BR112012026164B1 - composição retardante de chama livre de halogênio e fio ou cabo - Google Patents

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Abstract

"composição retardante de chama livre de halogênio e fio ou cabo" composições retardantes de chama livres de halogênio que incluem um copolímero em bloco estirênico, um retardante de chama a base de fósforo de baixa fusão tendo uma temperatura de fusão menor ou igual a 170°c, e uma mistura de retardantes de chama contendo nitrogênio e fósforo intumescentes sólidos. a mistura de retardantes de chama contendo nitrogênio e fósforo intumescentes sólidos inclui pelo menos dois sais de ácido fosfórico contendo nitrogênio e fósforo que de modo sinérgico melhoram a propriedades retardadoras de chama das composições em relação a composições que incluem outros pacotes retardantes de chama.

Description

COMPOSIÇÃO RETARDANTE DE CHAMA LIVRE DE HALOGÊNIO E FIO OU CABO
Histórico da invenção [0001] Composições de elastômero retardante de chama flexível são desejáveis para um número de aplicações, incluindo para revestimento e isolamento de fios e cabos. Aplicações comuns incluem fio para eletrônicos de consumidor tais como fio de carregador de telefone celular e dados de computador, cordões de energia e acessórios. Infelizmente, a tecnologia disponível não provê o balanço desejado de elevado desempenho retardante de chama, boa estabilidade térmica, elevada flexibilidade, e propriedades mecânicas.
Sumário da invenção [0002] Um aspecto da invenção provê composições retardantes de chama livres de halogênio. Estas composições compreendem um copolímero em bloco estirênico, um retardante de chama a base de fósforo de baixa fusão tendo uma temperatura de fusão menor ou igual a 170°C, e uma mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos compreendendo pelo menos dois sais de ácido fosfórico contendo nitrogênio e fósforo. Nestas composições o copolímero em bloco estirênico pode compreender pelo menos 40 por cento em peso do conteúdo total de polímero da composição. As composições se distinguem pelo fato de passarem no teste de chama UL-62 de VW-1.
[0003] Em algumas incorporações das composições, o copolímero em bloco estirênico compreender pelo menos 50 por cento em peso do conteúdo total de polímero da composição.
[0004] Em algumas incorporações das composições, os pelo menos dois sais de ácido fosfórico contendo nitrogênio e fósforo compreendem um derivado de melamina e pirofosfato de
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2/22 piperazina. Em algumas tais incorporações, o copolímero em bloco estirênico é SEBS e o derivado de melamina é pirofosfato de melamina.
[0005] Em algumas incorporações das composições, o retardante de chama a base de fósforo, de baixa fusão é um éster fosfato orgânico, tal como difosfato de bisfenol A.
[0006] Em algumas incorporações, as composições
compreendem ainda um polímero olefínico polar e/ou um
policarbonato.
[0007] Em algumas incorporações das composições, o
retardante de chama a base de fósforo, de baixa fusão e a
mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos são responsáveis por pelo menos 25 por cento em peso da composição e a mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos é responsável por pelo menos 20 por cento em peso do peso total do retardante de chama a base de fósforo e da mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos.
[0008] Outro aspecto da invenção provê um fio ou cabo compreendendo uma camada de revestimento ou uma camada isolante compreendendo uma composição retardante de chama livre de halogênio de acordo com esta invenção.
Descrição detalhada da incorporação preferida [0009] Um aspecto da invenção provê composições termoplásticas retardantes de chama, livres de halogênio que incluem um copolímero em bloco estirênico, um retardante de chama a base de fósforo de baixa fusão tendo uma temperatura de fusão menor ou igual a 170°C, e uma mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos. A mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos inclui pelo menos dois sais de ácido fosfórico contendo nitrogênio e fósforo que de modo
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3/22 sinérgico melhoram as propriedades retardadoras de chama das composições em relação a composições que incluem outros pacotes de retardantes de chama. As composições caracterizamse ainda pelo fato delas passarem no teste de chama UL-62 de VW-1. As composições caracterizam-se ainda por boas propriedades mecânicas, que as tornam apropriadas para uso numa ampla variedade de artigos, incluindo revestimento e isolamento para cabos e/ou fios.
[0010] “Livre de halogênio e termos similares significam que as composições estão sem ou substancialmente sem conteúdo de halogênio, isto é, contêm menos que 2000 mg/kg de halogênio medido por cromatografia iônica (IC) ou por um método analítico semelhante. Conteúdo de halogênio menor que esta quantidade é considerado insignificante para a eficácia da mistura, por exemplo, como um revestimento de fio ou cabo.
