TWI363079B - Flame retardant seal - Google Patents

Description

1363079 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於難燃性密封材。詳而言之，本發明之難 燃性密封材，係具備優異的密封性及難燃性，可使用於高 溫環境氣氛般之嚴酷環境下，且適用於高發熱性之電子= 器與精密機器者。 【先前技術】 订動電話、電視、電腦等之顯示器般的電氣機器，係 配設有液晶顯示部、麥克風部、揚聲器部等的輸出入部。 這些輸出入部，係設於電氣機器框體之向外開口的部位。 因此，例如液晶顯示部的情形，在液晶顯示部的周緣與框 體，間，係配設有密封材，以防止灰塵之入侵、液晶顯示 用背光之漏光，並防止其與框體間之晃動。近年來，以行 動電話為代表之各種電氣機器有高機能化及輕量化的: 求’基於此也要求密封材之小型、薄型化。密封材之材料* 基於就算較薄也能充分發揮密封材的作用，適用者為柔軟 性優異且低硬度之聚氨醋發泡體。又，聚氧賴發泡體由： 材料之劣化(變質)及氣體產生較少，故適用於當 電氣機器框體内之密封材。 ' 具有良好的 ’且形成具 及電子機器 。因此，密 密 有 時 '聚氨酯發泡體構成之密封材，如前述般， 封材特性《然而，該密封材係由有機物構成 高比表面積之薄片狀，當組裝於電氣機器 ，因該等機器作動時產生的熱可能變成高溫 丄 封材仏要求高難燃性。 係使密封材之原料中·. ’―般廣為採用的技術， 合物等的南幸夺難姆：⑷有機溪化合物、有機氯化 f糸難燃劑，(b)有機磷系化合物，( 或（d)金屬氧化物中 物U)二乳化銻， 難燃性。 1種或2種以上難燃劑，藉此來提昇 【發明内容】 然而，使用前述難燃劑⑷〜(d)時，存在著以下的問題。 之二)：素系化合I於燃燒時由於會產生帶來環境負擔 之鹵化物，並非理想的難燃劑。 触（b)使用有機碌系化合物為難燃劑時，會有聚氧醋發泡 體強度劣化的問題’且可能會阻礙聚氨醋發泡體之生成反 應。 (c)三氧化銻，已確認出會造成環境負擔，並不適用。 ‘ （d)使用氫氧化鋁及氫氧化鎂般之金屬氫氧化物為難燃 劑時，完全不會發生前述環境負擔的問題。然而，為了滿 足例如UL94(弱電關係之密封材及防音材）所規定之難燃性 規格，則必須在聚氨酯發泡體的原料中混入大量的金屬氫 氧化物。這時’極可能會影響其作為密封材之有益物性， 例如會影響聚氨酯發泡體本來應展現之低硬度物性。

