基于在塑料基體之上的粘附性防火涂層的擠出塑料部件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種由塑料材料制成的擠出部件，該塑料材料包含粘附性防火阻燃涂 層（fire-retardant，flame-retardant coating)〇
[0002] 更具體地，本發(fā)明涉及包括由熱塑性聚合物基質(zhì)（ma t r i x )制成的基體 (substrate)的擠出部件，所述基體涂布有粘附在該基體上的防火阻燃層。
[0003] 本發(fā)明進(jìn)一步涉及制備、制造這些部件的方法。
[0004] 值得注意的是，根據(jù)本發(fā)明的擠出部件為電氣工業(yè)中使用的部件，并且更具體地， 其為意圖用于操作和/或保護(hù)電纜和電纜系統(tǒng)的部件，如通過(guò)擠出制備的中繼線路 (trunking)或電纜路徑（cable path)。
【背景技術(shù)】
[0005] 塑料材料或者更確切地來(lái)說(shuō)熱塑性聚合物，應(yīng)用于許多工業(yè)部門，特別應(yīng)用于電 氣工業(yè)。
[0006] 對(duì)于塑料材料的許多用途，特別是在電力工業(yè)中的用途，必須向其中引入阻燃劑 以賦予其耐火性質(zhì)和保證它們符合歐洲和法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] 因此，規(guī)定了意圖用于容納電氣設(shè)施的絕緣導(dǎo)體、電纜和其他可選零件的斜槽系 統(tǒng)（system of chutes)和定形管道系統(tǒng)的規(guī)則和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的EN 50085-1:2005標(biāo)準(zhǔn)，在其 第13.1.1段(《Initation of fire》）中指明了，當(dāng)這些部件和根據(jù)EN 60695-2-11的白熱電 線進(jìn)行測(cè)試時(shí)，這些部件應(yīng)當(dāng)滿足的要求。
[0008] 根據(jù)EN 50085-1: 2005,對(duì)沒(méi)有處于輸送電流位置處的部件例如外殼和蓋所要求 的電流可燃性能GWFI( "灼熱絲燃燒指數(shù)"）為650°C。
[0009] 如果在650°C的溫度下沒(méi)有發(fā)生著火，或者在撤掉加熱指(heating finger)后在 30秒以內(nèi)持續(xù)火焰熄滅，而且如果顆粒掉落不會(huì)將位于試樣下方的薄頁(yè)紙點(diǎn)燃，那么就認(rèn) 為灼熱絲可燃性試驗(yàn)是滿意的。
[0010]標(biāo)準(zhǔn)EN 50085-1:2005在其第13.1.3段（"火勢(shì)蔓延"）中進(jìn)一步指明了，就火焰蔓 延而言，這些部分應(yīng)當(dāng)滿足的要求。
[0011]在美國(guó)存在類似的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前最常使用的以及市場(chǎng)上銷售的防火阻燃劑是鹵代阻 燃劑。然而，就環(huán)境或健康而言，這些鹵代阻燃劑具有下列缺點(diǎn):持久性的問(wèn)題，由非政府組 織所報(bào)道和關(guān)注的生物體內(nèi)積累和毒性;這些基于鹵代物質(zhì)的阻燃劑中的一些被列入了應(yīng) 當(dāng)關(guān)注的物質(zhì)清單。
[0012] 將來(lái)，越來(lái)越嚴(yán)格的法規(guī)將生效，而基于鹵代化合物的阻燃劑將被逐漸禁止。因 此，為了抑制衛(wèi)生和環(huán)境問(wèn)題而要求研發(fā)沒(méi)有任何鹵素的阻燃部件。
[0013] 特別地，不是基于鹵代物質(zhì)的防火劑、阻燃劑為多磷酸銨和金屬氫氧化物。但這些 非鹵代阻燃劑也有缺點(diǎn)：例如，它們改變了將該非鹵代阻燃劑引入其中的塑料材料的機(jī)械 性能。它們也可能會(huì)導(dǎo)致用于成形（shaping )、形成（forming)塑料部件的模具的腐蝕。有 時(shí)，它們的使用與用于模制部件所要求的溫度不兼容。
