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DE2800923A1 - Flammfeste aromatische polycarbonate mit guten mechanischen eigenschaften und guter schmelzstabilitaet - Google Patents

Flammfeste aromatische polycarbonate mit guten mechanischen eigenschaften und guter schmelzstabilitaet

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DE2800923A1
DE2800923A1 DE19782800923 DE2800923A DE2800923A1 DE 2800923 A1 DE2800923 A1 DE 2800923A1 DE 19782800923 DE19782800923 DE 19782800923 DE 2800923 A DE2800923 A DE 2800923A DE 2800923 A1 DE2800923 A1 DE 2800923A1
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polycarbonate
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fibril
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DE19782800923
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DE2800923C2 (de
Inventor
Gerard Elwood Dr Reinert
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Mobay Corp
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

Flammfeste aromatische Polycarbonate mit guten mechanischen Eigenschaften und guter Schmelzstabilität
Aromatische Polycarbonate sind seit der Erteilung der US-PS 3 028 365 im April 1962 allgemein bekannt geworden und haben als thermoplastische Harze, die sich für die verschiedensten Anwendungen einschließlich Spritzgießen, Strangpressen und Folienherstellung eignen, Eingang gefunden. Die Chemie, Synthese, Eigenschaften und Anwendungen dieser Polycarbonate werden eingehend in "Chemistry and Physics of Polycarbonates" von Schnell, Intersciense 1964, und in "Polycarbonates" von Christopher und Fox,
10 Reinhold 1962, besprochen.
Polycarbonate haben zwar von Natur aus eine gewisse Flammwidrigkeit, da sie selbsterlöschend sind, jedoch haben die immer strenger werdenden Anforderungen an die Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfestigkeit zahlreiche Versuche, diese Eigenschaft zu verbessern, zur Folge.
Zwei allgemeine Wege wurden beschritten.
; Bei einem dieser Verfahren werden wesentliche Mengen eines
Halogens, insbesondere Brom oder Chlor, den Polycarbonatmassen zugesetzt. Das Halogen kann an Polymerketten des j 20 Polycarbonats wie im Falle der US-PSen 3 751 400 und 3 334 154 oder an eine monomere Verbindung v/ie im Falle ; der US-PS 3 382 207 gebunden sein. Die Anwesenheit we- ' sentlicher Halogenmengen erwies sich jedoch als abträglich für die Eigenschaften des Polycarbonats, so daß zahlreiche Zusatzstoffe, z.B. die in der US-PS 3 647 747 genannten
Zusatzstoffe, vorgeschlagen wurden, um diese nachteiligen ι Nebenwirkuncren auszuschalten.
Bei einem anderen Verfahren werden verschiedene organische und anorganische Metallsalze zugesetzt, um den Polycarbonaten die gewünschte Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit zu verleihen. Die US-PS 3 775 367 beschreibt die Verwendung von etwa 0,01 bis 1 Gew.-%
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Perfluoralkansulfonsäuresalzen von Alkalimetallen und stellt fest, daß die Anwesenheit von Halogen entweder an der Polymerhauptkette oder im Zusatzstoff die flammwidrig und feuerwiderstandsfähig machende Wirkung dieser Salze steigert. Die US-PS 3 83 6 490 lehrt die Verwendung von 0,00005 bis 0,1 Gew.-% ausgewählter organischer Alkalisalze von Carbonsäuren in halogenfreien oder halogenhaltigen Polycarbonaten, wobei die Salze in der Polycarbonatschmelze löslich sind. Im Gegensatz hierzu schlägt die DT-AS 2 149 311 die Verwendung von etwa 0,05 bis 3,0 Gew.-% unlöslicher Alkalisalze, insbesondere Salzen von anorganischen Säuren, Phosphonsäuren und Sulfonsäuren vor. Die US-PS 3 53 5 300 lehrt die Verwendung geringer Mengen bestimmter Metallsalze (mit Ausnahme von Alkalisalzen) in Kombination mit etwa 0,01 bis 1 Gew.-% Halogen, das an die Polymerhauptkette oder an einen Zusatzstoff gebunden ist. Das Halogen soll mit dem Salz "synergistisch" wirken.
Bei beiden Methoden, d.h. beim Zusatz eines Halogens oder eines Salzes, müssen zwei Aspekte der Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit berücksichtigt werden. Beim Test UL Subject 94, der für die Prüfung von organischen Polymerisaten auf Flammwidrigkeit weitgehend Eingang gefunden hat, werden der Widerstand des Polymerisats gegen Zerstörung durch eine Flamme und die Neigung des Polymerisats, brennende Teilchen herabfallen zu lassen, wenn es einer Flamme ausgesetzt wird, gemessen. Es zeigt sich, daß die letztgenannte Eigenschaft, das Herabfallen brennender Teilchen, schwieriger zu bekämpfen ist. Die US-PS 3 876 580 schlägt die Verwendung von 2 bis 6 Gew.-% Glasfasern in Kombination mit entweder 1 bis 3 Gew.-% Halogen (Chlor oder Brom) oder 0,01 bis 1 Gew.-% Nickelsalzen oder Alkalisalzen vor, um beide Eigenschaften der Flammwidrigkeit zu erzielen. In der Patentschrift wird festgestellt, daß bei Zusatz sowohl des Salzes als auch des Halogens
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eine geringere Menge jedes Zusatzstoffs erforderlich ist, um die gewünschte Flammwidrigkeit zu erzielen. Schließlich schlägt die DT-OS 25 35 262 den Zusatz von fluorierten Polyolefinen, z.B. Polytetrafluoräthylen, zu Polycarbonaten, die organische Alkalisalze enthalten, zur Verhinderung des Herabfallens brennender Teilchen vor.
