專利名稱：無鹵粘合帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及各種應(yīng)用如汽車應(yīng)用中所用的絕電膜和帶。本發(fā)明還涉及這樣絕電膜和帶(包括無鹵絕電膜和帶)，其能夠滿足阻燃性、耐候性、厚度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、介電強(qiáng)度、粘合強(qiáng)度、吸濕性、耐溫性、變形性、壽命和/或?qū)w腐蝕性等嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中的絕電膜具有不同程度的阻燃性和一定范圍的機(jī)械性能。較高性能的膜通常含有鹵素。在絕電膜和帶中通常存在氯乙烯作為鹵素來源。需要最小化絕電膜和帶的鹵素含量，因?yàn)樵诤宣u素的膜和帶因意外或丟棄而燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有毒煙氣。
無鹵聚合物組合物已被用于制造電氣工業(yè)中的絕緣膜。然而，所使用的無鹵聚合物組合物不能表現(xiàn)出足夠的阻燃性。因此，將阻燃填料加到膜中，以提供或增強(qiáng)絕緣膜的阻燃性，同時(shí)試圖保持絕緣膜的所需機(jī)械性能。然而，所使用的阻燃填料不含有鹵素并不是必須的。一些包括溴。
盡管本領(lǐng)域中存在具有不同程度阻燃性的無鹵絕緣膜，但是膜通常沒有滿足阻燃性和機(jī)械性能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為了在無鹵膜中實(shí)現(xiàn)高度阻燃性，膜中的阻燃填料的濃度通常很高，使得膜的物理性能受損?？赡苁艿綋p害的這些物理性能的一些例子包括機(jī)械強(qiáng)度，柔韌性和/或伸長(zhǎng)率。機(jī)械性能受損是不令人滿意的，特別是針對(duì)絕電帶而言，其優(yōu)選應(yīng)具有或甚至超過含鹵素的絕電帶的機(jī)械強(qiáng)度，彈性和柔韌性。
盡管現(xiàn)有無鹵絕電膜和帶已經(jīng)提高了理論基礎(chǔ)，但還需要進(jìn)一步改進(jìn)，生產(chǎn)滿足或超過含鹵素的絕電膜和帶的阻燃性和機(jī)械性能的無鹵絕電膜和帶。本發(fā)明滿足了這種需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括各種組合物和帶。本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案包括一種帶，所述帶包括(a)背襯，所述背襯包括無鹵聚合物材料；無鹵阻燃劑；和偶聯(lián)劑；和(b)在所述背襯表面上的粘合劑層。在根據(jù)第七版Underwriters Laboratories UL 510部分4測(cè)試時(shí)，所述帶是阻燃性的。
本發(fā)明另一個(gè)方面提供一種制造帶的方法，所述方法包括(a)共混各組分，形成組合物，所述組分包括無鹵聚合物材料；無鹵阻燃劑；和偶聯(lián)劑；(b)使所述組合物形成背襯；和(c)在所述背襯表面上涂布粘合劑形成帶。在根據(jù)第七版Underwriters Laboratories UL 510部分4測(cè)試時(shí)，所述帶是阻燃性的。在另一個(gè)示例性方法中，形成背襯的步驟包括壓延。本發(fā)明的另一個(gè)方法還包括用電子束照射背襯或帶的步驟。
在本文中，所有的數(shù)字都被認(rèn)為用術(shù)語″約″修飾。


下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，在附圖中圖1是示例性壓延過程的示意圖。
這些圖是理想化的，不是按比例繪制的，僅用于說明目的。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括一種組合物，所述組合物包括聚合物材料，阻燃劑，和任選的加工添加劑。聚合物材料，阻燃劑和/或任選的加工添加劑可以是無鹵的。使用全部是無鹵的聚合物材料，阻燃劑和任選的加工添加劑使得組合物是無鹵的。本發(fā)明還包括一種制造組合物如無鹵組合物的方法。