[0014] 另外，阻燃劑，尤其是鹵代阻燃劑通常存在于意圖向其提供阻燃性能的塑料部件 的全部體積中，換句話說(shuō)，所述阻燃劑分布于形成所述部件的塑料整體(bulk)中。可以描述 成所述部件是《一體化（one-piece )》部件。特別地，通過(guò)由顆粒擠出《一體化》型材 (profiles)而成形、形成的中繼線路或電纜路徑就是這種情形。
[0015] 在塑料塊體中存在的阻燃劑、尤其是鹵代阻燃劑，可能損害塑料部件在其使用壽 命結(jié)束時(shí)的可回收性。
[0016] 事實(shí)上，許多塑料回收者不接受含有從其毒性的方面考慮被認(rèn)作可疑物的添加劑 的塑料部件。被視作待循環(huán)的塑料的污染物的這些化合物，阻礙了它們的回收，甚至在回收 塑料廢物以產(chǎn)生能量的系統(tǒng)的情形中也是如此。
[0017] 因此，在電氣工業(yè)中使用的不得不滿足關(guān)于耐火性的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的塑料中的大部分 部件，因其在塑料整體中包含阻燃劑、尤其是鹵代阻燃劑的一體化結(jié)構(gòu)而是不可回收的，而 且也不能被描述為《尊重環(huán)境(respectful of the environment)》的部件。
[0018] 為了解決具有耐火性質(zhì)的一體化部件的問(wèn)題，在文獻(xiàn)EP-A1-2565009中提出了一 種部件，其包括至少一種熱塑性聚合物基體和涂布基體的阻燃材料層，其中該阻燃材料包 括聚烯烴和聚酰胺的聚合物混合物，以及非鹵代阻燃化合物。
[0019] 在本文中描述的部件具有特定的結(jié)構(gòu)，其具有基體和該基體上的特定膨脹層(泡 沸層，intumescent layer)。這種結(jié)構(gòu)可被描述為芯-皮結(jié)構(gòu)（core-skin structure) 〇
[0020] 換句話說(shuō)，在本文的部件中，將來(lái)自具有結(jié)合到塑料塊體中的阻燃劑的《一體化》 結(jié)構(gòu)的部件送至表面功能化，其通過(guò)膨脹效應(yīng)為后者提供阻燃性質(zhì)。
[0021] 本文的部件僅由多材料注塑方法制成，其中在熱塑性聚合物基體的表面全部涂有 膨脹阻燃層。這些部件主要是電氣設(shè)施、電器的外殼或罩。
[0022] 在本文中所采用的方法中，一方面形成所述部件的芯的材料和另一方面形成所述 部件的皮的材料沒(méi)有必要是相容的。
[0023] 本文的教導(dǎo)并不絕對(duì)只能應(yīng)用于通過(guò)擠出制備的部件。
[0024] 值得注意的是，由擠出制備的部件為意圖操作或保護(hù)電纜和電纜系統(tǒng)的部件，如 電纜的中繼線路或路徑。
[0025] 目前可在市場(chǎng)上獲得的這些部件(例如中繼線路)具有通過(guò)由聚合物顆粒擠出一 體化型材而被成形、形成的特殊性。
[0026] 大多數(shù)情況下，采用基于剛性PVC(聚氯乙烯)的聚合物的配方，其在本質(zhì)上就是阻 燃的。
[0027]現(xiàn)在，尤其是強(qiáng)有力的非政府組織，強(qiáng)烈地質(zhì)疑PVC。
[0028] 事實(shí)上，PVC在遇火的情形中將產(chǎn)生阻礙遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的不透明濃煙。
[0029] 此外，它由被IARC(第1組)分類為《對(duì)人類是致癌的（carcinogenic for humans)》 的單體氯乙稀合成。
[0030] 此外，在其壽命的最后階段，PVC廢料常常在《非官方(non-official)》系統(tǒng)中通過(guò) 不受控制的焚燒進(jìn)行處理，并且懷疑它們?nèi)缓筢尫懦龆f英(dioxin)。
[0031] 在某些國(guó)家，如北歐國(guó)家，在某些敏感的應(yīng)用中禁止使用PVC。
[0032] 代替聚氯乙烯，可以使用不含任何鹵代阻燃劑的聚碳酸酯PC和防火的丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯ABS共聚物(PC ABS，F(xiàn)R)的混合物。這樣的混合物可從市場(chǎng)上購(gòu)買。