Alle vorstehend genannten Lösungen des Problems wurden ausprobiert, wobei festgestellt wurde, daß mit ihnen in gewissem Maße die folgenden drei Hauptziele der Flamm-Widrigkeit thermoplastischer Harze erreicht werden:
1) Erhöhung der Feuerwiderstandsfähigkeit der Polymerisate, gemessen sowohl an der Zusammensetzung als auch am Herabtropfen von brennenden Teilchen.
2) Weitgehende Ausschaltung der nachteiligen Wirkungen des feuerhemmenden Zusatzstoffs, d.h. des an die
Polymerhauptkette oder an die Zusatzstoffe oder an beide gebundenen Halogens, auf die übrigen Eigenschaften des Polymerisats, insbesondere die mechanischen Eigenschaften und die Beständigkeit bei hohen Temperaturen, z.B. die Beständigkeit gegen Abbau ■ während der Formgebung.
! 3) Verwendung des billigsten System, mit dem die beiden ; anderen Ziele erreicht werden.
! Diese drei Ziele können natürlich in gewisser Hinsicht in Widerspruch zueinander stehen, so daß nach einer gegen- ; seitigen Abstimmung gesucht werden muß. Beispielsweise '
ι i
! kann mit einer genügenden Menge einiger Zusatzstoffe ein beliebiger gewünschter Grad der Flammwidrigkeit und Feuer- ■ Widerstandsfähigkeit erreicht werden, jedoch eine unan-
i 30 nehmbare Verschlechterung anderer Eigenschaften des
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Polymerisats eintreten.
Die Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit von Polycarbonaten kann durch Erhöhung entweder der Menge oder der Wirksamkeit des flammwidrig machenden Systems gesteigert werden. Die erstgenannte Lösung ist weniger interessant, weil mit steigender Menge von chemisch eingebautem Halogen oder Zusatzstoff im allgemeinen die übrigen Eigenschaften der Polymerisate, insbesondere die mechanischen Eigenschaften, verschlechtert werden.
Die Wirksamkeit eines flammwidrig und feuerwiderstandsfähig machenden Systems kann durch Senkung der Schmelzflußgeschwindigkeit (und damit durch Erhöhung der relativen Viscosität und des Molekulargewichts) des Polycarbonats gesteigert werden. Harze mit niedriger Schmelzflußgeschwindigkeit haben bessere mechanische Eigenschaften und vermögen höhere Mengen der Zusatzstoffe zu tolerieren. Noch wichtiger ist jedoch die Tatsache, daß bei Harzen mit niedrigerer Schmelzflußgeschwxndxgkext von Natur aus brennende Teilchen in geringerem Maße herabfallen. Dies ist, wie vorstehend dargelegt, einer der beiden Aspekte der Flammwidrigkeit.
Leider ist die Verringerung des Schmelzflusses der Harze mit Nachteilen verbunden. Mit geringer werdendem Schmelz-■ fluß wird es schwieriger, die Polycarbonate insbesondere ! 25 durch Spritzgießen, das eine der wichtigsten Anwendungs- ! gebiete ist, zu fertigen Formteilen zu verarbeiten. Außer- \ dem ist es bei der Verarbeitung von Polycarbonaten mit ! niedrigerem Schmelzfluß im allgemeinen erforderlich, das
! Harz während einer längeren Zeit höheren Temperaturen aus-
ι *
zusetzen, wodurch die Möglichkeit, daß das Harz während der Verarbeitung einen gewissen Abbau erfährt, größer wird.
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Umgekehrt können die nachteiligen Wirkungen eines flammwidrig und feuerwiderstandsfähig machenden Systems abgeschwächt werden, indem seine Menge verringert oder ein System verwendet wird, das für das Polycarbonat verträglicher ist. Die Menge eines feuerhemmenden Zusatzstoffes kann verringert werden, indem ein v/irksameres System, beispielsweise Brom, an Stelle von Chlor verwendet wird (wie in der CA-PS 725 726 beschrieben). Je niedriger die Menge eines feuerheramenden Zusatzstoffs ist, um so verträglicher ist er für das Polycarbonat, obwohl sich gezeigt hat, daß gewisse feuerhemmende Zusatzstoffe, beispielsweise Kombinationen von Eisensalzen und Brom, besondere Probleme hinsichtlich der Stabilität bei hohen Temperaturen hervorrufen.
