DE2800923A1 - Flammfeste aromatische polycarbonate mit guten mechanischen eigenschaften und guter schmelzstabilitaet - Google Patents
Flammfeste aromatische polycarbonate mit guten mechanischen eigenschaften und guter schmelzstabilitaetInfo
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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.
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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| 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 | |||||||||
^'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.
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
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.
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)
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,
Mo-1694
«09829/0781
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.
Mo-1694
$09829/0781
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| US75960677A | 1977-01-14 | 1977-01-14 |
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