[0011] Copolímeros em blocos estirênicos [0012] Os copolímeros em blocos estirênicos formam uma fase polimérica contínua nas presentes composições. Em algumas incorporações, polímeros adicionais podem estar presentes nas composições. Se polímeros adicionais estiverem presentes, os copolímeros em blocos estirênicos serão responsáveis, tipicamente, por pelo menos 25% em peso da fase polimérica. Esta inclui incorporações nas quais o copolímero em bloco estirênico é responsável por pelo menos 30% em peso da fase polimérica, por pelo menos 40% em peso da fase polimérica, e por pelo menos 50% em peso da fase polimérica.
[0013] Falando de modo geral, os copolímeros em blocos estirênicos incluem pelo menos dois blocos de monoalquenil areno, preferivelmente dois blocos de poliestireno, separados por um bloco de um dieno conjugado saturado, tal como um
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4/22 bloco de polibutadieno saturado. Copolímeros em blocos insaturados apropriados incluem, mas não se limitam àqueles representados pelas seguintes fórmulas: R(-B-A)n ou Ax-(BA-)yBA nas quais A é um bloco polimérico compreendendo um monômero aromático de vinila, tal como estireno, e cada B é um bloco polimérico compreendendo um dieno conjugado, tal como isopreno ou butadieno, e opcionalmente um monômero aromático de vinila, tal como estireno; R é o resto de um agente de acoplamento multifuncional (se R estiver presente, o copolímero em bloco poderá ser um copolímero em bloco ramificado ou em estrela); n é um número inteiro de 1 a 5; x é zero ou 1; e y é um número real de zero a 4.
[0014] Métodos para a preparação de tais copolímeros em blocos são conhecidos na técnica. Vide, por exemplo, a patente U.S. n° 5.418.290. Catalisadores apropriados para a preparação de copolímeros em blocos úteis com unidades monoméricas de borracha insaturadas incluem catalisadores a base de lítio e especialmente de alquil lítio. A patente U.S. n° 3.595.942 descreve métodos apropriados para a hidrogenação de copolímeros em blocos com unidades monoméricas de borracha insaturadas para formar copolímeros em blocos com unidades monoméricas de borracha saturadas.
[0015] Copolímeros em blocos tendo unidades monoméricas de borracha insaturadas incluem, mas não se limitam a, estireno/butadieno (SB), estireno/etileno/butadieno (SEB) , estireno/isopreno (SI), estireno/butadieno/estireno (SBS), estireno/isopreno/estireno (SIS), a-metilestireno/butadieno/a-metil-estireno e a-metilestireno/isopreno/a-metil-estireno.
[0016] Copolímeros em blocos com unidades monoméricas de
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5/22 borracha insaturadas podem compreender homopolímeros de butadieno ou isopreno ou eles podem compreender copolímeros de um ou de ambos estes dois dienos com uma quantidade menor de monômero estirênico. Em algumas incorporações, os copolímeros em blocos derivam de (I) uma olefina de C3-20 substituída com um grupo alquila ou arila (por exemplo, 4metil-1-penteno e estireno) e (II) um dieno (por exemplo, butadieno, 1,5-hexadieno, 1,7-octadieno e 1,9-decadieno). Um exemplo não-limitativo de tal copolímero olefínico inclui copolímero em blocos de estireno/butadieno/estireno (SBS).
[0017] Os copolímeros em blocos com unidades monoméricas de borracha saturadas compreendem pelo menos uma unidade estirênica e pelo menos um segmento de um copolímero de etileno/buteno ou de etileno/propileno. Exemplos preferidos de tais copolímeros em blocos com unidades monoméricas de borracha saturadas incluem copolímeros de estireno/etileno/buteno, copolímeros de estireno/etileno/propileno, copolímeros de estireno/etileno/buteno/estireno (SEBS), copolímeros de estireno/etileno/propileno/estireno (SEPS).
[0018] Copolímeros em blocos apropriados incluem, mas não se limitam àqueles obteníveis comercialmente, tal como, KRATON™ fornecido por KRATON Polymers LLC em Houston, Texas. [0019] Polímeros adicionais:
[0020] Polímeros adicionais que podem estar presentes na fase polimérica das presentes composições podem ser cocontínuos com ou dispersos no polímero estirênico na fase polimérica da composição. Os polímeros adicionais podem ser selecionados para melhorar propriedades de retardância de chama, de processamento ou mecânicas. Exemplos de polímeros
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6/22 adicionais incluem poliolefinas, tais como polímeros olefínicos polares. Plásticos de engenharia, tais como policarbonatos, também podem ser usados como um polímero adicional.
[0021] “Polímero de olefina, “polímero olefínico, “interpolímero olefínico, “poliolefina, “polímero a base de olefina e termos similares significam um polímero contendo, em forma polimerizada, uma porcentagem em peso majoritária de uma olefina, por exemplo, etileno ou propileno, com base no peso total do polímero. Poliolefinas termoplásticas incluem tanto homopolímeros olefínicos como interpolímeros olefínicos. “Interpolímero significa um polímero preparado pela polimerização de pelo menos dois monômeros diferentes. Os interpolímeros podem ser aleatórios, em blocos, homogêneos, heterogêneos, etc. Este termo genérico inclui copolímeros, usualmente empregados para se referir a polímeros preparados a partir de dois monômeros diferentes, e a polímeros preparados a partir de mais que dois monômeros diferentes, por exemplo, terpolímeros, tetrapolímeros, etc.
