MX2008014081A - Composicion resistente al fuego sin halogeno para alambre y cable y articulos relacionados. - Google Patents
Composicion resistente al fuego sin halogeno para alambre y cable y articulos relacionados.Info
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Abstract
Esta invención se refiere a una composición resistente al fuego útil para preparar un cable para automóvil recubierto con alta resistencia a la abrasión por peladuras y alto grado de flexibilidad. La presente invención es una composición resistente al fuego libre de halógeno, que contiene o que está elaborada de un copolímero de etileno y alfa olefina, un retardante de llama, un agente de acoplamiento para acoplar el retardante de llama inorgánico al copolímero, y un auxiliar de procesamiento.
Description
COMPOSICIÓN RESISTENTE AL FUEGO SIN HALÓGENO PARA ALAMBRE Y CABLE Y ARTÍCULOS RELACIONADOS
La presente invención se refiere a una composición resistente al fuego sin halógeno para alambre y cable. En particular, la presente invención se refiere a una composición resistente al fuego, útil para preparar un cable para automóvil recubierto, con alta resistencia a la abrasión por peladuras y alta flexibilidad . Antecedentes de la invención Los cables para automóviles deberán cumplir con req uerimientos estrictos, incluyendo la capacidad de resistencia al fuego y la resistencia a la abrasión por peladuras. Las normas tales como la ISO 6722, LV1 1 2 y J-1 128 establecen requerimientos para resistencia al fuego y a la abrasión por peladuras. Las composiciones que contienen polímeros halogenados o resistentes al fuego halogenados han sido útiles en aplicaciones para resistencia al fuego. Pero estos materiales presentan grandes riesgos a la salud, así como otras preocupaciones. Existe la necesidad de una composición libre de halógeno para preparar recubrimientos resistentes al fuego para aplicaciones de alambres para automóviles. Las composiciones que contienen polietileno y copolímeros de etileno de alta densidad , así como los ésteres no saturados, han probado ser útiles para recubrir cables para automóviles. Desafortunadamente, el uso de polietileno de alta densidad eleva los problemas de procesamiento cuando se prepara la composición o el recubrimiento. Además, los copolímeros de etileno y ásteres no saturados pueden proporcionar recubrimientos con resistencia adecuada a la abrasión por peladuras. Existe la necesidad por una composición que proporcione excelentes características de procesamiento, y que proporcione un recubrimiento con excelente resistencia a la abrasión por peladuras. También existe la necesidad de una composición para proporcionar un recubrimiento con alto grado de alargamiento al rompimiento, resistencia mecánica y resistencia a la fusión . Breve descri pción de la invención La presente invención es una composición resistente al fuego, libre de halógeno, que incluye un copolímero de etileno/alfa-olefina , un material inorgánico resistente al fuego, libre de halógeno, un agente enlazante para enlazar al material inorgánico resistente al fuego al copolímero, y un auxiliar de procesamiento. En una modalidad preferida , la presente invención es un cable automotriz recubierto, caracterizado porque el recubrimiento se prepara a partir de la composición resistente al fuego y libre de halógeno. En una modalidad preferida , la presente invención está recubierta de cable automotriz recubierto, caracterizado porque el recubrimiento se prepara a partir de la composición resistente al fuego y libre de halógeno. Descripción detallada de la invención "Polímero", como se utiliza aqu í, significa un compuesto macromolecular preparado mediante polimerización de monómeros del mismo tipo o de tipos diferentes. "Polímero" incluye homopolímeros, copolímeros, terpolímeros, interpolímeros, etc. El término "interpolímero" significa un polímero preparado por la polimerización de al menos dos tipos de monómeros o comonómeros. Esto incluye, pero no se limita a copolímeros (que generalmente se refiere a polímeros preparados a partir de dos tipos diferentes de monómeros, o comonómeros, aunque con frecuencia se utiliza indistintamente con "interpolímero" para referirse a polímeros hechos de tres o más tipos diferentes de monómeros o comonómeros) , terpolímeros (que generalmente se refieren a polímeros preparados a partir de tres tipos diferentes de monómeros o comonómeros), tetrapolímeros (que generalmente se refieren a polímeros preparados a partir de cuatro tipos diferentes de monómeros o comonómeros), y similares. Los términos "monómero" y "comonómero" se utilizan intercambiablemente, y estos se refieren a cualquier compuesto con un parte polimerizable que se agrega a un reactor con el fin de producir un