組合物可以形成絕電膜(這里也稱作″帶背襯″)，在用粘合劑涂布至少一個(gè)表面上后，得到絕電帶。同樣，無鹵組合物可以形成無鹵絕電膜，在用無鹵粘合劑涂布至少一個(gè)表面之后，得到無鹵絕電帶。無鹵絕電帶在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生含有鹵素的絕電帶燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生的有毒煙氣。此外，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的絕電帶，包括無鹵絕電帶，能夠滿足絕電帶的各種性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
第七版Underwriters Laboratories UL 510，標(biāo)題是″聚氯乙烯，聚乙烯和橡膠絕緣帶標(biāo)準(zhǔn)″(這里稱作″UL 510″)，是絕電帶的一系列性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的例子。UL 510規(guī)定了一系列最小標(biāo)準(zhǔn)，如阻燃性，耐候性，厚度，拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，介電強(qiáng)度，粘合強(qiáng)度，吸濕性，耐溫性，變形，壽命和導(dǎo)體耐腐蝕性。UL 510是一種覆蓋了在不超過600V和80℃下絕電用的熱塑性塑料和橡膠帶等的標(biāo)準(zhǔn)。UL 510的部分4屬于燃燒測(cè)試，適用于此標(biāo)準(zhǔn)覆蓋的所有帶。根據(jù)UL 510測(cè)定的物理性能，即部分6～15，屬于熱塑性帶材，更具體而言是″PE帶″。因?yàn)楸景l(fā)明至少是基于使用無鹵組分，因此根據(jù)PE帶的標(biāo)準(zhǔn)是適用的標(biāo)準(zhǔn)。
其他適用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括歐洲的IEC 60454，標(biāo)題是″電氣用壓敏帶的規(guī)格，部分2測(cè)試方法″，以及日本的JIS C2107，標(biāo)題是″絕電用壓敏粘合帶的測(cè)試方法″。
本發(fā)明的無鹵組合物可被加工成能夠滿足絕電帶的UL 510要求的無鹵帶。為制造這種無鹵帶，通過混合適量的無鹵聚合物材料，無鹵阻燃劑和任選的無鹵加工添加劑來制造無鹵組合物?？梢允褂萌魏芜m合的膜形成技術(shù)如擠出和壓延來使無鹵組合物形成無鹵膜。然后將無鹵粘合劑涂布在無鹵膜的一個(gè)或兩個(gè)主表面上，形成無鹵帶。然后用適合的能量源如電子束照射無鹵帶。令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明制造的無鹵帶滿足了PE熱塑性帶的所有不同UL 510要求以及UL510的阻燃性標(biāo)準(zhǔn)。這里描述制造符合上述UL 510的無鹵帶用的適當(dāng)組分濃度和加工過程。
本文中，短語″無鹵″和″不含鹵素″和它們的任何變形都指沒有或基本上沒有鹵素，如在物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)中存在的鹵原子。本文中，術(shù)語″超痕量濃度″指分別按組合物，膜或帶的總重計(jì)，在組合物，膜或帶中的濃度為0.01wt.％或更小。由于在制造本發(fā)明的組合物，膜和/或帶時(shí)含鹵素物質(zhì)僅用作合成構(gòu)成材料的催化劑，所以在特定無鹵組合物，膜或帶中，鹵原子以超痕量濃度存在。含有超痕量濃度鹵素的本發(fā)明組合物，膜，或帶被認(rèn)為基本上不含鹵素。因此，針對(duì)本發(fā)明的無鹵組合物，膜和帶，術(shù)語″無鹵″和″不含鹵素″包括根據(jù)本發(fā)明制造的組合物，膜和帶，然而包括通過使用機(jī)械分析裝置分析組合物，膜和/或帶時(shí)，檢測(cè)到超痕量濃度的極微量的鹵原子。