Natürlich wird das billigste feuerhemmende System, mit dem sowohl die gewünschte Feuerwiderstandsfähigkeit als auch die gewünschten mechanischen Eigenschaften erzielt werden, bevorzugt. Im allgemeinen sind die leichter erhältlichen
ι und leichter herzustellenden feuerhemmenden Zusatzstoffe
I 20 etwas billiger. Beispielsweise sind die in der US-PS
j 3 836 490 beschriebenen organischen Alkalicarboxylate
billiger und leichter erhältlich als die in der US-PS
'. 3 775 367 beschriebenen Alkalxperfluoralkansulfonate.
Durch die ständig schärfer werdenden Anforderungen ist es jedoch immer schwieriger geworden, die Voraussetzungen 1 und 2 beide zu erfüllen. Mit vielen bekannten flammwidrigmachenden Systemen ist es nicht möglich, die erforderliche Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit zu erzielen und dennoch gute mechanische Eigenschaften aufrechtzuerhalten. Beispielsweise sind höhere Grade von Flammwidrigkeit und Feuerhemmung, z.B. 94V-O in UL Subject 94, für dünnere Querschnitte und Profile von beispielsweise 1,6 mm erforderlich. Mit geringer werdender
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Dicke des Querschnitts wird es schwieriger, die erforderliche Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit zu erreichen.
Es wurde nun gefunden, daß Kombinationen von Polytetrafluoräthylen (PTFE) und Alkalisalzen von anorganischen Säuren synergistisch zusammenwirken und Polycarbonaten, denen sie zugesetzt werden, in hohem Maße Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit verleihen, selbst wenn diese Zusatzstoffe in geringen Mengen vorhanden sind.
Es wurde ferner gefunden, daß die Anwesenheit geringer Mengen eines Halogens, insbesondere Chlor oder Brom, die Wirksamkeit der Kombination von PTFE und Salz synergistisch steigert. Das Polytetrafluoräthylen sollte zu dem Typ gehören, der Fibrillen bildet, wenn es der Einwirkung von Scherkräften unterworfen wird, und in genügender Menge, um das Herabfallen brennender Teilchen vom Polycarbonat zu verringern, vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse, vorhanden sein. Das Alkalisalz sollte in genügender Menge, um das Verbrennen des Polycarbonats bei Einwirkung einer Flamme, d.h. seine Fähigkeit, die Verbrennung zu unterhalten, zu verringern, vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 0,01 bis 1 Gew.-%- bezogen auf das Gewicht der Masse, vorhanden sein. Bei der Ausführungsform, bei der Chlor oder Brom verwendet wird, sollte das Halogen an ein aromatisch gebundenes Kohlenstoffatom gebunden und in einer Menge vorhanden sein, die genügt, um die Flammwidrigkeit der aus dem Polycarbonat, dem Alkalisalz und dem PTFE bestehenden Masse zu steigern. Vorzugsweise ist das Halogen in einer Menge zwischen etwa 0,05 und 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse, vorhanden.
Das für die Zwecke der Erfindung geeignete Polytetra-Mo-1694
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fluoräthylen ist allgemein bekannt und im Handel erhältlich. Es muß die Eigenschaft aufweisen, daß es Fibrillen bildet, wenn es der Einwirkung von Scherkräften unterworfen wird. Geeignet sind beispielsweise die Polytetrafluoräthylene, die in den üS-PSen 3 005 795 und 3 671 487 und in der DT-AS 2 535 262 beschrieben werden. Eine besonders bevorzugte Form von PTFE ist im Handel unter der Bezeichnung Teflon Typ 6 (Herstellung Du Pont) erhältlich und wird von ASTM als Typ 3 bezeichnet.
Das Polytetrafluoräthylen kann zweckmäßig in Mengen bis etwa 2 Gew.-%,bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse, verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch etwa 0,01 bis 1 Gew.-% verwendet, wobei eine Menge zwischen etwa 0,05 und 0,2 Gew.-% besonders bevorzugt wird.
Zu den für die Zwecke der Erfindung geeigneten Salzen gehören die zwischen Alkalimetallen und anorganischen Säuren gebildeten Salze. Bevorzugt werden Lithium-Natrium- und Kaliumsalze, wobei die Kaliunsalze besonders bevorzugt v/erden und im allgemeinen am v/irksamsten sind. Als anorganische Säuren kommen beispielsweise alle Verbindungen in Frage, die kein Kohlenstoffatom enthalten und den üblichen Aciditätstests genügen. Zu den geeigneten Säuren gehören die Mineralsäuren und andere Lewis-Säuren, die keine Kohlenstoffatome enthalten. Bevorzugt werden Säuren, die Salze mit Alkalimetallen bilden, die pH-Werte von etwa 7 oder·weniger haben. \
Im allgemeinen sind Polycarbonate sowohl gegenüber sauren \ als auch alkalischen Bedingungen empfindlich, jedoch sind , sie im allgemeinen gegenüber sauren Bedingungen wider- ' standsfähiger. Vorzugsweise v/erden daher neutrale oder j saure Salze verwendet, wobei neutrale Salze besonders bevorzugt werden. Diese Empfindlichkeit kann durch die
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Hydrolysenbeständigkeit der Polycarbonate widergespiegelt werden. Zusatzstoffe,, die bei Einwirkung von Wasser alkalisches Verhalten aufweisen, pflegen Abbau des PoIycarbonats insbesondere unter heißen, feuchten Bedingungen zu bewirken.
