil, umfassend einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter in einem ersten Abstand dl und einem zweiten Abstand d2 zueinander, welche über ein Element aus einer thermoplastisches Zusammensetzung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 22, die in direktem Kontakt mit dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter steht, verbunden sind, wobei der Abstand dl die kürzeste Strecke zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter entlang der Oberfläche des Elements aus der thermoplastischen Zusammensetzung ist und wobei der Abstand d2 die kürzeste Strecke zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter durch die Luft ist, wobei d2 so ausgewählt ist, dass bei der jeweiligen Betriebsspannung ein Überschlag durch die Luft verhindert wird und wobei dl bei der nachfolgend aufgelisteten Betriebsspannung U beträgt:
dli(OV < U < 250V): 1,8 mm bis < 2,5 mm dlii(250 V < U < 500 V) = 3,6 mm bis < 5,0 mm dliii(500 V < U < 1000 V) = 7,1 mm bis < 10,0 mm.
28. EE-Bauteil nach einer der Ausfuhrungsformen 25 bis 27, wobei d2 > 1,2 mm ist.
29. EE-Bauteil nach einer der Ausfuhrungsformen 25 bis 28, wobei das EE-Bauteil ein Hochspannungsschalter, Wechselrichter, Relais, elektronischer Verbinder, elektrischer Verbinder, Schutzschalter, Teil einer Photovoltaikanlage, Teil eines elektrischen Motors, eines Ladegerätes oder Ladesteckers für elektrische Fahrzeuge, Teil eines Elektroanschlusskastens, Teil eines Smart Meter Gehäuses, Teil eines Miniaturtrennschalters, Teil einer Stromsammelschiene ist.
30. EE-Bauteil nach einer der Ausfuhrungsformen 25 bis 30, wobei eine Schutzart IP6K9K nach ISO 20653:2013-02 vorliegt.
Beispiele:
1. Beschreibung der Rohstoffe und Prüfmethoden a) Rohstoffe
Komponente A-l: Lineares Polycarbonat auf Basis von Bisphenol A mit einer Schmelzevolumenfließrate von 12 cm3/(10 min) (gemäß ISO 1133:2012-03, bei einer Prüftemperatur 300°C und 1,2 kg Belastung), enthaltend als Komponente F-2 250 ppm ( = 0,025 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Komponente A) Thermostabilisator Triphenylphosphin.
Komponente B-l: Kompaktierter Talk mit einem Talkgehalt von 98 Gew.-%, einem Eisenoxidgehalt von 1,9 Gew.-%, einem Aluminiumoxidgehalt von 0,2 Gew.-%, Glühverlust (DIN 51081:2002/1000 °C) von 5,4 Gew.-%, pH-Wert (nach EN ISO 787-9: 1995) von 9,15, D(0,5) (Sedimentationsanalyse) von 2,2 pm; BET-Oberfläche nach ISO 4652:2012-06 10 m2/g, Typ: Finntalc M05SLC, Hersteller: Elementis Minerals B.V..
Komponente B*-2: Glasfaser der Firma Nittobo (2-4-1, Kojimachi, Chiyoda-ku, Tokyo 102-8489, Japan) welche unter dem Handelsnamen CSG 3PA-830 verfügbar ist. Es handelt sich um eine Flachglas-Faser mit 3mm Schnittlänge und einer Querschnittsverhältnis von 1,4.
Komponente B*-3: Gebranntes Siliciumdioxid Amosil FW 600 von Quarzwerke GmbH in Frechen, unbeschlichtet, mit einer mittleren Partikelgröße D(0,5) von ca. 4 pm, D(0,98) von ca. 13 pm, einem D(0,l)/D(0,9)-Verhältnis von ca. 1,5/10 sowie einer spezifischen Oberfläche von ca. 6 m2/g, ermittelt nach DIN-ISO 9277:2014-01.
Komponente C-l: Phenoxycyclophosphazen Rabitle FP110 von Fushimi Pharmaceutical, Japan, Formel (13g), mit einem Trimerenanteil (k = 1) von etwa 68 mol-%.
Komponente D-l: In SAN-gekapseltes Polytetrafluoethylen ADS5000 (ca. 50 Gew.-% PTFE (fluorhaltiges Antitropfinittel) und ca. 50 Gew.-% SAN) der Firma Chemical Innovation Co., Ltd. Thailand.
