DE2150601A1 - Thermoplastische Polymeren-Komposition - Google Patents
Thermoplastische Polymeren-KompositionInfo
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Description
Patentanwälte üipi, Ing. F. Welckmann, ■
Dipl. Ing, H. Weickmsnn, Dipl. Phys. Dr. K. Fincke
The Bcv/ Chemical Company Dipl. Ing. F. A. Weickmann, Dipl. ChBm. B. Huber
929 East Main Street, Midland 8 München 27, Mölilstr. 22
Thermoplast is die Polymo r_e nj~Komp_ osition
Die vorliegende Erfindung betrifft thermoplastische Polymere , welche bromierte Biphenyle als feuerhemmende Additive
enthalten.
Ss ist schwierig, e'in geeignetes feuerhemmendes Additiv für hoch-schmelzende Polymere zu erhalten. Eine Reihe der bislang
verwendeten Verbindungen hat nicht die erforderliche therir.ische Stabilität, um den Verarbeitungstemperaturen ohne
Verfäx'bung oder andere negative Auswirkungen auf das Polymex-e
zu widerstehen. Andere Verbindungen können unter den Verarbeitungsbedingungen nicht ohne v/eiteres in das Polymere eingearbeitet
werden.
Es sind schon viele Versuche unternommen worden, um Polymere feuerfest zu machen. Einige der handelsüblichen Verfahren
bzw. Additive sind in "Plastic Design & Processing" Juli 1970, S. 13» beschrieben. Den erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen
am nächsten steht das Hexabrom-biphenyl.
Die Suche nach einem feuerhemmenden Mittel für Polyester-Fasex*n
ist das schwierigste Problem. Dieses Material schmilzt kurz vor dem Brennen; bei den meisten Standard-Tests wird es
als selbst-auslösehend betrachtet, weil es nämlich die Flamme mit den fallenden Tröpfchen wegzieht. Wird Polyester mit
anderen Fasern vermischt, welche das Tropfen verhindern, oder ist die Faser so angeordnet, daß sie nicht tropfen und die
Flamme wegziehen kann, z.B. in einem Teppich, so brennt Polyester sehr leicht. Versuche zur Verzögerung dieses Brennens
sind in folgenden Publikationen beschrieben: Pastuska, Kunststoffe
19 (3), 275-277 (1966); DBP 1.150.044 (Hilscher); Brit. Patent 1,059,946; Brit. Pat. 1,054,887 (Reinhard et. al);
D3P 1,169,832 (C-aetz et al.); Franz. Patent 1,394,401. Diese Methoden betroffen das Überziehen oder Behandeln der Faser bsw,
ORIGINAL 209817/129?
_ 2 -neue Mischungen, um ein feuerheiamend.es Produkt zu erhalten. .
Es wurde nun gefunden, daß thermoplastische Polymere,
welche broraierte Biphenyle oder Mischungen derselben enthalten,,
die als Substituenten 7-10 Bromatome und 0-3 Chloratorne tragen,
feuerhemmend sind. Diese brömierten Verbindungen haben die erforderliche
thermische Stabilität, I/ichtstabilität und andere
physikalische Eigenschaften, so daß sie wirtschaftlich brauchbar sind.
Beispiele von erfindungsgemäß verwendbaren Biphenylen sind
Hepta-, Octa-, Nona- und Decabroin-biphenyl; Heptabrom-trichlor-·,
& Heptabrom-dichlor- und Heptabrom-monochlor-biphenyl; Ocfcabroiadichlor-
und Octabrom-monochlor-biphenyl und Nonabrom-monochlor-biphenyl.
Die Anordnung der Halogenatome am Biphenyl-Kern beeinflußt die feuerhemmende Wirkung nicht wesentlich.