Die Salze können in beliebiger wirksamer Menge bis etwa 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse, verwendet werden. Vorzugsweise werden nicht weniger als etwa 0,01 Gew.-% verwendet, wobei Mengen von nicht weniger als etwa 0,1 Gew.-% besonders bevorzugt werden. Ferner werden vorzugsweise nicht mehr als etwa 1 Gew.-%, insbesondere nicht mehr als etwa 0,5 Gew.-% verwendet. Salzmengen von mehr als 2 Gew.-I verringern nicht die Wirkung des Salzes auf die Flammwidrigkeit und Feuerhemmung, können jedoch eine stärkere Verschlechterung anderer Eigenschaften des Polycarbonats bewirken, als dies durch die erreichte Steigerung der Flammwidrigkeit und Feuerhemmung gerechtfertigt ist.
Natürlich sind alle speziellen Salze zu vermeiden, von denen bekannt ist, daß sie Eigenschaften aufweisen, auf Grund derer sie höchstwahrscheinlich für die Verwendung in Polycarbonaten ungeeignet sind. Beispielsweise sind Salze zu vermeiden, die sich bei den Verarbeitungstemperaturen des Polycarbonats, dem sie zugesetzt werden, zersetzen.
Die für die Zwecke der Erfindung geeigneten Salze sind in Polycarbonaten im wesentlichen unlöslich. Es wird angenommen, daß diese Salze eine sehr begrenzte Beweglichkeit in der Polycarbonatmatrix bei Raumtemperatur aufweisen
und daher in geringerem Maße Probleme wie Auslaugen hervorrufen. Diese Salze sollten ferner eine geringere Nei-
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gung aufweisen, sich an der Oberfläche zu konzentrieren oder bei der Formgebung einen überzug auf den Formteilen zu bilden.
Als Kalogenträger kommen beliebige monomere oder polymere Verbindungen in Frage, in denen Chlor- oder Bromatome direkt an aromatisch gebundene Kohlenstoffatome gebunden sind. Verbindungen, die höhere Chlor- oder Bromkonzentrationeh enthalten, werden bevorzugt, weil mit ihnen die gleiche Halogenmenge bei niedrigeren Konzentrationen des Zusatzstoffs eingeführt wird. Es wird angenommen, daß die Chlor- oder Bromatome der aktive Teil dieser Zusatzstoffe hinsichtlich der Flammwidrigkeit sind. Von den monomeren Verbindungen werden diejenigen, die Phenyl- oder Diphenylstrukturen enthalten, bevorzugt, wobei Verbindungen, die Ester- oder Carbonatbindungen enthalten, besonders bevorzugt werden. Von den polymeren Verbindungen werden Polyester oder Polycarbonate, die von chlor- oder bromsubstituierten aromatischen Monomeren abgeleitet sind, bevorzugt, wobei Polycarbonatcopolymerisate auf Basis von halogensubstituierten und halogenfreien aromatischen Dihydroxyverbindungen, z.B. 2,2-Bis- (3,5-dichlor-4-hydroxyphenyl)-propan und 2,2-Bis (4-hydroxyphenyl)-propan,' besonders bevorzugt werden. Zu den geeigneten Polymerisaten gehören die in der US-PS 3 855 277 beschriebenen Oligomeren und die hochmolekularen Polymerisate, die in den US-PSen 3 334 154 und 3 751 400 beschrieben werden. Natürlich kann das Halogen auch direkt an die Hauptkette des ; Polycarbonats, das die Hauptmenge der Masse ausmacht, ge- ; bunden sein. I
Das Chlor oder Brom kann in einer wirksamen Menge bis etwa ] 3 Gew.-% vorhanden sein. Bei dieser Ausführungsform werden vorzugsweise wenigstens etwa 0,05 Gew.-% Halogen und ferner vorzugsweise nicht mehr als etwa 1,0 Gew.-% Halogen ver- ,
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wendet. Es wird besonders bevorzugt, den Halogengehalt auf einen Wert zwischen etwa 0,1 und 0,5 Gew.-% zu begrenzen. Höhere Halogengehalte sind ungünstig, v/eil sie, wie in der US-PS 3 876 580 festgestellt, dazu neigen, Abbau des Harzes zu verursachen. Im Rahmen der Erfindung sind solche höheren Mengen durch die mit ihnen erreichte Steigerung der Flammwidrigkeit und Feuerhemmung nicht gerechtfertigt.
