用于防火的陶瓷化组合物制造技术

本发明专利技术涉及在火灾情况下形成阻燃陶瓷的陶瓷化组合物，该组合物包含：（ｉ）至少１０重量％的矿物硅酸盐；（ｉｉ）８－４０重量％在不超过８００℃的温度下形成液相的至少一种无机磷酸盐；（ｉｉｉ）占所述组合物总重量的至少１５重量％的聚合物基组合物，该聚合物基组合物包含至少５０重量％的有机聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及阻火组合物，该组合物的作用是在火灾产生的高温下形成陶瓷。本专利技术还涉及这种组合物的制备及其应用，例如将所述组合物成形，形成具有要求的阻火性质的制品。本专利技术将参照电缆应用进行描述，电缆是本专利技术的特别优选的实施方式，但是，应理解所述组合物还可用于为各种制品提供阻火性质。
技术介绍
建筑材料的阻火性质以及在火灾情况下保持电力供应和通讯畅通，对居民安全和有效消防非常重要。因此，许多国家制订了建筑物在火灾情况下的性能标准。例如，要求用于重要应用的电缆能在火灾情况下持续运行，以确保电力供应和通讯畅通。为满足某些标准，电缆在加热到特定温度(如，650℃、750℃、950℃或1000℃)后，电缆必须能在特定时间内保持电路完整。有必要考虑到，为能有效防火，可能需要通过隔绝火焰来提供保护，以避免火灾中喷射的水以及气体湍流的影响。还要求用来提供阻燃性的材料在处于火灾中很可能达到的高温时，具有目的应用所能接受的机械强度，使得材料在可能发生的火灾中受到机械冲击和/或作用力(如来自强气流)时，它能保持在原位。一种提高绝缘电缆的高温性能的方法是用玻璃纤维制成并涂覆了云母的带包封电缆的导体。在制造电缆时将这种带缠绕在导体上，然后施涂至少一层绝缘层。暴露于升高的温度时，外层降解并剥落，但是，玻璃纤维使云母保持在原位。已经发现，这些带在火灾中能有效维持电路的完整性，但是这些带成本很高。此外，在导体上缠绕带的工艺与电缆的其他制造步骤相比更耗时。在导体上缠绕带使电缆的总生产速度减慢，再次增加成本。希望能在制造电缆时施用阻燃涂层(例如，通过挤出)，从而可避免使用上述的带。使用各种材料为包括电缆在内的结构和部件提供阻燃性。曾报道使用基于硅弹性体的组合物。但是，硅弹性体较贵，且机械性质较差，并且较难通过(例如)挤出方法进行加工。此外，这些组合物容易形成相关的缺陷，在暴露于火焰时由于硅弹性体的有机组分热解或燃烧而转变为粉末状物质。热解或燃烧的产物挥发后留下无机残余物或灰烬(二氧化硅)，这些残余物和灰烬的固有强度很低。这些残余物通常不是粘在一起的，也不是自支撑的，并且确实很容易破碎、被移除或塌陷。这种性能减少了硅弹性体在被动防火中的应用。这意味着，例如，用于电缆绝缘的有机硅聚合物必须用物理支撑体进行保护并固定在位，所述物理支撑体如无机带和编织物或金属护套。我们已经发现，基于有机硅聚合物或其他聚合物的某些材料与各种无机添加剂组合，在暴露于火焰时能保持其完整性并形成自支撑的陶瓷，其中的某些材料被认为可用于不含物理支撑体的电缆的绝缘层。国际申请PCT/AU03/00968描述了一种阻燃组合物，该组合物包含有机硅聚合物与以所述组合物总重量为基准的5-30重量％的云母和0.3-8重量％的玻璃添加剂。国际申请PCT/AU03/01383(其内容被参考结合于本文)描述了一种包含有机聚合物、硅酸盐矿物填料和助熔剂(或产生助熔剂的前体)的组合物，助熔剂占火灾情况下形成的残余物重量的1-15重量％。其他阻火组合物试图通过使用无机材料来满足燃烧额定要求，所述无机材料受到化学膨胀剂在燃烧期间的作用而发泡。例如，Horacek(US Pub 2003/0031818和2003/0035912)描述了一种用于电线和电缆的膨胀带和护套，这些膨胀带和护套在火灾情况下形成阻燃的玻璃泡沫体。该膨胀组分是诸如二季戊四醇、三聚氰胺和多磷酸铵按特定比例的混合物，该混合物占总组合物重量的20-35重量％。