DE102011087869A1

DE102011087869A1 - Lasermarkierbare flammgeschützte Formkörper

Info

Publication number: DE102011087869A1
Application number: DE102011087869A
Authority: DE
Inventors: Michael Roth; Klaus Uske; Detlev Wartig
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-09-06

Abstract

Verwendung von thermoplastischen Formmassen, enthaltend A) 30 bis 98 Gew.-% mindestens eines thermoplastischen Polyesters, B) 1 bis 25 Gew.-% eines Metallsalzes einer Phosphinsäure, C) 1 bis 20 Gew.-% eines stickstoffhaltigen Flammschutzmittels, D) 0 bis 50 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe, wobei die Summe der Gewichtsprozente der Komponenten A) bis D) 100% ergibt, zur Herstellung von lasermarkierbaren Formkörpern.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von thermoplastischen Formmassen, enthaltend

A) 30 bis 98 Gew.-% mindestens eines thermoplastischen Polyesters,
B) 1 bis 25 Gew.-% eines Metallsalzes einer Phosphinsäure,
C) 1 bis 20 Gew.-% eines stickstoffhaltigen Flammschutzmittels,
D) 0 bis 50 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe,

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung lasermarkierbarer Formkörper sowie die hierbei erhältlichen Formkörper.
Thermoplastische Polyester werden seit langem als Werkstoffe eingesetzt. Neben ihren mechanischen, thermischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften gewinnen zunehmend Funktionalitäten wie die Markierbarkeit mit Laserlicht an Bedeutung. Beispiele hierfür sind Anwendungen im Haushaltswarenbereich (z.B. Tastaturen) und im Elektronikbereich (z.B. Abdeckungen für Schutzschalter). Bei den genannten Anwendungen ist ein hoher Kontrast zwischen der Lasermarkierung (dunkel) und der Polymermatrix als Hintergrund (hell) gefordert.
Darüberhinaus besteht ein zunehmendes Marktinteresse an halogenfrei flammgeschützten thermoplastischen Polyestern. Hier sind die wesentlichen Anforderungen an das Flammschutzmittel eine helle Eigenfarbe, eine ausreichende Temperaturstabilität während der Polymerverarbeitung, sowie eine flammhemmende Wirksamkeit in verstärktem und unverstärktem Polymer.
Halogenhaltig flammgeschützte Polymere enthalten in der Regel als Synergisten antimonhaltige Verbindungen wie Antimontrioxid oder Natriumantimonat. Bei solchen Formmassen ist intrinsisch – wie in EP-A 1916278 beschrieben – eine hinreichende Laserbeschriftbarkeit gegeben, jedoch sind die elektrischen Eigenschaften wie Durchschlagsfestigkeit und Kriechstromresistenz (CTI) herabgesetzt und für einige Anwendungen nicht geeignet.
In den EP-A 1086175 und EP-A 1828312 werden Beispiele mit Zinn- bzw. Kupferverbindungen beschrieben, die zur Verbesserung des Kontrastverhältnisses beim Lasermarkieren führen sollen. Die genannten Beispiele haben jedoch die gleichen Nachteile hinsichtlich elektrischer Eigenschaften wie Antimontrioxid enthaltende Formmassen. Darüberhinaus kann es aufgrund der Eigenfarbe der Metallverbindungen – wie in EP-A 0697433 angegeben – zu Verfärbungen der Polymerzusammensetzungen kommen.
Halogenfrei flammgeschützte thermoplastische Polyester weisen in der Regel antimonfreie Formulierungen auf. Diese Formmassen konnten bislang nicht mit hinreichendem Kontrast laserbeschriftet werden. Kunststoffe zu modifizieren ist aufwendig. Die zugesetzten Füllstoffe können die Materialeigenschaften des Kunststoffes negativ beeinflussen. So können Additive zum Verbessern der Beschriftbarkeit häufig nicht beabsichtigte Nebenwirkungen wir verminderte Festigkeit des Werkstoffs oder unerwünschte Farben beim Einsatz von Pigmenten zur Folge haben. Daher wurde nach speziellen laser-sensiblen Additiven gesucht, die, in den Kunststoff eingearbeitet, andere anwendungstechnische Werkstoffeigenschaften nicht beeinflussen. Die Sensibilisierung erfolgt jedoch oft nur für eine Wellenlänge, auf die das System optimiert wurde.
Aus den Lehren der WO 99/57187 , EP-A 1923460 und WO 2005/121232 sind halogenfreie flammgeschützte Polyester bekannt. Laserbeschriftungen sind jedoch nicht Gegenstand der genannten Schriften.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern auf Basis thermoplastischer Polyester bereitzustellen, die einerseits halogenfrei flammgeschützt sind, hervorragende elektrische Eigenschaften aufweisen und durch die Verwendung eines halogenfreien Flammschutzmittels per se – d.h., ohne weitere Additive zur Verbesserung der Beschriftbarkeit – mit üblichen im Markt verfügbaren Lasern markiert werden können.
Demgemäß wurde die eingangs definierte Verwendung gefunden. Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Weiterhin wurde erfindungsgemäß diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Beschriftung von Formkörpern auf Polyesterbasis gefunden, welches die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht aufweist und die Erstellung dauerhafter kontrastreicher Schriften auf technisch einfach zu realisierende Weise ermöglicht, indem die gemäß Anspruch 1 definierten Formmassen energiereicher Strahlung ausgesetzt werden.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte energiereiche Strahlung hat im allgemeinen eine Wellenlänge im Bereich von 150 bis 1500, vorzugsweise im Bereich von 150–1100 nm.
Beispielsweise seien hier CO₂-Laser (10,6 mm) und Nd:YAG-Laser (1064 bzw. 532 nm) oder UV-Laser erwähnt, wobei letztere insbesondere Excimerlaser mit folgenden Wellenlängen sind:

