BR102014031020A2

BR102014031020A2 - material polimérico retardador de chama

Info

Publication number: BR102014031020A2
Application number: BR102014031020A
Authority: BR
Inventors: Alfred Gemmel; Christof Dinkelmeyer; Joachim Niederwieser; Kathrin Bäumler
Original assignee: Nexans
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2015-10-06
Also published as: CL2014003376A1; AU2014274593B2; EP2883905A1; EP2883904A1; CA2874883A1; AU2014274593A1; CN104710680A

Abstract

material polimérico retardador de chama. a presente invenção refere-se a um cabo que compreende pelo menos um condutor alongado e pelo menos um material polimérico obtido a partir de uma composição polimérica que compreende pelo menos um polímero e pelo menos uma carga retardadora de chama, caracterizado em que a dita carga retardadora de chama é um composto ácido que com pelo menos um grupo ácido selecionado dentre grupo ácido fosfônico, grupo ácido fosfínico e qualquer combinação dos mesmos, e pelo menos um grupo nitrogênio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIAL POLIMÉRICO RETARDADOR DE CHAMA".

[001] A presente invenção refere-se a um material polimérico re-tardador de chama usado em um cabo.

[002] Mais particularmente, o material polimérico é usado em cabos elétricos e/ou ópticos como uma camada que circunda um ou diversos condutores ou como uma base de assentamento para carregar espaços vazios dentro de um cabo.

[003] O documento US 6.429.246 descreve uma mistura isenta de halogênio não inflamável para fabricar materiais termoplásticos com resistência ao calor aumentada para fabricar cabos elétricos e ópticos. A dita composição inclui um copolímero, um sal de metal, um hidróxido de metal principalmente entre 80 e 120 partes em peso em relação a 100 partes em peso de copolímero, e um material de silício.

[004] No entanto, a quantidade de hidróxido de metal é muito alta, de modo que as propriedades mecânicas bem como as propriedades retardadoras de chama da dita mistura não sejam otimizadas.

[005] A presente invenção busca resolver os problemas mencionados acima da técnica anterior, fornecendo uma nova composição polimérica que tem propriedades retardadoras de chama aprimoradas, enquanto garante boas propriedades mecânicas.

[006] Para essa finalidade, um objetivo da presente invenção é fornecer um cabo que compreende pelo menos um condutor alongado e pelo menos um material polimérico obtido a partir de uma composição polimérica que compreende pelo menos um polímero e pelo menos uma carga retardadora de chama, caracterizado em que a dita carga retardadora de chama é um composto ácido que compreende: [007] pelo menos um grupo ácido selecionado dentre grupo ácido fosfônico, grupo ácido fosfínico e qualquer combinação dos mesmos, e [008] pelo menos um grupo nitrogênio.

[009] Vantajosamente, a presente invenção permite o fornecimento de uma composição polimérica que pode ser carregada com um alto teor de carga retardadora de chama, alcançando, dessa forma, elevadas propriedades retardadoras de chama, enquanto apresenta boas propriedades mecânicas como resistência à tração e alongamento na ruptura.

[0010] Mais particularmente, uma vantagem do composto ácido de acordo com a invenção, usado como carga retardadora de chama no material de polímero, é que, quando o mesmo é comparado ao trióxido de alumínio retardador de chama (ATH), o mesmo pode estar presente em uma proporção menor na matriz de polímero (isto é, polímero na composição polimérica) a fim de alcançar retardância de chama comparável, ou se a proporção na matriz de polímero for idêntica, isso alcança retardância de chama superior.

[0011] As propriedades mecânicas do material polimérico podem satisfazer adicionalmente a norma HM4 (DIN VDE 0276-604), com uma resistência à tração superior a 9,0 MPa, e com um alongamento na ruptura superior a 125%.

COMPOSTO ÁCIDO

[0012] O composto ácido da presente invenção é um composto que compreende: [0013] pelo menos um grupo ácido fosfônico e, com mais preferência, pelo menos dois grupos fosfônicos e, ainda com mais preferência, pelo menos três grupos fosfônicos e/ou pelo menos um grupo ácido fosfínico e, com mais preferência, pelo menos dois grupos fosfíni-cos e, ainda com mais preferência, pelo menos três grupos fosfínicos, e [0014] pelo menos um grupo nitrogênio e, com mais preferência, pelo menos dois grupos nitrogênio.