Die interessantesten Verbindungen hinsichtlich ihrer speziellen Wirkung enthalten nur Brom-Substituenten. Bevorzugt sind diejenigen
brömierten Bxphenyle, welche unterhalb 3OO°C schmelzen,
wobei diejenigen, welche unterhalb 275°C schmelzen, besonders
bevorzugt sind, weil sie bei den normalen Verarbeitungstemperaturen für thermoplastische Polymere flüssig sind. Von besonderem
Interesse als feuerhemmendes Mittel ist ein Gemisch von brömierten
Biphenylen,welche 7-9 Bromatome enthalten, wobei solche Mischungen, welche weniger als etwa 30 Gew.-% Heptabrom-biphenyi
W enthalten, wegen ihrer wirtschaftlichen Brauchbarkeit besonders
wichtig sind.
Die feuerhemmenden broraierten Biphenyle werden den thermoplastischen
Polymeren zugesetzt, um sie feuerhemmend zu machen: bei größeren Mengen des Additivs wird das thermoplastische Polymere
selbst-auslöschend. Selbstverständlich ist die Wirkung auf das Polymere je nach den verschiedenen Verbindungen und
Kompositionen dieser feuerhemmenden Mittel und je nach den
verschiedenen Polymeren unterschiedlich. Von besonderem Interesse
sind die Polyolefine, Polyester und Polyamide. Beispiele von Polyolefinen, für welche sich die erfindungsgemäßen feuerhemmenden
Mittel eignen, sind Polyäthylen, Polypropylen, und PoIy-.styrol,
wobei die Verwendung von brömierten Biphenylen bei Poly--
209817/1292 BADORlGiNAL
_ ~A —
propylen und Polystyrol von besonderer Bedeutung ist. Beispiele
van Polyestern, für Vielehe sich die feuerhemmenden Mittel der
vorliegenden Erfindung eignen, sind Polyäthylen-terephtbalat
und PoIy-(I ,^—cyclolJexylen-dimethylen-tei'ephthalat). Besondere
interessant ist Polyäthylen-terephthalat xvegen seiner wirtschaftlichen
Bedeutung. Beispiele für Polyamide, die erfindungsgemäß feuerhemmend gemacht werden können, sind in Kirk-Othmer
"Encyclopedia of Chemical Technology" 2. Ed. Bd. 16, S. 2,
beschrieben, wobei Nylon-6 und Nylon-6,6 von besonderem Interesse
sind, veil sie große Eandelsprodukte sind.
Die erfindungsgemaßen feuerhemmenden Mittel werden in das
thermoplastische Polymere eingearbeitet, wobei man jedes geeignete Verfahren benutzen kann, welches zu dem gewünschten
Produkt führt. So kann z.B. das feuerhemmende Mittel leicht dadurch in das Polymere eingearbeitet werden, daß man das
Additiv mit dem erweichten oder geschmolzenen thermoplastischen Polymeren vermischt, bis eine praktisch homogene Mischung erhalten
ist. Man kann aber auch feste Mischungen des feuerhemmenden Mittels mit dem thermoplastischen Polymeren homogenisieren
und verformen.
Die Menge des feuerhemmenden Mittels, welche erforderlich ist, mn das gewünschte Ausmaß an feuerhemmender Wirkung zu erzielen,
kann in weiten Grenzen schwanken; sie hängt im wesentlichen von der Art des Polymeren, von der Verwendung des Polymeren
und von der speziellen Brombiphenyl-Komposition ab. · Prinzipiell kann man jede wirksame Menge des bromierten Biphenyls
verwenden; üblicherweise ist jedoch eine Menge an bromiertem Biphenyl, welche etwa 0,1-20 Gew.-^ Brom (bezogen
auf das Gewicht der Polymeren-Komposition) entspricht, ausreichend zur Erzielung des gewünschten Schutzes, wobei
Mengen von etwa 1-10 Gew.-^ Brom bevorzugt sind.