F₂-Excimerlaser 157 nm

ArF-Excimerlaser 193 nm

KrCl-Excimerlaser 222 nm

KrF-Excimerlaser 248 nm

XeCl-Excimerlaser 308 nm

XeF-Excimerlaser 351 nm

sowie frequenzvervielfachte Nd:YAG-Laser mit Wellenlängen von 355 nm (frequenzverdreifacht) oder 266 nm (frequenzvervierfacht).
Besonders bevorzugt werden Nd:YAG-Laser (1064 bzw. 532 nm), KrF-Laser (248 nm) und XeCl-Laser (308 nm).
Die Energiedichten der eingesetzten Laser liegen im allgemeinen im Bereich von 0,3 mJ/cm2 bis 50 J/cm2 vorzugsweise 0,5 mJ/cm2 bis 20 J/cm2 und besonders bevorzugt 1 mJ/cm2 bis 10 J/cm2.
Bei der Verwendung von gepulsten Lasern liegt die Pulsfrequenz im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 10 000, vorzugsweise von 0,5 bis 5000 und insbesondere von 1 bis 1000 Hz und die Pulslängen (Zeitdauer der einzelnen Pulse) im Bereich von 0,1 bis 1000, vorzugsweise von 0,5 bis 500 und besonders bevorzugt von 1 bis 100 ns.
Abhängig von der Energiedichte des verwendeten Lasers, der Pulslänge und der Art des bestrahlten Formkörpers reichen zur Erzielung guter Beschriftungen im allgemeinen 1 bis 20000, vorzugsweise 1 bis 5000 und insbesondere 1 bis 3000 Pulse aus.
Entsprechende Laser, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind kommerziell erhältlich.
Excimerlaser sind besonders gut geeignet für die Projektion (Maskenverfahren). Es ist aber auch möglich, den Strahl mit beweglichen Spiegeln zu führen (Scannen). Mit homogenem Strahlquerschnitt ist die Bestrahlung einer Maske von etwa 2 cm × 2 cm möglich. Durch Verwendung geeigneter Optiken kann der Strahlquerschnitt aber auch weiter aufgeweitet werden.
Mit Excimerlasern kann schon mit nur einem Puls gut beschriftet werden (bei entsprechend angepaßter Energiedichte), so daß im Vergleich zu Nd:YAG-Lasern auch sehr schnelle Beschriftungen herstellbar sind. Bei der Serienfertigung von Spritzgußteilen z.B. muß die Beschriftungszeit kleiner als die Spritzgußzeit (< ca. 30 s) geteilt durch die Anzahl der Formnester sein. Daraus folgt, daß in diesen Fällen die spritzgegossenen Formen mit hohen Geschwindigkeiten beschriftet werden müssen. Solche hohen Geschwindigkeiten sind mit dem Nd:YAG-Laser teilweise nicht möglich, sondern nur mit 1-Puls-Maskenbeschuß erreichbar.
Noch höhere Anforderungen an die Beschriftungsgeschwindigkeit stellen kontinuierliche Prozesse wie z.B. die Profilextrusion mit Materialgeschwindigkeiten von mehreren m/s. Hierfür reichen selbst hohe Schreibgeschwindigkeiten von Nd:YAG-Lasern nicht mehr aus.
Als Strahlungsquellen können weiterhin auch kontinuierliche UV-Lampen wie Hg-, Xe- oder Deuteriumlampen eingesetzt werden. Auch derartige Produkte sind kommerziell erhältlich.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Formkörper auf der Basis von thermoplastischen Polyestern oder Mischungen dieser Polymeren mit bis zu 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten, weiterer Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel mittels energiereicher Strahlung beschriftet.
Nachstehend seien die erfindungsgemäß zur Laserbeschriftung verwendbaren Komponenten der Polyesterformmassen beschrieben.
Als Komponente (A) enthalten die erfindungsgemäßen Formmassen 30 bis 98, bevorzugt 25 bis 96 und insbesondere 35 bis 90 Gew.-% mindestens eines thermoplastischen Polyesters.
Allgemein werden Polyester A) auf Basis von aromatischen Dicarbonsäuren und einer aliphatischen oder aromatischen Dihydroxyverbindung verwendet.
Eine erste Gruppe bevorzugter Polyester sind Polyalkylenterephthalate, insbesondere solche mit 2 bis 10 C-Atomen im Alkoholteil.
Derartige Polyalkylenterephthalate sind an sich bekannt und in der Literatur beschrieben. Sie enthalten einen aromatischen Ring in der Hauptkette, der von der aromatischen Dicarbonsäure stammt. Der aromatische Ring kann auch substituiert sein, z.B. durch Halogen wie Chlor und Brom oder durch C₁-C₄-Alkylgruppen wie Methyl-, Ethyl-, i- bzw. n-Propyl- und n-, i- bzw. t-Butylgruppen.
Diese Polyalkylenterephthalate können durch Umsetzung von aromatischen Dicarbonsäuren, deren Estern oder anderen esterbildenden Derivaten mit aliphatischen Dihydroxyverbindungen in an sich bekannter Weise hergestellt werden.
Als bevorzugte Dicarbonsäuren sind 2,6-Naphthalindicarbonsäure, Terephthalsäure und Isophthalsäure oder deren Mischungen zu nennen. Bis zu 30 mol-%, vorzugsweise nicht mehr als 10 mol-% der aromatischen Dicarbonsäuren können durch aliphatische oder cycloaliphatische Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandisäuren und Cyclohexandicarbonsäuren ersetzt werden.
Von den aliphatischen Dihydroxyverbindungen werden Diole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere 1,2-Ethandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,4-Hexandiol, 1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol und Neopentylglykol oder deren Mischungen bevorzugt.
Als besonders bevorzugte Polyester (A) sind Polyalkylenterephthalate, die sich von Alkandiolen mit 2 bis 6 C-Atomen ableiten, zu nennen. Von diesen werden insbesondere Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat und Polybutylenterephthalat oder deren Mischungen bevorzugt. Weiterhin bevorzugt sind PET und/oder PBT, welche bis zu 1 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,75 Gew.-% 1,6-Hexandiol und/oder 2-Methyl-1,5-Pentandiol als weitere Monomereinheiten enthalten.
Die Viskositätszahl der Polyester (A) liegt im Allgemeinen im Bereich von 50 bis 220, vorzugsweise von 80 bis 160 (gemessen in einer 0,5 gew.-%igen Lösung in einem Phenol/o-Dichlorbenzolgemisch (Gew.-Verh. 1:1 bei 25°C) gemäß ISO 1628.
Insbesondere bevorzugt sind Polyester, deren Carboxylendgruppengehalt bis zu 100 mval/kg, bevorzugt bis zu 50 mval/kg und insbesondere bis zu 40 mval/kg Polyester beträgt. Derartige Polyester können beispielsweise nach dem Verfahren der DE-A 44 01 055 hergestellt werden. Der Carboxylendgruppengehalt wird üblicherweise durch Titrationsverfahren (z.B. Potentiometrie) bestimmt.
Insbesondere bevorzugte Formmassen enthalten als Komponente A) eine Mischung aus Polyestern, welche verschieden von PBT sind, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET). Der Anteil z.B. des Polyethylenterephthalates beträgt vorzugsweise in der Mischung bis zu 50, insbesondere 10 bis 35 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% A).
Weiterhin ist es vorteilhaft PET Rezyklate (auch scrap-PET genannt) gegebenenfalls in Mischung mit Polyalkylenterephthalaten wie PBT einzusetzen.
Unter Rezyklaten versteht man im Allgemeinen:

1) sog. Post Industrial Rezyklat: hierbei handelt es sich um Produktionsabfälle bei der Polykondensation oder bei der Verarbeitung z.B. Angüsse bei der Spritzgussverarbeitung, Anfahrware bei der Spritzgussverarbeitung oder Extrusion oder Randabschnitte von extrudierten Platten oder Folien.
2) Post Consumer Rezyklat: hierbei handelt es sich um Kunststoffartikel, die nach der Nutzung durch den Endverbraucher gesammelt und aufbereitet werden. Der mengenmäßig bei weitem dominierende Artikel sind blasgeformte PET Flaschen für Mineralwasser, Softdrinks und Säfte.

