WO2019030252A1 - Flammhemmende polyamidzusammensetzungen mit hoher glühdrahtentzündungstemperatur und deren verwendung - Google Patents

Flammhemmende polyamidzusammensetzungen mit hoher glühdrahtentzündungstemperatur und deren verwendung Download PDF

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Harald Bauer
Sebastian HÖROLD
Martin Sicken
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Definitions

  • the present invention relates to flame-retardant polyamide compositions and moldings produced therefrom, which are characterized by a high
  • Flammable plastics generally have to be equipped with flame retardants in order to achieve the high flame retardance requirements demanded by plastics processors and in part by the legislation. Preference - also for ecological reasons - are non-halogenated
  • phosphinates the salts of phosphinic acids (phosphinates) have proven to be particularly effective for thermoplastic polymers (DE 2 252 258 A and DE 2 447 727 A).
  • dialkylphosphinates containing a small amount of selected telomers are suitable as flame retardants for polymers, the polymer only undergoing very little degradation upon incorporation of the flame retardant into the polymer matrix.
  • Flame retardants must often be added in high dosages in order to ensure a sufficient flame retardancy of the plastic according to international standards. Due to their chemical reactivity, which for the Flame retardancy at high temperatures is required
  • Flame retardants especially at higher dosages, affect the processing stability of plastics. It can lead to increased polymer degradation, crosslinking reactions, outgassing or discoloration.
  • Polyamide compositions that achieve all the required properties at the same time, here good electrical properties and effective flame retardancy.
  • Glow wire ignition temperatures GWIT, GWFI and CTI as well as an effective flame retardance (UL-94) characterized by the shortest possible afterburning times (time).
  • the invention relates to flame retardant polyamide compositions with a Glühdrahtentzündungstemperatur) of at least 775 ° C containing polyamide having a melting point of less than or equal to 290 ° C, preferably less than or equal to 280 ° C, most preferably less than or equal
  • Phosphinic acid salt of the formula (I) as component C Phosphinic acid salt of the formula (I) as component C.
  • Ri and R2 are ethyl
  • M is Al, Fe, TiOp or Zn
  • n 2 to 3, preferably 2 or 3
  • R 3 is ethyl
  • Met is Al, Fe, TiOq or Zn
  • n 2 to 3, preferably 2 or 3
  • the proportion of component A is usually 25 to 95 wt .-%, preferably 25 to 75 wt .-%. In the polyamide composition according to the invention, the proportion of
  • Component B usually 1 to 45 wt .-%, preferably 20 to 40 wt .-%.
  • the proportion of component C is usually 1 to 35% by weight, preferably 5 to 20% by weight.
  • the proportion of component D is usually 0.01 to 3 wt .-%, preferably 0.05 to
  • the proportion of component E is usually 0.001 to 1 wt .-%, preferably 0.01 to
  • the proportion of component F is usually 1 to 25 wt .-%, preferably 2 to 10 wt .-%.
  • the percentages for the proportions of components A to F are based on the total amount of the polyamide composition.
  • the proportion of component B is from 1 to 45% by weight
  • the proportion of component E is 0.001 to 1% by weight
  • the proportion of component F is 1 to 25% by weight
  • the proportion of component A is from 25 to 75% by weight
  • the proportion of component B is from 20 to 40% by weight
  • Preferred salts of component C are those in which M m + Zn 2+ , Fe 3 or in particular Al 3+ .
  • Preferred salts of component D are zinc, iron or in particular aluminum salts.
  • Preferably used salts of component E are those in which Met n + Zn 2+ , Fe 3+ or in particular Al 3+ .
  • the above-described flame-retardant polyamide compositions contain, as further component G, an inorganic phosphonate.
  • component G inorganic phosphonates or salts of phosphorous acid
  • the inorganic phosphonate (component G) preferably corresponds to the general formula (IV) or (V)
  • Kat is a p-valent cation, in particular a cation of an alkali metal, alkaline earth metal, an ammonium cation and / or a cation of Fe, Zn or in particular of Al including the cations Al ( OH) or Al (OH) 2, and p is 1, 2, 3 or 4.
  • the inorganic phosphonate (component G) is preferably aluminum phosphite [Al (H2PO3) 3], secondary aluminum phosphite [Al 2 (HPO 3) 3], basic aluminum phosphite [Al (OH) (H 2 PO 3) 2 * 2aq],
  • the inorganic phosphonate (component G) is preferably also aluminum phosphites of the formulas (VI), (VII) and / or (VIII)
  • Aluminum phosphite tetrahydrate [Al 2 (HPO 3) 3 * 4aq] to give aluminum phosphonate to Al7 (HPO 3) 9 (OH) 6 (1,6-hexanediamine) i, 5 * 12H 2 O, by ⁇ 2 ( ⁇ 3 ) 3 * ⁇ 2 ⁇ 3 * ⁇ 2 ⁇ with x 2.27 - 1 and / or AUHePieOis.
  • Preferred inorganic phosphonates (component G) are water-insoluble or sparingly soluble salts. Particularly preferred inorganic phosphonates are aluminum, calcium and zinc salts.
  • component G is a
  • Reaction product of phosphorous acid and an aluminum compound Reaction product of phosphorous acid and an aluminum compound.
  • Particularly preferred components G are aluminum phosphites with the
  • Preferred aluminum sources are aluminum isopropoxide, aluminum nitrate, aluminum chloride, aluminum hydroxide (eg pseudoboehmite).
  • Preferred sources of phosphorus are phosphorous acid, (acidic)
  • Preferred alkali metal phosphites are disodium phosphite, disodium phosphite hydrate, trisodium phosphite, potassium hydrogen phosphite
  • Preferred Dinatriumphosphithydrat is Brüggolen ® H10 of the company. Brüggemann.
  • Preferred templates are 1, 6-hexanediamine, guanidine carbonate or ammonia.
  • Preferred alkaline earth metal phosphite is calcium phosphite.
  • the preferred ratio of aluminum to phosphorus to solvent is 1: 1: 3.7 to 1: 2.2: 100 mol.
  • the ratio of aluminum to template is 1: 0 to 1: 17 mol.
  • the preferred pH of the reaction solution is 3 to 9.
  • Preferred solvent is water.
  • the same salt of phosphinic acid as the phosphorous acid is used in the application, so z.
  • phosphinic acid aluminum diethylphosphinate together with aluminum phosphite or Zinkdiethylphosphinat together with zinc phosphite.
  • the above-described flame retardant polyamide compositions contain a component G as a component
  • Me is Fe, TiOr, Zn or in particular Al,
  • o is 2 to 3, preferably 2 or 3
  • Preferred compounds of formula (III) are those in which Me 0+ Zn Fe 3+ or in particular Al 3+ .
  • Preferred compounds of formula (III) are those in which Me 0+ Zn Fe 3+ or in particular Al 3+ .
  • Component G is preferably in an amount of 0.005 to 10 wt .-%, in particular in an amount of 0.02 to 5 wt .-%, based on the
  • the flame retardant polyamide compositions according to the invention have a glow wire ignition temperature (GWIT) according to IEC 60695-2-13 of at least 775 ° C., preferably of at least 800 ° C. Preference is given to flame-retardant according to the invention
  • Polyamide compositions achieve a rating of V0 according to UL-94, in particular measured on moldings of 3.2 mm to 0.4 mm thickness.
  • Polyamide compositions have a Glow Wire Flammability Index according to IEC-60695-2-12 of at least 960 ° C, in particular measured
  • the polyamide compositions of the invention contain as component A one or more polyamides having a melting point of less than or equal to 290 ° C.
  • the melting point is determined by means of differential scanning caloimetry (DSC) at a heating rate of 10 K / second.
  • the polyamides of component A are generally homo- or copolyamides derived from (cyclo) aliphatic dicarboxylic acids or their polyamide-forming derivatives, such as their salts, and from (cyclo) aliphatic diamines or from (cyclo) aliphatic aminocarboxylic acids or their
  • polyamides used as component A according to the invention are thermoplastic polyamides. Under thermoplastic polyamides are based on Hans
  • polyamides according to the invention used as component A can be prepared by various methods and synthesized from very different building blocks and in a specific application alone or in combination with processing aids, stabilizers or polymers
  • Alloy partners preferably elastomers, to materials equipped with specially selected property combinations. are also suitable
  • Monomerbausteine various chain regulators for setting a desired molecular weight or monomers with reactive groups for later intended post-treatments can be used.
  • polyamides to be used as component A are partially crystalline aliphatic polyamides which can be prepared starting from aliphatic diamines and aliphatic dicarboxylic acids and / or cycloaliphatic lactams with at least 5 ring members or corresponding amino acids.
  • Suitable starting materials are aliphatic dicarboxylic acids, preferably adipic acid,
  • 2,2,4- and 2,4,4-trimethyladipic acid azelaic acid and / or sebacic acid
  • aliphatic diamines preferably tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, 1, 9-nonanediamine, 2,2,4- and 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, the isomeric diaminodicyclohexylmethane, diaminodicyclohexylpropane,
  • Copolyamides of several of the monomers mentioned are included. Particularly preferred are caprolactams, most preferably ⁇ -caprolactam is used.
  • the aliphatic homo- or copolyamides used according to the invention are preferably polyamide 12, polyamide 4, polyamide 4.6, polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.9, polyamide 6.10, polyamide 6.12, polyamide 6.66, polyamide 7.7, polyamide 8.8, polyamide 9.9, Polyamide 10.9, polyamide 10.10, polyamide 1 1 or polyamide 12.
  • polyamide 12 polyamide 4
  • polyamide 4.6 polyamide 6
  • polyamide 6.6 polyamide 6.9
  • polyamide 6.10 polyamide 6.12
  • polyamide 6.66 polyamide 7.7, polyamide 8.8, polyamide 9.9
  • PA6 PA6.6
  • other aliphatic homo- or copolyamide-based compounds in which a
  • Polyamide group in the polymer chain 3 to 1 1 come methylene groups.
  • Flame-retardant polyamide compositions in which one or more polyamides is selected as component A from the group consisting of PA 6, PA 6.6, PA 4.6, PA 12, PA 6.10 are preferably used.
  • Particular preference is given to flame-retardant polyamide compositions in which polyamide 6.6 or polymer blends of polyamide 6.6 and polyamide 6 are used as component A.
  • fillers and / or preferably reinforcing materials are used, preferably glass fibers. It is also possible to use mixtures of two or more different fillers and / or reinforcing materials.