Komponente E-l: Propylen-Maleinsäureanhydrid-Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht (Gelpermeationschromatographie in ortho-Dichlorbenzol bei 150 °C mit Polystyrolkalibrierung) Mw = 20700 g/mol, Mn = 1460 g/mol, Säure zahl 78 mg KOH/g, bestimmt gemäß DIN ISO 17025:2005- 08 mittels potentiometrischer Titration.
Komponente F-l: Titandioxid der Firma Kronos mit einem D50 = 210 nm (Rasterelektronenmikroskopie, ECD-Methode; Kronos® 2230). b) Prüfmethoden
Kriechstromfestigkeit („comparative tracking index“, CTI):
Zur Ermittlung der Kriechstromfestigkeit wurden die hier beschriebenen Zusammensetzungen nach der Sehne llprüfinethode in Anlehnung an die IEC 60112:2009 geprüft. Hierzu wurde eine 0,1%-ige Ammoniumchlorid Prüflösung (395 Ohm* cm Widerstand) tropfenweise zwischen zwei mit einem Abstand von 4 mm benachbarten Elektroden auf die Oberfläche von Prüfkörpern der Maße 60 mm x 40 mm x 4 mm im zeitlichen Abstand von 30s appliziert. Zwischen den Elektroden lag eine Prüfspannung an, die im Verlauf des Tests variiert wurde. Der erste Prüfkörper wurde bei einer Startspannung von 300 V bzw. 350 V getestet. Es wurden insgesamt maximal 50 Tropfen (ein Tropfen alle 30s) pro Spannung appliziert, so lange kein Kriechstrom > 0,5A über 2s auftrat oder die Probe gebrannt hat. Nach 50 Tropfen wurde die Spannung um 50 V erhöht und ein neuer Prüfkörper bei dieser höheren Spannung, gemäß dem zuvor beschriebenen Vorgehen, getestet. Dieser Prozess wurde so lange fortgesetzt, bis entweder 600 V erreicht waren oder ein Kriechstrom bzw. Brand auftrat. Sollte es bereits bei weniger als 50 Tropfen zu einem der zuvor genannten Effekte gekommen sein, wurde die Spannung um 25 V reduziert und ein neuer Prüfkörper bei dieser niedrigeren Spannung getestet. Die Spannung wurde so lange reduziert, bis der Test mit 50 Tropfen ohne Kriechstrom oder Brand bestanden wurde. Mit diesem Prozedere wurde also die maximal mögliche Spannung ermittelt, bei der eine Zusammensetzung 50 Tropfen der Prüflösung ohne Auftreten eines Kriechstroms widerstehen konnte. Abschließend wurden bei der ermittelten Maximalspannung zur Bestätigung vier weitere Prüfkörper mit jeweils 50 Tropfen getestet. Dieser bestätigte Wert wird in den Beispielen als CTI angegeben. Ein 100 Tropfen-Wert wurde nicht ermittelt, daher „Schnellprüfinethode in Anlehnung“ an genannte Norm.
PTI („proof tracking index“):
Der PTI wird in Anlehnung - modifiziert wie nachfolgend beschrieben - an die IEC 60112:2009 geprüft. Hierzu wurde eine 0,1%-ige Ammoniumchlorid-Prüflösung (395 Ohm* cm Widerstand) tropfenweise zwischen zwei mit einem Abstand von 4 mm benachbarten Elektroden auf die Oberfläche von Prüfkörpern der Maße 60 mm x 40 mm x 4 mm im zeitlichen Abstand von 30s appliziert. Im Gegensatz zur CTI-Prüfimg liegt bei der PTI-Prüfimg zwischen den Elektroden eine feste Prüfspannung an und es werden insgesamt 5 Prüfkörper bei der jeweiligen Spannung getestet. Es wurden insgesamt maximal 50 Tropfen (ein Tropfen alle 30s) pro Prüfkörper appliziert, so lange kein Kriechstrom > 0,5A über 2s auftrat oder die Probe gebrannt hat.
Flammwidrigkeit:
Die Prüfung der Flammwidrigkeit der Polycarbonat-Zusammensetzungen wurde gemäß Underwriter Laboratory Methode UL94V in einer Dicke von 2mm durchgeführt.
Unterschiedliche Brandklassen werden je nach Verhalten der Prüfkörper vergeben. Dazu zählen die Zeit bis zum Erlöschen der Flamme, Resistenz zum Abtropfen bzw. ob ein Material brennend abtropft. Die hiernach bestimmten Klassen werden mit V0, VI und V2 bezeichnet und auf Basis von insgesamt fünf getesteten Prüfkörpern ermittelt.