Beide Arten von Rezyklat können entweder als Mahlgut oder in Form von Granulat vorliegen. Im letzteren Fall werden die Rohrezyklate nach der Auftrennung und Reinigung in einem Extruder aufgeschmolzen und granuliert. Hierdurch wird meist das Handling, die Rieselfähigkeit und die Dosierbarkeit für weitere Verarbeitungsschritte erleichtert.
Sowohl granulierte als auch als Mahlgut vorliegende Rezyklate können zum Einsatz kommen, wobei die maximale Kantenlänge 10 mm, vorzugsweise kleiner 8 mm betragen sollte.
Aufgrund der hydrolytischen Spaltung von Polyestern bei der Verarbeitung (durch Feuchtigkeitsspuren) empfiehlt es sich, das Rezyklat vorzutrocknen. Der Restfeuchtegehalt nach der Trocknung beträgt vorzugsweise <0,2 %, insbesondere <0,05 %.
Als weitere Gruppe sind voll aromatische Polyester zu nennen, die sich von aromatischen Dicarbonsäuren und aromatischen Dihydroxyverbindungen ableiten.
Als aromatische Dicarbonsäuren eignen sich die bereits bei den Polyalkylenterephthalaten beschriebenen Verbindungen. Bevorzugt werden Mischungen aus 5 bis 100 mol-% Isophthalsäure und 0 bis 95 mol-% Terephthalsäure, insbesondere Mischungen von etwa 80 % Terephthalsäure mit 20 % Isophthalsäure bis etwa äquivalente Mischungen dieser beiden Säuren verwendet.
Die aromatischen Dihydroxyverbindungen haben vorzugsweise die allgemeine Formel
in der Z eine Alkylen- oder Cycloalkylengruppe mit bis zu 8 C-Atomen, eine Arylengruppe mit bis zu 12 C-Atomen, eine Carbonylgruppe, eine Sulfonylgruppe, ein Sauerstoff- oder Schwefelatom oder eine chemische Bindung darstellt und in der m den Wert 0 bis 2 hat. Die Verbindungen können an den Phenylengruppen auch C₁-C₆-Alkyl- oder Alkoxygruppen und Fluor, Chlor oder Brom als Substituenten tragen.
Als Stammkörper dieser Verbindungen seinen beispielsweise
Dihydroxydiphenyl,
Di-(hydroxyphenyl)alkan,
Di-(hydroxyphenyl)cycloalkan,
Di-(hydroxyphenyl)sulfid,
Di-(hydroxyphenyl)ether,
Di-(hydroxyphenyl)keton,
di-(hydroxyphenyl)sulfoxid,
α,α‘-Di-(hydroxyphenyl)-dialkylbenzol,
Di-(hydroxyphenyl)sulfon, Di-(hydroxybenzoyl)benzol
Resorcin und Hydrochinon sowie deren kernalkylierte oder kernhalogenierte Derivate genannt.
Von diesen werden
4,4’-Dihydroxydiphenyl,
2,4-Di-(4’-hydroxyphenyl)-2-methylbutan
α,α’-Di-(4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol,
2,2-Di-(3’-methyl-4’-hydroxyphenyl)propan und
2,2-Di-(3’-chlor-4’-hydroxyphenyl)propan,
sowie insbesondere
2,2-Di-(4’-hydroxyphenyl)propan
2,2-Di-(3’,5-dichlordihydroxyphenyl)propan,
1,1-Di-(4’-hydroxyphenyl)cyclohexan,
3,4’-Dihydroxybenzophenon,
4,4’-Dihydroxydiphenylsulfon und
2,2-Di(3’,5’-dimethyl-4’-hydroxyphenyl)propan
oder deren Mischungen bevorzugt.
Selbstverständlich kann man auch Mischungen von Polyalkylenterephthalaten und vollaromatischen Polyestern einsetzen. Diese enthalten im Allgemeinen 20 bis 98 Gew.-% des Polyalkylenterephthalates und 2 bis 80 Gew.-% des vollaromatischen Polyesters.
Selbstverständlich können auch Polyesterblockcopolymere wie Copolyetherester verwendet werden. Derartige Produkte sind an sich bekannt und in der Literatur, z.B. in der US-A 3651014 , beschrieben. Auch im Handel sind entsprechende Produkte erhältlich, z.B. Hytrel^® (DuPont).
Als Polyester sollen erfindungsgemäß auch halogenfreie Polycarbonate verstanden werden. Geeignete halogenfreie Polycarbonate sind beispielsweise solche auf Basis von Diphenolen der allgemeinen Formel
worin Q eine Einfachbindung, eine C₁- bis C₈-Alkylen-, eine C₂- bis C₃-Alkyliden-, eine C₃- bis C₆-Cycloalkylidengruppe, eine C₆- bis C₁₂-Arylengruppe sowie -O-, -S- oder -SO₂- bedeutet und m eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
Die Diphenole können an den Phenylenresten auch Substituenten haben wie C₁- bis C₆-Alkyl oder C₁- bis C₆-Alkoxy.
Bevorzugte Diphenole der Formel sind beispielsweise Hydrochinon, Resorcin, 4,4’-Dihydroxydiphenyl, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,4-Bis-(4-hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan. Besonders bevorzugt sind 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan und 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan, sowie 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
Sowohl Homopolycarbonate als auch Copolycarbonate sind als Komponente A geeignet, bevorzugt sind neben dem Bisphenol A-Homopolymerisat die Copolycarbonate von Bisphenol A.
Die geeigneten Polycarbonate können in bekannter Weise verzweigt sein, und zwar vorzugsweise durch den Einbau von 0,05 bis 2,0 mol-%, bezogen auf die Summe der eingesetzten Diphenole, an mindestens trifunktionellen Verbindungen, beispielsweise solchen mit drei oder mehr als drei phenolischen OH-Gruppen.
Als besonders geeignet haben sich Polycarbonate erwiesen, die relative Viskositäten η_rel von 1,10 bis 1,50, insbesondere von 1,25 bis 1,40 aufweisen. Dies entspricht mittleren Molekulargewichten M_w (Gewichtsmittelwert) von 10 000 bis 20 0000, vorzugsweise von 20 000 bis 80 000 g/mol.
Die Diphenole der allgemeinen Formel sind an sich bekannt oder nach bekannten Verfahren herstellbar.
Die Herstellung der Polycarbonate kann beispielsweise durch Umsetzung der Diphenole mit Phosgen nach dem Phasengrenzflächenverfahren oder mit Phosgen nach dem Verfahren in homogener Phase (dem sogenannten Pyridinverfahren) erfolgen, wobei das jeweils einzustellende Molekulargewicht in bekannter Weise durch eine entsprechende Menge an bekannten Kettenabbrechern erzielt wird. (Bezüglich polydiorganosiloxanhaltigen Polycarbonaten siehe beispielsweise DE-OS 33 34 782 ).
Geeignete Kettenabbrecher sind beispielsweise Phenol, p-t-Butylphenol aber auch langkettige Alkylphenole wie 4-(1,3-Tetramethyl-butyl)-phenol, gemäß DE-OS 28 42 005 oder Monoalkylphenole oder Dialkylphenole mit insgesamt 8 bis 20 C-Atomen in den Alkylsubstituenten gemäß DE-A 35 06 472 , wie p-Nonylphenyl, 3,5-di-t-Butylphenol, p-t-Octylphenol, p-Dodecylphenol, 2-(3,5-dimethyl-heptyl)-phenol und 4-(3,5-Dimethylheptyl)-phenol.
Halogenfreie Polycarbonate im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Polycarbonate aus halogenfreien Diphenolen, halogenfreien Kettenabbrechern und gegebenenfalls halogenfreien Verzweigern aufgebaut sind, wobei der Gehalt an untergeordneten ppm-Mengen an verseifbarem Chlor, resultierend beispielsweise aus der Herstellung der Polycarbonate mit Phosgen nach dem Phasengrenzflächenverfahren, nicht als halogenhaltig im Sinne der Erfindung anzusehen ist. Derartige Polycarbonate mit ppm-Gehalten an verseifbarem Chlor sind halogenfreie Polycarbonate im Sinne vorliegender Erfindung.
Als weitere geeignete Komponenten A) seien amorphe Polyestercarbonate genannt, wobei Phosgen gegen aromatische Dicarbonsäureeinheiten wie Isophthalsäure und/oder Terephthalsäureeinheiten, bei der Herstellung ersetzt wurde. Für nähere Einzelheiten sei an dieser Stelle auf die EP-A 711 810 verwiesen.
Weitere geeignete Copolycarbonate mit Cycloalkylresten als Monomereinheiten sind in der EP-A 365 916 beschrieben.
Weiterhin kann Bisphenol A durch Bisphenol TMC ersetzt werden. Derartige Polycarbonate sind unter dem Warenzeichen APEC HT^® der Firma Bayer erhältlich.
Als Komponente B) enthalten die erfindungsgemäß verwendbaren Formmassen 1 bis 25, vorzugsweise 2 bis 20 und insbesondere 5 bis 15 Gew.-% eines Metallsalzes einer Phosphinsäure.
Bevorzugte Verbindungen B) sind aufgebaut aus
wobei die Variablen folgende Bedeutung haben:
R Wasserstoff, einen aromatischen Rest mit 6 bis 10 C-Atomen, einen Alkylrest mit 1 bis 10 C-Atomen oder
mit R’ Wasserstoff oder ein aromatischer Rest mit 6 bis 10 C-Atomen
vorzugsweise
n, x eine ganze Zahl von 1 bis 3 M Mg, Ca, Al, Zn, Fe, B.
Bevorzugter Rest R ist Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl, iso-Butyl, iso-Octyl oder Phenyl, wobei Methyl, Ethyl, Phenyl besonders bevorzugt sind.
Bevorzugter Rest R’ ist Wasserstoff, Phenyl, Tolyl.
Bevorzugt ist M Ca, Mg, Zn, wobei Al besonders bevorzugt ist.
Bevorzugte Verbindungen B) sind Metallsalze der hypophosporigen Säure, wobei Al-hypophosphit besonders bevorzugt ist.
Die Herstellung der Phosphinate erfolgt vorzugsweise durch Ausfällen der entsprechenden Metallsalze aus wässrigen Lösungen. Die Phosphinate können jedoch auch in Gegenwart eines geeigneten anorganischen Metalloxids oder -sulfids als Trägermaterials (Weißpigmente, wie z.B. TiO₂, SnO₂, ZnO, ZnS, SiO₂) gefällt werden. Man erhält somit oberflächenmodifizierte Pigmente, die als lasermarkierbare Flammschutzmittel für thermoplastische Polyester verwendet werden können.
Als Komponente C) enthalten die erfindungsgemäßen Formmassen 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 15 und insbesondere 5 bis 15 Gew.-% eines halogenfreien Flammschutzmittels ausgewählt aus der Gruppe der stickstoffhaltigen Verbindungen vorzugsweise einer Melaminverbindung.
Das gemäß der Erfindung (Komponente C) bevorzugt geeignete Melamincyanurat ist ein Reaktionsprodukt aus vorzugsweise äquimolaren Mengen von Melamin (Formel I) und Cyanursäure bzw. Isocyanursäure (Formeln Ia und Ib)
Man erhält es z.B. durch Umsetzung von wässrigen Lösungen der Ausgangsverbindungen bei 90 bis 100°C. Das im Handel erhältliche Produkt ist ein weißes Pulver mit einer mittleren Korngröße d₅₀ von 1,5–7 μm und einem d₉₉ Wert kleiner 50μm.
Weitere geeignete Verbindungen (oft auch als Salze oder Addukte bezeichnet) sind Melaminsulfat Melamin, Melaminborat, -oxalat, -phosphat prim., -phosphat sec. und -pyrophosphat sec., Neopentylglycolborsäuremelamin sowie polymeres Melaminphosphat (CAS-Nr 56386-64-2 bzw. 218768-84-4).

