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Die
vorliegende Erfindung betrifft flammgeschützte oder flammbeständige Polycarbonat-Harzmassen oder
Harzzusammensetzungen mit verbesserter optischer Transparenz.
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Flammgeschützte Harzmassen
werden häufig
für verschiedenartige
Produkte verwendet, wie elektrische und elektronische Bauteile,
Gebäudebaumaterialen,
Automobilteile und Gegenstände
für den
täglichen Bedarf.
Diese Harzmassen werden im allgemeinen durch Zugabe von organischen
Halogenverbindungen gegebenenfalls in Mischung mit Antimontrioxid
flammfest gemacht. Diese flammgeschützten oder flammfest ausgerüsteten Harzmassen
besitzen den Nachteil, daß beim
Verbrennen schädliche
halogenhaltige Gase freigesetzt werden.
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Es
ist weiterhin bekannt, daß Harzmassen
durch Zugabe von Siliconharzen, die keine schädlichen Gase entwickeln, flammfest
gemacht werden können.
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Die
JP-B-60421 /1987 beschreibt
eine flammfeste Harzmasse, die ein organisches Harz und ein Siliconharz
umfaßt,
welches mindestens 80 Gew.-% trifunktionelle Siloxaneinheiten enthält. Unter
Berücksichtigung
der Schmelzverarbeitung des organischen Harzes wird ein Siliconharz
verwendet, welches im wesentlichen aus trifunktionellen Siloxaneinheiten
aufgebaut ist. Da ein solches Siliconharz nur eine schlechte Flammfestigkeit
verleiht, müssen
mehr als 10 Gew.-% des Siliconharzes zugesetzt werden, um einen
zufriedenstellenden Flammschutzeffekt zu erreichen.
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Die
JP-B-31513 /1988 beschreibt
eine gegen thermische Oxydation beständige Harzmasse, welche mit
einem Alkoxy-Endgruppen aufweisenden Siliconharz versetzt worden
ist. Dabei wird ein flüssiges
Siliconharz mit einem niedrigen Molekulargewicht und einem hohen
Alkoxygruppengehalt verwendet. Das Siliconharz dieses Typs kann,
selbst wenn es in einer geringen Menge verwendet wird, einen wesentlichen
Einfluß auf
das äußere Aussehen
und die Festigkeit von Harz-Formgegenständen ausüben und neigt dazu, aus den Harz-Formgegenständen auszuschwitzen.
Darüberhinaus
neigen Siliconharze dieser Art zu Hydrolyse unter Bildung von niedrigschmelzenden
entflammbaren Nebenprodukten, wie Alkoholen, so daß kein zufriedenstellender
Flammschutzeffekt erwartet werden kann.
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Die
JP-B-48947 /1991,
JP-B-78171 /1996 und
JP-B-33971 /1996 beschreiben
flammfeste Harzmassen, denen Siliconharze zugesetzt worden sind,
die aus monofunktionellen und tetrafunktionellen Siloxaneinheiten aufgebaut
sind. Die
JP-A-128434 /1995
beschreibt eine flammfeste Harzmasse, die mit einem Siliconharz
versetzt worden ist, welches vinylhaltige Siloxaneinheiten aufweist.
Bei diesen Harzmassen ist es jedoch zur Erzielung eines zufriedenstellenden
Flammschutzeffektes erforderlich, die Menge des zugesetzten Siliconharzes zu
erhöhen
und es müssen
anorganische Füllstoffe,
wie Aluminiumhydroxid, in Mischung mit Halogenverbindungen oder
Phosphorverbindungen eingesetzt werden.
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Wie
oben beschrieben, ergibt sich bei der Zugabe von Siliconharzen das
Problem, daß kein
zufriedenstellender Flammschutzeffekt erreicht werden kann, wenn
die Menge des zugesetzten Siliconharzes nicht erhöht wird,
während
eine erhöhte
Menge von Siliconharz die Verformbarkeit der Harzmassen und das äußere Aussehen
und die mechanische Festigkeit der geformten Harzgegenstände drastisch
verschlechtern kann. Es wurden daher Anstrengungen unternommen,
Siliconharzadditive mit besserem Flammschutzeffekt zu entwickeln
oder andere Additive, die dazu in der Lage sind, im Zusammenwirken
mit Siliconharzen den Flammschutzeffekt zu verbessern.
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Die
JP-A-176425 /1996
beschreibt eine flammfeste Harzmasse, die ein Polycarbonatharz,
ein Epoxygruppen aufweisenden Organopolysiloxan und ein Alkalimetallsalz
einer organischen Sulfonsäure
umfaßt.
Die
JP-A-176427 /1996
beschreibt eine flammfeste Harzmasse enthaltend ein Polycarbonatharz,
ein mit einem phenolische Hydroxylgruppen aufweisenden Organopolysiloxan
modifiziertes Polycarbonatharz und ein organisches Alkalimetallsalz.
Die
JP-A-169914 /1997
beschreibt eine Zusammensetzung, bei der ein Erdöl-Schweröl oder -Pech mit einer Silikonverbindung zur
Verbesserung der Flammfestigkeit kombiniert wird. Diese Siliconharze
mit speziellen organischen funktionellen Gruppen sind wegen der
Kompliziertheit ihres Herstellungsverfahrens kostspielig und ergeben
jedoch keinen ausreichenden Flammschutzeffekt, der die erhöhten Kosten kompensieren
könnte.
Da auch Schweröl
und Pech bezüglich
der Formbarkeit der sie enthaltenden Kunststoffmaterialien nachteilig
sind, ist eine weitere Verbesserung erwünscht.
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JP 05-086295 A beschreibt
eine synthetische Harzzusammensetzung, die unter anderem 100 Gewichtsanteile
aromatisches Polycarbonat und 0,01–100 Gewichtsanteile eines
Organopolysiloxans umfasst.