  • Preferred fillers are mineral particulate fillers based on talc, mica, silicate, quartz, titanium dioxide, wollastonite, kaolin, amorphous silicas, nanoscale minerals, particularly preferably montmorillonites or nano-boehmites, magnesium carbonate, chalk, feldspar, glass beads and / or barium sulfate. Particular preference is given to mineral particulate fillers based on talc, wollastonite and / or kaolin.
  • needle-shaped mineral fillers are also particularly preferably used. Under needle-shaped mineral fillers is understood according to the invention a mineral filler with pronounced needle-like character. Preferred are needle-shaped wollastonites.
  • the mineral has a length to diameter ratio of 2: 1 to 35: 1, more preferably from 3: 1 to 19: 1, particularly preferably from 4: 1 to 12: 1.
  • the average particle size of the acicular mineral fillers used according to the invention as component B is preferably less than 20 ⁇ m, more preferably less than 15 ⁇ m, particularly preferably less than 10 ⁇ m, determined using a CILAS granulometer.
  • the components B preferably used according to the invention are reinforcing materials. This may, for example, to
  • Reinforcement based on carbon fibers and / or glass fibers act.
  • the filler and / or reinforcing material may in a preferred
  • Be surface-modified embodiment preferably with a
  • Adhesive or a primer system particularly preferably on
  • Silane In particular when glass fibers are used, in addition to silanes, polymer dispersions, film formers, branching agents and / or
  • Fiber processing aids are used.
  • the glass fibers preferably used according to the invention as component B may be short glass fibers and / or long glass fibers. As short or long glass fibers, cut fibers can be used. Short glass fibers can also be used in the form of ground glass fibers.
  • glass fibers can also be used in the form of continuous fibers, for example in the form of rovings, monofilaments,
  • Filament yarns or twines or glass fibers can be used in the form of textile fabrics, for example as glass fabrics, as
  • Glass braid or as a glass mat Glass braid or as a glass mat.
  • Polyamide matrix range from 0.05 to 10 mm, preferably from 0.1 to 5 mm. After incorporation into the polyamide matrix, the length of the glass fibers has decreased. Typical fiber lengths for short glass fibers after the
  • Incorporation into the polyamide matrix ranges from 0.01 to 2 mm, preferably from 0.02 to 1 mm.
  • the diameters of the individual fibers can vary within wide ranges. Typical diameters of the individual fibers range from 5 to 20 ⁇ m.
  • the glass fibers can have any cross-sectional shapes, for example round, elliptical, n-cornered or irregular cross-sections. Glass fibers with mono- or multilobal cross-sections can be used. Glass fibers can be used as continuous fibers or as cut or ground glass fibers.
  • the glass fibers themselves can be selected, for example, from the group of E-glass fibers, A-glass fibers, C-glass fibers, D-glass fibers, M-glass fibers, S-glass fibers,
  • the glass fibers are preferably provided with a size which preferably contains polyurethane as film former and aminosilane as adhesion promoter.
  • E glass fibers have the following chemical composition: S1O2 50-56%; AI2O3 12-16%; CaO 16-25%; MgO ⁇ 6%; B2O3 6-13%; F ⁇ 0.7%; Na 2 O 0.3-2%; K2O 0.2-0.5%; Fe 2 Os 0.3%.
  • R glass fibers have the following chemical composition: S1O2 50-56%; AI2O3 12-16%; CaO 16-25%; MgO ⁇ 6%; B2O3 6-13%; F ⁇ 0.7%; Na 2 O 0.3-2%; K2O 0.2-0.5%; Fe 2 Os 0.3%.
  • R glass fibers have the following chemical
  • ECR glass fibers have the following chemical composition: S1O2 57.5-58.5%; AI2O3 17.5-19.0%; CaO 11, 5-13.0%; MgO 9.5-1 1, 5.
  • salts of diethylphosphinic acid with proportions of the phosphinic and phosphonic acid salts used according to the invention as components D and E are known flame retardants.
  • the preparation of this combination of substances is z. B. in US 7,420,007 B2 described.
  • Component C may contain small amounts of salts of component D and salts of component E, for example up to 10 wt .-% of
  • Component D preferably 0.01 to 6% by weight, and in particular 0.2 to 2.5% by weight thereof, and up to 10% by weight of component E, preferably 0.01 to 6% by weight, and in particular from 0.2 to 2.5% by weight thereof, based on the amount of components C, D and E.
  • Ethylphosphonic acid are as additives to diethylphosphinates in
  • Flame retardants for polymeric molding compositions also known, for example from WO 2016/065971 A1.
  • DE 102005016195 A1 discloses a stabilized flame retardant containing 99 to 1% by weight.
  • Phosphinic acid and / or a phosphinic acid salt can be combined.
  • Preferred flame retardant polyamide compositions according to the invention contain, as component F, a melamine polyphosphate whose average degree of condensation is from 20 to 200, in particular from 40 to 150.
  • the average is
  • Polyamide compositions contain as component F a Melaminpolyphosphat having a decomposition temperature greater than or equal to 320 ° C, in particular greater than or equal to 360 ° C and most preferably greater than or equal to 400 ° C.
  • component F preference is given to using melamine polyphosphates which are known from WO 2006/027340 A1 (corresponding to EP 1 789 475 B1) and WO 2000/002869 A1 (corresponding to EP 1 095 030 B1).
  • melamine polyphosphates whose mean condensation ridge (number average) is> 20 whose decomposition temperature is greater than 320 ° C., the molar ratio of 1,3,5-triazine compound to phosphorus being less than 1, 1, in particular 0.8 to 1, Is 0 and the pH of a 10% slurry in water at 25 ° C is 5 or higher, preferably 5.1 to 6.9.
  • components C, D, E and F are in particulate form, the average particle size (dso) being 1 to 100 ⁇ m.
  • the flame retardant polyamide composition of the present invention may optionally contain as component G an inorganic phosphonate, preferably an aluminum salt of phosphonic acid. These compounds are known as additives to diethyl phosphates in flame retardants for polymeric molding compositions.
  • the polyamide compositions according to the invention may contain as component H further additives.
  • Preferred components H for the purposes of the present invention are antioxidants, UV stabilizers, gamma ray stabilizers, hydrolysis stabilizers, co-stabilizers for antioxidants, antistatic agents, emulsifiers, nucleating agents, plasticizers, processing stabilizers. additives, impact modifiers, dyes, pigments and / or other flame retardants other than components C, D, E, F and G.
  • phosphates such as melamine poly (metal phosphates).
  • metal phosphates such as melamine poly (metal phosphates).
  • Preferred metals for this purpose are the elements of FIG. 2.
  • Main group the 3rd main group, the 2nd subgroup, the 4th subgroup and the subgroup Villa of the Periodic Table and cerium and / or lanthanum.
  • Melamine poly (metal phosphates) are preferably melamine poly (zinc phosphates), melamine poly (magnesium phosphates) and / or melamine poly (calcium phosphates).
  • melamine poly metal phosphates
  • melamine-intercalated aluminum, zinc or magnesium salts of condensed phosphates very particular preference is given to bis-melamine-zinc-diphosphate and / or bis-melamine-alumotriphosphate. Preference is also given to salts of the elements of the 2nd main group, the
  • Aluminum phosphates, zinc phosphate, titanium phosphate and / or iron phosphate are also preferred.
  • Calcium dihydrogen pyrophosphate, magnesium pyrophosphate zinc pyrophosphate and / or aluminum pyrophosphate are examples of magnesium pyrophosphate and / or aluminum pyrophosphate.
  • the further additives are known per se as additives to polyamide compositions and can be used alone or mixed or in the form of masterbatches.
  • the abovementioned components A, B, C, D, E, F and optionally G and / or H can be processed in a wide variety of combinations with the flameproofed polyamide composition according to the invention. So it is possible, already at the beginning or at the end of the polycondensation or in one following compounding process to mix the components in the polyamide melt. Furthermore, there are processing processes in which individual components are added later. This is especially practiced when using pigment or additive masterbatches. In addition, there is the possibility, in particular powdered components on by the
  • Drying process possibly warm up warm polymer granules.
  • two or more of the components of the polyamide compositions of the present invention may be combined by mixing prior to incorporation into the polyamide matrix.
  • conventional mixing units can be used, in which the components in a suitable mixer, for. B. 0.01 to 10 hours at 0 to 300 ° C mixed.
  • Polyamide compositions can also be prepared granules, which can then be introduced into the polyamide matrix.
  • Polyamide composition with granulation and / or binder in a suitable mixer or a granulating are processed into granules.
  • the initially formed crude product can be dried in a suitable dryer or tempered for further grain buildup.
  • the polyamide composition of the present invention or two or more components thereof may be prepared by roll compaction in one embodiment.
  • the polyamide composition according to the invention or two or more components thereof may in one embodiment be prepared by mixing, extruding, chopping (or breaking) the ingredients.
  • polyamide composition of the present invention or two or more components thereof may be prepared by spray granulation in one embodiment.
  • the flame-retardant polymer molding composition according to the invention is preferably in granular form, for. B. as an extrudate or as a compound before.
  • the granules preferably have a cylindrical shape with a circular, elliptical or irregular base, spherical shape, pillow shape, cube shape, cuboid shape, prism shape.
  • Typical length to diameter ratio of the granules are 1 to 50 to 50 to 1, preferably 1 to 5 to 5 to 1.
  • the granules preferably have a diameter of 0.5 to 15 mm, more preferably of 2 to 3 mm and preferably a length of 0.5 to 15 mm, particularly preferably 2 to 5 mm.
  • the invention also relates to moldings produced from the above-described flame-retardant polyamide composition comprising the components A, B, C, D, E and F and optionally components G and / or H.
  • the molded parts according to the invention may be any desired formations. Examples thereof are fibers, films or moldings obtainable from the flame-retardant polyamide molding compositions according to the invention by any desired molding processes, in particular by injection molding or extrusion.
  • the preparation of the flame-retardant polyamide molded body according to the invention can be carried out by any desired molding process. Examples include injection molding, pressing, foam injection, gas injection molding, blow molding,
  • the molded parts are preferably injection-molded parts or extruded parts.
  • the flame-retardant polyamide compositions according to the invention are suitable for the production of fibers, films and moldings, in particular for applications in the electrical and electronics sector.
