CN101827909A - 不含卤素的阻燃粘合剂组合物以及包含所述组合物的制品 - Google Patents

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Abstract

阻燃粘合剂和粘合带制品包括不含卤素的阻燃剂组合物，所述不含卤素的阻燃剂组合物包含次膦酸酯或次膦酸盐。所述不含卤素的阻燃剂组合物还可包含基本上不含卤化化合物或材料的附加材料，例如氧化铝三水合物和氢氧化镁。

Description

不含卤素的阻燃粘合剂组合物以及包含所述组合物的制品
背景技术
本发明涉及阻燃粘合剂组合物和粘合带制品。粘合剂和粘合带制品用于多种工业中并且用于多种不同的目的。粘合剂和粘合带制品通常在(例如)电力工业中用作绝缘带并且用于多种其他应用中。在多种这些应用中，希望或甚至需要抗燃性或阻燃性。众所周知并且广泛使用的阻燃材料和添加剂使用了一种或多种含卤素(如，含溴或含氯的)的化合物。然而在多种工业和消费产品中，加强的环境和安全审查要求降低或消除卤化和含卤素材料。目前可用的非卤化或不含卤素的粘合剂和粘合带制品不能证明有能力来提供所需的抗燃性和阻燃性、不能通过工业标准UL 510测试以及不能达到相比漏电起痕指数(“CTI”)等级I。
发明内容
简而言之，在一个方面，本发明提供了可用于(例如)条带制品构造中的粘合剂组合物。粘合剂组合物包括不含卤素的阻燃剂组合物。不含卤素的阻燃组合物包含次膦酸酯(或次膦酸盐)以及可任选地诸如(例如)氧化铝三水合物和氢氧化镁之类的一种或多种其他非卤化阻燃材料。
在其他方面，本发明提供了包括条带的制品。条带包括至少一种粘合剂组合物以及一种或多种背衬材料。粘合剂组合物和/或背衬材料可包括不含卤素的阻燃剂组合物。不含卤素的阻燃剂组合物包含次膦酸酯(或次膦酸盐)以及可任选地诸如(例如)氧化铝三水合物和氢氧化镁之类的一种或多种其他非卤化阻燃材料。
在其他方面，本发明提供了包括条带制品构造的各种制品。条带制品构造包括粘合剂组合物、不含卤素的阻燃剂组合物和不含卤素的背衬材料。不含卤素的阻燃剂组合物可存在于或掺入到粘合剂组合物和背衬材料中的一者或两者中。不含卤素的阻燃剂组合物也可存在于或掺入到条带制品构造内的独立的结构或功能层中。不含卤素的阻燃剂组合物包含次膦酸酯(或次膦酸盐)以及可任选地诸如(例如)氧化铝三水合物和氢氧化镁之类的一种或多种其他非卤化阻燃材料。
在另外其他方面，本发明提供了在应用和使用期间具有阻燃特性、通过工业标准UL 510测试并且达到相比漏电起痕指数(“CTI”)等级I的条带制品和粘合剂组合物。
优选实施例的具体实施方式
简而言之，本发明的实施例提供了粘合剂组合物以及包含组合物的条带制品，所述组合物包含或掺入一种或多种不含卤素的阻燃剂。可通过工业标准UL 510测试的阻燃测试部分来验证阻燃剂组合物的抗易燃性。阻燃剂组合物基本上不含卤化或含卤素的材料。不含卤素的阻燃剂组合物通常包含次膦酸酯(或次膦酸盐)。阻燃剂组合物还可包含一种或多种附加的非卤化阻燃材料，例如(如)氧化铝三水合物(Al2O3·3H2O)或氢氧化镁(Mg(OH)2)。
在某些实施例中，本发明的不含卤素的阻燃剂组合物包含次膦酸酯。次膦酸酯可为(例如)次膦酸盐形式。更具体地讲，可将次膦酸酯以金属次膦酸盐的形式掺入到阻燃剂组合物中。合适的金属次膦酸盐包括(例如)次膦酸铝盐和次膦酸锌盐。