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EP 0 829 521 A1 beschreibt
eine flammgeschützte
Harzmasse, die ein Siliconharz mit einer bestimmten Struktur und
Molekulargewicht und einem Nicht-Siliconharz mit einem aromatischen
Ring umfasst.
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DE 38 15 124 A1 offenbart
pulverförmige
Polymermischungen aus Siliconharzen und thermoplastischen Polymerisaten,
deren Herstellung und deren Verwendung zur Modifizierung von Thermoplasten.
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JP 08-302211 A offenbart
eine flammgeschützte
Zusammensetzung, die 100 Gewichtsanteile eines thermoplastischen
Harzes, 0,5–20
Gewichtsanteile eines Siliconharzes, 0,1–40 Gewichtsanteile einer Verbindung,
enthaltend sowohl Phosphor und Stickstoff oder eine Mischung aus
einer Phosphorverbindung und einer Stickstoffverbindung und 0,1–10 Gewichtsanteile
eines mehrwertigen Alkohols enthält.
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EP 0 902 060 A2 offenbart
flammgeschützte
Harzzusammensetzung, die ein Siliconharz mit einer spezifischen
Struktur und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht und ein Nicht-Siliconharz
mit einem aromatischen Ring umfasst.
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Die
oben angesprochenen herkömmlichen
als Flammschutzmittel eingesetzten Siliconharze sind in Polycarbonatharzen
schlecht dispergierbar oder damit weniger verträglich. Als Ergebnis davon erhält man Formgegenstände mit
einer Insel-Meer-Struktur, in der zwei Komponenten mit unterschiedlichen
Brechungsindices als getrennte Phasen vorliegen. Diese Formgegenstände besitzen
eine geringe Transparenz und sind sogar undurchsichtig, wenn große Menge
der Siliconharze eingemischt worden sind.
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Es
ist daher erwünscht, über eine
Methode zu verfügen,
Polycarbonatharzen die notwendige Flammfestigkeit zu verleihen unter
Beibehaltung ihrer physikalischen Eigenschaften und ihrer optischen
Transparenz.
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Es
hat sich nunmehr gezeigt, daß wenn
man ein Organopolysiloxan mit einem hohen Gehalt von Phenylgruppen,
die jeweils direkt an ein Siliciumatom gebunden sind, und mit einer
spezifischen Struktur mit einem spezifischen Molekulargewicht zu
einem Polycarbonatharz zugibt und damit vermischt, man eine Polycarbonat-Harzmasse
erhält,
die zu einem Produkt verformt und ausgehärtet werden kann, welches eine
verbesserte Flammfestigkeit besitzt unter Beibehaltung der physikalischen
Eigenschaften, die dem Polycarbonatharz eigen sind, nämlich insbesondere
mechanische Festigkeit und optische Transparenz.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung eine flammfeste Polycarbonat-Harzmasse
gemäß Anspruch
1.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung eine flammfeste Polycarbonat-Harzmasse
gemäß Anspruch
5.
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Da
erfindungsgemäß ein Organopolysiloxan
der spezifischen Struktur, die frei ist von speziellen funktionellen
organischen Gruppen zu einem Polycarbonatharz zugegeben wird, setzt
die erhaltene flammfeste Harzmasse keine schädlichen Gase frei, wenn sie
in einem Brandfall verbrennt oder zur Vernichtung verbrannt wird,
und ist daher sicher und stellt nur eine geringe Umweltbeeinträchtigung
dar. Als Ergebnis der Auswahl des Organopolysiloxans der angegebenen
Struktur, die frei ist von speziellen funktionellen organischen
Gruppen, kann man durch den Zusatz geringer Mengen des Organopolysiloxans
einen zufriedenstellenden Flammschutzeffekt erzielen bei einer geringen
Beeinträchtigung
der Verformbarkeit der Harzmasse und des äußeren Aussehens und der physikalischen
Eigenschaften (mechanische Festigkeit) der daraus hergestellten
Formgegenstände
und dies bei wirtschaftlichen Vorteilen. Da das Organopolysiloxan
der angegebenen Struktur in dem Polycarbonatharz gut dispergiert
werden kann und damit gut verträglich
ist und selbst bei Anwendung geringer Mengen eine ausreichende Flammschutzwirkung
verleiht, besitzt die flammfeste Harzmasse eine hohe optische Transparenz.
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Der
Bestandteil (a) der erfindungsgemäßen flammfesten Harzmasse ist
ein aromatisches Polycarbonatharz, welches durch Umsetzen eines
zweiwertigen Phenols mit Phosgen oder einem Kohlensäurediester hergestellt
werden kann. Das zweiwertige Phenol wird vorzugsweise aus Bisphenolen
ausgewählt,
wie 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan. Es ist möglich, 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan
teilweise oder vollständig durch
ein anderes zweiwertiges Phenol zu ersetzen. Die von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan
verschiedenen anderen zweiwertigen Phenole schließen beispielsweise
Hydrochinon, 4,4-Dihydroxyphenyl, Bis(4-hydroxyphenyl)-sulfid, Bis(4-hydroxyphenyl)-sulfon
und Bis(4-hydroxyphenyl)-keton ein. Man kann Homopolymere dieser
zweiwertigen Phenole allein oder Copolymere aus zwei oder mehreren
dieser zweiwertigen Phenole oder auch Mischungen davon einsetzen.
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Dem
aromatische Polycarbonatharz wird ein Organopolysiloxan zugesetzt.
Dieses wird im allgemeinen als Bestandteil (B) bezeichnet, der die
Komponente (b')
einschließt.