又 ’ UL94，係美國 UNDERWRITERS LABORATORIES me.公司所制定及認可之電氣機器相關安全性規格。該 UL94規定之難燃性評價方法，係用圖5(a)、（b)所示之實 驗裝置40，以本生燈或梯瑞爾燃燒器44直接用火加熱於 1363079 金屬網42上所載置的試驗月41，測定該試驗片41之燃燒 距離及燃燒時間。UL94中，以圖5(a)、（b)所示之水平燃 燒試驗（Horizontal Burning Foamed Material Test)評價試驗 片41的難燃性(HFB規格）的情形，其評價係根據：當直接 用火加熱於150mm X 50mm長方形的試驗片41之長邊方向 一端時是否達成以下（i)、（ii)之任一方來進行，其中，條件 (0:從直接用火加熱的位置至沿試驗片41長邊方向離開 100mm的位置為止其燃燒速度未超過々ο mm/分，條件⑴）： 試驗片41著火後之火焰或燃燒在到達125mm之標記前已 消失。又，該125mm標記之設置位置，係從用火直接加熱 的位置起沿試驗片41長邊方向離開125mm處。 為克服前述課題而達成所期望之目的，本發明之難燃 性密封材，係具備由混合物成形而得之彈性片丨2，該混合 物具有：多元醇及異氰酸酯所構成之主原料、包含整泡劑 及金屬氫氧化物16之副原料、及造泡用氣體。且其特徵 在於，相對於多元醇100重量份，係混合25〜5〇重量份之 金屬虱氧化物16，且以可和異氰酸酯反應的物質當作副原 料之稀釋用溶劑。又，該密封材係滿足UL94所規定之難 燃性HBF規格，且其25%壓縮負荷為〇.〇3Mpa以下。 依據本發明之難燃性密封材，其具備優異的密封性及 難燃性，可使用於高溫環境氣氛般之嚴酷環境下，且適用 於尚發熱性之電子機器與精密機器。 其次，針對本發明的難燃性密封材之較佳實施例，參 照所附圖式進行說明。本案發明人針對難燃性密封材進行 1363079 深入研究的結果獲得以下認知。亦即，聚氨酯發泡體中， 會降低難燃性之未反應單體及低分子寡聚物（受熱揮發而成 為可燃性氣體成分）之含量極少。因此，聚氨酯發泡體適用 於达封材的原料。又，若採用機械造泡法，可避免使用高 揮發性低分子物質之胺觸媒，且能抑制整泡劑（製造發泡體 時一定會用到）之揮發。藉此所得之難燃性密封材，不僅可 減低金屬氫氧化物之混合量，且能獲得充分的難燃性與密 封性。 又，本發明中關於難燃性密封材之特徵物性、即難燃 性與岔封性，係分別以UL94所規定之HBF規格及25%壓 縮負荷（以下稱 25〇/〇CLD(C〇mpression Load Deflecti〇n))來 規定。又，關於難燃性，係根據是否滿足HBF規格來評價； 關於密封性，係根據是否滿足柔軟性指標之25%cld在 〇.〇3Mpa以下來進行評價。 難燃性密封材1 〇，如圖.丨所示，係由彈性片12與基 材膜14所構成；該彈性片12，係由具備緩衝性、密封性= 柔軟性及形狀追隨性等各種物性之發泡體所構成；該基材 膜14,係積層.於彈性片12之一面，用來提昇難燃性二封 材10之構造強度。該彈性片12係以公知的機械造泡法來 裝造。具體’而言，係將多元醇及異氰酸酯所構成之主原料、 包含整泡劑及金屬氫氧化物（難燃劑）16之副原料、及造泡 用氣體加以混合，調整成發泡體原料M後，將該發泡體原 成形為片狀。在彈性片12内部，金屬氣氧化物呈均 貝分散狀態（參照圖丨）。關於機械造泡法之詳細說明，例 1363079 如記載於日本特公昭53-9735號公報。簡而言之，所謂機 械造泡法，係在液狀材料導入氣體，以機械方式加以混合， 而製造發泡體。 如此般製得彈性片12之物性值中，關於用來評價密射 性之柔軟性指標’係測定（1)25%Cld在0.03Mpa以下。 25%CLD ’代表施加25%的物理壓縮時所需的負荷，即施 加250/〇物理壓縮時彈性片12的硬度。又，彈性片12之另 一物性值，關於用來評價密封性、難燃性雙方之指標，孫 測定（2)密度在240〜500kg/m3的範圍。關於彈性片u之其 他物性值’較佳為測定（3)厚度在〇3〜3 〇mm的範圍。 在此’右25%CLD超過〇.〇3Mpa，由於彈性片12之柔 軟性降低而無法發揮充分的密封性。若密度未達 240kg/m3 ’由於彈性片12中的氣泡呈稀疏狀態，其與空氣 的接觸面積増大而難以滿足UL94規定之HBF規格。相反 地’若密度超過500kg/m2，由於25%CLD也會同時增大， 彈性片12之密封性會降低。若厚度未達〇.3mm，除彈性 片1 2之饮封性難以充分發揮外，由於其對直接用火加熱 的著火性昇高，難以滿足UL94規定之HBF規格。相反地， 若厚度超過3.0mm，由於過厚而難以組裝於設置空間受限 之行動電話等的小型製品。 再者，彈性片12所要求之上述以外的特性值中，關於 貝難燃性之指標，必須滿足（4)UL94所規定之規格。 為提高彈性片12之難燃性，可在發泡體原料M中，混合 既定比例之金屬氫氧化物〗6作為難燃劑，並混合多元^ 1363079 :可和異氣酸酷反應之物質作為稀釋用溶劑，而藉此來達 彈性片12之製造，如前述般，係 ^ ^ ^ ^ _ 通常製造聚氨酯發 /包體的情形相同’使用多元醇及里羞缺& 畔久，、氰酸酯所構 料、包含整泡劑及金屬氮氧化物16(難燃劑)之副片料。這 時’視需要可使用擇自發泡劑 '交聯劑、 ^ s , P %可塑劑及觸媒中 之至少一種副原料。在此，彈性片12中夕夕 ^之多元醇及里氰 酸醋含量，較佳為分別設定成20〜45重眚〇/B 、 …