polímero. En aquellos casos en que se describe un polímero que incluye uno o más monómeros, por ejemplo, un polímero que incluye propileno y etileno; el polímero, por supuesto, incluye unidades derivadas de los monómeros, por ejemplo, CH2-CH2-, y no el monómero mismo, por ejemplo, CH2=CH2. En una primera modalidad, la presente invención es una composición resistente al fuego, libre de halógeno, que incluye un copolímero de etileno/alfa-olefina, un material inorgánico resistente al fuego, libre de halógeno, un agente de acoplamiento para acoplar el material inorgánico resistente al fuego al copolímero y un auxiliar de procesamiento. La composición se encuentra sustancialmente libre de copolímeros de etileno y ésteres no saturados, y sustancialmente libre de componentes halogenados. Preferiblemente, la composición se encuentra libre de copolímeros de etileno y ésteres no saturados, y también ausente de componentes halogenados. Los copolímeros de etileno/alfa-olefina útiles para la presente invención son copolímeros de etileno y una o más alfa-olefinas que tienen de 3 a 12 átomos de carbono, y preferiblemente de 4 a 8 átomos de carbono, o una mezcla de dichos copolímeros. El comonómero de alfa-olefina puede encontrarse presente en una cantidad entre aproximadamente 2 por ciento y aproximadamente 12 por ciento. Cuando el copolímero es una mezcla de copolímeros, puede tratarse de una mezcla mecánica o de una mezcla in situ. Los ejemplos de alfa-olefinas son propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno y 1-octeno. Los copolímeros generalmente tienen una polidispersión (PM/PN) mayor a aproximadamente 5.0. PM se define como peso molecular por peso promedio, y PN se define como peso molecular número promedio. Los copolímeros pueden tener una densidad dentro del rango de aproximadamente 0.860 a aproximadamente 0.960 gramos por centímetro cúbico, y preferiblemente una densidad dentro del rango de 0.91 5 a aproximadamente 0.945 gramos por centímetro cúbico. También pueden tener un índice de fusión de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5.0 gramos por 10 minutos. El índice de fusión se determina bajo ASTM-1238, Condición E y se mide a 1 90 grados Celsius y 2160 gramos. Los sistemas catalíticos útiles para preparar copolímeros incluyen metaloceno o sistemas catalíticos de geometría restringida , pero no se limitan a ellos. El copolímero de etileno/alfa-olefina se encuentra presente preferiblemente en una cantidad entre aproximadamente 20% por peso y aproximadamente 80%. Los materiales resistentes al fuego y libres de halógeno adecuados incluyen hidróxidos metálicos, carbonato de calcio y mezclas de estos. Los hidróxidos metálicos particularmente útiles son el trihidróxido de aluminio (también conocido como ATH o trihidrato de aluminio) e hidróxido de magnesio (también conocido como dihidróxido de magnesio). Otros hidróxidos metálicos son conocidos por las personas con conocimientos ordinarios en la materia . Preferiblemente, el hidróxido metálico es un hidróxido de magnesio. El tamaño de partícula promedio del hidróxido metálico va de menos de 0.1 micrómetros hasta 50 micrómetros. En algunos casos, podría ser deseable utilizar un hidróxido metálico que tenga un tamaño de partícula en nanoescala. El hidróxido metálico puede ser de origen natural o sintético, molido o precipitado. También resulta deseable, cuando el material resistente al fuego y libre de halógeno es un hidróxido metálico, que dicho hidróxido metálico esté finamente disperso o que tenga un área superficial específica dentro del rango de aproximadamente 5 metros cuadrados a aproximadamente 1 5 metros cuadrados por gramos, preferiblemente dentro del rango de aproximadamente 9 metros cuadrados a aproximadamente 1 1 metros cuadrados por gramo. Para mejorar el acoplamiento del material inorgánico resistente al fuego y libre de halógeno con el copolímero de etileno/alfa-olefína, el material resistente al fuego puede recibir un tratamiento en la superficie con un agente de acoplamiento, incluyendo silanos, titanatos, zirconatos, ácidos carboxílicos y polímeros injertados con anhídrido maleico. Los recubrimientos adecuados incluyen a aquellos descritos en la patente estadounidense número 6,500,882. Preferiblemente, el recubrimiento es de base de silano o de base de ácido oleico. Otros agentes de acoplamiento adecuados son bien conocidos para las personas en la materia . El uso de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos y con superficie tratada se encuentra dentro del alcance de la presente invención . El material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos puede contener otros aditivos que proporcionen mayor resistencia al fuego. Otros aditivos adecuados para proporcionar