CN105473333A - 阻燃薄膜 - Google Patents

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Abstract

阻燃薄膜是一种薄的柔性薄膜，所述薄的柔性薄膜由约60.0％至87.0％的聚烯烃以及约6％至30％的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物制成，所述Mg(OH)2阻燃剂浓缩物包含约60％的Mg(OH)2。当根据ASTM？E？84(建筑材料表面燃烧特性标准测试方法)测试时，所述薄膜表现出不大于20的火焰传播指数和不大于60的烟雾生成指数。

Description

阻燃薄膜
相关申请数据的交叉引用
本申请要求了2013年8月23日提交的序列号为61/869,436的美国临时专利申请的权益和优先权，其公开内容以其整体并入本文。
背景技术
所有类型的薄膜用于各种行业中。例如，薄膜和薄片用作管子的蒸汽夹套材料、建筑物的绝缘饰面以及充气室/管道增压室的护套。这种薄膜可以用作防水膜和/或不透气膜。这些薄膜防止在管路、设备、建筑物和部件表面上形成冷凝，如果冷凝不减弱，则会适时地对管路、设备和建筑物部件产生有害影响。通常，这些薄膜为增强聚合物和纸基薄膜。
这些薄膜的一个缺点在于，除了它们的阻隔性能，它们还必须满足一定的阻燃性能。对建筑材料的阻燃性的常规测试为ASTME84(用于建筑材料的表面燃烧特性标准测试方法)。该测试使用斯坦纳(Steiner)隧道试验协议来测量水平测试标本下面的火焰生长。结果是得出无量纲数的火焰传播指数(FSI)，其中石棉水泥板的值为0，红橡木板控制样本的值为100。该测试还测量了烟雾生成的烟雾形成指数(SDI)，其中石棉水泥板的值为0，红橡木板控制样本的值为100。SDI也使用斯坦纳隧道试验协议来导出。
在增压应用所需的水平，基于聚烯烃的薄膜一般无法通过这项测试。通过测试的薄膜通常厚度小于1/1000英寸(1密尔)，或者为厚度大于1/8英寸的厚板，其要求非常高负载量的阻燃剂。
卤代化合物常用于阻燃材料中。这种材料在中等负载量时功能良好以便降低聚烯烃和其他聚合物的可燃性。然而，卤代材料在燃烧时往往生成大量的烟雾。另一个问题是一些更常用的溴化的阻燃化合物由于健康和环境问题正在被逐步淘汰。
因此，需要一种满足期望的火焰传播指数要求和烟雾形成指数的基于聚烯烃的薄膜。
发明内容
阻燃薄膜包括薄的柔性薄膜，所述薄的柔性薄膜包括约60.0％至约87.0％的聚烯烃以及约6％至约30％的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物，所述Mg(OH)2阻燃剂浓缩物包含约60％的Mg(OH)2。当根据ASTME84(建筑材料表面燃烧特性标准测试方法)测试时，所述薄膜表现出不大于20的火焰传播指数(FSI)和不大于60的烟雾生成指数。
在实施例中，所述薄膜包括约1.0％至约10％的TiO2浓缩物和约1％至约6％的UV抑制剂浓缩物，所述TiO2浓缩物包含约70％的TiO2，所述UV抑制剂浓缩物包含约5％的抑制剂。所述薄膜的厚度可以为约3密尔至约10密尔。
一种适合的聚烯烃为聚乙烯(PE)。所述PE可以是高密度聚乙烯(HDPE)。所述HDPE可以是取向HDPE。
薄膜的一个实施例由约62.5％的HDPE和约25％至约30％的包含60％Mg(OH)2的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物制成。薄膜配方可进一步包括约10％的包含70％TiO2的TiO2浓缩物以及约2.5％的包含约5％抑制剂的UV抑制剂浓缩物。
所述薄膜可以形成为取向薄膜。在一个实施例中，薄膜由取向薄膜的多个层片形成，该层片通过层压材料彼此层压。合适的层压材料为聚乙烯。层压材料可以基本上不含阻燃材料。
