CN101124082B - 耐火建筑树脂材料 - Google Patents

Abstract

一种合成的耐火树脂，其包含一种或多种与阻燃剂例如二磷酸双二苯酯混合的聚碳酸酯树脂材料和/或聚酯树脂材料，阻燃剂。作为选择，与聚酯树脂材料混合的聚碳酸酯树脂材料的混合物可以由耐火膜覆盖。可以将所述树脂片制成一定厚度，使得所述树脂片可结构性地用作传统建筑材料。此外，可以根据建筑目的的需要将所述树脂片制成透明的、半透明的或有色的。此外所述树脂片的维卡温度使得挤出的树脂片易于使用传统的制造技术加工，并且足够坚固，可广泛用于室内和室外环境。在一个实施方案中，耐火树脂片可以与装饰图象层结合，以形成可以用于A级建筑环境的装饰板。

Description

耐火建筑树脂材料

技术领域

本发明涉及可以用于建筑设计应用的耐火树脂材料的方法和组合物。

背景技术

近年来建筑设计将目光集中在合成聚合物树脂上，其可以用作办公室和家庭的窗户、隔板、墙等。具体而言，与装饰性铸造或层压玻璃材料相比，装饰性聚合物树脂材料(或“树脂”)现在特别流行，因为可以将装饰性树脂制造的更有弹性，并且与铸造或层压玻璃具有相同的透明、半透明或有色外观，但成本更低。与玻璃相比，装饰性树脂进一步在颜色、织构度、标准规格和抗冲击性方面提供了更大灵活性。此外，由于可以形成多种艺术性色彩和图象的装饰性树脂，因此其具有相当广泛的应用。这种灵活性适用于制造阶段以及后制造或最终使用阶段。

通常用来制造装饰性树脂板的现有聚合物树脂材料包含聚氯乙烯或“PVC”；聚丙烯酸酯材料例如丙烯酸、聚(甲基丙烯酸甲酯)或“PMMA”；聚酯材料例如乙烯-对苯二甲酸环己烷1，4-二甲醇酯共聚物或“PET”；乙烯-环己烷1，4-二甲醇对苯二甲酸乙二醇共聚物(poly(ethylene-co-cyclohexane1，4-dimethanol terephthalate glycol))或“PETG”；二醇改性的聚对苯二甲酸亚环己基二亚甲酯或“PCTG”以及聚碳酸酯材料。虽然前面提到的树脂材料可以作为适当的玻璃替代品，但是各种树脂材料在物理特性上各自不同。例如，聚碳酸酯和聚酯(例如PETG、PCTG和PET，还称作“共聚多酯”)通常以固态、挤出片形式使用。挤出树脂片通常是固态预成型的片，例如固态4’×8’树脂片(作为选择，3’×5’片、6’×10’片等)，其最终可以形成最终形态为装饰性树脂板的表面。

挤出材料例如挤出聚碳酸酯、挤出PCTG或挤出PETG的一个优点是可以以一种或多种方式处理挤出树脂片从而实现各种设计效果。例如，可以通过将一种或多种透明或半透明挤出树脂片与一种或多种有色的或有织纹的织物结合以制造适用于建筑材料的有色的或有织纹的装饰板。作为选择，也可以通过在两个或多个透明或半透明挤出树脂片之间嵌入某种三维物体来制造适合用作建筑材料的装饰板。通常，这些类别的设计改进不妨碍装饰板作为建筑材料的强度。同样地，挤出树脂材料可以既在视觉上吸引人又在结构上有用。不幸的是，由于涉及防火安全在一些情况下不愿使用树脂材料。

在一些情况下，合成树脂材料可以通过在挤出前向树脂材料中加入阻燃剂使其具有一些耐火特性。通常，阻燃剂添加物(或“阻燃剂”)可以通过三种基本机制来分类。例如，气相阻燃剂在气相中通过自由基火焰中毒(poisoning)工作，除去进一步促进放热反应的活性自由基。气相阻燃剂实例包含卤化材料(加入或不加入锑增效剂)。固相阻燃剂促进固相中炭的形成以构成绝缘层。绝缘层保护可燃性基材免于着火，并减少挥发性可燃气体散发到火中。固相阻燃剂实例包括磷和硅化合物。散热阻燃剂通过释放熄灭火的水和/或二氧化碳在吸热反应中工作。

制造具有某种添加剂的树脂材料阻燃剂的一些实例包括美国专利No.5,258,432和5,204,394，其公开了将磷-基化合物(固相)与树脂材料例如聚碳酸酯混合物来组合。美国专利No.5,109,044公开了将阻燃剂例如卤代芳基磷酸酯与树脂材料例如碳酸酯聚合物共混物来组合。美国专利No.5,663,260公开了在树脂材料例如聚碳酸酯树脂中使用低水平(小于约1％)磷化合物和碱金属盐来得到的UL-94(V2)。不幸的是，如从在前的或其它实施例中所理解，向树脂材料加入阻燃剂化合物通常涉及给树脂材料增添一些耐火特性，但这是以其它重要建筑设计特性为代价，例如强度或半透明度。

