CN1524900A - 非卤代阻燃材料 - Google Patents

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CN1524900A CNA2004100046482A CN200410004648A CN1524900A CN 1524900 A CN1524900 A CN 1524900A CN A2004100046482 A CNA2004100046482 A CN A2004100046482A CN 200410004648 A CN200410004648 A CN 200410004648A CN 1524900 A CN1524900 A CN 1524900A
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A�����߶���ɭ
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R
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��L����˹��ɭ
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Abstract

一种阻燃剂组合物包括一种高分子基材，一种非卤代阻燃材料和一种重量含量约占组合物1％的协同增效剂。该协同增效剂基本上不含金属氧化物。依照UL测试条件进行测试时，该阻燃剂组合物至少具有V－2可燃性级别。

Description

非卤代阻燃材料
技术领域
本发明涉及一种阻燃材料，更具体的说，本发明涉及一种使用非卤代化合物来增强阻燃剂协同效应的阻燃材料。
背景技术
作为阻燃剂(retardant)或阻燃板(barrier)的片状材料有着广泛的应用。通常，为了满足特殊的需要或应用，这些材料被加工成片状或其它形状，以制成含有电气或电子装置等的电器盒的结构的一部分、或邻近所述盒的一个结构或邻近所述结构的一部分。这些材料不仅能做为阻燃剂，而且也能做为电绝缘体。
一些已知的(阻燃)材料使用聚丙烯(以均聚物或乙烯的聚丙烯共聚物的形式)做为“基础”材料，并在其中添加阻燃剂。例如，阻燃剂包括卤代有机材料如四溴双酚A-二(2，3-二溴丙基醚)、四溴双酚A-二(2-羟乙基醚)、四溴双酚A-二(烯丙基醚)、六溴环癸烷、十溴二苯醚、八溴二苯醚、五溴二苯醚、2，4，6-三溴苯酚、聚二溴苯醚、二(三溴苯酚基)乙烷、四溴邻苯二甲酸酐或四溴邻苯二甲酸二醇酯。这些卤代的阻燃剂与协同增效剂一同使用，以增强卤代有机阻燃剂的效能。这些协同增效剂可以是金属氧化物如氧化锑，或是一种盐如锑酸钠。卤代有机阻燃剂与协同增效剂的比例大约介于2∶1到3∶1的范围之间。Lo等人在美国专利No.5,521,003中公开了一种示范性的(阻燃)材料，该专利与本申请被共同转让，并在此引用作为参考。
尽管这些(阻燃)材料能够有效地实现它们预定的目标，如阻燃和电绝缘，但是它们含有卤化材料和金属氧化物，而这两者，由于对环境具有潜在的不利的影响，业已发现是应该避免使用的。然而，即使这些(阻燃)材料具有一些不理想的组份，但是它们也有一些有利的和有益的性质，如成型(通常是通过一种挤出过程)性好，这种性质使得这些材料易于成形或加工成刚性的阻燃结构。因此，有必要寻求具有相似的功能和相似的“成型”性质，而对环境仅有较小影响甚至没有影响的其它材料。
相应的，还存在对易于挤出或铸模的阻燃材料的需求。希望这种(阻燃)材料具有已知的、现在使用的材料的阻燃性质，同时又减少了可能对环境有危害的物质的使用量。更希望这种阻燃材料消除对卤化物和金属氧化物的要求。
发明内容
一种阻燃剂的组合物包括一种高分子的基材，一种非卤代的阻燃材料和一种协同增效剂，优选的是一种粒径小于500纳米、重量含量的占组合物百分之一的硅酸盐。协同增效剂基本上不含金属氧化物。按照本发明的一个方面，协同增效剂也基本上不含重金属。依照UL测试条件测试时，此种阻燃剂的组合物的可燃等级至少是V-2级。
一种本发明的组合物具有已知的、现在使用的材料的阻燃性质，但减少了可能对环境含有危害的物质，如卤化物和金属氧化物的使用量。希望这种材料的性质包含易于挤出和铸模。
从下面的详细描述及结合后附的权利要求，本发明的这些和其它的特征和优点将成为明显的。
具体实施方式
虽然本发明容许有各种形式的实施例，但在附图中表示的和下文描述的是一个当前的优选实施例，不过应该理解，本公开被认为是对本发明的一个示例性说明，无意将本发明限定于这个所述的具体实施例。
需进一步理解的是，本说明书这部分的标题，即“具体实施方式”涉及美国专利局的要求，不暗示，也不应被推断为是对本发明的限制。
一种本发明的非卤代阻燃剂的组合物或材料包括含有复合盐和细小颗粒硅酸盐的低熔体流动(melt flow)聚丙烯，并具备与卤代阻燃材料相比更易获得的阻燃性质。在本非卤代阻燃材料中，如上所述，基材是一种低熔体流动的聚丙烯均聚物。