  • the invention preferably relates to the use of the flame-retardant polyamide compositions according to the invention in or for connectors, current-carrying parts in power distributors (Fl protection), circuit boards, potting compounds, power connectors, circuit breakers, lamp housings, LED housings,
  • Capacitor housings bobbins and fans, protective contacts, plugs, in / on boards, housings for plugs, cables, flexible printed circuit boards, charging cables for mobile phones, engine covers or textile coatings.
  • the invention likewise preferably relates to the use of the flame-retardant polyamide compositions according to the invention for the production of
  • the wall thickness of the shaped bodies according to the invention can typically be up to 10 mm. Particularly suitable are moldings with less than 1.5 mm wall thickness, more preferably less than 1 mm wall thickness and particularly preferably less than 0.5 mm wall thickness. The following examples illustrate the invention without limiting it. 1 . Used components
  • Polyamide 6.6 (PA 6.6-GV; melting range of 255-260 ° C): Ultramid ® A27 (BASF)
  • Polyamide 6 (melting range of 217-222 ° C): Durethan ® B29 (Lanxess)
  • Polyamide 6T / 6.6 (melting range 310-320 ° C): Vestamid ® HAT plus 1000 (Evonik) glass fibers (component B):
  • the flame retardant components were mixed together in the proportions shown in the tables and fed through the side feeder
  • Twin-screw extruder (Leistritz ZSE 27 / 44D type) at temperatures of 260 to 310 ° C in PA 6.6 or at 250 to 275 ° C in PA 6 or at 310 to 330 ° C PA 6T / 6.6 incorporated.
  • the glass fibers were added via a second side feed.
  • the homogenized polymer strand was stripped off, cooled in a water bath and then granulated.
  • Injection molding machine type Arburg 320 C Allrounder
  • melt temperatures 250 to 320 ° C to test specimens processed and based on the UL 94 test
  • the Glow Wire Flammability Index (GWIT Index) was standardized
  • GWIT Glow Wire Ignition Temperature
  • the maximum temperature is determined on 3 specimens (for example on 60 x 60 x 1.5 mm plates) with the aid of a glowing wire at temperatures between 550 and 960 ° C
  • Measuring procedure indicated the glow wire ignition temperature, which is 25 K (30K between 900 ° C and 960 ° C) higher than the maximum filament temperature, which does not lead to ignition in 3 consecutive tests, even during the contact time of the filament. Ignition is a flame with a burning time of> 5 sec. All the tests of the respective series were carried out under similar conditions (such as temperature programs, screw geometries and injection molding parameters) if no other details were given. Examples 1 -5, 1 a, 1 b, 5a and Comparative Examples V1 -V5 with PA 6.6
  • polyamide compositions according to the invention of Examples 1 to 5, 1 a, 1 b and 5a are molding compositions which reach the fire class UL 94 V-0 at 0.4 mm, simultaneously CTI 600 volts and 550 volts, GWFI 960 ° C and GWIT 775 ° C have.
  • the addition of component G in Examples 5 and 5a leads to a further improvement of the flame retardancy expressed by a
  • the polyamide compositions according to the invention of Examples 6 to 10 are molding compositions which reach the fire classification UL 94 V-0 at 0.4 mm,
  • Comparative Example V10 The omission of components D and E in Comparative Example V10 resulted in a prolonged afterburning time as compared to Examples 6-9 reduced CTI value. Comparative Examples V1 1 -V16 with PA 6T / 6.6
  • Test specimens could not be produced from any of the PA molding compositions of Comparative Examples V1 1 -V16 since the PA molding compositions proved to be unprocessable.
  • the polyamide strands foamed during production and no test specimens suitable for the measurements could be produced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft flammhemmende Polyamidzusammensetzungen mit einer Glühdrahtentzündungstemperatur) von mindestens 775 °C enthaltend - Polyamid mit einem Schmelzpunkt von kleiner gleich 290 °C als Komponente A, - Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffe als Komponente B, - Phosphinsäuresalz der Formel (I) als Komponente C, worin R1 und R2 Ethyl bedeuten, M AI, Fe, TiOp oder Zn ist, m 2 bis 3 bedeutet, und p = (4 - m) / 2 ist, - Verbindung ausgewählt aus der Gruppe der AI-, Fe-, TiOp- oder Zn-Salze der Ethylbutylphosphinsäure, der Dibutylphosphinsäure, der Ethylhexylphosphinsäure, der Butylhexylphosphinsäure und/oder der Dihexylphosphinsäure als Komponente D, - Phosphonsäuresalz der Formel (II) als Komponente E, worin R3 Ethyl bedeutet, Met AI, Fe, TiOq oder Zn ist, n 2 bis 3 bedeutet, und q = (4 - n) / 2 ist, und - Melaminpolyphosphat mit einem mittleren Kondensationsgrad von 2 bis 200 als Komponente F. Die Polyamidzusammensetzungen lassen sich zur Herstellung von Fasern, Folien und Formkörpern, insbesondere für Anwendungen im Elektro- und Elektronikbereich einsetzen.

Description

Flamnnhennnnende Polyamidzusammensetzungen mit hoher
Glühdrahtentzündungstemperatur und deren Verwendung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft flammhemmende Polyamidzusammensetzungen sowie daraus hergestellte Formteile, die sich durch eine hohe
Glühdrahtentzündungstemperatur (GWIT-Wert) auszeichnen. Brennbare Kunststoffe müssen in der Regel mit Flammschutzmitteln ausgerüstet werden, um die von den Kunststoffverarbeitern und teilweise vom Gesetzgeber geforderten hohen Flammschutzanforderungen erreichen zu können. Bevorzugt - auch aus ökologischen Gründen - werden nicht-halogenierte
Flammschutzmittelsysteme eingesetzt, die nur geringe oder keine Rauchgase bilden.
Unter diesen Flammschutzmitteln haben sich die Salze von Phosphinsäuren (Phosphinate) als besonders für thermoplastische Polymere wirksam erwiesen (DE 2 252 258 A und DE 2 447 727 A).
Darüber hinaus sind synergistische Kombinationen von Phosphinaten mit bestimmten stickstoffhaltigen Verbindungen bekannt, die in einer ganzen Reihe von Polymeren als Flammschutzmittel effektiver wirken, als die Phosphinate allein (WO-2002/28953 A1 sowie DE 197 34 437 A1 und DE 197 37 727 A1 ).
Aus der US 7,420,007 B2 ist bekannt, dass Dialkylphosphinate enthaltend eine geringe Menge an ausgewählten Telomeren als Flammschutzmittel für Polymere geeignet sind, wobei das Polymere bei der Einarbeitung des Flammschutzmittels in die Polymermatrix nur einem recht geringen Abbau unterliegt.
Flammschutzmittel müssen häufig in hohen Dosierungen zugesetzt werden, um eine ausreichende Flammwidrigkeit des Kunststoffs nach internationalen Normen sicherzustellen. Aufgrund ihrer chemischen Reaktivität, die für die Flammschutzwirkung bei hohen Temperaturen erforderlich ist, können
Flammschutzmittel, vor allem bei höheren Dosierungen, die Verarbeitungsstabilität von Kunststoffen beeinträchtigen. Es kann zu verstärktem Polymerabbau, zu Vernetzungsreaktionen, zu Ausgasungen oder Verfärbungen kommen.
Aus der WO 2014/135256 A1 sind Polyamid-Formmassen bekannt, die eine deutlich verbesserte thermische Stabilität, eine verringerte Migrationsneigung sowie ein gute elektrische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Bislang fehlt es jedoch an flammgeschützten phosphinathaltigen
Polyamidzusammensetzungen die alle geforderten Eigenschaften gleichzeitig erreichen, hier gute elektrische Werte sowie einen effektiven Flammschutz.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, flammgeschützte
Polyamidzusammensetzungen auf Basis phosphinathaltiger Flammschutzsysteme zur Verfügung zu stellen, die alle vorgenannten Eigenschaften gleichzeitig aufweisen und die insbesondere gute elektrische Werte (hohe
Glühdrahtentzündungstemperaturen GWIT, GWFI und CTI) sowie einen effektiven Flammschutz (UL-94) gekennzeichnet durch möglichst kurze Nachbrennzeiten (Zeit)."
Gegenstand der Erfindung sind flammhemmende Polyamidzusammensetzungen mit einer Glühdrahtentzündungstemperatur) von mindestens 775 °C enthaltend Polyamid mit einem Schmelzpunkt von kleiner gleich 290 °C, vorzugsweise von kleiner gleich 280 °C und ganz besonders bevorzugt von kleiner gleich
250 °C, als Komponente A,
Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffe, vorzugsweise Glasfasern, als Komponente B,
Phosphinsäuresalz der Formel (I) als Komponente C
Figure imgf000005_0001
worin Ri und R2 Ethyl bedeuten,
M AI, Fe, TiOp oder Zn ist,
m 2 bis 3, vorzugsweise 2 oder 3, bedeutet, und
p = (4 - m) / 2 ist
Verbindung ausgewählt aus der Gruppe der AI-, Fe-, TiOp- oder Zn-Salze der Ethylbutylphosphinsäure, der Dibutylphosphinsäure, der
Ethylhexylphosphinsäure, der Butylhexylphosphinsäure und/oder der Dihexylphosphinsäure als Komponente D
Phosphonsäuresalz der Formel (II) als Komponente E
Figure imgf000005_0002
worin R3 Ethyl bedeutet,
Met AI, Fe, TiOq oder Zn ist,
n 2 bis 3, vorzugsweise 2 oder 3, bedeutet, und
q = (4 - n) / 2 ist, und
Melaminpolyphosphat mit einem mittleren Kondensationsgrad von 2 bis 200 als Komponente F.
In der erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzung beträgt der Anteil an Komponente A üblicherweise 25 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 75 Gew.-%. In der erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzung beträgt der Anteil an
Komponente B üblicherweise 1 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%. In der erfindungsgemäßen Polyamidzusamnnensetzung beträgt der Anteil an Komponente C üblicherweise 1 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%.
In der erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzung beträgt der Anteil an Komponente D üblicherweise 0,01 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis
1 ,5 Gew.-%.
In der erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzung beträgt der Anteil an Komponente E üblicherweise 0,001 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis
0,6 Gew.-%.
In der erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzung beträgt der Anteil an Komponente F üblicherweise 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%. Dabei beziehen sich die Prozentangaben für die Anteile der Komponenten A bis F auf die Gesamtmenge der Polyamidzusammensetzung.