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Komponente (b')
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Die
Komponente (b')
ist ein Organopolysiloxan, welches im wesentlichen aus 0 bis 89,99
Mol-%, vorzugsweise 10 bis 79,99 Mol-% Siloxaneinheiten T der Formel
R1·SiO3/2, und
10 bis 50 Mol-%, vorzugsweise
20 bis 40 Mol-% Siloxaneinheiten D der Formel R2R3·SiO2/2 und
0,01 bis 50 Mol-% Siloxaneinheiten
Q der Formel SiO4/2 besteht,
wobei
Phenyl in einer Menge von mindestens 80 Mol-% der gesamten organischen
Substituenten vorhanden ist.
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Die
hierin angegebenen Substituenten R1, R2 und R3 sind unabhängig voneinander
substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlenwasserstoffgruppen
mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Alkylgruppen, wie
Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Hexyl-, Cyclohexyl- und Decyl-Gruppen, Alkenylgruppen,
wie Vinyl-, Propenyl-, Acryloxypropyl- und Methacryloxypropyl-Gruppen,
Arylgruppen, wie Phenyl-Gruppen, und Aralkylgruppen, wie Benzylgruppen.
Phenylgruppen und Methylgruppen sind technisch vorteilhaft.
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An
den Enden des Organopolysiloxans können einige Silanol- und/oder
Alkoxy-Gruppen vorliegen. Eine geringe Menge von Silanol- oder Alkoxy-Gruppen ist für die Stabilität während der
Lagerung und die Stabilität
während
der Schmelzverarbeitung des Organopolysiloxans bevorzugt. Beispielsweise
ist die Menge der Silanolgruppen vorzugweise nicht größer als
0,25 Mol pro 100 g des Organopolysiloxans, während die Menge der Alkoxygruppen
vorzugweise nicht größer ist
als 0,16 Mol pro 100 g des Organopolysiloxans. Diese Organopolysiloxane
entwickeln beim Verbrennen keine schädlichen Gase.
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Wenngleich
das als Bestandteil (B) eingesetzte Organopolysiloxan abgesehen
von den geringen Mengen an Silanol- oder Alkoxy-Gruppen keine vernetzbaren
organischen funktionellen Gruppen aufweist, können selbst geringe Mengen
von 10 Gew.-% oder weniger des Organopolysiloxans die Flammfestigkeit
bewirken. Wenn die Masse brennt kann das Organopolysiloxan mit einem
hohen Phenylgruppengehalt mit dem aromatischen Polycarbonatharz
durch gemeinsames Kuppeln der aromatischen Ringe in beiden Bestandteilen
ohne weiteres eine unbrennbare Si-C-Keramikschicht bilden, wodurch
eine Flammschutzwirkung verursacht wird. Aufgrund dieses Flammschutzmechanismus
sind vernetzbare funktionelle Gruppen, wie Silanolgruppen und Alkoxygruppen
nicht notwendig. Das Organopolysiloxan kann jedoch einen Alkoxygruppengehalt
von 5 Gew.-% oder weniger aufweisen.
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Nicht
nur die Flammbeständigkeit
der Harzmassen sondern auch die optische Transparenz werden in starken
Maße durch
den Phenylgruppengehalt des Organopolysiloxans beeinflußt. Je höher der
Phenylgruppengehalt ist, umso dispergierbarer wird das Organopolysiloxan
oder umso verträglicher
mit dem Polycarbonatharz, so daß die
flammgeschütze
Polycarbonat-Harzmasse eine größere optische
Transparenz besitzt. Der Phenylgruppengehalt innerhalb dessen sowohl
der Flammschutz als auch die optische Transparenz sichergestellt
sind, beträgt
mindestens 83 Mol-% der gesamten organischen Substituenten (d. h.
der Gesamtmenge von an die Siliciumatome gebundenen Gruppen R1, R2 und R3). Ein Phenylgruppengehalt von weniger als
83 Mol-% würde
zu einer wesentlichen Verschlechterung der optischen Transparenz
führen
und sowohl die Flammschutzwirkung als auch die optische Transparenz
beeinträchtigen.
Wenn sämtliche
Substituenten Phenylgruppen sind verursachen die sterisch voluminösen Phenylgruppen
eine sterische Hinderung, wodurch verhindert wird, daß die aromatischen
Ringe durch gemeinsames Überlappen
vollständig
miteinander kondensieren, so daß eine
zufriedenstellende Flammschutzwirkung nicht erreicht werden kann.
Aus diesem Grund beträgt
der bevorzugte Phenylgruppengehalt mehr als 83 Mol-%, insbesondere
83 Mol-% bis 95 Mol-%.
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Ein
weiteres Merkmal des erfindungsgemäß verwendeten Organopolysiloxans
ist der wesentliche Einschluß von
difunktionellen Siloxaneinheiten (D-Einheiten) der Formel R2R3·SiO2/2. Damit aufgrund des oben angesprochenen
Flammschutzmechanismus eine verbesserte Flammschutzwirkung erreicht
wird, müssen
die aromatischen Ringe des Polycarbonatharzes und die aromatischen
Ringe des Siliconharzes durch gegenseitiges Überlappen miteinander kondensieren.
Siliconharze, die ausschließlich
aus Einheiten T bestehen, bewirken eine Verstärkung aufgrund ihrer robusten
Struktur, besitzen jedoch kein ausreichendes Maß an räumlicher Freiheit und müssen daher
in großen
Mengen zugesetzt werden, um eine zufriedenstellende Flammschutzwirkung
zu erreichen, wie es oben angesprochen worden ist, was wirtschaftlich
ein Nachteil ist und die mechanischen Eigenschaften und die Transparenz
der gebildeten Formgegenstände
beeinträchtigt.
Es hat sich gezeigt, daß ein
bestimmtes Maß der
räumlichen
Freiheit der Siliconharze notwendig ist und daß der Einbau einer bestimmten
Menge von Einheiten D in die Siliconharze für das Erreichen dieser Flexibilität wirksam
ist.
