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KR20100040907A - 난연성 중합체성 물질 - Google Patents

난연성 중합체성 물질 Download PDF

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Publication number
KR20100040907A
KR20100040907A KR1020107002440A KR20107002440A KR20100040907A KR 20100040907 A KR20100040907 A KR 20100040907A KR 1020107002440 A KR1020107002440 A KR 1020107002440A KR 20107002440 A KR20107002440 A KR 20107002440A KR 20100040907 A KR20100040907 A KR 20100040907A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flame retardant
weight
melamine
polymeric material
halogen
Prior art date
Application number
KR1020107002440A
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English (en)
Inventor
토마스 푸테러
한스-디에테르 나게르
빈센스 만스 피블라
지크프리드 멘젤
Original Assignee
케미쉐 파브릭 부덴하임 카게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 케미쉐 파브릭 부덴하임 카게 filed Critical 케미쉐 파브릭 부덴하임 카게
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Abstract

본 발명은 중합체 기질 중에 혼입된 할로겐 비 함유 난연제를 포함하는 상기 중합체 물질에 관한 것이며, 상기 내화제는 암모늄 폴리포스페이트(들) 및/또는 그의 유도체, 및 올리고머 또는 중합체 1,3,5-트라이아진 유도체 또는 다수의 이들의 혼합물 중 하나 이상, 및 II, III, IV 주족의 원소 또는 부족 원소 Fe, Zn, Ti, Mn, Zr, Mo의 포스페이트, 피로포스페이트, 폴리포스페이트, 유기 및 무기 포스포네이트, 유기 및 무기 포스피네이트, 스타네이트, 몰리브데이트 또는 보레이트, 예비 축합된 멜라민 유도체, 멜라민 염 및 부가 화합물, 에틸렌다이아민 포스페이트, 피페라진 포스페이트, 피페라진 폴리포스페이트, 1,3,5-트라이하이드록시에틸 아이소시아누레이트, 1,3,5-트라이글리시딜 아이소시아누레이트 및 트라이알릴 아이소시아누레이트 중에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다. 상기 성분 A 대 성분 B의 중량비는 10:1 내지 1:1이고 상기 성분 A와 B는 함께 상기 성분 A, B, C 및 C의 전체 중량의 60 내지 99 중량%에 달하고 상기 성분 C 및 D는 1 내지 40 중량에 달한다. 상기 중합체 물질은 열가소성 탄성중합체(TPE)이다.

Description

난연성 중합체성 물질{FLAME RETARDED POLYMERIC MATERIAL}
본 발명은 중합체 기질에 할로겐 비 함유 난연제가 혼입되어 있는 중합체성 물질에 관한 것이다.
열가소성 탄성중합체를 포함한, 열가소성 중합체들은 많은 분야, 예를 들어 전기 및 전자 분야, 건설 분야, 건축술, 자동차 생산 및 대중교통 차량에 사용된다. 상기 중합체들은 유리한 기계적 성질 및 양호한 가공성 및 화학 안정성을 갖는다. 상기와 같은 중합체를 방염성(flame resistant)으로 만드는 한 가지 가능한 방법은 삼산화 안티몬을 갖는 할로겐 함유 난연제의 첨가이다. 추가적인 가능성은 할로겐 비 함유 물질, 예를 들어 금속 수산화물, 유기 또는 무기 포스페이트 또는 포스포네이트, 예를 들어 암모늄 폴리포스페이트를 상승 작용적으로 활성인 물질, 예를 들어 탄소원 및 발포제와 함께 첨가하는 것이다.
상기 할로겐 비 함유 난연제는 특히 염소화 또는 브롬화된 유기 화합물을 함유하는 난연제들과 대조적으로 화재의 경우 연기 방출을 적게 일으키고 대체로 환경 친화적인 것으로서 분류되므로 점점 더 중요해 지고 있다. 방화성(fire retardant) 물질들 중에서, 인산, 피로인산 및 폴리인산의 유도체들이 주로 할로겐 비 함유 난연제에 사용된다. 상기 물질들의 암모늄 및 멜라민 유도체 및 피페라진 포스페이트 및 에틸렌다이아민 포스페이트는 성형 조성물 중에 혼입될 때 고온에서 부피가 큰 보호층으로 팽창하고 열원에 대한 단열층으로서 작용하는 성질을 갖는다. 이러한 성질은 상승 작용적으로 활성인 물질에 의해 추가로 강화될 수 있다. 할로겐 함유 난연제의 작용 방식과 대조적으로, 상기 팽창(소위 부풀어 오름)은 상당량의 연기의 방출 없이 발생한다.
폴리올레핀에의 상기 난연제의 사용은 충분한 보호를 제공하지 못하며 게다가 상승작용적으로 활성인 물질, 예를 들어 탄소원 및 발포제가 첨가되어야 한다. 상기와 같은 난연제 조성물의 적합한 유효성을 보장하기 위해서, 매우 높은 비율의 난연제를 상기 중합체에 종종 첨가해야 하는데, 이는 특히 상기 중합체의 기계적 및 전기적 성질의 변경의 원인이 된다.
선행의 특히 유효한 난연제는 암모늄 폴리포스페이트와 아민과의 혼합물, 예를 들어 멜라민 화합물 및/또는 펜타에리쓰리톨과의 혼합물을 포함한다. 추가의 널리 공지된 팽창성 혼합물은 THEIC(1,3,5-트리스-하이드록시에틸아이소시아누르산)과 암모늄 폴리포스페이트와의 조합을 기본으로 한다.
