BR112019025906B1 - Cabos retardantes de chama formados a partir de composições isentas de halogênio e isentas de metal pesado - Google Patents

Abstract

São reveladas composições retardantes de chama, que incluem um polímero base, um enchimento retardante de chama e um agente sinérgico retardante de chama. As composições retardantes de chama são isentas de halogênio e isentas de metais pesados e podem ser reticuladas para formar uma camada de isolamento de cabo ou um invólucro de cabo. Os cabos podem passar no teste de chama UL VW-1. Cabos com revestimentos formados a partir de tais composições retardantes de chama também são aqui descritos.

Description

REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica a prioridade do pedido de patente provisório dos EUA de No 62/516.460, intitulado “FIRE RETARDANT CABIES FORMED FROM HALOLEN-FREE AND HEAY METAL-FREE COMPOSITIONS”, depositado em 7 de junho de 2017, e aqui incorpora o mesmo pedido de patente por referência em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente invenção refere-se genericamente a cabos retardantes de chama formados a partir de composições isentas de halogênio e isentas de metal pesado.

FUNDAMENTOS

[003] Certas aplicações de cabeamento, incluindo aplicações de geração de energia fotovoltaica, podem requerer cabos certificados para passar em qualificações específicas tais como padrões de resistência ao fogo. Os cabos que satisfazem tais padrões de resistência ao fogo têm obtido convencionalmente qualificações aceitáveis através da inclusão de compostos halogenados ou compostos de metais pesados, tal como antimônio, nas camadas de isolamento e/ou de invólucro do cabo. Entretanto, cabos incluindo compostos halogenados ou compostos de metais pesados sofrem uma variedade de atributos indesejáveis, incluindo toxicidade, alto custo e dificuldade de obtenção simultânea de múltiplas propriedades mecânicas e elétricas. Seria desejável produzir composições de cabos retardantes de chama isentas de compostos halogenados ou compostos de metais pesados que possam permitir cabos com revestimentos formados com tais composições para passar em padrões rigorosos de resistência a fogo.

SUMÁRIO

[004] De acordo com uma modalidade, um cabo inclui um ou mais condutores e um revestimento em torno do um ou mais condutores. O cabo passa no teste de chama da Underwriter’s Laboratories ("UL") VW-1. O revestimento inclui uma composição retardante de chama reticulada. A composição retardante de chama reticulada inclui cerca de 25% a cerca de 60% em peso de um polímero base, cerca de 20% a cerca de 70% em peso de um agente de enchimento retardante de chama, e cerca de 1% a cerca de 15% em peso de um sinérgico retardante de chama. O enchimento do retardante de chama inclui um hidróxido de metal. O agente sinérgico do retardante de chama inclui um ou mais de um composto de zinco e fósforo vermelho. A composição retardante de chama é substancialmente reticulada isenta de halogênio e isenta de metais pesados.

[005] De acordo com outra modalidade, um cabo inclui um ou mais condutores e um revestimento em torno do um ou mais condutores. O cabo passa pelo teste de chama da Underwriter’s Laboratories (“UL”) VW-1. O revestimento inclui uma composição retardante de chama reticulada. A composição retardante de chama reticulada inclui um polímero base, cerca de 160 partes para cerca de 200 partes de um agente de enchimento retardante de chama, e cerca de 10 partes a cerca de 40 partes de um agente sinérgico retardante de chama. O agente de enchimento retardante de chama inclui hidróxido de magnésio. O agente sinérgico retardante de chama inclui um ou mais de um composto de zinco e fósforo vermelho. A composição retardante de chama é substancialmente reticulada isenta de halogênio e isenta de metais pesados. A composição retardante de chama reticulada apresenta uma resistência à tração de cerca de 1600 libras por polegada quadrada ("psi") (11 MPa) ou mais.

[006] De acordo com outra modalidade, uma composição retardante de chama reticulável inclui cerca de 25% a cerca de 60% em peso de um polímero base, cerca de 20% a cerca de 70% em peso de um agente de enchimento retardante de chama, e cerca de 1% a cerca de 15% em peso de um agente sinérgico retardante de chama. O agente de enchimento retardante de chama inclui um hidróxido de metal. O agente sinérgico retardante de chama inclui um ou mais de um composto de zinco e fósforo vermelho. A composição retardante de chama reticulável é substancialmente isenta de halogênio e isenta de metais pesados.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FiguraS

[007] A Figura 1 representa uma vista em corte transversal de um cabo que tem um condutor, uma camada de isolamento e uma camada de invólucro de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[008] Tal como será aqui descrito, é revelada uma composição retardante de chama que é útil para a formação de um, ou mais, revestimentos em um cabo, incluindo as camadas de isolamento do cabo e as camadas de invólucro do cabo. Cabos incluindo camadas de isolamento e/ou de invólucro formados a partir das composições retardantes de chama descritas podem cumprir rigorosas qualificações de resistência ao fogo, incluindo teste de chama da Underwriter’s Laboratories (“UL”) VW-1, o teste chama UL VF- 1 e o teste de chama de propagação vertical EN60332-1-2. Geralmente, as composições retardantes de chama que apresentam tais propriedades podem ser composições reticuladas formadas por um polímero base, um agente de enchimento retardante de chama, e um agente sinérgico retardante de chama.