[0015] Mais particularmente, o pelo menos um grupo ácido e o pe- Io menos um grupo nitrogênio, do composto ácido, estão incluídos na mesma molécula.

[0016] Em uma modalidade mais particular, o grupo nitrogênio é covalentemente ligado ao composto ácido.

[0017] Com mais preferência, o grupo nitrogênio é covalentemente ligado ao grupo ácido, por intermédio de uma cadeia de alquila. A cadeia de alquila pode compreender um ou diversos átomos de carbono. Nesse aspecto, o grupo nitrogênio no composto ácido não pode estar sob a forma de um íon carregado. Por exemplo, o grupo nitrogênio não é um íon de amônio.

[0018] O grupo ácido pode ser selecionado dentre -PO(OH)2, -PO(OH)H e qualquer combinação dos mesmos.

[0019] Os ácidos fosfônicos incluem usualmente pelo menos um grupo -PO(OH)2. Os ácidos fosfínicos incluem usualmente pelo menos um grupo -PO(OH)H.

[0020] O grupo nitrogênio pode ser um grupo amina, de modo que o ácido fosfônico possa compreender pelo menos um grupo amina. Em uma modalidade particular, o ácido fosfônico pode compreender pelo menos dois grupos amina.

[0021] Mais particularmente, o grupo amina pode ser uma amina secundária ou uma amina terciária e, de preferência, uma amina terciária.

[0022] Quando o composto ácido da presente invenção compreende pelo menos um grupo nitrogênio sob a forma de um grupo amina, o composto ácido pode ser um ácido amino-fosfônico ou um ácido a-mino-fosfínico.

[0023] Em uma modalidade preferencial, o composto ácido pode ser selecionado dentre ácidos amino-fosfônicos, ácidos amino-fosfínicos e qualquer mistura dos mesmos.

[0024] O composto ácido da presente invenção pode estar em uma forma livre ou em uma forma de sal. A forma livre, que é a forma preferencial do composto ácido da presente invenção, significa que o composto ácido não está sob a forma de sal.

[0025] Quando o composto ácido for um sal (isto é, sob uma forma de sal), o íon combinado pode ser um íon de metal alcalino como o íon de sódio.

[0026] O composto ácido pode incluir pelo menos um grupo selecionado dentre -CH2-PO(OH)2 e -CH2-PO(OH)H, em que esse grupo é covalentemente ligado ao grupo nitrogênio e, com mais preferência, ao grupo amina.

[0027] Algumas fórmulas preferenciais de ácidos fosfônicos, que são mais particularmente ácidos amino-fosfônicos, são como segue: - Amino-trimetileno-ácido fosfônico: Aminoi - Dietileno triamina -penta(metileno— ácido fosfônico): Díe - Etileno diamina-tetra-(ácido metileno fosfônico): Etny [0028] Algumas fórmulas de ácidos fosfínicos, que são mais particularmente ácidos amino-fosfônicos, são como segue: (Aminometila) ácido fosfínico (2-Aminoetil) ácido fosfínico [0029] A composição polimérica pode compreender pelo menos 20 partes em peso de composto(s) ácido(s) em relação a 100 partes em peso de polímero(s) na composição polimérica e, com mais preferência, pelo menos 40 partes em peso de composto(s) ácido(s) em relação a 100 partes em peso de polímero(s) na composição polimérica.

[0030] Uma quantidade menor do que 20 partes em peso de com-posto(s) ácido(s) não fornece propriedades retardadoras de chama eficazes.

[0031] Em uma modalidade preferencial, a composição polimérica pode compreender pelo menos 20,0 % em peso de composto ácido em relação ao peso total da composição polimérica.

[0032] A composição polimérica pode compreender até 200 partes em peso de composto(s) ácido(s) em relação a 100 partes em peso de polímero(s) na composição polimérica e, com mais preferência, até 180 partes em peso de composto(s) ácido(s) em relação a 100 partes em peso de polímero(s) na composição polimérica.

