[发明专利]低烟、非卤代阻燃组合物及相关的电力电缆护套

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及一种无卤阻燃剂(HFFR)或低烟零卤素(LS0H)组合物。具体地，本发明涉及一种低烟、非卤代阻燃组合物，其由聚丙烯、二氢氧化镁(MDH，也称为氢氧化镁)及经氢化脂肪酸改性的铝镁层状双氢氧化物制成和/或包含聚丙烯、二氢氧化镁(MDH，也称为氢氧化镁)及经氢化脂肪酸改性的铝镁层状双氢氧化物。

本发明还涉及绝缘线、绝缘屏蔽线、绝缘电缆及加护套的电缆，每个具有由低烟、非卤代阻燃组合物制成和/或包含低烟、非卤代阻燃组合物的绝缘或护套层。或者，将这些电缆称为自熄性电缆。

背景技术

阻燃聚合物组合物已使用了几十年。最初，明显依赖于卤素，主要是含氯或溴的化学物质，以得到阻燃性。因为卤素在火中产生极大毒性及腐蚀性燃烧产物，所以注意力转移到无卤阻燃剂(HFFR)或低烟零卤素(LS0H)化合物的开发。(值得注意的是，酸性燃烧产物能够破坏昂贵设备及甚至如保险丝盒的那些坚固电设备，这可避免火焰或火热量的直接破坏。)

适中成本的无卤素体系在原材料方面受限于聚烯烃。不幸的是，聚烯烃本身缺乏良好的耐燃性。另外，无卤素阻燃剂的选择受限于某些水合矿物质例如金属的氢氧化物、水合氧化物或水合盐(特别是，三水合氧化铝(ATH)或二氢氧化镁(MDH))。

二氢氧化镁在包括电线和电缆应用的多种塑料中提供优异的阻燃性及烟雾抑制。二氢氧化镁也是一种无毒性、无腐蚀性添加剂，通常将其掺入弹性及塑性化合物中，其中耐火性及烟雾抑制的无卤素方法是优选的。

根据一种理论，二氢氧化镁及其它金属水合物通过释放它们的水合水起作用，优选地在高于加工所需的那些温度但低于阻燃组合物燃烧的那些温度的温度下。具体地，二氢氧化镁发生根据下式I的吸热分解，其在约330℃下开始：

I:Mg(OH)₂→MgO+H₂O

热量

燃烧期间释放的水具有稀释可燃气体并用作阻止氧气支持火焰的障壁的作用。二氢氧化镁的烟雾抑制性质被认为是因为水蒸气对可燃气体的稀释作用或因为与聚合物形成炭。在相对高的浓度下，这些添加剂也通过相对有效地从燃烧表面传导热量损及燃烧。为了最大化这些阻燃效果，优选的是阻燃添加剂以最大水平存在。

虽然二氢氧化镁具有优点，但是其使用在某些应用中可产生问题。例如，为了得到极高水平的阻燃能力(例如，Underwriters Laboratories‘UL 94等级)，必须添加大量的阻燃添加剂，例如大于60重量％。此浓度的二氢氧化镁可不利地影响聚合树脂的物理性质(例如拉伸强度及挠性)及加工特征(例如粘度)，从而使所得组合物不适于某些应用。UL标准定义产品必须满足的各种特征，例如涂层材料的阻燃性、热变形、低温特征及初始及热老化拉伸特征。

因此，该领域中仍需要提供甚至更大水平的防火而不牺牲添加了阻燃组合物的聚合树脂的有利的物理性质的组合物。

二氢氧化镁的表面处理已用于影响基于聚烯烃的组合物的物理性质。美国专利号5,211,746试图通过利用饱和或不饱和羧酸或金属盐表面处理二氢氧化镁改善基于聚乙烯的组合物的低温性质。美国专利号7,563,395使用两组分表面处理(高级脂肪酸及甲基氢硅油)以实现基于聚乙烯的组合物的所需的阻燃性和弹性。

其它集中于二氢氧化镁颗粒的物理和形态特征以影响阻燃组合物的物理性质及阻燃性。美国专利号5,218,027指出阻燃性添加剂材料具有相对较宽的粒径分布以利于组合物的加工。在第8栏，第10-15行中，专利描述了“具有约0.5至60.0mm的分布及约2.5mm的中值”的阻燃性添加剂材料，其包含粗糙部分和微细部分，该粗糙部分为约60重量％。

美国专利号8,097,809集中在天然MDH的平均孔径及其平均粒径(d50)和比表面积(BET)的物理特征，用于改善具有包含所述颗粒的层的电缆的机械性质及阻燃性。

Cogen等人，“低烟、零卤素阻燃聚烯烃最近的发展”(“Recent Developments in Low-SmokeZero-Halogen Flame Retardant Polyolefins”)，细胞聚合物(2006年11月1日)指出将大量MDH掺入聚合物基质中以改善阻燃性需要在复合体系的损及的物理及加工特征方面权衡。

Cogen评估了MDH在可交联的乙烯/乙酸乙烯酯共聚物制剂中的四个等级，其中MDH等级具有大致相同的平均粒径及基本上类似的表面积。在最终组合物中发现的不同性质使他的团队总结出机械性质及耐燃性的差异更可能是因为颗粒形态而不是粒径。