高性能エンジニアリングプラスチックス及びエンジニアリングプラスチックス中で使用するための添加剤
本発明は、エンジニアリングプラスチックスが、難燃性添加剤及び加工助剤としてマイクロシリカを含有することを特徴とする、高い難燃性と良好な配合物加工性を有するエンジニアリングプラスチックスに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改善された難燃性を有する高性能エンジニアリングプラスチックス及びエンジニアリングプラスチックス用の添加剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジニアリングプラスチックスは、熱安定性、耐衝撃性及び引張強さのごときその特殊な性質のため、高性能を要求される種々の用途で広く使用されている。しかしながら、エンジニアリングプラスチックスは加工の困難性、高い水吸収性及び高い燃焼性のごとき欠点も有している。
【０００３】
エンジニアリングプラスチックスは機械的、化学的及び熱的性質を有し、寸法安定性を保持しそして高い衝撃、熱又は水分の条件下に適する熱可塑性プラスチックスである。エンジニアリングプラスチックスとしてはアセタール、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニルスルフィド、ポリスルホン、変性ポリフェニレンオキシド、ポリイミド、ポリアミド(PA)、ポリブチレンテレフタレート
(PBT)、 アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、液晶ポリマー(LCP)、エチレン 酢酸ビニル 共重合体(EVA)及びエンジニアリングプラスチックス用の他のプラスチックスが挙げられる。
【０００４】
エンジニアリングプラスチックスの難燃性を改善するために、ハロゲン−又はリン含有有機化合物又は赤リンが使用されている。しかしながら、これらの添加剤は幾つかの重大な欠点を有している。即ち、火災の場合、人及び環境の両者に有害であり得る有毒でかつ腐食性のガスが放出される。更に、エンジニアリングプラスチックスの機械的性質及び加工性が低下する。また、エンジニアリングプラスチックスの難燃性を改善するために、アルミニウム三水和物、水酸化マグネシウム及びガラス繊維のごとき無毒性の添加剤が使用されているが、これらは無毒性であるけれども、エンジニアリングプラスチックスの機械的性質及び加工性に有害であり得る。
【０００５】
機械的性質を保持するために、タルク又はウオラストナイトのごとき充填剤又はガラス繊維又はカーボン繊維のごとき繊維のごとき添加剤がエンジニアリングプラスチックスを製造するための配合物に添加されているが、これらの材料を配合することにより、他の負の効果を生じる；かかる欠点の一つは配合物の粘度が高くなることにより、加工速度が減少することである。従って、配合物の特性と加工特性とこれらのエンジニアリングプラスチックス配合物から製造される最終製品の性能を最適化することは非常に困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明によれば、実質的に改善された難燃性を有し、一方、同時に、配合物の加工性とエンジニアリングプラスチックスの機械的性質を保持しているエンジニアリングプラスチックスが提供される。更に、本発明のエンジニアリングプラスチックスは火災の際に、有毒な又は腐食性のガスを生じることがない。本発明によれば、更に、エンジニアリングプラスチックスの難燃性を実質的に改善し、しかも、配合物の加工性とエンジニアリングプラスチックスの機械的性質に負の影響を与えることのない、エンジニアリングプラスチックス用の添加剤が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明によれば、エンジニアリングプラスチックスが、難燃性添加剤としてマイクロシリカを含有することを特徴とする、高い難燃性と良好な配合物加工性を有するエンジニアリングプラスチックスが提供される。
【０００８】
本発明の好ましい態様によれば、エンジニアリングプラスチックスは、難燃剤としてのマイクロシリカを５〜100重量％、より好ましくは、８〜50重量％含有している。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、エンジニアリングプラスチックスはマイクロシリカと慣用の難燃剤を組み合わせて含有している。本発明は、更に、エンジニアリングプラスチックスにおける難燃性添加剤としてのマイクロシリカの使用に関する。
【００１０】
