ES2307274T3 - Composicion resistente al fuego particularmente para material de cables de energia y/o de telecomunicacion. - Google Patents

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Abstract

Composición resistente al fuego, particularmente para un material de cable de energía y/o de telecomunicación, caracterizada porque comprende un polímero así como óxido de aluminio Al2O3 en forma de partículas cuyo diámetro medio es inferior a un micrómetro.

Description

Composición resistente al fuego particularmente para material de cables de energía y/o de telecomunicación.
La presente invención se refiere a una composición para un material capaz de resistir condiciones térmicas extremas.
La invención encuentra una aplicación particularmente ventajosa, pero no exclusiva, en el campo de los cables de energía y/o telecomunicación que están destinados a permanecer en funcionamiento durante un tiempo definido, cuando son sometidos a temperaturas elevadas y/o directamente a las llamas.
Actualmente una de las principales preocupaciones de la industria del cable es la mejora del comportamiento y los rendimientos de los cables en condiciones térmicas extremas, particularmente las encontradas durante un incendio. Por razones esencialmente de seguridad, efectivamente es indispensable maximizar las capacidades del cable para retardar la propagación de la llamas por una parte, y de resistir al fuego por otra parte. Una ralentización significativa del progreso de las llamas significa un tiempo ganado para evacuar los lugares y/o para poner en funcionamiento medios de extinción apropiados. Una mejor resistencia al fuego ofrece al cable la posibilidad de funcionar durante más tiempo, siendo menos rápida su degradación.
Tanto si es eléctrico u óptico, destinado al transporte de energía o a la transmisión de datos, un cable está esquemáticamente constituido por al menos un elemento conductor que se extiende en el interior de al menos un elemento aislante. Debe apreciarse que al menos uno de los elementos aislantes puede desempeñar igualmente la función de medio de protección y/o que el cable puede comprender además al menos un elemento de protección específico, que forma una funda. Sin embargo, es conocido que entre los mejores materiales aislantes y/o de protección utilizados en la fabricación de cables, desgraciadamente muchos de ellos son también materias fuertemente inflamables. Este es el caso particularmente de las poliolefinas y sus copolímeros como, por ejemplo, polietileno, polipropileno copolímeros de etileno y acetato de vinilo o copolímeros de etileno y propileno. En cualquier caso, en la práctica, esta inflamabili-
dad excesiva resulta completamente incompatible con los requisitos de resistencia al fuego anteriormente indicados.
En el campo de la fabricación de cables, existen numerosos métodos para mejorar el comportamiento respecto al fuego de los polímeros empleados como materiales de aislamiento y/o de fundas.
La solución más extendida hasta ahora ha consistido en emplear compuestos halogenados, en forma de un subproducto halogenado dispersado en una matriz polímera o directamente en forma de un polímero halogenado como en el caso, por ejemplo, de un PVC. No obstante, las regulaciones actuales tienden en lo sucesivo a prohibir la utilización de este tipo de sustancias debido esencialmente a su toxicidad y su corrosividad potenciales, ya sea en el momento de la fabricación del material o bien durante su descomposición por el fuego. Esto es particularmente cierto cuando la descomposición en cuestión puede intervenir accidentalmente durante un incendio, pero igualmente también de forma deliberada en el transcurso d una incineración. En cualquier caso, de reciclado de los materiales halogenados resulta siempre particularmente problemático.
Este es el motivo por el que se recurre cada vez más a materiales de carga ignífugos no halogenados y particularmente a hidróxidos metálicos como hidróxido de aluminio o hidróxido de magnesio. Este tipo de soluciones técnicas presenta no obstante el inconveniente de precisar grandes cantidades de materiales de carga para conseguir un nivel de eficacia satisfactorio, ya sea en términos de capacidad de retrasar la propagación de las llamas o bien de resistencia al fuego. Como ejemplo, el contenido d hidróxidos metálicos puede alcanzar normalmente 100 a 150 partes en peso para 100 partes en pes de resina polímera.
Sin embargo, cualquier incorporación masiva de una materia de carga induce un aumento considerable de la viscosidad del material compuesto. Esto genera inevitablemente una disminución apreciable de la velocidad de extrusión y, consecuentemente, una reducción significativa de la productividad. Finalmente, esto tendrá una influencia negativa sobre el coste del material compuesto, que ya está ampliamente gravado por el precio de coste intrínsecamente elevado de la materia de carga ignífuga no halogenada, tanto más cuanto que dicha materia de carga debe ser utilizada en una cantidad considerable.
Pero independientemente de este aspecto puramente económico los rendimientos de resistencia al fuego de los materiales resultan actualmente todavía insuficientes para satisfacer todas las condiciones de los ensayos respecto al fuego.