그러나 상기 혼합물의 단점은 상기 혼합물이 중합체에 도입된 후에조차도 매우 높은 수 용해도를 나타내어 부분적으로 걸러지고 결과적으로 상기 혼합물의 효과를 더 이상 획득할 수 없다는 사실이다. 더욱 또한 상기 혼합물은 낮은 분해 온도를 가지며, 이는 보호하려는 중합체로부터 플라스틱 물체를 성형하는 동안 이미 상기 난연성 첨가제가 어느 정도 분해되게 한다. 더욱 또한 상기 혼합물은 개선된 유효성에도 불구하고 중합체 중에 고 농도로 사용되어야 하며 그 결과 상기 중합체의 가공성과 가요성이 감소한다.
상기 발명의 배경에 비추어, 본 발명의 목적은 중합체 기질에 할로겐 비 함유 난연제가 혼입되어 있는 중합체성 물질을 제공하는 것이며, 여기에서 상기 할로겐 비 함유 난연제는 현재 기술 수준에 비해 개선된 난연 작용을 갖고, 양호한 방염 작용을 갖는 동시에 중합체성 물질 중에 보다 적은 농도로 사용 가능하며, 낮은 수 용해도를 갖고, 오직 공지된 난연제보다 더 높은 온도, 바람직하게는 상기 중합체의 가공 온도 이상에서 분해되며, 상기 중합체성 물질은 양호한 물질 성질, 양호한 방염성 및 동시에 양호한 내수성을 갖는다.
본 발명에 따라, 상기 문제를 중합체 기질 중에 할로겐 비 함유 난연제가 혼입되어 있는 중합체성 물질에 의해 해결하며, 여기에서 상기 난연제는 하기 성분 A 및 B 중 하나 이상:
A: 암모늄 폴리포스페이트(들) 및/또는 그의 유도체,
B: 하기 화학식의 올리고머성 또는 중합체성 1,3,5-트라이아진 유도체 또는 다수의 이들의 혼합물:
[화학식 1]
Figure pct00001
상기 식에서,
X는 모폴리노 잔기, 피페리디노 잔기 또는 피페라진으로부터 유도된 그룹이고,
Y는 피페라진으로부터 유도된 2가 그룹이고,
n은 1 초과의 정수이다; 및
하기 성분 C 및 D 중에서 선택된 하나 이상의 화합물:
C: II, III 또는 IV 주족의 원소, 또는 전이 그룹 원소 Fe, Zn, Ti, Mn, Zr 및 Mo의 포스페이트, 피로포스페이트, 폴리포스페이트, 유기 및 무기 포스포네이트, 유기 및 무기 포스피네이트, 스타네이트, 몰리브데이트 또는 보레이트,
D: 예비 축합된 멜라민 유도체, 멜라민 염 및 부가물, 에틸렌다이아민 포스페이트, 피페라진 포스페이트, 피페라진 폴리포스페이트, 1,3,5-트라이하이드록시에틸 아이소시아누레이트, 1,3,5-트라이글리시딜 아이소시아누레이트 및 트라이알릴 아이소시아누레이트
를 함유하고, 상기 성분 A 대 성분 B의 중량비는 10:1 내지 1:1이고 상기 성분 A와 B는 함께 상기 성분 A, B, C 및 C의 전체 중량의 60 내지 99 중량%를 구성하고 상기 성분 C 및 D는 함께 1 내지 40 중량%를 구성하며,
상기 중합체성 물질은 열가소성 탄성중합체(TPE)이다.
본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 중합체성 물질은 상기 할로겐 비 함유 난연제를 5 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 양으로 함유한다.
성분 A는 코팅된 및 또한 코팅되지 않은 암모늄 폴리포스페이트(들) 및/또는 그의 유도체를 모두 포함한다.
본 발명에서 "코팅된 암모늄 폴리포스페이트"란 용어는 단순히 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및 또한 코팅되고 가교결합된 암모늄 폴리포스페이트 모두를 포함한다. 상기와 같은 코팅의 효과는 코팅되지 않은 암모늄 폴리포스페이트와 대조적으로, 중합체에 난연제를 첨가할 때 증가된 열 안정성, 보다 낮은 수 용해도, 및 상기 난연제가 사용된 중합체 기질과의 개선된 상용성을 생성시킨다는 것이다. 상기 성분 A는 암모늄 폴리포스페이트 또는 그의 유도체의 분말 또는 과립의 코팅에 의해 수득 가능하다.
상기 성분 A를 분말 또는 과립으로서 상기 난연제에 첨가하며 상기 성분은 화재의 경우에 할로겐 함유 난연제보다 현저하게 더 적은 연기를 발생시킨다.
성분 B는 1,3,5-트라이아진 유도체의 올리고머 또는 중합체 또는 그의 다수의 혼합물이며, 포스페이트와 병용 시 난연 작용을 또한 갖는 물질이다. 성분 B는 맹렬한 열의 작용 또는 화염과의 접촉에 의해 분해되어, 물, 이산화 탄소, 암모니아 및 질소를 포함한 비 가연성 기체를 발생시키고, 탄소 함유 잔사를 형성시킨다. 상기 성분 B는 본 발명에 따른 팽창성 혼합물 중에서 탄소원으로서 작용한다.