加到本發(fā)明組合物中的聚合物材料可以不含鹵素。在本發(fā)明的無鹵組合物中，聚合物材料不含鹵素。聚合物材料可以包括熱塑性聚合物材料，為組合物提供某些物理性能，如彈性，以有利地滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。適合的聚合物材料的例子包括乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)的三聚物，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)，和EPDM和EVA的聚合物共混物。EPDM例如具有絕緣帶所需的各種物理性能，如耐熱性、耐氧化性、耐臭氧性和耐候老化性。此外，EPDM具有良好的電阻，并對(duì)高填料裝載(fillerloading)有良好的效果。按組合物總重計(jì)，組合物中聚合物材料的適合濃度低達(dá)30wt.％到高達(dá)60wt.％。在組合物的一些示例性實(shí)施方案中，按組合物總重計(jì)，組合物中聚合物材料的適合濃度低達(dá)30wt.％到高達(dá)45wt.％，如無鹵組合物。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案中，按聚合物材料總重計(jì)，聚合物材料包括濃度為0wt.％到高達(dá)40wt.％的EVA和濃度為低達(dá)60wt.％到高達(dá)100wt.％的EPDM。在聚合物材料中還可以包括其他聚合物，如較高拉伸強(qiáng)度的聚乙烯型聚合物(例如，由Exxon Mobil of Irving，Texas市售的″Exact 4056″較高拉伸強(qiáng)度的聚合物)，以提供有利的物理性能，如拉伸強(qiáng)度。
在本發(fā)明中包括阻燃劑以提高耐熱和耐燃燒性，在絕電帶的各種應(yīng)用中有時(shí)會(huì)遇到這種情況。阻燃劑可以是無鹵的。阻燃劑的一些適合例子包括金屬無機(jī)化合物。在本發(fā)明的組合物中可以包括大量無鹵金屬無機(jī)阻燃劑，以有助于得到表現(xiàn)出足以滿足各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(包括UL510，EEC 60454和JIS C2107阻燃性標(biāo)準(zhǔn))的阻燃性的膜，包括無鹵膜。按組合物總重計(jì)，阻燃劑在組合物(包括無鹵組合物)中的濃度低達(dá)40wt.％和高達(dá)70wt.％。特別適于滿足UL 510，IEC 60454和JIS C2107的阻燃性要求的絕電帶(包括無鹵絕電帶)的一些實(shí)施方案包括從按組合物總重計(jì)阻燃劑濃度低達(dá)50wt.％和高達(dá)60wt.％的組合物形成的膜(帶背襯)。
為得到本發(fā)明的帶，包括無鹵帶，其中所有UL 510標(biāo)準(zhǔn)都適用于PE熱塑性帶，本發(fā)明的組合物，如無鹵組合物，按組合物總重計(jì)，可以包括濃度低達(dá)40wt.％和高達(dá)70wt.％的阻燃劑，在一些實(shí)施方案中阻燃劑濃度低達(dá)50wt.％和高達(dá)60wt.％。
適合的阻燃劑的例子包括金屬無機(jī)化合物，如金屬氫氧化物。適合的金屬氫氧化物的例子包括氧化鋁三水合物(也稱作氫氧化鋁，氧化鋁，水合氧化鋁和三氫氧化鋁；以下稱作ATH)，氫氧化鈣，氫氧化鎂，氫氧化鋯，氫氧化鋇等；金屬碳酸鹽，如堿式碳酸鎂，白云石等；金屬水合物，如水滑石，硼砂等；和它們?nèi)魏伪壤幕旌稀?br> ATH特別適于用作本發(fā)明的阻燃劑。ATH用作受熱器(heat sink)，并吸收部分燃燒熱，以阻止在帶背襯中加入的聚合物材料的燃燒。ATH在加熱時(shí)也釋放出水，從而稀釋了本發(fā)明絕電帶(包括無鹵絕電帶)周圍氣氛中可燃?xì)怏w的濃度。
硅烷處理的阻燃劑，如硅烷涂布的ATH，特別適于用作阻燃劑。用于表面處理阻燃劑的適合硅烷偶聯(lián)劑的例子包括乙烯基硅烷(例如，A-172 DLC硅烷)，甲基丙烯?；柰?例如，A-174 DLC硅烷)，氨基硅烷(例如，A-1100 DLC和A-1120硅烷)，均由Natrochem，Inc.ofSavannah，Georgia市售；液體四硫化物硅烷(例如，SILQUEST A-1289硅烷)，液體二硫化物硅烷(例如，SILQUEST A-1589硅烷)，和多硫化物硅烷(例如SILQUEST A-189硅烷)，均由OSI Specialties Division ofWitco Corporation ofDanbury，Connecticut市售；和它們?nèi)魏伪壤慕M合。市售硅烷涂布的ATH的一些例子包括MICRAL 1500-SH1和MICRAL 1500-SH2 ATH，均由J.M.Huber Corporation of Edison，NewJersey市售。
