阻燃聚碳酸酯樹脂組合物的製作方法

2023-05-08 13:11:26 2

專利名稱：阻燃聚碳酸酯樹脂組合物的製作方法
技術領域：
本申請涉及阻燃聚碳酸酯樹脂組合物。因其強度和透明性，聚碳酸酯樹脂具有特別多的顯著工業用途。不幸的是，聚碳酸酯樹脂本身可燃，並且會滴下熱熔體物質，造成附近的材料也著火。因此，為在很多應用中安全地使用聚碳酸酯，必須包括阻止材料的可燃性能和/或降低滴淌的添加劑。挑戰是，在不損害所需的強度和透明性、不引入新問題(如與滷化添加劑相關的潛在環境問題)和不使價格上升過高的情況下，確定完成此目的的添加劑。
背景技術：
已公開了用於生產阻燃和/或耐滴淌聚碳酸酯的各種不同材料。這些材料的例子是描述於US Patents 3,971,756、4,028,297、4,110,299、4,130,530、4,303,575、4,335,038、4,552,911、4,916,194、5,218,027和5,508,323中的材料。儘管存在這些各種類型的公開文獻，然而，仍然留有改進阻燃聚碳酸酯樹脂配方的空間。
商品化的廣泛用於阻燃聚碳酸酯樹脂組合物的添加劑是有機鹽類，特別是磺酸鹽。這些鹽的具體例子是全氟鏈烷磺酸鹽，如全氟丁烷磺酸鉀(「KPFBS」，又稱為「Rimar鹽」)，和二苯基碸磺酸鉀(「KSS」)，當它們與聚碳酸酯樹脂摻混時得到無混濁(haze)組合物。在聚碳酸酯樹脂中使用全氟鏈烷磺酸鹽描述於US Patents 3,775,367中。然而，僅使用這些材料可獲得的益處是有限的，實際上通常要包括另外的添加劑。在保持透明度下用於增強這些類型的組合物阻燃性質的常規方式是加入可溶有機滷添加劑。例如，工業等級的LEXAN聚碳酸酯樹脂(如940A，920A)含KSS(0.3phr)和四溴雙酚A/雙酚A共聚物(0.5phr，淨0.13phr溴含量)的混合物。若沒有溴，920A和940A等級在預定這些等級滿足的UL 94 V0 125mil可燃性試驗中存在不一致/不可靠的性能。然而，溴化的添加劑不適合要求滿足「ECO-便利」標準的組合物，因為這些標準限制包括溴或氯。