Man kann die erfindungsgemaßen bromierten Biphenyle allein
oder in Kombination mit anderen bekannten feuerhemmenden Mitteln, synergistischen Stoffen oder Stabilisatoren verwenden. Andere
bekannte feuerhemmende Mittel sind z.B. chlorierte und bromierte aliphatische und aromatische Verbindungen sowie halogenierte
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Phosphorverbindungen. Die wichtigsten Synergisten sind Antiinonozid
und verschiedene Borat-SalKe; man Kann jedoch auch aneero
bekannte Synergisten verwenden. Stabilisatoren für brornierte
Biphenyle sind z„B» Barium-Cadmium-Seifen, Triallcyl-Pliospbite
und Organο-Zinn-Verbindungen» Diese Stabilisatoren werden im
allgemeinen verwendet, um eine mögliche Verfärbung zu verhindern.
Nach !einarbeitung des feuerhemmenden Mittels in das Polymere kann die Mischung zu (jeder geeigneten Form verarbeitet
'werden. So kann man z.B. eine Mischung mit gesättigten Polyestern
schmelzen und zu Fasern verspinnen. Diese Polyester-Faser kann dann mit Baumwolle, Wolle oder anderen synthetischer.!
Fasern vermischt werden, so daß man eine erwünschte feuer— hemmende Mischung erhält.
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Verbindungen ist ihre Fähigkeit, den hohen Verarbeitungstemperaturen ohne wesentliche
Verfärbung oder andere nachteilige Effekte auf die Eigenschaften des Polymeren zu widerstehen. Die erf indungsgemäßert
Verbindungen sind auch im Licht stabil und verursachen wonig
oder gar keine Verfärbung, wenn man sie nach dem Einarbeiten in das Polymere belichtet. Zusammen mit der feuerhemmenden
Wirkung und der rationellen Herstellung machen diese Eigenschaften
die erfindungsgemäßen Verbindungen wirtschaftlich besonders interessant. .
oneiNAL
209817/1292
Beispiele 1-4 und. Vergleichsbeispiel A
Verwendung der erfindungsgemäßen Substanzen als feuerhemmende
Mittel bei Polyester.
Octabrom-biphenyl wird hergestellt und hinsichtlich seiner feuerhemmenden
Eigenschaften in Polyester untersucht. Bei diesem Teß'v
wird ein Gemisch aus Polyäthylen-terephthalat und der gewünschten Menge des bromierten Biphenyls, welche der angegebenen
prozentualen Menge Brom entspricht, unter Verwendung eines üblichen Mischers bei 25O°C vermischt. Dann entfernt
man die Mischung aus der Mühle und vermählt sie zu einem Pulver.
Eine Probe v/ird nun bei einem Druck von 15.400-27.200 kg/ 6,4-5-cm und 290~300oC auf einem r Fiberglas -Träger verformt.
Ein Streifen des Materials (10,2 χ 0,64 χ 0,32 cm) wird abgeschnitten
und im begrenzenden Sauerstoff-Index-Test (L.O.I.) verbrannt; vgl. hierzu Combustion and Flame 10, 135 (1966).
Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt und mit einem Polyester ohne feuerhemmendes Mittel verglichen. Je
größer der L.O.I.-Wert, umso besser ist das Resultat»
Bromiertes Biphenyl als feuerhemmendes Mittel für Polyester
Beispiel Gew.-% Brom LOI
A 0 0,205
1 7 0,283
2 5 ' 0,261 3' 3 '·...- """ 0,248
4 1 . 0,222
Beispiele 5-9 und Vergleichsbeispiel B
Lichtstf'bilitöt von Oc b-'-brom-b !phenyl.
Polyester-Proben, welche verschiedene Konzentrationen von
Octabroiii-biphonyl enthalten, werden längere Zeit dem Licht einer
209817/1292
BAD ORIGINAL
Quecksi3.berlampe ausgesetzt, υ.α die Licht Stabilität der feuer—
hemmenden Brom-biphenyle in_situ zu untersuchen. Diο Ergebnisse
dieser Versuche werden mit einem Fadometer hinsichtlich der
Gelbheit und Transmission gemessen. Die erhaltenen Daten sind
in Tabelle II im Vergleich mit Polyäthylen- terephthalat ohne Additiv 25US ammenges teilt.