任選的加工添加劑的例子包括偶聯(lián)劑，脫模劑，和它們的組合。在本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)中可以加入偶聯(lián)劑，以改進(jìn)從組合物制備的組合物和/或帶背襯的物理性能。在本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)中可以加入脫模劑，有助于將組合物加工成膜。
在本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)中加入偶聯(lián)劑，有助于提高聚合物材料和阻燃劑之間的吸引力。適合的偶聯(lián)劑的例子包括新烷氧基-鈦酸鹽偶聯(lián)劑(例如，Kenrich Petrochemical，Inc.市售的CAPS偶聯(lián)劑)，新烷氧基鋯酸鹽偶聯(lián)劑，異氰酸酯偶聯(lián)劑(例如，Bayer Corporation市售的MONDUR MR聚氨酯預(yù)聚物)，馬來酸酯化的聚烯烴偶聯(lián)劑(例如，Eastman Chemical Company市售的EPOLENE G3003偶聯(lián)劑)，和它們?nèi)魏伪壤慕M合。
適合的新烷氧基鈦酸鹽偶聯(lián)劑的例子包括2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鈦IV，三新癸酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鈦IV，三(十二烷基)苯磺酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鈦IV，三(二辛基)磷酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鈦IV，三(二辛基)焦磷酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鈦IV，三(2-乙二氨基)乙氧基(ethylato)；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鈦IV，三(3-氨基)苯氧基(phenylato)；和2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鈦IV，三(6-羥基)己酸根-O；和它們?nèi)魏伪壤幕旌稀?br> 適合的新烷氧基鋯酸鹽偶聯(lián)劑的例子包括2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鋯IV，三新癸酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鋯IV，三(十二烷基)苯磺酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鋯IV，三(二辛基)磷酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鋯IV，三2-甲基-2-丙烯酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鋯IV，三(二辛基)焦磷酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基)丁氧基鋯IV，三2-丙烯酸根-O；2，2(雙2-丙烯氧基甲基)丁氧基鋯IV，三(2-乙二氨基)乙氧基(ethylato)；雙(2，2-二甲基)1，3-丙二醇鋯IV，雙(9，10-11，12二環(huán)氧)十八烷酸根-O；2-乙基，2-丙烯氧基甲基1，3-丙二醇鋯IV，雙巰基苯氧基；1，1(雙-2-丙烯氧基甲基)丁氧基鋯IV，三(2-氨基)苯氧基；和它們?nèi)魏伪壤幕旌稀?br> 按組合物總重計(jì)，在本發(fā)明的組合物中偶聯(lián)劑的濃度可以低達(dá)0.1％和高達(dá)10.0wt％，在組合物的一些實(shí)施方案中，偶聯(lián)劑濃度低達(dá)0.5％和高達(dá)1.5wt％，如無鹵組合物。在一些示例性實(shí)施方案中，按組合物總重計(jì)，組合物中的偶聯(lián)劑濃度為0.7wt％。
