專利名稱：高性能工程塑料以及用于工程塑料的添加劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有改善的阻燃性的高性能工程塑料以及用于工程塑料的添加劑。
背景技術：
由于其特異的性質例如熱穩定性、耐沖擊性和抗張強度，工程塑料被廣泛地應用于多種高性能應用中。然而工程塑料也具有缺點，例如難于加工、高吸水性和高易燃性。
工程塑料是具有機械、化學和熱性能、保持尺寸穩定性的熱塑塑料，并且適于在高沖力、熱度和濕度下的條件。工程塑料包括縮醛、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚、聚砜、改性的聚苯醚、聚酰亞胺、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、液晶聚合物(LCP)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，以及用于工程目的的其它塑料。
為了改善工程塑料的阻燃性，使用含鹵或含磷的有機化合物或紅磷。然而這些添加劑具有嚴重的缺點。因此一旦發生火災，就會釋放出對人體和環境有害的有毒的腐蝕性的氣體。此外還降低了工程塑料的機械性能和加工性能。無毒添加劑例如三水合鋁、氫氧化鎂和玻璃纖維也被用于改善工程塑料的阻燃性，然而雖然其沒有毒性，卻可以損害工程塑料的機械性能和加工性能。
為了保持機械性能，添加劑，例如填料如滑石、鈣硅石或纖維例如玻璃纖維或碳纖維，被加入到混合物中用于生產工程塑料，然而這些材料的加入可引起其它不利效果，其中一個缺點為高混合粘度導致降低的加工速率。因此很難使得混合性能和加工性能以及由這些工程塑料混合物制成的最終制品的加工性能最優化。
發明簡述根據本發明，提供了具有顯著改進的阻燃性的工程塑料，同時保持了混合物的可加工性能和工程塑料的機械性能。并且如果發生火災，本發明的工程塑料也不會釋放有毒和腐蝕性氣體。本發明還提供了用于工程塑料的添加劑，其顯著地改善工程塑料的阻燃性，而不會不利地影響混合物的加工性能和工程塑料的機械性能。
本發明還涉及具有高阻燃性和良好混合性能的工程塑料，其特征在于所述工程塑料中含有作為阻燃添加劑的微粒二氧化硅。
根據本發明的一個優選實施方案，工程塑料中含有5-100重量％的微粒二氧化硅，更優選8-50重量％的微粒二氧化硅作為阻燃添加劑。
本發明的另一方面，所述的工程塑料包含含有微粒二氧化硅和常規阻燃添加劑的組合。
本發明還涉及微粒二氧化硅作為阻燃添加劑在工程塑料中的應用。
在本申請說明書和權利要求書中使用的術語“微粒二氧化硅”為下面方法中得到的顆粒狀的無定型SiO2，在此方法中二氧化硅(石英)被還原成SiO-氣，并將該還原產物在氣相中氧化以形成無定型二氧化硅。微粒二氧化硅可含有至少70重量％的二氧化硅(SiO2)并具有2.1-2.3g/cm3的比重和15-50mg2/g的表面積。初級微粒基本上是球形的并且具有大約0.15μm的平均尺寸。微粒二氧化硅優選在電還原爐中作為硅或硅合金生產中的其產物得到。微粒二氧化硅還可使用袋式過濾器或其它收集裝置以常規方法回收，并可通過除去粗微粒、表面改性等進行進一步加工。
已經令人吃驚地發現，加入微粒二氧化硅可顯著地降低工程塑料的易燃性，同時不會不利地影響工程塑料的機械性能，并且不會降低混合物的可加工性能。在這方面，即便是在全部為二氧化硅材料時，已經特別發現微粒二氧化硅產生比玻璃纖維好得多的阻燃性。另外已經發現如果發生火災，本發明的工程塑料也不會釋放有毒和腐蝕性氣體。最后已經發現，組合使用微粒二氧化硅以及其它已知的阻燃添加劑例如三水合鋁或氫氧化鎂，得到組合的有關對工程塑料阻燃性的效果。
本發明還涉及微粒二氧化硅作為工程塑料添加劑在改善工程塑料的阻燃性中的應用。
發明詳述實施例1聚酰胺工程塑料由BASF遞送的聚酰胺聚合物PA6制成。