[0022] Um “polímero olefínico polar é um polímero olefínico contendo um ou mais grupos polares (algumas vezes referidos como funcionalidades polares). Quando aqui usado, um “grupo polar é qualquer grupo que confere um momento dipolar de ligação a uma molécula essencialmente não-polar diferente. Grupos polares exemplares incluem grupos carbonila, grupos ácido carboxílicos, grupos anidrido de ácido carboxílico, grupos éster de ácido carboxílico, grupos epóxi, grupos sulfonila, grupos nitrila, grupos amida, grupos silano e similares. Estes grupos podem ser introduzidos no polímero à base de olefina através de enxertia ou
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7/22 copolimerização. Exemplos não-limitativos de polímeros a base de olefinas polares incluem etileno/ácido acrílico (EAA), etileno/ácido metacrílico (EMA), etileno/acrilato ou metacrilato, etileno/acetato de vinila (EVA), copolímero de poli(etileno-co-vinil trimetoxissilano), polímeros olefínicos enxertados com silano ou com anidrido maleico, poli(tetraflúor etileno-alt-etileno) (ETFE), poli(tetraflúor etileno-co-hexaflúor propileno) (FEP), poli(etileno-cotetraflúor etileno-co-hexaflúor propileno) (EFEP), poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), poli(fluoreto de vinila) (PVF), e similares. Polímeros olefínicos polares preferidos incluem resinas de etileno/acetato de vinila (EVA) ELVAX™ de DuPont, copolímero de etileno/acrilato de etila (EEA) AMPLIFY™ de The Dow Chemical Company, copolímeros de etileno/ácido acrílico PRIMACOR™ de The Dow Chemical Company, e copolímero de poli(etileno-co-vinil trimetoxissilano) SILINK™ de The Dow Chemical Company.
[0023] EVA é um polímero olefínico polar preferido. Este inclui copolímeros de EVA com um ou mais comonômeros selecionados de acrilatos de alquila de C1 a C6, metacrilatos de alquila de C1 a C6, ácido acrílico e ácido metacrílico. Retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão [0024] Os retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão podem ser sólidos ou líquidos em temperatura ambiente (23°C), mas têm pontos de fusão menores ou iguais a 170°C. Exemplos incluem ésteres fosfato de baixa fusão. Ésteres fosfato incluem ésteres fosfato alifáticos e aromáticos e seus oligômeros e polímeros. Exemplos de retardantes de chama de éster fosfato alifático incluem fosfato de trimetila, fosfato de tributila, fosfato de tris(2-etil hexila), fosfato
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8/22 de tributoxi etila, fosfato de mono-isodecila e fosfato ácido de 2-acriloiloxi etila. Exemplos de retardantes de chama de éster fosfato aromático incluem fosfato de trixilenila, fosfato de tris(fenil fenila), fosfato de trinaftila, fosfato de cresil difenila, fosfato de xilenil difenila e fosfato de difenil-2-metacriloiloxi etila. Exemplos de bis(ésteres fosfato) aromáticos incluem bis(difenil fosfato) de resorcinol, bis(dixilenil fosfato) de resorcinol, bis(dicresil fosfato) de resorcinol, bis(dixilenil fosfato) de hidroquinona, bis(difenil fosfato) de bisfenol A, e 1,3fenileno bisfosfato de tetraquis(2,6-dimetil fenila).
Retardantes de chama contendo nitrogênio e fósforo (N-P) intumescentes:
[0025] As presentes composições incluem uma mistura de pelo menos dois retardantes de chama intumescentes contendo nitrogênio e fósforo sólidos (em temperatura ambiente), ambos os quais podem ser um sal de ácido fosfórico. Um “retardante de chama intumescente é um retardante de chama que produz uma espuma de cinzas sobre uma superfície de um material polimérico durante exposição ao fogo.
[0026] Sais de ácido fosfórico incluem fosfatos, pirofosfatos, metafosfatos e polifosfatos. Portanto, retardantes de chama contendo nitrogênio e fósforo incluem fosfato de melamina, pirofosfato de melamina, ortofosfato de melamina, fosfato de mono-amônio, fosfato de di-amônio, pirofosfato de amônio, amida de ácido fosfórico, polifosfato de melamina, polifosfato de amônio, polifosfato de piperazina, amida de ácido polifosfórico e combinações de dois ou mais dos sais de ácido fosfórico anteriores.
[0027] Pirofosfato de piperazina e pirofosfato de melamina
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9/22 são dois exemplos de dois retardantes de chama contendo nitrogênio e fósforo que podem ser usados na mistura de retardantes de chama intumescentes das presentes composições. Uma mistura destes dois retardantes de chama é FP-2100J obtenível de Adeka Palmarole.