10:1 내지 1:1의 상기 성분 A 대 B의 중량비는 최적의 방염 작용을 생성시킨다. 상기 성분 B의 보다 낮거나 보다 높은 비율은 상기 난연제의 유효성을 감소시킬 것이다. 이와 관련하여 상기 성분 A 대 상기 성분 B의 중량비는 바람직하게는 6:1 내지 2:1, 및 특히 바람직하게는 5:1 내지 3:1이다. 더욱이 상기 성분 A와 B가 함께 상기 성분 A, B, C 및 D의 전체 중량의 85 내지 99 중량% 및 특히 바람직하게는 90 내지 95 중량%를 구성하고 상기 성분 C 및 D가 함께 바람직하게는 1 내지 15 중량% 및 특히 바람직하게는 5 내지 10 중량%를 구성하는 것이 바람직하다.
성분 C는 본 발명에 따른 난연제에서 연기의 방출을 추가로 감소시키는 물질, 특히 염을 함유한다. 그 결과, 화재 중 연기에 의해 유발되는 독성이 현저하게 감소하며 동시에 상기 난연제의 작용이 개선된다. 또한, 상기 성분은 상기 난연제의 보다 높은 효율 및 상기 난연제가 사용된 중합체의 개선된 기계적 성질을 생성시킨다.
성분 D는 예비 축합된 멜라민 유도체 및/또는 멜라민 염 및 부가물, 에틸렌다이아민 포스페이트, 피페라진 포스페이트, 피페라진 폴리포스페이트, 1,3,5-트라이하이드록시에틸 아이소시아누레이트, 1,3,5-트라이글리시딜 아이소시아누레이트, 트라이알릴 아이소시아누레이트 또는 이들의 혼합물을 함유한다. 예비축합된 멜라민 유도체의 예는 멜렘, 멜론, 멜람, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 보레이트, 멜라민 오쏘포스페이트, 멜라민 피로포스페이트, 다이멜라민 피로포스페이트 및 멜라민 폴리포스페이트이다.
상기 성분 D의 화합물은 발포제로서 작용한다. 상기 예비축합된 멜라민 유도체 및/또는 멜라민 염 및 부가물은 너무 안정해서 상기 난연제를 함유하는 플라스틱의 가공 중에 축합 반응 또는 분해 반응이 발생하지 않으며 그 결과 상기 플라스틱의 가공성이 상당히 개선된다. 동시에 상기 난연제의 작용은 유지된다.
상기 성분 D의 화합물은 암모늄 폴리포스페이트의 경우와 필적하거나 또는 이보다 높은 분해 온도를 가지며 따라서 상기 암모늄 폴리포스페이트 또는 그의 유도체의 효능을 강화한다. 플라스틱 중에 사용 시, 그의 안정성, 가공성 및 기계적 강도가 유지된다.
본 발명에 따른 조성물 중의 본 발명에 따른 난연제의 상기 성분들은 또한 상기 난연제가 사용된 중합체의 기계적 성질의 개선에 기여한다.
본 발명에 따른 난연제의 추가의 이점은 통상적인 난연제에 비해, 보다 소량으로 사용되어 동등하게 양호하거나 보다 양호한 작용을 가질 수 있으며 그 결과 상기와 같이 처리된 플라스틱의 비용이 또한 감소되고 그의 기계적 성질은 덜 강하게 영향을 받거나 덜 손상된다는 것이다. 박막 플라스틱 중의 30% 미만의 농도에서조차, 본 발명에 따른 난연제는 매우 양호한 난연 작용을 성취한다.
바람직하게는 상기 성분 A는 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체이거나 또는 이를 함유한다. 상기 성분 A의 코팅은 수 용해도의 현저한 감소뿐만 아니라 상기 암모늄 폴리포스페이트의 증가된 온도 안정성, 상기 난연제의 다른 성분들과 상기 암모늄 폴리포스페이트와의 감소된 반응성 및 상기 난연제가 사용된 중합체와의 증가된 상용성을 성취한다.
하나의 실시태양에 따라 본 발명에 따른 난연제 중의 성분 A는 결정형 I, II 및 V의 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다.
특히 바람직하게는, 성분 A는 결정형 II(상기 결정형은 다른 결정형에 비해 물에 거의 불용성이다)의 코팅 및/또는 코팅되지 않은 암모늄 폴리포스페이트를 함유한다. 상기는 코팅의 부재 하에서조차 낮은 수 용해도와 동시에 양호한 난연 작용을 갖는 분말 물질이다. 상기 결정형 II의 코팅된 암모늄 폴리포스페이트의 사용 이점은 상기 물질이 보다 높은 열 안정성 및 보다 높은 중합체와의 상용성을 가지며, 그 결과 상기 중합체에의 상기 난연제의 개선된 분산, 상기 중합체의 개선된 가공 프로파일 및 보다 효율적인 소방(fire protection)이 성취된다는 사실이다.
바람직하게는 본 발명에서 상기 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체를 멜라민, 멜라민 수지, 멜라민 유도체, 실란, 실록산 또는 폴리스타이렌으로 코팅한다. 상기 미립자 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체와 코팅 물질 사이에 이온 결합이 형성되며, 이러는 동안 상기 암모늄 폴리포스페이트에 결합된 암모니아는 상기 코팅 물질로 대체된다. 상기 결합은 매우 안정하며 따라서 상기 플라스틱의 가공 중에 상기 코팅은 매우 안정하다.
