JP3173769B2 - 難燃シラン架橋ポリオレフィンの製造方法 - Google Patents
難燃シラン架橋ポリオレフィンの製造方法Info
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Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
媒及び難燃剤を含有した難燃ポリオレフィンのシラン架
橋において、有機不飽和シラン等を高濃度に含有したキ
ャリヤーポリマーにより一工程で難燃シラン架橋ポリオ
レフィンを製造するシラン架橋方法に関するものであ
る。
類、シート、射出製品等に多用されているポリオレフィ
ン組成物に難燃性を付与するためには、ポリオレフィン
にハロゲン化合物と三酸化アンチモンを添加することに
より達成されていた。しかるに、これらの組成物はハロ
ゲン組成物であり、燃焼時にハロゲン系ガスを発生し、
かつ金属が腐蝕されるため好ましくなかった。また発煙
量が多く、視界が悪くなり、火災時の人の避難および消
火活動が著しく制限されていた。特に、最近は安全面か
らこのようなハロゲン系ガスを発生しないことが強く要
望されるようになってきた。このような情勢を踏まえ、
発煙性、有害性の非常に少ない水和金属化合物を用いる
無機系難燃剤が注目されるようになってきた。難燃性を
付与するために、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニ
ウム等を含む樹脂複合物が実用化されているが、これら
の難燃性樹脂組成物においては、ハロゲン系ガスの発生
を防止しうるも、燃焼時に該樹脂組成物が溶融して落下
するという所謂ドリップ現象を発生する或いは高温時形
状保持性に劣るという問題があった。
熱性も向上するためには架橋させる方法があり、例えば
特公昭57−24373号公報、特公昭57−2662
0号公報等に開示されている。しかし、ここで述べられ
ている方法は化学架橋、電子線架橋等の大掛かりな架橋
装置を必要とし、設備自体のコスト、その後の運用保守
管理費等が嵩み、しいては組成物のコスト上昇を招いて
いた。又、特開昭60−101129号公報、特開昭6
0−147463号公報に見られるように、予めシラン
をグラフト化させたシラングラフト化ポリオレフィン樹
脂に難燃剤を添加して最終的に架橋したことを特徴とす
る難燃性架橋組成物の場合、シラングラフト化ポリオレ
フィン樹脂に難燃剤を配合して混練する時の早期架橋を
防止するため、架橋を抑えたシラングラフト化ポリオレ
フィン樹脂しか使用できず、その結果シラングラフト化
ポリオレフィン樹脂の架橋度が上げられず耐熱性が不十
分であった。又、この方法は少なくとも二回の反応工程
を伴う。即ちシラングラフト化反応工程及びシラノール
縮合反応工程である。従って少なくとも二回の押出工程
を経る事となり、最終製品としての経済的な問題が避け
られない。
がある。しかし、この方法は有機不飽和シランを液状で
押出機に注入する液添装置が必要であるが、滑りや計量
不良の問題がある。押出機も少量添加物を均一分散する
為にL/Dの大きな高価で特殊なタイプが必要であり、
経済的な問題が避けられない。更に押出においても非常
に高度な技術が必要であり、難燃タイプは実績化されて
いない。更に一工程プロセスとしては、シランを固体キ
ャリヤーポリマーに導入したシラン架橋方法が特開平3
−167229号公報に開示されている。しかし、この
方法は固体キャリヤーポリマーとしては多孔質ポリマー
或いはEVAであり、シラン及び遊離ラジカル発生剤の
他にシラノール縮合触媒、酸化防止剤等の添加剤も固体
キャリヤーポリマーに導入している。この為シランの縮
合によるオリゴマー化或いはラジカル捕捉による架橋阻
害により架橋効率や保存性が劣るという問題があった。
又、ここでは難燃タイプについては記載されていない。
題を解決したもので、シラノール縮合触媒及び難燃剤を
含有した難燃ポリオレフィンのシラン架橋において、有
機不飽和シラン等を高濃度に含有したキャリヤーポリマ