Bevorzugt werden flammhemmende Polyamidzusammensetzungen, bei denen der Anteil von Komponente A 25 bis 95 Gew.-%,
- der Anteil von Komponente B 1 bis 45 Gew.-%,
der Anteil von Komponente C 1 bis 35 Gew.-%,
der Anteil von Komponente D 0,01 bis 3 Gew.-%,
der Anteil von Komponente E 0,001 bis 1 Gew.-%, und
der Anteil von Komponente F 1 bis 25 Gew.-% beträgt,
wobei die Prozentangaben sich auf die Gesamtmenge der
Polyamidzusammensetzung beziehen.
Besonders bevorzugt werden flammhemmende Polyamidzusammensetzungen bei denen
- der Anteil von Komponente A 25 bis 75 Gew.-%,
der Anteil von Komponente B 20 bis 40 Gew.-%,
der Anteil von Komponente C 5 bis 20 Gew.-%,
der Anteil von Komponente D 0,05 bis 1 ,5 Gew.-%, der Anteil von Komponente E 0,01 bis 0,6 Gew.-%, und
der Anteil von Komponente F 2 bis 10 Gew.-%
beträgt. Bevorzugt eingesetzte Salze der Komponente C sind solche, worin Mm+ Zn2+, Fe3 oder insbesondere Al3+ bedeuten.
Bevorzugt eingesetzte Salze der Komponente D sind Zink-, Eisen- oder insbesondere Aluminiumsalze.
Bevorzugt eingesetzte Salze der Komponente E sind solche, worin Metn+ Zn2+, Fe3+ oder insbesondere Al3+ bedeuten.
Ganz besonders bevorzugt werden flammhemmende
Polyamidzusammensetzungen, in denen M und Met AI bedeuten, m und n 3 sind und in denen die Verbindungen der Komponente D als Aluminiumsalze vorliegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die oben beschriebenen flammhemmenden Polyamidzusammensetzungen als weitere Komponente G ein anorganisches Phosphonat.
Die Verwendung der erfindungsgemäß als Komponente G eingesetzten anorganischen Phosphonate oder auch Salze der phosphorigen Säure
(Phosphite) sind als Flammschutzmittel ist bekannt. So offenbart
WO 2012/045414 A1 Flammschutzmittelkombinationen, die neben
Phosphinsäuresalzen auch Salze der phosphorigen Säure (= Phosphite) enthalten.
Bevorzugt entspricht das anorganische Phosphonat (Komponente G) den allgemeinen Formeln (IV) oder (V)
[(HO)PO2]2-p/2 KatP+ (IV) [(HO)2PO]-p KatP+ (V) worin Kat ein p-wertiges Kation, insbesondere ein Kation eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls, ein Ammoniumkation und/oder ein Kation von Fe, Zn oder insbesondere von AI einschließlich der Kationen AI(OH) oder AI(OH)2 ist, und p 1 , 2, 3 oder 4 bedeutet.
Bevorzugt handelt es sich bei dem anorganischen Phosphonat (Komponente G) um Aluminiumphosphit [AI(H2PO3)3] , sekundäres Aluminiumphosphit [Al2(HPO3)3] , basisches Aluminiumphosphit [AI(OH)(H2PO3)2*2aq],
Aluminiumphosphittetrahydrat [Al2(HPO3)3*4aq], Aluminiumphosphonat,
AI7(HPO3)9(OH)6(1 ,6-Hexandiamin)i,5*12H2O, ΑΙ2(ΗΡθ3)3*χΑΐ2θ3*ηΗ2Ο mit x = 2,27 - 1 und/oder AUHePieOis. Bei dem anorganischen Phosphonat (Komponente G) handelt es sich bevorzugt auch um Aluminiumphosphite der Formeln (VI), (VII) und/oder (VIII)
Al2(HPO3)3 X (H2O)q (VI) wobei q 0 bis 4 bedeutet,
Al2,ooMz(HPO3)y(OH)v x (H2O)w (VII) wobei M Alkalimetallkationen, z 0,01 bis 1 ,5 und y 2,63 bis 3,5 und v 0 bis 2 und w 0 bis 4 bedeutet; Al2,oo(HPO3)u(H2PO3)t x (H2O)s (VIII) wobei u 2 bis 2,99 und 1 2 bis 0,01 und s 0 bis 4 bedeutet,
und/oder um Aluminiumphosphit [AI(H2PO3)3] , um sekundäres Aluminiumphosphit
[AI2(HPO3)3] , um basisches Aluminiumphosphit [AI(OH)(H2PO3)2*2aq], um
Aluminiumphosphittetrahydrat [Al2(HPO3)3*4aq], um Aluminiumphosphonat, um Al7(HPO3)9(OH)6(1 ,6-Hexandiamin)i,5*12H2O, um ΑΙ2(ΗΡθ3)3*χΑΐ2θ3*ηΗ2Ο mit x = 2,27 - 1 und/oder AUHePieOis. Bevorzugte anorganische Phosphonate (Komponente G) sind in Wasser unlösliche bzw. schwerlösliche Salze. Besonders bevorzugte anorganische Phosphonate sind Aluminium-, Calcium- und Zinksalze.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei Komponente G um ein
Umsetzungsprodukt aus phosphoriger Säure und einer Aluminiumverbindung.
Besonders bevorzugte Komponenten G sind Aluminiumphosphite mit den
CAS-Nummern 15099-32-8, 1 19103-85-4, 220689-59-8, 56287-23-1 ,
156024-71 -4, 71449-76-8 und 15099-32-8. Die Herstellung der bevorzugt eingesetzten Aluminiumphosphite erfolgt durch
Umsetzung einer Aluminiumquelle mit einer Phosphorquelle und wahlweise einem Templat in einem Lösungsmittel bei 20 - 200 °C während einer Zeitspanne bis zu 4 Tagen. Aluminiumquelle und Phosphorquelle werden dazu 1 - 4 h vermischt, unter hydrothermalen Bedingungen oder am Rückfluss erhitzt, abfiltriert, gewaschen und z. B. bei 1 10 °C getrocknet.
Bevorzugte Aluminiumquellen sind Aluminiumisopropoxid, Aluminiumnitrat, Aluminiumchlorid, Aluminiumhydroxid (z. B. Pseudoböhmit). Bevorzugte Phosphorquellen sind phosphorige Säure, (saures)
Ammoniumphosphit, Alkaliphosphite oder Erdalkaliphosphite.
Bevorzugte Alkaliphosphite sind Dinatriumphosphit, Dinatriumphosphithydrat, Trinatriumphosphit, Kaliumhydrogenphosphit
Bevorzugtes Dinatriumphosphithydrat ist Brüggolen® H10 der Fa. Brüggemann.
Bevorzugte Template sind 1 ,6-Hexandiamin, Guanidincarbonat oder Ammoniak. Bevorzugtes Erdalkaliphosphit ist Calciumphosphit.
Das bevorzugte Verhältnis von Aluminium zu Phosphor zu Lösungsmittel ist dabei 1 : 1 : 3,7 bis 1 : 2,2 : 100 mol. Das Verhältnis von Aluminium zu Templat ist 1 : 0 bis 1 : 17 mol. Der bevorzugte pH-Wert der Reaktionslösung ist 3 bis 9.
Bevorzugtes Lösungsmittel ist Wasser.
Besonders bevorzugt wird in der Anwendung das gleiche Salz der Phosphinsäure wie der phosphorigen Säure verwendet, also z. B. Aluminiumdiethylphosphinat zusammen mit Aluminiumphosphit oder Zinkdiethylphosphinat zusammen mit Zinkphosphit.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die oben beschriebenen flammhemmenden Polyamidzusammensetzungen als Komponente G eine
Verbindung der Formel III)
Figure imgf000010_0001
worin Me Fe, TiOr, Zn oder insbesondere AI ist,
o 2 bis 3, vorzugsweise 2 oder 3, bedeutet, und
r = (4 - o) / 2 ist.
Bevorzugt eingesetzte Verbindungen der Formel (III) sind solche, worin Me0+ Zn Fe3+ oder insbesondere Al3+ bedeuten.
Bevorzugt eingesetzte Verbindungen der Formel (III) sind solche, worin Me0+ Zn Fe3+ oder insbesondere Al3+ bedeuten. Komponente G liegt vorzugsweise in einer Menge von 0,005 bis 10 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 0,02 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die
Gesamtmenge der Polyamidzusammensetzung, vor. Die erfindungsgemäßen flammhemmenden Polyamidzusammensetzungen weisen eine Glühdrahtentzündungstemperatur (Glow Wire Ignition Temperature, GWIT) nach IEC-60695-2-13 von mindestens 775 °C, vorzugsweise von mindestens 800 °C. Bevorzugt sind erfindungsgemäße flammhemmende
Polyamidzusammensetzungen, die einen Comparative Tracking Index, gemessen nach dem International Electrotechnical Commission Standard IEC-601 12/3, von größer gleich 500 Volt aufweisen. Ebenfalls bevorzugte erfindungsgemäße flammhemmende
Polyamidzusammensetzungen erreichen eine Bewertung von V0 nach UL-94, insbesondere gemessen an Formteilen von 3,2 mm bis 0,4 mm Dicke.
Weitere bevorzugte erfindungsgemäße flammhemmende
Polyamidzusammensetzungen weisen einen Glow Wire Flammability Index nach IEC-60695-2-12 von mindestens 960 °C auf, insbesondere gemessen an
Formteilen von 0,75 - 3 mm Dicke.
Die erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzungen enthalten als Komponente A ein oder mehrere Polyamide mit einem Schmelzpunkt von kleiner gleich 290 °C. Der Schmelzpunkt wird dabei mittels Diffential-Scanning-Kalo metrie (DSC) bei einer Aufheizrate von 10 K/Sekunde bestimmt.
Bei den Polyamiden der Komponente A handelt es sich in der Regel um Homo- oder Copolyamide, die sich von (cyclo)aliphatischen Dicarbonsäuren oder deren polyamidbildenden Derivaten, wie deren Salzen, und von (cyclo)aliphatischen Diaminen oder von (cyclo)aliphatischen Aminocarbonsäuren oder deren
polyamidbildenden Derivaten, wie deren Salzen, ableiten. Bei den erfindungsgemäß als Komponente A eingesetzten Polyamiden handelt es sich um thermoplastische Polyamide. Unter thermoplastischen Polyamiden werden in Anlehnung an Hans
Domininghaus in "Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften", 5. Auflage (1998), Seite 14, Polyamide verstanden, deren Molekülketten keine oder auch mehr oder weniger lange und in der Anzahl unterschiedliche Seitenverzweigungen
aufweisen, die in der Wärme erweichen und nahezu beliebig formbar sind.