在其他实施例中，不含卤素的阻燃剂组合物包括以下共混组合物，其包含与一种或多种附加的不含卤素的阻燃物质一起使用的次膦酸酯(或次膦酸盐)。合适的这种附加物质包括(例如)氧化铝三水合物(Al2O3·3H2O)和氢氧化镁(Mg(OH)2)。当组成共混物时，阻燃剂组合物将通常包含至少一种量为阻燃剂组合物的约17重量％至约100重量％的次膦酸酯(或次膦酸盐)，以及一种或多种量为阻燃剂组合物的约0％重量％至约83重量％的附加阻燃物质。使用掺入到粘合剂组合物或粘合带制品中的含次膦酸的阻燃剂组合物表现出通过工业标准UL 510易燃性测试以及获得相比漏电起痕指数(“CTI”)等级I所需的有利性质或特性。
在本发明的各种实施例中，将不含卤素的阻燃剂组合物与粘合剂材料共混或混合。由于通常希望最大程度地减少或消除商业和消费产品中的卤化材料，因此其中掺入阻燃剂组合物的粘合剂材料也优选基本上不含含卤素化合物。可用的粘合剂组合物包括多种不同类型和形式的粘合剂。在通过其性质或特性描述合适粘合剂的情况中，可使用诸如压敏粘合剂、热固性粘合剂、热熔性粘合剂以及其他类型的粘合剂之类的粘合剂。在通过其相对化学组成描述合适粘合剂的情况中，可使用诸如丙烯酸类粘合剂、聚烯烃粘合剂、苯乙烯共聚物粘合剂、有机硅粘合剂、环氧树脂粘合剂、乙烯共聚物粘合剂以及其他类型的粘合剂之类的粘合剂。可将本发明的不含卤素的阻燃剂组合物掺入到这种粘合剂材料中以便为该粘合剂赋予所需的阻燃性和抗燃性。
可将掺入本发明的阻燃剂组合物的粘合剂用于任何应用中，其中预期使用基础粘合剂并且需要一定程度地阻燃性和抗燃性。本发明的不含卤素的阻燃剂组合物尤其可用于条带制品构造中。这种条带制品通常包括其上施加(通常利用涂布)一个或多个功能或结构层的背衬材料。可将本发明的不含卤素的阻燃剂组合物中的一种或多种用于这种条带制品或与其结合使用，使用方式为将该组合物掺入到背衬材料和/或一个或多个功能或结构层中。可(例如)将阻燃剂组合物掺入到施加背衬材料的粘合剂组合物中，或可将其作为条带制品构造内独立于粘合剂层的非粘合剂层或与非粘合剂层一起进行应用。也可单独将其直接掺入到背衬材料中或与将其掺入到整个条带构造的功能或结构层中的一个或多个中相结合。因此在条带制品构造中使用本发明的阻燃剂组合物具有很大的灵活性。
不含卤素的阻燃剂组合物可包含(例如)仅仅一种或多种次膦酸化合物或一种或多种次膦酸化合物与一种或多种附加阻燃化合物(如，氧化铝三水合物或氢氧化镁)的共混物。阻燃剂组合物也可与其他材料一起用于粘合剂组合物或条带制品中。例如，多种粘合剂组合物包含一种或多种诸如(例如)双酰胺之类的交联组合物。粘合剂和条带制品通常还掺入一种或多种增粘剂化合物以得到粘合剂或条带的所需粘着性。本领域内的技术人员理解其他常见的添加剂、辅剂、试剂和材料(如，着色剂、颜料、底漆、填充剂、紫外线吸收剂、导电性粒子等)。
在本发明的一个示例性实施例中，多层条带制品包括施加至背衬材料处的本发明的不含卤素的阻燃粘合剂组合物。在这种情况下，粘合剂组合物包含不含卤素的阻燃剂组合物以作为施加至背衬材料的层。这种粘合剂层可具有任何所需的以及可行的厚度，但通常在约12μm至约80μm的范围内或者可能更高。优选的是，背衬材料不含含卤素化合物。合适的背衬材料包括(例如)：诸如聚酯(如，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯))、聚烯烃、聚酰胺和聚酰亚胺之类的聚合物材料；天然和合成橡胶材料；纸材料；金属箔；玻璃布；以及其他类型的材料。背衬可具有任何所需的以及可行的厚度，但通常在约25μm和约125μm的厚度之间。
包括本发明的不含卤素的组合物的条带制品可包括设置在粘合剂组合物和背衬之间的底漆。一种合适的底漆为3MTM P-93 Primer，可从3M公司(Saint Paul，Minnesota，USA)商购获得。条带制品也可被构造为在背衬的一侧包括低粘合力的背衬(或“LAB”)材料，在另一侧包括粘合剂组合物和(如果存在的话)底漆。低粘合力的背衬材料有助于避免在制造并且卷绕成卷材时单片条带进行彼此粘附。合适的LAB材料包括氨基甲酸酯聚合物，例如得自3M公司(Saint Paul，Minnesota，USA)的3MTM RD-1547氨基甲酸酯聚合物溶液。