每个层片由浓度为约80％至约85％的聚烯烃和浓度为约6％至约15％的阻燃材料制成。层片可以进一步包括：浓度为约1.5％至约2.0％的TiO2浓缩物，浓度为约2.5％至约6.0％的UV抑制剂浓缩物，以及浓度为约1.0％至约5.0％的抗氧化剂浓缩物。在实施例中，所述层压材料占薄膜总重量的约10％至约20％。取向层片以其各自取向方向彼此之间成0度到180度之间，不包括0度和180度的角度彼此层压。这种薄膜可以包括两个层片。在实施例中，薄膜包括三个层片，并且至少两个层片以其各自取向方向彼此之间成0度到180度之间，不包括0度和180度的角度彼此层压。
通过下面的描述结合附图页和所附权利要求书，本设备的这些和其它特征和优点将显而易见。
具体实施方式
本公开允许为各种形式的实施例，在附图中示出并且将在下文描述按如下理解的一个或多个实施例，本公开将视作仅为说明性的，并且不旨在将本公开限制为所述或所说明的任何特定实施例。
聚烯烃薄膜制成满足小于25的火焰传播指数要求和小于50的烟雾形成指数。在实施例中，该薄膜为具有约0.003至0.010英寸厚度的薄的薄膜。一种薄膜可以由高密度聚乙烯(HDPE)制成。在实施例中，氢氧化镁用于减少烟雾生成，但不会不利地影响火焰传播。
下表1提出了10密尔薄膜的一个配方的实例，其使得火焰传播指数为15，烟雾形成指数为15。该薄膜如下表3中的样品号10所示。
表1-具有15/15的E-84结果的10密尔薄膜的配方
下面的表2提出了3密尔取向交叉层压薄膜(具有在两个层片之间的层压层的2层片薄膜)的一个配方的实例，其使得火焰传播指数为10，烟雾形成指数为25。该薄膜如下表3中的样品号11所示。
表2-具有10/25的E-84结果的3密尔取向交叉层压薄膜的配方
如表1所示，制备了由约62.5％的HDPE，约25％的包含60％Mg(OH)2的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物，约10％的包含70％TiO2的TiO2浓缩物以及约2.5％的包含约5％抑制剂的UV抑制剂浓缩物制成的10密尔薄膜(样品号10)。
并且，如表2所示，制备了包括取向交叉层压的两个层片的3密尔薄膜(样品11)，每个层片由约81％的HDPE，约10％的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物(包含约60％Mg(OH)2)，约1.5％的TiO2浓缩物(包含约70％TiO2)，约5％的UV抑制剂浓缩物(包含约5％的抑制剂)以及约2.5％抗氧化剂浓缩物(包含约4％抗氧化剂)制成。两个层片用聚乙烯层压。按重量计，聚乙烯浓度为薄膜的约16.7％。
这些薄膜通过与各种其它薄膜的样品相比来比较薄膜的火焰传播指数和烟雾形成指数。所用的阻燃材料为可从印度尼西亚巴达维亚的TechmerPM以及纽约柏油村的Ampacet公司商购获得的材料。其它薄膜样品包括已知的聚偏二氯乙烯(PVDC)夹套(样品号1)；无阻燃剂的HDPE薄膜(样品号2)；阻燃剂浓度为25％和30％的复合卤化阻燃薄膜(TechmerFR，样品号3和4)；阻燃剂浓度为15％、30％和40％的复合无卤阻燃薄膜(TechmerFR，样品号5、6和7)；使用浓度为15％和30％的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物的阻燃薄膜(AmpacetFR，样品号8和9)；由约62.5％HDPE，约25％的包含约60％Mg(OH)2的Mg(OH)2阻燃剂(TechmerFR，样品号10，如上所述)，约10％的包含约70％TiO2的TiO2浓缩物和包含约5％抑制剂的UV抑制剂浓缩物制成的10密尔薄膜；混合有10％阻燃剂的3密尔取向交叉层压HDPE薄膜(AmpacetFR，样品号11，如上所述)；混合有10％阻燃剂的5密尔取向交叉层压HDPE薄膜(AmpacetFR，样品号12)以及混合有10％阻燃剂的6.5密尔取向交叉层压HDPE薄膜(AmpacetFR，样品号13)。Techmer和Ampacet都使用Mg(OH)2阻燃剂，该Mg(OH)2阻燃剂由聚乙烯中的60％Mg(OH)2制成；Techmer的非卤化阻燃剂是专有的(proprietary)；Techmer的卤化阻燃剂FR-1和FR-2包含了2-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)乙烷，三氧化锑和其他专有的材料。每个样本的浓度都是专有的。测试结果如下表3所示。