Die erfindungsgemäß als Komponente A eingesetzten Polyamide können nach verschiedenen Verfahren hergestellt und aus sehr unterschiedlichen Bausteinen synthetisiert werden und im speziellen Anwendungsfall allein oder in Kombination mit Verarbeitungshilfsmitteln, Stabilisatoren oder auch polymeren
Legierungspartnern, bevorzugt Elastomeren, zu Werkstoffen mit speziell eingestellten Eigenschaftskombinationen ausgerüstet. Geeignet sind auch
Gemische mit Anteilen von anderen Polymeren, bevorzugt von Polyethylen, Polypropylen, ABS, wobei gegebenenfalls ein oder mehrere Kompatibilisatoren eingesetzt werden können. Die Eigenschaften der Polyamide lassen sich durch Zusatz von Elastomeren verbessern, z. B. im Hinblick auf die Schlagzähigkeit, insbesondere wenn es sich wie hier um glasfaserverstärkte Polyamide handelt. Die Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten ermöglicht eine sehr große Zahl von Produkten mit unterschiedlichsten Eigenschaften. Zur Herstellung von Polyamiden sind eine Vielzahl von Verfahrensweisen bekannt geworden, wobei je nach gewünschtem Endprodukt unterschiedliche
Monomerbausteine, verschiedene Kettenregler zur Einstellung eines angestrebten Molekulargewichtes oder auch Monomere mit reaktiven Gruppen für später beabsichtigte Nachbehandlungen eingesetzt werden.
Die technisch relevanten Verfahren zur Herstellung von Polyamiden laufen meist über die Polykondensation in der Schmelze. In diesem Rahmen wird auch die hydrolytische Polymerisation von Lactamen als Polykondensation verstanden. Bevorzugt als Komponente A einzusetzende Polyamide sind teilkristalline aliphatische Polyamide, die ausgehend von aliphatischen Diaminen und aliphatischen Dicarbonsäuren und/oder cycloaliphatischen Lactamen mit wenigstens 5 Ringgliedern oder entsprechenden Aminosäuren hergestellt werden können.
Als Edukte kommen aliphatische Dicarbonsäuren, bevorzugt Adipinsäure,
2,2,4- und 2,4,4-Trimethyladipinsäure, Azelainsäure und/oder Sebazinsäure, aliphatische Diamine, bevorzugt Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, 1 ,9-Nonandiamin, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin, die isomeren Diaminodicyclo-hexylmethane, Diaminodicyclohexylpropane,
Bis-aminomethylcyclohexan, Aminocarbonsäuren, bevorzugt Aminocapronsäure oder die entsprechenden Lactame in Betracht. Copolyamide aus mehreren der genannten Monomeren sind eingeschlossen. Besonders bevorzugt werden Caprolactame, ganz besonders bevorzugt wird ε-Caprolactam eingesetzt.
Bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäß eingesetzten aliphatischen Homo- oder Copolyamiden um Polyamid 12, Polyamid 4, Polyamid 4.6, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.9, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 6.66, Polyamid 7.7, Polyamid 8.8, Polyamid 9.9, Polyamid 10.9, Polyamid 10.10, Polyamid 1 1 oder Polyamid 12. Diese sind z. B. unter den Handelsnamen Nylon®, Fa. DuPont, Ultramid®, Fa. BASF, Akulon® K122, Fa. DSM, Zytel® 7301 ,
Fa. DuPont; Durethan® B 29, Fa. Bayer und Grillamid®, Fa. Ems Chemie bekannt.
Besonders geeignet sind weiterhin auf PA6, PA6.6 und anderen aliphatischen Homo- oder Copolyamiden basierende Compounds, bei denen auf eine
Polyamidgruppe in der Polymerkette 3 bis 1 1 Methylengruppen kommen. Bevorzugt werden flammhemmende Polyamidzusammensetzungen, bei denen als Komponente A ein oder mehrere Polyamide ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PA 6, PA 6.6, PA 4.6, PA 12, PA 6.10 eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden flammhennnnende Polyamidzusammensetzungen, bei denen als Komponente A Polyamid 6.6 oder Polymer-Gemische aus Polyamid 6.6 und Polyamid 6 eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt werden flammhemmende
Polyamidzusammensetzungen, bei denen Komponente A zu mindestens
75 Gew.-% aus Polyamid 6.6 und zu höchstens 25 Gew.-% aus Polyamid 6 besteht. Als Komponente B werden Füllstoffe und/oder vorzugsweise Verstärkungsstoffe eingesetzt, bevorzugt Glasfasern. Es können auch Mischungen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Füllstoffen und/oder Verstärkungsstoffen, eingesetzt werden. Bevorzugte Füllstoffe sind mineralische teilchenförmige Füllstoffe auf der Basis von Talk, Glimmer, Silikat, Quarz, Titandioxid, Wollastonit, Kaolin, amorphe Kieselsäuren, nanoskaligen Mineralien, besonders bevorzugt Montmorilloniten oder Nano-Böhmiten, Magnesiumcarbonat, Kreide, Feldspat,Glaskugeln und/oder Bariumsulfat. Besonders bevorzugt werden mineralische teilchenförmige Füllstoffe auf der Basis von Talk, Wollastonit und/oder Kaolin.
Besonders bevorzugt werden ferner auch nadeiförmige mineralische Füllstoffe eingesetzt. Unter nadeiförmigen mineralischen Füllstoffen wird erfindungsgemäß ein mineralischer Füllstoff mit stark ausgeprägtem nadeiförmigen Charakter verstanden. Bevorzugt sind nadeiförmige Wollastonite. Bevorzugt weist das Mineral ein Länge zu Durchmesser - Verhältnis von 2:1 bis 35:1 , besonders bevorzugt von 3:1 bis 19:1 , insbesondere bevorzugt von 4:1 bis 12:1 auf. Die mittlere Teilchengröße der erfindungsgemäß als Komponente B eingesetzten nadeiförmigen mineralischen Füllstoffe liegt bevorzugt bei kleiner 20 μιτι, besonders bevorzugt bei kleiner 15 μιτι, insbesondere bevorzugt bei kleiner 10 μιτι, bestimmt mit einem CILAS Granulometer. Bei den erfindungsgemäß vorzugsweise eingesetzten Komponenten B handelt es sich um Verstärkungsstoffe. Dabei kann es sich beispielsweise um
Verstärkungsstoffe auf der Basis von Kohlenstofffasern und/oder von Glasfasern handeln.
Der Füllstoff und/oder Verstärkungsstoff kann in einer bevorzugten
Ausführungsform oberflächenmodifiziert sein, vorzugsweise mit einem
Haftvermittler bzw. einem Haftvermittlersystem, besonders bevorzugt auf
Silanbasis. Insbesondere bei Verwendung von Glasfasern können zusätzlich zu Silanen auch Polymerdispersionen, Filmbildner, Verzweiger und/oder
Glasfaserverarbeitungshilfsmittel verwendet werden.
Bei den erfindungsgemäß als Komponente B bevorzugt eingesetzten Glasfasern kann es sich um Kurzglasfasern und/oder um Langglasfasern handeln. Als Kurz- oder Langglasfasern können Schnittfasern eingesetzt werden. Kurzglasfasern können auch in Form von gemahlenen Glasfasern zum Einsatz kommen.
Daneben können Glasfasern außerdem in der Form von Endlosfasern eingesetzt werden, beispielsweise in der Form von Rovings, Monofilamenten,
Filamentgarnen oder Zwirnen, oder Glasfasern können in der Form von textilen Flächengebilden eingesetzt werden, beispielsweise als Glasgewebe, als
Glasgeflecht oder als Glasmatte.
Typische Faserlängen für Kurzglasfasern vor dem Einarbeiten in die
Polyamidmatrix bewegen sich im Bereich von 0,05 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 5 mm. Nach dem Einarbeiten in die Polyamidmatrix hat sich die Länge der Glasfasern verringert. Typische Faserlängen für Kurzglasfasern nach dem
Einarbeiten in die Polyamidmatrix bewegen sich im Bereich von 0,01 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,02 bis 1 mm. Die Durchmesser der einzelnen Fasern kann in weiten Bereichen schwanken. Typische Durchmesser der einzelnen Fasern bewegen sich im Bereich von 5 bis 20 μηη . Die Glasfasern können beliebige Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise runde, elliptische, n-eckige oder irreguläre Querschnitte. Es können Glasfasern mit mono- oder multilobalen Querschnitten verwendet werden. Glasfasern können als Endlosfasern oder als geschnittene oder gemahlene Glasfasern eingesetzt werden.
Die Glasfasern selbst, unabhängig von deren Querschnittfläche und deren Länge, können dabei beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der E-Glasfasern, A-Glasfasern, C-Glasfasern, D-Glasfasern, M-Glasfasern, S-Glasfasern,
R-Glasfasern und/oder ECR-Glasfasern, wobei die E-Glasfasern, R-Glasfasern, S-Glasfasern und ECR-Glasfasern besonders bevorzugt sind. Die Glasfasern sind vorzugsweise mit einer Schlichte versehen, welche vorzugsweise Polyurethan als Filmbildner und Aminosilan als Haftvermittler enthält.
Besonders bevorzugt eingesetzte E-Glasfasern weisen folgende chemische Zusammensetzung auf: S1O2 50-56 %; AI2O3 12-16 %; CaO 16-25 %; MgO < 6 %; B2O3 6-13 %; F < 0,7 %; Na2O 0,3-2 %; K2O 0,2-0,5 %; Fe2Os 0,3 %. Besonders bevorzugt eingesetzte R-Glasfasern weisen folgende chemische
Zusammensetzung auf: S1O2 50-65 %; AI2O3 20-30 %; CaO 6-16 %; MgO 5-20 %; Na2O 0,3-0,5 %; K2O 0,05-0,2 %; Fe2Os 0,2-0,4 %, ΤΊΟ2 0,1 -0,3 %.
Besonders bevorzugt eingesetzte ECR-Glasfasern weisen folgende chemische Zusammensetzung auf: S1O2 57,5-58,5 %; AI2O3 17,5-19,0 %; CaO 1 1 ,5-13,0 %; MgO 9,5-1 1 ,5.