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Im
allgemeinen werden Siliconharze durch eine Kombination von trifunktionellen
Siloxaneinheiten (T-Einheiten), difunktionellen Siloxaneinheiten
(D-Einheiten) und tetrafunktionellen Siloxaneinheiten (Q-Einheiten)
aufgebaut. Die erfindungsgemäßen bevorzugte
Kombination, das T/D/Q-System,
da dieses System eine zufriedenstellende Flammschutzwirkung verursacht.
In dieser Kombination sollten die D-Einheiten in einer Menge von
10 bis 50 Mol-% vorhanden sein. Wenn der Gehalt an Einheiten D weniger
als 10 Mol-% beträgt, mangelt
es dem Siliconharz an Flexibilität,
was schließlich
zu einer unzureichenden Flammfestigkeit führt. Wenn der Gehalt an Einheiten
D mehr als 50 Mol-%
beträgt,
sind die Siliconharze weniger gut in dem aromatischen Polycarbonatharz
zu dispergieren oder schlechter damit zu verarbeiten, wodurch das äußere Aussehen
und die optische Transparenz der gebildeten Formgegenstände beeinträchtigt werden.
Der Gehalt an D-Einheiten sollte vorzugsweise 20 bis 40 Mol-% betragen.
Solange der Gehalt an D-Einheiten in diesem Bereich liegt, beträgt der Gehalt
an T-Einheiten 0 bis 89,99 Mol-%,
vorzugsweise 10 bis 79,99 Mol-% und der Gehalt an Q-Einheiten 0,01
bis 50 Mol-% im Fall der T/D/Q- oder D/Q-Systeme. Solange ein ausreichendes
Maß an
räumlicher
Freiheit gegeben ist, ist es zur Reproduzierbarkeit der Flammschutzwirkung
vorteilhafter, eine größere Menge
von Q-Einheiten mit einem hohen Oxidationsgrad vorliegen zu haben.
Wenn jedoch mehr als 50 Mol-% Q-Einheiten in dem Siliconharz enthalten
sind, besitzt das Harz einen erhöhten
anorganischen Mikroteilchen-Charakter und läßt sich in dem aromatischen
Polycarbonatharz schlechter dispergieren. Aus diesem Grund sollte
der Gehalt an Q-Einheiten nicht mehr als 50 Mol-% betragen. In dem
oben angesprochenen Bereich bezüglich
des Gehaltes an Siloxaneinheiten wird vorzugsweise jener Bereich
ausgewählt,
in dem die T-Einheiten 50 bis 80 Mol-% des Organopolysiloxans bilden,
wenn ein ausgewogenen Verhalten bezüglich der Flammfestigkeit,
der Verarbeitbarkeit und der Eigenschaften der Formgegenstände angestrebt
wird.
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Die
bevorzugten Siloxaneinheiten werden nachfolgend erläutert.
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Bevorzugte
Beispiele der trifunktionellen Siloxaneinheiten (T-Einheiten) sind:
C6H5SiO3/2 und
CH3SiO3/2
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Bevorzugte
Beispiele der difunktionellen Siloxaneinheiten (D-Einheiten) sind:
(C6H5)2SiO2/2, (CH3)C6H5SiO2/2 und
(CH3)2SiO2/2.
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Dimethylsiloxaneinheiten
((CH3)2SiO2/2) sind als D-Einheiten bezüglich der
Flexibilität
des Siliconharzes am wirksamsten, führen jedoch zu einer Verringerung
der Verträglichkeit
mit dem Polycarbonatharz und demzufolge zu einer Trübung der
gebildeten Formgegenstände.
Aufgrund der Abwesenheit von Phenylgruppen sind die Dimethylsiloxaneinheiten
bezüglich
der Flammfestigkeit nicht wirksam. Es ist daher unerwünscht, daß eine große Menge
von Dimethylsiloxaneinheiten vorhanden ist. Demzufolge ist es erwünscht, den
Gehalt an Dimethylsiloxaneinheiten auf 50 Mol-% oder weniger der
D-Einheiten zu beschränken.
Methylphenylsiloxaneinheiten ((CH3)C6H5SiO2/2)
sind am bevorzugtesten, da sie sowohl die nötige Flexibilität verleihen
als auch gleichzeitig den Phenylgruppengehalt erhöhen. Diphenylsiloxaneinheiten
((C6H5)2SiO2/2) sind zur Aufrechterhaltung eines hohen
Phenylgruppengehaltes von Vorteil, führen jedoch aufgrund ihrer
Struktur, bei der sperrige Phenylgruppen an einem Siliciumatom vorliegen,
beim Einarbeiten großer
Mengen von Diphenylsiloxaneinheiten zu einer erheblich sterisch
gehinderten Struktur in dem Organopolysiloxanmolekül. Dies
verringert den Grad der räumlichen
Freiheit des Siloxangerüstes
und erschwert das Überlappen
und Kondensieren der aromatischen Ringe, welches für den Flammschutzmechanismus
erforderlich ist, der auf der gegenseitigen Kupplung der aromatischen
Ringe beruht, was zu einer Verringerung des Flammschutzeffektes
führt.
Demzufolge können
die durch Vermischen dieser drei Komponenten erhaltenen D-Einheiten
dazu verwendet werden, den oben definierten Bereich einzuhalten,
wenngleich es bevorzugt ist, Methylphenylsiloxaneinheiten als Hauptbestandteil
zu verwenden.
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Solange
die T-, D- bzw. Q-Einheiten die oben definierten Bereiche erfüllen, kann
das als Bestandteil (B) verwendete Organopolysiloxan Siloxaneinheiten
(M-Einheiten) der Formel R4R5R6SiO1/2, worin R4, R5 und R6 die für
R1, R2 und R3 angegebenen Bedeutungen besitzen, enthalten,
jedoch in einer Menge, welche die physikalischen Eigenschaften nicht
beeinträchtigt.