ーにより一工程で難燃シラン架橋ポリオレフィンを製造
するシラン架橋方法の提供を目的としたものである。
0.92g/cm3以下のα−オレフィンの単独重合体
又は共重合体100重量部に対して、難燃剤50〜20
0重量部、吸水剤0.5〜10重量部及びシラノール縮
合触媒を添加してなる難燃ポリオレフィンと、(ii) エ
チレン−エチルアクリレート共重合体(EEA)、エチ
レン−メチルメタクリレート共重合体(EMMA)、少
なくとも1個のビニル芳香族化合物からなる重合体ブロ
ックと、少なくとも1個の共役ジエン化合物からなる重
合体ブロックよりなるブロック共重合体を水素添加して
得られる水添ブロック共重合体及びこれらの混合物から
なる群より選ばれたポリマーに対し、一般式RR’Si
Y2(Rは1価のオレフィン性不飽和炭化水素基、Yは加
水分解しうる有機基、R’は脂肪族不飽和炭化水素以外
の1価の炭化水素基あるいはYと同じもの)で表される
有機不飽和シラン及び遊離ラジカル発生剤を含有させた
実質的に水の存在しないキャリヤーポリマーとを難燃ポ
リオレフィンのベースポリマーの結晶融点より高い温度
において溶融混合して反応させ、次いで水分と接触させ
て架橋させることを特徴とする難燃シラン架橋ポリオレ
フィンの製造方法である。更に好ましくは、α−オレフ
ィンの単独重合体又は共重合体が、エチレン、プロピレ
ン等のα−オレフィンの単独重合体、又はα−オレフィ
ンと他のα−オレフィンとの結晶性のブロック又はラン
ダム共重合体、又はα−オレフィンを主体とする、酢酸
ビニル、無水マレイン酸、アクリル酸等の極性モノマー
との共重合体並びにこれらの混合物で、その密度が0.
92g/cm3以下のものである。キャリヤーポリマー
の添加量が1〜5重量%であり、難燃剤が1種以上のシ
ランカップリング剤、シリコーン誘導体、脂肪酸又は脂
肪酸金属塩で表面処理した水酸化マグネシウムまたは水
酸化アルミニウムであり、吸水剤が1種以上のシランカ
ップリング剤、シリコーン誘導体、脂肪酸又は脂肪酸金
属塩で表面処理した平均粒径が1〜5μmの生石灰であ
ることを特徴とする難燃シラン架橋ポリオレフィンの製
造方法である。
発明において用いられるα−オレフィンの単独重合体又
は共重合体は、エチレン、プロピレン等のα−オレフィ
ンの単独重合体、又はα−オレフィンと他のα−オレフ
ィンとの結晶性のブロック又はランダム共重合体、例え
ば、結晶性プロピレン−エチレンブロック共重合体、エ
チレン−ブテン−1ランダム共重合体、プロピレン−ブ
テン−1ランダム共重合体、又はα−オレフィンを主体
とする、酢酸ビニル、無水マレイン酸、アクリル酸等の
極性モノマーとの共重合体(グラフト共重合体を含む)
並びにこれらの混合物で、その密度が0.92g/cm
3以下のものである。密度が0.92g/cm3を越える
とα−オレフィンの単独重合体又は共重合体への難燃剤
の受溶性が悪くなり、難燃性が低下する。
は、分解開始温度が150〜450℃の範囲にあって、一般式
MmOn・XH2O(ここに Mは金属、m,nは金属の原子価によ
って定まる1以上の整数、Xは含有結晶水を示す数)で
表される化合物または該化合物を含む複塩であり、具体
的には、水酸化アルミニウム(Al2O3・3H2O;または Al
(OH)3)、水酸化マグネシウム(MgO・H2O;または Mg(O
H)2)、水酸化カルシウム(CaO・H2O;または Ca(O
H)2)、水酸化バリウム(BaO・H2O;または BaO・9H
2O)、酸化ジルコニウム水和物(ZrO・nH20)、酸化ス
ズ水和物(SnO・H20)、塩基性炭酸マグネシウム(3MgC
O3・Mg(OH)2・3H2O)、ハイドロタルサイト(6MgO・Al2
O3・H2O)、ドウソナイト(Na2CO3・Al2O3・nH2O)、硼
砂(Na2O・B2O5・5H2O)等であり、その他硼酸亜鉛、メ
タ硼酸亜鉛、メタ硼酸バリウム、炭酸亜鉛、炭酸マグネ
シウム−カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、