[0028] Tipicamente, os retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão estão presentes numa quantidade de pelo menos 5% em peso (por exemplo, de pelo menos 10% em peso), mas desejavelmente numa quantidade menor ou igual a 80% em peso (por exemplo, menor ou igual a 70% em peso), com base no peso total dos retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão e dos retardantes de chama sólidos intumescentes contendo nitrogênio e fósforo. Em algumas incorporações das composições, os retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão e os retardantes de chama sólidos intumescentes contendo nitrogênio e fósforo são os únicos retardantes de chama presentes.
[0029] As presentes composições são bem apropriadas para elevados carregamentos de retardantes de chama que podem ser apropriados para atingir retardância de chama apropriada. Portanto, em algumas incorporações o peso total dos retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão mais os retardantes de chama sólidos intumescentes contendo nitrogênio e fósforo é responsável por pelo menos 20 por cento em peso da composição. Esta inclui incorporações nas quais o peso total dos retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão mais os retardantes de chama sólidos intumescentes contendo nitrogênio e fósforo é responsável por pelo menos 25 por cento em peso da composição e inclui ainda incorporações nas quais o peso total dos retardantes de chama
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10/22 a base de fósforo de baixa fusão mais os retardantes de chama sólidos intumescentes contendo nitrogênio e fósforo é responsável por pelo menos 30 por cento em peso da composição. Nestas incorporações, o peso combinado da fase polimérica (isto é, o polímero estirênico mais quaisquer polímeros adicionais) mais os retardantes de chama tipicamente é responsável por pelo menos 90% em peso (por exemplo, por pelo menos 95% em peso) das composições.
Resinas novolac epoxidadas [0030] Opcionalmente, as presentes composições podem incluir um ou mais agentes formadores de cinzas para impedir ou minimizar gotejamento durante a combustão. Por exemplo, algumas incorporações das composições incluem uma resina novolac epoxidada como um agente formador de cinzas. Uma “resina novolac epoxidada é o produto de reação de epicloridrina e um polímero novolac fenol num solvente orgânico. Exemplos não-limitativos de solventes orgânicos apropriados incluem acetona, metil etil cetona, metil amil cetona, e xileno. A resina novolac epoxidada pode ser um líquido, um semi-sólido, um sólido, e combinações dos mesmos.
[0031] Tipicamente, usam-se as resinas novolac epoxidadas em quantidades variando de 0,1 a 5% em peso, com base no peso total da composição. Esta inclui incorporações nas quais se usam as resinas novolac epoxidadas em quantidades variando de 1 a 3% em peso, com base no peso total da composição e inclui ainda incorporações nas quais se usam as resinas novolac epoxidadas em quantidades variando de 1,5 a 2,5% em peso, com base no peso total da composição.
Aditivos e cargas opcionais:
[0032] Opcionalmente, as composições desta invenção podem
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11/22 conter também aditivos e/ou cargas. Aditivos representativos incluem, mas não se limitam a, antioxidantes, auxiliares de processamento, colorantes, estabilizadores de ultravioleta (incluindo absorvedores de UV) , agentes antiestáticos, agentes nucleantes, agentes de deslizamento, plastificantes, lubrificantes, agentes controladores de viscosidade, agentes de pegajosidade, agentes antiaderentes, tensoativos, óleos extensores, expurgadores de ácidos, e desativadores de metais. Tipicamente, usam-se estes aditivos de maneira convencional e em quantidades convencionais, por exemplo, de 0,01% em peso ou menos a 10% em peso ou mais, com base no peso total da composição.
[0033] Cargas representativas incluem, mas não se limitam aos vários óxidos metálicos, por exemplo, dióxido de titânio; carbonatos metálicos, tais como carbonato de magnésio e carbonato de cálcio; sulfetos e sulfatos metálicos, tais como dissulfeto de molibdênio e sulfato de bário; boratos metálicos, tais como borato de bário, borato de meta-bário, borato de zinco e borato de meta-zinco; anidridos metálicos tal como anidrido de alumínio; argila tais como diatomita, caulim e montmorilonita, huntita, celite, asbestos, minerais moídos, e litopona. Tipicamente, estas cargas são usadas de maneira convencional e em quantidades convencionais, por exemplo, de 5% em peso ou menos a 50% em peso ou mais, com base no peso da composição.
[0034] Estabilizadores de luz UV apropriados incluem estabilizadores de luz de amina impedida (HALS) e aditivos absorvedores de luz UV (UVA).