Los filosilicatos son igualmente conocidos para ser utilizados en materias de carga ignífugas no halogenadas. Estos compuestos inorgánicos son apreciables en cuanto pueden formar materiales nanocompuestos con las matrices polímeras en las que están dispersados.
No obstante, este tipo de solución presenta el inconveniente de ser particularmente costosa, debido esencialmente al coste del tratamiento previo indispensable a que debe ser sometido cada filosilicato para poder disponer de un carácter suficientemente orgánofilo. Estos materiales compuestos presentan además propiedades eléctricas escasas, una viscosidad que penaliza las velocidades de extrusión, así como una resistencia al fuego que es en cualquier caso insuficiente.
También, el problema técnico que debe ser resuelto por el objeto de la presente invención es proponer una composición resistente al fuego, particularmente para un material de cable de energía y/o telecomunicación, composición que permita evitar los problemas del estado de la técnica siendo poco costosa, y ofreciendo sin embargo propiedades de resistencia al fuego considerablemente mejoradas.
La solución al problema técnico planteado consiste, según la presente invención, en que la composición comprende un polímero así como óxido de aluminio en forma de partículas cuyo diámetro medio es inferior a un micrómetro.
Se entiende por óxido de aluminio la alúmina no hidratada, de fórmula Al_{2}O_{3}.
Dicho de otro modo, una composición según la invención comprende una matriz polímera en la que está dispersada alúmina submicrónica que desempeña la función de materia de carga ignífuga.
Debe apreciarse que la expresión "composición resistente al fuego" indica en este caso de forma muy general cualquier composición destinada a constituir un material capaz de retrasar la propagación de un fuego y/o resistir a un fuego.
Cualquiera que sea, el tamaño medio de las partículas de óxido de aluminio constituye el parámetro esencial de la invención, en el sentido de que la resistencia al fuego del material polímero está directamente asociada a la granulometría de la materia de carga ignífuga. En efecto se observa un efecto ignífugo particularmente apreciable cuando la alúmina utilizada presenta una granulometría muy fina y, particularmente, cuando el diámetro medio de las partículas que la componen es inferior a un micrómetro. Se aprecia además que cuanto más pequeño es el tamaño de partículas del óxido de aluminio, más apreciable es el efecto ignífugo.
La invención así definida presenta la ventaja de poder disponer de un material polímero ventajoso con una resistencia al fuego mejorada, así como con buenas propiedades mecánicas con respecto a sus homólogos del estado de la técnica. Debido a esto este material está perfectamente adaptado para ser utilizado en la realización de fundas de cables de energía y/o de telecomunicación. Se piensa en este caso tanto en un revestimiento aislante como en una funda de protección o una capa de material de relleno.
De acuerdo con un modo de realización actualmente preferido de la invención, el óxido de aluminio está compuesto por partículas que presentan un diámetro medio inferior a 20 nanómetros.
De forma particularmente ventajosa, la composición comprende entre 1 y 80% en peso de óxido de aluminio y preferentemente entre 2 y 20%.
Según una particularidad de la invención, el polímero es escogido entre un polietileno, un polipropileno, un copolímero de etileno y propileno (EPR), un terpolímero de etileno-propilenodieno (EPDM), un copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA), un copolímero de etileno y acrilato de metilo (EMA), un copolímero de etileno y acrilato de etilo (EEA), un copolímero de etileno y acrilato de butilo (EBA), una copolímero de etileno y octeno, un polímero basado en etileno, un polímero basado en polipropileno, una poliéter-imida, un poliuretano termoplástico, un poliéster, una poliamida, un polímero halogenado o una mezcla cualquiera de estos compuestos.
Según otra particularidad de la invención, la composición está dotada además de al menos una materia de carga ignífuga asociada.
De forma particularmente ventajosa, cada materia de carga ignífuga asociada es escogida entre compuestos que contienen fósforo, como fosfatos orgánicos o inorgánicos, compuestos que contienen antimonio como óxido de antimonio, hidróxidos metálicos como hidróxido de aluminio e hidróxido de magnesio, compuestos basados en boro como boratos, carbonatos de metales alcalinos de los grupos IA y IIA como carbonatos de calcio, sodio, potasio o magnesio y los hidroxicarbonatos correspondientes, compuestos basados en estaño como estannatos e hidroxiestannatos, melamina y sus derivados como fosfatos de melaminas, resinas formofenólicas, filosilicatos como sepiolita, atalpulgita, montmorillonita, illita, clorita, caolinita, micas o talcos.
Preferentemente, la composición comprende entre 1 y 80% en peso de materia de carga ignífuga asociada.
Según otra particularidad de la invención, la composición está provista además de al menos un aditivo escogido entre el grupo de lubricantes, plastificantes, estabilizantes térmicos, pigmentos, antioxidantes y estabilizantes ultravioletas.