例如，可以通过在挤出树脂材料(即形成挤出树脂片)之前加入相对大量(约5％-约60％)的阻燃剂使树脂材料至少在某种程度上耐火。然而，大量阻燃剂还可以具有降低树脂材料熔点而不是升高其熔点的作用。对于优选的建筑设计材料PCTG或PETG，这具有结构和设计影响，这限制挤出PCTG或PETG板在室内使用或只在相对冷的气候中室外使用。此外，如前所述，较低的熔点可增加与树脂材料相关的火灾风险。另外，大多数固体阻燃剂是不透明的，使得大多数耐火板对于建筑用途来说不够透明或半透明。相反，那些对建筑应用充分有用的树脂材料不具有足够的耐火特性，以使树脂材料能够适用于“A级”建筑环境。

具体而言，大多数传统建筑树脂材料将熔化或软化，使得它们在A级标准规定的条件下不能保持最小结构刚度。这不仅对在热的气候中室外使用的建筑树脂材料，而且对在火灾中用在建筑物内部的树脂材料都有风险。此外，这种树脂材料的熔融部分有时候比固体时更易燃，使得树脂材料事实上可能造成更大的火灾和烟雾危害。

一般而言，“A级”标准具有相应的最低要求：在一定热度下在不小于10分钟时间内，烟浓度值小于450％-光吸收/分钟，火焰蔓延值小于25ft/分钟。实例包括Underwriters Laboratories，Inc.723 standard(“UL-723”)或American Society for Testing and Materials E-84 standard(“ASTM-E84”)等的现行版本(到2005为止)。其它相关标准包括American National StandardsInstitute/National Fire Protection Association No.255(“ANSI/NFPA No.255”)和Uniform Building Code No.8(“UBC No.8”)的现行版本(到2005为止)。(满足或清楚地表示前面提到的最小烟和火焰蔓延值的前述标准或材料此后通常指“A级”、“A级标准”或“A级材料”。)

有一些树脂材料在特定的改进条件下满足一定的抗火等级标准。不幸的是，这些耐热树脂材料通常有很多限制，这使它们不希望被用于建筑和普通建筑(general building)材料中。例如，在一些情况下相对薄的装饰树脂板(例如，1/16^th英寸厚或更薄)可以足够半透明和耐火，但是不具有足够的结构刚度，以进行有意义的半结构性和/或装饰性建筑应用。此外，一些树脂制造已经使用调整的标准(例如，3分钟烟尘测试，而不是传统的10分钟烟测试)来要求半透明树脂中的耐火特性。

虽然这可以为制造者提供对耐火的一些需求，然而仅仅在修改标准下通过的材料的应用范围非常有限。作为选择，树脂材料不是透明或半透明的，或不能被简单地制成透明或半透明，使得树脂材料不能简单着色或改进以嵌入一些物体。应该注意到，无论如何，传统的树脂材料通常不能通过未修改的ASTM E-84标准。同样地，传统的树脂材料甚至声称耐火的树脂材料通常在实际的、未修改的A级防火安全准则下不适合建筑设计目的。

由此，可以利用符合相对高的防火标准并保持重要的美学和结构特性例如适当的半透明度以及强度的建筑树脂材料来实现本领域中优势。具体而言，可以利用视觉上吸引人、在传统未修改的试验准则下符合A级耐火材料的半透明树脂材料来实现优势。

发明内容

本发明利用用来制造视觉上吸引人的耐火树脂材料的组合物和方法来解决现有技术中一个或多个前述问题，所述树脂材料比其它可用的更厚并更容易使用。具体而言，根据本发明的树脂材料适合用作A级建筑材料，并且适合各种半结构性和装饰性建筑设计应用。

在一个实施方案中，例如，耐火树脂材料组合物包含聚酯材料和聚碳酸酯材料及其任何组合中的至少一种和阻燃剂材料的混合物，所述阻燃剂材料例如是芳香族的二磷酸双二苯酯(bisdiphenyldiphosphate)阻燃剂。阻燃剂材料占材料组合物的约十分之一到三分之一，以重量百分比(wt-％)计。制造者最终将阻燃剂和树脂材料组分混合。然后通过各种传统的方法将混合的组合物形成树脂片，例如挤出树脂片，其中挤出树脂片的厚度适合用作半结构性或装饰性建筑材料。得到的树脂片包含建筑上所希望的符合A级(例如，ASTME-84和/或UL-723或相关的试验/标准-到2005为止)材料的树脂产品。

树脂材料还可以用阻燃剂膜“覆盖”，从而增强所得树脂材料的耐火特性和/或耐刮或化学性稳定性。阻燃剂和树脂材料还可以与一种或多中着色剂混合和挤出，使得混合的树脂材料在被改进为装饰材料之前着色。另外，可以将两种或多中耐火树脂片与装饰材料组合，以制造具有适当耐火特性的装饰性建筑板。因此，在此公开的耐火树脂材料可以广泛地用于需要A级材料的半结构性和装饰性建筑设计应用。