[0035] Exemplos não-limitativos de antioxidantes apropriados incluem fenóis impedidos tais como
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12/22 tetraquis[metileno (3,5-diterciobutil-4-hidroxihidrocinamato)] metano, sulfeto de bis[(beta-(3,5diterciobutil-4-hidroxi benzil)-metil carboxi etila)], 4,4'tio bis(2-metil-6-terciobutil fenol), 4,4'-tio bis(2terciobutil-5-metil fenol), 2,2'-tio bis(4-metil-6terciobutil fenol), e bis(3,5-diterciobutil-4hidroxi)hidrocinamato de tio dietileno; fosfitos e fosfonitos tais como fosfito de tris(2,4-diterciobutil fenila) e fosfonito de diterciobutil fenila; tiocompostos tais como tio dipropionato de dilaurila, tio dipropionato de dimiristila, e tio dipropionato de diestearila; vários siloxanos; 2,2,4trimetil-1,2-di-hidroquinolina polimerizada, n,n'-bis(1,4dimetil pentil-p-fenilenodiamina), difenilaminas alquiladas, 4,4'-bis(alfa,alfa-dimetil benzil)difenilamina, difenil-pfenilenodiamina, di-aril-p-fenilenodiaminas misturadas, e outros estabilizadores ou antidegradantes de amina impedida.
[0036] Exemplos não-limitativos de auxiliares de processamento apropriados incluem sais metálicos de ácidos carboxílicos tal como estearato de zinco ou estearato de cálcio; ácidos graxos tais como ácido esteárico, ácido oléico ou ácido erúcico; amidas graxas tais como estearamida, oleamida, erucamida, ou N,N'-etileno bis-estearamida; cera de polietileno; cera de polietileno oxidada; polímeros de óxido de etileno; copolímeros de óxido de etileno e óxido de propileno; ceras vegetais, ceras de petróleo; tensoativos não-iônicos; e polissiloxanos.
Propriedades de composições:
[0037] As composições podem ser caracterizadas por suas boas propriedades mecânicas e retardantes de chama.
Retardância de chama
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13/22 [0038] Fios revestidos com as composições são aprovados na classificação VW-1 de UL-62. WV-1 é uma classificação de chama de Laboratório de Segurador Marítimo (UL) para fios e mangas. Ela indica “fio vertical, classe 1 que é a classificação de chama máxima de um fio ou manga que pode ser dada na especificação UL 1441. Executa-se o teste colocando o
fio ou manga numa posição vertical. Coloca-se uma chama na
parte inferior do fio ou manga por um período de tempo e
depois a chama é removida. Depois, as características da
manga são anotadas. O teste de chama VW-1 é determinado de acordo com o método 1080 de UL-1581. Neste padrão, aplica-se a chama por 15 segundos e depois se reaplica cada vez que o fio termina de queimar até por quatro vezes mais. Para passar no teste, o fio deve passar em 5 das 5 aplicações de chama. Resistência à tração e alongamento em ruptura:
[0039] As presentes composições podem ser caracterizadas por sua resistência à tração em ruptura (em MPa) e alongamento em ruptura (%) . Pode-se medir resistência à tração e alongamento de acordo com o procedimento de teste de ASTM D-638 em amostras moldadas por compressão de acordo com ASTM D4703. Alongamento em ruptura ou alongamento até ruptura é a tensão numa amostra quando ela rompe. Usualmente, ela é expressa como uma porcentagem.
[0040] Algumas incorporações das presentes composições têm resistências à tração em ruptura de pelo menos 3 MPa. Isto inclui composições tendo resistência à tração em ruptura de pelo menos 4 MPa e inclui ainda composições tendo resistência à tração em ruptura de pelo menos 5 MPa.
[0041] Algumas incorporações das presentes composições têm um alongamento em ruptura de pelo menos 300%. Isto inclui
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14/22 composições tendo alongamento em ruptura de pelo menos 500%, inclui ainda composições tendo alongamento em ruptura de pelo menos 600%, e inclui adicionalmente ainda composições tendo alongamento em ruptura de pelo menos 700%.
[0042] As composições podem ser formadas misturando os copolímeros em blocos estirênicos, quaisquer polímeros adicionais, os retardantes de chama intumescentes sólidos de P-N, os retardantes de chama a base de fósforo de baixa fusão e quaisquer aditivos e cargas adicionais. A misturação pode ocorrem em várias etapas ou numa única etapa e pode ser executada num dispositivo de tambor rotativo convencional.
[0043] A mistura das composições pode ser efetuada por equipamento-padrão de misturação. Exemplos não-limitativos de equipamento de misturação incluem misturadores de bateladas internos, tal como um misturador interno Banbury™ ou Bolling™, ou um misturador Brabender™. Alternativamente, podem ser usados misturadores contínuos de um ou dois fusos, tal como um misturador contínuo Farrel™, um misturador de dois fusos Werner e Pfleiderer™, ou uma extrusora contínua de amassar Buss™. O tipo de misturador utilizado, e as condições operacionais do misturador afetarão as propriedades da composição tais como viscosidade, resistividade volumétrica, e lisura de superfície extrudada. As composições resultantes são desejavelmente capazes de serem moldadas e conformadas num artigo, tal como um revestimento de fio, perfil, folha ou pelota para processamento adicional.