本明細書で使用される用語マイクロシリカ(microsilica)は、シリカ(石英)を還元してSi0−ガスとし、還元生成物を気相で酸化して非晶質シリカを形成させる方法で得られる粒状非晶質Si0２を意味する。マイクロシリカは少なくとも70重量％のシリカ(Si0２)を含有し、2.1〜2.3 g/cm３の比重と15〜50 mg２/ｇの表面積を有する。一次粒子は実質的に球形であり、約0.15μmの平均粒度を有する。マイクロシリカは電気還元炉内での珪素又は珪素合金の製造の際の同時生成物として得られることが好ましい。マイクロシリカはバッグハウスフィルター又は他の捕集装置を使用する慣用の方法で回収され、粗大粒子の除去、表面変性等により更に加工し得る。
【００１１】
驚くべきことに、マイクロシリカを添加することにより、エンジニアリングプラスチックスの燃焼性が実質的に低下し、しかも、エンジニアリングプラスチックスの機械的性質に負の影響を与えることがなく、また、配合物の加工性を低下させることがないことが認められた。これに関連して、マイクロシリカとガラス繊維は両者、二酸化珪素物質であるにも拘らず、マイクロシリカはガラス繊維より良好な難燃性を与えることが特に認められた。更に、本発明のエンジニアリングプラスチックスは火災の際にも有毒な又は腐食性のガスを放出しないことが認められた。最後に、マイクロシリカとアルミニウム三水和物又は水酸化マグネシウムのごとき他の公知の難燃剤を併用することにより、エンジニアリングプラスチックスの難燃性について、効果の組合せが得られることが認められた。
【００１２】
本発明は、更に、エンジニアリングプラスチックスの難燃性を改善するための、エンジニアリングプラスチックスへの添加剤としてのマイクロシリカの使用に関する。
【実施例】
【００１３】
実施例１
BASF社から供給されるポリアミドポリマーPA6からポリアミドエンジニアリングプラスチックスを製造した。
【００１４】
種々の量のマイクロシリカをPA6ポリマーに添加して本発明に従った試料をA及びBを作成した。種々の量のマイクロシリカとガラス繊維を添加することにより、本発明に従った２種の他の試料E及びFを作成した。極限酸素指数(LOI)をBS EN 4589-2:199に従って測定し、製造されたポリアミドプラスチックスの赤熱ワイヤー発火温度(glowing wire ignition temperature)(GWIT)をBS EN 6095-2-13:2001に従って測定した。更に、曲げ弾性率及び衝撃強さを測定した。比較のために、ガラス繊維だけを含有するポリアミドプラスチックスの2種の試料C及びDを製造し、上記と同様の方法で試験した。
【００１５】
試料の組成及び極限酸素指数、赤熱ワイヤー発火温度、曲げ弾性率及び衝撃強さは表１に示されている。
【００１６】
【００１７】
表１から、マイクロシリカとガラス繊維は、両者、二酸化珪素に基づくものであるにも拘らず、マイクロシリカを添加することにより、ガラス繊維を添加した場合より驚くべきほど高い難燃性が得られることが認められ得る。マイクロシリカとガラス繊維の含有量を変化させることにより機械的性質を更に最適化させ得る。更に、ガラス繊維とマイクロシリカを高い含有量で含有する試料E及びFは困難性を伴わずに加工し得るので、加工性も改善されることが表１から認められる。
【００１８】
実施例２
Atofina社から供給されるポリアミドポリマーPA11からポリアミドエンジニアリングプラスチックスを製造した。
【００１９】
種々の量のマイクロシリカとガラス繊維を重合体に添加して本発明に従った試料１，２及び３を作成し、製造したポリアミドプラスチックスのLOI、GWIT、曲げ弾性率及び衝撃強さを測定した。LOIとGWITは実施例１で述べた標準規格に従って測定した。比較のために、マイクロシリカを添加しない2種の試料、試料４及び５を作成した。
【００２０】
試料の組成及び試験結果は表２に示されている。
【００２１】
【００２２】
表２からマイクロシリカとガラス繊維の両者を含有する試料１〜３については、ガラス繊維だけを含有している試料４及び５と比較して、難燃性の非常に大きな増加が認められる。重合体を25％しか含有していない試料３の配合物を加工することが可能であることも極めて驚くべきことである。このことはマイクロシリカの添加により配合物の加工性が改善されることを示している。
【００２３】
実施例３
Exxon社から供給されるエチレン 酢酸ビニル共重合体 EVA(酢酸ビニル18％)を使用してエンジニアリングプラスチックスの２種の試料を作成した。一つの試料、即ち、本発明に従った試料１は、10％のマイクロシリカと、充填剤としてのアルミニウム三水和物(ATH)を55％含有しており、一つの試料、即ち、比較の目的のための試料２は、60％のATHを含有しているがマイクロシリカは含有していなかった。比較のための試料、即ち、60％のATHを含有している試料２は難燃性が高いことが知られている。
【００２４】
実施例１で述べた標準規格に従って、試料をLOI、GWITについて試験した。更に、破断点伸び(EB)、引張強さ(TS)及び引張弾性率を測定した。結果は表３に示されている。
【００２５】
【００２６】
試料１及び２をUL94に従って、クラスV−０で評価した。
【００２７】
