Негалогенированные огнестойкие адгезивы и ленты - RU2550859C2

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к адгезивам и адгезивным изделиям, содержащим негалогенированную огнестойкую композицию.

Уровень техники

Огнестойкие адгезивы и ленты используют во многих отраслях промышленности и для различных целей. Они используются, например, в электротехнической промышленности в качестве изоляционных лент. Огнестойкие композиции, которые широко используют в качестве огнестойких адгезивов и лент, используют один или более галогенсодержащих материалов. Однако были подняты экологические проблемы и проблемы безопасности в отношении использования галогенсодержащих материалов в адгезивах и соответствующих изделиях, и в ответ на эти проблемы были введены многие негалогенированные огнестойкие материалы, чтобы использовать их вместо галогенсодержащих материалов. В некоторых случаях, когда используют большие количества негалогенированных огнестойких материалов, могут возникать нежелательные эффекты, такие как снижение клейкости адгезива. Патент США №6,022,914 (Nowack et al.) преодолевает эту проблему путем нанесения такой адгезивной композиции с тонким слоем адгезива, не содержащей какой-либо негалогенированной огнестойкой композиции или содержащей низкий уровень негалогенированной огнестойкой композиции, что не ингибирует клейкость адгезива.

Сущность изобретения

Таким образом, желательно иметь негалогенированные огнестойкие композиции, которые предлагают огнестойкие свойства, а также которые поддерживают функциональную производительность адгезива. Существует также желание получить изделия, которые содержат такие композиции.

При помощи настоящего изобретения неожиданно было обнаружено, что, хотя меламин фосфатные и меламин циануратные огнестойкие материалы индивидуально достигают только рейтинга CTI IIIA, при комбинации двух они достигли рейтинга CTI I.

В одном аспекте представлены огнестойкие адгезивы, которые могут быть полезны, например, в конструкции лент. Огнестойкие адгезивы включают огнестойкую композицию, которая содержит меламин фосфат и меламин цианурат.

В другом аспекте представлена конструкция ленты, содержащая материал-подложку, который по существу свободен от галогенированных материалов, имеет по меньшей мере две основные поверхности, адгезив, расположенный на по меньшей мере одной основной поверхности материала-подложки, и огнестойкую композицию, которая содержит меламин фосфат и меламин цианурат. Огнестойкая композиция может присутствовать в или быть включена в один или оба из адгезива и материала-подложки. Огнестойкая композиция может также присутствовать как таковая или быть включена в независимый структурный или функциональный слой в конструкции ленты.

Таким образом, представлены адгезивы и ленты, которые предлагают желаемые огнестойкие свойства, просты в производстве и эксплуатации, а также обеспечивают приемлемую производительность в качестве адгезива или ленты.

Приведенное выше краткое описание не предназначено для описания каждого раскрытого осуществления каждого варианта реализации настоящего изобретения. Подробное описание, которое следует ниже, более конкретно иллюстрирует иллюстративные осуществления.

Подробное описание изобретения

Следует понимать, что рассматриваются другие осуществления, которые могут быть выполнены, не выходя за объем или сущность настоящего изобретения. Приведенное ниже подробное описание, следовательно, не должно быть принято в ограничительном смысле.

Если не указано иное, все числа, выражающие признаки размеров, количеств и физических свойств, используемых в описании и формуле настоящего изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «приблизительно». Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, изложенные в предшествующем описании и прилагаемой формуле настоящего изобретения, являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от желаемых свойств, которые должны быть получены специалистами в данной области техники с использованием идей, раскрытых в данной заявке. Использование численных диапазонов при помощи конечных точек включает все числа данного диапазона (например, от 1 до 5 включает 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4 и 5) и любой диапазон в пределах этого диапазона.

В данном описании

«свободный от галогена» и «негалогенированный» используются взаимозаменяемо и относятся к существенному отсутствию, например, следовым или неэффективным количествам галогенов, т.е. фтора, хлора, брома, йода и астатина;

«огнестойкие композиции» относится к свободным от галогенов или негалогенированным огнестойким или огнезащитным композициям;

«огнестойкие материалы» относится к одному или более негалогенированным огнестойким материалам, которые составляют огнестойкие композиции, представленные в данной заявке;

«огнестойкие адгезивы или ленты» относится к адгезивам и лентам, содержащим огнестойкие композиции, представленные в данной заявке, которые могут удовлетворять требованиям, установленным тестами на воспламеняемость промышленного стандарта UL 510 (Underwriters Laboratories Inc., восьмое издание);

«меламин фосфат(ы)» относится к меламин монофосфату(ам), меламин полифосфату(ам) и меламин пирофосфату(ам); и

«свободная от галогенов огнестойкая» и «негалогенированная огнестойкая» относится к огнестойким композициям, не содержащим галогенов.