酸化モリブデン、赤リン、リン酸トリエチル、リン酸ト
リクレジル、リン酸トリフェニル、リン酸クレジルフェ
ニル、リン酸オクチルジフェニル、ジエチレンリン酸エ
チルエステル、ジヒドロキシプロピレンリン酸ブチルエ
ステル、エチレンリン酸ジナトリウムエステル、ポリリ
ン酸アンモニウム、リン酸メラミン、リン酸グアニジン
等が挙げられ、これらは1種または2種以上併用しても
よく、好ましくは水酸化マグネシウム、水酸化アルミニ
ウムである。また、難燃剤はシランカップリング剤、シ
リコーン誘導体、脂肪酸または脂肪酸金属塩等で表面処
理を施したものが好ましい。 (i)シランカップリング剤としては、分子内の一方の末
端に無機質と反応する反応基(メトキシ基、エトキシ
基、カルボキシル基、セロソルブ基等)を有するもので
あり、これは一般的に三官能基を有する場合が多いが、
二官能、一官能を有する場合でももちろん良い。又もう
一方の末端には、有機材料である樹脂側と化学結合する
反応基(ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ
基、メルカプト基等)を有するもので主鎖がアルコキシ
オリゴマーを骨格とするものである。 (ii)シリコーン誘導体としては、ジメチルポリシロキサ
ンのメチル基の一部を各種の有機基で置換したタイプ
で、各種の変性有機基としてはα−メチルスチレン基、
α−オレフィン基、ポリエーテル基、アルコール基、フ
ルオロアルキル基等の相溶性、親水性、潤滑性、撥水性
等を改良することを目的とする変性基、アミノ基、メル
カプト基、エポキシ基、カルボキシル基等の反応性、吸
湿性を目的とした変性基、高級脂肪酸、カルナバ、アミ
ドを置換した離型、艶出しを目的とした変性基等、多種
多様の変性基誘導体が挙げられる。
肪酸があり、炭素数が6以上22までの脂肪酸を指すが
特にC18のステアリン酸、オレイン酸が挙げられる。 (iV)脂肪酸金属塩としては、上記の脂肪酸が金属と結合
した金属石鹸を示し、特にステアリン酸ソーダ、ステア
リン酸カリ、オレイン酸ソーダ、オレイン酸カリ等が挙
げられる。もちろん脂肪酸としては直鎖飽和型、不飽和
型を問わず側鎖部分が金属と結合したものも、もちろん
有効である。 (i)〜(iV)によって又はその混合体によって表面処理さ
れた難燃剤を50重量部から200重量部配合した場
合、低密度の低結晶性ポリマーと相溶するか又は反応し
高充填した場合でも、容易に、低温特性、柔軟性及び加
工性の優れた組成物を形成できるものであるが、50重
量部を下回るとその難燃効果は著しく低下してしまう。
又200重量部を上回ると難燃性が著しく向上するもの
の、柔軟性、低温特性等の機械特性が低下し、加工性が
極端に悪くなる。
(酸化カルシウム)、酸化マグネシウム、酸化バリウ
ム、酸化アルミニウム、マグネシウム・アルミニウム・
酸化物、マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキサ
イド・カーボネート、シリカゲル、無水硫酸カルシウ
ム、無水硫酸銅等であり、好ましくは生石灰である。上
記(i)〜(iV)によって又はその混合体によって表面処理
されたものが好ましく、この吸水剤は難燃ポリオレフィ
ンの付着水分量低減の為に添加される。これは難燃ポリ
オレフィンに付着水分があると、シラン架橋工程で早期
架橋を生じる為である。この早期架橋を引き起こす付着
水分量はおよそ100ppm以上であり、付着水分量を
100ppm未満に抑える為には吸水剤は0.5〜10
重量部添加しなければならない。0.5重量部を下回る
と付着水分量が100ppm以上となり早期架橋を引き
起こす。又10重量部を上回っても付着水分量の低減効
果がそれ以上増加することは少なく機械特性の低下を引
き起こす場合がある為である。又難燃ポリオレフィン中
での分散性に優れ、より均一な付着水分吸収効果を得る
為には平均粒径が1〜5μmの吸水剤が好ましい。
ブチル錫ジラウレート、酢酸第一錫、ジブチル錫ジアセ
テート、ジブチル錫ジオクトエート、ナフテン酸鉛、カ