表３から、本発明に従った試料１及び試料２について、本発明に従った試料１がATHを低い含有量で含有する場合でも、非常に良好な難燃性を示すことが認められた。即ち、マイクロシリカを添加し、ATHを減少させた場合には、LIO及びGWITとして測定したとき、エチレン 酢酸ビニル共重合体の難燃性は低下しない。更に、表３から、機械的性質、特に、引張弾性率は、試料２より試料１がより良好であることが認められる。
【００２８】
表３に示す結果の他に、試料１及び試料２をISO 5660に従って試験した場合に発生する全熱量は、ATHだけを含有する試料２に比較して、マイクロシリカとATHを含有する試料１では減少することが認められた。更に、熱放出率のピークは、ATHだけを含有する試料２に比較して、本発明に従った試料１では大きく減少した。最後に、COの放出量は試料１では試料２より低く、このことは本発明に従った試料１では燃焼がより不完全であることを示している。
【００２９】
このことはマイクロシリカを慣用の難燃剤と一緒に使用した場合、追加的な難燃性が得られることを示している。即ち、マイクロシリカを慣用の難燃剤と一緒に使用した場合、相乗効果が得られる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は改善された難燃性を有する高性能エンジニアリングプラスチックス及びエンジニアリングプラスチックス用の添加剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジニアリングプラスチックスは、熱安定性、耐衝撃性及び引張強さのごときその特殊な性質のため、高性能を要求される種々の用途で広く使用されている。しかしながら、エンジニアリングプラスチックスは加工の困難性、高い水吸収性及び高い燃焼性のごとき欠点も有している。
【０００３】
エンジニアリングプラスチックスは機械的、化学的及び熱的性質を有し、寸法安定性を保持しそして高い衝撃、熱又は水分の条件下に適する熱可塑性プラスチックスである。エンジニアリングプラスチックスとしてはアセタール、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニルスルフィド、ポリスルホン、変性ポリフェニレンオキシド、ポリイミド、ポリアミド(PA)、ポリブチレンテレフタレート
(PBT)、 アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、液晶ポリマー(LCP)、エチレン 酢酸ビニル 共重合体(EVA)及びエンジニアリングプラスチックス用の他のプラスチックスが挙げられる。
【０００４】
エンジニアリングプラスチックスの難燃性を改善するために、ハロゲン−又はリン含有有機化合物又は赤リンが使用されている。しかしながら、これらの添加剤は幾つかの重大な欠点を有している。即ち、火災の場合、人及び環境の両者に有害であり得る有毒でかつ腐食性のガスが放出される。更に、エンジニアリングプラスチックスの機械的性質及び加工性が低下する。また、エンジニアリングプラスチックスの難燃性を改善するために、アルミニウム三水和物、水酸化マグネシウム及びガラス繊維のごとき無毒性の添加剤が使用されているが、これらは無毒性であるけれども、エンジニアリングプラスチックスの機械的性質及び加工性に有害であり得る。
【０００５】
機械的性質を保持するために、タルク又はウオラストナイトのごとき充填剤又はガラス繊維又はカーボン繊維のごとき繊維のごとき添加剤がエンジニアリングプラスチックスを製造するための配合物に添加されているが、これらの材料を配合することにより、他の負の効果を生じる；かかる欠点の一つは配合物の粘度が高くなることにより、加工速度が減少することである。従って、配合物の特性と加工特性とこれらのエンジニアリングプラスチックス配合物から製造される最終製品の性能を最適化することは非常に困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明によれば、実質的に改善された難燃性を有し、一方、同時に、配合物の加工性とエンジニアリングプラスチックスの機械的性質を保持しているエンジニアリングプラスチックスが提供される。更に、本発明のエンジニアリングプラスチックスは火災の際に、有毒な又は腐食性のガスを生じることがない。本発明によれば、更に、エンジニアリングプラスチックスの難燃性を実質的に改善し、しかも、配合物の加工性とエンジニアリングプラスチックスの機械的性質に負の影響を与えることのない、エンジニアリングプラスチックス用の添加剤が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明によれば、エンジニアリングプラスチックスが、難燃性添加剤としてマイクロシリカを含有することを特徴とする、高い難燃性と良好な配合物加工性を有するエンジニアリングプラスチックスが提供される。
【０００８】