本领域的技术人员会知道，在挤出过程中，对于形成片状产品的(阻燃)材料来说，1.0左右的熔体流动指数是可以接受的。对其它的成型过程通常需要较高的熔体流动指数(如对于注射成型其熔体流动指数大约是12.0)，并预计使用聚丙烯均聚物和乙烯和丙烯共聚物的共混物会具有这种性质，以及其它所需的性质。同时也预计这种聚合物的混合物能够提供具有如下性质的材料，即允许刻划和弯曲而不断裂或撕裂，更重要的是不牺牲或者说损害阻燃的性能。
在本阻燃材料中，所含的盐是浓度为大约30％到35％的乙烯基二胺磷酸酯(ethylene diamine phosphate)和三聚氰胺阻燃剂。本阻燃剂可由北卡特罗那州Greensboro的Unitex Chemical公司处获得，产品编号是FRX 44-94S。
细小颗粒的硅酸盐被发现对阻燃剂具有协同增效作用。也就是说，少量的硅酸盐能减少阻燃材料中阻燃剂(如盐)的填充量。在本阻燃材料中，使用的是一种细小颗粒的、用季铵盐改性的天然蒙脱土(做为协同增效剂)。一种典型的硅酸盐或粘土可由德克萨斯州Gonzales的Southern ClayProducts，Inc获得，其注册商标是CLOISITE20A。这种材料提供的细小颗粒的90％粒径小于13微米，5％粒径小于6微米，10％粒径小于2微米。本领域的技术人员会知道，这种粘土常常被称作“纳米粘土”。在一个实施例中，粘土的粒径是500纳米或更小。
一种优选的阻燃材料还包括一种抗氧化剂。一种典型的抗氧化剂是一种具有高分子量、低挥发度的材料，它能阻止或减缓高分子基材(如聚丙烯)的降解。这种抗氧化剂还能阻止或减缓高温褪色。一种本发明中的抗氧化剂是一种酚基材料，如四甲撑-(3，5-二-t-丁基-4-羟基苯基丙酸酯)-甲烷(tetrakismethylene(3，5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)-methane)，可由印第安纳州Indianapolis的Great Lakes Chemical Corporation处购得，其产品名称是Anox 20。该阻燃材料中还包括一种金属(如铜)失活剂，如3-(N-水杨基)氨基-1，2，3-三唑(3-(N-salicyloyl)amino-1，2，3 triazole)，可由新泽西州Allendale的Amfine Chemical Corporation处购得，其产品名称是CDA-1。
已经发现，粘土的使用有助于减少为获取所需材料性质而必须使用的阻燃剂(如盐)的重量百分比用量。在一种本发明的材料中，聚丙烯基材占重量百分比浓度的约60％至70％，阻燃剂(如盐)占的重量含量约25％至不大于45％，优选的是约30％至35％，粘土占重量百分比的约1％。这一组成比例与其它非卤化体系的对比是，其它非卤化体系一般要求阻燃剂填充量占约60％，而磷基膨胀(intumescent)体系一般要求阻燃剂占约45％填充量。
本发明中阻燃材料的各种配方均按照Underwriter’s Laboratories(UL)所指定的条件，即UL 94等级，进行了燃烧测试，以便确定在此条件下材料的功效。共测试了三种配方。第一种配方，标记为“Blend 2”，阻燃剂(如FRX材料)的浓度占35％，但是不含粘土物质。第二种配方，标记为“Blend 4”，其中阻燃剂的含量是30％，纳米粘土的含量是1％。第三种配方，标记为“Blend 5”，其中阻燃剂的含量是30％，而炭促进剂的含量是1％。(炭促进剂也可由Unitex Chemical处购得，产品编号是5066)。
每种配方中还包括一种含量占1％抗氧化剂(Anox 20)，和一种含量占0.30％的金属失活剂(CDA-1)。材料中剩余部分则由聚丙烯均聚物组成(如在Blend 1和2中，在Blend 2中聚丙烯的浓度为63.7％，在Blend 4和5中，聚丙烯的浓度为67.7％)。下面的表1中以表格的形式给出了混合物的组成。
原材料 重量，磅  重量％
Blend 2 35％FRX
均聚物PP 637  63.70％
FRX 44-94S 350  35％
炭促进剂5066 0  0％
Cloisite 20A，纳米粘土 0  0％
Adk Stab CDA-1 3  .30％
Annox 20 10  1％
总量 1000  100.00％
Blend 4 30％FRX和1％纳米粘土
均聚物PP  338.50  67.70％
FRX 44-94S  150.0  30.00％
炭促进剂5066  0.0  0.00％
Cloisite 20A，纳米粘土  5.0  1.00％
Adk Stab CDA-1  1.5  0.30％
Annox 20  5.0  1.00％
总量  500  100.00％
Blend 5  30％FRX和1％炭促进剂
均聚物PP  338.50  67.70％
FRX 44-94S  150.0  30.00％