プリル酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、チタン酸テトラブ
チルエステル、ステアリン酸鉛、ステアリン酸亜鉛、ス
テアリン酸カドミウム、ステアリン酸バリウム、ステア
リン酸カルシウム等の有機金属化合物が挙げられる。こ
れらの添加量としては、難燃シラン架橋ポリオレフィン
の全重量を基準として0.01〜0.1重量%、好まし
くは0.03〜0.07重量%である。0.01重量%
を下回ると十分な架橋反応が進まず、又0.1重量%を
上回ると押出時に押出機内で局部的に架橋が進行し外観
が著しく悪化する。又シラノール縮合触媒は難燃ポリオ
レフィンに加入しなければならない。これは有機不飽和
シラン及び遊離ラジカル発生剤を含浸させたキャリヤー
ポリマーに加入するとシランの縮合によるオリゴマー化
を促進し外観悪化を引き起こす為である。
ン相互の架橋点となるべくベースレジンにグラフト化さ
れるものである。本発明において使用される有機不飽和
シランとしては、一般式RR’SiY2(Rは1価のオ
レフィン性不飽和炭化水素基、Yは加水分解しうる有機
基、R’は脂肪族不飽和炭化水素以外の1価の炭化水素
基あるいはYと同じもの)で表される化合物が使用され
る。R’がYと同一で一般式RSiY3で表される有機
不飽和シランを使用するのが望ましく、例えばビニルト
リメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル
トリブトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリ
ルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらの添加量
としては難燃シラン架橋ポリオレフィンの全重量を基準
にして0.1〜2重量%、好ましくは0.4〜1重量%
である。0.1重量%を下回ると充分なグラフト化が起
こらず、又2重量%を上回ると成形不良を起こすととも
に経済的でなくなる。
ラフト化反応の開始剤として働く。本発明において使用
される遊離ラジカル発生剤には、重合開始作用の強い種
々の有機過酸化物及びパーエステル、例えばジクミルパ
ーオキサイド、α,α′−ビス(t−ブチルパーオキシ
ジイソプロピル)ベンゼン、ジ−t−ブチルパーオキサ
イド、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−ベンゾイ
ルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス
(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオ
キシピバレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘ
キサノエート等が挙げられる。これらの添加量としては
難燃シラン架橋ポリオレフィンの全重量を基準にして
0.01〜0.1重量%、好ましくは0.02〜0.0
5重量%である。0.01重量%を下回ると充分なシラ
ングラフト化反応が進行せず、又0.1重量%を上回る
と押出加工性が低下するとともに成形表面が悪くなる。
体混合物で本発明のキャリヤーポリマーを膨潤させるこ
とにより、遊離ラジカル発生剤とシランをキャリヤーポ
リマーに加入することができる。この時シランを高濃度
に加入させる為にはキャリヤーポリマーの予熱が必要で
あるが、ポリマーが溶融しないように結晶融点以下の温
度でなければならない。結晶融点以上の温度になるとペ
レットが溶融し作業性に支障をきたす為である。またキ
ャリヤーポリマーは、粒状形であり且つ架橋する難燃ポ
リオレフィン及びシランと相溶性の個体でなければなら
ない。相溶性とは、キャリヤーポリマーがシランと容易
に反応してはならず、且つ難燃ポリオレフィンに分散可
能或いは可溶性でなければならないことを意味する。適
したキャリヤーポリマーは非吸湿性である。即ちシラン