本発明の好ましい態様によれば、エンジニアリングプラスチックスは、難燃剤としてのマイクロシリカを５〜100重量％、より好ましくは、８〜50重量％含有している。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、エンジニアリングプラスチックスはマイクロシリカと慣用の難燃剤を組み合わせて含有している。本発明は、更に、エンジニアリングプラスチックスにおける難燃性添加剤としてのマイクロシリカの使用に関する。
【００１０】
本明細書で使用される用語マイクロシリカ(microsilica)は、シリカ(石英)を還元してSi0−ガスとし、還元生成物を気相で酸化して非晶質シリカを形成させる方法で得られる粒状非晶質Si0２を意味する。マイクロシリカは少なくとも70重量％のシリカ(Si0２)を含有し、2.1〜2.3 g/cm３の比重と15〜50 mg２/ｇの表面積を有する。一次粒子は実質的に球形であり、約0.15μmの平均粒度を有する。マイクロシリカは電気還元炉内での珪素又は珪素合金の製造の際の同時生成物として得られることが好ましい。マイクロシリカはバッグハウスフィルター又は他の捕集装置を使用する慣用の方法で回収され、粗大粒子の除去、表面変性等により更に加工し得る。
【００１１】
驚くべきことに、マイクロシリカを添加することにより、エンジニアリングプラスチックスの燃焼性が実質的に低下し、しかも、エンジニアリングプラスチックスの機械的性質に負の影響を与えることがなく、また、配合物の加工性を低下させることがないことが認められた。これに関連して、マイクロシリカとガラス繊維は両者、二酸化珪素物質であるにも拘らず、マイクロシリカはガラス繊維より良好な難燃性を与えることが特に認められた。更に、本発明のエンジニアリングプラスチックスは火災の際にも有毒な又は腐食性のガスを放出しないことが認められた。最後に、マイクロシリカとアルミニウム三水和物又は水酸化マグネシウムのごとき他の公知の難燃剤を併用することにより、エンジニアリングプラスチックスの難燃性について、効果の組合せが得られることが認められた。
【００１２】
本発明は、更に、エンジニアリングプラスチックスの難燃性を改善するための、エンジニアリングプラスチックスへの添加剤としてのマイクロシリカの使用に関する。
【実施例】
【００１３】
実施例１
BASF社から供給されるポリアミドポリマーPA6からポリアミドエンジニアリングプラスチックスを製造した。
【００１４】
種々の量のマイクロシリカをPA6ポリマーに添加して本発明に従った試料をA及びBを作成した。種々の量のマイクロシリカとガラス繊維を添加することにより、本発明に従った２種の他の試料E及びFを作成した。極限酸素指数(LOI)をBS EN 4589-2:199に従って測定し、製造されたポリアミドプラスチックスの赤熱ワイヤー発火温度(glowing wire ignition temperature)(GWIT)をBS EN 6095-2-13:2001に従って測定した。更に、曲げ弾性率及び衝撃強さを測定した。比較のために、ガラス繊維だけを含有するポリアミドプラスチックスの2種の試料C及びDを製造し、上記と同様の方法で試験した。
【００１５】
試料の組成及び極限酸素指数、赤熱ワイヤー発火温度、曲げ弾性率及び衝撃強さは表１に示されている。
【００１６】
【００１７】
表１から、マイクロシリカとガラス繊維は、両者、二酸化珪素に基づくものであるにも拘らず、マイクロシリカを添加することにより、ガラス繊維を添加した場合より驚くべきほど高い難燃性が得られることが認められ得る。マイクロシリカとガラス繊維の含有量を変化させることにより機械的性質を更に最適化させ得る。更に、ガラス繊維とマイクロシリカを高い含有量で含有する試料E及びFは困難性を伴わずに加工し得るので、加工性も改善されることが表１から認められる。
【００１８】
実施例２
Atofina社から供給されるポリアミドポリマーPA11からポリアミドエンジニアリングプラスチックスを製造した。
【００１９】
種々の量のマイクロシリカとガラス繊維を重合体に添加して本発明に従った試料１，２及び３を作成し、製造したポリアミドプラスチックスのLOI、GWIT、曲げ弾性率及び衝撃強さを測定した。LOIとGWITは実施例１で述べた標準規格に従って測定した。比較のために、マイクロシリカを添加しない2種の試料、試料４及び５を作成した。
【００２０】
試料の組成及び試験結果は表２に示されている。
【００２１】
【００２２】
表２からマイクロシリカとガラス繊維の両者を含有する試料１〜３については、ガラス繊維だけを含有している試料４及び５と比較して、難燃性の非常に大きな増加が認められる。重合体を25％しか含有していない試料３の配合物を加工することが可能であることも極めて驚くべきことである。このことはマイクロシリカの添加により配合物の加工性が改善されることを示している。
【００２３】
実施例３