在本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)中加入脫模劑簡(jiǎn)化了將組合物如無鹵組合物加工成用作帶背襯的膜。適合的脫模劑的例子包括均由Struktol Company of America of Stow，Ohio市售的下述產(chǎn)品脂肪酸金屬皂和酰胺的混合物(例如，STRUKTOL A50，STRUKTOL A60，STRUKTOL A61，STRUKTOL EF 44A，和STRUKTOL WB 42脫模劑)；橡膠相容性非硬化脂肪酸皂的混合物(例如，STRUKTOL EP 52脫模劑)；帶有脂肪酸酯和皂的填料(例如，STRUKTOL W 34和STRUKTOL WB 212脫模劑)；潤(rùn)滑劑和脂肪酸衍生物的混合物(例如，STRUKTOL W 80脫模劑)；脂肪酸的酯和鋅皂的混合物(例如，STRUKTOL WA 48脫模劑)；主要是鈣基的脂肪酸皂的混合物(例如，STRUKTOL WB 16脫模劑)；脂肪酸酯和縮聚產(chǎn)物的混合物(例如，STRUKTOL WB 222脫模劑)；脂肪酸衍生物和硅樹脂的縮聚產(chǎn)物(例如，STRUKTOL WS 180脫模劑)；在無機(jī)載體上的有機(jī)硅樹脂化合物(例如，STRUKTOL WS 280脫模劑)；和它們?nèi)魏伪壤幕旌稀?br> 按組合物總重計(jì)，在本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)中，脫模劑濃度可以低達(dá)0.1％和高達(dá)10.0wt％，在組合物的一些實(shí)施方案中，脫模劑濃度低達(dá)0.5％和高達(dá)2.0wt％，如無鹵組合物。在一些示例性實(shí)施方案中，按組合物總重計(jì)，組合物中的脫模劑濃度為1.0wt％。
除了加工添加劑之外，本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)，還任選包括另外的材料(在無鹵組合物情況下是另外無鹵材料)，如顏料，抗氧化劑，穩(wěn)定劑，油，加工助劑，填料，交聯(lián)材料，丙烯酸類材料，和它們?nèi)魏伪壤幕旌?。本發(fā)明組合物中這些另外材料的濃度可以是提供所需結(jié)果的任何濃度。
可以通過在適合的混合裝置中共混聚合物材料，阻燃劑和任選的加工添加劑來制造本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)。例如，通?？梢匀魏雾樞蚧旌辖M合物的各組分，并在組分(在混合器中)溫度140℃下，在Banbury混合器中以45～65轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)混合約5分鐘。在各組分共混形成組合物之后，在常規(guī)雙輥研磨機(jī)中研磨并結(jié)合(banded)組合物，以最小化組合物中的不均勻區(qū)。
在混合之前，可將任何需要的其它物質(zhì)如顏料，抗氧化劑，油，加工助劑，中和劑，流變改性劑和填料加到聚合物材料，阻燃劑和加工添加劑中。然而，如果在組合物中加入交聯(lián)劑或丙烯酸類材料，那么在將組合物的所有其他所需組分加到組合物中之后，應(yīng)將這些交聯(lián)劑或丙烯酸類材料在第二混合步驟中在足夠防止過早交聯(lián)的低溫下加到組合物中。
本發(fā)明的組合物(包括無鹵組合物)可以被壓延，形成本發(fā)明的膜，并提供有益的物理性能。組合物可以從研磨機(jī)如雙輥研磨機(jī)連續(xù)供應(yīng)到壓延機(jī)，以使組合物加工成膜。在組合物中可以包括任何脫模劑，如上述任何脫模劑，以在膜制造過程中促進(jìn)組合物(作為膜)連續(xù)和穩(wěn)定地從壓延機(jī)的輥上脫離。在盡可能低的壓延輥溫度下，將組合物壓延成膜，由于組合物在壓延機(jī)的機(jī)器方向上鎖定分子取向，可以提高膜如無鹵膜的拉伸強(qiáng)度。一些示例性壓延輥溫度可以低達(dá)180和高達(dá)225，在一些實(shí)施方案中適合的壓延輥溫度低達(dá)190和高達(dá)215。圖1表明使用兩個(gè)上輥10和12，中輥14，下輥16，本發(fā)明的膜18和任選背襯20的示例性壓延過程。在一個(gè)示例性壓延過程中，加熱兩個(gè)上輥和中輥，但沒有加熱下輥。