Tab e .1- 1 e II
Lichtstabilität von Octabrom-biphenyl in Polyester
Gelb-Index Transmission {%)
Zelt (Stunden) · Zeit (Stunden)
Beispiel Gew.-.
% Brom O 50 100 O 50 100
B 0 11,1 8,9 7,8 74,4- 72,9 73,5
5 1 12,0 12,3 16,7 74,4 74,2 73,1
6 3 13,6 17,9 30,5 73,1 70,3 66,9
7 5 13,8 23,0 36,5 74,5 70,7 66,7
8 7 16,7 25,2 37,9 70,1 68,2 64,3
9 10 18,7 30,2 4-2,5 65,1 61,0 57,6
Beispiel 10
Herstellung und Verwendung einer Mischung von bromierten Biphenylen.
Man beschickt einen Reaktor mit 38,6 g (0,25 Mol) Biphenyl, 386 g Methylenchlorid und 2,2 g Aluminiumchlorid. Man setzt
2 Mol Brom mit dieser Reaktormasse um und erhält ein Gemisch aus bromierten Biphenylen.
Das Gemisch der bromierten Biphenyle wird dann zu Polyester,
Nylon, Polystyrol, Polypropylen und Polyäthylen gegeben und zwar in einer ausreichenden Menge, so daß das nu'./ünschto ·
209817/1292 BAD ORIGINAL
fcnerheinmcTjde Produkt erhalten wird.
Bei s ρ i e 1 e
11-12
Vergleich der erfindungsgemäßen Verbindungen mit Hexabrora-biphenyl.
Die erfindungsgemäßen feuerheramenden Mittel v/erden nach
dem in den Beispielen 1-4 beschriebenen Verfahren 10 Minuten
bei 29O°C unter Stickstoff-Atmosphäre in einem Mischer in Polyester
eingearbeitet, so daß man die in Tabelle III angegebenen Gev/c °/>
Brom erhält; dann verformt man 2 Minuten bei einem Druck
von 4.540-9.070 kg/cm2 bei 290-30O0C auf einem Fiberglas-Träger.
Diese Bedingungen entsprechen den normalerweise üblichen Bedingungen von Temperatur, Druck "und Zeit. Ein Streifen der
verformten Probe (0,64 χ 8,9 x 0,32 cm} wird.nach dem ASTM-635--Verfahren
untersucht, wobei allerdings der Standard-Streifen durch einen Streifen der obigen Abmessungen ersetzt wird. Die
Ergebnisse dieses Vergleichsv^ersuchs sind in Tabelle III zusammengestellt;
es handelt sich um Durchschnittsergebnisse von 3 repräsentativen Tests an zwei getrennt hergestellten Proben.
Tabelle III
Vergleich der erfindungsgemäSen feuerhemmenden Mittel mit Hexabroiri-biphenyl«
, ■
Beispiel A B C
Additiv
Hexabrom-biphenyl
Octabrom-biphenyl
stauslöschend
Gew.-# Brom LOI ASTM-635
O ; 0,205 zerstört
O ; 0,205 zerstört
0,258
0,280 S.E. 163 see,
0,257 S.E. 30 see.
0,279 S-E. <
1 see.
Mischung aiin broicortcvn Biphenylen, v/elclie vorwiegend OctabroiR-enthält.
2€9817/1?9? BAD ORIGINAL
Beispiel 13
Verwendung der feuerhemmenden Mittel in Polypropylen.