[009] De acordo com certas modalidades, a composições de retardante de chama descrita aqui podem ser formadas a partir de qualquer polímero base adequado. Como pode ser reconhecido, o polímero base é o componente do qual os componentes restantes de uma composição retardante de chama são compostos. Em geral, polímeros de base adequados podem ser selecionados entre uma ampla variedade de polímeros adequados incluindo polímeros de poliolefinas e copolímeros de etileno. Por exemplo, polímeros de base adequados podem incluir poliolefinas tais como polietileno e copolímeros à base de etileno tais como etileno-octeno, etileno-buteno, etileno-acetato de vinila, etileno-ácido acrílico, etileno- acrilato de metila, etileno-acrilato de etila e etileno- acrilato de butila.

[0010] Como pode ser reconhecido, o polímero base pode ser selecionado com base em diversas considerações de design das composições retardantes de chama aqui descritas. Por exemplo, em modalidades que utilizam um processo de vulcanização contínuo, o polímero base pode, vantajosamente, ser um polímero reticulável, tal como etileno-acetato de vinila ("EVA"). Como pode ser reconhecido, os copolímeros EVA podem ter quantidades variáveis de acetato de vinila. Os copolímeros de EVA adequados para as composições retardantes de chama aqui descritas podem ter cerca de 7% a cerca de 40% de acetato de vinila em certas modalidades. Por exemplo, em certas modalidades, o acetato de vinila pode constituir cerca de 10% de um copolímero de EVA adequado; em certas modalidades, o acetato de vinila pode constituir cerca de 18% de um copolímero de EVA adequado; em certas modalidades, o acetato de vinila pode constituir cerca de 28% de um copolímero de EVA adequado; e em certas modalidades, o acetato de vinila pode constituir cerca de 35% de um copolímero de EVA adequado. Em certas modalidades, o polímero base de uma composição retardante de chama vulcanizável de forma contínua, tal como aqui descrito, pode ser um copolímero de EVA com cerca de 28% de acetato de vinila.

[0011] Como pode ser reconhecido, outros polímeros de base podem também ser adequados para composições de retardantes de chama que são reticuladas utilizando processos de reticulação alternativos. Por exemplo, em certas modalidades, as composições retardantes de chama aqui descritas podem ser reticuladas utilizando um processo de cura com umidade. Em tais modalidades, o polímero base pode ser selecionado a partir de polímeros de base modificados com silano, tal como polietileno modificado com silano e copolímero de etileno modificado com silano (por exemplo, copolímero de etileno-octeno, copolímero de etileno-acetato de vinila, etc). Os polímeros de base modificados com silano adequados podem ser preparados por pré-enxerto do polímero base com um agente de acoplamento de silano. Por exemplo, polímeros de base adequados podem ser preparados utilizando um agente de peróxido para ligar vinil silano de um poliolefina, em certas modalidades. Como pode ser reconhecido, os grupos silano podem, então, ser reticulados utilizando um processo de cura com umidade. Em certas modalidades, os polímeros de base com silano pré-enxertado podem, alternativamente, ser obtidos comercialmente.

[0012] De um modo geral, os exemplos de agentes de acoplamento de silano adequados podem incluir uma, ou mais, de um vinil silano monomérico, um vinil silano oligomérico, um vinil silano polimérico e um composto organossilano. Exemplos de compostos organossilanos adequados podem incluir Y-metacriloxipropiltrimetoxissilano, metiltrietoxissilano, metiltris(2-metoxietoxi)silano, dimetildietoxissilano, viniltris(2-metoxietoxi)silano, viniltrimetoxissilano, viniltrietoxissilano, octiltrietoxissilano, isobutiltrietoxissilano, isobutiltrimetoxissilano, propiltrietoxissilano e misturas ou seus polímeros.

[0013] O polímero base pode equivaler a cerca de 25% a cerca de 60% em peso da composição retardante de chama. Por exemplo, para composições reticuladas de vulcanização contínua, o polímero base pode ser de cerca de 25% a cerca de 40% em peso da composição retardante de chama. Em algumas destas modalidades, o polímero base pode ser de cerca de 30% a cerca de 40% ou 30% a cerca de 35% em peso das composições retardantes de chama. Para as composições retardantes de chama curadas por umidade, o polímero base pode ser de cerca de 40% a cerca de 60% em peso da composição.

[0014] Agentes de enchimento retardantes de chama adequados para as composições retardantes de chama aqui descritas podem incluir compostos de hidróxido de metal. Por exemplo, um ou mais de hidróxido de magnésio e hidróxido de alumínio podem ser incluídos como um agente de enchimento retardante de chama. Em certas modalidades, apenas um de hidróxido de magnésio ou hidróxido de alumínio pode estar incluído como um agente de enchimento retardante de chama. Em certas modalidades, hidróxido de magnésio pode ser utilizado como o único agente de enchimento retardante de chama. A composição retardante de chama pode incluir um polímero base de EVA e pode ser reticulada utilizando um processo de vulcanização contínua.