炭促进剂5066  5.0  1.00％
Cloisite 20A，纳米粘土  0.0  0.00％
Adk Stab CDA-1  1.5  0.30％
Annox 20  5.0  1.00％
总量  500  100.00％
               表1 非卤代阻燃聚丙烯配方
如上所示，每一种混合物的抽样材料均在UL指定的条件下进行测试以确定粘土内容物和伴随的阻燃剂(盐)(用量)减少所产生的功效。抽取的样品悬挂在铁夹上，在样品的下方采用火焰加热，第一次燃烧时，火焰持续(加热)10秒钟。移去火焰，依照UL 94标准，进行第二次燃烧，火焰持续(加热)第二个10秒钟。
测试的结果表示为：零(0)表示样品立即自熄；一段规定的时间表示样品燃烧持续的时间；或是CI表示样品“滴落”且点燃了样品下方的棉垫。术语AB用来表示燃烧之后的“时间”，也就是说样品(在移去火焰后)持续燃烧了所标注的时间。
测试的结果如表2-4所示。表2中的数据表示Blend 2在横向和纵向的可燃性测试(结果)。横向系指受试样品在铁夹上的放置方向与其从挤出机挤出的方向正交时的测试结果。相反，纵向系指在测试时受试样品的放置方向与其从挤出机挤出的方向相同时的测试结果。Blend 2受试样品厚0.027英寸，宽0.50英寸。Blend 4受试样品有两种不同大小，厚0.027英寸，宽0.50英寸(表3A)和厚0.015英寸，宽0.50英寸(表3B)。Blend5受试样品有两种不同大小，厚0.015英寸，宽0.50英寸(表4A)和厚0.057英寸，宽0.50英寸(表4B)。
    横向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
    1   5秒AB   CI@6秒   SE，CI
    2   5秒AB   CI@6秒   SE，CI
    3   4秒AB   CI@6秒   SE，CI
    4   1秒AB   CI@6秒   SE，CI
    5   1秒AB   CI@6秒   SE，CI
    机器方向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
    1   0   CI@2秒   SE，CI
    2   0   CI@3秒   SE，CI
    3   1秒AB   CI@3秒   SE，CI
    4   1   CI@4秒   SE，CI
    5   1   CI@1秒   SE，CI
            表2 Blend 2的可燃性测试结果
  横向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
  1   1秒AB   CI@5秒   SE，CI
  2   1秒AB   CI@5秒   SE，CI
  3   1秒AB   CI@5秒   SE，CI
  4   0   CI@5秒   SE，CI
  5   0   CI@7秒   SE，CI
    纵向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
  1   0   CI@9秒   SE，CI
  2   0   CI@9秒   SE，CI
  3   0   CI@10秒，2秒AB   SE，CI
  4   0   CI@10秒，2秒AB   SE，CI
  5   0   CI@10秒，2秒AB   SE，CI
          表3A Blend 4可燃性测试结果，
          样品厚0.027英寸，宽0.50英寸
  横向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
  1   0   CI@5秒   SE，CI
  2   1秒AB   CI@3秒   SE，CI
  3   0   CI@2秒   SE，CI
  4   3秒AB，CI   N/A   SE，CI
  5   0   CI@5秒   SE，CI
  纵向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
  1   1秒AB   CI@5秒   SE，CI
  2   1秒AB   CI@4秒   SE，CI
  3   2秒AB   CI@3秒   SE，CI
  4   2秒AB   CI@1秒，2秒AB   SE，CI
  5   1秒AB   CI@4秒   SE，CI
      表3B Blend 4的可燃性测试结果，
      样品厚0.015英寸，宽0.50英寸
  横向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
  1   0   CI@6秒   SE，CI
  2   3秒AB   CI@6秒   SE，CI
