NO328520B1 - Polyamidplast med høy flammemotstandsdyktighet og god prosesserbarhet - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører konstruksjonsplast med en høy flammemotstandsdyktighet og en god kompound prosesserbarhet hvor konstruksjonsplasten inneholder microsilica som et flammehemmende middel og som et prosesseringsmiddel.

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører polyamid høystyrke konstmksjonsplast med en forbedret flammemotstandsdyktighet.

Teknikkens stilling

Konstmksjonsplast har en vid bruk i flere høystyrkeanvendelser på grunn av dens spesifikke egenskaper så som termisk stabilitet, høy slagfasthet og høy strekkstyrke. Konstmksjonsplast har imidlertid også ulemper slik som vanskelig prosessering, høy vannabsorpsjon og høy brennbarhet.

Konstmksjonsplast er termoplaster som har mekaniske, kjemiske og termiske egenskaper, god dimensjonsstabilitet og er anvendbar for bruk under betingelser hvor det kreves høy slagstyrke, temperatur eller fuktighet. De inkluderer acetater, polykarbonater (PC), polyfenylsulfider, polysulfoner, modifiserte polyfenylenoksider, polyimider, polyamider (PA), polybutylentereftalat (PBT), acrylnitrilbutadienstyren (ABS), flytende krystallpolymerer (LCP), etylenvinyl-acetatkopolymer (EVA) og andre plaster som anvendes for konstruksjonsformål.

For å forbedre flammemotstandsdyktigheten av konstmksjonsplast benyttes det organiske forbindelser inneholdende halogen og fosfor eller rødt fosfor. Disse tilsetningsmidlene har imidlertid noen alvorlige ulemper. Ved brann frigjøres giftige og korrosive gasser som kan skade både personer og miljø. I tillegg reduseres de mekaniske egenskapene og prosesserbarheten av konstmksjonsplasten. Også ikke-giftige tilsetningsmidler så som aluminiumtrihydrat, magnesiumhydroksyd og glassfiber benyttes for å forbedre flammemotstandsdyktigheten av konstmksjonsplast, men selv om de ikke er giftige, kan de skade de mekaniske egenskapene og prosesserbarheten av konstmksjonsplasten.

For å beholde de mekaniske egenskapene tilsette fyllstoffer så som talk, wollastonitt eller fibre som glassfiber eller karbonfiber til polymeren som anvendes ved fremstilling av konstruksjonsplast, men tilsetning av disse materialene fører til andre negative effekter. En slik negativ effekt er at viskositeten av polymerkompounden øker sterkt hvilket gir en redusert prosesserings-hastighet. Optimalisering av polymerkompoundegenskapene og prosesserings-egenskapene og egenskapene for disse konstruksjons-plastkompoundene er derfor meget vanskelig.

Fra patent nr. US 4310360 er det kjent å benytte microsilica som fyllstoff i PVC og i andre termoplaster, men ikke i konstruksjonsplast. Fra WO03/104137 er det kjent elastomere forbindelser som har et høyt innhold av konvensjonelle fyllstoffer og har tilsats av microsilica som forbedrer prosesserbarheten. WO02/27911 beskriver bruk av en blanding av kalk og microsilica for å forbedre slagfasthet og styrke av termoplastiske materialer. Fra US patent nr. 5707734 er det kjent flammemotstandsdyktige komposittmaterialer omfattende en polymer og glassfiber som er belagt med "fumed silica". Belegging av glassfiber med "fumed silica" er imidlertid et prosesstrinn som vesentlig øker kostnaden for komposittmaterialet.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Ved den foreliggende oppfinnelse er man kommet fram til polyamid konstruksjonsplast med en vesentlig øket flammemotstandsdyktighet samtidig som prosesserbarheten av polymerkompound og de mekaniske egenskaper av konstruksjons-plasten blir opprettholdt. Videre frigjøres ikke giftige eller korrosive gasser ved brann.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således polyamid konstruksjonsplast med en høy flammemotstandsdyktighet og god kompound prosesserbarhet, og er kjennetegnet ved at konstmksjonsplasten inneholder 25-50 vekt % glassfiber og 20 til 60 vekt % microsilica som et flammereduserende middel.

I henhold til en foretrukket utførelsesform inneholder konstmksjonsplasten 20 til

50 vekt % microsilica som flammereduserende middel.

I henhold til en annen utførelsesform inneholder konstmksjonsplasten en kombinasjon av en microsilica og konvensjonelle flammereduserende midler.

Uttrykket microsilica brukt i beskrivelsen og i kravene i foreliggende søknad er partikkelformet amorf SiC<2 fremstilt fra en prosess hvor silika (kvarts) reduseres til SiO-gass og hvor reduksjonsproduktet oksideres i gassfase til amorf silika. Microsilica kan inneholde minst 70 vekt % silika (Si02) og har en spesifikk densitet av 2,1-2,3 g/cm<3>og et spesifikt overflateareal av 15-50 m<2>/g. Primær-partiklene er i det vesentlige kuleformede og har en midlere størrelse på ca. 0,15l^m. Microsilica er fortrinnsvis fremstilt som et koprodukt ved produksjon av silisium eller silisiumlegeringer i elektriske reduksjonsovner. Microsilica gjenvinnes på konvensjonell måte i posefilter eller i andre oppsamlings-apparaturer og kan prosesseres videre for fjerning av grove partikler, overflate-modifikasjon og annet.