[0015] De um modo geral, o agente de enchimento retardante de chama pode ser adicionado ao polímero base de qualquer maneira adequada. Por exemplo, o agente de enchimento retardante de chama pode ser adicionado diretamente ao polímero base, em certas modalidades. Em tais modalidades, um agente de enchimento retardante de chama, tal como hidróxido de magnésio, pode ser incluído em cerca de 100 partes para cerca de 250 partes, em peso, da composição de retardante de chama, a cerca de 125 partes para cerca de 225 partes, em peso, da composição retardante de chama, cerca de 140 partes a cerca de 210 partes, em peso, da composição retardante de chama, ou cerca de 160 partes a cerca de 200 partes, em peso, da composição retardante de chama. Em algumas destas configurações, cerca de 20% a cerca de 70% de uma composição retardante de chama pode ser um agente de enchimento retardante de chama.

[0016] Em alternativa, um agente de enchimento retardante de chama pode ser adicionado como uma composição masterbatch para o polímero base. Por exemplo, um agente de enchimento retardante de chama adequado pode ser disperso em um masterbatch de poliolefina ou copolímero de etileno (tal como EVA), em certas modalidades. Em tais modalidades, o agente de enchimento retardante de chama pode ser incluído em cerca de 10% a cerca de 50% em peso da composição de retardante de chama ou a cerca de 25% a cerca de 45% em peso da composição retardante de chama.

[0017] Como pode ser reconhecido, agentes de enchimento retardantes de chama adequados podem ter uma variedade de qualidades adicionais. Por exemplo, agentes de enchimento retardantes de chama adequados podem ter um baixo teor iônico em certas modalidades. Em certas modalidades, agentes de enchimento retardantes de chama adequados podem ter um tamanho médio de partícula de entre cerca de 0,5 mícron a cerca de 10 micra incluindo, por exemplo, cerca de 0,5 mícron a cerca de 3 micra.

[0018] Em certas modalidades, um agente de enchimento retardante de chama pode, opcionalmente, ser ainda pré- tratado com um agente de tratamento de superfície. Pré- tratamento de um agente de enchimento retardante de chama com um agente de tratamento de superfície, tal como, por exemplo, um agente de acoplamento de silano, pode melhorar a facilidade de processamento e as propriedades do agente de enchimento retardante de chama, melhorando a aderência e capacidade de reticulação do agente de enchimento retardante de chama com o polímero base. Agentes de tratamento de superfície adequados podem geralmente incluir qualquer um dos agentes de acoplamento de silano adequados para a modificação de silano de um polímero base.

[0019] Verificou-se inesperadamente que a utilização de um agente sinérgico retardante de chama em combinação com um agente de enchimento retardante de chama pode permitir a formação de cabos que satisfaçam os padrões de chama do teste de chama UL VW-1, o teste de chama UL FV-1 e/ou o teste de propagação de chama vertical EN60332-1-2. Como pode ser reconhecido, o teste de chama UL VW-1 e o teste de chama UL FV-1 são fornecidos em UL 2556.

[0020] Especificamente, verificou-se que a inclusão de um composto de zinco ou um composto de fósforo, agindo como um agente sinérgico retardante de chama, pode permitir a construção de cabos com tais propriedades desejáveis. Geralmente, os compostos de zinco adequados podem incluir borato de zinco, estanato de zinco, molibdato de zinco básico, molibdato de zinco cálcio, óxido de zinco, sulfeto de zinco e combinações dos mesmos. Um exemplo de um composto de fósforo adequado é o fósforo vermelho.

[0021] Em certas modalidades, pode ser vantajoso incluir uma combinação de ambos um composto de zinco e um composto de fósforo. Por exemplo, pode ser vantajoso incluir tanto o borato de zinco quanto fósforo vermelho, em certas modalidades. Em outras certas modalidades, pode ser vantajoso incluir apenas um de um composto de fósforo e um composto de zinco, tal como um agente sinérgico retardante de chama.

[0022] De um modo geral, agentes sinérgicos retardantes de chama podem ser incluídos em qualquer forma adequada. Por exemplo, compostos de zinco, tal como o borato de zinco, podem ser adicionados diretamente às composições retardantes de chama aqui descritas, enquanto que um composto de fósforo, tal como fósforo vermelho, pode ser adicionado como parte de um masterbatch. Se um agente sinérgico retardante de chama é adicionado como parte de um masterbatch, pode ser vantajoso para o agente sinérgico ser disperso no mesmo polímero que o polímero de quaisquer outros componentes adicionados através do masterbatch, tal como um agente de enchimento retardante de chama. Em certas modalidades, ambos o agente de enchimento retardante de chama e o agente sinérgico retardante de chama podem ser adicionados como parte de um masterbatch. Em outras certas modalidades, apenas um, ou nenhum de, o agente de enchimento retardante de chama e agente sinérgico retardante de chama pode ser adicionado como parte de um masterbatch.