resistencia al fuego y libres de halógenos incluyen el fósforo rojo, sílice, alúmina , óxidos de titanio, nanotubos de carbono, talco, arcilla, arcilla organomodificada, polímero de silicón , borato de zinc, trióxido de antimonio, wollastonita, mica, estabilizadores de amina bloqueados, octamolibdato de amonio, octamolibdato de melamina, calcinados, microesferas huecas de vidrio, compuestos intumescentes, grafito expandible, fosfato de etilendiamina, fosfato de melamina, pirofosfato de melamina, polifosfato de melamina y polifosfato de amonio. La composición de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos contiene un agente de acoplamiento para mejorar la compatibilidad entre el material resistente al fuego y el copolímero. Los ejemplos de agentes de acoplamiento incluyen silanos, titanatos, zirconatos, diversos polímeros injertados con anhídrido maleico, injertos de anhídridos maleicos en el copolímero y mezclas de estos. Preferiblemente, el agente de acoplamiento es un polietileno de homopolímero o copolímero injertado con anhídrido-ácido maleico o el copolímero de etileno/alfa-olefina con injertos de anhídrido maleico en el copol ímero. Otras tecnologías de acoplamiento serían evidentes para personas con conocimientos ordinarios en la materia , y se consideran dentro del alcance de la presente invención . Los polímeros olefínicos injertados pueden prepararse por cualquier método convencional. Los compuestos de anh ídrido maleico son bien conocidos en las materias relevantes puesto que tienen sus sitios de no saturación conjugados con los grupos ácidos. El ácido fumárico, que es un isómero de ácido maleico que también está conjugado, genera agua y se reacomoda para formar anhíd rido maleico cuando se caliente, y por lo tanto es posible utilizarlo en la presente invención . El injerto puede llevarse a cabo en presencia de oxígeno, aire, hid roperóxidos u otros iniciadores de radicales libres, o en ausencia esencial de estos materiales cuando la mezcla del monómero y polímero se mantiene bajo condiciones de alto corte y calor. Un método conveniente para producir el polímero injertado es la maquinaria de extrusión , aunque también es posible utilizar mezcladoras Brabender o Banbury, molinos de rodillo y similares, para formar el polímero injertado. Se prefiere utilizar una extrusora desvolatilizadora de tornillos gemelos (como puede ser la extrusora de tornillos gemelos Werner-Pfleiderer, en donde el anhídrido maleico se mezcla y se hace reaccionar con el polímero olefínico a temperaturas de fusión para producir y extruir el polímero injertado. Los grupos anhídrido del polímero injertado generalmente incluyen de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 2.00 por ciento por peso, preferiblemente de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 1 .00 por ciento por peso del polímero injertado. El polímero injertado se caracteriza por la presencia de g rupos pendientes de anh ídrido a lo largo de la cadena de polímero. El agente de acoplamiento preferiblemente se encuentra presente en una cantidad entre aproximadamente 2 por ciento por peso y aproximadamente 15 por ciento por peso, más preferiblemente entre aproximadamente 2 por ciento por peso y aproximadamente 1 3 por ciento por peso.
La composición de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos contiene un auxiliar de procesamiento seleccionado de entre el grupo constituido por polímeros de silicón , ácido esteárico, fluoropolímeros, estearato de zinc y mezclas de estos. Preferiblemente, el auxiliar de procesamiento es una combinación de polisiloxano y ácido esteárico. El auxiliar de procesamiento preferiblemente se encuentra presente en una cantidad de entre aproximadamente 0.2 por ciento por peso y aproximadamente 5 por ciento por peso. Además, la composición de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos puede contener otros aditivos, tales como polietileno de alta densidad , donadores de ácido, antioxidantes, estabilizadores, agentes de soplado, negro de carbón , pigmentos, peróxidos y aceleradores de curado. Cuando un polietileno de alta densidad se encuentra presente, este se encuentra presente en una cantidad menor a aproximadamente 1 0 por ciento por peso. Más aún , la composición de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos puede ser un termoplástico o un reticulado. Además, la composición de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos puede contener una nanoarcilla. Preferiblemente, la nanoarcilla tiene al menos una dimensión dentro del rango de 0.9 a 200 nanómetros, más preferiblemente al menos una dimensión dentro del rango de 0.9 a 1 50 nanómetros, y aun más preferiblemente de 0.9 a 100 nanómetros, e idealmente de 0.9 a 30 nanómetros.