本发明的示范实施方案的另外特点和优点将在下面的描述中列出，部分将在说明中显而易见，或可以通过这个示范实施方案的实践来了解。这个实施方案的特点和优点还可以通过具体在所附权利要求中指出的手段和组合来实现和得到。通过下面的描述和所附权利要求，这些和其它特点将更显而易见，或可以通过下文中列出的示范实施方案的实践来了解。

具体实施方式

本发明涉及制造视觉上吸引人的耐火树脂材料的组合物和方法，所述树脂材料比其它可用的树脂材料更厚并更容易使用。具体而言，根据本发明的树脂材料适合用作A级建筑材料，并且适合各种半结构性和装饰性建筑设计应用。

例如，可以将一种或多种阻燃剂以一种比率加入另一种给顶组分比率的聚合物树脂材料中，来形成具有适当耐火性能的树脂片。根据本发明的树脂片可以由这种树脂组合物通过许多传统方法形成，例如通过传统的挤出、传统的注塑成型等。然而，为了简单，在此经常引用的是通过传统的挤出方法形成树脂片。

公开的树脂组合物和片适用于各种涉及耐火的目的。例如，本文公开的树脂组合物至少满足UL-723、ASTM E-84、USB No.8(例如8-1、8-2等)等最新版本(到2005年)中公布的标准，并且通过引用将其并入本文。如上所述，这些标准具有最小的相应要求：在特定温度下在10分钟之间内，烟浓度值小于450％-光吸收/分钟，火焰蔓延值小于25ft/分钟。此外，所述树脂片可以由树脂组合物以相对高的厚度规格制成，例如大于约十六分之一英寸(例如约八分之一英寸或更大)。根据公制计量，其它实现的厚度为约0.13mm-12.7mm。

另外，耐火树脂片适合结构性和装饰性建筑用途。例如，本文公开的树脂片足够坚固用于特定的半结构性用途。另外，耐火树脂至少在一方面适合特定的装饰性建筑用途，因为耐火树脂可以被制成半透明或透明，尽管添加相对大量的一种或多种阻燃剂。这种半透明性具有特定的美观性或装饰性特性，这使其自身可用于装饰性建筑目的。然而，当与墨、颜色或图像层和/或装饰性物体层组合时，所述半透明性也允许根据本发明的耐火树脂板具有其它装饰性特性。

因此，本说明书包括许多树脂组合物，其可以用来制造根据本发明的树脂片。为了方便起见，根据重量百分比(wt-％)描述所述组分。当然，本领域的技术人员将理解，在一些情况下体积的转换更适合。

适合的阻燃剂

在本文公开的任何实施方案中，适当的阻燃剂可以包含芳香族化合物双酚A-双(磷酸二苯酯)(“BAPP”)或间苯二酚双(磷酸二苯酯)(“RDP”)。当这些双-二苯基二磷酸酯与聚酯或聚碳酸酯树脂混合时具有良好的相容性和透明度，即使当该芳香族双化合物构成多达40wt％的混合物时也如此。具体而言，即使耐火树脂含有如此量的添加剂，其仍然使得根据本发明实施方案的树脂板的透光率可以在标准样品透光率的约5％-15％内。当然，在本发明的范围内，非芳香族阻燃剂化合物也可以用于本文中的每一个实施例。同样地，引用BAPP或RDP是为了方便起见，或在具体试验中的使用。具体而言，本文讨论的阻燃剂可以用其它具有类似特性或化学组成的阻燃剂代替。

适合的耐火树脂组合物

一般而言，根据本发明的聚酯树脂组合物的实施方案包含有效量(例如约3wt％-约25wt％)的阻燃剂和约75wt％-约97wt％的聚酯树脂材料，例如PCTG、PETG或PET。例如，一个聚酯实施方案包含约3wt％-约7wt％的阻燃剂(例如BAPP或RDP)和约93wt％-约97wt％的聚酯树脂材料。适合的耐火树脂产品的另一个实施方案包含约7wt％-约15wt％的阻燃剂和约85wt％-约93wt％的聚酯树脂材料。

又一实施方案包含约15wt％-约25wt％的阻燃剂材料和约75wt％-约85wt％的聚酯材料。这些聚酯实施方案提供了具有许多优异好耐火特性和具有适当厚度的清晰、半透明或透明的挤出树脂片。至少一些聚酯树脂实施方案在较高温度下保持足够硬，使得得到的树脂材料适合实际上需要A级建筑材料的任何建筑环境。

一般而言，根据本发明的聚碳酸酯树脂组合物的实施方案包含有效量(例如约15wt％-约45wt％)的阻燃剂和约55wt％-约85wt％的聚碳酸酯树脂材料。例如，适当耐火树脂材料的一个聚碳酸酯实施方案包含约15wt％-约25wt％的阻燃剂材料(例如BAPP或RDP)和约75wt％-约85wt％的聚碳酸酯树脂材料。适当耐火树脂材料的另一个实施方案包含约25wt％-约35wt％的阻燃剂和约65wt％-约75wt％的聚碳酸酯树脂材料。