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Das
als Bestandteil (B) eingesetzte Organopolysiloxan besitzt vorzugsweise
eine gewichtsmittleres Molekulargewicht Mw von etwa 2.000 bis 50.000.
Ein Organopolysiloxan mit einem gewichstmittleren Molekulargewicht
Mw von weniger als 2.000 würde,
wenn es mit dem aromatischen Polycarbonatharz vermischt und darin
dispergiert wird, instabil bleiben. Ein Organopolysiloxan mit einem
gewichtsmittleren Molekulargewicht Mw von mehr als 50.000 besitzt
eine hohe Erweichungstemperatur und ist schwierig in dem aromatischen
Polycarbonatharz zu dispergieren. Der bevorzugte Bereich des gewichtsmittleren
Molekulargewichts Mw beträgt etwa
5.000 bis 30.000.
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Die
Organopolysiloxane können
mit Hilfe an sich bekannter Verfahrensweisen hergestellt werden.
Beispielsweise vermischt man ein Organochlorsilan und/oder ein Organoalkoxysilan,
welche zu einer hydrolytischen Kondensationsreaktion zur Bildung
der oben beschriebenen Siloxaneinheiten fähig sind oder teilweise hydrolysierte
Kondensate dafür,
in einer Lösungsmittelmischung
mit einem Überschuß Wasser
für die
Hydrolyse sämlticher
hydrolysierbarer Gruppen (Chloratome und Alkoxygruppen) und einem
organischen Lösungsmittel,
in dem die als Ausgangsmaterial eingesetzte(n) Silanverbindung(en)
und das gebildete Organopolysiloxan löslich sind, um die hydrolytische
Kondensationsreaktion durchzuführen.
Durch Steuerung der Reaktionstemperatur, der Reaktionszeit und der
Menge an verwendetem Wasser und organischem Lösungsmittel kann man ein Organopolysiloxan
mit dem gewünschten
gewichtsmittleren Molekulargewicht erhalten. Bei Verwendung wird
das nicht benötigte
organische Lösungsmittel
von dem Organopolysiloxan entfernt, welches gegebenenfalls pulverisiert
wird.
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Zur
Bildung der flammfesten Polycarbonat-Harzmasse wird das Organopolysiloxan
in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsteilen, vorzugweise 2 bis 8
Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Polycarbonatharzes eingemischt.
Weniger als 1 Gewichtsteil des Organopolysiloxans reicht zur Erzeugung
des Flammschutzes nicht aus, während
mehr als 10 Gewichtsteile das äußere Aussehen
und die optische Transparenz der Formgegenstände beeinträchtigen können. Die Organopolysiloxane
setzen beim Brennen keine schädlichen
Gase frei.
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In
die erfindungsgemäße flammfeste
Polycarbonat-Harzmasse können
irgendwelche gut bekannten Additive eingemischt werden, beispielsweise
Flammschutzhilfmittel, Verstärkungsmittel,
Antioxidantien, Neutralisierungsmittel, UV-Absorber, antistatische
Mittel, Pigmente, Dispergiermittel, Gleitmittel und Verdicker.
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Zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Masse
werden die oben angesprochenen wesentlichen und hilfsweise eingesetzten
Bestandteile abgemessen und vermischt unter Anwendung von Vorrichtungen
und Methoden, die üblicherweise
bei der herkömmlichen
Herstellung von Kautschuk- und Kunststoff-Massen eingesetzt werden.
Inbesondere werden die Bestandteile mit Hilfe eines Rührmischers,
wie eines Bandmischers oder eines Henschel-Mischers, vermischt und
dispergiert, wonach die Mischung in einer Schmelzkneteinrichtung,
wie einem Banbury-Mixer oder einer Extrudiervorrichtung, weiter
verknetet werden unter Erhalt der gewünschten Masse.
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Zur
Verformung der erfindungsgemäßen Masse
können
irgendwelche gut bekannten Formverfahren, wie Spritzverformung,
Extrusionsverformung, Pressverformung und Vakuumverformung angewandt
werden.
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Die
Erfindung beschreibt somit eine Harzmasse enthaltend ein aromatisches
Polycarbonatharz, welches mit einem Organopolysiloxan mit einer
spezifischen Struktur vermischt ist, wodurch das Harz flammfest oder
flammbeständig
ausgerüstet
wird unter Beseitigung des Risikos der Entwicklung schädlicher
Gase beim Verbrennen. Die aus der Masse geformten Gegenstände oder
Teile besitzen eine zufriedenstellende optische Transparenz.
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BEISPIELE
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Die
nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Herstellungsbeispiel 1
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Man
beschickt einen 1-Liter-Kolben, der mit einem Rührer, Kühler und Thermometer ausgerüstet ist, mit
450 g (25 Mol) Wasser und 143 g Toluol und erhitzt in einem Ölbad auf
eine Innentemperatur von 80°C. Man
beschickt einen Tropftrichter mit 148 g (0,7 Mol) Phenyltrichlorsilan,
23 g (0,09 Mol) Diphenyldichlorsilan, 21 g (0,11 Mol) Methylphenyldichlorsilan
und 17 g (0,1 Mol) Tetrachlorsilan. Unter Rühren gibt man dann im Verlaufe
einer Stunde die Siloxanmischung tropfenweise zu dem Kolben. Nach
Beendigung der tropfenweise Zugabe rührt man den Kolbeninhalt während einer
weiteren Stunde bei einer Innentemperatur von 80°C zum Zwecke des Reifens. Dann
kühlt man
die Reaktionslösung
auf Raumtemperatur ab und läßt sie zur
Trennung der Phasen stehen. Man entfernt die gebildete wässrige Phase
und vermischt anschließend
die Lösungsmittelphase
mit einer 10%-igen wässrigen
Lösung
von Natriumsulfat, rührt
während
10 Minuten, läßt die Lösung während 30
Minuten zur Phasentrennung stehen und entfernt die gebildete wässrige Phase.