Die Polycarbonate, die gemäß der Erfindung verwendet werden, basieren auf aromatischen Dihydroxymonomeren und sind thermoplastische Harze. Zu ihnen gehören die in den vorstehend genannten US-Patentschriften genannten Polycarbonate. Als geeignete Polycarbonate kommen ferner verzweigte Polycarbonate, wie sie beispielsweise in den US-PSen 3 799 953 und 3 897 392 sowie in der US-Reissue-Patentschrift 27 682 beschrieben werden, in Frage. Bevorzugt werden Polycarbonate, die aus Di-(monohydroxyaryl)-alkanen und Derivaten von Kohlensäure, z.B. Phosgen oder Chloroform! a te stern, hergestellt werden können. Besonders bevorzugt werden Polycarbonate, die aus 4 ,4'-Dihydroxy-diarylmethanen hergestellt werden können. Am meisten bevorzugt werden Polycarbonate auf Basis von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl) -propan. Die Polycarbonate sollten ein solches Molekulargewicht haben, daß sie bei Raumtemperatur thermoplastische Feststoffe sind. Vorzugsweise haben die PoIycarbonate ein mittleres Molekulargewicht zwischen etwa 10.000 und 200.000 und vorzugsweise einen Schmelzfluß zwischen etwa 1 und 24 g/10 Minuten, gemessen gemäß ASTM D 1238, Condition O.
Die Polycarbonatmassen gemäß der Erfindung können ferner andere übliche Zusatzstoffe für Harze, z.B. Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren, thermische Stabilisatoren, Entformungsmittel und Füllstoffe, enthalten. Füllstoffe oder Verstärkerfüllstoffe wie Glasfasern, die gewisse
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mechanische Eigenschaften, z.B. die Schlagzähigkeit zu verschlechtern pflegen, sollten jedoch vermieden werden, es sei denn, daß ihre Zugabe eine gewünschte Verbesserung anderer mechanischer Eigenschaften, z.B. der Steifigkeit, bewirkt. Insbesondere ist der Zusatz von Glasfasern nicht notwendig, um gute Flammwidrigkeit und Feuerhemmung zu erreichen.
Die Polycarbonatmassen gemäß der Erfindung können nach allen bekannten Verfahren verformt werden. Beispielsweise können die verschiedenen Zusatzstoffe trocken mit dem Polycarbonatgranulat gemischt und die Gemische extrudiert werden. Es ist auch möglich, die Zusatzstoffe einem Entgaserextruder (devolatilizing extruder) zuzudosieren, wenn das Polymerisat aus der Lösung isoliert wird. Natürlich können Zusatzstoffe, die in den beim Carbonatprozeß verwendeten Lösungsmitteln löslich sind, einer Lösung des Polycarbonats und die Zusatzstoffe, die im Carbonat löslich sind, seiner Schmelze zugesetzt werden. Die einzigen Voraussetzungen sind, daß die Zusatzstoffe gut verteilt werden, und daß das zugemischte Polytetrafluoräthylen einer genügenden Scherwirkung ausgesetzt wird, um Fibrillen in der Polycarbonatmatrix zu bilden.
Das Polytetrafluoräthylen kann der Scherwirkung vor der Einarbeitung in das Polycarbonat ausgesetzt werden. Es wird angenommen, daß eine solche Vorfibrillierung die Flammwidrigkeit und den Feuerwiderstand steigert und diesem Zusatzstoff Wirksamkeit bei niedrigeren Konzentrationen verleiht. (Andererseits kann die notwendige Scherwirkung durch eine endgültige Formgebung beispielsweise durch
Spritzgießen ausgeübt werden.) j
Eine Festlegung auf eine Theorie und eine Begrenzung des Umfangs der Erfindung hierdurch ist nicht beabsichtigt, :
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jedoch wird angenommen, daß die Wirkung des Polytetrafluoräthylens im Rahmen der Erfindung darauf beruht, daß ein feines Fibrillennetzwerk in der Matrix, wie es in der US-PS 3 005 795 beschrieben wird, ausgebildet wird. Daher wird erfindungsgemäß jede Vorbehandlung oder jede Methode der Einarbeitung des Polytetrafluoräthylens bevorzugt, die die Bildung eines solchen Netzwerks begünstigt.
Beispiele
In den Tabellen 1 und 2 sind die Beispiele 1 bis 18 zusammengestellt. Beispiele, die mit einem (*) markiert sind, betreffen keine Polycarbonatmassen gemäß der Erfindung und sind lediglich zum Vergleich einbezogen worden.
In den Tabellen 1 und 2 sind dieErgebnisse von Entflamm-
barkeitstests gemäß den Normen der Laboratorien der Versicherungsgesellschaften (Underwriters' Laboratories), Ziffer 94 (UL 94) genannt. In Tabelle 2 sind ferner die Ergebnisse der Prüfungen gemäß IBM 6-0430-102 angegeben.