里里/〇及25〜35重量 %左右。又，彈性片12中之整泡劑含量（包含稀釋用溶劑） 較佳為設定成2〜3重量％，交聯劑含量較佳為設定成8〜15 重量％，觸媒含量較佳為設定成3〜5重量％。又在製造 該彈性片12時，機械造泡法所用之非活性氣體般之造泡 用氣體的混合量，相對於該造泡用氣體除外之原料總體積 100，較佳為50〜200體積％左右。 關於金屬氫氧化物1 6，可使用經加熱其分子内之經基 (·〇Η)會解離而產生水之氫氧化鋁及氫氧化鎂。金屬氫氧化 物16之混合量’相對於多元醇1〇〇重量份，較佳為25〜5〇 重量份，更佳為30〜3 5重量份。其混合量未達25重量份

時無法發揮所期望的難燃性，相反地超過5〇重量份時， 難燃性密封材1 〇變硬、或出現脆性而使密封性降低。 金屬氩氧化物1 6之平均粒徑，較佳為1 0〜1 〇〇 β m，更 佳為20〜60以m之範圍。金屬氫氧化物1 6之平均粒徑未達 10 μ m時，發泡體原料M之粘度變高，或發泡體原料M 之含水率變高而產生水與異氰酸酯之發泡反應，這時要以 10 1363079 法製造出適當的彈性片12會有困難。相反地， 仆你氫氧化物16之平均粒徑超過丨_ m，將金屬氫氧 ./ 混合於發泡體原料Μ時金屬氫氧化物16容易產生 ’儿降’如此要在彈性片12内部使金屬氫氧化物16良好地 分散會有困難。產生今 ' 金屬虱氧化物16沉降之發泡體原料 Μ所製造出之難燃性衆 _ ，… 封材10，會發生依部位其難燃性不 同之問題。又’雖有可能在該金屬氫氧㈣16沉降前就 完成難燃性密封材10《製造，但這時須對製造時間加以 限制，而有產生製造上的不便之虞。 關於整泡劑’適於採用公知之矽酮系整泡劑。該整泡 劑，在以機械造泡法製造聚氨酯發泡體時乃不可或缺者， 但其為低分子物質故易燃燒’乃造成彈性# 12難燃性降 低之-大要因。又’碎酮系難燃劑之枯度非^冑，故使用 時必須經稀釋用的溶劑稀釋。用以稀釋整泡劑之溶劑，可 採用多元醇等可和異氰酸酯反應之物質。 使用分散於多元醇（稀釋用溶劑）之整泡劑來製造聚氨 酯發泡體12時，稀釋介質之多元醇會和彈性片12主原料 之異氰酸酯反應而形成聚氨酯分子，而將整泡劑抓入該聚 氨酯分子内。其結果，製得之彈性片12中，可防止整泡 劑之揮發而減少難燃性降低之主因。稀釋整泡劑時之溶劑 量，較佳為設定成整泡劑含量在3〇〜7〇重量％的範圍。整 泡劑含量未達30重量％時，製造彈性片12時之整泡功能 降低。相反地整泡劑含量超過7〇重量％時，整泡劑分散液 之粘度變高，而使製造時之操作性變差。 11 1363079 又，一般用來稀釋矽酮系整泡劑之溶劑，較佳為採用 烧基苯等常溫下粘性低之液狀低沸點物質。然而，這種低 沸點物質因溶易揮發，可能會影響製品之難燃性。這種低 沸點物質，不僅包含稀釋用溶劑，也包含主原料之多元醇 合成用之單體及氧化防止劑等各種物質。