Man unterbricht die Reaktion durch Wiederholen dieses Waschvorgangs
mit Wasser bis die Toluolphase neutral reagiert. Dann befestigt
man einen Ester-Adapter
an den Kolben und erhitzt die Organopolysiloxan enthaltende Toluolphase zum
Entfernen des Wassers aus der Toluolphase zum Sieden am Rückfluß. Nachdem
die Innentemperatur 110°C
erreicht hat, erhitzt man den Kolbeninhalt während einer weiteren Stunde
und kühlt
dann auf Raumtemperatur ab. Die in dieser Weise erhaltene Organopolysiloxanlösung wird
filtriert zur Entfernung der unlöslichen Anteile
und einer Vakuumdistillation zur Entfernung des Toluols unterzogen,
wobei man 116 g eines festen Organopolysiloxans erhält.
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Das
in dieser Weise erhaltene Organopolysiloxan besteht aus 70 Mol-%
(70 Gew.-%) T-Einheiten, 20 Mol-% D-Einheiten und 10 Mol-% Q-Einheiten,
enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 90 Mol-% der an Siliciumatomen
vorhandenen organischen Substituenten und an den Enden 0,19 Mol-%
an Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es handelt sich
um einen Feststoff mit einem farblosen transparenten Aussehen und
einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 16.700.
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Referenzherstellungsbeispiel 2
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Man
beschickt einen mit einem Rührer,
Kühler
und Thermometer ausgerüsteten
1-Liter-Kolben mit 23 g Methanol, 120 g Toluol, 158 g (0,8 Mol)
Phenyltrimethoxysilan, 24 g (0,1 Mol) Diphenylmethoxysilan und 18 g
(0,1 Mol) Methylphenyldimethoxysilan. Unter Rühren gibt man bei Raumtemperatur
432 g (24 Mol) einer wässrigen
0,1 N Chlorwasserstoffsäurelösung tropfenweise
im Verlauf von einer Stunde zu dem Kolben. Nach Beendigung der Zugabe
erhitzt man den Kolben auf eine Innentemperatur von 80°C unter Abdistillieren
des als Nebenprodukt anfallenden Methanols. Man setzt das Rühren während einer
Stunde bei 80°C
zur Fertigreaktion fort, kühlt
die Reaktionslösung
auf Raumtemperatur und läßt sie zur
Phasentrennung stehen. Man entfernt die wässrige Phase, vermischt die
Lösungsmittelphase
mit einer 10%igen wässrigen
Natriumsulfat Lösung,
rührt während 10
Minuten, läßt die Lösung während 30
Minuten zur Phasentrennung stehen und entfernt die wässrige Phase.
Man unterbricht die Reaktion durch Wiederholen dieses Waschvorgangs
mit Wasser bis die Toluolphase neutral reagiert. Nach Befestigung
eines Ester-Adapters an dem Kolben erhitzt man die Organopolysiloxan
enthaltende Toluolphase zum Entfernen des Wassers aus der Toluolphase
zum Sieden am Rückfluß. Nachdem
die Innentemperatur 110°C
erreicht hat, erhitzt man den Kolbeninhalt während einer weiteren Stunde
und kühlt
dann auf Raumtemperatur ab. Die in dieser Weise erhaltene Organopolysiloxanlösung wird
zur Entfernung der unlöslichen
Anteile filtriert und einer Vakuumdistillation zur Entfernung des
Toluols unterworfen, wobei man 123 g eines festen Organopolysiloxans
erhält.
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Das
in dieser Weise erhaltene Organopolysiloxan besteht aus 80 Mol-%
(76 Gew.-%) T-Einheiten, und 20 Mol-% D-Einheiten, enthält Phenylgruppen
in einer Menge von 92 Mol-% der an den Siliciumatomen vorhandenen
organischen Substituenten und weist an den Enden 0,12 Mol Silanolgruppen
und 0,03 Mol Mehtoxygruppen pro 100 g des Organopolysiloxans auf.
Es handelt sich um einen Feststoff mit einem farblosen tranparenten
Aussehen und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 5.700.
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Referenzherstellungsbeispiel 3
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Man
wiederholt die Verfahrensweise des Herstellungsbeispiels 1 mit dem
Unterschied, daß der
1-Liter-Kolben mit 432 g (24 Mol) Wasser und 130 g Toluol und der
Tropftrichter mit 169 g (0,8 Mol) Phenyltrichlorsilan und 38 g (0,2
Mol) Methylphenyldichlorsilan beschickt werden. Man erhält 117 g
eines festen Organopolysiloxans.
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Das
Organopolysiloxan besteht aus 80 Mol-% (79 Gew.-%) T-Einheiten und
20 Mol-% D-Einheiten, enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 83 Mol-% der an den Siliciumatomen
vorhandenen organischen Substituenten und an den Enden 0,16 Mol
Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es liegt vor in Form
eines Feststoffes mit farblosem und transparentem Aussehen und einem
gewichtsmittleren Molekulargewicht von 11.600.
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Referenzherstellungsbeispiel 4
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Man
wiederholt die Verfahrensweise des Herstellungsbeispiels 1 mit dem
Unterschied, daß der
1-Liter-Kolben mit 234 g (13 Mol) Wasser und 37 g Toluol und der
Tropftrichter mit 148 g (0,7 Mol) Phenyltrichlorsilan und 76 g (0,3
Mol) Diphenyldichlorsilan beschickt werden. Man erhält 135 g
eines festen Organopolysiloxans.
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Das
Organopolysiloxan besteht aus 70 Mol-% (60 Gew.-%) T-Einheiten und
30 Mol-% D-Einheiten, enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 100 Mol-% der an den Siliciumatomen
vorhandenen organischen Substituenten und an den Enden 0,12 Mol
Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es liegt vor in Form
eines Feststoffes mit farblosem und transparentem Aussehen und einem
gewichtsmittleren Molekulargewicht von 12.500.