Geeignete Guanidinsalze sind

	CAS-Nr.
G-carbonat	593-85-1
G-cyanurat prim.	70285-19-7
G-phosphat prim.	5423-22-3
G-phosphat sec.	5423-23-4
G-sulfat prim.	646-34-4
G-sulfat sec.	594-14-9
Pentaerythritborsäureguanidin	N.A.
Neopentylglycolborsäureguanidin	N.A.
sowie Harnstoffphosphat grün	4861-19-2
Harnstoffcyanurat	57517-11-0
Ammelin	645-92-1
Ammelid	645-93-2
Melem	1502-47-2
Melon	32518-77-7

Unter Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen sowohl z.B. Benzoguanamin selbst und dessen Addukte bzw. Salze als auch die am Stickstoff substituierten Derivate und dessen Addukte bzw. Salze verstanden werden.
Weiterhin geeignet sind Ammoniumpolyphosphat (NH₄PO₃)_n mit n ca. 200 bis 1000 bevorzugt 600 bis 800, und Tris(hydroxyethyl)isocyanurat (THEIC) der Formel II
oder dessen Umsetzungsprodukte mit aromatischen Carbonsäuren Ar(COOH)_m, welche gegebenenfalls in Mischung miteinander vorliegen können, wobei Ar ein ein-, zwei- oder dreikerniges aromatisches Sechsringsystem bedeutet und m 2, 3 oder 4 ist.
Geeignete Carbonsäuren sind beispielsweise Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, 1,3,5-Benzoltricarbonsäure, 1,2,4-Benzoltricarbonsäure, Pyromellithsäure, Mellophansäure, Prehnitsäure, 1-Naphthoesäure, 2-Naphthoesäure, Naphthalindicarbonsäuren und Anthracencarbonsäuren.
Die Herstellung erfolgt durch Umsetzung des Tris(hydroxyethyl)isocyanurats mit den Säuren, ihren Alkylestern oder ihren Halogeniden gemäß den Verfahren der EP-A 584 567 .
Derartige Umsetzungsprodukte stellen ein Gemisch von monomeren und oligomeren Estern dar, welche auch vernetzt sein können. Der Oligomerisierungsgrad beträgt üblicherweise 2 bis ca. 100, vorzugsweise 2 bis 20. Bevorzugt werden Mischungen von THEIC und/oder dessen Umsetzungsprodukte mit phosphorhaltigen Stickstoffverbindungen, insbesondere (NH₄PO₃)_n oder Melaminpyrophosphat oder polymeres Melaminphosphat eingesetzt. Das Mischungsverhältnis z.B. von (NH₄PO₃)_n zu THEIC beträgt vorzugsweise 90 bis 50 zu 10 bis 50, insbesondere 80 bis 50 zu 50 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Mischung derartiger Komponenten.
Weiterhin geeignet sind Benzoguanamin-Verbindungen der Formel III
in der R,R' geradkettige oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 10 C-Atomen, bevorzugt Wasserstoff bedeutet und insbesondere deren Addukte mit Phosphorsäure, Borsäure und/oder Pyrophosphorsäure.
Bevorzugt sind ferner Allantoin-Verbindungen der Formel IV
wobei R,R' die in Formel VII angegebene Bedeutung haben sowie deren Salze mit Phosphorsäure, Borsäure und/oder Pyrophosphorsäure sowie Glycolurile der Formel IX oder dessen Salze mit den o.g. Säuren
in der R die in Formel VII genannte Bedeutung hat.
Geeignete Produkte sind im Handel oder gemäß DE-A 196 14 424 erhältlich.
Das gemäß der Erfindung verwendbare Cyanguanidin (Formel VI) erhält man z.B. durch Umsetzung von Kalkstickstoff (Calciumcyanamid) mit Kohlensäure, wobei das entstehende Cyanamid bei pH 9 bis 10 zu Cyanguanidin dimerisiert.
Das im Handel erhältliche Produkt ist ein weißes Pulver mit einem Schmelzpunkt von 209°C bis 211°C.
Als Komponente D) können die erfindungsgemäßen Formmassen 0 bis 50, insbesondere bis zu 30 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel enthalten.
Als Komponente D) können die erfindungsgemäßen Formmassen 0 bis 5, vorzugsweise 0,05 bis 3 und insbesondere 0,1 bis 2 Gew.-% mindestens eines Esters oder Amids gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Carbonsäuren mit 10 bis 40, bevorzugt 16 bis 22 C-Atomen mit aliphatischen gesättigten Alkoholen oder Aminen mit 2 bis 40, vorzugsweise 2 bis 6 C-Atomen enthalten.
Die Carbonsäuren können 1- oder 2-wertig sein. Als Beispiele seien Pelargonsäure, Palmitinsäure, Laurinsäure, Margarinsäure, Dodecandisäure, Behensäure und besonders bevorzugt Stearinsäure, Caprinsäure sowie Montansäure (Mischung von Fettsäuren mit 30 bis 40 C-Atomen) genannt.
Die aliphatischen Alkohole können 1- bis 4-wertig sein. Beispiele für Alkohole sind n-Butanol, n-Octanol, Stearylalkohol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Neopentylglykol, Pentaerythrit, wobei Ethylenglycol, Glycerin und Pentaerythrit bevorzugt sind.
Die aliphatischen Amine können 1- bis 3-wertig sein. Beispiele hierfür sind Stearylamin, Ethylendiamin, Propylendiamin, Hexamethylendiamin, Di(6-Aminohexyl)amin, wobei Ethylendiamin und Hexamethylendiamin besonders bevorzugt sind. Bevorzugte Ester oder Amide sind entsprechend Glycerindistearat, Glycerintristearat, Ethylendiamindistearat, Glycerinmonopalmitrat, Glycerintrilaurat, Glycerinmonobehenat und Pentaerythrittetrastearat.
Es können auch Mischungen verschiedener Ester oder Amide oder Ester mit Amiden in Kombination eingesetzt werden, wobei das Mischungsverhältnis beliebig ist.
Weitere übliche Zusatzstoffe D) sind beispielsweise in Mengen bis zu 40, vorzugsweise bis zu 30 Gew.-% kautschukelastische Polymerisate (oft auch als Schlagzähmodifier, Elastomere oder Kautschuke bezeichnet).
Ganz allgemein handelt es sich dabei um Copolymerisate die bevorzugt aus mindestens zwei der folgenden Monomeren aufgebaut sind: Ethylen, Propylen, Butadien, Isobuten, Isopren, Chloropren, Vinylacetat, Styrol, Acrylnitril und Acryl- bzw. Methacrylsäureester mit 1 bis 18 C-Atomen in der Alkoholkomponente.
Derartige Polymere werden z.B. in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. 14/1 (Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961). Seiten 392 bis 406 und in der Monographie von C.B. Bucknall, "Toughened Plastics" (Applied Science Publishers, London, 1977) beschrieben.
Im folgenden werden einige bevorzugte Arten solcher Elastomerer vorgestellt.
Bevorzugte Arten von solchen Elastomeren sind die sog. Ethylen-Propylen (EPM) bzw. Ethylen-Propylen-Dien-(EPDM)-Kautschuke.
EPM-Kautschuke haben im Allgemeinen praktisch keine Doppelbindungen mehr, während EPDM-Kautschuke 1 bis 20 Doppelbindungen/100 C-Atome aufweisen können.
Als Dien-Monomere für EPDM-Kautschuke seien beispielsweise konjugierte Diene wie Isopren und Butadien, nicht-konjugierte Diene mit 5 bis 25 C-Atomen wie Penta-1,4-dien, Hexa-1,4-dien, Hexa-1,5-dien, 2,5-Dimethylhexa-1,5-dien und Octa-1,4-dien, cyclische Diene wie Cyclopentadien, Cyclohexadiene, Cyclooctadiene und Dicyclopentadien sowie Alkenylnorbornene wie 5-Ethyliden-2-norbornen, 5-Butyliden-2-norbornen, 2-Methallyl-5-norbornen, 2-Isopropenyl-5-norbornen und Tricyclodiene wie 3-Methyl-tricyclo(5.2.1.0.2.6)-3,8-decadien oder deren Mischungen genannt. Bevorzugt werden Hexa-1,5-dien, 5-Ethylidennorbornen und Dicyclopentadien. Der Diengehalt der EPDM-Kautschuke beträgt vorzugsweise 0,5 bis 50, insbesondere 1 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kautschuks.
EPM- bzw. EPDM-Kautschuke können vorzugsweise auch mit reaktiven Carbonsäuren oder deren Derivaten gepfropft sein. Hier seien z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure und deren Derivate, z.B. Glycidyl(meth)acrylat, sowie Maleinsäureanhydrid genannt.
Eine weitere Gruppe bevorzugter Kautschuke sind Copolymere des Ethylens mit Acrylsäure und/oder Methacrylsäure und/oder den Estern dieser Säuren. Zusätzlich können die Kautschuke noch Dicarbonsäuren wie Maleinsäure und Fumarsäure oder Derivate dieser Säuren, z.B. Ester und Anhydride, und/oder Epoxy-Gruppen enthaltende Monomere enthalten. Diese Dicarbonsäurederivate bzw. Epoxygruppen enthaltende Monomere werden vorzugsweise durch Zugabe von Dicarbonsäure- bzw. Epoxygruppen enthaltenden Monomeren der allgemeinen Formeln I oder II oder III oder IV zum Monomerengemisch in den Kautschuk eingebaut R¹C(COOR²)=C(COOR³)R⁴ (I)