の早期加水分解及び縮合の可能性を最小にする為に水分
の吸収が比較的遅いのが好ましい。何れにしても、キャ
リヤーポリマーは実質的に水が存在すべきでない。本発
明のキャリヤーポリマーはグラニュール、或いはペレッ
トの形の粒状物にするのが普通であり、好ましい形はペ
レットである。
マーとしては、エチレン−エチルアクリレート共重合体
(EEA)、エチレン−メチルメタクリレート共重合体
(EMMA)、エチレン−ビニルアセテート共重合体
(EVA)、エチレン−プロピレン共重合体(EP
R)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPD
M)、少なくとも1個のビニル芳香族化合物からなる重
合体ブロックと、少なくとも1個の共役ジエン化合物か
らなる重合体ブロックよりなるブロック共重合体を水素
添加して得られる水添ブロック共重合体、例えば水添ス
チレン−イソプレンブロック共重合体(SEPS)、水
添スチレン−ブタジエンブロック共重合体(SEBS)
等であり、及びこれらの混合物を挙げることができる。
キャリヤーポリマーの添加量は難燃シラン架橋ポリオレ
フィンの全重量を基準にして1〜5重量%の範囲で添加
される。1重量%を下回ると充分なグラフト化が起こら
ず、又5重量%を上回ると成形不良を起こすとともに経
済的でなくなる。難燃ポリオレフィンのその他の添加剤
としては所望により通常に使用される添加剤、例えば酸
化防止剤、中和剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、
分散剤、増粘剤、金属劣化防止剤、防カビ剤、流動調整
剤等、または他の合成樹脂を含有させることもできる。
尚 本発明においては、シラノール縮合触媒をベースポ
リマーに添加したが、シラノール縮合触媒の分散程度を
良くするために、前述の有機不飽和シラン及び遊離ラジ
カル発生剤を含浸させたキャリヤーポリマー以外の別の
キャリヤーポリマー、例えばポリオレフィン系樹脂にシ
ラノール縮合触媒を予め溶融混合させたものを用いても
良い。この場合は、ベースポリマーと2種類のキャリヤ
ーポリマーを適度の配合割合で押出機等の成形機に投入
することになる。
合に従って、各成分を混合しバンバリーを用いて温度1
60〜180℃で混練し造粒した。 《キャリヤーポリマーの製造》表2に示すような配合割
合に従って、まずキャリヤーポリマーをスーパーミキサ
ーに投入し攪拌混合し80℃に予熱する。次に不飽和シ
ランに遊離ラジカル発生剤を溶かした液体混合物をスー
パーミキサーに投入し攪拌しながらキャリヤーポリマー
に10分間で含浸させた。
/ソフトレックスD9052(日本石油化学(株)製)密
度;0.905g/cm3 (2)P−0480:エチレンとα−オレフィンの共重合
体/タフマーP−0480(三井石油化学(株)製)密
度;0.87g/cm3 (3)水酸化マグネシウム:キスマ5B(協和化学(株)
製)、オレイン酸処理品 (4)生石灰(1):平均粒径3μm、ステアリン酸処理品 (5)生石灰(2):平均粒径10μm、ステアリン酸処理品 (6)DBTDL:ジブチルスズジラウレート (7)酸化防止剤:フェノール系酸化防止剤/イルガノッ
クス1010(チバガイギー(株)製) (8)滑剤:低分子量ポリエチレン/サンワックス171
P(三洋化成工業(株)製) (9)EEA:エチレン−エチルアクリレート共重合体(E
A含量;23重量%、結晶融点93℃) (10)SEPS:水添スチレン−イソプレンブロック共重
合体(スチレン含量;30重量%、結晶融点135℃) (11)L−LDPE:直鎖状低密度ポリエチレン(密度;
0.924g/cm3、MI;3.0g/10min) (12)VTMOS:ビニルトリメトキシシラン (13)DCP:ジクミルパーオキサイド
゜C、30分) (15)シラン含浸性:スーパーミキサーでVTMOS/DCP液体
混合物を加熱攪拌した時の含浸性を評価した。 ○:含浸性良好、×:含浸不可 (16)テープ押出外観: 50mmφの押出機 120-150-170-180-170℃ L/D:20 圧縮比 3.5 テープダイ:巾 100mm リップ間