Det har overraskende blitt funnet at tilsetning av microsilica vesentlig reduserer brennbarheten av polyamid konstruksjonsplast uten at det har negativ effekt på de mekaniske egenskapene av konstmksjonsplasten og uten at det reduserer prosesserbarheten av kompoundet. I denne forbindelse er det særlig blitt funnet at microsilica gir en vesentlig bedre flammemotstandsdyktighet enn glassfiber selv om begge materialene er silisiumdioksidmaterialer. Det er videre blitt funnet at konstruksjonsplast i henhold til den foreliggende oppfinnelse ikke frigjør giftige eller korrosive gasser ved brann. Endelig er det blitt funnet at ved å benytte en kombinasjon av microsilica og andre kjente flammereduserende midler som aluminiumtrihydrat eller magnesiumhydroksid oppnås det en kombinert effekt på flammemotstandsdyktigheten av konstmksjonsplasten.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Eksempel 1

Polyamid konstruksjonsplast ble fremstilt fra en polyamidpolymer, PA6, levert av

BASF.

Forskjellige mengder av microsilica ble tilsatt PA6 polymeren for å fremstille prøver A og B i henhold til oppfinnelsen.

To andre prøver, E og F, i henhold til oppfinnelsen ble fremstilt ved å tilsette forskjellige mengder av både microsilica og glassfibre. Grenseoksygenindeksen (Limiting Oxygen Index, LOI) ble målt i henhold til BS EN 4589-2:199 og glødende wire antennelsestemperatur (GWIT) av den fremstilte polyamidplast ble målt i henhold til BS EN 6095-2-13:2001. I tillegg ble bøyespenningsmodul og slagfastheten målt. For sammenligningsformål ble det fremstilt to prøver, C og D, av polyamidplasten som bare inneholdt glassfiber og som ble testet på samme måte som beskrevet ovenfor.

Sammensetningen av prøvene, grenseoksygenindeksen, glødende wire antennelsestemperatur, bøyespenningsmodul og slagfasthet er gitt i tabell 1.

1) Test i henhold til USA spesifikasjon: UL94 klasse V-0

2) Test i henhold til USA spesifikasjon: UL94 klasse V-1

Fra tabell 1 kan det ses at tilsetning av microsilica førte til en overraskende høyere flammemotstandsdyktighet enn tilsats av glassfiber selv om både microsilica og glassfiber er basert på silisiumdioksid. De mekaniske egenskapene kan bli ytterligere optimalisert ved å endre innholdet av microsilica og glassfiber. Videre kan det ses fra tabell 1 at prosesserbarheten ble forbedret etter som prøvene E og F, som har et meget høyt innhold av glassfiber og microsilica, kunne prosesseres uten vanskeligheter.

Eksempel 2

Polyamidkonstruksjonsplast ble fremstilt fra en polyamid polymer, PA11, levert av Atofina.

Forskjellige mengder microsilica og glassfiber ble tilsatt til polymer for fremstilling av prøver nr. 1, 2 og 3 i henhold til oppfinnelsen og LOI, GWIT, bøyespenningsmodul og slagfasthet av de fremstilte polyamidprøvene ble målt. LOI og GWIT ble målt i henhold til standardene angitt i eksempel 1. For sammen-ligningsformål ble to prøver, nr. 4 og 5 uten microsilicatilsats, fremstilt. Sammen-setningen av prøvene og resultatene er vist i tabell 2.

Fra tabell 2 kan man se den meget sterke økningen i flammemotstandsdyktighet for prøvene 1 til 3 som inneholder både microsilica og glassfiber sammenlignet med prøvene 4 og 5 som bare inneholder glassfiber. Det er meget overraskende at det var mulig å prosessere kompoundet i eksempel 3 som kun inneholdt 25% polymer. Dette viser at tilsetning av microsilica forbedrer prosesseringsegenskapene av kompoundet.

Claims (3)

1. Polyamid konstruksjonsplast med en høy flammemotstandsdyktighet og god prosesserbarhet,karakterisert vedat polyamiden inneholder 25 til 50 vekt % glassfiber og 20 til 60 vekt % microsilica som et flammereduserende middel og som et prosesseringsmiddel.

2. Konstruksjonsplast i henhold til krav 1,karakterisert vedat den inneholder 20 til 50 vekt % microsilica.

3. Konstruksjonsplast i henhold til krav 1 eller krav 2,karakterisertved at den inneholder en kombinasjon av microsilica og konvensjonelle flammereduserende midler.