[0023] Em certas modalidades, um agente sinérgico retardante de chama pode ser incluído nas composições retardantes de chama aqui descritas em cerca de 10 partes até cerca de 50 partes. Por exemplo, em certas modalidades, cerca de 20 partes a cerca de 30 partes de um agente sinérgico retardante de chama de borato de zinco e cerca de 2 partes a cerca de 10 partes de agente sinérgico retardante de chama de fósforo vermelho pode ser incluído. Em uma base de percentagem em peso, cerca de 5% a cerca de 15% de tais composições de retardante de chama podem ser um agente sinérgico retardante de chama. Em modalidades, incluindo o agente sinérgico retardante de chama como parte de um masterbatch, o masterbatch pode ser incluído a cerca de 2% a cerca de 6%, ou cerca de 3% a cerca de 4% em peso da composição retardante de chama.

[0024] Como pode ser reconhecido, as composições retardantes de chama aqui descritas podem, opcionalmente, ainda incluir componentes adicionais. Por exemplo, as composições retardantes de chama podem incluir um ou mais agentes de reticulação e iniciadores, corantes, agentes de processamento, antioxidantes, polímeros adicionais e estabilizadores, em várias formas de reticulação. Como pode ser reconhecido, qualquer um dos componentes adicionais pode ser adicionado diretamente às composições retardantes de chama aqui descritas ou pode ser introduzido utilizando um masterbatch. De um modo geral, quaisquer componentes adicionais podem ser incluídos em cerca de 1% a cerca de 15% por peso das composições retardantes de chama. Em certas modalidades, os componentes adicionais podem ser adicionados a cerca de 3% a cerca de 10% em peso das composições retardantes de chama.

[0025] Como pode ser reconhecido, uma composição retardante de chama podem incluir um agente de reticulação, em certas modalidades, para facilitar a reticulação. Por exemplo, em certas modalidades, a cura da composição retardante de chama por meio de um processo de vulcanização contínua, agentes de reticulação de peróxido, tais como α,α'- bis(tert-butilperoxi)disopropilbenzeno, di(tert- butilperoxiisopropil)benzeno, peróxido de dicumila e peróxido de tert-butilcumila podem ser incluídos nas composições retardantes de chama aqui descritas. Misturas de múltiplos agentes de reticulação de peróxido também podem ser utilizadas, tais como, por exemplo, uma mistura de 1,1- dimetiletilperóxido de 1-metil-1-feniletila, bis(1-metil-1- fenil-etil) peróxido e [1,3(ou 1,4)-fenileno-bis(1- metiletilideno)]bis(1,1-dimetiletil)peróxido. Em tais modalidades, uma composição retardante de chama pode incluir cerca de 1 parte a cerca de 4 partes, em peso, de um agente de reticulação de peróxido. Em certas modalidades, as composições podem incluir cerca de 1 parte a cerca de 3 partes, em peso, de um agente de reticulação de peróxido.

[0026] Como pode ser reconhecido, no entanto, outros agentes de reticulação podem, em alternativa, ser incluídos quando outros processos são utilizados para totalmente, ou parcialmente, reticular as composições retardantes de chama descritas. Por exemplo, composições retardantes de chama reticuladas por meio de um processo de cura por umidade pode ainda incluir um catalisador, tal como um agente de reticulação. Em tais modalidades, os agentes de tratamento de silano utilizados para enxerto de silano ao polímero base também podem estar presentes. Como pode ser ainda reconhecido, composições retardantes de chama reticuladas por radiações, irradiação por feixe de elétrons, um processo de cura adicional, ou um processo de cura de platina podem incluir agentes de reticulação apropriados ou catalisadores.

[0027] De acordo com determinadas modalidades, um corante pode também ser adicionado a uma composição retardante de chama. Corantes adequados podem incluir, por exemplo, negro de fumo, vermelho cádmio, azul de ferro, ou uma combinação dos mesmos. Em modalidades incluindo negro de fumo como um corante, o negro de fumo não atua como um agente de enchimento retardante de chama ou sinérgico. Em certas modalidades, o corante pode ser incluído de cerca de 3 partes para cerca de 10 partes em peso da composição retardante de chama.

[0028] Um dispositivo de processamento pode ser incluído para melhorar a capacidade de processamento de uma composição retardante de chama através da formação de uma fase dispersa microscópica dentro de um transportador de polímero. Durante o processamento, o cisalhamento aplicado pode separar a fase de auxiliar de processamento (por exemplo, processamento de petróleo) da fase de polímero transportador. O auxiliar de processamento pode então migrar para a parede de moldagem, para formar progressivamente uma camada contínua de revestimento para reduzir a contrapressão da extrusora e reduzir o atrito durante a extrusão. O óleo de processamento pode, geralmente, ser um lubrificante, tal como polietileno de peso molecular ultra-baixo (por exemplo, cera de polietileno), ácido esteárico, silicones, aminas anti- estáticas, amities orgânicos, etanolamidas, aminas graxas mono e di-glicerídeos, aminas graxas etoxiladas, ácidos graxos, estearato de zinco, ácido esteárico, ácido palmítico, estearato de cálcio, sulfato de zinco, óleo de olefina oligomérica, ou suas combinações. Em certas modalidades, um lubrificante pode ser incluído de cerca de 1 parte a cerca de 3 partes, em peso, da composição retardante de chama.