[0033] Uma quantidade maior do que 200 partes em peso de com-posto(s) ácido(s) não fornece valores mecânicos aceitáveis e proces-sabilidade.

POLÍMERO

[0034] O polímero da presente invenção pode ser um polímero orgânico ou inorgânico.

[0035] Os polímeros inorgânicos podem ser polímeros que incluem átomos de silício (Si), como poliorganossiloxano ou borracha de silicone.

[0036] Mais particularmente, o polímero da presente invenção pode incluir apenas polímero(s) orgânico(s), excluindo, por exemplo, o uso de poliorganossiloxano ou borracha de silicone.

[0037] O polímero da presente invenção pode ser facilmente ex-trudado ao redor de um condutor alongado.

[0038] O termo "polímero" significa todos os tipos de polímeros bem conhecidos na técnica, como homopolímero, copolímero, bloco de copolímero, terpolímero, etc.

[0039] O polímero da presente invenção pode ser um polímero termoplástico ou um elastômero, que pode ser reticulado por técnica bem conhecida na técnica.

[0040] O polímero da presente invenção pode ser vantajosamente um polímero de olefina (isto é, polímero de olefína), que significa que o polímero é obtido a partir de pelo menos um monômero de olefina.

[0041] A composição polimérica da presente invenção pode incluir um ou diversos polímeros, que formam uma matriz polimérica na qual uma ou diversas cargas retardadoras de chama são misturadas.

[0042] Vantajosamente, o polímero da presente invenção tem co- mo objetivo aprimorar a retardância de chama, em particular, através de um aumento na exigência de oxigênio para combustão, uma redução na taxa de liberação de calor durante a combustão e, além disso, a formação de cinza espumada produzida a partir do polímero no caso de um incêndio.

[0043] Em uma modalidade preferencial, o polímero da presente invenção é um polímero de etileno ou um polímero de propileno e, mais particularmente, um copolímero de etileno ou um copolímero de propileno e, ainda com mais preferência, um copolímero de copolímero de etileno-acetato de vinila (EVA) ou um copolímero de propileno-acetato de vinila.

[0044] O polímero de acordo com a presente invenção pode ser uma mistura de pelo menos dois polímeros olefinícos diferentes, incluindo, por exemplo, uma mistura de um copolímero olefínico-acetato de vinila e um polímero olefínico como polímero de etileno (homopolímero ou copolímero), polímero de propileno (homopolímero ou copolímero) ou, mais particularmente, copolímero de etileno e propileno.

[0045] Em uma modalidade preferencial, a composição polimérica pode compreender pelo menos 30 % em peso de polímero(s) em relação ao peso total da composição polimérica e, com mais preferência, pelo menos 30 % em peso de polímero de olefina(s) em relação ao peso total da composição polimérica.

OUTRAS CARGAS E ADITIVOS

[0046] Em uma modalidade preferencial, a composição polimérica pode incluir apenas o(s) composto(s) ácido(s) como carga retardadora de chama.

[0047] No entanto, em outra modalidade, a composição polimérica pode incluir, além de composto(s) ácido(s), outros tipos de cargas re-tardadoras de chama como cargas hidratadas e, mais particularmente, hidróxidos metálicos (por exemplo, trióxido de alumínio (ATM), di- hidróxido de magnésio (MDH)). Nesse aspecto, a composição polimé-rica pode compreender menos do que 40 % em peso de retardador de chama cargas hidratadas e, com mais preferência, menos do que 20% em peso de retardador de chama cargas hidratadas e ainda com mais preferência, menos do que 5% em peso de retardador de chama cargas hidratadas, em relação ao peso total da composição polimérica.

[0048] A composição polimérica também pode incluir carga eletricamente condutora, como negro de fumo, em uma quantidade para aprimorar a resistência dielétrica sem conferir as propriedades eletricamente isolantes do material polimérico, ou em uma quantidade para fornecer propriedade semicondutiva para o material polimérico.

[0049] A composição polimérica da invenção pode compreender adicionalmente pelo menos um dos seguintes aditivos bem conhecidos na técnica: estabilizantes como antioxidantes, agentes para proteção contra envelhecimento como protetor UV, agentes de acoplamento, agentes de reticulação como peróxido orgânico e/ou agentes à base de silano, corantes, auxiliares de processamento, etc.