Приемлемая производительность адгезива относится к удовлетворению требований, установленных для теста на адгезию, включенных в ASTM D1000-04 (Standard Test Methods for Pressure-Sensitive Adhesive-Coated Tapes Used for Electrical and Electronic Applications). Приемлемая производительность изоляции относится к удовлетворению требований, установленных UL 510 в отношении к диэлектрической прочности до и после воздействия влажности и к устойчивости изоляции. Указанные тесты основаны на ASTM D-149-97a (Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage and Dielectric Strength of Solid Electrical Insulating Materials at Commercial Power Frequencies, 2004), который обеспечивает стандартные процедуры для определения диэлектрической прочности твердых изоляционных материалов при коммерческих частотах в сети, при определенных условиях. Кроме того, производительность изоляции относится к оценке теста Сравнительного индекса трекинга («CTI») или теста ASTM D-149-97a. CTI тест используется для измерения свойств распада материала под электрическим напряжением (трекинг) изоляционного материала, как указано в ASTM D3638-07 (Standard Test Method for Comparative Tracking Index of Electrical Insulating Materials, 2007).

Представлены адгезивы и конструкции лент, которые являются огнестойкими. Адгезив или ленту можно считать огнестойкими, если они могут ингибировать или противостоять распространению огня. Согласно тесту на воспламеняемость, описанному в UL510 стандарте, для того чтобы тестовый образец адгезива или ленты были рассмотрены как огнестойкие, если тест на воспламеняемость применяют для тестового образца, он не может воспламеняться в течение более 60 секунд после любых пяти из 15 секунд приложений тестового пламени, период между приложениями представляет собой: а) 15 секунд, если воспламенение образца сохраняется в течение 15 секунд, или b) продолжительность воспламенения образца, если воспламенение образца сохраняется дольше чем 15 секунд. Тестовый образец не должен воспламенять горючие материалы рядом с ним или повреждать более чем 25 процентов индикаторного флага во время, между или после пяти приложений тестового пламени.

Огнестойкость описанных адгезивов и лент обеспечена включением огнестойких композиций. Описанные огнестойкие композиции являются негалогенированными и включают комбинацию двух конкретных огнестойких материалов: меламин фосфата и меламин цианурата. Необязательно, огнестойкие композиции могут также содержать один или более дополнительных негалогенированных огнестойких материалов, например тригидрат оксида алюминия (Al₂O₃ ·3H₂O) и гидроксид магния (Mg(OH)₂). Коммерчески доступные примеры включают, но не ограничиваясь приведенным, доступные под торговыми марками HYMOD (Huber Corp., Edison, N.J.) или POLYFILL (R.E. Carroll, Inc., Trenton, N.J.). Однако данные материалы не должны быть добавлены в количествах, которые могли бы понижать рейтинг CTI огнестойкой композиции. Такие композиции могут быть частью адгезива или быть включенными в конструкцию ленты, или расположены на изнаночной стороне как отдельный слой или их комбинацией.

Меламин фосфатная часть огнестойкой композиции представлена:

где

если n=1 это меламин (моно)фосфат,

если n=2 это меламин пирофосфат, и

если n=3 это меламин полифосфат.

Коммерчески доступные примеры приемлемых меламин фосфатов включают, но не ограничиваясь приведенным, доступные под торговыми марками МРР-В, меламин пирофосфат, доступный от Kuo Fong Enterprises, Taiwan, MELAPUR 200, меламин полифосфат, доступный от Ciba (сейчас входит в состав BASF), Germany; и BUDIT 3141, меламин полифосфат, доступный от Budenheim, Spain.

Меламин циануратная часть негалогенированной огнестойкой композиции представлена:

Коммерчески доступные примеры приемлемых меламин циануратов включают, но не ограничиваясь приведенным, доступные под торговыми марками MELAPUR МС 15, доступный от Ciba (сейчас входит в состав BASF), Germany; CG-610, доступный от Chemgarde, Taiwan.