[0029] Em certas modalidades, um óleo de processamento pode, alternativamente, ser uma mistura de ácidos graxos, tais como os produtos comercialmente disponíveis: Struktol® produzido por Struktol Company of America (Stow, OH), Akulon® Ultraflow produzido por DSM NV (Birmingham, MI), MoldWiz® produzido por Axel Plastics Research Laboratories (Woodside, NY) e Aflux® produzido pela Rhein Chemie (Chardon, OH).

[0030] Em certas modalidades, uma composição retardante de chama pode ser, alternativamente, substancialmente isenta de qualquer lubrificante, óleo de processamento ou auxiliares de processamento. Tal como aqui utilizado, "substancialmente isento" significa que o componente não é intencionalmente adicionado à composição retardante de chama, ou, alternativamente, que o componente não é detectável pelos métodos analíticos existentes.

[0031] De acordo com certas modalidades, os antioxidantes adequados para inclusão em uma composições retardantes de chama podem incluir, por exemplo, antioxidantes de amina, tais como 4,4'-dioctil difenilamina, N,N'-difenil-p- fenilenodiamina e polímeros de 2,2,4-trimetil-1,2-di- hidroquinolina; antioxidantes fenólicos, tais como tiodietileno bis[3-(3,5-di-tert-butil-4- hidroxifenil)propionato], 4,4'-tiobis(2-tert-butil-5- metilfenol), 2,2'-tiobis(4-metil-6-tert-butil-fenol), ácido benzenopropanoico, ácido 3,5-bis(1,1-dimetiletil)4-hidroxi benzenopropanoico, ésteres alquílicos 3,5-bis(1,1- dimetiletil)-4-hidroxi-C13-15 lineares e ramificados, éster alquílico do ácido 3,5-di-tert-butil-4-hidroxidrocinâmico C7-9 ramificado, 2,4-dimetil-6-t-butilfenol, tetraquis {metileno-3-(3',5'-ditert-butil-4'-hidroxifenol)propionato} metano ou tetraquis{metileno-3-(3',5'-ditert-butil-4'- hidrocinamato}metano, 1,1,3-tris(2-metil-4-hidroxil-5- butilfenil)butano, 2,5, di-t-amil hidroquinona, 1,3,5-tri metil-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butil-4-hidroxibenzil)benzeno, 1,3,5-tris(3,5-di-tert-butil-4-hidroxibenzil)isocianurato, 2,2-metileno-bis-(4-metil-6-tert-butil-fenol), 6,6'-di- tert-butil-2,2'-tiodi-p-cresol ou 2,2'-tiobis(4-metil-6- tert-butilfenol), 2,2-etilenobis(4,6-di-t-butilfenol), bis {3-(3-t-butil-4-hidroxi-5-metilfenil)propionato} de trietilenoglicol, 1,3,5-tris(4-tert-butil-3-hidroxi-2,6- dimetilbenzil)-1,3,5-triazina-2,4,6-(1H,3H,5H)triona, 2,2- metilenobis{6-(1-metilciclo-hexil)-p-cresol}; antioxidantes fenólicos estericamente impedidos, tais como pentaeritritol tetraquis(3-(3,5-di-tert-butil-4-hidroxifenil)propionato); antioxidantes de fosfito hidroliticamente estáveis, tais como fosfito de tris(2,4-ditert-butilfenil); toluimidazol e/ou antioxidantes de enxofre, tais como sulfeto de bis(2- metil-4-(3-n-alquiltiopropioniloxi)-5-t-butilfenil), 2- mercaptobenzimidazol e seus sais de zinco, pentaeritritol- tetraquis(3-lauril-tiopropionato) e suas combinações. Os antioxidantes podem ser incluídos em composições retardantes de chama em concentrações de cerca de 7 partes, em peso, ou menos, da composição de retardante de chama, em certas modalidades; de cerca de 1 parte a cerca de 5 partes, em peso, em certas modalidades; e de cerca de 1 parte a cerca de 3 partes, em peso, em certas modalidades. Como pode ser reconhecido, pode ser vantajoso, em certas modalidades, utilizar uma mistura de vários antioxidantes, tal como, por exemplo, uma mistura de toluimidazol e um segundo antioxidante.

[0032] Polímeros adicionais podem ser incluídos nas composições retardantes de chama aqui descritas, em certas modalidades. Por exemplo, quantidades relativamente pequenas de um copolímero de olefina ou um polímero de EVA podem ser incluídas. Em modalidades incluindo copolímero de EVA adicional, o copolímero de EVA adicional pode ter um valor diferente de acetato de vinila do que o polímero base. Por exemplo, em certas modalidades, qualquer EVA adicional pode ter uma concentração de acetato de vinila de cerca de 10% a cerca de 30%. Como pode ainda ser reconhecido, no entanto, os polímeros adicionais podem também ser incluídos como uma consequência de ser um componente de um masterbatch de um outro componente, tal como um agente sinérgico retardante de chama. Os polímeros adicionais podem estar presentes em cerca de 20 partes por peso ou menos. Alternativamente, polímeros adicionais podem constituir cerca de 10%, em peso, ou menos das composições de retardantes de chama aqui descritas.

[0033] Detalhes dos componentes adicionais adequados para inclusão em uma composição de retardante de chama são ainda descritos na Patente dos EUA No 9.115.274, que é aqui incorporada por referência.