Die erfindungsgemäß als Komponente C eingesetzten Salze von
Diethylphosphinsäure sind bekannte Flammschutzmittel für polymere
Formmassen.
Auch Salze von Diethylphosphinsäure mit Anteilen der erfindungsgemäß als Komponenten D und E eingesetzten Phosphinsäure- und Phosphonsäuresalze sind bekannte Flammschutzmittel. Die Herstellung dieser Stoffkombinationen wird z. B. in US 7,420,007 B2 beschrieben.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Salze von Diethylphosphinsäure der
Komponente C können geringe Mengen an Salzen der Komponente D und an Salzen der Komponente E enthalten, beispielsweise bis zu 10 Gew.-% an
Komponente D, vorzugsweise 0,01 bis 6 Gew. %, und insbesondere 0,2 bis 2,5 Gew.-% davon, und bis zu 10 Gew.-% an Komponente E, vorzugsweise 0,01 bis 6 Gew. %, und insbesondere 0,2 bis 2,5 Gew.-% davon bezogen auf die Menge an Komponenten C, D und E.
Die erfindungsgemäß als Komponente E eingesetzten Salze der
Ethylphosphonsäure sind als Zusätze zu Diethylphospinaten in
Flammschutzmitteln für polymere Formmassen ebenfalls bekannt, beispielsweise aus WO 2016/065971 A1 .
Auch die Verwendung der erfindungsgemäß als Komponente F eingesetzten Polyphosphatderivate von Melamin mit einem Kondensationsgrad von größer gleich 20 als Flammschutz-mittel ist bekannt. So offenbart die DE 102005016195 A1 ein stabilisiertes Flammschutzmittel enthaltend 99 bis 1 Gew.-%
Melaminpolyphosphat und 1 bis 99 Gew.-% Additiv mit Reservealkalität. In diesem Dokument wird auch offenbart, dass dieses Flammschutzmittel mit einer
Phosphinsäure und/oder einem Phosphinsäuresalz kombiniert werden kann. Bevorzugte erfindungsgemäße flammhemmende Polyamidzusammensetzungen enthalten als Komponente F ein Melaminpolyphosphat, dessen durchschnittlicher Kondensationsgrad 20 bis 200, insbesondere von 40 bis 150, beträgt.
In einem anderen bevorzugten Bereich beträgt der durchschnittliche
Kondensationsgrad bei 2 bis 100.
Weitere bevorzugte erfindungsgemäße flammhemmende
Polyamidzusammensetzungen enthalten als Komponente F ein Melaminpolyphosphat, das eine Zersetzungstemperatur von größer gleich 320 °C, insbesondere von größer gleich 360 °C und ganz besonders bevorzugt von größer gleich 400 °C aufweist. Bevorzugt werden als Komponente F Melaminpolyphosphate eingesetzt, die aus WO 2006/027340 A1 (entsprechend EP 1 789 475 B1 ) und WO 2000/002869 A1 (entsprechend EP 1 095 030 B1 ) bekannt sind.
Bevorzugt werden Melaminpolyphosphate eingesetzt, deren durchschnittlicher Kondensationsgrad zwischen 20 und 200, insbesondere zwischen 40 und 150 liegt, und deren Melamingehalt 1 ,1 bis 2,0 mol, insbesondere 1 ,2 bis 1 ,8 mol pro Mol Phosphoratom beträgt.
Ebenfalls bevorzugt werden Melaminpolyphosphate eingesetzt, deren mittlerer Kondensationsgrat (Zahlenmittel) >20 ist, deren Zersetzungstemperatur größer als 320 °C ist, deren Molverhältnis von 1 ,3,5-Triazinverbindung zu Phosphor kleiner als 1 ,1 , insbesondere 0,8 bis 1 ,0 beträgt und deren pH-Wert einer 10 %-igen Aufschlämmung in Wasser bei 25 °C 5 oder höher ist, vorzugsweise 5,1 bis 6,9. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen Komponenten C, D, E und F in Teilchenform vor, wobei die mittlere Teilchengröße (dso) 1 bis 100 μιτι beträgt.
Die erfindungsgemäße flammhemmende Polyamidzusammensetzung kann gegebenenfalls als Komponente G ein anorganisches Phosphonat, vorzugsweise ein Aluminiumsalz der Phosphonsäure enthalten. Diese Verbindungen sind als Zusatz zu Diethylphospinaten in Flammschutzmitteln für polymere Formmassen bekannt.
Die erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzungen können als Komponente H noch weitere Additive enthalten. Bevorzugte Komponenten H im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Gammastrahlenstabilisatoren, Hydrolysestabilisatoren, Co-Stabilisatoren für Antioxidantien, Antistatika, Emulgatoren, Nukleierungsmittel, Weichmacher, Verarbeitungs- hilfsmittel, Schlagzähmodifikatoren, Farbstoffe, Pigmente und/oder weitere Flammschutzmittel, die sich von Komponenten C, D, E, F und G unterscheiden.
Hierzu gehören insbesondere Phosphate, wie etwa Melamin- Poly(Metallphosphate). Bevorzugte Metalle hierfür sind die Elemente der 2.
Hauptgruppe, der 3. Hauptgruppe, der 2. Nebengruppe, der 4. Nebengruppe und der Nebengruppe Villa des Periodensystems sowie Cer und/oder Lanthan.
Melamin-Poly(Metallphosphate) sind bevorzugt Melamin-Poly(Zinkphosphate), Melamin-Poly(Magnsiumphosphate) und/oder Melamin-Poly(Calciumphosphate).
Bevorzugt sind (Melamin)2Mg(HPO4)2, (Melamin)2Ca(HPO4)2,
(Melamin)2Zn(HPO4)2, (Melamin)3AI(HPO4)3, (Melamin)2Mg(P2O7),
(Melamin)2Ca(P2O7), (Melamin)2Zn(P2O7), (Melamin)3AI(P2O7)3/2.
Bevorzugt sind Melamin-Poly(Metallphosphate), die bekannt sind als
Hydrogenphosphato- oder Pyrophosphato-Metallate mit Komplex-Anionen, die ein vier- oder sechsbindiges Metallatom als Koordinationszentrum mit zweizähnigen Hydrogenphosphat- oder Pyrophosphat-Liganden aufweisen.
Bevorzugt sind auch Melamin-interkalierte Aluminium-, Zink- oder Magnesium- Salze von kondensierten Phosphaten, ganz besonders bevorzugt sind Bis- Melamin-zinko-diphosphat und/oder Bis-Melamin-alumotriphosphat. Bevorzugt sind weiterhin Salze der Elemente der 2. Hauptgruppe, der
3. Hauptgruppe, der 2. Nebengruppe, der 4. Nebengruppe und der Nebengruppe Villa des Periodensystems sowie von Cer und/oder Lanthan mit Anionen der Oxosäuren der fünften Hauptgruppe (Phosphate, Pyrophosphate und
Polyphosphate).
Bevorzugt sind Aluminiumphosphate, Aluminum monophosphate; Aluminum- orthophosphate (AIPO4), Aluminumhydrogenphosphat (Al2(HPO4)3) und/oder Aluminiumdihydrogenphosphat Bevorzugt sind auch Calciumphosphat, Zinkphosphat, Titanphosphat und/oder Eisenphosphat Bevorzugt sind Calciumhydrogenphosphat, Calciumhydrogenphosphatdihydrat, Magnesiumhydrogenphosphat, Titaniumhydrogenphosphat (TIHC) und/oder Zinkhydrogenphosphat
Bevorzugt sind Aluminiumdihydrogenphosphat, Magnesiumdihydrogenphosphat , Calciumdihydrogenphosphat, Zinkdihydrogenphosphat, Zinkdihydrogenphosphat dihydrat und/oder Aluminumdihydrogenphosphat.
Besonders bevorzugt sind Calciumpyrophosphat,
Calciumdihydrogenpyrophosphat, Magnesiumpyrophosphat Zinkpyrophosphat und/oder Aluminiumpyrophosphat.
Die vorgenannten sowie andere und ähnliche Phosphate werden beispielsweise durch die Firma J.M. Huber Corporation, USA, unter Safire® Products angeboten, hierzu gehören etwa die Typen APP Type II, AMPP, MPP, MPyP, PiPyP. PPaz, Safire® 400, Safire® 600, EDAP und andere.
Weitere Phosphate sind beispielsweise in der JP-A-2004204194, der
DE-A-102007036465 und der EP-A-31331 12 genannt und gehören ausdrücklich zu den einsetzbaren Komponenten I.
Die weiteren Additive sind als Zusätze zu Polyamidzusammensetzungen an sich bekannt und können alleine oder in Mischung oder in Form von Masterbatches eingesetzt werden. Die vorgenannten Komponenten A, B, C, D, E, F und gegebenenfalls G und/oder H können in den verschiedensten Kombinationen zur erfindungsgemäßen flammgeschützten Polyamidzusammensetzung verarbeitet werden. So ist es möglich, bereits zu Beginn oder am Ende der Polykondensation oder in einem folgenden Compoundierprozess die Komponenten in die Polyamidschmelze einzumischen. Weiterhin gibt es Verarbeitungsprozesse bei denen einzelne Komponenten erst später zugefügt werden. Dies wird insbesondere beim Einsatz von Pigment- oder Additivmasterbatches praktiziert. Außerdem besteht die Möglichkeit, insbesondere pulverförmige Komponenten auf das durch den
Trocknungsprozess eventuell warme Polymergranulat aufzutrommeln.
Auch können zwei oder mehrere der Komponenten der erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzungen vor dem Einbringen in die Polyamidmatrix durch Vermischen kombiniert werden. Dabei können herkömmliche Mischaggregate eingesetzt werden, in denen die Komponenten in einem geeigneten Mischer, z. B. 0,01 bis 10 Stunden bei 0 bis 300 °C gemischt werden.
Aus zwei oder mehreren der Komponenten der erfindungsgemäßen
Polyamidzusammensetzungen können auch Granulate hergestellt werden, die anschließend in die Polyamidmatrix eingebracht werden können.
Dazu können zwei oder mehr Komponenten der erfindungsgemäßen
Polyamidzusammensetzung mit Granulierhilfsmittel und/oder Bindemittel in einem geeigneten Mischer oder einem Granulierteller zu Granulaten verarbeitet werden.