於是’作為滿足 UL94所規定之難燃性HBF規格的—條件係定義彈性片 12中可被丙酮溶解物質（以下稱被溶解物質）含量。本發明 中，彈性片丨2中之被溶解物質含量，較佳為5 〇重量^以 下。本發明人確認出，該被溶解物質含量超過5 〇重量％ 時，就算金屬氫氧化物16之混合量及整泡劑相關之所有 條件均滿足，仍要法滿足動4所規定之難燃性咖規格。 該被溶解物質之含量，例如藉由測定以丙酮萃取彈性 片12時的萃取率、即丙嗣萃取率來求出。丙綱萃取率之 具體測定方法的-例列舉於後述的實驗例。又，去稀釋整 泡劑之溶劑係使用貌基苯等低沸點物質時，由於: 物質在彈性片12内部會以聚氛酿分子構造外的游離形能 存在，溶劑可能會遷移至與彈性# 12接觸之框體等料 而產生遷移性之問題。因此’用來稀釋整泡劑之溶劑，藉 ==可與異氰酸'反應之物f，則其大幅抑制 則述遷移性問題之效果是可期待.的。 基材膜14,如前述般，為了提昇難燃性密封材10之 構造強度而使製品的操作性良好，係積層於彈性片Μ而 形成一體。該基材膜丨4，如後 於f驻f 料之裊造方法所記載，亦當

作1 &裝置30之發泡體原料M 疋移送介質。因此，基材 12 1363079 膜14必須具備：足夠的物理強度以對抗輥機構所施加 之張力，及足夠的耐熱性以承受為使發泡體原料M硬化之 隧道式加熱爐38之加熱。該基材膜14之材質為了比聚 乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等汎用樹脂更不易熱收縮，較佳為 使用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)等樹脂。又，基材膜Μ 之厚度雖依材質而變動，但較佳為設定在12〜5〇〇“m，更 2為設定在25〜125以爪左右。這種厚度的基材臈14，就 异積層於彈性片12也不會對難燃性密封材1〇的密封性產

生不良影響。X ’例如使用成型模具來成形難燃性密封材 W時’並不需要基材冑14，而能製得圖2所示之僅由彈 性片1 2構成之難燃性密封材1 。 【實施方式】 (製造方法之一例） 本實施例之難燃性密封材10的較佳製造裝置之一例、 及使用該製造裝置之難燃性密封材i 0的製造方法，在以 下作說明。難燃性密封# 1〇之製造方法，如圖3所示係 由原料準備步驟si、原料供給及成形步驟s2、加熱步驟 S3'最終步驟S4等所構成。該難燃性密封材1()，係以圖 4所示的製造裝置30來製造。 該製造裝置30，為了獲得供實施機械造泡法之聚氦酯 發泡體的發泡體原料M，係具備用來混合主原料、各種副 原料及造泡用氣體之混合部31。該製造裝置3〇，係具備 由供給輥32a與製品回收輥32b所構成之輥機構32，其使 13 ^63079