[0034] Em certas modalidades, as composições retardantes de chama aqui descritas podem ser substancialmente isentas de compatibilizador. Por exemplo, as composições podem estar substancialmente isentas de anidrido maleico enxertado com polietileno.

[0035] Uma ou mais camadas (ou revestimentos) de um cabo podem ser formadas pelas composições de retardante de chama aqui descritas. Por exemplo, em certas modalidades, uma camada exterior, ou invólucro, a camada pode ser formada das composições retardantes de chama aqui descritas. Em algumas destas modalidades, camadas de isolamento, se incluída, podem ser formadas a partir de uma composição diferente, tal como polietileno reticulado. Como pode ser reconhecido, a seleção de composições utilizadas para formar as outras camadas podem ser escolhidas, em parte, com base em considerações de concepção, tais como reticulação e processamento. Por exemplo, pode ser útil para escolher uma camada de isolamento que pode ser simultaneamente extrudida e/ou reticulada, ao mesmo tempo que as composições retardantes de chama aqui descritas. Como pode ser reconhecido, uma camada de isolamento formada de um polietileno funcionalizado com silano pode ser simultaneamente reticulada com uma camada de invólucro de uma composição retardante de chama que inclui um polímero base modificado com silano utilizando um processo de cura por umidade.

[0036] Como pode ser reconhecido, a composições de retardante de chama aqui descritas podem ser substancialmente isentas de compostos perigosos, tais como metais pesados (incluindo antimônio) e halogênios, mantendo excelentes propriedades físicas e propriedades retardantes de chama. Por exemplo, cabos incluindo uma camada de invólucro formada a partir das composições de retardantes de chama aqui descritas podem passar em um, ou mais, dos testes de chama VW-1, teste chama VF-1 e a propagação da chama vertical EN60332-1-1.

[0037] Como pode ser reconhecido, os testes de chama vertical VW-1 e FV-1 necessitam de cabos para extinguir a chama no prazo de 60 segundos após uma chama especificada ser aplicada ao cabo. Além disso, uma amostra de papel situada por cima do cabo não deve pegar fogo. As amostras são obrigadas a passar, pelo menos, 3 amostras consecutivas, para passar nos respectivos testes de chama. O teste de propagação da chama vertical EN60332-1-1 é um teste de propagação vertical da chama para um único fio ou cabo isolado utilizando uma chama pré-misturada de 1 kW.

[0038] Em adição aos testes de chama VW-1, VF-1 e propagação da chama vertical, a formação de uma ou mais camadas de isolamento e/ou de invólucro a partir das composições de retardante de chama aqui descritas podem permitir que um cabo (por exemplo, uma cabo elétrico) cumpra, ou passe, certos testes adicionais de propriedades físicas e qualificação. Por exemplo, as composições retardantes de chama descritas podem ter um alongamento na ruptura, medido em conformidade com ASTM D412 (2010) utilizando placas moldadas, de cerca de 150% ou mais, em certas modalidades, cerca de 180% ou mais, e em certas modalidades, cerca de 200% ou mais. Mecanicamente, placas feitas a partir de tais composições de retardante de chama também podem ter uma resistência à tração de cerca de 1700 libras por polegada quadrada ("psi") (11,7 MPa) ou mais, de acordo com certas modalidades; e em certas modalidades cerca de 1800 psi (12,4 MPa) ou mais. Em certas modalidades, cabos formados a partir das composições retardantes de chama podem também passar no ensaio de fluência a quente a 250°C de EM 60811-507.

[0039] Como pode ser reconhecido, as composições retardantes de chama que possuem boas propriedades físicas, elétricas e mecânicas podem ser bem adequadas para utilização em uma variedade de aplicações. Por exemplo, a natureza isenta de halogênios e isenta de antimônio dos cabos de energia, incluindo camadas de invólucro formadas a partir das composições retardantes de chama aqui revelados, pode ser particularmente adequada para aplicações de energia solar que tenham requisitos rigorosos de propagação da chama. Além disso, as composições retardantes de chama podem ser úteis para formar camadas de invólucro para outros tipos de cabos elétricos. Por exemplo, a composições de retardante de chama aqui descritas podem ser adequadas para formar camadas de invólucro para cabos de aplicação de trânsito, a fios e cabos prediais, cabos de comunicação de dados, cabos de energia nucleares, e outros cabos, que devem ser resistentes ao fogo. Como pode ser reconhecido, a capacidade de cabos formados a partir das composições de retardantes de chama em passar ambos os testes de chama VW-1 e FV-1 pode também simplificar a aquisição através da eliminação da necessidade de selecionar diferentes cabos para diferentes áreas de atuação.

[0040] De um modo geral, as composições retardantes de chama aqui descritas podem ser preparadas misturando os componentes/ingredientes em equipamento de mastigar convencional, por exemplo, um moinho de borracha, misturador Brabender, misturador Banbury, amassador Buss-Ko, misturador Farrel contínuo, ou misturador contínuo de parafuso duplo. Os componentes podem ser pré-misturados antes da adição ao polímero base (por exemplo, poliolefina). O tempo de mistura pode ser selecionado para garantir uma mistura homogênea.