Ein Gemisch, welches überwiegend aus Octabrom-biphenyl besteht und kleine Mengen Hepta-, Nona- und Decabrombiphenyl
sowie sehr kleine Mengen von Ohlor-brom-biphenylen enthält^A-wird
als feuerhemmendes Mittel für Polypropylen verwendet. Man arbeitet 2 g dieses feuerheramenden Mittels in 38 g Polypropylen
ein, indem man die Komponenten in einem Mischer 5 Minuten bei 25O°C'und 25 r.p.m. vermischt. Das Material
wird dann bei 2000C verformt, so daß man ein Produkt von
12,7 x 10»2 χ 0,32 cm erhält. Das Material ist nach dem ASTM-635-Test
in 15 Sekunden selbst-auslöschend. Der L.O.I.-Wert des Produkts beträgt 0,250.
Beispiel 14-
Verwendung der feuerhemmenden Mitel in Polystyrol.
Man arbeitet Octabrom-biphenyl in eine Schmelze von Polystyrol ein, so daß der Bromgehalt 8,2 Gew.-^ beträgt. Ferner
gibt man in die Schmelze 2 Gew.-% Antimonoxid und jeweils 0,5 % von zwei Stabilisatoren. Streifen des Endprodukts werden
W dem Laboratorium-Test UL-0A der Anmelderin unterworfen, um die
Brenndauer der Streifen, zu bestimmen. Der 0,16 cm-Streifen erlöscht 3»6 Sek. nach dem Anzünden mit einem Bunsenbrenner;
ein 0,64- cm-Streifen erlöscht nach 2,6 Sekunden. Außer dem UL-94~-Test wurden auch die physikalischen Eigenschaften des
-feuerhemmenden Materials untersucht und für gut befunden.
Beispiel 15
Verwendung der feuerhemmenden Mittel in Nylon.
In ähnlicher Weise wie in den' obigen Beispielen beschrieben,
wird Octabrom-biphenyl in Nylon-6,6 eingearbeitet. Das Nylon ohne
209817/129?
feuerhemmends Mittel hat einen LO!-Wert von 0,20. Nylon mit
• verschiedenen Konzentrationen Octabrom-biphenyl (angegeben sind jeweils Gew.-% Brom im Endmaterial) zeigt die folgenden
LOI-Werte:
1 % : 0,20; 3 %'■ 0,21; 5 #: 0,21; 7 %' 0,22; 10 %: 0,23.
Bas Nylon mit 10 # Brom ist nach dem Anzünden mit einem Bunsenbrenner
selbst—auslöschend.
Beispiel 16
Verwendung der feuerhemmenden Mittel in Polyäthylen.
In gleicher Weise wie im Beispiel 13 beschrieben, wird ein "
Gemisch von Octabrom-biphenyl zu Polyäthylen gegeben, so daß man IO Gew.-^ Brom erhält. Das Polyäthylen mit dem bromierten
Biphenyl ist mehr feuerhemmend (LOI 0,197) als dasjenige ohne
dieses Additiv (LOI 0,173).
Die Mischungen der zur Faser-Herstellung geeigneten thermoplastischen
Polymeren können geschmolzen und versponnen werden, so daß man eine feuerhemmende Faser erhält, welche dann mit
Baumwolle, Wolle oder anderen synthetischen Fasern vermischt werden kann, wobei man ein Endprodukt erhält, welches eine
größere feuerhemmende Wirkung als die ursprüngliche Mischung mit der Faser ohne feuerhemmendes Mittel hat. \
2.09817/1292
Claims (2)
- Patentansprüche1* Thermoplastische Polymeren-Komposition, welche ein feuer-hemmendes Additiv enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man als Additiv ein bromiertes Biphenyl oder Mischungen derartiger Biphenyle verwendet, die als Substituenten 7-10 Bromatome und
. 0-3 Chloratome tragen. - 2. Komposition gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,"daßdas bromierte Biphenyl einen Schmelzpunkt unterhalb 275°C hat«209817/129?
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2363758A1 (de) * | 1972-12-28 | 1974-07-11 | Toray Industries | Polyestermasse |
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