Beim UL 94-Test werden einzelne Proben, die eine Größe von 120 mm χ 12,7 mm und die genannte Dicke haben, senkrecht ; eingespannt und jeweils 10 Sekunden einer blauen Gasflamme j 20 von 20 mm Höhe ausgesetzt. Das obere Ende des Gasbrenners
! i
hat einen Abstand von etwa 10 mm vom unteren Ende der Pro- : be. Die Proben sind 30,5 cm über einer waagerechten Schicht von Verbandwatte angeordnet. Zur Einstufung des Materials werden 5 Proben geprüft.
Die folgenden Kriterien sind für die Einstufung entscheidend:
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-yr-
"94Y-2"
DurchschnittLiehe ETachbrenndauer - 25 Sekunden
Maximale annehmbare Naciibrsnndauer
nach jeder Eeflammung 3 0 Sekunden
Brennende Teilchen können vorn Material herabfallen.
«94V-T1
Die Nachbrennzeiten entsprechen denen von. "94Y-2", jedoch fallen keine brennen-10 den Teilchen vom Material herab.
"94V-Q"
Durchschnittliche Nachbrenndauer - 5 Sekunden Maximale annehmbare ITachbrenndauer 10 Sekunden Brennende Teilchen dürfen vom Material T5 nicht herabfallen.
Beim Test IBM 6-0430-102 werden Proben, die eine Größe von, 120 EE x. 10 mm und die genannte Dicke haben, senkrecht aufgehängt und einer 2Q mm hohen Flamme eines Bunsenbrenners (ohne Luftzufuhr) ausgesetzt. Der Abstand vom oberen Ende des Bunsenbrenners bis zur ünterkante der Probe beträgt 10 mm. Ermittelt wird die Zeit, während der eine Probe der Flamme in der vorstehend beschriebenen Weise ausgesetzt werden kann, ohne daß sie nach der Entfernung der Flamme länger als 30 Sekunden nachbrennt, und ohne daß brennende Teilchen von der Probe herabfallen und einen unter der Probe angeordneten Wattebausch entzünden. Ein Material wird als Material der Klasse A. eingestuft, wenn es nach einer Beflammungsdauer von 60 Sekunden innerhalb von 30 Sekunden erlischt, ohne daß brennende Tropfen herabfallen. In die Klasse B werden Materialien eingestuft, die nach einer Beflammungsdauer von 5 Sekunden oder mehr innerhalb von 30 Sekunden erlöschen, aber eine Beflammungs·
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dauer von 6O Sekunden nicht aushalten, ohne die vorstehenden Grenzen zu überschreiten, ifenn beispielsweise ein Material nach einer Beflammungsdauer bis 45 Sekunden innerhalb von 30 Sekunden erlischt, wird es als Klasse B/ angegebene Dicke/45 Sekunden eingestuft.
Bei den in den Beispielen beschriebenen Versuchen wird Granulat der beschriebenen Polycarbonate trocken mit den verschiedenen Mengen der flammwidrig machenden Zusatzstoffe durch sog. Walzen gemischt. Anschließend wird das Granulat bei etwa 26OC unter Verwendung eines Mischextxuders extrudiert, wobei ein Band gebildet wird, das dann, zu Granulat zerhackt wird. Dieses Granulat wird dann in einer Spritzgußmaschine bei etwa 3000C zu den erforderlichen Prüfkörpern geformt.
Die Schmel2flußwerte wurden gemäß ASTM D 1238, Condition O, bestimmt.
Die Grundpolycarbonatharze, in die die Zusatzstoffe eingearbeitet wurden, waren Kondensationsprodukte von Phosgen und 2,2-Bis-(4-hydroxypheny1} -propan.
Die Schmelzstabilität der Massen der Beispiele 1 bis 18 wurde bei 3OO C bestimmt. Beim angewandten Instron-
Stabilitätstest wird die Schmelzviskosität (Poise χ TO ) des Polymerisats nach 5, 35 und 65 Minuten Verweilzeit im Instron-Zylinder bei 3000C und einer Schergeschwindigkeit von 72 Sek. am Polymerisat gemessen. Die Größe der Veränderung der gemessenen Viskosität zwischen 5 und 65 Minuten bei diesem Test ist ein guter Anhaltspunkt für die Stabilität des untersuchten Polymerisats. Wenn eine starke Senkung der Viskosität zwischen 5 und 65 Minuten statt- findet, gilt das Polymerisat als instabil. Wenn jedoch der Unterschied in der Viskosität zwischen 5 und 65 Minuten gering ist, ist das Polymerisat stabil. Alle Massen erwiesen sich als stabil.
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Tabelle
Ergebnisse K3AlF6/ 0,1 des Brenntests UL 94 bei 3 - ,2 mm Dicke ÜL-94-
Einstufung
Beispiel Zusammensetzung in KPF6 0,1 Gew.-% _ 9 4V-2
Salz KPF6 0,1 PTFE Halogenquelle Copolymeres Schmelzfluß
g/10 Min.