Массовое соотношение меламин фосфата и меламин цианурата может составлять от приблизительно 1:6 до приблизительно 2:1.

Общее количество огнестойких композиций, а также количеств каждого из огнестойких материалов, которые составляют общее количество огнестойкой композиции, которую используют, может варьироваться в широком диапазоне, но присутствует в количестве, достаточном для придания адгезиву или ленте огнестойкости. Поскольку общее количество огнестойких материалов и/или относительные количества огнестойких материалов, которые составляют огнестойкие материалы, изменены, эксплуатационные свойства, такие как адгезия, могут негативно изменяться в зависимости от предполагаемого применения для адгезива или ленты. В рамках этих параметров предпочтительный нижний предел для огнестойких материалов в огнестойком адгезиве или изнаночной стороне может составлять приблизительно 30% по массе (30 мас.%), а в некоторых случаях приблизительно 35 мас.% и в других случаях приблизительно 38 мас.%. Предпочтительный верхний предел может составлять приблизительно 60 мас.%, а в некоторых случаях приблизительно 50 мас.% и еще в других случаях приблизительно 40 мас.%.

В некоторых осуществлениях раскрытая огнестойкая композиция предлагает желаемые огнестойкие свойства без существенного влияния на эксплуатационные характеристики адгезивов и лент, такие как отсутствие адгезии с целевой поверхностью или снижение изоляционных свойств изоляционной ленты. Иллюстративные адгезив и конструкции лент с огнестойкими композициями, содержащими соответствующие количества комбинации меламин фосфата и меламин цианурата, вместе с или без одного или более включенных дополнительных огнестойких материалов, показывают предпочтительные свойства и характеристики по сравнению с их свойствами по отдельности. Конкретно, как показано в Таблице 2, если меламин фосфатные или меламин циануратные огнестойкие материалы композиции присутствуют индивидуально в адгезивах или конструкциях лент, они только достигают рейтинга CTI IIIa. Неожиданно были получены синергетические результаты при обеспечении использования огнестойких композиций на соответствующих уровнях в адгезивах или конструкциях лент, чем достигают рейтингов CTI I. Например, как показано в Таблице 3, адгезивы и конструкции лент с соответствующей огнестойкой комбинацией в соответствии с настоящим изобретением могут соответствовать промышленному стандарту UL 510 теста огнестойкости и могут достигать рейтинга сравнительного индекса трекинга («CTI») I.

В различных осуществлениях изобретения огнестойкие композиции могут быть включены в адгезивный материал, чтобы придать желаемые огнестойкие свойства адгезивам. Полезные адгезивы включают много различных типов и форм, таких как чувствительные к давлению адгезивы, термореактивные адгезивы, термоплавкие адгезивы и другие типы адгезивов. Как хорошо известно из уровня техники, когда описывают их относительные химические составы, адгезивы могут быть распределены по группам как акриловые адгезивы, полиолефиновые адгезивы, стирольные сополимерные адгезивы, силиконовые адгезивы, эпоксидные адгезивы, этиленовые сополимерные адгезивы и другие типы адгезивов. Представленные негалогенированные огнестойкие композиции могут быть включены в любой из этих адгезивных материалов для придания желаемых свойств огнестойкости адгезивам.

Представленные огнестойкие композиции могут быть также использованы в адгезивах или конструкциях лент вместе с другими материалами. Многие адгезивы, например, включают одну или более поперечно-сшивающих композиций, таких как, например, бис-амид. Адгезивы или конструкции лент также часто включают одно или более соединений, повышающих клейкость, для контроля желаемых характеристик клейкости адгезива или ленты. Включение других обычных добавок, вспомогательных веществ, агентов и материалов (например, красителей, пигментов, грунтовок, наполнителей, поглотителей УФ-излучения и проводящих частиц), понятно специалистам в данной области техники.

Адгезивы, включающие представленные огнестойкие композиции, могут быть использованы в любом применении, для которого предназначен основной адгезив без огнестойкой композиции и для которого степень огнестойкости желательна. Представленные огнестойкие композиции также находят особую полезность в конструкциях лент. Такие конструкции лент обычно содержат материал-подложку, на который наносят один или более функциональных или структурных слоев (обычно путем покрытия). Одна или более представленных огнестойких композиций могут быть использованы в или с такими конструкциями лент путем включения огнестойких композиций в материал-подложку и/или один или более функциональных или структурных слоев. Огнестойкие композиции могут, например, быть включены в адгезив, который наносится на материал-подложку, или они могут быть применены в качестве, или вместе с неадгезивным слоем в конструкциях лент независимо от адгезивного слоя. Существует, таким образом, большая гибкость в полезности при обеспечении огнестойких композиций в конструкции ленты.