Artigos:
[0044] Outro aspecto da invenção provê artigos, tais como artigos moldados ou extrudados compreendendo uma ou mais composições da presente invenção.
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15/22 [0045] Os artigos incluem isolamento e revestimentos (camisas) de fios e cabos. Consequentemente, em algumas incorporações, o artigo inclui um condutor metálico e um revestimento sobre o condutor metálico para prover um fio isolado capaz de transmissão elétrica. Quando aqui usado, um condutor metálico é pelo menos um componente metálico usado para transmitir energia elétrica e/ou sinais elétricos. Frequentemente deseja-se flexibilidade de fios e cabos a fim de que o condutor metálico possa ter uma seção transversal sólida ou possa ser composto de fiadas de fios menores que provêm flexibilidade aumentada para o dado diâmetro global de condutor. Cabos são frequentemente compostos de vários componentes tais como múltiplos fios isolados dentro de um núcleo interno, e depois circundados por um sistema de revestimento de cabo provendo proteção e aparência cosmética. O sistema de revestimento de cabo pode incorporar camadas metálicas tais como folhas finas ou armaduras, e tipicamente tem uma camada polimérica na superfície. A uma ou mais camadas poliméricas incorporadas no revestimento protetor/cosmético de cabo são frequentemente referidas como camisa de cabo. Para alguns cabos, o revestimento é apenas uma camada de camisa polimérica circundada um núcleo de cabo. Há também alguns cabos tendo uma única camada de polímero circundando os condutores, executando ambas as funções de isolamento e revestimento. As presentes composições podem ser usadas como, ou nos componentes poliméricos numa faixa completa de fios e cabos produtos, incluindo cabos de energia e em aplicações de comunicação por fibra óptica ou metálica. Um cabo contendo uma camada isolante compreendendo uma composição desta invenção pode ser preparado com vários tipos
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16/22 de extrusoras, por exemplo, de tipos de um ou dois fusos.
[0046] Os exemplos seguintes ilustram várias incorporações desta invenção. Salvo se indicado ao contrário, todas as partes e porcentagens são dadas em peso.
Exemplo [0047] Os exemplos seguintes ilustram incorporações de métodos para preparar composições de elastômero termoplástico de acordo com a presente invenção.
Métodos:
[0048] Usa-se um misturador Brabender de laboratório (do tipo de batelada com ressalto) para compor as amostras (a Tabela 1 mostra os detalhes das matérias-primas, onde a quantidade de cada ingrediente está listada em termo de sua parte em peso na composição). O misturador de batelada de laboratório é pré-aquecido a 200°C antes da misturação.
[0049] O SEBS, PC e EVA são adicionados no misturador em velocidade de rotor de 10 rpm. Ao mesmo tempo adiciona-se gradualmente uma porção da mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos (FP 2100J) no recipiente de misturação. Após estes materiais fundirem, escoamento de resinas resulta em incorporação contínua do FP 2100J no fundido, e o FP 2100J restante, pré-misturado com o fosfato de baixa fusão (BPADP) é gradualmente colocado em colheres no misturador para manter o misturador cheio até todo o pó de retardante de chama intumescente se incorporar no fundido. Depois, adicionam-se os aditivos IRGANOX 1010 e IRGAFOS 168. Após a alimentação de todas as matérias-primas no fundido, aumenta-se a velocidade de rotor para 45 rpm e a batelada é mantida misturando por 10 minutos.
[0050] Preparam-se placas moldadas por compressão a 190°C
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17/22 numa prensa aquecida, usando um ciclo de baixa pressão para facilitar a fusão, e então uma pressão elevada para moldar granulados em placas de 1,4 x 200 x 200 mm. Após compressão, as placas são resfriadas até temperatura ambiente. Cortam-se barras de teste do tipo IV de ASTM D-638 das placas usando um cortador do tipo osso de cão em prensa hidráulica.
Caracterização:
Propriedades relativas à tração:
[0051] A resistência à tração em ruptura e o alongamento em ruptura são medidos de acordo com ASTM D-638 em temperatura ambiente num analisador de tração INSTRON 5565 aumentando a velocidade de cruzeta (@ 12 segundos) para 500 mm/min.
Propriedades retardadoras de chama:
[0052] Usa-se uma extrusora de laboratório Brabender com uma cruzeta de fio para fabricar amostras de fio isolado de bitola 18 AWG. Usa-se uma temperatura de tambor em rampa, 190/190/200/200°C com um fuso medidor de polietileno. Prepara-se um diâmetro de acabamento de 0,85 sobre um diâmetro de condutor nominal de 0,047. A velocidade de extrusora é mantida (em cerca de 20 rpm) numa velocidade de revestimento de fio de 4,6 m/minuto na geometria-alvo. A intensidade de corrente aciona a extrusora e medem-se pressões superiores nesta condição de saída constante para comparação de extrusão das várias composições.