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Referenzherstellungsbeispiel 5
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Man
wiederholt die Verfahrensweise des Herstellungsbeispiels 1 mit dem
Unterschied, daß der
1-Liter-Kolben mit 234 g (13 Mol) Wasser und 47 g Toluol und der
Tropftrichter mit 127 g (0,6 Mol) Phenyltrichlorsilan, 71 g (0,18
Mol) Diphenyldichlorsilan und 15 g (0,12 Mol) Dimethyldichlorsilan
beschickt werden. Man erhält
128 g eines festen Organopolysiloxans.
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Das
Organopolysiloxan besteht aus 60 Mol-% (54 Gew.-%) T-Einheiten und
40 Mol-% D-Einheiten, enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 83 Mol-% der an den Siliciumatomen
vorliegenden organischen Substituenten und an den Enden 0,12 Mol
Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es liegt vor in Form
eines Feststoffes mit farblosem und transparentem Aussehen und einem
gewichtsmittleren Molekulargewicht von 18.500.
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Referenzherstellungsbeispiel 6
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Man
wiederholt die Verfahrensweise des Herstellungsbeispiels 1 mit dem
Unterschied, daß der
1-Liter-Kolben mit 234 g (13 Mol) Wasser und 36 g Toluol und der
Tropftrichter mit 169 g (0,8 Mol) Phenyltrichlorsilan und 50,6 g
(0,2 Mol) Diphenyldichlorsilan beschickt werden und das Rühren zur
Ausreaktion nach Beendigung der Zugabe des Chlorsilans bei einer
Innentemperatur von 80°C
während
drei Stunden fortgesetzt wird. Man erhält 129 g eines festen Organopolysiloxans.
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Das
Organopolysiloxan besteht aus 80 Mol-% (72 Gew.-%) T-Einheiten und
20 Mol-% D-Einheiten, enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 100 Mol-% der an den Siliciumatomen
vorliegenden organischen Substituenten und an den Enden 0,12 Mol
Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es liegt vor in Form
eines Feststoffes mit farblosem und transparentem Aussehen und einem
gewichtsmittleren Molekulargewicht von 34.000.
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Referenzherstellungsbeispiel 7
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Man
wiederholt die Verfahrensweise des Herstellungsbeispiels 1 mit dem
Unterschied, daß der
1-Liter-Kolben mit 216 g (12 Mol) Wasser und 17 g Toluol und der
Tropftrichter mit 101 g (0,48 Mol) Phenyltrichlorsilan, 81 g (0,37
Mol) Diphenyldichlorsilan und 26 g (0,15 Mol) Dimethyldichlorsilan
beschickt werden. Man erhält
126 g eines Organopolysiloxans.
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Das
Organopolysiloxan besteht aus 48 Mol-% (44 Gew.-%) T-Einheiten und
52 Mol-% D-Einheiten, enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 80 Mol-% der an den Siliciumatomen
vorliegenden organischen Substituenten und an den Endgruppen 0,13
Mol Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es liegt vor
in Form einer viskosen Flüssigkeit
mit einem farblosen transparenten äußeren Aussehen und einem gewichtsmittleren
Molekulargewicht von 4.400.
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Referenzherstellungsbeispiel 8
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Man
wiederholt die Verfahrensweise des Herstellungsbeispiels 1 mit dem
Unterschied, daß der
1-Liter-Kolben mit 450 g (25 Mol) Wasser und 198 g Toluol und der
Tropftrichter mit 201 g (0,95 Mol) Phenyltrichlorsilan und 13 g
(0,05 Mol) Diphenyldichlorsilan beschickt werden. Man erhält 119 g
eines festen Organopolysiloxans.
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Das
Organopolysiloxan besteht aus 95 Mol-% (93 Gew.-%) T-Einheiten und
5 Mol-% D-Einheiten, enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 100 Mol-% der an den Siliciumatomen
vorliegenden organischen Substituenten und an den Enden 0,16 Mol
Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es liegt vor in
Form eines Feststoffes mit farblosem und transparentem Aussehen
und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 12.500.
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Referenzherstellungsbeispiel 9
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Man
wiederholt die Verfahrensweise des Herstellungsbeispiels 1 mit dem
Unterschied, daß der
1-Liter-Kolben mit 432 g (24 Mol) Wasser und 118 g Toluol und der
Tropftrichter mit 169 g (0,8 Mol) Phenyltrichlorsilan, 12 g (0,08
Mol) Methyltrichlorsilan und 15 g (0,12 Mol) Dimethyldichlorsilan
beschickt werden. Man erhält 106
g eines festen Organopolysiloxans. Das Organopolysiloxan besteht
aus 88 Mol-% (92 Gew.-%) T-Einheiten und 12 Mol-% D-Einheiten, wobei
die D-Einheiten aus 100 Mol-% Dimethylsiloxaneinheiten bestehen,
wobei die Phenylgruppen 71 Mol-% der an den Siliciumatomen vorliegenden
organischen Substituenten ausmachen und worin an den Enden 0,16
Mol Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans enthalten waren. Das
Material liegt vor in Form eines Feststoffes mit farblosem und transparentem
Aussehen und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 17.800.
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Referenzherstellungsbeispiel 10
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Man
beschickt einen 1-Liter-Kolben, der mit einem Rührer, Rückflußkühler und Thermometer ausgerüstet ist,
mit 23 g Methanol, 120 g Toluol, 40 g (0,2 Mol) Phenyltrimethoxysilan,
49 g (0,2 Mol) Diphenyldimethoxysilan und 91 g (0,6 Mol) Tetramethoxysilan.
