包括钙相和镁相的粉末状矿物填充剂，包括通式为aCaCO3·bCa(OH)2·cMg(OH)2·dMgO·eCaO的半水合的白云石并且包括颗粒结块，其中，a、b、c、d和e是摩尔分数，且(a+b+e)/(c+d)在0.8和1.2之间；含有该矿物填充剂的阻燃聚合物组合物；以及这种矿物填充剂的生产方法和用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阻燃矿物填充剂和阻燃聚合物组合物
本专利技术涉及阻燃聚合物组合物领域，并且因此涉及待被加入到聚合物中作为阻燃添加剂的阻燃剂或阻燃矿物填充剂，其包括钙化合物和镁化合物。
技术介绍
将阻燃添加剂或防火剂或进一步的耐火添加剂并入到聚合物基质中，以减缓或阻挡聚合物在着火情况下燃烧。此外，这些阻燃添加剂(在下文中称之为填充剂)的效果可区分为两类，即化学效果和物理效果。对于化学效果，发现在温度的影响下加速了聚合物链的断裂，这导致了产生熔融聚合物，而该熔融聚合物将滴落并且在火灾中产生热区域。在基于含磷阻燃剂的体系的情况下，发现通过填充剂和聚合物之间的反应形成了炭化层，而该层随后用作阻断层，并且防止有助于火灾的可燃气体的释放。此外，在温度升高时，再次发现填充剂释放不易燃化合物或该填充剂捕获气相中存在的自由基。这些化学效果的一些可通过卤代的填充剂(溴化物和氯化物)而获得，然而卤代的填充剂由于毒理学因素和环境因素而逐渐被放弃。在物理效果中，发现填充剂的吸热分解反应导致聚合物的冷却，并且释放出如蒸汽或CO2的惰性气体，该惰性气体随后用作氧化剂和可燃气体的稀释剂。最后，还发现由填充剂的降解而形成了保护层，该层将再次防止可燃气体的释放。这些物理效果通常利用矿物填充剂而获得。通常，包括一方面为矿物填充剂以及另一方面为聚合物的组合物应当具有一定的特征以便于实际应用。首先，应当量化阻燃效果以评估这种组合物的益处。锥形量热计的标准化方法(ISO5660-1或ASTME1354)被用于确定当聚合物组合物暴露在可控水平的辐射热中时，由可选地含有矿物填充剂的聚合物组合物释放的热释放(HRR表示释放热速率，并且表示为kW/m2)。该方法(下文中称为“火灾测试”)进一步允许确定易燃性、质量损失、烟雾的产生或进一步地确定组合物的燃烧热。对于填充的聚合物，不是特别大量的热表示矿物填充剂的良好的阻燃作用。存在有用于评估阻燃效果的其它方法。LOI(极限氧指数)被用于根据标准(ASTMD2863)表示材料的相对易燃性，并且对应于极限氧水平(在O2-N2混合物中)，在极限氧指数以下，点火充分，但是燃烧并不进行传播，而在该极限氧指数以上，燃烧传播。由于大气中氧气水平为21％。LOI小于21的材料将被分类为“可燃的”，而对于LOI大于21的材料将被分类为“自熄的”，在没有外部能量供应的情况下，他们的燃烧并不传播。所谓的“热辐射火焰(epiradiator)”测试(NFP92-505)由使大小为70mm×70mm×4mm的板经受恒定的热辐射(500W)组成，并且可能导致释放的气体点燃。一旦该板失火，在3秒之后移开该辐射器，并且当样品熄灭时，随后将辐射器放回到其初始位置。该操作以5分钟的最小间隔进行更新。该测试给出了能够量化材料的耐燃性(点火时间)以及其自熄灭能力(点火数)。还存在其它方法，其通常对应于填充的聚合物的具体应用(电缆、电气设备、电部件…)，其中，点燃测试UL94，所谓的“白炽丝”测试(IEC60695-2)的各种方法，适用于电缆的锥形量热计(EN50399)…此外，对于在组合物中给定的高比例的这些矿物填充剂，重要的是，评估矿物填充剂将对聚合物组合物的机械性质的影响。因此，填充的聚合物应当具有可接受的机械强度(牵引、冲击)特性。这些机械强度特性尤其利用拉伸测试，例如根据50mm/min的延伸率的ASTMD638或ISO527-1标准来评估。该方法允许以百分比确定断裂延伸率。此外，根据ISOEN179-2标准来量化耐冲击性，该ISOEN179-2标准用kJ/m2确定弹性。与聚合物一起使用以获得阻燃效果的最常见的矿物填充剂主要的氢氧化铝也被称为ATH的Al(OH)3以及也被称为MDH的氢氧化镁Mg(OH)2。氢氧化铝代表了目前市场中用于阻燃添加剂的主要部分。其降解温度为220℃的量级。该吸热降解消耗1050kJ/kg并且导致保护性氧化铝Al2O3层的形成。与其它矿物填充剂的分解温度相比，ATH的分解温度较低，因此氢氧化铝仅适用于具有低成型温度的聚合物。此外，必须使用低温配混技术(典型地，Buss挤出机)。遗憾地，为了具有有效的阻燃效果，ATH必须以包括聚合物和填充剂的组合物的重量的50％至75％加入到聚合物基质中，这导致了未填充的聚合物的机械性能的强烈劣化。目前，替代ATH的主要的非卤代的替代物是MDH。与ATH相比，该矿物氢氧化物(Mg(OH)2)在较高的温度下分解。这就允许了其可被用在较多选择的聚合物中，并且可使用更经济的成型设备(典型地，双螺杆挤出机)。与ATH的相比，MDH代表了小得多的市场份额。然而，近些年来已经对其产生了兴趣。氢氧化镁的降解温度为约330℃，并且该吸热降解消耗1300kJ/kg。MDH的降解产生MgO，该MgO在高温下形成保护层。此外，如同ATH，基于包括聚合物和填充剂的组合物的重量，MDH通常为包括聚合物和填充剂的组合物的重量的50％至75％加入到聚合物基质中，与未填充的聚合物的机械性质相比，其劣化了该组合物的机械性质。