本發(fā)明的膜(包括無鹵膜)用于絕電帶的背襯。可以使用已知方法例如粘合層壓將粘合劑涂布到膜的一個(gè)或兩個(gè)主表面上。為制造無鹵絕電帶，將無鹵粘合劑涂布到無鹵膜(背襯)上。適合的無鹵粘合劑的例子包括丙烯酸類粘合劑，如熱熔丙烯酸類粘合劑(例如，3M，St.Paul，MN市售的A+熱熔丙烯酸類粘合劑)；熱熔橡膠粘合劑；水基乳膠丙烯酸類粘合劑；硅樹脂粘合劑；熱塑性彈性體；阻燃粘合劑；本領(lǐng)域已知的其他無鹵粘合劑；和它們?nèi)魏伪壤幕旌稀?br> 可以使用任何適合的能量源如電子束照射本發(fā)明的膜(包括無鹵膜)，以使絕電帶具有符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有益物理性能，如拉伸強(qiáng)度，阻燃性和粘合強(qiáng)度。對(duì)于本發(fā)明的膜(包括無鹵膜)而言，適合的照射劑量低達(dá)10兆拉德(Mrad)和高達(dá)30Mrad。在一些實(shí)施方案中，對(duì)于本發(fā)明的膜(包括無鹵膜)而言，適合的照射劑量低達(dá)15Mrad和高達(dá)25Mrad。用于照射本發(fā)明膜(包括無鹵膜)的電子束產(chǎn)生器的照射參數(shù)的適合例子包括電壓設(shè)置為175keV，電流設(shè)置為7mA，和機(jī)器常數(shù)(K)為64。
當(dāng)照射本發(fā)明的膜(包括無鹵膜)時(shí)，線速度通常可以低達(dá)5英尺/分鐘(fpm)和高達(dá)20fpm。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)照射本發(fā)明的膜(包括無鹵膜)時(shí)，適合的線速度可以低達(dá)10英尺/分鐘和高達(dá)15fpm。在各種實(shí)施方案中，每線性英尺本發(fā)明膜(包括無鹵膜)的適當(dāng)照射劑量可以低達(dá)1.0Mrad/線性英尺和高達(dá)2.5Mrad/線性英尺。
如上所述，當(dāng)根據(jù)UL 510測(cè)試時(shí)，至少一個(gè)實(shí)施方案的本發(fā)明無鹵絕電帶滿足了其所有要求。因此，當(dāng)根據(jù)UL 510測(cè)試時(shí)，無鹵絕電帶的介電強(qiáng)度至少為1,000伏/密耳帶厚度(背襯加粘合劑)，在溫度為23.0±1.0℃和相對(duì)濕度為96％±2％的空氣中調(diào)節(jié)96小時(shí)后，保持至少90％的原始平均介電強(qiáng)度，平均粘合強(qiáng)度至少為0.175N/mm，斷裂伸長(zhǎng)率至少為60％，斷裂拉伸強(qiáng)度至少為1500磅/平方英寸(psi)，并符合所有UL 510中的其他標(biāo)準(zhǔn)。
滿足所有UL 510要求的無鹵帶的一個(gè)例子包括無鹵背襯，其從包括25wt％EVA，6wt％EPDM，60wt％ATH阻燃劑，1.0wt％CAPS偶聯(lián)劑和0.9wt％STRUKTOL EF-44A脫模劑的無鹵組合物制造，并根據(jù)上述過程壓延和照射無鹵組合物。此外，各實(shí)施方案的本發(fā)明導(dǎo)電帶(包括本發(fā)明的無鹵導(dǎo)電帶)滿足至少一個(gè)UL 510要求。此外，各實(shí)施方案的本發(fā)明導(dǎo)電帶(包括本發(fā)明的無鹵導(dǎo)電帶)滿足多個(gè)UL 510要求。
測(cè)試方法各種分析技術(shù)已被用于表征本發(fā)明組合物的性能。下面簡(jiǎn)要地解釋這些分析技術(shù)。
阻燃性根據(jù)本發(fā)明制備的帶包括背襯和一層丙烯酸類粘合劑，可以根據(jù)UL 510的過程測(cè)試阻燃性。測(cè)試過程包括在鋼棒周圍纏繞三條帶，使得沿纏繞的棒在每一位置有6個(gè)帶厚度值。使纏繞的棒接觸測(cè)試火焰，并測(cè)量帶的燃燒時(shí)間。對(duì)共5種火焰重復(fù)進(jìn)行該過程，根據(jù)UL 510中的標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果，確定帶是否具有″阻燃性″。