[0041] As composições retardantes de chama aqui descritas podem ser aplicadas a um cabo utilizando um processo de extrusão. Em um método típico de extrusão, um condutor opcionalmente aquecido pode ser puxado através de uma matriz de extrusão aquecida, tal como uma matriz de cruzeta, para aplicar uma camada de composição retardante de chama fundida no condutor. Ao sair da matriz, se a composição é adaptada como uma composição termofixa, o núcleo condutor com a camada de composição retardante de chama aplicada pode ser passado através de uma seção de vulcanização aquecida, ou seção de vulcanização contínua e, em seguida, uma secção de arrefecimento, tal como um banho de arrefecimento alongado, para resfriar. Várias camadas de composição retardante de chama podem ser aplicadas por meio de etapas de extrusão consecutivas na qual uma camada adicional é adicionada em cada etapa. Alternativamente, com o tipo apropriado de matriz, várias camadas da composição podem ser aplicadas simultaneamente. Como pode ser reconhecido, uma composição retardante de chama, como aqui revelada, também pode ser aplicada sobre uma ou mais camadas previamente aplicadas. Por exemplo, uma composição retardante de chama pode ser aplicada como uma camada externa, em certas modalidades, e pode envolver uma camada de isolamento interior formada de, por exemplo, polietileno reticulado.

[0042] Como pode ser reconhecido, os cabos de energia podem ser formados em uma variedade de configurações, incluindo como cabos unipolares, cabos multipolares, cabos de bandeja, cabos blindados intertravados, cabos de energia solar, e construções de cabos soldados ondulados continuamente ("CCW"). Os condutores em tais cabos de energia podem estar rodeados por uma ou mais camadas de isolamento e/ou camadas de invólucro formadas das composições retardantes de chama aqui descritas.

[0043] Um cabo de energia, de unipolar, ilustrativo está representado na vista em corte transversal na Figura 1. O cabo de energia de unipolar na Figura 1 inclui um condutor 5, uma camada de isolamento 10 e uma camada de invólucro 20. Em um tal exemplo, a camada de isolamento 10 ou a camada de invólucro 20 podem ser formadas com a composição retardante de chama aqui descrita. Em certas modalidades, a camada de isolamento 10 pode ser formada de polietileno reticulado e o invólucro de camada 20 pode ser formado de uma composição retardante de chama aqui descrita. Como pode ser reconhecido, o cabo representado na Figura 1 pode passar no teste de chama UL VW-1, teste de chama UL VF-1 e/ou o teste de propagação da chama vertical EN60332-1-1. Entende-se que os cabos que têm somente uma camada de isolamento ou camada de invólucro também são contemplados.

[0044] O condutor, ou elemento condutor, de um cabo de energia, geralmente pode incluir qualquer material eletricamente condutor adequado. Por exemplo, um metal geralmente eletricamente condutor, tal como, por exemplo, cobre, alumínio, uma liga de cobre, uma liga de alumínio (por exemplo, liga de alumínio-zircônio), ou qualquer outro metal condutor pode servir como o material condutor. Como será reconhecido, o condutor pode ser sólido, ou pode ser torcido e entrançado a partir de uma pluralidade de condutores de menor dimensão. O condutor pode ser dimensionado para fins específicos. Por exemplo, um condutor pode variar desde um condutor de AWG 22 a um cabo de 4/0 AWG, em certas modalidades, ou pode variar em diâmetro de 0,32 mm2 a 108 mm2, em outras determinadas modalidades. EXEMPLOS

[0045] As Tabelas 1A e 2A mostram as partes por cem de borracha ("PHR") de vários exemplos de composições de retardante de chama. Percentagens em peso de cada componente também estão listadas. Tabelas 1B e 2B apresentam as propriedades de exemplos das composições retardantes de chama das Tabelas 1A e 2A, respectivamente. Tabelas 1A e 1B incluem Exemplos Comparativos 1 a 7, que não apresentam resultados físicos satisfatórios. As Tabelas 2A e 2B incluem Exemplos Inventivos 8 a 11, que exibem resultados físicos satisfatórios.

[0046] Ensaio de fluência a quente e teste de chama (FV- 1 e VW-1) foram realizados em um cabo de cobre 14 Escala americana de bitola de fios ("AWG"), incluindo as composições de exemplo, como um revestimento 30 mil. Exemplo Inventivo 11 foi formado em cabo de cobre de 14 AWG como uma revestimento de 45 mil. As propriedades do Exemplo Comparativo 8, e no Exemplo Inventivo 11, foram avaliadas em um arame moldado. Os cabos passaram no ensaio de fluência a quente de 250°C quando passaram os requisitos da norma EN 60811-507.

[0047] Tal como representado nas Tabelas 1B e 2B, os Exemplos Inventivos 8 a 11 demonstraram resultados de aprovação nos testes de chama FV-1 e VW-1 enquanto que os Exemplos Comparativos 1 a 7 não demonstraram aprovação simultaneamente para tanto FV-1 quanto VW-1 ou não conseguiram exibir valores de resistência à tração suficientes. Acredita-se que o Exemplo Inventivo 11 iria passar no teste chama VW-1, se formado com um revestimento de 30 mil em vez de um revestimento de 45 mil.