[0053] Testa-se o desempenho de queima dos fios isolados usando o teste UL-1581 VW-1. Executa-se o teste VW-1 mímico numa câmara UL-94. Os corpos de prova têm dimensões 200*2,7*1, 9 mm. O corpo de prova é pendurado num grampo com seu eixo longitudinal na vertical aplicando uma carga de 50 g
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18/22 em sua extremidade inferior. Coloca-se uma bandeira de papel (2*0,5 cm) sobre o topo do fio. A distância entre a parte inferior da chama (ponto mais elevado do bico queimador) e a parte de baixo da bandeira é de 18 cm. Aplica-se a chama continuamente durante 45 segundos. Após o tempo de chama (ATF), anota-se, durante e após a combustão, o comprimento de fio não danificado (UCL) e a porcentagem de área de bandeira não danificada (bandeira não danificada). Testam-se quatro ou cinco corpos de prova para cada amostra. Qualquer um dos fenômenos seguinte resultará numa classificação de reprovado: (1) o algodão sob o corpo de prova inflama; (2) a bandeira queima; ou (3) observa-se gotejamento com chama.
[0054] Além dos critérios de aprovado/reprovado no teste de VW-1, usa-se o tempo de pós-queima que é o intervalo de tempo para a chama se auto-extinguir após remoção da fonte de fogo para avaliar o desempenho retardador de chama das composições.
Shore A [0055] Mediu-se Shore A num durômetro Shore A.
Resultados:
[0056] A Tabela 1 mostra formulações e propriedades dos exemplos. Como está mostrado na tabela, as Amostras Inventivas (IS) 1-4 compreendem difosfato de bisfenol A líquido (BPADP) juntamente com FP-2100J. A Amostra Inventiva Alternativa (AIS) compreende FP-2100J sem o BPADP. As Amostras Comparativas (CS) 1-4 compreendem BPADP e os seguintes pacotes retardantes de chama: (1) pirofosfato de amônio (APP); (2) APP mais cianurato de melamina (MC); (3) uma pequena quantidade de FP-2100J e tri-hidrato de alumínio (ATH); e (4) APP e polifosfato de melamina (MPP),
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19/22 respectivamente. Amostra Comparativa Alternativa (ACS) inclui APP como um retardante de chama e não inclui BPADP. IS, AIS, e CS incluem ainda uma resina novolac epóxi, um antioxidante de fosfito e um antioxidante adicional.
[0057] Os dados na tabela mostram que todas as Amostras Comparativas falham (isto é, são reprovadas) no teste de VW1, e se observou um longo tempo de pós-queima. Em comparação, as Amostras Inventivas com a combinação de retardantes de chama FP-2100J/BPADP provêm desempenho de queima superior, com todos os corpos de prova passam (isto é, são aprovados) no teste de VW-1 com tempos de pós-queima muito curtos. Além disso, todas as Amostras Inventivas apresentaram excelentes propriedades físicas e flexibilidade.
[0058] Todas as referências à Tabela Periódica dos Elementos aqui dirão respeito à Tabela Periódica dos Elementos publicada e registrada, por CRC Press, Inc., 2003. Igualmente, quaisquer referências a um Grupo ou Grupos serão a um Grupo ou Grupos mostrados nesta Tabela Periódica dos Elementos usando o sistema IUPAC para numerar grupos. Salvo se declarado ao contrário, implícito do contexto, ou costumeiro na técnica, todas as partes e porcentagens baseiam-se em peso. Para propósitos de prática de patente dos Estados Unidos, os conteúdos de qualquer patente, pedido de patente, ou publicação aqui referida, pela presente se incorporam por referência em sua totalidade (ou a versão U.S. equivalente da mesma também se incorpora por referência) especialmente com respeito à divulgação de técnicas sintéticas, designs de produto e de processamento, polímeros, catalisadores, definições (até o ponto não inconsistente com quaisquer definições aqui providas especificamente), e
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20/22 conhecimento geral na técnica.
[0059] Nesta divulgação, as faixas numéricas são aproximadas e, portanto, podem incluir valores fora da faixa, salvo se indicado diferentemente. As faixas numéricas incluem todos os valores da mesma incluindo o valor inferior e o valor superior, em incrementos de uma unidade, contanto que haja uma separação de pelo menos duas unidades entre qualquer valor inferior e qualquer valor superior. Como um exemplo, se uma propriedade de composição, física ou outra propriedade, tais como, por exemplo, peso molecular, índice de fusão, etc., for de 100 a 1000, pretende-se que todos os valores individuais, tais como 100, 101, 102, etc., e subfaixas, tais como de 100 a 144, 155 a 170, 197 a 200, etc., estejam expressamente enumeradas. Para faixas contendo valores menores do que um (1) ou contendo números fracionários maiores que um (1) (por exemplo, 1,1, 1,5, etc.), considerase uma unidade como sendo 0,0001, 0,001 ou 0,1, quando apropriado. Para faixas contendo números de um só algarismo menor que dez (por exemplo, 1 a 5), considera-se uma unidade como sendo 0,1. Estes são apenas exemplos do que se pretende especificamente, e todas as combinações possíveis de valor numéricos entre o valor mínimo e o valor máximo enumerado, são consideradas como estando expressamente declaradas nesta divulgação.