O MATERIAL POLIMÉRICO

[0050] O material polimérico de acordo com a invenção pode ser um material termoplástico ou um material reticulado, dependendo da aplicação exigida.

[0051] O material polimérico pode ser vantajosa mente isento de halogênio.

[0052] O material polimérico pode ser vantajosa mente isento de silicone.

[0053] O material polimérico pode ser um material extrudado, como, por exemplo, um material extrudado como uma camada ao redor do condutor alongado, ou como uma base de assentamento para carregar o interior do cabo.

[0054] O material polimérico de acordo com a invenção pode ser uma camada fisicamente em contato direto com o condutor, uma camada intermediária ou a camada mais externa do cabo.

[0055] Dependendo das propriedades elétricas desejadas ao redor do condutor do cabo, o material de polímero pode ser um material eletricamente condutor ou um material semicondutor ou um material eletricamente isolante.

Q CABO

[0056] Na presente descrição, o termo "cabo" indica um cabo elétrico e/ou um cabo óptico, incluindo pelo menos um condutor elétrico e/ou óptico alongado.

[0057] Em outras palavras, o cabo pode ser: [0058] um cabo elétrico que inclui pelo menos um condutor elétrico alongado, ou [0059] um cabo óptico que inclui pelo menos um condutor óptico alongado, ou [0060] um cabo elétrico e óptico que inclui pelo menos um condutor elétrico alongado e pelo menos um condutor óptico alongado.

[0061] O material polimérico pode circundar um ou diversos condutores isolados, ou não, ao longo do cabo.

[0062] Em particular, o condutor alongado pode estar em uma posição central no cabo.

[0063] O condutor alongado pode ser um condutor de núcleo simples como um fio elétrico, ou um condutor de múltiplos núcleos como uma pluralidade de fios.

[0064] Em uma modalidade preferencial, o cabo de acordo com a invenção é um cabo com formato arredondado. Em outras palavras, a periferia mais externa do corte transversal de cabo tem uma forma de um círculo.

[0065] A presente invenção será entendida de forma mais completa a partir dos exemplos dados no presente documento abaixo e a par- tir dos desenhos anexos, que são dados a título de ilustração apenas e, dessa forma, que não limita a presente invenção, e em que: [0066] A Figura 1 representa um gráfico de taxa de liberação de calor (HRR) como função de tempo de acordo com ISO 5660-1.

[0067] Diferentes composições de acordo com a presente invenção (isto é, Composições 1 a 4) e uma como exemplo comparativo (isto é, Referência) foram preparadas e são materiais eletricamente iso-lantes.

[0068] As quantidades na Tabela 1 são expressadas em partes em peso em relação a 100 partes em peso de polímero na composição.

[0069] Na Tabela 1, a matriz de polímero é constituída apenas por um copolímero de etileno-acetato de vinila. TABELA 1 [0070] Os diferentes compostos mencionados na Tabela 1 são como segue: [0071] EVA é um copolímero de etileno e acetato de vinila, comercializado por EXXON Mobil, sob a referência Escorene Ultra EVA 00014;

[0072] ATH é tri-hidróxido de alumínio, comercializado por Mar-tinswerk, sob a referência Martinal OL LEO 104;

[0073] APA é um ácido amino-fosfônico sob a forma do ácido livre, que é etileno diamina tetra(ácido de metileno fosfônico), comercializado por Zschimmer und Schwarz, sob a referência Cublen E 950; e [0074] Os aditivos são uma mistura de antioxidante, protetor UV e agente de acoplamento, bem conhecidos na técnica, e são idênticos para a Referência e as Composições 1 a 4.

[0075] A partir da Referência e das composições 1 a 4, são produzidas placas para medir, com calorimetria de cone, a taxa de liberação de calor (HRR) como função de tempo, de acordo com a norma ISO 5660-1.

[0076] Em primeiro lugar, a Referência e as composições 1 a 4 são respectivamente misturadas em uma extrusora de rosca dupla laboratorial, e são formados péletes após a extrusão.