表3-各种薄膜配方的火焰传播和烟雾生成结果对比
注释：
1-样品1为6密尔厚的已知的PVDC夹套材料。
2-样品11形成为3密尔厚HDPE取向交叉层压薄膜，并且包含0.5密尔无FR聚乙烯层压层。
3-样品12形成为5密尔厚HDPE取向交叉层压薄膜，并且包含0.5密尔无FR聚乙烯层压层。
4-样品13形成为6.5密尔厚HDPE取向交叉层压薄膜，并且包含三(3)个0.5密尔无FR聚乙烯层压层；该6.5密尔厚的产品为两(2)个3.0密尔的交叉层压薄膜层压在一起的。
5-负载在交叉层压薄膜中的FR仅仅存在取向层片中。
从上表3可以容易地看出，由约62.5％的HDPE，约25％的包含约60％Mg(OH)2的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物，约10％的包含约70％TiO2的TiO2浓缩物以及约2.5％的包含约5％抑制剂的UV抑制剂浓缩物制成的10密尔薄膜(样品10)表现出了出人意料的结果，其中火焰传播指数为15，烟雾形成指数为15。对于使用更高负载量的TechmerFR的薄膜尤其如此，当相对于生烟而言预将预计到至少一种相反的结果时，其表现出相同的火焰传播结果，但是更高的生烟结果。另外，指出了具有约10％的包含约60％Mg(OH)2的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物，约1.5％的包含约70％TiO2的TiO2浓缩物以及约5.0％的包含约5％抑制剂的UV抑制剂浓缩物制成的3密尔(总体上)厚度取向交叉层压HDPE薄膜(样品11)也表现出了出人意料的结果，其中火焰传播指数为10，烟雾形成指数为25，二者也正好在分别小于25和小于50的可接受FSI和SDI极限范围内。
此外，表3中的结果表明，当与非阻燃薄膜相比，含卤化阻燃剂仅看到微小改进，当将氢氧化锰用作阻燃剂时，烟雾大幅减少，火焰传播没有增加或者仅微小增加。对于火焰传播指数(FSI)而言，可接受水平或值为小于等于25，而对于烟雾生成指数(SDI)而言，可接受水平或值为小于等于50。
表3还示出薄的薄膜(例如，3.0、5.0和6.5密尔的薄膜)可以使用交叉层压技术形成为交叉层压薄膜，如和本申请共同转让并且其全部内容通过引用并入本文中的巴恩斯的美国专利No.6,284,344中所述的那些薄膜。这些薄的交叉层压薄膜保持较低的FR负载量，然而表现出低火焰传播指数和烟雾生成指数(对于3.0、5.0和6.5密尔的薄膜其指数分别为10/25、15/35和20/40)。这些薄膜的优点还在于它们比非交叉层压薄膜具有更高的抗撕裂强度和更高的抗张强度，因此可以用于更有挑战性的装置中。
以上讨论的火焰传播指数(FSI)和烟雾形成指数(SDI)的测试根据前述的ASTME84(建筑材料表面燃烧特性标准测试方法)来实施的，以确定每个样品的火焰传播指数(FSI)和烟雾形成指数(SDI)。
可以使用薄膜吹塑法以及其他方法来生产薄膜。例如，铸型的(cast)HDPE薄膜将产生类似的结果。这种HDPE薄膜可以通过已知的挤出工艺形成。如上所述，包括双向取向以及单向取向的取向薄膜，诸如取向交叉层压HDPE薄膜将产生相似的结果。一种这样的薄膜为高密度聚乙烯(HDPE)或者为HDPE和低密度聚乙烯(LDPE)的组合，如在巴恩斯的前述专利中所描述的那样(其中已添加了阻燃材料)。
