[发明专利]发泡聚合物的防火系统

说明书

本申请是申请人阿乐斯企业有限两合公司提交的申请号为 201110026432.6、申请日为2011年1月18日、发明名称为“发泡聚合物的防火系统”的发明专利申请的分案。

技术领域

本发明涉及用于防燃和消烟目的的通用多层涂层系统，特别用于保护发泡有机聚合物，改善阻燃性质，降低产烟量，还涉及制造该系统的方法、该系统在基材方面的应用、该系统的用途和所得复合物。

背景技术

基于有机物的发泡或多孔高分子结构在很多应用领域，如温度梯度绝缘、噪声防护、振动衰减、轻型结构等中具有重要作用。然而，由于它们的有机性质，即表示可燃性，阻燃性和与此相关的问题一直阻碍将有机泡沫和海绵用于可燃性、火焰扩张和产烟可能成问题的任何用途从而拓宽其适用性。特别是产烟和烟密度是近年来讨论的问题。已为改善聚合物本身的阻燃性作出了很多努力，然而这些方法例如采用阻燃剂、不可燃填料等仅具有延迟作用而并不具有完全防止作用，甚至可严重影响聚合物的膨胀或发泡以及所需应用的其它最终性质；此外，只要出现真正的燃烧和/或跳火(温度会很容易持续超过900℃)，无论放入多少阻燃剂，有机聚合物都会继续燃烧，说到有机泡沫的泡沫泡孔内一直存在加速燃烧的氧气时，情况甚至更糟，且泡孔壁很薄，易受到攻击并分解。因此，已作了一定工作在发泡聚合物着火前对其进行保护，即避免其在可能发生火灾的一侧也就是发泡产物的表面上着火。非常关心可燃性问题的领域是电缆和建筑工业，而大部分检查也确实在这些应用领域中实施。可想到的有用特别的防燃聚合物形成外层的复合物，例如JP 2002167886、US 6066580或GB 2122232所述，但最普遍的防火方法是采用由金属箔或板组成的外层，其中由于适用性和成本问题大多采用铝，常结合一个或多个不可燃或可燃性低的内层。以下专利对该技术的各种应用已达到几乎穷尽的程度：GB 2174335 (用刚性泡沫填充的铝蜂窝结构)、GB 2161655(其下带有矿棉的金属箔)、 EP 91255(箔层，其下是金属丝网)、GB 1454493、US 4292369和US 4296170 (各种外箔)、DE 19815933(多孔箔，其下是纤维)、JP 2003055622和 JP 11293894(结合发泡系统的箔)。大部分发明人要求保护金属箔或板连同纤维(织造或非织造)的用途，其中纤维有时是如JP 200677551、JP 4347252和CN 2557778(铝/聚酯或聚酰胺)中的低可燃性纤维，但大多是不可燃纤维：JP 9177200、JP 8199709、JP 2043034、JP 10034786、JP 1261588、 KR 102006022043、KR 102004065138、KR 100517732、EP 2116753、CN 201236395、US 4459334、US 4204019、US 4292361(均采用金属(Al)箔作为最外层，其下是(玻璃)纤维)，以及US 20030077419(带孔的箔，纤维)。以下专利也要求保护所述铝/纤维材料的组合，在JP 2002023763 中用于隔音目的；在例如US 4937125、JP 2215521、GB 1110579和GB 1128611中用于热绝缘；在FR 2792667和GB 1243136中同时用于以上两种目的；KR 102006115089要求保护单层铝箔用于防水；然而上述情况中并未均将燃烧性能作为目标。其它发明人要求保护低可燃性纤维(例如， JP 2008201079、JP 80868164、CN 200992175)或不可燃纤维(主要是玻璃纤维)仅作为外层的用途，有时结合其它层，如例如GB 882296(玻璃纤维涂层)、EP 778634(纤维在基质中，内层低可燃性材料)、DE 19815933 和SE 514501(无机纤维层，部分用不可燃物质填充)、JP 10115045(不可燃纤维和竹层)、JP 8277586(纤维在泡沫填充蜂窝结构上)、GB 1386254 (纤维增强外树脂层)、DE 102006055377和DE 19809973(纤维/箔在发泡层上)所述。US 4025686、US 4073997、US 4118533和其它专利要求保护作为外层的玻璃纤维，GB 1213010要求保护多个纤维层建造结构的用途，但二者并未均明确将燃烧性能作为目标。CN 1613640提到了浸渍阻燃剂的双毛毡层；DE 19640887要求保护用于防火目的的纤维增强硅酸盐层。所有这些方法确实包括大量关于阻燃性的要求，然而，其个体通用性有限，且其性能强烈依赖于基材、如何施涂所述层等。因此，大部分上述发明也要求或至少提到基材本身的阻燃性。建筑工业内的要求和可燃性测试相关的批准越来越全球化，但由于除可燃性外还考虑到产烟和烟密度，其也变得更精确并更具有应用相关性，因此更具有挑战性(例如ASTM E-84和EN 13823)。相应地，我们在研究过程中发现，上述现有技术不适合安全达到有机物可能的最高阻燃等级(例如EN 13823/EN 13501-1的BS 1和UL 94 的V-0等)，甚至不适合最普遍的聚合物发泡基料，在一些情况中，这些系统甚至会导致性能更差(参见表1)。性能较好的系统(例如至少分别达到BS 3或V-1等级)价格昂贵、复杂、不具有经济或生态方面的优势。上述材料通常的缺陷在于，采取的阻燃措施将引起不完全燃烧，由此烟中所含的颗粒可导致高烟密度以及部分高产烟量。以下是传统防火系统失效的其它原因。一些现有技术并不基于传统系统：KR 102006021127公开了铝箔层上具有保护聚合物层的复合物，而该铝箔层本身位于泡沫之上，然而，并未要求保护该系统的防火性能，由于所述聚合物太容易燃烧，会不符合各自的要求。CH 650196描述了一种据称具有阻燃性的有趣的复合物，其中铝箔经穿孔且是第二层，由含阻燃剂的聚酯纤维外层涂覆。此外，以上提到的JP 8199709描述了金属箔不一定是最外层的系统。然而，根据我们的研究，这些非典型系统在灼烧度测试结果的一致性、再现性和适用性方面显示出缺陷。例如，JP 8199709正确地描述了含阻燃剂的缓慢燃烧的外层会借助其下的铝导体分散燃烧热，然而我们发现，从某个时间点开始，该分散能力出现饱和，金属层的过热会造成不希望出现的外层和基材的跳火，引起所述箔周围复合物的完全燃烧。CH 650196提到的复合物会在略迟的时间点显示该作用，但也会造成跳火的结果。这里跳火延迟的原因是由于所述箔的多孔结构能使热甚至分散到基材中，但并未达到形成可燃性气体的临界水平。最终，GB 2222185关于第一层可熔化而不燃烧将具有保护功能的正确假设在用于上述测试方法和批准时显示无效，因为熔化层会最终自发起火。此外我们观察到，在所有三种情况中，跳火之前和之后都明显产生黑的和/或浓的烟，这不利于批准。