实例
以下提供的实例和比较例有助于理解本发明，且这些实例和比较例不应被理解为对本发明范围的限制。除非另外指明，所有的份数和百分比均按重量计。使用下述测试方法和方案来评价以下示例性实例和比较例：
测试方法
1.UL 510可燃性测试：
将标本暴露于明火持续15秒。暴露于火焰之后，测试标本(其通常着火)上的任何火焰必需在低于60秒之内熄灭以便通过该测试。将该测试重复五次。对于标本，任何大于60秒的熄灭时间都认为是失败的。结果记录为“通过”或“失败”。关于该测试的其他信息可见于由Underwriters实验室(Northbrook，Illinois，USA)公布的UL 510标准的说明中。
2.干燥和湿润介电强度：
根据ASTM D149的方案来进行干燥和湿润介电强度的测试。通常，根据该测试，将样品布置在两个电极之间并且增加功率直至介电失效。在室温以及50％的相对湿度下进行“干燥”介电强度的测试。通过将样品暴露于23℃以及96％的相对湿度下并持续96小时来进行“湿润”介电强度的测试。为了通过干燥介电强度测试，介电强度必须大于或等于1000V/mil。为了通过湿润介电强度测试，必须保留干燥介电强度的至少90％(即，湿润介电强度大于或等于900V/mil)。
3.相比漏电起痕指数(“CTI”)：
材料的相比漏电起痕指数(或“CTI”)为在限定测试条件下的材料抗表面漏电起痕的测量值。测试方案示于ASTM D3638-07中。一般来讲，为了进行该测试，使测试标本的上表面支承在接近水平的平面内并且通过两个电极经受电应力。两个电极之间的表面经受连续数滴的电解质溶液，直至过电流设备工作，直至持续的火焰出现或直至测试间期过去。各个测试具有短的持续时间(小于1小时)且将至多50或100滴约20mg的电解质溶液以30秒的时间间隔滴至间隔开40mm的铂电极之间的测试标本表面上。在测试期间将100V和600V之间的交流电压施加至电极上。
将结果绘制成记录设置在标本表面上的电解质溶液滴剂的数量相对记录电压的曲线图。相比漏电起痕指数或CTI表示与50滴电解质溶液相对应的电压。对于给定的材料，CTI等级越低，与该材料相关的漏电距离则越大。CTI等级给定如下：
CTI等级I：CTI≥600V
CTI等级II：400V≤CTI＜600V
CTI等级IIIa：175V≤CTI＜400V
CTI等级IIIb：100V≤CTI＜175V
4.对钢的UL 510粘附力：
根据ASTM D1000进行测量，对钢的UL 510粘附力标准需要至少16oz/in(18g/mm)的粘附值。
5.不透明度：
根据ASTM D589-97测定不透明度。一般来讲，为了进行该测试，将薄膜样品设置在黑/白对照卡上。在空气干燥之后，利用BYK-Gardner型光谱仪指南来客观评价样品的减少。将结果记录为百分比不透明度，计算如下：
Y黑色/Y白色×100％
比较例C1至C3
将条带样品构造成能示出若干已知阻燃剂组合物的性能。对于每个比较例，将丙烯酸类粘合剂聚合物(以3MTM产品号21-3314-0004-0得自3M公司(Saint Paul，Minnesota，USA))与阻燃剂组合物进行混合，如下表1所示。在每种情况中，混合物包含30重量％至40重量％的阻燃剂。在存在溶剂(庚烷、乙酸乙酯或它们的共混物)的情况下，利用实验室型高强度混合机混合这些成分。将混合的粘合剂组合物直接涂布至底漆的25μm厚的PET膜上，具体方式为使用实验室刮刀式涂布机产生手工铺展样品或使用实验型涂布机(配备有刮刀式涂布机)产生具有约25μm的标称涂层厚度的连续涂布薄膜。涂布之后，将样品设置在强制对流烘箱中(在手工铺展样品的情况下)或使其连续通过隧道烘箱(在连续薄膜的情况下)，以便提取溶剂以及干燥样品。然后将涂布和干燥的样品进行切割或切开以产生0.75英寸(1.9厘米)的样品。使样品经受上述的测试方法并且结果提供于下表1中。