멜라민-코팅된 암모늄 폴리포스페이트의 제조를 250 ℃ 초과의 온도에서 수행한다. 본 발명에서, 상기 반응 시간은 임의의 과잉 멜라민이, 상기 암모늄 폴리포스페이트의 표면과 완전히 반응하고, 상기 공정 중에 암모니아를 대체하고, 보다 양호하게 결합되도록 디자인된다.
상기 암모늄 폴리포스페이트 입자를 멜라민, 멜라민 수지, 멜라민 유도체, 실란, 실록산 또는 폴리스타이렌으로 코팅한 다음, 가교결합하는 것이 또한 바람직하다. 상기 멜라민 코팅의 가교결합은 상기 암모늄 폴리포스페이트의 수 용해도를 추가로 감소시키며, 이는 대체로 폼알데하이드에 의해 수행된다. 상기 공정은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다.
바람직하게는, 상기 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체의 코팅 함량은 상기 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%이다. 상기와 같은 암모늄 폴리포스페이트 대 코팅의 비를 사용하면, 상기 암모늄 폴리포스페이트의 최적의 보호가 보장되며, 이는 또한 상기 난연제가 사용되는 중합체와 상기 암모늄 폴리포스페이트와의 최적의 상용성을 도출시킨다. 동시에 상기 비를 사용하면, 상기 코팅은 암모늄 폴리포스페이트에 덜 강하게 결합된 유리 코팅 물질의 탈착이 발생할 만큼 과잉으로 존재하지 않는다.
특히 바람직하게는, 상기 암모늄 폴리포스페이트 또는 그의 유도체의 코팅된 입자의 평균 입자 크기 D50은 상기 코팅을 포함하여 5 내지 30 ㎛, 특히 5 내지 20 ㎛, 및 특히 바람직하게는 7 내지 18 ㎛이다. 보다 큰 입자는 중합체 중에 충분히 균질하게 분산될 수 없고 그 결과 일부 상황 하에서 그의 성질에 불리한 영향을 미친다. 보다 작은 입자도 계량이 어렵기 때문에, 마찬가지로 덜 바람직하다.
상기 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체에서 상기 코팅된 입자의 코어로서 상기 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체의 입자의 평균 입자 크기 D50은 바람직하게는 약 7 ㎛이다. 특히 이에 의해 본 발명에 따른 난연제는 앞서 공지된 난연제들에 비해 보다 높은 분해 온도 및 따라서 매우 높은 온도 안정성을 나타내게 된다.
성분 B로서, n이 2 내지 50, 특히 바람직하게는 2 내지 30, 및 특히 바람직하게는 3 내지 9의 정수인 올리고머성 또는 중합체성 1,3,5-트라이아진 유도체가 바람직하게 사용된다. 상기와 같은 올리고머 또는 중합체의 제조에서, 상이한 쇄 길이의 혼합물이 대개 형성된다. 상기 중합 도중 발생하는 상기와 같은 혼합물(여기에서 상기 사용된 올리고머 및 중합체의 70% 초과, 바람직하게는 80% 초과, 및 특히 90% 초과는 n = 2 내지 50, 바람직하게는 n = 2 내지 30, 및 특히 바람직하게는 n = 3 내지 9의 쇄 길이를 갖는다)을 또한 사용할 수 있다. 이종중합체 및 또한 단독중합체를 모두 본 발명에 사용할 수 있다.
성분 B에서와 같은 1,3,5-트라이아진 유도체의 바람직한 단량체는 2-피페라지닐렌-4-모폴리노-1,3,5-트라이아진 및 2-피페라지닐렌-4-피페리디노-1,3,5-트라이아진이다. 상기 물질들의 혼합된 올리고머 또는 중합체를 또한 사용할 수 있다. 상기 중합체 또는 올리고머와 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체의 상승 효과는 특히 상기 난연제의 효율성 증가를 성취한다.
상기 난연제의 유효성을 추가로 개선시키고 특히 상기 난연제의 보다 적은 양의 첨가를 가능하게 하는 성분 C에서와 같은 바람직한 화합물은 금속 염, 특히 모노아연 포스페이트 Zn(H2PO4)2, 아연 보레이트, 트라이아연 포스페이트 Zn3(PO4)2, 아연 피로포스페이트 Zn2P2O7, 화학식 oZnO pP2O3 qH2O(여기에서 o 및 p는 1 내지 7이고 q는 0 내지 7이다)의 아연 폴리포스페이트, 아연 하이드록시스타네이트 ZnSn(OH)6, 아연 스타네이트 ZnSnO3, 붕소 포스페이트 BPO4, 모노알루미늄 포스페이트 Al(H2PO4)3, 트라이알루미늄 포스페이트 AlPO4, 알루미늄 메타포스페이트[Al(PO3)3]n, 암모늄 옥타몰리브데이트(AOM) 및 이들의 혼합물이다. 특히 상기 염을 사용하면, 놀랍게도 상기 성분 A와 B의 상호작용을 통해 상기 난연제의 현저한 작용이 성취되며, 심지어 중합체에 첨가된 소량으로도 최고의 난연성 등급으로 분류되는 것으로 밝혀졌다.