用未圖示之驅動源來將發泡體原料M 膜14予以移送。由排出嘴34 送"質、即基材 膜 ^由排出嘴34將發泡體原料M供給至基材 厚 。在排出嘴34的下游側設有到刀塗布機等的製口 1機構36,以將發泡體原料M成形為既定 =又在該製品厚控制機構36之下游側設有隨道式加鼓爐 4處雖在平面上使發泡體原料m進行反應與硬化， -在既疋的成形模内或脫模紙上進行反應及硬化亦可。 混合部31係具備··主®斜夕之_ e 科之夕70醇用的容器3U，主 料之異㈣酯用的容器31b，副原料之整泡劑用的容器 副原料之金屬氫氧化物16用的容器31de視 可設置整泡劑及金屬氫氧化物16以外的副原料用的容 二又，處合部31係具備：供充填造泡用氣體之容器31e、 各合态31a〜31e内的原料，在控制下供給 至混合機3 1 f，並在混合機3 1 f内混合。 鞔機構32 ’在對基材膜14施加張力下將基材膜μ供 給至製造線’並回收所製得之難燃性密封# 10。在製造線 上’於供給輥32a與製品回收輥奶之間，係設有排出嘴 34、製品厚控制機構36及随道式加熱爐38。基材膜“播 繞於供給輕32a上，該供給輥32a在控制下將基材膜丨斗向 製把線送出。排出嘴34之一端連接於混合部3 1，在控制 下將"工σ。卩3】混合後之發泡體原料μ排出至移送至 製造線上的基材膜14上面。 移送至 在混合部31實施之原料準備步驟S1，係依習知公知 的方法準備好主原料、副原料及造泡用氣體後，使用混合 14 ^63079 重量伤犯合金屬觸媒(辛酸亞錫鹽ι重量份、矽酮系之 查泡劑3重置份（包含稀釋用的溶劑卜金屬氯氧化物！ 6(其 混合量參照表！及表2)，製得混合物。對該混合物，將氮 乳（造泡用氣體）與異氰㈣指數"七之聚異氰酸醋（粗 刪’卿含量31%)以Q」NL/分鐘的流量進行剪切混合， 製得發泡體原料M。通過排出冑34,將該發泡體原料M 排出至既定厚度的基材膜14(pET製）上。這時，基材膜Μ 係以破親機構32施加張力的狀態由供給輕…連續地供 給。又，該發泡體料M，係以製造後的彈性片12密度 成為表1及表2數值的方式從排出嘴34供給，並以製造 後的彈性片12厚度成為表1及表2數值的方式以製品厚 控制機構36成形。接著，將積層於基材膜14上之發泡體 原料Μ在隧道式加熱爐38内以15〇〜2〇(Γ(：加熱！〜3分鐘， 使其反應及硬化。其結果，製得在基材膜14上面積層有 彈性片12之難燃性密封材。製得之難燃性密封材以製品 回收輥32b來回收。 所使用之金屬氳氧化物丨6及整泡劑如下所示。 金屬氫氧化物：氫氧化铭（昭和電工製，商品名海 地萊特H-2 1 (平均粒徑25 " m) •整泡劑 (A) Osi Specialties製，商品名在稀釋用溶劑 之多元酵中，含有50重量％之聚二.曱基矽氧烷及聚氧化烯） (B) Osi Specialties製，商品名L_5614(在稀釋用溶劑之 烷基苯中，含有50重量％之聚二曱基矽氧烷及聚氧化烯） UL94所規定之HBF規格來 τ彳月5式驗片4〗之難燃 •溶解於丙嗣之物皙旦,工 ’·‘、 〈物質里(丙酮萃取率）：將彈性片 試驗片（lg)置於索克斯累牲 ,7矛兄所累特卒取器，在該萃取器内使丙酮 加熱迴流3小時以將丙酮可溶解的物質萃取後，將該萃取 物乾燥並測定乾燥重量。依據： 丙嗣萃取率（％)=萃取物之乾燥重量（g)/置於索克斯累 特萃取器前之試驗片重量