wobei R¹ bis R⁹ Wasserstoff oder Alkylgruppen mit 1 bis 6 C-Atomen darstellen und m eine ganze Zahl von 0 bis 20, g eine ganze Zahl von 0 bis 10 und p eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist.
Vorzugsweise bedeuten die Reste R¹ bis R⁹ Wasserstoff, wobei m für 0 oder 1 und g für 1 steht. Die entsprechenden Verbindungen sind Maleinsäure, Fumarsäure, Maleinsäureanhydrid, Allylglycidylether und Vinylglycidylether.
Bevorzugte Verbindungen der Formeln I, II und IV sind Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid und Epoxygruppen-enthaltende Ester der Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, wie Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat und die Ester mit tertiären Alkoholen, wie t-Butylacrylat. Letztere weisen zwar keine freien Carboxylgruppen auf, kommen in ihrem Verhalten aber den freien Säuren nahe und werden deshalb als Monomere mit latenten Carboxylgruppen bezeichnet.
Vorteilhaft bestehen die Copolymeren aus 50 bis 98 Gew.-% Ethylen, 0,1 bis 20 Gew.-% Epoxygruppen enthaltenden Monomeren und/oder Methacrylsäure und/oder Säureanhydridgruppen enthaltenden Monomeren sowie der restlichen Menge an (Meth)acrylsäureestern.
Besonders bevorzugt sind Copolymerisate aus
50 bis 98, insbesondere 55 bis 95 Gew.-% Ethylen,
0,1 bis 40, insbesondere 0,3 bis 20 Gew.-% Glycidylacrylat und/oder Glycidylmethacrylat, (Meth)acrylsäure und/oder Maleinsäureanhydrid, und
1 bis 45, insbesondere 10 bis 40 Gew.-% n-Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat.
Weitere bevorzugte Ester der Acryl- und/oder Methacrylsäure sind die Methyl-, Ethyl-, Propyl- und i- bzw. t-Butylester.
Daneben können auch Vinylester und Vinylether als Comonomere eingesetzt werden.
Die vorstehend beschriebenen Ethylencopolymeren können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, vorzugsweise durch statistische Copolymerisation unter hohem Druck und erhöhter Temperatur. Entsprechende Verfahren sind allgemein bekannt.
Bevorzugte Elastomere sind auch Emulsionspolymerisate, deren Herstellung z.B. bei Blackley in der Monographie “Emulsion Polymerization“ beschrieben wird. Die verwendbaren Emulgatoren und Katalysatoren sind an sich bekannt.
Grundsätzlich können homogen aufgebaute Elastomere oder aber solche mit einem Schalenaufbau eingesetzt werden. Der schalenartige Aufbau wird durch die Zugabereihenfolge der einzelnen Monomeren bestimmt; auch die Morphologie der Polymeren wird von dieser Zugabereihenfolge beeinflusst.
Nur stellvertretend seien hier als Monomere für die Herstellung des Kautschukteils der Elastomeren Acrylate wie z.B. n-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, entsprechende Methacrylate, Butadien und Isopren sowie deren Mischungen genannt. Diese Monomeren können mit weiteren Monomeren wie z.B. Styrol, Acrylnitril, Vinylethern und weiteren Acrylaten oder Methacrylaten wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat und Propylacrylat copolymerisiert werden.
Die Weich- oder Kautschukphase (mit einer Glasübergangstemperatur von unter 0°C) der Elastomeren kann den Kern, die äußere Hülle oder eine mittlere Schale (bei Elastomeren mit mehr als zweischaligem Aufbau) darstellen; bei mehrschaligen Elastomeren können auch mehrere Schalen aus einer Kautschukphase bestehen.
Sind neben der Kautschukphase noch eine oder mehrere Hartkomponenten (mit Glasübergangstemperaturen von mehr als 20°C) am Aufbau des Elastomeren beteiligt, so werden diese im Allgemeinen durch Polymerisation von Styrol, Acrylnitril, Methacrylnitril, α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, Acrylsäureestern und Methacrylsäureestern wie Methylacrylat, Ethylacrylat und Methylmethacrylat als Hauptmonomeren hergestellt. Daneben können auch hier geringere Anteile an weiteren Comonomeren eingesetzt werden.
In einigen Fällen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, Emulsionspolymerisate einzusetzen, die an der Oberfläche reaktive Gruppen aufweisen. Derartige Gruppen sind z.B. Epoxy-, Carboxyl-, latente Carboxyl-, Amino- oder Amidgruppen sowie funktionelle Gruppen, die durch Mitverwendung von Monomeren der allgemeinen Formel
eingeführt werden können,
wobei die Substituenten folgende Bedeutung haben können:
R¹⁰ Wasserstoff oder eine C₁- bis C₄-Alkylgruppe,
R¹¹ Wasserstoff, eine C₁- bis C₈-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, insbesondere Phenyl,
R¹² Wasserstoff, eine C₁- bis C₁₀-Alkyl-, eine C₆- bis C₁₂-Arylgruppe oder -OR¹³
R¹³ eine C₁- bis C₈-Alkyl- oder C₆- bis C₁₂-Arylgruppe, die gegebenenfalls mit O- oder N-haltigen Gruppen substituiert sein können,
X eine chemische Bindung, eine C₁- bis C₁₀-Alkylen- oder C₆-C₁₂-Arylengruppe oder
Y O-Z oder NH-Z und
Z eine C₁- bis C₁₀-Alkylen- oder C₆- bis C₁₂-Arylengruppe.
Auch die in der EP-A 208 187 beschriebenen Pfropfmonomeren sind zur Einführung reaktiver Gruppen an der Oberfläche geeignet.
Als weitere Beispiele seien noch Acrylamid, Methacrylamid und substituierte Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure wie (N-t-Butylamino)-ethylmethacrylat, (N,N-Dimethylamino)ethylacrylat, (N,N-Dimethylamino)-methylacrylat und (N,N-Diethylamino)ethylacrylat genannt.
Weiterhin können die Teilchen der Kautschukphase auch vernetzt sein. Als Vernetzer wirkende Monomere sind beispielsweise Buta-1,3-dien, Divinylbenzol, Diallylphthalat und Dihydrodicyclopentadienylacrylat sowie die in der EP-A 50 265 beschriebenen Verbindungen.
Ferner können auch sogenannte pfropfvernetzende Monomere (graft-linking monomers) verwendet werden, d.h. Monomere mit zwei oder mehr polymerisierbaren Doppelbindungen, die bei der Polymerisation mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten reagieren. Vorzugsweise werden solche Verbindungen verwendet, in denen mindestens eine reaktive Gruppe mit etwa gleicher Geschwindigkeit wie die übrigen Monomeren polymerisiert, während die andere reaktive Gruppe (oder reaktive Gruppen) z.B. deutlich langsamer polymerisiert (polymerisieren). Die unterschiedlichen Polymerisationsgeschwindigkeiten bringen einen bestimmten Anteil an ungesättigten Doppelbindungen im Kautschuk mit sich. Wird anschließend auf einen solchen Kautschuk eine weitere Phase aufgepfropft, so reagieren die im Kautschuk vorhandenen Doppelbindungen zumindest teilweise mit den Pfropfmonomeren unter Ausbildung von chemischen Bindungen, d.h. die aufgepfropfte Phase ist zumindest teilweise über chemische Bindungen mit der Pfropfgrundlage verknüpft.
Beispiele für solche pfropfvernetzende Monomere sind Allylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere Allylester von ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren wie Allylacrylat, Allylmethacrylat, Diallylmaleat, Diallylfumarat, Diallylitaconat oder die entsprechenden Monoallylverbindungen dieser Dicarbonsäuren. Daneben gibt es eine Vielzahl weiterer geeigneter pfropfvernetzender Monomerer; für nähere Einzelheiten sei hier beispielsweise auf die US-PS 4 148 846 verwiesen.
Im Allgemeinen beträgt der Anteil dieser vernetzenden Monomeren an dem schlagzäh modifizierenden Polymer bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 3 Gew.-%, bezogen auf das schlagzäh modifizierende Polymere.