По меньшей мере в одном осуществлении настоящего изобретения многослойная конструкция ленты содержит огнестойкий адгезив, который наносят на материал-подложку, имеющий по меньшей мере две основные поверхности. Огнестойкий адгезив предоставляют как слой, нанесенный на одну из основных поверхностей материала-подложки. Огнестойкий слой адгезива может быть любой желаемой и функциональной толщины, но обычно находится в диапазоне от приблизительно 12 мкм до приблизительно 80 мкм или даже, возможно, более. Материал-подложка типично является свободным от галогенсодержащих соединений. Приемлемые материалы-подложки включают, например: полимерные материалы, такие как сложные полиэфиры (например, PET (полиэтилентерефталат)), полиолефины, полиамиды и полиимиды; природные и синтетические резиновые материалы; бумажные материалы; металлическую фольгу, стекловолокна и другие типы материалов. Материал-подложка может быть любой желаемой и функциональной толщины, но обычно она составляет от приблизительно 25 мкм до приблизительно 125 мкм.

Конструкции лент, которые включают огнестойкие композиции в соответствии с настоящим изобретением, могут содержать грунтовку, расположенную между огнестойким адгезивом и материалом-подложкой. Приемлемая грунтовка эквивалентна грунтовке ЗМ Р-93 (композиции на основе растворителя с акрилонитрил-бутадиеновым полимером, жирными кислотами и спиртом). Огнестойкие конструкции лент могут также содержать материал изнаночной стороны с низкой адгезией (или «LAB») на основной поверхности материала-подложки противоположно основной поверхности, содержащей адгезив, и, если присутствует, грунтовку. Материал изнаночной стороны с низкой адгезией может помочь предотвратить слипание отдельных частей ленты друг с другом, когда рулон изготавливают и сворачивают. Приемлемые материалы LAB включают эквивалентные 3M RD-1547 уретановому полимерному раствору.

ПРИМЕРЫ

Следующие примеры и сравнения предлагаются для облегчения понимания настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие его объем. Если не указано иное, все части и процентные содержания приведены по массе. Следующие тестовые методы и протоколы были использованы при оценке иллюстративных и сравнительных примеров, которые следуют ниже:

ТЕСТОВЫЕ МЕТОДЫ

1. UL 510 (раздел 6) Тест огнестойкости

Образец подвергали воздействию открытого пламени в течение пятнадцати секунд. Под воздействием пламени, любое пламя на тестовом образце (который типично загорается) должно погаснуть менее чем за 60 секунд, чтобы пройти тест. Тест повторяли пять раз. Любое время тушения более чем 60 секунд считается неудачным для образца.

Результаты представлены в виде «прошел» или «не прошел». Дополнительную информацию о тесте можно найти в описании UL 510 стандарта, восьмое издание, опубликованного Underwriters Laboratory of Northbrook, Illinois, USA.

2. UL 510 соотношения влажной и сухой диэлектрической прочности

Тестирование для сухой и влажной диэлектрической прочности проводили в соответствии с протоколом ASTM D149-97a. В целом, согласно данному тесту образец помещали между двумя электродами и мощность увеличивали, пока не имела место диэлектрическая недостаточность. Тестирование на «сухую» диэлектрическую прочность проводили при комнатной температуре и относительной влажности 50%. Тестирование на «влажную» диэлектрическую прочность проводили при воздействии на образец в течение 96 часов при 23°C и относительной влажности 96%. Чтобы пройти тест на сухую диэлектрическую прочность, диэлектрики должны иметь более или ровно 1000 В/мил. Чтобы пройти тест на влажную диэлектрическую прочность по меньшей мере 90% сухой диэлектрической прочности должно быть сохранено (т.е. влажные диэлектрики имеют более или ровно 900 В/мил). Чтобы пройти UL510, соотношение влажного пробоя диэлектрика/сухого пробоя диэлектрика должно быть более чем 90%.