La invención se refiere igualmente a cualquier cable de energía y/o telecomunicación que comprende al menos una funda aislante realizada a partir de una composición resistente al fuego como la anteriormente descrita. Debe entenderse que cada funda aislante en cuestión puede tener además una función de protección y/o de relleno.
La invención se relaciona además con cualquier cable de energía y/o telecomunicación dotado de al menos una funda de protección realizada a partir de una composición resistente al fuego como se describió anteriormente. Se observa en este caso que cada funda de protección puede tener además una función aislante y/o de relleno.
La invención dirige finalmente a cualquier cable de energía y/o telecomunicación provisto de al menos de una capa de relleno realizada a partir de una composición resistente al fuego como la anteriormente descrita. Hay que resaltar que cada capa de material de relleno puede tener además una función aislante y/o de protección.
Es importante precisar que si estos cables están destinados al transporte de energía y/o a la transmisión de datos, pueden ser indiferentemente eléctricos y/o ópticos, según que los elementos condures de los que están provistos sean de tipo eléctrico y/o óptico.
Otras características y ventajas de la presente invención se apreciarán a lo largo de la descripción del ejemplo comparativo que sigue, siendo proporcionado dicho ejemplo con carácter ilustrativo y en absoluto limitativo.
Ejemplo comparativo
Se preparan 5 muestras de materiales a partir de cinco composiciones diferentes, con el fin de comparar sus rendimientos respectivos en términos de resistencia al fuego. Se precisa que las composiciones en cuestión pueden ser utilizadas igualmente para realizar materiales aislantes y/o de fundas y/o de relleno para cables de energía y/o de telecomunicación.
Cualquiera que sea, el polímero es común a las cinco muestras. Se trata específicamente de un copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA). Solo la naturaleza y la composición de la mezcla de materias de carga ignífugas varían de una muestra a otra. La Tabla 1 detalla estas diferencias.
TABLA 1
1
Modo operatorio
Las composiciones se preparan mezclando cada materia de carga ignífuga con una cantidad siempre igual de polímero, con el fin de no falsificar los análisis comparativos posteriores, permaneciendo constante la proporción de materia de carga del material compuesto resultante.
Cualquiera que sea la naturaleza precisa de la composición preparada, las etapas de mezcla de la matriz polímera con la materia de carga ignífuga son siempre las mismas:
-
Ajuste de la temperatura a 160ºC durante todo el periodo de la mezcla,
-
Introducción del polímero en el mezclador interno ajustado a 30 revoluciones por minuto (rpm),
-
Fusión del polímero sintético a 160ºC durante 2 minutos a 30 rpm,
-
Fusión a 60 rpm durante 2 minutos,
-
Introducción de las materias de carga a 30 rpm,
-
Mezcla a 30 rpm durante aproximadamente 10 minutos.
Preparación de las muestras
La muestra 1 de referencia se prepara específicamente mezclando 100 g de copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) que contiene 28% de acetato de vinilo producto comercializado bajo la marca Evatane 28-03 por la empresa Arkema, con 150 g de hidróxido de magnesio Magnifin H10, comercializado por la empresa Albemarle. Debe entenderse que esta operación se efectúa según un modo operatorio anteriormente descrito. Esta muestra 1 ilustra un primer sistema clásico que permita una buena resistencia al fuego del material.
Se hace lo mismo para la preparación de la muestra 2 de referencia, en este caso preciso con una mezcla realizada a partir de 100 g de copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) que contiene 28% de acetato de vinilo, 125 g de hidróxido de magnesio Magnifin H10 y 25 g de montmorillonita tratada con un alquil-amonio, comercializado bajo el nombre Nanofil por la empresa Süd Chemie. Esta muestra 2 se refiere a un segundo sistema bien conocido en el estado de la técnica, que es particularmente descrito en el documento de patente EP 1.033.724.
La muestra 3 procede de la mezcla de 100 g de copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) que contiene 28% de acetato de vinilo, 125 g de hidróxido de magnesio Magnifin H10 y 25 g de óxido de aluminio con un diámetro medio d50=13 nm, comercializado bajo la denominación Aeroxide Alu C por la empresa Degussa. Esta muestra 3 permite evaluar los rendimientos de resistencia al fuego de un material que contiene un ignífugo clásico, hidróxido de magnesio, y un óxido de aluminio compuesto por partículas de tamaño muy pequeño.
Las muestras 4 y 5 proceden de la mezcla de 100 g de copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) que contiene 28% de acetato de vinilo, 125 g de hidróxido de magnesio Magnifin H10, 12,5 g de montmorillonita tratada con un alquil-amonio y respectivamente 12,5 g de óxido de aluminio con un diámetro medio d50=13 nm y 12,5 g de óxido de aluminio con un diámetro medio d50=0,5 \mum, comercializado bajo la denominación Nabalox N0713-10 por la empresa Nabaltec.