9 4V-0
1 Na2S2°5 0,1 - 7,4 9 4V-0
2 Na2S3O5 0,1 T-6<3> Copolymeres 6,3 9 4V-0
3 0,25 K,AlFfi/
KAlF^
NaSbF6 0,1 T-6 2,5 - (D 5,8 9 4V-0
4 0,25 NaSbF6 0,1 T-6 Copolymeres 10,0 9 4V-0
5 0,25 Na2B4O7 0,1 T-6 2,5 - 11,0 9 4V-0
6 0,25 Na2B4O7 0,1 T-6 Copolymeres 8,4 9 4V-0
7 0,25 K-AlF../
LF4
0,1 T-6 2,5 - 7,9 9 4V-0
δ 0,25 K2SiF6 0,1 T-6 Copolymeres 8,7 94V-1
9 0,25 K4P2O7 0,1 T-6 2,5 DB-TCBPA*2* 9,1 9 4V-0
10 0,25 0,1 T-6 Copolymeres 7,1 9 4V-0
11 0,25 T-6 2,5 Copolymeres 6,9 9 4V-0
12 0,25 T-6 0,6 14,0 9 4V-0
13 0,25
ka:
T-6 2,5 (D 12,8
14 0,25 T-6 2,5 21,5
0,25
Fußnoten zu Tabelle I:
^'Tetrachlor-BPA/BPA-Copolymerisat (10 Gew.-% Chlor)
mit einer relativen Viskosität in Methylenchlorid
bei 25°C von 1,281, gemessen bei 0,5g Harz in 100 ml Lösungsmittel.
12)
Bis-2,4-dichlorbenzoat von Tetrachlor-BPA (40 Gew.-%
Chlor) mit der Struktur
'Teflon T-6 (Polytetrafluoräthylenpulver, ASTM Typ 3)
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Tabelle II Zusammensetzung, Gew.-% 0, verschiedenen 1 7 Dicken 0 18
Ergebnisse c les Brenntests bei KBF 0
der Probe PTFE 5* 1 o, 25 ,25
1f o, 1 ,1
r25 0;
_ O1
16
,25
,1
Chlorquelle - - 0,5 TCPR(2) 2,5 Copolymer(1
Schmelzflußwert,
g/10 Minuten 8,0 7,6 8,4 8,9
UL-94-Einstufung
Dicke der Probe 3,2 mm 94V-2 94V-1 94V-O 94V-O
2,3 mm 94V-2 94V-2 94V-O 94V-O
1,6 mm 94V-2 94V-2 94V-O 94V-2
B/30 B/20 B/15
20 (1) hat die gleiche Bedeutung wie in Tabelle I
(2) Tetrachlorphtalsäureanhydrid (52 Gew.-% Chlor)
Von besonderem Interesse in Tabelle I sind die Beispiele 12 bis 14. Wie vorstehend erwähnt, hat der Schmelzfluß der Polycarbonate einen großen Einfluß auf ihre Flamiawidrigkeit und Feuerwiderstandsfestigkeit, wobei Harze mit höherem Schmelzfluß im allgemeinen wesentlich schlechtere Eigenschaften aufweisen. Dennoch erreichen diese drei
Massen mit ziemlich hohen Schnelzflußwerten beim UL-94-Test eine Einstufung von 94V-O bei 3,2 mm Probendicke.
IBM-Test, Klasse/Sekunden ,2 mm B/20 B/20 B/35
Dicke der Probe 3 ,3 mm B/10 B/10 B/30
2 ,6 mm zer B/5 B/20
1 stört
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Bei allen Beispielen in Tabelle I mit Ausnahme des Vergieichsbeispiels 1 und des Beispiels 10 erreichen die Proben beim UL-94-Test eine Bewertung von 94V-0 bei 3,2 mm. Es ist zu bemerken, daß bei Anwesenheit einer Halogenverbindung in diesen Beispielen 0,25 Gew.-% Chlor durch diese Verbindung eingeführt werden. Im Falle der Beispiele 4, 6 und 8 wird die Feuerwiderstandsklasse 94V-O mit weniger als 0,5 Gew.-% Zusatzstoff erreicht.
Tabelle II zeigt den Einfluß einer geringen Halogenmenge (insbesondere Chlor) auf die Polycarbonatmassen gemäß der Erfindung. Durch Anwesenheit von 0,25 Gew.-% Chlor kann die Bewertung beim UL-94-Test bei 3,2 mm Probendicke von 94V-2 auf V-O erhöht und die Entzündungszeit beim IBM-Test mehr als verdreifacht werden. Die in Beispiel 16 bei 3,2 mm und in Beispiel 18 bei 1,6 mm erreichten Ergebnisse werden als anomal angesehen und spiegeln nicht die Wirksamkeit des Salzes bzw. des Halogenträgers wider.