适当耐火树脂材料的另一个实施方案包含约35wt％-约45wt％的阻燃剂材料和约55wt-％-约65wt-％的聚碳酸酯。这些聚碳酸酯的实施方案提供了具有许多优异耐火特性和具有适当厚度的清晰、半透明或透明的挤出树脂片。至少一些聚碳酸酯树脂实施方案在较高温度下保持足够硬，使得得到的树脂材料适合实际上需要A级建筑材料的任何建筑环境。

一般而言，根据本发明的组合聚酯树脂和聚碳酸酯树脂组合物的实施方案包含有效量(例如约5wt％-约25wt％)的阻燃剂(例如BAPP或RDP)、约10wt％-约43wt％的聚碳酸酯树脂材料和约45wt％-约80wt％的聚酯树脂材料。例如，聚酯和聚碳酸酯树脂材料组合的一个实施方案包含约10wt％-约20wt％的聚碳酸酯树脂和约70wt％-约80wt％的聚酯树脂。另一个实施方案包含约5wt％-约15wt％的阻燃剂、约10wt％-约20wt％的聚碳酸酯树脂材料和约70wt％-约80wt％的聚酯树脂材料。

另一个实施方案包含约15wt％-约25wt％的阻燃剂、约25wt％-约35wt％的聚碳酸酯树脂和约45wt％-约55wt％的聚酯树脂。又一个实施方案包含约9wt％-约19wt％的阻燃剂、约33wt％-约43wt％的聚碳酸酯树脂和约45wt％-约55wt％的聚酯树脂。这些组合聚酯和聚碳酸酯的实施方案也提供了具有许多优异耐热特性和具有适当厚度的清晰、半透明或透明的挤出树脂片。至少一些组合的聚酯/聚碳酸酯树脂实施方案在较高温度下保持足够硬，使得得到的树脂材料适合实际上需要A级建筑材料的任何建筑环境。具体而言，这种使用较高量聚酯的实施方案对于用作A级材料而言未必太柔软，在一些实施方案中，至少部分由于聚碳酸酯的加入。

组合物以及挤出树脂片的制备

本文描述的混合物或组合物均可以通过许多方法来制备成挤出树脂形式，所述方法包括混合各种材料和使组分通过挤出机(例如双螺杆挤出机)。所述挤出机可以包括注射机构，并且可以包括在挤出过程中或挤出过程结束后加入染料的机构，以便使产生的树脂材料染色。所述注射机构还可以用来在挤出过程中(或开始时)加入半透明抗冲改性剂，例如半透明橡胶材料。例如，在一个实施方案中，通过在聚合物树脂已经通过反应器但在进入压片机之前将阻燃剂材料(例如RDP、BAPP等)注入聚合物树脂中，制造者可以确保充分混合。在一个实施方案中，使用基于注射的挤出机可以使挤出树脂片的制备比使用传统的挤出机成本更低。

在另一个实施方案中，制造者可以使用混合挤出机，其使用阻燃剂材料和聚合物树脂材料，并混合材料来制造混合球粒。随后使所述混合球粒经过片成型设备，例如挤出机。在一些情况下，这个实施方案可以允许多达约40％与聚合物树脂充分混合的阻燃剂。在另一个实施方案中，制造者可以在挤出机上使用混合头同时形成聚合物树脂片。所述混合头可以吸纳阻燃剂材料，并且在将组合物的材料形成聚合物树脂片之前将阻燃剂材料与聚合物树脂混合。在一些情况下，制造者还可以在使所述材料经过挤出机形成挤出片之前向聚合物和阻燃剂材料中加入染料。

在已经制备指定的挤出片和/或切成一定规格之后，还可以使用许多耐火膜“覆盖”或层压该挤出树脂片。至少两种耐火膜包含聚氯乙烯(“PVC”)和聚偏二氟乙烯(polyvinylidenedifloride)(“PVDF”)覆膜。另一种可以购买到的这种膜是由Dupont制造的TEDLAR PVF膜。阅读本说明书和权利要求之后应该理解，覆膜还可以根据指定树脂材料的耐火性来增加附加的改进，而基本上不牺牲指定树脂材料的视觉或建筑要求。覆盖还可以提供有关化学稳定性和/或抗划伤性的许多辅助好处。

材料测试

制备阻燃剂、聚酯和/或聚碳酸酯树脂材料的变化混合物，按照作为A级建筑材料的鉴定价值来测试它们作为耐火树脂产品的最小物理特征。将对应的混合物用传统的具有液体注射侧进料机的混配机(即，Berstorf 30mm双螺杆混配机)来混合。通过水浴线料切割(strand-cutting)所述材料来制备球粒。随后将所述球粒注塑成为板或棒，其适合模拟实际环境。在每一个下面所产生的组合物中，所述树脂板或棒具有良好的透明度，没有任何液体添加剂渗出的迹象。