物理性能測(cè)試使用UL 510中對(duì)PE熱塑性帶的過程測(cè)定根據(jù)本發(fā)明制造的膜和絕電帶的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。該標(biāo)準(zhǔn)要求最小的最終伸長(zhǎng)率為60％，最小拉伸強(qiáng)度為1500psi。在膜上存在或不存在粘合劑都不會(huì)明顯改變膜的拉伸強(qiáng)度和/或伸長(zhǎng)率。因此，在下面的實(shí)施例中對(duì)不使用粘合劑的膜制造的樣品進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試介質(zhì)擊穿測(cè)試使用UL 510中對(duì)PE熱塑性帶的過程測(cè)定根據(jù)本發(fā)明制造的絕電帶的介電強(qiáng)度。該標(biāo)準(zhǔn)要求平均介電強(qiáng)度至少為1,000伏/密耳(39.37千伏/毫米)帶厚度。
吸濕性測(cè)試在濕潤(rùn)條件下長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)帶之后，使用UL 510的過程測(cè)定根據(jù)本發(fā)明制造的絕電帶保持至少90％原始帶的平均介電強(qiáng)度的能力。
實(shí)施例在下面的實(shí)施例中更具體地說明了本發(fā)明，實(shí)施例僅起說明目的，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出多種修改和變化。除非另有所指，在下面實(shí)施例中記錄的所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)和比例均按重量計(jì)，實(shí)施例中所用的所有試劑從下述化學(xué)品供應(yīng)商得到，或通過常規(guī)技術(shù)合成。
下面簡(jiǎn)單地綜述了各實(shí)施例。實(shí)施例1-5闡明了在本發(fā)明的無鹵組合物中不同濃度的阻燃劑對(duì)從無鹵組合物制造的無鹵膜和/或無鹵帶的阻燃性，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響。實(shí)施例6-20闡明了在本發(fā)明的無鹵組合物中不同濃度的加工添加劑對(duì)從無鹵組合物制造的無鹵膜和/或無鹵帶的各種物理性能的影響。
在實(shí)施例中使用下面的成分縮寫
ATH硅烷化(silated)的氧化鋁三水合物阻燃劑，由J.M.HuberCorporation of Edison，NJ以商品名″DP-6033″市售。
CAPS新烷氧基-鈦酸鹽偶聯(lián)劑，由Kenrich Petrochemicals，Inc.ofBayonne，NJ市售。
D-148干潤(rùn)滑劑加工助劑，由C.P.Hall Company of Chicago，IL市售。
ELVAX 470乙烯乙酸乙烯酯聚合物，由DuPont of Wilmington，DE市售。
EPOLENE C16馬來酸酯化的聚乙烯，由Eastman ChemicalCompany of Kingsport，TN市售。
EPOLENE G3003馬來酸酯化的聚丙烯，由Eastman ChemicalCompany of Kingsport，TN市售。
EXACT 4056乙烯基己烯彈性體，由Exxon Mobil of Irving，TX市售。
IRGANOX 1010表面活性劑，由Showa Denko K.K.of Tokyo，Japan市售。
KELTAN 7506乙烯-丙烯-二烯單體的三聚物，由DSM ElastomersAmericas of Baton Rouge，LA市售。
LD 140低密度-聚乙烯，由Exxon Mobil of Irving，TX市售。
MB950分散在EVA中的炭黑，由Modern Dispersion，Inc.市售。
MONDUR MR異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物，由Bayer Corp.，ofLeverkusen，Germany市售。
RX-13824增塑劑，由C.P.Hall Company of Chicago，IL市售。
SCOTCHCAST2130部分A聚氨酯預(yù)聚物樹脂，由3M Company，St.Paul，MN市售。
SILQUEST A189硅烷基偶聯(lián)劑，由OSI Specialties Division ofWitco Corporation of Danbury，CT市售。