表1
  比较实例 阻燃剂 UL 510易燃性   UL 510介电击穿(％保留) CTI等级
C1  十溴二苯乙烷(得自Albermarle公司(Baton Rouge，LA，USA)的SaytexTM8010) 通过 通过 II
C2  多磷酸铵(得自Budenheim Iberica公司(Zaragoza，Spain)的产品″S XS10) 通过 失败 IIIa
C3  多磷酸盐(得自Chitec Technology公司(Taipei，Taiwan)的ZuranTM484) 通过 失败 IIIa
比较例C1至C3中的每一个，如表1所示，都具有合格的UL 510易燃性表现。包含含卤素阻燃剂的比较例C1通过UL 510介电击穿测试但仅具有CTI等级II(从而不能达到CTI等级I)。比较例C2和C3，均包含非卤化阻燃剂，不能通过UL 510介电击穿测试并且仅达到CTI等级IIIa(从而也不能达到CTI等级I)。
实例1-9和比较例C4-C7
将条带样品构造成能示出本发明的各种实施例。为了制备用于给定实例或比较例的条带样品，制备了包含下表2中所示的成分且量如表3所示的粘合剂组合物。对于每个样品，在存在溶剂(庚烷、乙酸乙酯或它们的共混物)的情况下，利用实验室型高强度混合机混合用于粘合剂组合物的这些成分。将所得的组合物直接涂布至底漆25μm厚的PET膜上，具体方式为使用实验室刮刀式涂布机产生手工铺展样品或使用实验型涂布机(配备有刮刀式涂布机)产生具有约25μm的标称涂层厚度的连续涂布薄膜。涂布之后，将样品设置在强制对流烘箱中(在手工铺展样品的情况下)或使其连续通过隧道烘箱(在连续薄膜的情况下)，以便提取溶剂以及干燥样品。然后将涂布和干燥的样品进行切割或切开以产生0.75英寸(1.9厘米)的样品。使样品经受上述的测试方法并且结果提供于下表3中。
表2
Figure GPA00001102757800081
Figure GPA00001102757800091
实例1-9显示，将根据本发明的实施例的不含卤素的阻燃剂组合物(仅仅包含次膦酸盐或其与氧化铝三水合物的组合)掺入到条带制品构造中赋予了有利的物理特性。这些实例中的每一个都通过了工业标准UL 510易燃性和介电击穿测试(即，湿润介电强度为干燥介电强的至少90％)。每一个实例也达到了CTI等级I。示出的实例也具有灵活性，可加入附加的添加剂，以控制其中掺入阻燃剂组合物的条带制品的粘附力和不透明度水平。包含比率低于阻燃剂组合物次膦酸盐的约17重量％的次磷酸以及氧化铝三水合物的阻燃剂组合物，该阻燃剂组合物需要较高含量的混合阻燃剂存在于粘合剂组合物中以便达到所需程度的抗燃性。这通常不利地影响粘合剂组合物的粘合特性，因此不是优选的。
尽管出于举例说明的目的，上述具体实施方式包含许多具体细节，但是本领域内的任何普通技术人员将会知道，对细节进行的多种变化、更改、替代和改变均在受权利要求书保护的本发明的范围之内。因此，具体实施方式中所描述的本发明不对受权利要求书保护的本发明施加任何限制。本发明的正确范围应该由以下权利要求书及其合适的法律等同物确定。

Claims (25)

1.一种不含卤素的阻燃粘合剂组合物，其包含至少一种粘合剂和如下不含卤素的阻燃剂组合物，该不含卤素的阻燃剂组合物包含次膦酸酯或次膦酸盐。