상기 예비축합된 멜라민 유도체들 중에서, 상기 성분 D의 멜라민 염 및 멜라민 부가물, 멜렘, 멜론 및 멜람이 바람직하다. 상기 성분 D의 더욱 바람직한 화합물은 멜라민 시아누레이트, 멜라민 보레이트, 멜라민 오쏘포스페이트, 멜라민 피로포스페이트, 다이멜라민 피로포스페이트 및 멜라민 폴리포스페이트이다. 상기 물질의 첨가는 상기 난연제를 추가로 개선시키며, 이때 상기 물질은 소량으로도 발포제로서 또한 작용한다.
본 발명에 따른 중합체성 물질은 바람직하게는 본 발명에 따른 난연제를 5 내지 60 중량%의 양으로, 특히 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 양으로 함유하는 열가소성 탄성중합체이다. 상기와 같은 난연성 중합체는, 예를 들어 단지 0.8 ㎜의 작은 필름 두께로도, 고도로 인화성인 플라스틱의 경우에조차 최고의 소방 요건을 충족시킨다. 동시에 본 발명에 따른 난연제에 의해 상기 난연제 처리된 플라스틱의 가요성 및 가공성이 공지된 난연제 처리된 플라스틱에 비해 개선된다.
바람직한 중합체성 물질, 즉 열가소성 탄성중합체는 충전 및 비 충전된 올레핀계 열가소성 탄성중합체(TPO), 가교결합된 올레핀계 열가소성 탄성중합체, 유레탄(TPU), 폴리에스터 및 코폴리에스터(TPC), 스타이렌 블록 공중합체(TPS) 및 폴리아미드 및 코폴리아미드(TPA) 중에서 선택된다. 특히 올레핀계 열가소성 탄성중합체, 가교결합된 올레핀계 열가소성 탄성중합체 및 스타이렌 블록 공중합체를 갖는 본 발명에 따른 난연제의 사용에서, 상기 플라스틱의 기계적 성질, 특히 상기 플라스틱의 내마모성이 유리한 영향을 받는다. 따라서 상기와 같은 난연제 처리된 열가소성 탄성중합체를 특히 케이블, 배선 시스템, 전선용 튜브 및 폐수 시스템의 배관들에 PVC의 대용물로서 사용할 수 있다. 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 열가소성 탄성중합체는 스타이렌 블록 공중합체(TPS), 바람직하게는 스타이렌 블록 공중합체 SBS(스타이렌-부타다이엔-스타이렌), SEBS(스타이렌-에텐-부텐-스타이렌), SEPS(스타이렌-에텐-프로펜-스타이렌), SEEPS(스타이렌-에텐-에텐-프로펜-스타이렌) 및 MBS(메트아크릴레이트-부타다이엔-스타이렌) 중에서 선택된다.
열가소성 탄성중합체, 특히 스타이렌 블록 공중합체는 비교적 쉽게 인화되며, 특히 인화성을 증가시키는 오일을 다량 함유하므로, 많은 다른 유형의 중합체보다 대체로 보다 쉽게 인화된다. 따라서 열가소성 탄성중합체를 어쨌든 특히 본 발명에 따른 난연제를 사용하여 본 발명에 따라 성취되는 만큼 유효하게 화염 지연시킬 수 있음은 특히 놀라운 것이었다. 명백히, 양호한 난연 작용의 성취에 필요한 중합체 기질 중의 난연제의 비율은 대체로 일부 다른 유형의 중합체보다 다소 더 높지만, 매우 많은 유형의 열가소성 탄성중합체들의 경우 상기 보다 높은 비율의 난연제가 기계적 성질 및 다른 성질들에 현저하게 불리한 영향을 미치지는 않는다.
더욱이, 본 발명에 따른 난연제와 별도로, 상기 중합체성 물질은 바람직하게는 칼슘 카보네이트, 실리케이트, 예를 들어 활석, 점토 또는 운모, 실리카, 칼슘 및 바륨 설페이트, 알루미늄 하이드록사이드, 유리 섬유 및 유리 비드 및 또한 목분, 셀룰로스 분말 및 검댕 및 그라파이트 중에서 선택된 다른 충전제들을 함유한다. 이들 충전제는 상기 플라스틱에 다른 목적하는 성질들을 부여할 수 있다. 특히 이에 의해 상기 플라스틱의 가격을 감소시킬 수 있으며, 상기 플라스틱을 착색하거나 상기 플라스틱의 목적하는 기계적 성질을, 예를 들어 유리 섬유에 의한 강화에 의해 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 중합체성 물질의 추가의 실시태양에서, 상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 B는 <1 중량%, 바람직하게는 <0.8 중량%의 염소 함량을 갖는다. 이는 현 기술 수준에 비해 특히 유리한데, 왜냐하면 공지된 난연제들의 경우 바람직하지 못하게 많은 양의 염소가 무기 및 유기 결합된 염소의 형태로 도입되기 때문이다.
본 발명의 추가의 실시태양에서, 상기 중합체성 물질은 일반적으로 <1500 중량 ppm, 바람직하게는 <900 중량 ppm의 염소 함량을 갖는다. 이는 현 기술 수준에 비해 특히 유리한데, 왜냐하면 공지된 난연제들의 경우 바람직하지 못하게 많은 양의 염소가 무기 및 유기 결합된 염소의 형태로 도입되기 때문이다. 본 발명의 의미에서 "할로겐 비 함유(halogen-free)"란 용어는 상기 최대 량 중에 낮은 수준의 염소 불순물을 허용한다. 그러나, 염소 또는 할로겐을 일반적으로는 상기 할로겐의 부작용을 피하기 위해서 낮게 유지시켜야 한다.