Die Polycarbonatmassen gemäß der Erfindung stellen somit hinsichtlich der Erfüllung der normalerweise an flammwidrig und feuerbeständig machende Systeme gestellten Anforderungen einen technischen Fortschritt dar. Sie verleihen in hohem Maße Flammwidrigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit bei niedrigen Konzentrationen der Zusatzstoffe (in einigen Fällen weniger als 1 oder sogar 0,5 Gew.-%) bei Aufrechterhaltung guter thermischer Stabilität und guter mechanischer Eigenschaften bei Verwendung billiger Zusatzstoffe. Insbesondere ermöglichen die Mischungen gemäß der Erfindung die Herstellung von Polycarbonatmassen mit einer Feuerwiderstandsklasse von 94V-0 beim UL 94-Test
bei 3,2 mm oder bei der Ausführungsform, bei der geringe Mengen Chlor oder Brom verwendet werden, von 94V-0 bei 1,6 mm, während die Schmelzstabilität bei 300°C und gute mechanische Eigenschaften aufrecht erhalten werden.
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Claims (12)

Patentansprüche
1. Flainmwidrige und feuerwiderstandsfähige Preß- und Formmassen, enthaltend
a) ein thermoplastisches aromatisches Polycarbonat,
b) eine wirksame Menge eines Salzes einer anorganischen Säure mit einem Alkalimetall, und
c) eine wirksame Menge eines Fibrillen bildenden Polytetrafluoräthylens.
2. Preß- und Formmassen mit einer Bewertung beim UL-Test, Ziffer 94, von wenigstens 94V-0 bei 3,2 mm, enthaltend
a) ein thermoplastisches aromatisches Polycarbonat mit einem Schmelzflußwert zwischen etwa 1 und 24 g/10 Minuten,
b) ein Salz einer anorganischen Säure mit einem Alkalimetall , und
c) ein Fibrillen bildendes Polytetrafluoräthylen.
3. Flammwidrige und feuerwiderstandsfähige Preß- und Formmassen, enthaltend
a) ein thermoplastisches aromatisches Polycarbonat mit einem Schmelzflußwert zwischen 1 und 24 g/10 Minuten,
b) eine wirksame Menge eines Salzes eines Alkalimetalls mit einer anorganischen Säure,
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7 ? Π:'1 G O O
c) eine wirksame Menge eines Fibrillen bildenden Folytetrafluoräthylens, und
d) eine wirksame Menge von aromatisch gebundenen Chlor oder Brom.
4. Thermoplastische aromatische Polycarbonatraassen, enthaltend
a) etv/a 0,01 bis 1 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse) eines Alkalisalzes einer anorganischen
Säure,
b) etwa 0,01 bis 1 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse) eines Fibrillen bildenden Polytetra-
fluoräthylens, und
c) 0,05 bis 1,0 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der Gesamtmasse) aromatisch gebundenes Chlor oder Brom.
5. Polycarbonatmassen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Anforderungen der Feuerwiderstandsklasse 94V-O des ÜL-Tests Ziffer 94 bei 1,6 mm erfüllen und bei 300° C thermisch stabil sind.
6. Polycarbonatmassen nach Anspruch 4, enthaltend
a) etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% des Salzes eines Alkalimetalls mit einer anorganischen Säure,
b) etwa 0,05 bis 0,2 Gew.-% eines Fibrillen bildenden
Polytetrafluoräthylens, und
c) etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% aromatisch gebundenes Chlor oder Bron,
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OR/GINÄL INi-PECTCD
? q η "· oo
wobei die Mengen in Gew.-% auf die Gesamtmasse bezogen sind.
7. Polycarbonatmassen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% aromatisch gebundenes Chlor oder Brom enthalten.
8. Polycarbonatmassen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz des Alkalimetalls mit der anorganischen Säure einen pH Wert von etwa 7 oder weniger hat.
9. Polycarbonatmassen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz des Alkalimetalls mit der anorganischen Säure neutral ist.
10. Polycarbonatmassen nach Anspruch 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Salze von Alkalimetallen mit anorganischen Säuren Salze von K, Li oder Na enthalten.
11. Polycarbonatiriassen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Kaliumsalz enthalten.
12. Nicht verstärkte Preß- oder Formmassen, die die Anforderungen der Feuerwiderstandsklasse 94V-0 des ÜL-Tests Ziffer 94 bei 1,6 mm erfüllen, bei 300° C thermisch stabil sind und gute mechanische Eigenschaften aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus
a) einem aromatischen thermoplastischen Polycarbonat,
das einen Schmelzfluß zwischen etwa 1 und 24 g/10 Minuten aufweist und von 4,4'-Dihydroxydiarylmethanen abgeleitet ist,
b) etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% eines Li-, K- oder Na-Salzes einer anorganischen Säure,
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c) etwa 0,05 bis 0,2 Gew.-% eines Fibrillen bildenden Polytetrafluoräthylens, und
d) etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% aromatisch gebundenem Chlor oder Brom
bestehen, wobei die Mengen in Gew.-% auf die Gesamtmasse bezogen sind.
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$09829/0781
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