[0060] Quando usado com respeito a um composto químico, salvo se indicado especificamente ao contrário, o singular inclui todas as formas isoméricas e vice-versa (por exemplo, hexano inclui todos os isômeros de hexano individualmente ou coletivamente). Os termos composto e complexos são usados de modo a permitir troca e/ou substituição e se
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21/22 referem a compostos orgânicos, inorgânicos e organometálicos. [0061] Salvo se declarado ao contrário, ou refere-se a membros listados individualmente bem como em qualquer combinação.
[0062] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes consideráveis através da descrição e dos exemplos anteriores, estes detalhes tem propósitos ilustrativos. Aquele especialista na técnica poderá fazer muitas modificações e variações sem se afastar do espírito e da abrangência da invenção, descrita nas reivindicações anexas.
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Tabela 1
Nome da matériaprima Descrição CS 1 CS 2 CS 3 CS 4 ACS IS 1 IS 2 IS 3 IS 4 AIS
G1643M 20% de S SEBS Kraton 33 33 28 33 33 33 33 30 35,4 33
Calibre 200 Policarbonato 12 12 8 12 12 12 12 12 12
Elvax 265 28% V EVA 13 13 17 15 15 15 13 21 22,8 15
FP 600 BPADP 10 10 10 10 10 10 12 10
FP-2100J FR intumescente 5 30 30 25 30 40
C30 APP 30 15 15 40
MPP Pirofosfato de melamina 15
ATH Tri-hidrato de alumínio 30
MC15 Cianurato de melamina 15
DEN438 Novolac epóxi 2 2 2 2 2
IRGAFOS 168 Fosfito 0, 1 0, 1 0, 1 0, 1 0, 1 0, 1 0, 1 0, 1 0, 1 0, 1
IRGANOX 1010 Antioxidante 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Alongamento por tração na ruptura, % 583 680 654 509 561,37 378 679 604 756 551,87
Resistência à tração na ruptura, MPa 4,9 4,7 2,2 2,9 4,09 5, 1 5,3 3, 1 3,8 4,36
Shore A 84 82 70 82 88 80 83 73 60 81
Teste de tira w/o queima de bandeira 1/6 1/4 0/4 3/5 0/5 5/5 5/5 5/5 5/5 5/5
Tempo de pós-queima, s 36, 2 46, 5 53,5 27 NA (gotejamento) 7,4 4,8 0 3 1
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Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Composição retardante de chama livre de halogênio, caracterizada pelo fato de compreender: um copolímero em bloco estirênico; um retardante de chama a base de fósforo tendo uma temperatura de fusão não superior a 170°C; e uma mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos compreendendo um derivado de melamina e pirofosfato de piperazina; no qual o copolímero em bloco estirênico compreende pelo menos 40 por cento em peso do total do conteúdo de polímero da composição; sendo que a composição passa pelo teste de chama UL-62 de VW-1.
  2. 2. Composição retardante de chama livre de halogênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o copolímero em bloco estirênico compreender pelo menos 50 por cento em peso do conteúdo total de polímero da composição.
  3. 3. Composição retardante de chama livre de halogênio, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de o copolímero em bloco estirênico ser SEBS e o derivado de melamina ser pirofosfato de melamina.
  4. 4. Composição retardante de chama livre de halogênio, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o retardante de chama a base de fósforo, de baixo ponto de fusão ser um éster fosfato orgânico.
  5. 5. Composição retardante de chama livre de halogênio, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de éster fosfato orgânico de baixo ponto de fusão ser difosfato de bisfenol A.
  6. 6. Composição retardante de chama livre de halogênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender ainda um polímero olefínico polar.
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  7. 7. Composição retardante de chama livre de halogênio, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de compreender ainda um policarbonato.
  8. 8. Composição retardante de chama livre de halogênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o retardante de chama a base de fósforo, de baixo ponto de fusão e a mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos definirem de 25 a 30 por cento em peso da composição e a mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos definirem de 20 a 95 por cento em peso do peso total do retardante de chama a base de fósforo e da mistura de retardantes de chama intumescentes sólidos.
  9. 9. Fio ou cabo, caracterizado pelo fato de compreender uma camada de revestimento ou uma camada isolante compreendendo a composição retardante de chama livre de halogênio conforme definida pela reivindicação 1.
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