본 발명에 따른 중합체성 물질의 추가의 실시태양에서, 분산 보조제가 상기 할로겐 비 함유 난연제 중에 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5.0 중량%의 양으로 함유되며, 상기 분산 보조제는 바람직하게는 지방산 아미드, 예를 들어 지방산 모노아미드, 지방산 비스아미드, 및 지방산 알칸올아미드, 예를 들어 올레아미드 및 에루카미드, 지방산 에스터, 예를 들어 글리세린 에스터 및 왁스 에스터, C16 내지 C18 지방산, 지방산 알콜, 예를 들어 세틸 및 스테아릴 지방산 알콜, 천연 및 합성 왁스, 폴리에틸렌 왁스 및 산화된 폴리에틸렌 왁스 및 금속 스테아레이트, 바람직하게는 Ca, Zn, Mg, Ba, Al, Cd 및 Pb 스테아레이트 중에서 선택된다. 상기 분산 보조제의 첨가는 난연제의 계측성, 상기 중합체성 물질의 압출성 및 상기 중합체 기질 내의 상기 분산된 난연제의 균질성을 개선시킨다.
본 발명에 따른 중합체성 물질의 추가의 실시태양에서, 상기 할로겐-비 함유 난연제는 <0.6 중량%, 바람직하게는 <0.4 중량%의 자유 수 함량(수분 함량)을 갖는다. 낮은 수 함량은 또한 상기 난연제의 계측성, 상기 중합체성 물질의 압출성 및 상기 중합체 기질 내의 상기 분산된 난연제의 균질성을 개선시킨다.
본 발명의 할로겐 비 함유 난연제는 현재 기술 수준에 비해 개선된 난연 작용을 갖고, 양호한 방염 작용을 갖는 동시에 중합체성 물질 중에 보다 적은 농도로 사용 가능하며, 낮은 수 용해도를 갖고, 오직 공지된 난연제보다 더 높은 온도, 바람직하게는 상기 중합체의 가공 온도 이상에서 분해되며, 본 발명의 중합체성 물질은 양호한 물질 성질, 양호한 방염성 및 동시에 양호한 내수성을 갖는다.
일부 실시예들을 하기에 나타내며, 이들은 본 발명에 따른 중합체 및 본 발명에 따르지 않은 중합체 모두와, 상기 중에 사용된 난연제들을 포함한다.
실시예들에 대해서, 다양한 시험을 위한 시편들을 브라벤더 플라스틱 혼련기에서 제조하였다. 이를 위해서, 난연제가 첨가되지 않은 중합체를 먼저 교반하에 용융시켰다. 이어서, 상기 성분 A 및 B, 및 C 및/또는 D를 혼합물로서 한 단계로 또는 연속적으로 상기 용융물에 가하였다. 10 내지 15 분의 균질화 단계 후에, 상기 플라스틱 물질을 회수하여 가열 가능한 프레스에 의해 0.8 ㎜ 및 1.6 ㎜의 두께를 같는 플레이트로 압착시켰다. 상기 압착된 플레이트를 톱을 사용하여 적합한 시편으로 절단하고 하기에 개시된 시험들을 가하였다.
상이한 시편 또는 비교 시편들의 조성을 하기에 표로 나타낸다. 사용된 트라이아진 유도체는 2-피페라지닐렌-4-모폴리노-1,3,5-트라이아진의 중합체이다. 더욱이, 코팅되지 않은 암모늄 폴리포스페이트(FR CROS 484), 멜라민-코팅된 암모늄 폴리포스페이트(FR CROS C40) 또는 멜라민-코팅되고 가교결합된 암모늄 폴리포스페이트(FR CROS 498)를 사용하였다(제조사: 각각의 경우 Chemische Fabrik Budenheim). 멜라민 폴리포스페이트로서, 부티드(Budit) 3141(제조사: Budenheim Iberica) 또는 멜라푸어(Melapur) 200(제조사: CIBA)을 사용하였다. 사용된 알루미늄 포스페이트는 파부티트(Fabutit)(제조사: Chemische Fabrik Budenheim)이고, 상기 멜라민 시아누레이트를 부디트 315로서 부덴하임 이베리카로부터 수득할 수 있다.
오직 숫자만 있고 V가 없이 디자인된 실시예가 본 발명에 따른 실시예이다. V 및 숫자로 나타낸 실시예들은 본 발명에 따르지 않는 비교 실시예이다.
UL94 수직 시험
UL94 수직 시험(하기에서 UL94 V라 지칭됨)을 수행하기 위해서, 각각 1.6 ㎜ 또는 0.8 ㎜의 두께를 갖는 5 개의 시편 세트를 한쪽 끝에서 수직 위치로 클램프 고정시켰다. 분센(Bunsen) 버너 화염을 10 초간 2 회 상기 시편의 자유 단부에 유지시켰다. 이 후에, 상기 시편의 화염 또는 작열의 소멸 시간을 각각의 경우에 측정하였다. 동시에 상기 시편의 발화된 낙하물이 상기 시편의 아래에 놓인 면직물을 발화시킬 수 있는지의 여부를 기록하였다.
각각의 경우에, "TBT"는 총 5 개 시편의 연소 시간의 합을 초로 나타낸다.