將不同量的微粒二氧化硅加入到PA6聚合物中以制備本發明的樣品A和B。通過加入不同量的微粒二氧化硅和玻璃纖維制備了本發明的另外兩個樣品E和F。根據BS EN 4589-2199測定極限氧指數(LOI)，根據BS EN 6095-2-132001測定生產的聚酰胺塑料的灼熱電線的點火溫度(GWIT)。另外測量了彎曲模量和沖擊強度。為了進行比較，以如上所述相同方式制備和測試了僅僅含有玻璃纖維的兩種樣品聚酰胺塑料C、D。
樣品及其極限氧指數、灼熱電線點火溫度、彎曲模量和沖擊強度列于表1中。
表1
1)根據美國說明書的測試UL94類V-0。
2)根據美國說明書的測試UL94類V-1。
從表1中可以看出，雖然微粒二氧化硅和玻璃纖維都是基于二氧化硅，但是，加入微粒二氧化硅比加入玻璃纖維得到更高的阻燃性。機械性能還可通過改變微粒二氧化硅和玻璃纖維的含量而被進一步優化。還可從表1中看出，由于樣品E和F具有非常高的玻璃纖維含量而使加工性能得到提高，并且微粒二氧化硅能夠在沒有困難的情況下不被加工。
實施例2聚酰胺工程塑料由Atofina提供的聚酰胺聚合物PA11制成。
將不同量的微粒二氧化硅和玻璃纖維加入到聚合物中以制備本發明樣品1、2和3，并且測量了所得的聚酰胺塑料的LOI、GWIT、彎曲模量和沖擊強度。根據實施例1所述的標準測量LOI和GWIT。為了進行對比，制備了沒有微粒二氧化硅添加劑的兩個樣品4和5。
樣品和結果列于表2中。
表2
從表2中可以看出，與僅僅含有玻璃纖維的樣品4和5相比，同時含有微粒二氧化硅和玻璃纖維的樣品1-3的阻燃性高度增加。還非常驚奇的是，可能加工僅僅含有25％聚合物的樣品3的混合物。由此可見，加入微粒二氧化硅可以提高混合物的加工性質。
實施例3將由Exxon遞送的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、EVA(18％乙酸乙烯酯)用于制備兩種工程塑料樣品。本發明的一種樣品1含有10％微粒二氧化硅和作為填料的55％三水合鋁(ATH)，用于對比的樣品2含有60％ATH并且不含有微粒二氧化硅。已知含有60％ATH的比較樣品2是高度阻燃的。
根據實施例1所述標準測量LOI、GWIT。此外測量了斷裂伸長(EB)、抗張強度(TS)和拉伸模量。所得結果列于表3中。
表3
根據UL94以類V-0評價樣品1和樣品2。
從表3中可以看出，即便是本發明的樣品1具有降低含量的ATH，本發明的樣品1和樣品2也顯示出非常好的阻燃性。當測量LOI和GWIT時，微粒二氧化硅的加入和ATH的降低沒有降低乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的阻燃性。另外還可從表3中看出，樣品1的機械性能，特別是拉伸模量優于樣品2。
除了表3中的結果以外，還發現當根據ISO 5660測試樣品1和樣品2時，含有微粒二氧化硅和ATH的樣品1放出的總熱量要低于僅僅含有ATH的樣品2。與僅僅含有ATH的樣品2相比，本發明的樣品1的峰值放熱率也強烈地降低了。最后，樣品1的CO釋放也低于樣品2，這表明本發明的樣品1發生了更加不完全的燃燒。
由此可見，當微粒二氧化硅與常規阻燃添加劑一起使用時得到了額外的阻燃性。因而當微粒二氧化硅與常規阻燃添加劑一起使用時，產生了協同作用。
權利要求
1.具有高度阻燃性和良好的混合可加工性能的工程塑料，其特征在于所述工程塑料含有作為阻燃添加劑和加工助劑的微粒二氧化硅。
2.根據權利要求1的工程塑料，其特征在于它含有5-60重量％的微粒二氧化硅。
3.根據權利要求2的工程塑料，其特征在于它含有8-50重量％的微粒二氧化硅。
4.根據權利要求1-3的工程塑料，其特征在于它含有微粒二氧化硅和常規阻燃添加劑的組合。
5.微粒二氧化硅作為用于改善工程塑料的阻燃性和可加工性能的添加劑的應用。
全文摘要
本發明涉及具有高度阻燃性和良好的混合可加工性能的工程塑料，其中所述工程塑料中含有作為阻燃添加劑和加工助劑的微粒二氧化硅。
文檔編號C08K3/00GK101084261SQ200480044340
公開日2007年12月5日 申請日期2004年12月28日 優先權日2004年11月3日
發明者G·施茂克斯, J·O·羅斯辛斯基 申請人:埃爾凱姆有限公司