發明內容
現已發現，通過將包括全氟鏈烷磺酸鹽如全氟丁烷磺酸鉀，和環矽氧烷如八苯基環四矽氧烷的阻燃組分加入聚碳酸酯中，可賦予聚碳酸酯樹脂組合物改進的阻燃性能。該阻燃組分按合適的量加入以形成聚碳酸酯組合物，其中全氟鏈烷磺酸鹽的存在量相對於整個組合物為0.02至0.1phr，環矽氧烷的存在量相對於整個組合物為至少0.02。
發明詳述本發明涉及包括聚碳酸酯樹脂的阻燃組合物。本發明組合物的聚碳酸酯組分可為任何等級的並可由任何方法製備。因此，例如該聚碳酸酯可通過界面方法或通過催化酯基轉移方法製備。該聚碳酸酯可為支化或線性結構，並可包括官能取代基。聚碳酸酯共聚物也包括在本發明之內。通過這些方法製備聚碳酸酯的技術是公知的例如從USPatents 3,030,331、3,169,121、4,130,548、4,286,083、4,552,704、5,210,268和5,606,007。
當聚碳酸酯樹脂製備後，可將其與阻燃組分摻混。根據本發明，這種阻燃組分包括全氟鏈烷磺酸鹽和環矽氧烷。
如上所述，可用於本發明的全氟磺酸鹽描述於US Patents3,775,367中。最常用的這些材料是全氟丁烷磺酸鉀，可從多種途徑市購。該全氟鏈烷磺酸鹽以足夠賦予阻燃性質的量包含在組合物中。通常，其用量為0.02至0.1phr，按組合物總重量計。用量超過0.1phr會導致混合的產品混濁(haze)、而不會導致改進的阻燃性能。
環矽氧烷以在全氟鏈烷磺酸鹽存在下足夠提供改進的阻燃性能的量包括於組合物中。通常其用量為0.02至0.3phr，按組合物總重量計。可用於本發明的合適環矽氧烷包括具有如下通式的那些 其中R獨立地選自C1至C36烷基、氟化或全氟C1至C36烷基、C1至C36烷氧基、C6至C14芳基、6至14個碳原子的芳氧基、7至36個碳原子的芳烷氧基和6至14個碳原子的芳基取代的C1至C36烷基。環矽氧烷的具體例子包括但不限於八苯基環四矽氧烷、六甲基環三矽氧烷、八甲基環四矽氧烷、十甲基環五矽氧烷、十二甲基環六矽氧烷、三甲基三苯基環三矽氧烷和四甲基四苯基環四矽氧烷。
將全氟鏈烷磺酸鹽和環矽氧烷與熔融聚碳酸酯，例如在螺杆型擠出機中摻混，並擠出並模製為所需形狀的部件。可將它們混合，例如作為包括全氟鏈烷磺酸鹽和環矽氧烷的阻燃添加劑組合物，或以任何順序連續加入聚碳酸酯中。本發明的阻燃組合物合適地包括比例約0.07至5(重量)的全氟鏈烷磺酸鹽和環矽氧烷。
為測試阻燃性能，由含各種量的全氟丁烷磺酸鉀和環矽氧烷的擠出聚碳酸酯模製成棒。發現這些組合物顯示明顯改進的阻燃性能，如下面所列實施例中反映的。儘管作用機理不清楚，但這一結果可能是由於各阻燃組分的協同相互作用帶來的，因為對於KSS與環矽氧烷的組合未觀察到類似的改進。此外，儘管這裡報導的小規模試驗未確實證明這一點，但大規模試驗證明使用本發明的阻燃組合物導致聚碳酸酯降低混濁。
本發明組合物可包括本領域已知的包括於聚碳酸酯組合物中的常規添加劑。這些添加劑包括但不限於穩定劑、脫模劑、光穩定劑、熱穩定劑、顏料和染料。
具體實施例方式
本發明將通過下面的非限制性實施例進一步描述。
實施例1通過如下方法製備用於按照UL94程序進行燃燒性能測試的聚碳酸酯樣品將兩種不同分子量等級的線性LEXAN聚碳酸酯樹脂摻混以使其達到目標熔體流動15至16，按照ASTM D1238在300℃、1.2kg下測量。某些組合物還包括0.35phr季戊四醇四硬脂酸酯(PETS)脫模劑。將該粉末共混物樣品在溫度範圍230至290℃下擠出並切割為珠粒。將這些珠粒樣品在溫度295℃下注塑為具有尺寸5英寸×1/2英寸、厚度125mil的測試部件。
將這些部件用標準Underwriters Laboratory UL94測試方法(2天處理法)測試，不同的是測試20個棒，而不是通常的5個棒。通過如下方法分析數據首先計算平均起火時間(avFOTsec)、起火時間的標準偏差(sdFOTsec)和總滴數，並用統計方法將此數據轉化為特定樣品配方達到在5個棒試驗的常規UL 94測試中的V0「通過」分級的第一次通過預期概率，或「p(FTP)」。對於UL測試中的最大阻燃性能，優選p(FTP)儘可能接近1。
將珠粒樣品還模塑為具有尺寸2英寸×英寸×125mil的測試部件。將這些部件用於採用ASTM D1003測試法的濁度測量。
這些實驗的結果概述於表1A-D中。如該表所示，同時包括全氟丁烷磺酸鉀和環矽氧烷(八苯基環四矽氧烷)的本發明配方的第一次通過概率「p(FTP)」比僅用全氟丁烷磺酸鉀觀察到的至少高數倍。僅用環矽氧烷進行的實驗顯示很小的阻燃性能改進(如存在任何改進的話)。使用KSS和環矽氧烷的相應實驗未顯示增強的阻燃性能。
用相同的配方，但不包括KPFDS製備對比組合物。這些對比組合物中的矽氧烷量為0.05、0.1、0.2、1.0和2.0phr。所有對比樣品未通過UL94 V0測試。
表1A
表1B 表1C
表1D 實施例2按照與實施例1相同的方式製備樣品，不同的是使用的聚碳酸酯樹脂為70重量份含0.42mol％1，1，1-三(羥苯基)乙烷的支化聚碳酸酯樹脂和30重量份線性聚碳酸酯樹脂的共混物，以使其達到目標熔體流動2至3，按照ASTM D1238在300℃、1.2kg下測量。還包括UV穩定劑(UV5411，2-(2-羥基-5-叔辛基苯基)苯並三唑)。將樣品在240至305℃下擠出並在320-332℃注塑為具有厚度60mil、75mil和125mil的測試部件。這些配方和結果概述於表2A和B中。在60mil和125mil下進行對比性試驗。60mil試驗僅顯示邊緣性能，並且對於所有含KPFBS的樣品無此趨勢，並且對所有無KPFBS的樣品滴淌失敗。125mil測試對於具有0.07KPFBS的樣品具有p(FTP)0.9867。其它含KPFBS的樣品由於在75mil時通過因此未測試。無KPFBS的所有樣品具有滴淌失敗。


權利要求
1.一種阻燃添加劑組合物，包括全氟鏈烷磺酸鹽和環矽氧烷，其中全氟鏈烷磺酸鹽和環矽氧烷以重量比例0.07至5存在。
2.根據權利要求1的添加劑組合物，其中環矽氧烷為八苯基環四矽氧烷。
3.根據權利要求2的添加劑組合物，其中全氟鏈烷磺酸鹽為全氟丁烷磺酸鉀。
4.根據權利要求1的添加劑組合物，其中全氟鏈烷磺酸鹽為全氟丁烷磺酸鉀。
全文摘要
通過將包括全氟鏈烷磺酸鹽如全氟丁烷磺酸鉀，和環矽氧烷如八苯基環四矽氧烷的阻燃組分加入聚碳酸酯中，可賦予聚碳酸酯樹脂組合物改進的阻燃性能。該阻燃組分按合適的量加入以形成聚碳酸酯組合物，其中全氟鏈烷磺酸鹽的存在量相對於整個組合物為0.02至0.1phr，環矽氧烷的存在量相對於整個組合物為至少0.02phr。
文檔編號C08K5/42GK1955214SQ200610160330
公開日2007年5月2日 申請日期2001年2月20日 優先權日2000年4月28日
發明者N·R·羅森圭斯特, R·K·辛格赫, J·H·文格羅維尤斯 申請人:通用電氣公司