[0033] 然而，由所述PC ABS、FR混合物取代PVC是昂貴的解決方案，因?yàn)樯藤?gòu)的PC ABS、FR 混合物的高成本(其比PVC價(jià)格的至少貴兩倍），且因?yàn)槠潆y于被擠出，特別是在通過(guò)擠出成 形時(shí)不穩(wěn)定的原因。
[0034] 此外，這些與《方法(process)》相關(guān)的困難對(duì)為制造所述部件的工序的經(jīng)濟(jì)結(jié)果 具有負(fù)面影響。
[0035] 最后，就環(huán)境而言，當(dāng)與PVC制造期間的相同參數(shù)進(jìn)行比較時(shí)由于在所述混合物的 聚合物的合成期間所需的能量以及此合成期間所產(chǎn)生的二氧化碳排放量相當(dāng)大，因此這種 解決方案可能貌似是有疑問(wèn)的解決方案。
[0036] 也存在防火的基于聚(乳酸)PLA的配方-其是由可再生源得到的聚合物-而不含任 何鹵素。但是，這種聚合物的耐久性在電子技術(shù)產(chǎn)品的使用是不夠的。
[0037] 事實(shí)上，基于PLA的某些配方對(duì)老化本質(zhì)上就敏感。通過(guò)加入金屬氫氧化物得到這 些配方的防火性能，但可能由所述聚合物的水解而增加其過(guò)早降解的風(fēng)險(xiǎn)。
[0038]因此考慮到上述情況，需要有一種具有防火阻燃性能并且不含任何鹵代防火阻燃 劑的基于熱塑性聚合物的擠出部件。
[0039] 也存在對(duì)易于回收的、在回收系統(tǒng)中能夠被接受的基于熱塑性聚合物的擠出部件 的需求，而且對(duì)于該擠出部件而言，阻燃性能符合所述標(biāo)準(zhǔn)或者甚至得以改進(jìn)。
[0040] 此外，還存在對(duì)由無(wú)毒材料制成、對(duì)人類健康沒(méi)有任何負(fù)面影響、而且對(duì)環(huán)境影響 小的擠出部件的需求。
[0041] 為了有助于減少溫室效應(yīng)和避免隨之而來(lái)的氣候變化，如果這些部件由C02排放 效應(yīng)小的材料制成，則是特別希望的。
[0042] 最后，存在對(duì)隨時(shí)間穩(wěn)定的而且持久的擠出部件的需求。
[0043] 此外，存在對(duì)包括有限步驟的而且需要很少成本的簡(jiǎn)單可靠的部件的制備方法的 需求。
[0044] 本發(fā)明的目的是提供尤其是滿足上面列出的需要和要求的基于熱塑性聚合物的 防火防燃擠出部件。
[0045] 本發(fā)明的目的還在于提供制備所述部件的方法，對(duì)于所述方法而言，所述部件尤 其滿足上面列出的需要和要求。
[0046] 本發(fā)明的目的是進(jìn)一步提供基于熱塑性聚合物的具有防火阻燃性質(zhì)的擠出部件， 以及用于制備這些部件的方法;這些部件以及此方法不具有現(xiàn)有技術(shù)中部件和方法的缺 點(diǎn)、缺陷、限制和不足，并且解決了現(xiàn)有技術(shù)中部件和方法中的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0047]根據(jù)本發(fā)明，所述目的和進(jìn)一步的其它目的通過(guò)這樣的擠出部件實(shí)現(xiàn):其包括包 含至少一種熱塑性聚合物的基體以及由防火阻燃材料制成的防火層(阻燃層），其涂布基體 使得該部件的外表面僅由所述防火材料組成，其中防火層粘附于所述基體，防火材料包括 聚烯烴和非鹵代防火化合物，以及所述基體包括聚烯烴與至少一種熱塑性生物聚合物和/ 或至少一種熱塑性聚合物的混合物、和用于使所述熱塑性生物聚合物和/或所述熱塑性聚 合物與所述聚烯烴相容的試劑。
[0048] 術(shù)語(yǔ)《增容試劑（compafibilization agent)》在聚合物領(lǐng)域中廣泛使用，并且具 有確鑿的含義。
[0049] 優(yōu)選的是，所述基體的熱塑性聚合物完全或部分地源于回收。
[0050] 優(yōu)選的是，所述基體的熱塑性聚合物至少50質(zhì)量％源于回收。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的擠出部件具有特定的結(jié)構(gòu)，其具有基體和在該基體上的防火阻燃 層。這種結(jié)構(gòu)可被描述為芯-皮結(jié)構(gòu)。
[0052] 此外，根據(jù)本發(fā)明，所述防火阻燃層由特定的材料制成，而所述基體包括特定化合 物的混合物，即聚烯烴和至少一種熱塑性生物聚合物和/或至少一種熱塑性聚合物(