Resistencia al fuego
El comportamiento respecto al fuego se evalúa sistemáticamente mediante el ensayo "epiradiateur" según la norma NF-P-92-505. Los materiales correspondientes deben tener la forma para ello de placas cuadradas de 7 cm de lado y 3 mm de grosor. Esta operación se realiza utilizando una prensa hidráulica caliente, según el procedimiento siguiente:
-
Fusión a 150ºC durante 3 minutos,
-
Aplicación de una presión de 150 bares durante 2 minutos, siempre a 150ºC,
-
Enfriamiento con agua bajo 150 bares durante 5 minutos.
La Tabla 2 resume los rendimientos respecto al fuego obtenidos con el ensayo "epiradiateur". Cada ensayo tiene una duración de 5 minutos, durante los cuales se evalúa el tiempo de inflamación que debe ser lo más largo posible, así como el tiempo medio de auto-combustión que debe ser lo más corto posible.
TABLA 2
2
Se aprecia en primer lugar que la muestra 2 de referencia tiene mejor rendimiento que la muestra 1 de referencia. El tiempo de inflamación se alarga en 10 segundos y el tiempo de auto-combustión se reduce en más de un segundo.
La muestra 3 puede ser comparada con la muestra 2, ya quelas dos contienen la misma materia de carga ignífuga clásica a una proporción igual, asociada a otra materia de carga destinada a mejorar los rendimientos de resistencia al fuego. Se observa que el tiempo de inflamación de la muestra 3 es aumentado en más de 11 segundos con respecto a la muestra 2. La utilización del óxido de aluminio submicrónico permite por tanto una considerable mejora del tiempo de inflamación, sin afectar significativamente al tiempo auto-combustión.
La asociación del óxido de aluminio submicrónico con la montmorillonita tratada y el hidróxido de magnesio permite conseguir rendimientos adicionalmente mejorados. Las muestras 4 y 5 muestran que el tiempo de inflamación puede ser alargado de 5 a 30 segundos, reduciendo significativamente el tiempo de auto-combustión, con respecto a las muestras 2 y 3.

Claims (11)

1. Composición resistente al fuego, particularmente para un material de cable de energía y/o de telecomunicación, caracterizada porque comprende un polímero así como óxido de aluminio Al_{2}O_{3} en forma de partículas cuyo diámetro medio es inferior a un micrómetro.
2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque las partículas de óxido de aluminio presentan un diámetro medio inferior a 20 nanómetros.
3. Composición según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque comprende entre 1 y 80% en peso de óxido de aluminio y preferentemente entre 2 y 20%.
4. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el polímero es escogido entre un polietileno, un polipropileno, un copolímero de etileno y propileno (EPR), un terpolímero de etileno-propilenodieno (EPDM), un copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA), un copolímero de etileno y acrilato de metilo (EMA), un copolímero de etileno y acrilato de etilo (EEA), un copolímero de etileno y acrilato de butilo (EBA), una copolímero de etileno y octeno, un polímero basado en etileno, un polímero basado en polipropileno, una poliéter-imida, un poliuretano termoplástico, un poliéster, una poliamida, un polímero halogenado o una mezcla cualquiera de estos compuestos.
5. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque comprende al menos una materia de carga ignífuga asociada.
6. Composición según la reivindicación 5, caracterizada porque cada materia de carga ignífuga asociada es escogida entre compuestos que contienen fósforo como fosfatos orgánicos o inorgánicos, compuestos que contienen antimonio como óxido de antimonio, hidróxidos metálicos como hidróxido de aluminio e hidróxido de magnesio, compuestos basados en boro como boratos, carbonatos de metales alcalinos de los grupos IA y IIA como carbonatos de calcio, sodio, potasio o magnesio y los hidroxicarbonatos correspondientes, compuestos basados en estaño como estannatos e hidroxiestannatos, melamina y sus derivados como fosfatos de melaminas, resinas formofenólicas, filosilicatos como sepiolita, atalpulgita, montmorillonita, illita, clorita, caolinita, micas o talcos.
7. Composición según una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizada porque comprende entre 1 y 80% en peso de materia de carga ignífuga asociada.
8. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque comprende al menos un aditivo escogido entre el grupo de lubricantes, plastificantes, estabilizantes térmicos, pigmentos, antioxidantes y estabilizantes ultravioletas.
9. Cable de energía y/o telecomunicación, caracterizado porque comprende al menos una funda aislante realizada a partir de una composición resistente al fuego según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
10. Cable de energía y/o telecomunicación, caracterizado porque comprende al menos una funda de protección realizada a partir de una composición resistente al fuego según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
11. Cable de energía y/o telecomunicación, caracterizado porque comprende al menos una capa de relleno realizada a partir de una composición resistente al fuego según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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