VO: Der Prüfkörper, der mit seiner Längsachse 180° (vertikal) zur Flamme positioniert wird, hat eine durchschnittliche Nachbrennzeit nach Entfernen der Flamme von nicht mehr als 10s und produziert keine abtropfenden Plastikpartikel, die eine unter dem Prüfkörper befindliche Watte entzünden. Die Gesamtnachbrennzeit von fünf Prüfkörpern, jeweils zweimal beflammt, liegt bei maximal 50s.
VI: Im Unterschied zu V0 hegt hier die durchschnittliche maximale Nachbrennzeit bei < 30s, wobei auch hier keine Partikel abtropfen und die Watte entzünden dürfen. Die Gesamtnachbrennzeit von fünf Prüfkörpern, jeweils zweimal beflammt, liegt bei < 250s.
V2: Im Unterschied zu V0 und VI entstehen bei dieser Klassifizierung abtropfende Plastikpartikel, die die Watte entzünden. Die Einzelnachbrennzeiten liegen bei < 30s und die Gesamtnachbrennzeit von 5 Prüfkörpern, jeweils zweimal beflammt, bei < 250s. n.b.: Der Test liefert keine Flammschutz-Klassifizierung, wenn die Nachbrennzeiten überschritten werden.
FOT: Flame Out Time (Nachbrennzeit), angegeben in Sekunden.
Wärmeformbeständigkeit:
Die Wärmeformbeständigkeit der Zusammensetzungen wurde anhand der Vicat- Erweichungstemperatur (Methode B, Prüfkraft 50N, Aufheizrate 50 K/h) an Prüfkörpern mit den Dimensionen 80 mm x 10 mm x 4 mm gemäß der ISO 306:2014-3 ermittelt.
Wärmeleitfähigkeit:
Die Wärmeleitfähigkeit wurde an spritzgegossenen Prüfkörpern mit den Abmaßen 60 x 60 x 2 mm3 gemäß ASTM E 1461 (Nano Flash Methode) bestimmt. „In plane“ bedeutet in x,y-Richtung gemessen, „through plane“ in z-Richtung. 2. Herstellung der Probenkörper
Die Zusammensetzungen wurden auf einem BUSS-Kneter hergestellt. Die Massetemperatur, Drehzahl, Durchsatz und Drehmoment mussten nach der für den Fachmann gängigen Vorgehensweise angepasst und auf die jeweilige Zusammensetzung abgestimmt werden. Die Füllstoffdosierung erfolgte als „split-feed“, wobei 10 Gew-% Füllstoff der Gesamtmenge über den Haupteinzug, der Rest über den Seitenextruder zugegeben wurde. Die Prüfkörper mit den Abmessungen 60 mm x 40 mm x 4 mm wurden aus den Formmassen mittels Standard- Spritzgussverfahren bei einer Massetemperatur von 280°C und einer Werkzeugtemperatur von 80°C hergestellt.
3. Ergebnisse
In den nachfolgenden Tabellen bedeutet „n.g“: „nicht getestet“ und „n.b.“: „nicht bestanden“.
Tabelle 1 zeigt, wie sich der CTI tendenziell mit zunehmender Talk Menge verbessert (V-l - V-3). Ohne Zusatz von Flammschutzmittel steigt die Brennbarkeit allerdings mit zunehmender Talkmenge (siehe Nachbrennzeiten). Vergleicht man die Beispiele V-4, E-7 und V-l l, die jeweils 5 Gew.-% Flammschutzmittel enthalten, ist auch hier der Trend des steigenden CTIs (325 V - 450 V - 500 V) mit zunehmender Talkmenge zu erkennen. Es sollten nicht mehr als 10 Gew.-% Flammschutzmittel, bevorzugt nicht mehr als 8 Gew.-% Flammschutzmittel, eingesetzt werden, damit die Wärmeformbeständigkeit nicht zu weit reduziert wird, was den Einsatz von Polycarbonat generell in Frage stellen würde. Mit anderen Verstärkungsfullstoffen wie z.B. Glasfaser oder Quarz lassen sich nicht wie mit Talk in Kombination mit einem FR-Paket hohe Kriechstromfestigkeiten erzielen (vgl. V2 mit V-9 und V-10).
Claims
1. Thermoplastische Zusammensetzung, enthaltend
A) mindestens 50 Gew.-% Bisphenol A-Homopolycarbonat,
B) 32 bis 37 Gew.-% Talk,
C) 4 bis 10 Gew.-% phosphorhaltiges Flammschutzmittel,
D) 0,3 bis 2 Gew.-% fluorhaltiges Antitropfmittel,
E) 1 bis 3 Gew.-% Anhydrid-modifiziertes a-Olefin-Polymer, wobei die Zusammensetzung keine weiteren Füllstoffe enthält.