随后对所述板或棒进行下面的最小物理要求测试。

1.ASTM 2863(极限氧指数-“LOI”)。

本测试评估材料对着火的相对抵抗力。数值越高越难着火。

2.小规模水平燃烧测试(“HB”)。

本测试评估火焰蔓延传播的相对速率；以及当在试样上施加长时间的火焰源时燃烧溶滴的形成。(这不是标准ASTM测试；然而，它是为本发明设计的。结果是多次测试的平均值。)

维卡(Vicat)

本测试评估给定的阻燃剂对树脂材料软化点的作用。在至少一个实施方案中，耐火树脂材料的适当软化点为约60℃-约90℃。在另一个实施方案中，耐火树脂材料的适当软化点为约75℃-约85℃。

下面实施例列出了在本发明范围内的各种聚酯、聚碳酸酯和/或聚酯/聚碳酸酯树脂组合物。这些实施例将仅仅是示范性的，不应该视为对本发明范围的限制。

实施例1

通过混合下面列出的量的成分来制备根据本发明的耐火聚酯组合物。百分比是重量百分比：

1)0％     RDP     100％   PETG

2)5％     RDP     95％    PETG

3)10％    RDP     90％    PETG

4)20％    RDP     80％    PETG

5)5％     BAPP    95％    PETG

6)10％    BAPP    90％    PETG

7)20％    BAPP    80％    PETG

随后测试所述聚酯树脂组合物的耐火性，如本文所示。

表1(聚酯树脂组合物的测试结果)

与对照组(组合物1)相比，上文确定的聚酯树脂组合物2-7显示了优异的关于抗着火性和燃烧倾向的特性。具体而言，向所述聚酯树脂材料中加入确定的阻燃剂使所述聚酯树脂材料具有优异的耐火性。此外，许多聚酯树脂组合物在至少一个通常适当的Vicat范围(RDP-基的组合物比BAPP-基的组合物稍微低)内，或基本上接近。这使得所得树脂材料足够柔软，可以在常规制造过程中成形。因此，本文描述的许多聚酯树脂组合物特别适合制造目的和高温环境。

各聚酯树脂组合物还显示了优异的装饰性建筑和半结构性特征。例如，所述聚酯树脂组合物即使在相对大的厚度和相对大量的阻燃剂情况下仍显示了优异的透明和/或半透明特性。

                        实施例2

进一步制备许多具有和不具有聚氯乙烯(“PVC”)和聚偏二氟乙烯(“PVDF”)覆膜的聚酯组合物。对这些样品的水平燃烧测试显示，覆盖可以进一步改进耐火性。具体而言，覆盖降低了燃烧长度，改进了给定树脂组合物自动灭火的时间，并且改进了滴落的程度(以及燃烧溶滴的形成)。在至少一些实施方案中，包含PVDF的覆盖可以提供比包含PVC的覆盖在一定程度上更好的耐火性。

                    实施例3

通过混合下面列出的量的成分来制备根据本发明的耐火聚碳酸酯组合物。百分比值是重量百分比：

1)0％     BAPP    100％  聚碳酸酯

2)20％    BAPP    80％   聚碳酸酯

3)30％    BAPP    70％   聚碳酸酯

4)40％    BAPP    60％   聚碳酸酯

随后测试所述聚碳酸酯树脂组合物的耐火性，如本文所示。

表2(聚碳酸酯树脂组合物的测试结果)

与对照组(组合物1)相比，上文确定的聚碳酸酯树脂组合物2-4显示了优异的关于抗着火性和燃烧倾向的特性。此外，如表2所示，各聚碳酸酯树脂组合物在至少一个通常理性的Vicat范围内，或基本上接近，这使得聚碳酸酯树脂材料特别适合制造目的和用于相对热的环境。至少一些组合物符合A级建筑材料，如本文所使用。

实施例3中的各聚碳酸酯树脂组合物还显示了优异的装饰性建筑性质和半结构性性质。例如，所述聚碳酸酯树脂组合物即使在相对大的厚度和相对大量的阻燃剂情况下仍显示了优异的透明和/或半透明特性。具体而言，实施例3的样品2板的透光率测试数据证实了其和本文描述的一个或多个其它实施例和样品的良好透光率特性。

                样品2的透光率测试

在样品2(20％的阻燃剂)的标称1/8″板上进行透光率测试并且与样品1(0％的阻燃剂)的1/8″板比较。所述板使用由ASTM E-662NBS烟腔室组成的测光系统进行比较，所述测光系统包括垂直安装的光源和光电探测器。所述光源包含在电路中在固定电压下工作并由恒压变压器作为动力的白炽灯。所述光源提供的亮度温度为2200℃+/-100°K。所述光电探测器包含具有S-4光谱灵敏度特性且暗电流小于10^-9A的光电倍增管。所述白炽灯安装在密封的不透光箱内，光学上提供准直垂直光束。所述光电探测器和相关的光学元件也安装在不透光箱内，直接与白炽灯相对。所述光电探测器与光电倍增管记录器连接。