3. UL-510 адгезивная прочность к стали при комнатной температуре(«ATS»)

Адгезивная прочность к стали при комнатной температуре ленты является мерой силы, необходимой для удаления ленты с предписанной поверхности при измерениях согласно ASTM D1000-04. В целом, согласно данному тесту образец помещали в испытательную машину траверсного типа с двумя зажимами, чтобы удерживать образец в одной плоскости и зажимы отделены друг от друга, регистрировали силу для удаления адгезивной ленты из куска стали. Минимальное значение прохождения составляло 0,454 кг/дюйм.

4. Рейтинг сравнительного индекса трекинга («CTI»)

Рейтинг сравнительного индекса трекинга («CTI») материала является мерой сопротивления материала трекингу поверхности при определенных условиях тестирования. Протокол тестов изложен в ASTM D3638-07. В общем случае, чтобы выполнить тест, верхнюю поверхность тестового образца удерживали в приблизительно горизонтальной плоскости и подвергали электростатическому напряжению с помощью двух электродов. Поверхность между электродами подвергали воздействию последовательности капель раствора электролита, до того как не прекращало работать устройство экстратока, пока не возникнет постоянное пламя или пока период тестирования не закончится. Индивидуальные тестирования являются краткосрочными (менее 1 часа), до 50 или 100 капель приблизительно 20 мг раствора электролита, приходящихся на каждые 30 секунд между платиновыми электродами на расстоянии 40 мм друг от друга на поверхности тестового образца. На электроды во время тестирования подают переменный ток с напряжением от 100 вольт до 600 вольт.

Результаты наносили на график для регистрации количества капель раствора электролита, помещенных на поверхность образца по сравнению с зарегистрированным напряжением. Сравнительный индекс трекинга или CTI представляет собой напряжение, соответствующее 50 каплям раствора электролита. Чем ниже рейтинг CTI для данного материала, тем больше длина пути утечки, связанная с этим материалом. Рейтинг CTI приведен следующим образом:

CTI рейтинг I: CTI≥600 В

CTI рейтинг II: 400 В≤CTI<600 В

CTI рейтинг IIIa: 175 В≤CTI<400 В

CTI рейтинг IIIb: 100 В≤CTI<175 В

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сравнительные примеры С-1 - С-7 и Примеры 1-8

Чтобы подготовить образцы лент для каждого примера и сравнительного примера была подготовлена адгезивная композиция, содержащая ингредиенты и их количества, указанные в таблицах 1 и 2 ниже в расчете на 100 частей акрилового адгезивного полимера, изготавливаемого 3MCompany, номер продукта 21-3314-0004-0. Для каждого образца ингредиенты для адгезивной композиции были смешаны с использованием лабораторного размера высокоинтенсивного смесителя в присутствии растворителя (гептана, этилацетата или смеси обоих). Полученную в результате композицию непосредственно наносили на PET пленку TAIRILIN ВР25 толщиной 26 мкм, грунтованную грунтовкой 3M Р-93, либо с помощью лабораторного ножа для нанесения покрытий, чтобы произвести ручное распределение образцов или пилот-размерного устройства для нанесения покрытий (снабженного ножом для нанесения покрытий), чтобы получить непрерывную пленку с покрытием с номинальной толщиной покрытия приблизительно 25 мкм. После нанесения покрытия образцы либо помещали в печи принудительной конвекции (в случае ручного распределения образцов) или непрерывно пропускали через туннельную печь (в случае непрерывной пленки) для извлечения растворителя и сухого образца. Покрытые и высушенные образцы были вырезаны или разрезаны с получением 0,75 дюйма (1,9 см) образцов. Образцы подвергали тестовым методам, описанным выше, и результаты приведены в Таблице 2 и Таблице 3 ниже.

Хотя приведенное выше подробное описание содержит многочисленные конкретные детали в целях иллюстрации, специалистам в данной области техники будет понятно, что многие варианты, изменения, замены и изменения в подробном описании находятся в пределах объема настоящего изобретения, как заявлено. Соответственно, изобретение, описанное в подробном описании, изложено не накладывая никаких ограничений на заявленное изобретение. Надлежащий объем изобретения должен быть определен приведенной ниже формулой изобретения и ее соответствующими правовыми эквивалентами. Все цитируемые ссылки включены в данную заявку путем ссылки в полном объеме.

Реферат

Огнестойкие адгезивы содержат негалогенированную огнестойкую композицию, которая состоит из комбинации меламина фосфата и меламина цианурата. Изобретение обеспечивает приемлемую производительность в качестве адгезива или ленты. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 табл., 8 пр.

Формула