상기 시험들을 언더라이터 레보라토리즈(Underwriter Laboratories) 스탠다드 UL 94V의 설명에 따라 수행하였다. "UL94"는 상기 시편의 난연성 등급을 가리키며, V0는 시험된 5 개 시편의 총 연소 시간이 50 초 미만이고 면직물이 낙하하는 상기 시편의 작열 또는 연소 성분에 의해 발화되지 않았음을 의미한다. 상기 등급 V2는 시험된 5 개 시편 모두의 총 연소 시간이 250 초 미만이지만, 면직물이 낙하하는 시편 성분들에 의해 발화되었음을 의미한다.
LOI 시험
샘플이 발화 후 여전히 계속해서 단독으로 연소하는, N2/O2 혼합물 중의 최저 산소 농도가 LOI 값(한계 산소 지수)이다. 상기 LOI 값이 높을수록, 상기 샘플의 방염성이 크다. 여기에서 30% 이상의 LOI 값은 매우 양호하다. 높은 LOI는 케이블 산업에 요구되는 표준에 부합하기 위해 특히 중요하다.
상기 시험을 DIN EN ISO 4589 파트 2에 따라 수행하였다. 상기 시편들은 1.25 ㎜ x 3.0 x 6.5 ㎜의 크기를 가졌다.
상기 시험의 결과를 하기에 표로 나타낸다. 상기 LOI를 퍼센트로 나타낸다.
난연제의 분해 온도 시험
추가의 시험으로서, 다양한 난연제 조성물을 중합체에의 혼입 없이 단독으로 가열하였으며, 분해가 일어나는 온도를 기록하였다. 상기 분해 온도는 대개 2%의 중량 손실이 발생하는 온도를 말한다.
이들 시험을 열중량분석에 의해 수행하였다. 이를 위해서 각각의 경우 10 ㎎ 량의 난연제를 도가니에 넣고 10 켈빈/분의 온도 증가속도로 350 ℃ 이상의 온도로 가열하였다. 상기 가열 중에, 상기 샘플의 중량 변화를 측정하였다.
이들 시험의 결과를 하기에 표로 나타낸다.
특히 0.8 ㎜의 필름 두께를 갖는 시편들의 경우, 본 발명에 따른 난연제를 함유하는 중합체는 유사한 앞서 사용된 난연제를 갖는 비교 실시예에 비해 현저한 개선을 성취한다.
본 발명에 따른 중합체성 물질은 거의 모두 0.8 ㎜의 필름 두께로 UL94 시험에서 V0의 최고의 화염 등급에 도달하는 반면, 상기 비교 실시예들은 상기의 경우가 아니다.
특히, 매우 낮은 필름 두께 및 낮은 난연제 함량에서 최고의 난연성 등급 및 양호한 난연성 등급의 획득은 매우 낮은 필름 두께로 열가소성 탄성중합체의 난연제 처리 가능성을 열고, 이에 의해 할로겐 비 함유 팽창성 난연제의 새로운 가능한 용도를 개척한다. 여기에는 케이블, 케이블 덕트, 시트, 전자 부품, 전기 및 전자 장치용 틀 등이 있다. 더욱 또한, 상기와 같은 재료들의 생산에서, 본 발명에 따른 난연제는 유리하게는 사용된 열가소성 물질에 탁월한 효과를 성취하며 결과적으로 상기와 같이 처리된 중합체의 기계적 성질을 변하지 않게 유지시킨다. 본 발명에 따른 난연제는 또한 매우 낮은 연기 방출을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 난연제 또는 본 발명에 따른 난연제로 처리된 중합체 및 따라서 본 발명에 따른 중합체는 모두 매우 짧은 연소 시간 및 또한 매우 높은 산소 지수 및 매우 높은 분해 온도를 모두 갖는다. 또한, 상기 중합체를 본 발명에 따른 중합체의 환경적으로 유해한 PVC에의 대체가 가능하도록 가공할 수 있다.