将所述样品1板(对照组)放置在准直光源上，从光电倍增管记录器获得读数。随后对样品2板重复所述过程。下面是记录的数字。

样品透光率        归一化值

对照组  78.6％    100％

FR样品  73.2％    93.1％

因此，该测试和其它测试显示，根据本文描述的教导可以将相对大量的阻燃剂加入聚合物树脂样品，而不牺牲形成的树脂片的重要美学特征。具体而言，根据本发明实施方案可以加入多达约20wt％-约40wt％的阻燃剂，挤出树脂片仍然可以具有优异的视觉特征。例如，本文描述的阻燃剂聚合物树脂的透光率为标准对照样品的归一化透光率的约6％-约15％。这种半透明度使得耐火聚合物树脂可以广泛用于建筑和构造用途。

                    实施例4

通过混合下面列出的量的成分来制备根据本发明的耐火聚酯树脂组合物和聚酯/聚碳酸酯树脂组合物。百分比值是重量百分比：

1)0％  BAPP    0％聚碳酸酯     100％ PETG

2)20％ BAPP    0％聚碳酸酯     80％  PETG

3)10％ BAPP    15％聚碳酸酯    75％  PETG

4)0％  BAPP    30％聚碳酸酯    70％  PETG

5)20％ BAPP    30％聚碳酸酯    50％  PETG

随后测试所述聚酯和/或组合的聚酯/聚碳酸酯树脂组合物的Vicat软化点，如本文所示。

表3(PETG和PETG/聚碳酸酯树脂组合物的测试结果)

与对照组(组合物1)相比，上文确定的聚酯和/或聚酯/聚碳酸酯树脂组合物2-5显示了在可接受范围内的Vicat软化点。也就是说，各确定的阻燃剂/聚碳酸酯树脂组合物在至少一个理想的Vicat范围(例如约60℃和90℃)内，或基本上接近。因此，制造者可以通过改变聚酯、聚碳酸酯和阻燃剂的混合物来增加耐火性以及修改Vicat点。

如同前述实施例1、2和3中的组合物，实施例4中的各个组合物也显示了优异的视觉和半结构性特征，使得所述组合物适用于装饰性建筑树脂材料。例如，所述聚酯/聚碳酸酯树脂组合物即使在相对大的厚度下仍显示了优异的透明和/或半透明特性。同样地，各前述聚酯/聚碳酸酯树脂组合物可以用在许多的应用中作为建筑材料。

                        实施例5

通过混合下面列出的量的成分来制备根据本发明的耐火聚酯树脂组合物和聚酯/聚碳酸酯树脂组合物。百分比值是重量百分比：

1)0％    BAPP    0％聚碳酸酯    100％PETG

2)27％   BAPP    73％聚碳酸酯   0％PETG

3)13.3％ BAPP    0％聚碳酸酯    86.7％PETG

4)13.5％ BAPP    36.5％聚碳酸酯 50％PETG

随后利用所述组合物制造约140毫米(5.5英寸)厚度的相应挤出树脂片。在至少一种情况下，用PVDF膜覆盖(热层压)得到的树脂片。然后将得到的树脂片切割成8’×2’的片，用于ASTM E-84试验。各试验均使用三个挤出树脂片(每一种数值材料组合物一个)。

随后测试所述聚酯和/或组合的聚酯/聚碳酸酯树脂组合物的耐火特性例如火焰密度和烟扩展，如本文所示。具体而言，测试选定的树脂组合物，与ASTM E-84(建筑材料的表面燃烧特征的测试标准方法)要求比较。ASTME-84试验中给出的标准可与UL-723、ANSI/NFPA No.255和UBC No.8标准中给出的标准相当。具体而言，这些标准确定的A级材料至少部分符合下列规定：在不小于约10分钟的时间周期内，火焰蔓延值为约25英尺/分钟或更小，烟浓度值为约450％-光吸收/分钟或更小。表4中表示ASTM E-84试验结果。

表4(实施例5材料的测试结果)

与对照组(组合物1)相比，上面确定的树脂组合物2-4显示了重要的关于火焰蔓延和烟浓度的耐火特性。考虑到本文描述的这些和其它因素，所以各个上面确定的树脂材料组合物符合为A级建筑材料，符合ASTM E-84和UL-723(和相关的)防火安全标准。此外，各聚碳酸酯和/或聚酯树脂组合物在至少一个通常理想的Vicat范围内，或基本上接近。因此，至少一些树脂组合物2-4的也特别适于制造目的以及用在相对热的环境中。

此外，实施例5中的覆盖组合物2保持在组合物中火焰蔓延值为约10，但是组合物的烟浓度值从约385降至约255。因此，这说明制造者可以使用本文描述的覆膜来补充组合物2-4的前述耐火特性。