此外，这些氢氧化物的合成途径是复杂的，使得这些矿物填充剂相当昂贵。通常通过生石灰的水合(熟化)而获得的氢氧化钙在约400℃下以吸热的方式(900kJ/kg的消耗)分解，释放出水，并且引起氧化物，CaO的形成。因此，Ca(OH)2呈现出具有用作阻燃添加剂的所有所需性质的矿物氢氧化物。然而，与ATH和MDH的分解温度相比，Ca(OH)2的分解温度是高的，并且因此Ca(OH)2仅在相对高温下有效地用作阻燃剂，在该温度下存在的风险是：聚合物已经完全降解。此外，由于其强碱性(pH大于12)，Ca(OH)2仅可用作在与高pH的颗粒相接触而不降解的聚合物基质中用作填充剂。因而，与ATH和MDH相比，Ca(OH)2较不常见。此外，在现有技术中，已知的是通式为Ca(OH)2·Mg(OH)2的化合物用作阻燃剂。例如，文献US5,422,092公开了与氢氧化镁相比，更有效(其允许使用较低量)且更廉价(其允许限制聚合物生产的成本)的阻燃添加剂。根据该教导的填充剂是固体溶液类型且通式为Ca1-xM2+x(OH)2的复合金属氢氧化物，其中，M为金属Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的至少一种，并且其中x在0.001和0.995之间。文献EP0541329非常类似于上述US5,422,092，但是所得到的固体溶液是通式为Ca1-xM2+x(OH)2的复合金属氢氧化物，其中M为选自Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的至少一种二价金属，并且其中，x在0.005和0.400之间。文献FR2574083公开一种用于塑料材料，尤其是聚烯烃的粉末状的基于白云石或白云石石灰石的填充剂，其组成为xMg(OH)2·yCa(OH)2·zCaCO3，在压力下，所有的MgO已经被水合。因此，这是半煅烧且完全水合的白云石。CaCO3和Ca(OH)2含量是高度可改变的并且取决于白云石的煅烧程度。对于专利DE102009034700，其描述了通过简单且经济的方法由基于钙和/或镁的天然产物来获得基于钙和/或镁的组合物。这些组合物是亚微米或甚至是纳米组合物(初级颗粒<300nm，或甚至<200nm，或甚至<100nm)。这种亚微本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种粉末状的矿物填充剂，包括钙化合物和镁化合物，其特征在于，所述矿物填充剂包括适用于通式aCaCO3·bCa(OH)2·cMg(OH)2·dMgO·eCaO的半水合的白云石，其中，a、b、c、d和e是摩尔分数，且(a+b+e)/(c+d)在0.8和1.2之间，并且具有这样的值：b代表对应于≥15％的重量比例的摩尔分数，c代表对应于≥1％的重量比例的摩尔分数，d代表对应于≥1％的重量比例的摩尔分数，a和e均代表对应于≥0％的重量比例的摩尔分数，所述重量比例基于所述半水合的白云石的总重量来设定，并且，所述矿物填充剂包括颗粒的聚集体的结块。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.12 BE 2012/00487;2012.09.05 US 61/696,9581.一种阻燃聚合物组合物，包括聚合物和阻燃矿物填充剂，所述阻燃矿物填充剂包括钙化合物和镁化合物，并且包括适用于通式aCaCO3·bCa(OH)2·cMg(OH)2·dMgO·eCaO的半水合的白云石，其中，a、b、c、d和e是摩尔系数，且(a+b+e)/(c+d)在0.8和1.2之间且d/c大于1，并且具有这样的值：b代表对应于≥15％的重量比例的摩尔系数，c代表对应于≥1％的重量比例的摩尔系数，d代表对应于≥1％的重量比例的摩尔系数，a和e均代表对应于≥0％的重量比例的摩尔系数，所述重量比例基于所述半水合的白云石的总重量来设定，并且，所述阻燃矿物填充剂包括颗粒的聚集体的结块，并且所述阻燃矿物填充剂以1wt％至80wt％的量并入到所述阻燃聚合物组合物。2.根据权利要求1所述的阻燃聚合物组合物，进一步包括用于对所述矿物填充剂进行表面处理的表面活性剂或偶联剂。3.根据权利要求1或2所述的阻燃聚合物组合物，其中，所述聚合物的HRR曲线的最大值降低50％至65％。4.根据权利要求2所述的阻燃聚合物组合物，其中，所述聚合物为热塑性有机聚合物。5.一种用于根据权利要求1所述的阻燃聚合物组合物的制造方法，所述方法包括以下步骤：a)煅烧通式为sCaCO3·tMgCO3的天然粗白云石以得到通式为xCaCO3·yCaO·zMgO的经煅烧的白云石，其中，s、t、x、y和z为摩尔系数，其中，x+y＝s，t＝z，且s/t在0.8和1.2之间，b)通过预定量的水性相对通式xCaCO3·yCaO·zMgO的所述经煅烧的白云石进行5分钟和4小时之间的预定时段的不完全的且可控的水合，以形成颗粒的聚集体的结块形式的通式为aCaCO3·bCa(OH)2·cMg(O...
【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽安·洛古伊劳克斯，迪迪埃·勒叙厄尔，蒂埃里·肖宾，福阿德·劳缇德，菲利浦·杜波依斯，
申请(专利权)人：勒瓦研究开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。