  3   3秒AB   CI@6秒   SE，CI
  4   2秒AB   CI@6秒   SE，CI
  5   2秒AB   CI@6秒   SE，CI
  纵向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
  1   1秒AB   CI@9秒，1秒AB   SE，CI
  2   0   0   SE
  3   1秒AB   CI@5秒，3秒AB   SE，CI
  4   0   CI@6秒，2秒AB   SE，CI
  5   1秒AB   CI@8秒，1秒AB   SE，CI
      表4A Blend 5的可燃性测试结果，
      样品厚0.015英寸，宽0.50英寸
    横向     第一次燃烧     第二次燃烧     评价
    1     0     0     SE
    2     0     1秒AB     SE
    3     0     0     SE
    4     0     3秒AB     SE
    5     1秒AB     0     SE
  纵向   第一次燃烧   第二次燃烧   评价
  1   0   2秒AB   SE
  2   0   2秒AB   SE
  3   0   1秒AB   SE
  4   0   0   SE
  5   0   1秒AB   SE
    表4B Blend 5的可燃性测试结果，
    样品厚0.057英寸，宽0.50英寸
从数据结果可以看出，35％的混合物(Blend 2)，和含有1％纳米粘土的30％的混合物(Blend 4和5)，达到了UL V-2可燃性级别(也就是说，在垂直样品上燃烧30秒后停止；允许燃烧的颗粒滴落)。这一结果是意想不到的，因为先前已知的阻燃材料需要加入大约45％的阻燃剂(如盐)才能获得上述这些相同的可燃性测试结果。
在此提及的所有专利，都在此引用作为参考，不管是否在本公开的文本中具体引用过。
在本公开中，单词”a”或”an”被认为包括单数和复数。相反，任何提及的复数物品，在适当的时候也应包括单数。
由前所述，可以知道，在不偏离本发明新概念的真正的精神和范围下，可以进行多种的修正和改变。还应该理解的是，上述的具体实施例目的不是，也不应推断为对本发明的限定。本公开打算按照后附权利要求书包括权利要求书范围内的所有变更。

Claims (17)

1、一种阻燃剂组合物包括：
一种高分子的基材；
一种非卤代的阻燃材料；和
一种重量含量约占组合物百分之一的协同增效剂，该协同增效剂基本上不含金属氧化物，
其中，所述阻燃剂组合物，依照UL测试条件测试时，其可燃等级至少是V-2级。
2、按权利要求1所述的阻燃剂组合物，其中所述的高分子的基材是聚丙烯。
3、按权利要求2所述的阻燃剂组合物，其中所述的聚丙烯是均聚物。
4、按权利要求1所述的阻燃剂组合物，其中所述的阻燃材料是一种磷酸盐。
5、按权利要求1所述的阻燃剂组合物，其中所述的协同增效剂是一种粘土。
6、按权利要求5所述的阻燃剂组合物，其中所述的粘土是一种纳米粘土。
7、按权利要求5所述的阻燃剂组合物，其中所述的粘土粒径是500纳米或更小。
8、按权利要求1所述的阻燃剂组合物，其中所述的非卤代的阻燃材料的重量含量的占组合物的25％至不大于45％。
9、一种阻燃剂组合物包含：
一种重量含量约占组合物60％至70％的高分子的基材；
一种重量含量约占组合物30％至35％的非卤代阻燃材料；和
一种重量含量约占组合物百分之一的协同增效剂，该协同增效剂基本上不含金属氧化物，
其中，所述阻燃剂组合物，依照UL测试条件测试时，其可燃等级至少是V-2级。
10、按权利要求9所述的阻燃剂组合物，其中所述的高分子的基材是聚丙烯。
11、按权利要求10所述的阻燃剂组合物，其中所述的聚丙烯是聚丙烯均聚物。
12、按权利要求9所述的阻燃剂组合物，其中所述的非卤代的阻燃材料是一种磷酸盐。
13、按权利要求9所述的阻燃剂组合物，其中所述的协同增效剂是一种粘土。
14、按权利要求9所述的阻燃剂组合物，其中所述的粘土是一种纳米粘土。
15、按权利要求9所述的阻燃剂组合物，其中所述的粘土粒径是500纳米或更小。
16、一种阻燃剂组合物包括：
一种重量含量约占组合物60％至70％的聚丙烯基材；
一种重量含量约占组合物30％至35％的磷酸盐非卤代阻燃材料；和
一种重量含量约占组合物百分之一的粘土材料协同增效剂，该协同增效剂基本上不含金属氧化物，
其中，所述阻燃剂组合物，依照UL测试条件测试时，其可燃等级至少是V-2级。
17、按权利要求16所述的阻燃剂组合物，其中所述聚丙烯基材的重量含量约占组合物的68％，所述的磷酸盐非卤代阻燃材料的重量含量约占组合物的30％，粘土材料协同增效剂的重量含量约占组合物的百分之一。
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