如同实施例1、2、3和4中的前述组合物，实施例5中覆盖和/或无覆盖的各个组合物也显示了优异的视觉和半结构性特征。因此，前述组合物适用于装饰性建筑树脂材料。例如，所述树脂组合物2-4即使在相对大的厚度下仍显示了优异的透明和/或半透明特性。

例如，在至少一个应用实施方案中，两个半透明耐火树脂片可以与装饰性材料组合来制造用在建筑设计环境中的A级装饰性板。具体而言，本文描述的第一耐火树脂片可以靠着表面安置，一个或多个装饰性物体可以安置其上以形成装饰性图像层，所述装饰性物体包括茅草芦苇(reed)、稻草、柳芦苇、草、碎石或碎玻璃、天然或合成的矿物、有色的片或织物、细枝、分枝等等。随后可以在第一耐火树脂片以及装饰性材料上叠合第二耐火树脂片，从而制造装饰性耐火树脂片组件。

随后可以使耐火树脂片通过热成型压机，使耐火树脂片组件经受各种适当的温度和压力，从而软化第一和第二树脂片，并且除去气体或气泡。随后可以根据具体应用来按规定尺寸加工或修剪所产生的装饰性的耐火树脂板(或装饰性层状结构)，然后定位。可以通过半透明耐火片看到装饰性物体，这样装饰性的耐火树脂板(或装饰性层状结构)提供美学上令人愉悦的装饰性板以及A级材料所需的适当耐火板。

对使用具有装饰性板的树脂片的更具体描述在共同转让的题为“Laminate Structure with Polycarbonate Sheet and Method of Making”的美国专利申请No.10/465,465以及共同转让的美国专利申请No.10/821,307“Architectural Laminate Panel with Embedded Compressible Objects andMethods for Making the Same”中发现。两个专利申请的整个内容通过引用并入本文。

另外，至少一种本文描述的使用约20wt％阻燃剂和约80wt％聚碳酸酯的耐火树脂样品还通过了匹兹堡大学的燃烧产物毒性测试(“UPITT”)，使用2005年1月31日的标准。这个标准首先涉及燃烧期间材料的人体毒性，且使用下面的动物对象进行测试。具体而言，将所述耐火树脂组合物的约4mm厚样品在测试前在约50％相对湿度下以固体形式调节至少48小时。随后在放置在炉子内之前在重量传感器上立即称重所述样品。

将测试样品以每分钟20℃的速率渐增加热30分钟，其间被安置只露出头的所述测试动物呼吸产生的气体。10分钟的后暴露观察周期之后，检查所述动物的存活和眼睛损伤。值得注意的是，所述测试耐火树脂样品显示对测试对象很多或没有眼睛损伤，符合或超过对其它参数的预期，因此确定为“不比木材毒”的产品。

因此，本文描述的树脂材料的实施方案可以广泛用在各种半结构性和装饰性建筑设计环境。这种环境包括需要A级材料的位置或场合，或者需要耐热性的环境(例如沙漠地区的室外建筑板)。这种环境还可以包括这样的位置和场合，即在燃烧环境中所述材料不比木材更毒。这至少部分是由于这些材料显示的A级防火安全特性、由于在燃烧环境中缺少相对毒性和至少部分由于这些材料可以被制成的厚度/规格。

此外，由于这些耐火材料具有通常理想的Vicat温度，因此可以相对容易和有效地将所述材料制造和形成各种艺术性结构形成。另外，由于所述耐火材料可以被制成至少基本透明或半透明的，因此可以简单地改变所述材料，以表现出广泛的艺术表现、质地和颜色设计，例如当与其它装饰性物体图像层和/或染料等等组合时。另外，本文描述的组合物可以用一种或多中组分来改进，以改善抗划伤性和化学性稳定性以及抗冲击性。

本发明可以用其它具体形式实现，而不偏离本发明的精神和本质。所述实施方案在各个方面均被认为只是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围是通过所附权利要求而不是通过前面的描述来指示。所有落入权利要求等价物的意义和范围内的变化都包含在其范围内。

Claims (24)

1.一种用作装饰性建筑A级耐火建筑材料的半透明或透明的耐火挤出树脂片，包含：

已经形成树脂片的聚合物树脂组合物，所述聚合物树脂组合物包含75-85wt％聚酯树脂材料和15-25wt％聚碳酸酯树脂材料的混合物；和

在所述树脂片周围形成的PVC、PVF和PVDF覆膜中的至少一种，

其中所述树脂片是半透明或透明的耐火树脂。

2.权利要求1的耐火挤出树脂片，其中所述耐火挤出树脂片的厚度大于十六分之一英寸。

3.权利要求1的耐火挤出树脂片，其中所述耐火挤出树脂片具有大于十六分之一英寸厚度；和其中所述树脂片允许的透光率在所述聚合物树脂组合物的归一化的标准透光率的15％内。