其他薄膜和薄膜形成方法将是本领域技术人员所公认的，并且属于本公开的精神和范围内。例如，可以预期的是其它合适的材料能够用于制造本阻燃薄膜，此类其它适合的材料可以包括聚丙烯或多种其它聚烯烃材料和共混物、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯以及其他与Mg(OH)2阻燃剂浓缩物相容的热塑性材料。其他薄膜形成方法包括铸型技术，挤出工艺等。
应该理解的是，本薄膜满足对用于充气增压和其他应用中的材料的25/50要求并且不含卤素，从而解决了当燃烧时卤素化合物有大量烟雾生成的顾虑以及溴化阻燃化合物带来的健康和环境问题。
在公开中，除非另外指明，所有百分比(％)视情况均为薄膜或者层片的重量百分比。另外，词语“一个”或“一种”将视为包括单数和复数两者。相反地，对复数术语的任何引用视情况而定包括单数。
本文涉及的所有专利或专利申请通过引用合并在本文中，无论在本公开的文本中是否明确地这样做。
从上述内容可以观察到在不脱离本薄膜的新颖概念的真实精神和范围的情况下可以实现许多修改和变型。将理解的是并非旨在或者应推导出相对于所阐述的具体实施例的限制。本公开旨在通过所附权利要求书涵盖属于权利要求书范围内的所有这种修改。

Claims (17)

1.一种阻燃薄膜，包括：
薄的柔性薄膜，所述薄的柔性薄膜包括约60.0％至约87.0％的聚烯烃以及约6％至约30％的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物，所述Mg(OH)2阻燃剂浓缩物包含约60％的Mg(OH)2，其中当根据ASTME84，建筑材料表面燃烧特性标准测试方法测试时，所述薄膜表现出不大于20的火焰传播指数和不大于60的烟雾生成指数。
2.根据权利要求1所述的阻燃薄膜，其中所述薄膜包括约1.0％至约10％的TiO2浓缩物，所述TiO2浓缩物包含约70％TiO2，以及约1％至约6％的UV抑制剂浓缩物，所述UV抑制剂浓缩物包含约5％的抑制剂。
3.根据权利要求1所述的阻燃薄膜，其中所述薄膜具有约3密尔至约10密尔的厚度。
4.根据权利要求1所述的阻燃薄膜，其中所述聚烯烃为聚乙烯。
5.根据权利要求4所述的阻燃薄膜，其中所述聚乙烯为高密度聚乙烯(HDPE)。
6.根据权利要求5所述的阻燃薄膜，其中所述HDPE为取向HDPE。
7.根据权利要求5所述的阻燃薄膜，其中所述薄膜由约62.5％的HDPE和约25％至30％的Mg(OH)2阻燃剂浓缩物制成，所述Mg(OH)2阻燃剂浓缩物包含约60％Mg(OH)2。
8.根据权利要求7所述的阻燃薄膜，其中所述薄膜配方包括约10％的TiO2浓缩物和约2.5％的UV抑制剂浓缩物，所述TiO2浓缩物包含约70％TiO2，所述UV抑制剂浓缩物包含约5％抑制剂。
9.根据权利要求7所述的阻燃薄膜，其中所述薄膜形成为取向薄膜。
10.根据权利要求1所述的阻燃薄膜，其中所述薄膜由多个层片的取向薄膜形成，所述层片通过层压材料彼此层压。
11.根据权利要求10所述的阻燃薄膜，其中所述层压材料为聚乙烯，并且其中所述层压材料基本上不含阻燃材料。
12.根据权利要求11所述的阻燃薄膜，其中每个层片由浓度为约80％至约85％的聚烯烃和浓度为约6％至约15％的阻燃材料制成。
13.根据权利要求12所述的阻燃薄膜，其中每个层片进一步包括浓度为约1.5％至约2％的TiO2浓缩物，浓度为约1.0％至约6.0％的UV抑制剂浓缩物，以及浓度为约1.0％至约5.0％的抗氧化剂浓缩物。
14.根据权利要求11所述的阻燃薄膜，其中所述层压材料占薄膜总重量的约10％至约20％。
15.根据权利要求10所述的阻燃薄膜，其中所述取向层片以其各自取向方向彼此之间成0度到180度之间，不包括0度和180度的角度彼此层压。
16.根据权利要求15所述的阻燃薄膜包括两个层片。
17.根据权利要求15所述的阻燃薄膜，包括三个层片，其中至少两个所述层片以其各自取向方向彼此之间成0度到180度之间，不包括0度和180度的角度彼此层压。
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