Keogh(US Pub 2002/0098357)描述了一种用于电缆等的膨胀带，该膨胀带中有50∶50的磷酸铵和三聚氰胺的混合物。Thewes(US Pub No 2004/0051087)和Rodenberg等(DE103 02 198)揭示了一种防火材料，这种材料同样依靠三聚氰胺作为发泡剂，在火灾情况下提供泡沫体。诸如三聚氰胺和季戊四醇的膨胀剂与多磷酸反应，形成短暂存在的磷酸盐物质，这种物质能水解，提供有机泡沫体。市售的阻燃剂可能含有磷酸发生剂、炭化剂(如季戊四醇或碳水化合物)以及能加速发泡的试剂(如三聚氰胺)的混合物。当以特定比例混合组合物时，组合物提供膨胀性。虽然形成泡沫体改善了绝缘体和热障，但是，我们发现，膨胀一般会导致机械性能显著变差的残余物，这些残余物不能自支撑。由于残余物不能自支撑，绝缘体倾向于剥落或破裂，从而露出被绝缘的材料。在火灾中经常遇到的水和/或剧烈气流的存在下，组合物很容易受到的影响，并危及其绝缘性。专利技术概述我们发现，通过使用包含无机磷酸盐和硅酸盐矿物填料的特定组合的组合物，可以保持形成陶瓷的组合物的完整性。根据本专利技术的第一方面，我们提供一种用于在火灾情况下形成阻燃陶瓷的陶瓷化组合物，该组合物包含(i)至少10重量％(优选至少15重量％)的矿物硅酸盐；(ii)8-40重量％的至少一种无机磷酸盐，所述磷酸盐在不超过800℃的温度下形成液相；(iii)以组合物总重量为基准，至少15重量％的聚合物基组合物，该聚合物基组合物包含至少50重量％的有机聚合物。优选将本专利技术的组合物配制成能在火灾造成的高温下提供自支撑的陶瓷。本文中使用的词语“在火灾造成的高温下”表示在1000℃加热30分钟所模拟的严重火灾情况。我们发现，通过使用无机磷酸盐、硅酸盐矿物填料以及优选的其他无机填料，由于上述组合物在火灾造成的高温下转化为陶瓷的过程中捕集燃烧气体，该材料有可能保持原来的形状和尺寸。本专利技术组合物的常规矩形测试样品沿样品长度方向发生的线尺寸的变化小于20％，优选小于10％，更优选小于5％，还更优选小于3％，最优选小于1％。在某些情况下，净外形保持性是最优选的性质。外形保持性不需要现有技术的膨胀组合物中使用的发泡剂。确实，本专利技术的组合物优选基本不含诸如三聚氰胺和季戊四醇的其他膨胀剂，我们发现这些膨胀剂在燃烧的各种条件下很难控制泡沫体的膨胀。我们发现，通过使用多磷酸铵可以达到控制膨胀的目的，多磷酸铵与烧制期间产生的其他气体一起，能在火灾情况下保持产物的形状和尺寸。本专利技术的组合物在火灾造成的高温下形成陶瓷，该陶瓷的弯曲强度优选至少为0.3MPa，更优选至少为1MPa，最优选至少2MPa。组合物可以并优选包含最多30重量％(优选最多20重量％)的氢氧化物、氧化物和碳酸盐中的至少一种，所述氢氧化物、氧化物或碳酸盐是选自铝、钡和镁中至少一种的氢氧化物、氧化物或碳酸盐。更优选，组合物包含10-20重量％的一种由至少一种选自下组的化合物组成的组分氢氧化铝(三水合氧化铝)、碳酸镁和碳酸钙。在另一方面，本专利技术提供包含至少一种拉长的功能元件(如导体)以及至少一层包含下面所述陶瓷化组合物的电缆。较好地，所述电缆包含单一绝缘涂层，该单一绝缘涂层由下面所述的可陶瓷化组合物形成。可陶瓷化层的内表面与功能元件(如一个或多个铜电线)相邻，绝缘涂层的外表面优选没有其他涂层或层。可陶瓷化层宜通过挤出方法施加在至少一个功能元件上。本专利技术组合物的突出优点之一是，在火灾造成的高温条件下，它能同时提供防火性和足够的强度，使电缆能够用本专利技术组合物的单一绝缘层制造。这对现有