[표 1] 조성물
Figure pct00002
TPS: SEBS = 스타이렌-에틸렌-부틸렌-스타이렌
TPA: 폴리에테르 폴리아미드 블록 공중합체
TPO: 가교결합되지 않은 탄성중합체 상을 갖는 열가소성 폴리올레핀
PP: 폴리프로필렌
HDPE: 고밀도 폴리에틸렌
[표 2] 난연성 시험의 결과
Figure pct00003
n.c. = 분류할 수 없음(V2보다 나쁨)
[표 3] 난연제(플라스틱 없이)의 2% 중량 손실
Figure pct00004
n.t. = 시험 안 됨

Claims (16)

  1. 중합체 기질 중에 할로겐 비 함유 난연제가 혼입되어 있는 중합체성 물질로서, 상기 난연제가 하기 성분 A 및 B 중 하나 이상:
    A: 암모늄 폴리포스페이트(들) 및/또는 그의 유도체,
    B: 하기 화학식의 올리고머성 또는 중합체성 1,3,5-트라이아진 유도체 또는 다수의 이들의 혼합물:
    [화학식 1]
    Figure pct00005

    상기 식에서,
    X는 모폴리노 잔기, 피페리디노 잔기 또는 피페라진으로부터 유도된 그룹이고,
    Y는 피페라진으로부터 유도된 2가 그룹이고,
    n은 1 초과의 정수이다; 및
    하기 성분 C 및 D 중에서 선택된 하나 이상의 화합물:
    C: II, III 또는 IV 주족의 원소, 또는 전이 그룹 원소 Fe, Zn, Ti, Mn, Zr 및 Mo의 포스페이트, 피로포스페이트, 폴리포스페이트, 유기 및 무기 포스포네이트, 유기 및 무기 포스피네이트, 스타네이트, 몰리브데이트 또는 보레이트,
    D: 예비 축합된 멜라민 유도체, 멜라민 염 및 부가물, 에틸렌다이아민 포스페이트, 피페라진 포스페이트, 피페라진 폴리포스페이트, 1,3,5-트라이하이드록시에틸 아이소시아누레이트, 1,3,5-트라이글리시딜 아이소시아누레이트 및 트라이알릴 아이소시아누레이트
    를 함유하고,
    상기 성분 A 대 성분 B의 중량비가 10:1 내지 1:1이고 상기 성분 A와 B가 함께 상기 성분 A, B, C 및 C의 전체 중량의 60 내지 99 중량%를 구성하고 상기 성분 C 및 D가 함께 1 내지 40 중량%를 구성하며,
    상기 중합체성 물질이 열가소성 탄성중합체(TPE)인
    중합체성 물질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제를 5 내지 60 중량%의 양, 바람직하게는 10 내지 40 중량%의 양으로 함유함을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열가소성 탄성중합체(TPE)가 올레핀계 열가소성 탄성중합체(TPO), 가교결합된 올레핀계 열가소성 탄성중합체, 유레탄(TPU), 폴리에스터 및 코폴리에스터(TPC), 스타이렌 블록 공중합체(TPS), 폴리아미드 및 코폴리아미드(TPA) 중에서 선택됨을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 탄성중합체가 스타이렌 블록 공중합체(TPS), 바람직하게는 스타이렌 블록 공중합체 SBS(스타이렌-부타다이엔-스타이렌), SEBS(스타이렌-에텐-부텐-스타이렌), SEPS(스타이렌-에텐-프로펜-스타이렌), SEEPS(스타이렌-에텐-에텐-프로펜-스타이렌) 및 MBS(메트아크릴레이트-부타다이엔-스타이렌) 중에서 선택됨을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 칼슘 카보네이트, 실리케이트, 활석, 점토, 운모, 실리카, 칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 알루미늄 하이드록사이드, 유리 섬유 및 비드, 목분, 셀룰로스 분말, 검댕 및 그라파이트 중에서 선택된 충전제를 함유함을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 A가 코팅된 암모늄 폴리포스페이트, 바람직하게는 결정형 II의 암모늄 폴리포스페이트, 및/또는 그의 유도체이거나 또는 이를 포함함을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 A에서와 같은 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체가 멜라민, 멜라민 수지, 멜라민 유도체, 실란, 실록산 및/또는 폴리스타이렌으로 코팅된 입자 및/또는 멜라민, 멜라민 수지, 멜라민 유도체, 실란, 실록산 또는 폴리스타이렌으로 코팅되고 가교결합된 입자임을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 A에서와 같은 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체의 코팅 비율이 상기 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%임을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 A에서와 같은 코팅된 암모늄 폴리포스페이트 및/또는 그의 유도체가 코팅을 포함하여 5 내지 30 ㎛, 바람직하게는 5 내지 20 ㎛의 평균 입자 크기 D50을 가짐을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 A에서 n이 2 내지 50의 정수임을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 B에서와 같은 1,3,5-트라이아진 유도체가 올리고머, 및 2-피페라지닐렌-4-모폴리노-1,3,5-트라이아진 및 2-피페라지닐렌-4-피페리디노-1,3,5-트라이아진의 중합체 및 상기 화합물들의 조합 중에서 선택됨을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 C가 모노아연 포스페이트, 아연 보레이트, 트라이아연 포스페이트, 아연 피로포스페이트, 아연 폴리포스페이트, 아연 하이드록시스타네이트, 아연 스타네이트, 붕소 포스페이트, 모노알루미늄 포스페이트, 트라이알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택됨을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 D가 멜렘, 멜론, 멜람, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 보레이트, 멜라민 오쏘포스페이트, 멜라민 피로포스페이트, 다이멜라민 피로포스페이트 및 멜라민 폴리포스페이트 중에서 선택됨을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중의 성분 B가 <1 중량%, 바람직하게는 <0.8 중량%의 염소 함량을 갖고/갖거나 전체 중합체성 물질이 <1500 중량 ppm, 바람직하게는 <900 중량 ppm의 염소 함량을 가짐을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제 중에 분산 보조제가 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5.0 중량%의 양으로 함유되고, 상기 분산 보조제가 바람직하게는 지방산 아미드, 예를 들어 지방산 모노아미드, 지방산 비스아미드, 및 지방산 알칸올아미드, 예를 들어 올레아미드 및 에루카미드, 지방산 에스터, 예를 들어 글리세린 에스터 및 왁스 에스터, C16 내지 C18 지방산, 지방산 알콜, 예를 들어 세틸 및 스테아릴 지방산 알콜, 천연 및 합성 왁스, 폴리에틸렌 왁스 및 산화된 폴리에틸렌 왁스 및 금속 스테아레이트, 바람직하게는 Ca, Zn, Mg, Ba, Al, Cd 및 Pb 스테아레이트 중에서 선택됨을 특징으로 하는 중합체성 물질.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 비 함유 난연제가 <0.6 중량%, 바람직하게는 <0.4 중량%의 자유 수 함량(수분 함량)을 가짐을 특징으로 하는 중합체성 물질.
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