Unter Rühren
gibt man bei Raumtemperatur 29 g (1,6 Mol) einer wässrigen
0,5 N Chlorwasserstofflösung
tropfenweise im Verlaufe von 10 Minuten zu dem Kolben. Nach Beendigung
der Zugabe erhitzt man den Kolben auf eine Innentemperatur von 80°C unter Abdistillieren
des als Nebenprodukt gebildeten Methanols. Man setzt das Rühren während einer
Stunde bei 80°C
zur Weiterreaktion fort. Dann kühlt
man die Reaktionslösung
auf Raumtemperatur, vermischt mit 15 g Calciumcarbonat, rührt während sechs
Stunden und filtriert zur Entfernung des neutralisierenden Salzes
und der nicht umgesetzten Reaktionsteilnehmer. Durch anschließende Vakuumdistillation
entfernt man das Toluol und erhält
90 g eines Organopolysiloxans.
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Das
in dieser Weise erhaltene Organopolysiloxan besteht aus 20 Mol-%
(24 Gew.-%) T-Einheiten, 20 Mol-% D-Einheiten und 60 Mol-% Q-Einheiten,
enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 100 Mol-% der an Siliciumatomen
vorliegenden organischen Substituenten und an den Enden 0,03 Mol
Silanolgruppen und 0,23 Mol Methoxygruppen pro 100 g des Organopolysiloxans.
Es liegt vor in Form einer viskosen Flüssigkeit mit einem farblosen
transparenten Aussehen und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht
von 1.500.
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Referenzherstellungsbeispiel 11
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Man
wiederholt die Maßnahmen
des Herstellungsbeispiels 1 mit dem Unterschied, daß der 1-Liter-Kolben
mit 216 g (12 Mol) Wasser und 16 g Toluol und der Tropftrichter
mit 169 g (0,8 Mol) Phenyltrichlorsilan und 50,6 g (0,2 Mol) Diphenyldichlorsilan
beschickt werden und das Rühren
zur Fortsetzung der Reaktion nach Beendigung der Zugabe des Chlorsilans
bei einer Innentemperatur von 80°C
während
drei Stunden fortgesetzt wird. Man erhält 129 g eines festen Organopolysiloxans.
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Das
Organopolysiloxan besteht aus 80 Mol-% (72 Gew.-%) T-Einheiten und
20 Mol-% D-Einheiten, enthält
Phenylgruppen in einer Menge von 100 Mol-% der an den Siliciumatomen
vorliegenden organischen Substituenten und an den Enden 0,08 Mol
Silanolgruppen pro 100 g des Organopolysiloxans. Es liegt vor in Form
eines Feststoffes mit farblosem und transparentem Aussehen und einem
gewichtsmittleren Molekulargewicht von 79.000.
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Entsprechend
den in der Tabelle 1 angegebenen Mengenverhältnissen vermischt man das
Polycarbonatharz mit 5 Gew.-% der in den Herstellungsbeispielen
erhaltenen Organopolysiloxanen. Jede Mischung wird in einem automatischen
Mörser
vorgemischt und in einem Einschneckenextruder bei einer Temperatur
von 60°C
schmelzverknetet. Das eingesetzte Polycarbonatharz war Calibre® 200-20
mit einem viskositätsmittleren Molekulargewicht
von etwa 20.000, welches im Handel von der Firma Sumitomo-Dow K.
K. erhältlich
ist. Die Massen wurden bezüglich
des Sauerstoffindex',
der Flammfestigkeit und der optischen Transparenz untersucht.
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Der
Sauerstoffindex wird mit Hilfe des Polymerverbrennungstests gemäß der Oxygen
Index Method JIS K7201 gemessen.
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Die
Flammfestigkeit wird mit Hilfe der Testmethode untersucht, die in
dem Underwriters' Laboratories Inc.
Bulletin 94, Burning Test for Classifying Materials (nachfolgend
als UL-94 bezeichnet) beschrieben ist. Man bestimmt die Gesamtverbrennungsdauer
unter Verwendung von fünf Teststäben mit
einer Dicke von 3,2 mm, wobei man die Brennzeit nach der Entfernung
der zum Anzünden
verwendeten Flamme mißt
und die fünf Brenndauern
aufsummiert.
-
Die
optische Transparenz wird mit Hilfe eines Spektrophotometers für die Absorption
sichtbaren Lichtes gemessen. Man mißt die Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht bei einer Lichtweglänge
von 10 mm in der Dickenrichtung einer geformten Platte mit einer
Dicke von 10 mm. Proben werden mit ”bestanden” bewertet, wenn die Durchlässigkeit
70% oder mehr beträgt,
und als ”nicht
bestanden”,
wenn die Durchlässigkeit
weniger als 70% beträgt.
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Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt. Tabelle 1
| Polycarbonatharz | Organopolysiloxan | Lichtdurchlässigkeit | Sauerstoffindex
(%) | Gesamtbrenndauer
(s) |
| | | | | |
E1 | Calibre
200-20 | Herstellungsbeispiel
1 | bestanden | 33 | 28 |
E2 | Calibre
200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
2 | bestanden | 32 | 35 |
E3 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
3 | bestanden | 31 | 48 |
E4 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
4 | bestanden | 31 | 45 |
E5 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
5 | bestanden | 30 | 56 |
E6 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
6 | bestanden | 31 | 52 |
CE1 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
7 | nicht bestanden | 29 | 71 |
CE2 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
8 | bestanden | 25 | 103 |
CE3 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
9 | nicht bestanden | 28 | 81 |
CE4 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
10 | nicht bestanden | 27 | 90 |
CE5 | Calibre 200-20 | Referenzherstellungsbeispiel
11 | nicht bestanden | 29 | 75 |
CE6 | Calibre 200-20 | kein
Siliconharz eingemischt | bestanden | 26 | 120 |
-
Es
ist festzuhalten, daß bei
dem Brandtest des Vergleichsbeispiels 6 von zwei der fünf Teststäbe Teilchen
abtropften, währenddem
die Stäbe
weiterbrannten und die Brenndauer in dieser Weise gemessen wurde.