隔 1mmt 評価:○>△>×の順とし、○のレベルを合格とした。 (17)酸素指数:JIS K 7201 による。 (18)ゲル分率(%):120℃、20時間、キシレン浸漬法 (19)引張強さ(MPa)及び伸び(%):JIS K 6760
による。 (20)ホットセット:IEC-540A による。 ○:合格、×:不合格
ポリマーを表3及び4の比率で混合し、押出機を用いて
テープを押出し、更に温水中に浸漬することによって架
橋処理を行った。この押出テープを用いて、ゲル分率、
引張強さ、伸び及びホットセットの評価を行った。又、
押出テープをプレスし酸素指数の評価を行った。
〜4は押出加工性が良好で、かつ非常に優れた架橋特
性、機械的特性、難燃性及び耐熱性を示している。これ
に対し比較例は全て、押出加工性、架橋特性、機械的特
性、難燃性、耐熱性等のバランスが取れていない。
橋特性、機械的特性、難燃性及び耐熱性に優れた難燃シ
ラン架橋ポリオレフィンを得ることができる。
Claims (8)
- 【請求項1】 (i)密度が0.92g/cm3以下のα−
オレフィンの単独重合体又は共重合体100重量部に対
して、難燃剤50〜200重量部、吸水剤0.5〜10
重量部及びシラノール縮合触媒を添加してなる難燃ポリ
オレフィンと、(ii) エチレン−エチルアクリレート共
重合体(EEA)、エチレン−メチルメタクリレート共
重合体(EMMA)、少なくとも1個のビニル芳香族化
合物からなる重合体ブロックと、少なくとも1個の共役
ジエン化合物からなる重合体ブロックよりなるブロック
共重合体を水素添加して得られる水添ブロック共重合体
及びこれらの混合物からなる群より選ばれたポリマーに
対し、一般式RR’SiY2(Rは1価のオレフィン性不
飽和炭化水素基、Yは加水分解しうる有機基、R’は脂
肪族不飽和炭化水素以外の1価の炭化水素基あるいはY
と同じもの)で表される有機不飽和シラン及び遊離ラジ
カル発生剤を含有させた実質的に水の存在しないキャリ
ヤーポリマーとを難燃ポリオレフィンのベースポリマー
の結晶融点より高い温度において溶融混合して反応さ
せ、次いで水分と接触させて架橋させることを特徴とす
る難燃シラン架橋ポリオレフィンの製造方法。 - 【請求項2】 α−オレフィンの単独重合体又は共重合
体が、α−オレフィンと他のα−オレフィンとの結晶性
のブロック又はランダム共重合体、又はα−オレフィン
と極性モノマーとの共重合体並びにこれらの混合物で、
その密度が0.92g/cm3以下のものであることを
特徴とする請求項1記載の難燃シラン架橋ポリオレフィ
ンの製造方法。 - 【請求項3】 キャリヤーポリマーの添加量が難燃シラ
ン架橋ポリオレフィンの全重量を基準にして1〜5重量
%であることを特徴とする請求項1または2記載の難燃
シラン架橋ポリオレフィンの製造方法。 - 【請求項4】 難燃剤が1種以上のシランカップリング
剤、シリコーン誘導体、脂肪酸または脂肪酸金属塩で表
面処理されていることを特徴とする請求項1または2記
載の難燃シラン架橋ポリオレフィンの製造方法。 - 【請求項5】 難燃剤が水酸化マグネシウム、水酸化ア
ルミニウムの中から選ばれた少なくとも1種であること
を特徴とする請求項1、2または4記載の難燃シラン架
橋ポリオレフィンの製造方法。 - 【請求項6】 吸水剤が1種以上のシランカップリング
剤、シリコーン誘導体、脂肪酸または脂肪酸金属塩で表
面処理されていることを特徴とする請求項1、2または
4記載の難燃シラン架橋ポリオレフィンの製造方法。 - 【請求項7】 吸水剤の平均粒径が1〜5μmであるこ
とを特徴とする請求項1、2、4または6記載の難燃シ
ラン架橋ポリオレフィンの製造方法。 - 【請求項8】 吸水剤が生石灰であることを特徴とする
請求項1、2、4、6または7記載の難燃シラン架橋ポ
リオレフィンの製造方法。
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