來异出丙嗣萃取率。 •是否含烧基笨··將上述萃取物以氣體層析質量分析 裝置（GC-MS，島津製作所之商品名QP-5000)進行質譜分 析並予以評價。

18 1363079 (表i) 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8 彈性片厚度(mm) 0,3 0.4 0.5 <- <- 1.0 1.5 3.0 密度(kg/m3) 360 360 240 320 500 360 320 240 整泡劑種類 A <- <- 金屬氫氧化物之 混合量(重量份） 30 <- <- <- <- 20 30 结果 25%CLD(MPa) 0.012 0.012 0.007 0.011 0.030 0.012 0.011 0.007 難燃性(〇、X) 〇 <— <— <- — <- <- 丙酮萃取率(％) 4.5 4.7 4.0 5.0 4.1 4.7 4.5 4.0 是否含烷基苯 否 <- <— <- <- <- <- <— 綜合評價 〇 - <- 表中之25%CLD代表25%壓縮負荷。 表中之整泡劑種類，A代表L-5617，B代表L-5614。 19 1363079 (結果） 根據表1及矣9 —p + 表2可確認出，藉由將彈性片丨2的各 值控制在本發明所Μ中 Μ 斤°又疋之靶圍内，可製得兼具難燃性 封性之難燃性密封材。 、在 【圖式簡單說明】 圖1顯不將本發明較佳實施狀難燃性密封材局部切 除之立體圖。 圖2顯不未具備基材膜之難燃性密封材之立體圖。 圖3顯示實施例的難燃性密封材之製造方法之步％ 圖。 圖4顯示用來製造實施例的難燃性密封材之製造 〆例。 圖5⑷顯示用來實施.動4户斤規定之難燃性試驗的實 驗裝置整體之立體圖；圖5⑻顯㈣實驗裝置在試驗片附 近之擴大圖。 【主要.元件符號說明】 10.· •難燃性密封材 12·. •彈性片 14.. •基材膜 16·. •金屬氩氧化物 30- •製造裝置 31.. •混合部 21. 1363079 31a〜31e·"容器 3 If···混合機 32…輥機構 3 2 a…供給輥 32b···製品回收輥 34…排出嘴 36…製品厚控制機構 38…隧道式加熱爐 40…實驗裝置 41…試驗片 4 2…金屬網 44·..本生燈或梯瑞爾燃燒器 22

Claims (1)

1. 丄363079 H)1年1月丨3日替換頁 十、申請專利範圍： 1 — 1 種難燃性达、封材，係具備由混合物成形而得之彈 • 眭片（12)，該混合物具有：異氰酸酯及可與異氰酸酯反應之 多疋醇所構成之主原料、包含整泡劑及金屬氫氧化物（16) 之副原料、及造泡用氣體； 其特徵在於，相對於多元醇100重量份，係混合25〜5〇 重I份之金屬氫氧化物（16)，且以該多元醇當作副原料之稀 釋用溶劑； 該密封材係滿足UL94所規定之難燃性HBF規格，且 其25%壓縮負荷為〇 〇3]VIPa以下。 2、 如申請專利範圍第1項之難燃性密封材，其中，該 彈性片（12)中，可被丙酮溶解物質之含量在5〇重量％以下。 3、 如申請專利範圍第丨項之難燃性密封材其中，該 金屬氫氧化物（16)之平均粒徑在1〇〜1〇(^m的範圍。^ 4、 如申請專利範圍第！項之難燃性密封材，其中，該 彈性片（12)厚度在〇·3〜3.0mm的範圍。 〜叫不1 T任一項之難燃性 材，其中，該彈性片（12)密度在勝·g/m3的範圍 6、如申請專利範圍第1〜4射任一項之難燃性 ，其中’該彈性M12刚機械造泡法來製造。 材 7、如申請專利範圍第 材，其中，該整泡劑為石夕輞 醇的量為使整泡劑含量在3 〇 〜4項中任一項之難燃性密封 系，且稀釋該整泡劑時之多元 〜7〇重量％的範圍。 23