4.权利要求1-3中任意一项的耐火挤出树脂片，其中所述聚合物树脂组合物还包含阻燃剂。

5.权利要求4的耐火挤出树脂片，其中所述阻燃剂是A-双(磷酸二苯酯)或间苯二酚双(磷酸二苯酯)中的至少一种。

6.权利要求1-3中任意一项的耐火挤出树脂片，其中所述聚酯树脂材料选自PETG、PCTG、PET、PMMA及其混合物。

7.权利要求1-3中任意一项的耐火挤出树脂片，还包含一种或多种染料以赋予所述耐火挤出树脂片所期望的颜色。

8.一种其中热成型有装饰性图像层的耐火、半透明或透明装饰性层状结构，所述装饰性层状结构适合用于A级建筑环境中，包含：

第一和第二耐火树脂片，所述第一和第二耐火树脂片的厚度均为0.13mm～12.7mm，并且所述第一和第二耐火树脂片均包含树脂组合物，所述树脂组合物包含比例为45～55wt％的共聚多酯、比例为33～43wt％的聚碳酸酯以及比例为9～19wt％的A-双(磷酸二苯酯)或间苯二酚双(磷酸二苯酯)的阻燃剂；和

在所述第一和第二耐火树脂片之间的至少一个装饰性图像层；

其中选择共聚多酯、聚碳酸酯和阻燃剂的比例，从而为每一个所述第一或第二耐火树脂片提供在所述聚合物组分的归一化标准透光率的15％之内的透光率值以及耐火特性，并且使得所述装饰性层状结构通过ASTM E-84试验。

9.权利要求8的装饰性层状结构，其中所述耐火树脂片的厚度大于十六分之一英寸。

10.权利要求8的装饰性层状结构，其中所述共聚多酯选自PETG、PCTG、PET及其混合物。

11.权利要求8-10中任意一项的装饰性层状结构，其中所述耐火树脂片还包含一种或多种染料以赋予所述耐火树脂片所期望的颜色。

12.权利要求8-10中任意一项的装饰性层状结构，还包括在所述耐火树脂片周围形成的PVC、PVF和PVDF覆膜中的至少一种。

13.一种符合A级建筑材料的半透明或透明耐火聚合物树脂片，包含：

65～75wt％的第一比例的聚碳酸酯，其中选择所述聚碳酸酯的比例以在大于十六分之一英寸的厚度下为所述聚合物树脂片提供结构稳定性；和

25～35wt％的第二比例的A-双(磷酸二苯酯)或间苯二酚双(磷酸二苯酯)阻燃剂，其中选择所述阻燃剂的比例，使得在经过ASTM E-84测量时在10分钟后所述聚合物树脂片具有小于25英寸/分钟的火焰蔓延值和小于450％-光吸收/分钟的烟浓度值；

其中所述聚合物树脂片是透明或半透明的，并且具有50℃～90℃的维卡软化点。

14.权利要求13的耐火聚合物树脂片，还包含覆膜。

15.权利要求14的耐火聚合物树脂片，其中所述覆膜选自PVC、PVF和PVDF。

16.权利要求13-15中任意一项的耐火聚合物树脂片，还包含一种或多种染料以赋予所述耐火聚合物树脂片所期望的颜色。

17.权利要求13-15中任意一项的耐火聚合物树脂片，其中所述聚碳酸酯的比例和所述阻燃剂的比例使得所述聚合物树脂片通过UPITT毒性试验。

18.一种符合A级建筑材料的半透明或透明耐火聚合物树脂片，包含：

85～97wt％的第一比例的共聚多酯，其中选择所述共聚多酯的比例以在大于十六分之一英寸的厚度下为所述聚合物树脂片提供结构稳定性；和

3～15wt％的第二比例的A-双(磷酸二苯酯)或间苯二酚双(磷酸二苯酯)阻燃剂，其中选择所述阻燃剂的比例，使得在经过ASTM E-84测量时在10分钟后所述聚合物树脂片具有小于25英寸/分钟的火焰蔓延值和小于450％-光吸收/分钟的烟浓度值；

其中所述聚合物树脂片是透明或半透明的，并且具有50℃～90℃的维卡软化点。

19.权利要求18的耐火聚合物树脂片，其中所述共聚多酯组分的比例为85～93wt％，其中所述阻燃剂化合物的比例为7～15wt％。

20.权利要求18的耐火聚合物树脂片，还包含覆膜。

21.权利要求20的耐火聚合物树脂片，其中所述覆膜选自PVC、PVF和PVDF。

22.权利要求18-21中任意一项的耐火聚合物树脂片，还包含一种或多种染料以赋予所述耐火聚合物树脂片所期望的颜色。

23.权利要求18-21中任意一项的耐火聚合物树脂片，其中所述共聚多酯的比例和所述阻燃剂的比例使得所述聚合物树脂片通过UPITT毒性试验。

24.权利要求18-21中任意一项的耐火聚合物树脂片，其中所述共聚多酯选自PETG、PCTG、PET及其混合物。