2. Thermoplastische Zusammensetzung nach Anspruch 1, enthaltend kein weiteres Polycarbonat.
3. Thermoplastische Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend 5 bis 8 Gew.-% phosphorhaltiges Flammschutzmittel.
4. Thermoplastische Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anhydrid-modifizierte a-Olefin-Polymer Maleinsäureanhydrid-modifiziertes Propylen- Polymer umfasst.
5. Thermoplastische Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend 34 bis 36 Gew.-% Talk.
6. Thermoplastische Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend als weitere Komponente
F) ein oder mehrere Additive, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Thermostabilisatoren, Antioxidantien, Entformungsmitteln, UV-Absorbem, IR- Absorbern, Schlagzähmodifikatoren, Antistatika, optischen Aufhellern, Lichtstreumitteln, Hydrolyse Stabilisatoren, Umesterungsstabilisatoren, organischen Farbstoffen, organischen oder anorganischen Pigmenten, Verträglichkeitsvermittlern, Additiven zur Lasermarkierung
7. Thermoplastische Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend 0,1 bis 2 Gew.-% Titandioxid.
8. Thermoplastische Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend
A) mindestens 50 Gew.-% Bisphenol A-Homopolycarbonat,
B) 34 bis 36 Gew.-% Talk,
C) 5 bis 8 Gew.-% phosphorhaltiges Flammschutzmittel,
D) 0,3 bis 1 Gew.-% fluorhaltiges Antitropfmittel,
E) 1 bis 2 Gew.-% Anhydrid-modifiziertes a-Olefin-Polymer.
Thermoplastische Zusammensetzung nach Anspruch 8, enthaltend außerdem
F) ein oder mehrere Additive, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Thermostabilisatoren, Antioxidantien, Entformungsmitteln, UV-Absorbem, IR- Absorbern, Antistatika, optischen Aufhellem, Lichtstreumitteln, Hydrolysestabilisatoren, Umesterungsstabilisatoren, organischen Farbstoffen, organischen oder anorganischen Pigmenten, Verträglichkeitsvermittlern, Additiven zur Lasermarkierung, wobei 0,1 bis 2 Gew.-% Titandioxid enthalten sind. Thermoplastische Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend keine weiteren Komponenten außer die vorgenannten. Formteil bestehend aus oder umfassend einen Bereich aus einer thermoplastischen Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Formteil nach Anspruch 11, wobei das Formteil Teil eines Hochspannungsschalters, Wechselrichters, Relais, elektronischen Verbinders, elektrischen Verbinders, Schutzschalters, einer Photovoltaikanlage, eines elektrischen Motors, eines Kühlkörpers, eines Ladegerätes oder Ladesteckers für elektrische Fahrzeuge, eines Elektroanschlusskastens, eines Smart Meter Gehäuses, eines Miniaturtrennschalters, einer Strom-Sammelschiene ist, wobei dass EE-Bauteil bevorzugt eine Schutzart IP6K9K nach ISO 20653:2013-02 aufweist. EE-Bauteil, umfassend ein Formteil nach Anspruch 11 oder 12 oder eine Schicht aus einer thermoplastischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10. EE-Bauteil nach Anspruch 13, umfassend einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter in einem ersten Abstand dl und einem zweiten Abstand d2 zueinander, welche über eine thermoplastisches Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die in direktem Kontakt mit dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter steht, verbunden sind, wobei der Abstand dl die kürzeste Strecke zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter entlang der Oberfläche der thermoplastischen Zusammensetzung ist und wobei der Abstand d2 die kürzeste Strecke zwischen dem ersten elektrischen Leiter und dem zweiten elektrischen Leiter durch die Luft ist, wobei d2 so ausgewählt ist, dass bei der jeweiligen Betriebsspannung ein Überschlag durch die Luft verhindert wird und wobei dl bei der nachfolgend aufgelisteten Betriebsspannung U beträgt:
dli(0V < U < 250V): 1,8 mm bis < 2,5 mm dli(250 V < U < 500 V) = 3,6 mm bis < 5,0 mm dliii(500 V < U < 1000 V) = 7,1 mm bis < 10,0 mm. Verwendung von Talk zur Erhöhung der Kriechstromfestigkeit einer auf Bisphenol A-
Homopolycarbonat basierenden thermoplastischen Zusammensetzung.
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