Preferiblemente, las nanoarcillas están separadas en capas, incluyendo nanoarcillas tales como montmorillonita, magadiita , mica fluorada sintética, saponita, fluorhectorita , laponita , sepiolita , atapulgita, hectorita, beidelita, vermiculita, caolinita, nontronita , volkonskoita, stevensita, pirosita, sauconita y kenyaita. Las nanoarcillas de capas pueden ser de origen natural o sintéticas. Algunos de los cationes (por ejemplo, iones de sodio) de la nanoarcilla pueden intercambiarse con un catión orgánico, tratando la nanoarcilla con un compuesto orgánico que contenga cationes. Alternativamente, el catión puede incluir o reemplazarse con un ión de hidrógeno (protón) . Los cationes de intercambio preferidos son imidezolio, fosfonio, amonio, amonio de alquilo y amonio de polialquilo. Un ejemplo de un compuesto de amonio adecuado es el dimetil, di(sebo hidrogenado) amonio. Preferiblemente, el recubrimiento catiónico se encontrará presente en 1 5 a 50% por peso, en base al peso total de la nanoarcilla en capas más el recubrimiento catiónico. En la modalidad preferida, el recubrimiento catiónico se encontrará presente por encima del 30% por peso, en base al peso total de la nanoarcilla más el recubrimiento catiónico. Otro recubrimiento de amonio preferido es el octadecil amonio. En una modalidad alternativa, la presente invención es un artículo preparado a partir de la composición de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos. Preferiblemente, el artículo es un cable automotriz recubierto con una capa de aislamiento preparada a partir de la composición. Otros artículos incluyen fundas para cables y alambres aislados para edificios y otras construcciones.
Claims (9)
1. Una composición de material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos que incluye: a) un copolímero de etileno/alfa-olefina, preparado con metaloceno o un catalizador de geometría restringida, que tiene un contenido de comonomero de alfa-olefina dentro del rango de 2 por ciento a aproximadamente 12 por ciento, con un índice de polidispersión superior a aproximadamente 5.0, un índice de fusión en el rango desde aproximadamente 0.5 gramos por 10 minutos hasta aproximadamente 5.0 gramos por 10 minutos, y una densidad dentro del rango de aproximadamente 0.860 gramos por centímetro cúbico a aproximadamente 0.960 gramos por centímetro cúbico, y sustancialmente libre de átomos de oxígeno, b. un retardante de llama inorgánico sin halógenos, c. un agente de acoplamiento para acoplar al material inorgánico resistente al fuego al copolímero, y d. un auxiliar de procesamiento, caracterizada porque la composición se encuentra sustancialmente libre de copolímeros de etileno y ésteres no saturados, y sustancialmente libre de componentes halogenados.
2. La composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada además porque el material inorgánico resistente al fuego libre de halógenos se elige de entre un grupo constituido por hidróxidos metálicos, carbonato de calcio y mezclas de estos.
3. La composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el agente de acoplamiento se elige de entre un grupo constituido silanos, titanatos, zirconatos, polímeros injertados con anh ídrido maleico, injertos de anhídrido maleico en el copol ímero y mezclas de estos.
4. La composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada además porque el agente de acoplamiento es un polietileno injertado con anhídrido-ácido maleico.
5. La composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el auxiliar de procesamiento se elige de entre el grupo constituido por polímeros de silicón , ácido esteárico, fluoropolímeros, estearato de zinc y mezclas de estos.
6. La composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada además porque el auxiliar de procesamiento es un polisiloxano.
7. La composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con la reivindicación 1 , que incluye además polietileno de alta densidad .
8. La composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con la reivindicación 1 , que incluye además una nanoarcilla.
9. Un cable automotriz recubierto con una capa de aislamiento preparada a partir de una composición retardante de llama libre de halógenos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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