Nachfolgend seien einige bevorzugte Emulsionspolymerisate aufgeführt. Zunächst sind hier Pfropfpolymerisate mit einem Kern und mindestens einer äußeren Schale zu nennen, die folgenden Aufbau haben:

Typ	Monomere für den Kern	Monomere für die Hülle
I	Buta-1,3-dien, Isopren, n-Butylacrylat, Ethylhexylacrylat oder deren Mischungen	Styrol, Acrylnitril, Methylmethacrylat
II	wie I aber unter Mitverwendung von Vernetzern	wie I
III	wie I oder II	n-Butylacrylat, Ethylacrylat, Methylacrylat, Buta-1,3-dien, Isopren, Ethylhexylacrylat
IV	wie I oder II	wie I oder III aber unter Mitverwendung von Monomeren mit reaktiven Gruppen wie hierin beschrieben
V	Styrol, Acrylnitril, Methylmethacrylat oder deren Mischungen	erste Hülle aus Monomeren wie unter I und II für den Kern beschrieben zweite Hülle wie unter I oder IV für die Hülle beschrieben

Diese Pfropfpolymerisate, insbesondere ABS- und/oder ASA-Polymere in Mengen bis zu 40 Gew.-%, werden vorzugsweise zur Schlagzähmodifizierung von PBT, gegebenenfalls in Mischung mit bis zu 40 Gew.-% Polyethylenterephthalat eingesetzt. Entsprechende Blend-Produkte sind unter dem Warenzeichen Ultradur^®S (ehemals Ultrablend^®S der BASF AG) erhältlich.
Anstelle von Pfropfpolymerisaten mit einem mehrschaligen Aufbau können auch homogene, d.h. einschalige Elastomere aus Buta-1,3-dien, Isopren und n-Butylacrylat oder deren Copolymeren eingesetzt werden. Auch diese Produkte können durch Mitverwendung von vernetzenden Monomeren oder Monomeren mit reaktiven Gruppen hergestellt werden.
Beispiele für bevorzugte Emulsionspolymerisate sind n-Butylacrylat/(Meth)acrylsäure-Copolymere, n-Butylacrylat/Glycidylacrylat- oder n-Butylacrylat/Glycidylmethacrylat-Copolymere, Pfropfpolymerisate mit einem inneren Kern aus n-Butylacrylat oder auf Butadienbasis und einer äußeren Hülle aus den vorstehend genannten Copolymeren und Copolymere von Ethylen mit Comonomeren, die reaktive Gruppen liefern.
Die beschriebenen Elastomere können auch nach anderen üblichen Verfahren, z.B. durch Suspensionspolymerisation, hergestellt werden.
Siliconkautschuke, wie in der DE-A 37 25 576 , der EP-A 235 690 , der DE-A 38 00 603 und der EP-A 319 290 beschrieben, sind ebenfalls bevorzugt.
Selbstverständlich können auch Mischungen der vorstehend aufgeführten Kautschuktypen eingesetzt werden.
Als faser- oder teilchenförmige Füllstoffe D) seien Kohlenstofffasern, Glasfasern, Glaskugeln, amorphe Kieselsäure, Asbest, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Magnesiumcarbonat, Kaolin, Kreide, gepulverter Quarz, Glimmer, Bariumsulfat und Feldspat genannt, die in Mengen bis zu 50 Gew.-%, insbesondere bis zu 40 % eingesetzt werden.
Als bevorzugte faserförmige Füllstoffe seien Kohlenstofffasern, Aramid-Fasern und Kaliumtitanat-Fasern genannt, wobei Glasfasern als E-Glas besonders bevorzugt sind. Diese können als Rovings oder Schnittglas in den handelsüblichen Formen eingesetzt werden.
Die faserförmigen Füllstoffe können zur besseren Verträglichkeit mit den Thermoplasten mit einer Silanverbindung oberflächlich vorbehandelt sein.
Geeignete Silanverbindungen sind solche der allgemeinen Formel (X-(CH₂)_n)_k-Si-(O-C_mH_2m+1)_4-k in der die Substituenten folgende Bedeutung haben:
X NH₂-,
HO-,
n eine ganze Zahl von 2 bis 10, bevorzugt 3 bis 4
m eine ganze Zahl von 1 bis 5, bevorzugt 1 bis 2
k eine ganze Zahl von 1 bis 3, bevorzugt 1
Bevorzugte Silanverbindungen sind Aminopropyltrimethoxysilan, Aminobutyltrimethoxysilan, Aminopropyltriethoxysilan, Aminobutyltriethoxysilan sowie die entsprechenden Silane, welche als Substituent X eine Glycidylgruppe enthalten.
Die Silanverbindungen werden im Allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 und insbesondere 0,8 bis 1 Gew.-% (bezogen auf D) zur Oberflächenbeschichtung eingesetzt.
Geeignet sind auch nadelförmige mineralische Füllstoffe.
Unter nadelförmigen mineralischen Füllstoffen wird im Sinne der Erfindung ein mineralischer Füllstoff mit stark ausgeprägtem nadelförmigen Charakter verstanden. Als Beispiel sei nadelförmiger Wollastonit genannt. Vorzugsweise weist das Mineral ein L/D-(Länge Durchmesser)-Verhältnis von 8:1 bis 35:1, bevorzugt von 8:1 bis 11:1 auf. Der mineralische Füllstoff kann gegebenenfalls mit den vorstehend genannten Silanverbindungen vorbehandelt sein; die Vorbehandlung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Als weitere Füllstoffe seien Kaolin, calciniertes Kaolin, Wollastonit, Talkum und Kreide genannt.
Als Komponente D) können die erfindungsgemäßen thermoplastischen Formmassen übliche Verarbeitungshilfsmittel wie Stabilisatoren, Oxidationsverzögerer, Mittel gegen Wärmezersetzung und Zersetzung durch ultraviolettes Licht, Gleit- und Entformungsmittel, Färbemittel wie Farbstoffe und Pigmente, Keimbildungsmittel, Weichmacher usw. enthalten.
Als Beispiele für Oxidationsverzögerer und Wärmestabilisatoren sind sterisch gehinderte Phenole und/oder Phosphite, Hydrochinone, aromatische sekundäre Amine wie Diphenylamine, verschiedene substituierte Vertreter dieser Gruppen und deren Mischungen in Konzentrationen bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der thermoplastischen Formmassen genannt.
Als UV-Stabilisatoren, die im Allgemeinen in Mengen bis zu 2 Gew.-%, bezogen auf die Formmasse, verwendet werden, seien verschiedene substituierte Resorcine, Salicylate, Benzotriazole und Benzophenone genannt.
Es können anorganische Pigmente, wie Titandioxid, Ultramarinblau, Eisenoxid und Ruß, weiterhin organische Pigmente, wie Phthalocyanine, Chinacridone, Perylene sowie Farbstoffe, wie Nigrosin und Anthrachinone als Farbmittel zugesetzt werden.
Als Keimbildungsmittel können Natriumphenylphosphinat, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid sowie bevorzugt Talkum eingesetzt werden.
Weitere Gleit- und Entformungsmittel werden üblicherweise in Mengen bis zu 1 Gew.-% eingesetzt. Es sind bevorzugt langkettige Fettsäuren (z.B. Stearinsäure oder Behensäure), deren Salze (z.B. Ca- oder Zn-Stearat) oder Montanwachse (Mischungen aus geradkettigen, gesättigten Carbonsäuren mit Kettenlängen von 28 bis 32 C-Atomen) sowie Ca- oder Na-Montanat sowie niedermolekulare Polyethylen- bzw. Polypropylenwachse.