Exxon社から供給されるエチレン 酢酸ビニル共重合体 EVA(酢酸ビニル18％)を使用してエンジニアリングプラスチックスの２種の試料を作成した。一つの試料、即ち、本発明に従った試料１は、10％のマイクロシリカと、充填剤としてのアルミニウム三水和物(ATH)を55％含有しており、一つの試料、即ち、比較の目的のための試料２は、60％のATHを含有しているがマイクロシリカは含有していなかった。比較のための試料、即ち、60％のATHを含有している試料２は難燃性が高いことが知られている。
【００２４】
実施例１で述べた標準規格に従って、試料をLOI、GWITについて試験した。更に、破断点伸び(EB)、引張強さ(TS)及び引張弾性率を測定した。結果は表３に示されている。
【００２５】
【００２６】
試料１及び２をUL94に従って、クラスV−０で評価した。
【００２７】
表３から、本発明に従った試料１及び試料２について、本発明に従った試料１がATHを低い含有量で含有する場合でも、非常に良好な難燃性を示すことが認められた。即ち、マイクロシリカを添加し、ATHを減少させた場合には、LIO及びGWITとして測定したとき、エチレン 酢酸ビニル共重合体の難燃性は低下しない。更に、表３から、機械的性質、特に、引張弾性率は、試料２より試料１がより良好であることが認められる。
【００２８】
表３に示す結果の他に、試料１及び試料２をISO 5660に従って試験した場合に発生する全熱量は、ATHだけを含有する試料２に比較して、マイクロシリカとATHを含有する試料１では減少することが認められた。更に、熱放出率のピークは、ATHだけを含有する試料２に比較して、本発明に従った試料１では大きく減少した。最後に、COの放出量は試料１では試料２より低く、このことは本発明に従った試料１では燃焼がより不完全であることを示している。
【００２９】
このことはマイクロシリカを慣用の難燃剤と一緒に使用した場合、追加的な難燃性が得られることを示している。即ち、マイクロシリカを慣用の難燃剤と一緒に使用した場合、相乗効果が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジニアリングプラスチックスが、難燃性添加剤及び加工助剤としてマイクロシリカを含有することを特徴とする、高い難燃性と良好な配合物加工性を有するエンジニアリングプラスチックス。
【請求項２】
５〜60重量％のマイクロシリカを含有する、請求項１に記載のエンジニアリングプラスチックス。
【請求項３】
８〜50重量％のマイクロシリカを含有する、請求項２に記載のエンジニアリングプラスチックス。
【請求項４】
マイクロシリカと慣用の難燃性添加剤とを組み合わせて含有する、請求項１〜３に記載のエンジニアリングプラスチックス。
【請求項５】
エンジニアリングプラスチックスの難燃性と加工性を改善するためのマイクロシリカの使用。
【請求項１】
エンジニアリングプラスチックスが、難燃性添加剤及び加工助剤としてマイクロシリカを含有することを特徴とする、高い難燃性と良好な配合物加工性を有するエンジニアリングプラスチックス。
【請求項２】
５〜60重量％のマイクロシリカを含有する、請求項１に記載のエンジニアリングプラスチックス。
【請求項３】
８〜50重量％のマイクロシリカを含有する、請求項２に記載のエンジニアリングプラスチックス。
【請求項４】
マイクロシリカと慣用の難燃性添加剤とを組み合わせて含有する、請求項１〜３に記載のエンジニアリングプラスチックス。
【請求項５】
エンジニアリングプラスチックスの難燃性と加工性を改善するためのマイクロシリカの使用。
【公表番号】特表２００８−５１９０９０（Ｐ２００８−５１９０９０Ａ）
【公表日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３８８４５（Ｐ２００７−５３８８４５）
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＯ２００４／０００４０１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５２１３８
【国際公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（５９１２０３２９９）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２８日（２００４．１２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＯ２００４／０００４０１
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５２１３８
【国際公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（５９１２０３２９９）
【Ｆターム（参考）】
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