Das zunächst entstehende Rohprodukt kann in einem geeigneten Trockner getrocknet beziehungsweise zum weiteren Kornaufbau getempert werden. Die erfindungsgemäße Polyamidzusammensetzung oder zwei oder mehrere Komponenten davon kann in einer Ausführungsform durch Rollkompaktierung hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Polyamidzusammensetzung oder zwei oder mehrere Komponenten davon kann in einer Ausführungsform dadurch hergestellt werden, dass die Inhaltsstoffe gemischt, stranggepresst, abgeschlagen (bzw.
gegebenenfalls gebrochen und klassiert) und getrocknet (und gegebenenfalls gecoated) werden. Die erfindungsgemäße Polyamidzusamnnensetzung oder zwei oder mehrere Komponenten davon kann in einer Ausführungsform durch Sprühgranulierung hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße flammgeschützte Polymerformmasse liegt bevorzugt in Granulatform, z. B. als Extrudat oder als Compound, vor. Das Granulat hat bevorzugt Zylinderform mit kreisförmiger, elliptischer oder unregelmäßiger Grundfläche, Kugelform, Kissenform, Würfelform, Quaderform, Prismenform.
Typische Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis des Granulates betragen 1 zu 50 bis 50 zu 1 , bevorzugt 1 zu 5 bis 5 zu 1 .
Das Granulat hat bevorzugt einen Durchmesser von 0,5 bis 15 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 3 mm und bevorzugt eine Länge von 0,5 bis 15 mm, besonders bevorzugt von 2 bis 5 mm.
Gegenstand der Erfindung sind auch Formteile hergestellt aus der oben beschriebenen flammhemmenden Polyamidzusammensetzung enthaltend die Komponenten A, B, C, D, E und F und gegebenenfalls Komponenten G und/oder H.
Bei den erfindungsgemäßen Formteilen kann es sich um beliebige Ausformungen handeln. Beispiele dafür sind Fasern, Folien oder Formkörper, erhältlich aus den erfindungsgemäßen flammgeschützten Polyamidformmassen durch beliebige Formverfahren, insbesondere durch Spritzguss oder Extrusion.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen flammgeschützten Polyamid-Formkörper kann durch beliebige Formverfahren erfolgen. Beispiele dafür sind Spritzgießen, Pressen, Schaumspritzgießen, Gasinnendruck-Spritzgießen, Blasformen,
Foliengießen, Kalandern, Laminieren oder Beschichten bei höheren Temperaturen mit der flammgeschützten Polyamid-Formmasse. Bei den Formteilen handelt es sich vorzugsweise sich um Spritzgussteile oder um Extrusionsteile.
Die erfindungsgemäßen flammgeschützten Polyamidzusammensetzungen eignen sich zur Herstellung von Fasern, Folien und Formkörpern, insbesondere für Anwendungen im Elektro- und Elektronikbereich.
Die Erfindung betrifft bevorzugt die Verwendung der erfindungsgemäßen flammgeschützten Polyamidzusammensetzungen in oder für Steckverbinder, stromberührten Teilen in Stromverteilern (Fl-Schutz), Platinen, Vergussmassen, Stromsteckern, Schutzschaltern, Lampengehäusen, LED Gehäusen,
Kondensatorgehäusen, Spulenkörpern und Ventilatoren, Schutzkontakten, Steckern, in/auf Platinen, Gehäusen für Stecker, Kabeln, flexiblen Leiterplatten, Ladekabeln für Handys, Motorabdeckungen oder Textilbeschichtungen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls bevorzugt die Verwendung der erfindungsgemäßen flammgeschützten Polyamidzusammensetzungen zur Herstellung von
Formkörpern in Form von Bauteilen für den Elektro/Elektronikbereich,
insbesondere für Teile von Leiterplatten, Gehäusen, Folien, Leitungen, Schaltern, Verteilern, Relais, Widerständen, Kondensatoren, Spulen, Lampen, Dioden, LED, Transistoren, Konnektoren, Reglern, Speichern und Sensoren, in Form von großflächigen Bauteilen, insbesondere von Gehäuseteilen für Schaltschränke und in Form aufwendig gestalteter Bauteile mit anspruchsvoller Geometrie. Die Wandstärke der erfindungsgemäßen Formkörper kann typischerweise bis zu 10 mm betragen. Besonders geeignet sind Formkörper mit weniger als 1 ,5 mm Wandstärke, mehr bevorzugt von weniger als 1 mm Wandstärke und besonders bevorzugt von weniger als 0,5 mm Wandstärke. Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen. 1 . Eingesetzte Komponenten
Handelsübliche Polyamide (Komponente A):
Polyamid 6.6 (PA 6.6-GV; Schmelzbereich von 255-260 °C): Ultramid® A27 (BASF)
Polyamid 6 (Schmelzbereich von 217-222 °C): Durethan® B29 (Lanxess)
Polyamid 6T/6.6 (Schmelzbereich von 310-320 °C): Vestamid® HAT plus 1000 (Evonik) Glasfasern (Komponente B):
Glasfasern PPG HP 3610 10μηη Durchmesser, 4,5 mm Länge (Fa. PPG, NL)
Flammschutzmittel FM 1 (Komponenten C, D und E):
Aluminiumsalz der Diethylphosphinsäure enthaltend 0,9 mol % an Aluminium- Ethylbutylphospinat und 0,5 mol % an Aluminium-Ethylphosphonat hergestellt nach Beispiel 3 der US 7,420,007 B2
Flammschutzmittel FM 2 (Komponenten C, D und E):
Aluminiumsalz der Diethylphosphinsäure enthaltend 2,7 mol % an Aluminium- Ethylbutylphospinat und 0,8 mol % an Aluminium-Ethylphosphonat hergestellt nach Beispiel 4 der US 7,420,007 B2
Flammschutzmittel FM 3 (Komponenten C, D und E):
Aluminiumsalz der Diethylphosphinsäure enthaltend 0,5 mol % an Aluminium- Ethylbutylphospinat und 0,05 mol % an Aluminium-Ethylphosphonat hergestellt nach dem Verfahren gemäß US 7,420,007 B2
Flammschutzmittel FM 4 (Komponenten C, D und E):
Aluminiumsalz der Diethylphosphinsäure enthaltend 10 mol % an Aluminium- Ethylbutylphospinat und 5 mol % an Aluminium-Ethylphosphonat hergestellt nach dem Verfahren gemäß US 7,420,007 B2 Flammschutzmittel FM 5 (Komponente C):
Aluminiumsalz der Diethylphosphinsäure hergestellt in Analogie zu Beispiel 1 der DE 196 07 635 A1 Flammschutzmittel FM 6 (Komponenten C und E):
Aluminiumsalz der Diethylphosphinsäure enthaltend 8,8 mol % an Aluminium- Ethylphosphonat
Flammschutzmittel FM 7 (Komponente G):
Aluminiumsalz der Phosphonsäure hergestellt nach Beispiel 1 der
DE 10201 1 120218 A1
Flammschutzmittel FM 8 (Komponente F):
Melamin-Polyphosphat hergestellt nach dem Beispiel der WO 2000/002869 A1
Flammschutzmittel FM 9 (nicht erfindungsgemäß):
Melamin-Polyphosphat mit einem mittleren Kondensationsgrad von 18 hergestellt in Analogie zu WO 2000/002869 A1
2. Herstellung, Verarbeitung und Prüfung von flammhemmenden Polyamid- Formmassen
Die Flammschutzmittelkomponenten wurden in dem in den Tabellen angegebenen Verhältnissen miteinander vermischt und über den Seiteneinzug eines
Doppelschnecken-Extruders (Typ Leistritz ZSE 27/44D) bei Temperaturen von 260 bis 310 °C in PA 6.6 bzw. bei 250 bis 275 °C in PA 6 bzw. bei 310 bis 330 °C PA 6T/6.6 eingearbeitet. Die Glasfasern wurden über einen zweiten Seiteneinzug zugegeben. Der homogenisierte Polymerstrang wurde abgezogen, im Wasserbad gekühlt und anschließend granuliert.
Nach ausreichender Trocknung wurden die Formmassen auf einer
Spritzgießmaschine (Typ Arburg 320 C Allrounder) bei Massetemperaturen von 250 bis 320 °C zu Prüfkörpern verarbeitet und anhand des UL 94-Tests
(Underwriter Laboratories) auf Flammwidrigkeit geprüft und klassifiziert. Neben der Klassifikation wurde auch die Nachbrennzeit angegeben. Der Comparative Tracking Index der Formteile wurde gemäß dem International Electrotechnical Commission Standard IEC-601 12/3 ermittelt.
Der Glow Wire Flammability Index (GWIT-Index) wurde nach der Norm
IEC-60695-2-12 ermittelt.
Die Glühdrahtentzündungstemperatur (Glow Wire Ignition Temperature, GWIT) wurde nach der Norm IEC-60695-2-13 ermittelt.
Bei der GWFI-Prüfung wird an 3 Prüfkörpern (beispielsweise an Platten der Geometrie 60 x 60 x 1 ,5 mm) mit Hilfe eines glühenden Drahtes bei Temperaturen zwischen 550 und 960 °C die maximale Temperatur ermittelt, bei der eine
Nachbrennzeit von 30 Sekunden nicht überschritten wird und die Probe nicht brennend abtropft. Bei der GWIT-Prüfung wird bei einer vergleichbaren
Messprozedur die Glühdrahtentzündungstemperatur angegeben, die 25 K (30K zwischen 900 °C und 960 °C) höher ist als die maximale Glühdrahttemperatur, die in 3 aufeinander folgenden Tests auch während der Einwirkzeit des Glühdrahtes nicht zur Entzündung führt. Als Entzündung gilt dabei eine Flamme mit Brennzeit > 5 sec. Sämtliche Versuche der jeweiligen Serie wurden, falls keine anderen Angaben gemacht wurden, aufgrund der Vergleichbarkeit unter identischen Bedingungen (wie Temperaturprogramme, Schneckengeometrien und Spritzgießparameter) durchgeführt. Beispiele 1 -5, 1 a, 1 b, 5a und Vergleichsbeispiele V1 -V5 mit PA 6.6
Die Ergebnisse der Versuche mit PA 6.6-Formmassen sind in den in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Beispielen aufgelistet. Alle Mengen sind als Gew.-% angegeben und beziehen sich auf die Polyamid-Formmasse
einschließlich der Flammschutzmittel und Verstärkungsstoffe.