Als Beispiele für Weichmacher seien Phthalsäuredioctylester, Phthalsäuredibenzylester, Phthalsäurebutylbenzylester, Kohlenwasserstofföle, N-(n-Butyl)benzolsulfonamid genannt.
Die erfindungsgemäßen Formmassen können noch 0 bis 2 Gew.-% fluorhaltige Ethylenpolymerisate enthalten. Hierbei handelt es sich um Polymerisate des Ethylens mit einem Fluorgehalt von 55 bis 76 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 76 Gew.-%.
Beispiele hierfür sind Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylenhexafluor-propylen-Copolymere oder Tetrafluorethylen-Copolymerisate mit kleineren Anteilen (in der Regel bis zu 50 Gew.-%) copolymerisierbarer ethylenisch ungesättigter Monomerer. Diese werden z.B. von Schildknecht in "Vinyl and Related Polymers", Wiley-Verlag, 1952, Seite 484 bis 494 und von Wall in "Fluorpolymers" (Wiley Interscience, 1972) beschrieben.
Diese fluorhaltigen Ethylenpolymerisate liegen homogen verteilt in den Formmassen vor und weisen bevorzugt eine Teilchengröße d₅₀ (Zahlenmittelwert) im Bereich von 0,05 bis 10 μm, insbesondere von 0,1 bis 5 μm auf. Diese geringen Teilchengrößen lassen sich besonders bevorzugt durch Verwendung von wässrigen Dispersionen von fluorhaltigen Ethylenpolymerisaten und deren Einarbeitung in eine Polyesterschmelze erzielen.
Die erfindungsgemäßen thermoplastischen Formmassen können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, in dem man die Ausgangskomponenten in üblichen Mischvorrichtungen wie Schneckenextrudern, Brabender-Mühlen oder Banbury-Mühlen mischt und anschließend extrudiert. Nach der Extrusion kann das Extrudat abgekühlt und zerkleinert werden. Es können auch einzelne Komponenten vorgemischt werden und dann die restlichen Ausgangsstoffe einzeln und/oder ebenfalls gemischt hinzugegeben werden. Die Mischtemperaturen liegen in der Regel bei 230 bis 290°C.
Nach einer weiteren bevorzugten Arbeitsweise können die Komponenten B) und C) sowie gegebenenfalls D) mit einem Präpolymeren gemischt, konfektioniert und granuliert werden. Das erhaltene Granulat wird in fester Phase anschließend unter Inertgas kontinuierlich oder diskontinuierlich bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Komponente A) bis zur gewünschten Viskosität kondensiert.
Die erfindungsgemäß verwendbaren Polyesterformmassen enthaltend eine Flammschutzmittelkombination aus einem Phosphinat-Salz und einer Melaminverbindung zeichnen sich durch hervorragendes Flammschutzverhalten und gute elektrische Eigenschaften aus. Diese können ohne Zusatz weiterer Additive mittels Laserstrahlung markiert werden.
Im Gegensatz zu den erfindungsgemäß beschriebenen Systemen führt die Verwendung von Flammschutzmittelkombinationen bestehend aus Metallsalzen einer Dialkylphosphinsäure und Melaminderivaten zu Formmassen, die sich bei Belichtung mit energiereicher Strahlung (z.B. Laserlicht) nur unzureichend oder gar nicht markieren lassen.
An der belichteten Stelle tritt im Vergleich zur nicht belichteten Matrix eine Farbänderung auf. Dieser Farbunterschied kann als lokal unterschiedliche Leuchtdichte oder als lokal unterschiedlicher Farbwert (z.B. im CIE Lab-System oder im RGB System) erfasst werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Prozess hergestellten Formkörper zeichnen sich durch eine gute Flammwidrigkeit und eine hervorragende Laserbeschriftbarkeit aus. Diese eignen sich zur Herstellung von Formkörpern jeglicher Art.
Die erfindungsgemäß aus den thermoplastischen Formmassen herzustellenden Formteile oder Halbzeuge können beispielsweise in der Kraftfahrzeug-, Elektro-, Elektronik-, Telekommunikations-, Informations-technologie-, Unterhaltungs-, Computerindustrie, in Fahrzeugen und anderen Fortbewegungsmitteln, in Schiffen, Raumschiffen, im Haushalt, in Büroausstattungen, Sport, in der Medizin sowie allgemein in Gegenständen und Gebäudeteilen die einen erhöhten Brandschutz erfordern angewandt werden.
Nachfolgend sind einige Beispiele genannt: Steckverbinder, Stecker, Steckerteile, Kabelbaumkomponenten, Schaltungsträger, Schaltungs-trägerkomponenten, dreidimensional spritzgegossene Schaltungsträger, elektrische Verbindungselemente und mechatronische Komponenten.
Beispiele
Es wurden folgende Komponenten verwendet:
Komponente A: Polybutylenterephthalat mit einer Viskositätszahl VZ von 130 ml/g, bestimmt in einer 0.5 gew.-%igen Lösung in Phenol/o-Dichlorbenzol (1:1) bei 25° C gemäß DIN 53728/ISO (Es wurde Ultradur^® B4520 der BASF SE verwendet), enthaltend 0,6% Pentaerythrittetrastearat (Komponente D/4) bezogen auf 100 Gew.-% Komponente A.
Komponente B/1: Aluminiumhypophosphit.
Komponente B/V: Aluminium-Salz der Diethylphosphinsäure (es wurde Exolit^® OP1230 der Clariant GmbH verwendet) zum Vergleich.
Komponente C: Melamincyanurat einer mittleren Teilchengröße von ~2.6 µm (es wurde Melapur^® MC 25 der BASF SE verwendet).
Komponente D/1: Standard Schnittglasfaser für Polyester einer mittleren Dicke von 10 µm
Komponente D/2: Titandioxid (es wurde Titandioxid Kronos 2220 verwendet)
Komponente D/3: Zinksulfid (es wurde Sachtolith^® HD verwendet)
Herstellung der Formmassen und Formkörper
Zum Nachweis des erfindungemäß beschriebenen Prozesses zur Herstellung lasermarkierbarer, halogenfrei flammgeschützter Polyesterformkörpern wurden durch Compoundierung entsprechende Kunststoff-Formmassen angefertigt. Die einzelnen Komponenten wurden hierzu in einem Zweiwellenextruder ZSK 26 bei einem Durchsatz von 20 kg/h und ca. 240–270°C bei flachem Temperaturprafil gemischt, als Strang ausgetragen, bis zur Granulierfähigkeit abgekühlt und granuliert. Die Prüfkörper für die in Tabelle 1 aufgeführten Untersuchungen wurden auf einer Spritzgießmaschine des Typs Arburg 420° C bei einer Massetemperatur von ca. 260° C und einer Werkzeugtemperatur von ca. 80°C verspritzt.
Laserbeschriftung