[0077] Em segundo lugar, as placas são obtidas respectivamente a partir dos péletes de Referência e das composições 1 a 4, comprimindo os mesmos em uma prensa a quente a 1700 de acordo com a norma ISO 5660-1. Com a ajuda da temperatura e de pressão, as dimensões das placas obtidas são 100 mm x 100 mm x 3 mm.

[0078] Os resultados foram reunidos na Figura 1. Na Figura 1, a taxa de liberação de calor (HRR) expressa em quilowatts por metro quadrado (kW/m2), é reduzida em 60% da Referência (pico de 210 kW/m2 a 110 s) para a Composição 1 (pico de 85 kW/m2 a 40 s) após a ignição, medido de acordo com a norma ISO 5660-1.

[0079] O índice de oxigênio limite (LOI) foi determinado de acordo com a norma ISO 4589-2, nas placas obtidas. O LOI é a concentração mínima de oxigênio, expressa como um percentual (%), que irá suportar a combustão de um polímero.

[0080] Os resultados de LOI são reunidos na seguinte Tabela 2. TABELA 2 [0081] Os resultados mostram que o efeito retardador de chama aumentou significativamente da Referência (LOI de 31-32%) para a Composição 1 (LOI de 50-50,5%).

[0082] Além disso, uma redução de carga de preenchimento em 50% fornece o mesmo efeito retardador de chama (consulte Referência versus Composições 3 e 4).

[0083] As propriedades mecânicas como a resistência à tração e o alongamento na ruptura foram medidas de acordo com a norma IEC 60811, para a Referência e as Composições 3 e 4.

[0084] Os resultados são reunidos na seguinte Tabela 3. TABELA 3 [0085] As Composições 3 e 4, de acordo com a invenção, apresentam boa resistência à tração e alongamento na ruptura, com resistência à tração superior a 9,0 MPa e alongamento na ruptura superior a 125%.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Cabo que compreende pelo menos um condutor alongado e pelo menos um material polimérico obtido a partir de uma composição polimérica que compreende pelo menos um polímero e pelo menos uma carga retardadora de chama, caracterizado pelo fato de que a dita carga retardadora de chama é um composto ácido que compreende: pelo menos um grupo ácido selecionado dentre um grupo ácido fosfônico, grupo ácido fosfínico e qualquer combinação dos mesmos, e pelo menos um grupo nitrogênio.

2. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto ácido é selecionado dentre ácidos amino-fosfônicos, ácidos amino-fosfínicos e qualquer mistura dos mesmos.

3. Cabo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o grupo ácido é selecionado dentre -PO(OH)2, -PO(OH)H e qualquer combinação dos mesmos.

4. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o composto ácido inclui pelo menos dois grupos ácidos.

5. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o composto ácido está sob forma livre ou sob forma de sal.

6. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o grupo nitrogênio é cova-lentemente ligado ao composto ácido.

7. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o grupo nitrogênio é um grupo amina.

8. Cabo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o grupo amina é uma amina terciária.

9. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o composto ácido inclui pelo menos um grupo selecionado dentre -CH2-PO(OH)2, -CH2-PO(OH)H e qualquer combinação dos mesmos, em que esse grupo é covalente-mente ligado ao grupo nitrogênio.

10. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição polimérica compreende pelo menos 20 partes em peso de composto(s) ácido(s) em relação a 100 partes em peso de polímero(s) na composição polimérica.

11. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição polimérica compreende até 200 partes em peso de composto(s) ácido(s) em relação a 100 partes em peso de polímero(s) na composição polimérica.

12. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição polimérica compreende pelo menos 50,0 % em peso de composto ácido em relação ao peso total da composição polimérica.

13. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição polimérica compreende pelo menos 30 % em peso de polímero(s) em relação ao peso total da composição polimérica.

14. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o polímero é um polímero de olefina.

15. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o polímero é um copolímero de etileno-acetato de vinila (EVA).

16. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material polimérico é isento de halogênio.

17. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material polimérico é um material extrudado.

18. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material polimérico é a camada mais externa do cabo.

19. Cabo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o cabo é um cabo com formato arredondado.