[0048] A Tabela 3A abaixo descreve os componentes, por percentagem em peso, de composições retardantes de chama adicionais formadas a partir de masterbatches de componentes. A Tabela 3B apresenta as propriedades físicas correspondentes aos Exemplos 12 a 14.

[0049] O Exemplo 13 é considerado um Exemplo Inventivo, porque demonstra elevada resistência à tração, percentagens de alongamento de ruptura, e passa o teste chama VW-1. Exemplos 12 e 14 são Exemplos Comparativos porque ambos falham no teste de chama VW-1.

[0050] As dimensões e os valores aqui revelados não são para ser entendidos como sendo estritamente limitados aos valores numéricos exatos recitados. Em vez disso, a menos que especificado de outro modo, cada um de tais dimensões pretende significar ambos o valor recitado e um intervalo funcionalmente equivalente em torno deste valor.

[0051] Deve-se entender que cada limitação numérica máxima dada ao longo deste relatório descritivo inclui todas as limitações numéricas inferiores, como se tais limitações numéricas inferiores fossem expressamente aqui escritas. Cada limitação numérica mínima dada ao longo desta especificação inclui todas as limitações numéricas mais elevadas, como se tais limitações numéricas superiores fossem expressamente aqui escritas. Cada intervalo numérico dado ao longo desta especificação inclui todos os intervalos numéricos mais estreitos que caem dentro de um intervalo numérico mais amplo, como se os tais intervalos numéricos estreitos fossem todos expressamente aqui escritos.

[0052] Todos os documentos citados aqui, incluindo quaisquer patentes ou pedidos referenciados ou relacionados, são, por este meio, aqui incorporados por referência na sua totalidade, a menos que expressamente excluído, ou de outro modo limitado. A citação de qualquer documento não é uma admissão de que é do estado da técnica com relação a qualquer invenção revelada ou reivindicada neste documento ou que por si só, ou em qualquer combinação com qualquer outra referência ou referências, ensina, sugere ou revela tal invenção. Além disso, na medida em que qualquer significado ou definição de um termo neste documento conflitar com algum significado ou definição do mesmo termo em um documento incorporado por referência, o significado ou definição atribuído a esse termo no documento prevalecerão.

[0053] A descrição anterior das modalidades e exemplos foi apresentada para fins de descrição. Não pretende ser exaustiva ou limitar às formas descritas. Numerosas modificações são possíveis à luz dos ensinamentos anteriores. Algumas destas modificações foram discutidas e outras serão entendidas pelos técnicos no assunto. As modalidades foram escolhidas e descritas para a ilustração de várias modalidades. O escopo não está, evidentemente, limitado aos exemplos ou modalidades aqui apresentadas, mas pode ser empregue em qualquer número de aplicações e artigos equivalentes por aqueles técnicos comuns no assunto. Pelo contrário, o escopo é aqui destinado a ser definido pelas reivindicações anexas.

Claims (11)

1. Cabo retardante de chama caracterizado pelo fato de compreender: pelo menos um condutor; e um revestimento livre de halogênios e livre de metais pesados que circunda o pelo menos um condutor, o revestimento compreendendo uma composição de retardante de chama reticulada compreendendo: de 30% a 40% em peso, de um polímero base, em que o polímero base é um copolímero de etileno-acetato de vinila ou compreende um copolímero de etileno modificado com silano e um copolímero de olefina; de 50% a 65% em peso, de um enchimento retardante de chama, o enchimento retardante de chama compreendendo um hidróxido metálico; e 1% a 15% em peso, de um agente sinérgico retardante de chama, o agente sinérgico retardante de chama compreendendo borato de zinco e fósforo vermelho, em que a composição de retardante de chama reticulada compreende de 5% a 10% de borato de zinco e 1% a 5% de fósforo vermelho; e em que o cabo passa pelo teste de chama VW-1 do Underwriter’s Laboratories ("UL").

2. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de passar adicionalmente em pelo menos um dos testes de chama UL FV-1 e teste de propagação de chama vertical EN60332-1-2.

3. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o revestimento ser um invólucro.

4. Cabo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma camada de isolamento disposta entre o pelo menos um condutor e o invólucro, sendo que a camada de isolamento compreende polietileno reticulado.

5. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o revestimento exibir pelo menos um dentre uma resistência à tração de 11 MPa ("psi") (1600 libras por polegada quadrada) ou maior e um alongamento na ruptura de 150% ou maior.

6. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de passar no teste de fluência a quente a 250°C de EN 60811-507.

7. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição de retardante de chama reticulada compreender ainda um corante, e em que o corante compreende negro de fumo.

8. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição de retardante de chama reticulada ser isenta de um auxiliar de processamento ou compatibilizante.

9. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o polímero base compreender um copolímero de etileno-acetato de vinila, em que o copolímero de etileno- acetato de vinila compreende de 10% a 35%, acetato de vinila.

10. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o enchimento retardante de chama ser hidróxido de magnésio.

11. Cabo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição de retardante de chama reticulada ser reticulada com um processo de reticulação de peróxido.