的组合物而言一般是不可能的，因为绝缘组合物一般不具备足以自支撑、支撑导体重量和在火灾中承受水喷射和气体湍流的强度。结果，具有高防火等级本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在火灾情况下形成阻燃陶瓷的陶瓷化组合物，该组合物包含：　　　　（ｉ）至少１０重量％矿物硅酸盐；　　　　（ｉｉ）８－４０重量％在不超过８００℃的温度下形成液相的至少一种无机磷酸盐；　　　　（ｉｉｉ）占所述组合物总重量的至少１５重量％的聚合物基组合物，该聚合物基组合物包含至少５０重量％的有机聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2004-3-31 20049017511.用于在火灾情况下形成阻燃陶瓷的陶瓷化组合物，该组合物包含(i)至少10重量％矿物硅酸盐；(ii)8-40重量％在不超过800℃的温度下形成液相的至少一种无机磷酸盐；(iii)占所述组合物总重量的至少15重量％的聚合物基组合物，该聚合物基组合物包含至少50重量％的有机聚合物。2.如权利要求1所述的陶瓷化组合物，其特征在于，所述组合物在火灾导致的高温下形成自支撑的陶瓷。3.用于在火灾情况下形成阻燃陶瓷的陶瓷化组合物，以组合物总重量为基准，该组合物包含i.至少15重量％的聚合物基组合物，该聚合物基组合物包含至少50重量％的有机聚合物；ii.8-40重量％在不超过800℃(优选不超过500℃)的温度下形成液相的至少一种无机磷酸盐；iii.至少10重量％硅酸盐矿物；iv.最多30重量％的任选其他无机填料；所述组合物在火灾导致的高温下形成自支撑的陶瓷。4.如权利要求1或3所述的陶瓷化组合物，其特征在于，在火灾导致的高温下，所述陶瓷化组合物的矩形测试样品沿其长度方向的线尺寸变化小于20％。5.如权利要求1或3所述的陶瓷化组合物，其特征在于，在火灾导致的高温下，所述陶瓷化组合物的矩形测试样品沿其长度方向的线尺寸变化小于10％。6.如权利要求1或3所述的陶瓷化组合物，其特征在于，在火灾导致的高温下，所述陶瓷化组合物的矩形测试样品沿其长度方向的线尺寸包含小于5％。7.如权利要求1或4所述的陶瓷化组合物，其特征在于，在火灾导致的高温下，所述陶瓷化组合物的矩形测试样品沿其长度方向的线尺寸变化小于1％。8.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷化组合物，其特征在于，以组合物总重量为基准，无机组分含量为至少40重量％。9.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷化组合物，其特征在于，以组合物总重量为基准，无机组分含量为至少60重量％。10.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷化组合物，其特征在于，以组合物总重量为基准，无机组分含量为至少70重量％。11.如权利要求1所述的陶瓷化组合物，其特征在于，多磷酸铵含量为总组合物的20-40重量％。12.如权利要求1或3所述的陶瓷化组合物，其特征在于，矿物硅酸盐含量为总组合物的至少15重量％。13.如权利要求1或3所述的陶瓷化组合物，其特征在于，所述组合物还包含其他无机填料组分，该无机填料组分包括选自铝、镁或钙的氧化物、氢氧化物或碳酸盐的至少一种化合物，所述其他无机填料的总量最多为总陶瓷化组合物的20重量％。14.如权利要求13所述的陶瓷化组合物，其特征在于，其他无机填料包括选自氢氧化镁、三水合氧化铝、碳酸镁或碳酸钙中至少一种的化合物，其含量为总陶瓷化组合物的5-20重量％。15.如权利要求1或3所述的陶瓷化组合物，其特征在于，所述组合物包含为总组合物的5-20重量％的碳酸钙。...

【专利技术属性】
技术研发人员：G亚历山大，YB陈，RP巴夫德，R尚克斯，J曼舒瑞，KW巴伯，PDD偌德瑞格，C普莱斯顿，
申请(专利权)人：陶瓷聚合物控股有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]