2.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述阻燃剂组合物还包含至少一种附加材料，该附加材料基本上不含含卤素化合物。
3.根据权利要求2所述的粘合剂组合物，其中所述至少一种附加材料包括氧化铝三水合物。
4.根据权利要求2所述的粘合剂组合物，其中所述至少一种附加材料包括氢氧化镁。
5.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述次膦酸盐为金属次膦酸盐。
6.根据权利要求5所述的粘合剂组合物，其中所述金属次膦酸盐为次膦酸铝盐或次膦酸锌盐。
7.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述粘合剂选自：压敏粘合剂、热固性粘合剂和热熔性粘合剂。
8.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中所述粘合剂选自丙烯酸类粘合剂、聚烯烃粘合剂、苯乙烯共聚物粘合剂、有机硅粘合剂、环氧树脂粘合剂和乙烯共聚物粘合剂。
9.根据权利要求2所述的粘合剂组合物，其中所述次膦酸酯或次膦酸盐占所述阻燃剂组合物的约17重量％至约100重量％，并且所述至少一种附加材料占所述阻燃剂组合物的约0重量％至约83重量％。
10.一种包括条带的制造品，其包括：
背衬材料，所述背衬材料基本上不含含卤素材料；
粘合剂组合物，所述粘合剂组合物设置在所述背衬材料的至少一个表面上；以及
不含卤素的阻燃剂组合物，所述不含卤素的阻燃剂组合物包含次膦酸酯或次膦酸盐。
11.根据权利要求10所述的制品，其中所述阻燃剂组合物还包含至少一种附加材料，该附加材料基本上不含含卤素化合物。
12.根据权利要求11所述的制品，其中所述至少一种附加材料包括氧化铝三水合物。
13.根据权利要求11所述的制品，其中所述至少一种附加材料包括氢氧化镁。
14.根据权利要求10所述的制品，其中所述阻燃剂组合物存在于设置在所述背衬材料的至少一个表面上的所述粘合剂组合物中。
15.根据权利要求10所述的制品，其中所述阻燃剂组合物存在于所述背衬材料中。
16.根据权利要求10所述的制品，其还包括底漆，该底漆设置在所述粘合剂组合物和所述背衬材料之间。
17.根据权利要求10所述的制品，其还包括低粘合性背衬，该低低粘合性背衬设置在所述粘合剂组合物对侧的所述背衬材料侧上。
18.根据权利要求10所述的制品，其还包括至少一种附加结构或功能层，该附加结构或功能层设置在所述背衬材料的至少一个表面上。
19.根据权利要求18所述的制品，其中所述至少一个附加结构或功能层包括所述阻燃剂组合物。
20.根据权利要求10所述的制品，其中所述次膦酸盐为金属次膦酸盐。
21.根据权利要求20所述的制品，其中所述金属次膦酸盐为次膦酸铝盐或次膦酸锌盐。
22.根据权利要求10所述的制品，其中所述粘合剂选自压敏粘合剂、热固性粘合剂和热熔性粘合剂。
23.根据权利要求10所述的制品，其中所述粘合剂选自丙烯酸类粘合剂、聚烯烃粘合剂、苯乙烯共聚物粘合剂、有机硅粘合剂、环氧树脂粘合剂和乙烯共聚物粘合剂。
24.根据权利要求10所述的制品，其中所述背衬材料包括聚酯、聚烯烃、聚酰胺或聚酰亚胺聚合物材料。
25.根据权利要求11所述的粘合剂组合物，其中所述次膦酸酯或次膦酸盐占所述阻燃剂组合物的约17重量％至约100重量％，并且所述至少一种附加材料占所述阻燃剂组合物的约0重量％至约83重量％。
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