Zur Laserbeschriftung von Plättchen (60 × 60 × 2 mm) wurde ein DP50 der Firma FOBA Technology + Services GmbH (Lüdenscheid, Deutschland) eingesetzt und die Beschriftungsparameter wie folgt variiert:
Es wurden Stromstärken (von 22 bis 32 Ampere) und Pulsfrequenzen (von 1 bis 15 kHz) variiert und hierbei horizontale Vorschubgeschwindigkeit und vertikaler Zeilenversatz so gewählt, dass Beschriftungsraster bestehend aus Quadraten der Größe 2 mm × 2 mm realisiert wurden. Zur Bestimmung der Helligkeits- und Dunkelheitswerte (entlang der weiss-schwarz-L*-Achse) wurde ein Luminance Meter LS-110 der Firma Konica Minolta (Bremen, Deutschland) eingesetzt. Das Luminanzmeter wurde mit einer Kalibrierkachel geeicht, um jeweils quantitative Daten von 1 für „schwarz“ bis 500 für „weiss“ zu erhalten. Anschließend wurden die Luminanzwerte aller lasermarkierten Quadrate aus dem Beschriftungsraster unter identischen Beleuchtungsbedingungen einzeln gegen den Luminanzwert des Hintergrundes vermessen und daraus die Kontrastverhältnisse gemäß DIN 66236 ermittelt Für eine Beschriftung dunkel auf hellem Untergrund gilt hierbei: Kontrastwert = (Luminanzwert Untergrund – Luminanzwert Beschriftung)/Luminanzwert Untergrund × 100.

Lasertyp	DP50 der Firma FOBA, Nd:YAG, 1064 nm (oder 532 nm), diodengepumpt
Laserleistung (CW)	typisch 50 W
Laserleistung (QS)	typisch 10 kW/Pulse (10 kHz)
Leistungsstabilität	± 2 % (CW), ±5 % (QS, 1 kHz–15 kHz)
Betriebsarten	kontinuierlicher Betrieb (CW), gepulster Betrieb (QS)
Modenblende	8-fach Wechselmodenblende
Luminanzmessgerät	Luminance Meter LS-110 der Firma Konica-Minolta
Typ	SLR-Spot-Leuchtdichte-Messgerät für die Messung von Lichtquellen und Oberflächenhelligkeiten
Mess/Betrachtungswinkel	1/3°/9°
Optisches System	85mm f/2.8 Objektiv, SLR-Betrachtungssystem, Streulicht-Faktor <1.5%
Messbereich	Luminanzwerte von 0.01 cd/m2 bis 999.9 cd/m2

Der CTi Wert wurde gemäß IEC 60112 bestimmt.
Die Flammschutzklasse wurde gemäß UL94 an 1,6 mm Prüfkörpern bestimmt.

Die Zusammensetzungen der Formmassen und die Ergebnisse der Messungen sind der Tabelle 1 zu entnehmen Tabelle 1

Komponente/Testmethode [Gew.-%]	V1	E1	E2	E3
A	52.5	55.0	53.5	53.5
B/1		12.6	12.6	12.6
B/V	15.0
C	7.50	7.40	7.40	7.40
D/1	25.0	25.0	25.0	25.0
D/2			1.5
D/3				1.5
Luminanzwert der lasermarkierten Zeichen [cd/m²]	230	155	164	185
Luminanzwert Untergrund [cd/m²]	370	400	387	412
Kontrastwert nach DIN 66236	37	62	58	55
CTI [V]	525	600	-	-
UL94-V Prüfung [1.6 mm]	V-0	V-0	V-0	V-0

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1916278 A [0005]
EP 1086175 A [0006]
EP 1828312 A [0006]
EP 0697433 A [0006]
WO 99/57187 [0008]
EP 1923460 A [0008]
WO 2005/121232 [0008]
DE 4401055 A [0034]
US 3651014 A [0047]
DE 3334782 A [0055]
DE 2842005 A [0056]
DE 3506472 A [0056]
EP 711810 A [0058]
EP 365916 A [0059]
EP 584567 A [0076]
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EP 208187 A [0111]
EP 50265 A [0113]
US 4148846 [0115]
DE 3725576 A [0122]
EP 235690 A [0122]
DE 3800603 A [0122]
EP 319290 A [0122]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. 14/1 (Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 1961). Seiten 392 bis 406 [0091]
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Schildknecht in “Vinyl and Related Polymers“, Wiley-Verlag, 1952, Seite 484 bis 494 [0141]
Wall in “Fluorpolymers“ (Wiley Interscience, 1972) [0141]
DIN 53728/ISO [0151]
DIN 66236 [0153]
IEC 60112 [0154]
DIN 66236 [0156]

Claims

Verwendung von thermoplastischen Formmassen, enthaltend A) 30 bis 98 Gew.-% mindestens eines thermoplastischen Polyesters, B) 1 bis 25 Gew.-% eines Metallsalzes einer Phosphinsäure, C) 1 bis 20 Gew.-% eines stickstoffhaltigen Flammschutzmittels, D) 0 bis 50 Gew.-% weiterer Zusatzstoffe, wobei die Summe der Gewichtsprozente der Komponenten A) bis D) 100% ergibt, zur Herstellung von lasermarkierbaren Formkörpern.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei die thermoplastischen Formmassen 1 bis 40 Gew.-% eines faser- oder teilchenförmigen Füllstoffes D) enthalten.
Verwendung nach den Ansprüchen 1 oder 2, in denen die Komponente B) aus Verbindungen der allgemeinen Formel aufgebaut ist,
wobei die Variablen folgende Bedeutung haben R Wasserstoff, einen aromatischen Rest mit 6 bis 10 C-Atomen, einen Alkylrest mit 1 bis 10 C-Atomen oder
mit R’ Wasserstoff oder ein aromatischer Rest mit 6 bis 10 C-Atomen n, x eine ganze Zahl von 1 bis 3 M Mg, Ca, Al, Zn, Fe, B.
Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 3, in denen R Wasserstoff oder einen Methyl-, Ethyl-, Propyl-, iso-Butyl- oder iso-Octylrest und M = Al bedeutet.
Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 4, in denen die Komponente B) Al-Hypophosphit ist.
Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei Komponente C) aus einer Melaminverbindung aufgebaut ist.
Lasermarkierbare Formkörper erhältlich gemäß der Verwendung der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Herstellung von lasermarkierbaren Formmassen, dadurch gekennzeichnet, dass man Formmassen gemäß Anpruch 1 energiereicher Strahlung aussetzt.
Lasermarkierbare Formkörper nach Anspruch 7 oder erhältlich gemäß Anspruch 8, wobei diese Formkörper Stecker, Steckerteile, Steckerverbinder, Kabelbaumkomponenten, Schaltungsträgerkomponenten, dreidimensional spritzgegossene Schaltungsträger, elektrische Verbindungselemente oder mechatronische Komponenten sind.