Tabelle 1 : PA 6.6 GF 30 Versuchsergebnisse (1 -5, 1 a, 1 b und 5a erfindungsgemäß; V1 -V5 Vergleiche; n.b. = nicht bestimmt)
Die erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 5, 1 a, 1 b und 5a sind Formmassen, welche die Brandklasse UL 94 V-0 bei 0,4 mm erreichen, gleichzeitig CTI 600 Volt bzw. 550 Volt, GWFI 960 °C und GWIT 775 °C aufweisen. Der Zusatz von Komponente G in Beispielen 5 und 5a führt zu einer nochmaligen Verbesserung des Flammschutzes ausgedrückt durch eine
verringerte Nachbrennzeit.
Das Weglassen von Komponente D in Vergleichsbeispiel V1 hatte neben einer verlängerten Nachbrennzeit einen im Vergleich zu den Beispielen 1 -4 verringerten CTI-Wert zur Folge.
Das Ersetzen von Komponente F durch eine Komponente mit niedrigerem
Kondensationsgrad in Vergleichsbeispiel V2 hatte zur Folge, dass der
Polyamidstrang bei der Herstellung aufschäumte und keine Messungen
vorgenommen werden konnten.
Das Weglassen von Komponente F in Vergleichsbeispiel V3 hatte neben einer im Vergleich zu Beispiel 2 Verschlechterung der Brandschutzklasse verringerte GWFI- und GWIT-Werte zur Folge.
In Vergleichsbeispiel V4 wurde durch Erhöhung der Konzentration an
Komponenten C, D und E im Vergleich zu Beispiel V3 zwar eine Verbesserung der Brandschutzklasse erreicht. Allerdings zeigte diese Polyamidzusammensetzung immer noch eine im Vergleich zu Beispiel 2 geringere Brandschutzklasse sowie verringerte GWFI- und GWIT-Werte.
Das Weglassen von Komponenten D und E in Vergleichsbeispiel V5 hatte neben einer verlängerten Nachbrennzeit einen im Vergleich zu den Beispielen 1 -4 verringerten CTI-Wert zur Folge. Beispiele 6-10 und Vergleichsbeispiele V6-V10 mit PA 6.6/PA6
Die Ergebnisse der Versuche mit PA 6/PA6.6-Formmassen sind in den in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Beispielen aufgelistet. Alle Mengen sind als Gew.-% angegeben und beziehen sich auf die Polyamid-Formmasse
einschließlich der Flammschutzmittel und Verstärkungsstoffe.
Tabelle 2: PA 6/PA 6.6 GF 30 Versuchsergebnisse (6-10 erfindungsgemäß; V6-V10 Vergleiche; n.b. = nicht bestimmt)
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Die erfindungsgemäßen Polyamidzusammensetzungen der Beispiele 6 bis 10 sind Formmassen, welche die Brandklasse UL 94 V-0 bei 0,4 mm erreichen,
gleichzeitig CTI 600 Volt bzw. 550 Volt, GWFI 960 °C und GWIT 775 °C
aufweisen. Der Zusatz von Komponente G in Beispiel 10 führt zu einer
nochmaligen Verbesserung des Flammschutzes ausgedrückt durch eine
verringerte Nachbrennzeit.
Das Weglassen von Komponente D in Vergleichsbeispiel V6 hatte neben einer verlängerten Nachbrennzeit einen im Vergleich zu den Beispielen 6-9 verringerten CTI-Wert zur Folge.
Das Ersetzen von Komponente F durch eine Komponente mit niedrigerem
Kondensationsgrad in Vergleichsbeispiel V7 hatte zur Folge, dass der
Polyamidstrang bei der Herstellung aufschäumte und keine Messungen
vorgenommen werden konnten.
Das Weglassen von Komponente F in Vergleichsbeispiel V8 hatte neben einer im Vergleich zu Beispiel 7 Verschlechterung der Brandschutzklasse verringerte GWFI- und GWIT-Werte zur Folge.
In Vergleichsbeispiel V9 wurde durch Erhöhung der Konzentration an
Komponenten C, D und E im Vergleich zu Beispiel V8 zwar eine Verbesserung der Brandschutzklasse erreicht. Allerdings zeigte diese Polyamidzusammensetzung immer noch eine im Vergleich zu Beispiel 7 geringere Brandschutzklasse sowie verringerte GWFI- und GWIT-Werte.
Das Weglassen von Komponenten D und E in Vergleichsbeispiel V10 hatte neben einer verlängerten Nachbrennzeit einen im Vergleich zu den Beispielen 6-9 verringerten CTI-Wert zur Folge. Vergleichsbeispiele V1 1 -V16 mit PA 6T/6.6
Die Ergebnisse der Versuche mit PA 6T/6.6-Formmassen sind in den in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Beispielen aufgelistet. Alle Mengen sind als Gew.-% angegeben und beziehen sich auf die Polyamid-Formmasse
einschließlich der Flammschutzmittel und Verstärkungsstoffe.
Tabelle 3: PA 6T/6.6 GF 30 Versuchsergebnisse (n.b. = nicht bestimmt)
Figure imgf000033_0001
Aus keiner der PA-Formmassen der Vergleichsbeispiele V1 1 -V16 konnten Prüfkörper hergestellt werden, da sich die PA-Formmassen als nicht verarbeitbar erwiesen. Die Polyamidstränge schäumten bei der Herstellung auf und es konnten keine für die Messungen geeigneten Prüfkörper hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen mit einer
Glühdrahtentzündungstemperatur) von mindestens 775 °C enthaltend
- Polyamid mit einem Schmelzpunkt von kleiner gleich 290 °C als
Komponente A,
Füllstoffe und/oder Verstärkungsstoffe als Komponente B,
Phosphinsäuresalz der Formel (I) als Komponente C
Figure imgf000034_0001
worin Ri und R2 Ethyl bedeuten,
M AI, Fe, TiOp oder Zn ist,
m 2 bis 3 bedeutet, und
p = (4 - m) / 2 ist
Verbindung ausgewählt aus der Gruppe der AI-, Fe-, TiOp- oder Zn-Salze der Ethylbutylphosphinsäure, der Dibutylphosphinsäure, der
Ethylhexylphosphinsäure, der Butylhexylphosphinsäure und/oder der Dihexylphosphinsäure als Komponente D
Phosphonsäuresalz der Formel II als Komponente E
Figure imgf000034_0002
worin R3 Ethyl bedeutet,
Met AI, Fe, TiOq oder Zn ist,
n 2 bis 3 bedeutet, und
q = (4 - n) / 2 ist, und
Melaminpolyphosphat mit einem mittleren Kondensationsgrad von 2 bis 200 als Komponente F.
2. Flamnnhennnnende Polyamidzusammensetzungen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass M und Met AI bedeuten, m und n 3 sind und dass Komponente D ein Aluminiumsalz ist.
3. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil von Komponente A 25 bis 95 Gew.-%,
der Anteil von Komponente B 1 bis 45 Gew.-%,
- der Anteil von Komponente C 1 bis 35 Gew.-%,
der Anteil von Komponente D 0,01 bis 3 Gew.-%,
der Anteil von Komponente E 0,001 bis 1 Gew.-%, und
der Anteil von Komponente F 1 bis 25 Gew.-% beträgt,
wobei die Prozentangaben sich auf die Gesamtmenge der
Polyamidzusammensetzung beziehen.
4. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil von Komponente A 25 bis 75 Gew.-%,
- der Anteil von Komponente B 20 bis 40 Gew.-%,
der Anteil von Komponente C 5 bis 20 Gew.-%,
der Anteil von Komponente D 0,05 bis 1 ,5 Gew.-%,
der Anteil von Komponente E 0,01 bis 0,6 Gew.-%, und
der Anteil von Komponente F 2 bis 10 Gew.-%
beträgt.
5. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Polyamidzusammensetzungen ein anorganisches Phosphonat als Komponente G enthalten
6. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Phosphonat eine Verbindung der Formel (III) ist
Figure imgf000036_0001
worin Me Fe, TiOr, Zn oder insbesondere AI ist,
o 2 bis 3 bedeutet, und
r = (4 - o) / 2 ist,
wobei die Verbindung der Formel III in einer Menge von 0,005 bis 10 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 0,02 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die
Gesamtmenge der Polyamidzusammensetzung, vorliegt.
7. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Comparative Tracking Index aufweist gemessen nach der International Electrotechnical Commission Standard IEC-601 12/3 von größer gleich 500 Volt aufweisen.
8. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Bewertung von V0 nach UL-94 von 3.2 mm bis 0,4 mm Dicke erreichen.
9. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Glow Wire Flammability Index nach IEC-60695-2-12 von mindestens 960 °C bei 0,75 - 3 mm Dicke aufweisen.
10. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Glow Wire Ignition Temperature nach IEC-60695-2-13 von mindestens 800 °C bei
0,75 - 3 mm Dicke aufweisen.
1 1 . Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Komponente A um ein oder mehrere Polyamide ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus PA 6, PA 6.6, PA 4.6, PA 12, PA 6.10 handelt.
12. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Komponente A um Polyamid 6.6 oder um Polymer-Gemische aus Polyamid 6.6 und Polyamid 6 handelt.
13. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente A zu mindestens 75 Gew.-% aus Polyamid 6.6 und zu höchstens 25 Gew.-% aus Polyamid 6 besteht.
14. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente B
Glasfasern eingesetzt werden.
15. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten C, D, E und
F in Teilchenform vorliegen, wobei die mittlere Teilchengröße dso dieser
Komponenten 1 bis 100 μιτι beträgt.
16. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche
Kondensationsgrad des Melaminpolyphosphats 2 bis 100 beträgt.
17. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Melaminpolyphosphat eine Zersetzungstemperatur von größer gleich 320 °C aufweist.
18. Flammhemmende Polyamidzusammensetzungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese weitere Additive als Komponente H enthält, wobei die weiteren Additive ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Gammastrahlenstabilisatoren, Hydrolysestabilisatoren, Co-Stabilisatoren für Antioxidantien, Antistatika, Emulgatoren, Nukleierungsmitteln, Weichmachern,
Verarbeitungshilfsmitteln, Schlagzähmodifikatoren, Farbstoffen, Pigmenten und/oder weiteren Flammschutzmitteln, die sich von Komponenten C, D, E, F und G unterscheiden .
19. Verwendung der Polyamidzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung von Fasern, Folien und Formkörpern, insbesondere für Anwendungen im Elektro- und Elektronikbereich.
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