STRUKTOL EF-44 A脂肪酸金屬皂和酰胺的加工助劑混合物，由Struktol Company of America of Stow，OH市售。
前體在組分(在混合器中)溫度140℃下，通過以所示濃度混合表1所列各組分，在Banbury混合器中以45rpm混合5分鐘，來制備前體。組合物在雙輥研磨機(jī)中進(jìn)一步混合，切成截面積為3.0英寸×0.5英寸的條，加到擠出機(jī)中，過篩，造粒。擠出機(jī)內(nèi)的溫度不超過150℃。
表1前體配方

實(shí)施例1-5
使用Banbury混合器和雙輥研磨機(jī)制備實(shí)施例1。在Banbury混合器中放置前體小球，并預(yù)熱到180，在65rpm下操作?；旌闲∏颍⑷刍?分鐘，直到組合物為240～250。在混合器中將STRUKTOLEF-44A脫模劑與前體共混，形成實(shí)施例1的組合物。實(shí)施例1的組合物在Banbury混合器中以45rpm混合3分鐘，同時(shí)保持組合物為240～260。然后將Banbury混合器的混合速度升至65rpm，組合物達(dá)到290。然后將實(shí)施例1的組合物轉(zhuǎn)移到雙輥研磨機(jī)中，研磨并結(jié)合5分鐘。將得到的實(shí)施例1組合物加到四輥壓延機(jī)中，形成膜。前三個(gè)壓延輥接觸組合物(即，兩個(gè)上壓延輥和中壓延輥)，向膜施加壓力，而第四個(gè)輥(即，下輥)沒有接觸。兩個(gè)上輥的輥溫度為210，中輥的輥溫度為205。
實(shí)施例2-5基于前體，除了使用表2中所列的前體之外，包括增大量的STRUKTOL EF-44A脫模劑，和增大量的ATH阻燃劑的量。使用實(shí)施例1的過程分別混合實(shí)施例2-5的組合物，并鋪成膜。對(duì)于實(shí)施例2-5的組合物，在制備實(shí)施例1的組合物中加入STRUKTOL EF-44A脫模劑的同時(shí)加入STRUKTOL EF-44A脫模劑和另外的ATH阻燃劑。
表2

*按具體實(shí)施例組合物總重計(jì)并通過熱重分析測(cè)量用電子束照射在實(shí)施例1-5中制造的膜，測(cè)定電子束照射對(duì)膜的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的任何影響。根據(jù)UL 510的過程測(cè)試實(shí)施例1-5中照射和未照射膜的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。這些測(cè)試的結(jié)果列于表3中。照射的膜其總照射劑量為35Mrad。使用以下電子束參數(shù)的電子束產(chǎn)生器所產(chǎn)生的照射劑量電壓設(shè)置為175keV，線速度為20英尺/分鐘，電流設(shè)置為7mA，和K機(jī)器常數(shù)為80。
如表3所示，隨著ATH阻燃劑的重量百分比濃度增大，實(shí)施例1-5的照射和未照射膜的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率減小。對(duì)于實(shí)施例1-5的組合物而言，照射的膜比相同組成的未照射膜表現(xiàn)出更高的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。由于電子束照射使得實(shí)施例1-5的膜中所含的聚合物材料的交聯(lián)增大，被認(rèn)為是這些拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率增加的原因。
表3電子束照射的影響

在實(shí)施例1-5中制造的每一照射膜的一個(gè)主表面上涂布丙烯酸類粘合劑，形成無鹵絕電帶，根據(jù)UL 510部分4測(cè)試阻燃性。對(duì)于每一實(shí)施例測(cè)試10個(gè)不同樣品。實(shí)施例1-5的絕電帶的阻燃性測(cè)試結(jié)果列于表4中，以10個(gè)樣品中通過測(cè)試的樣品總數(shù)記錄。
表4

實(shí)施例6-8實(shí)施例6-8基于實(shí)施例3的組合物，此外包括增大量的EPOLENEG3003馬來酸酯化的聚烯烴偶聯(lián)劑。實(shí)施例6-8組合物的其余組分由實(shí)施例3的組合物構(gòu)成。與實(shí)施例1-5相似在Banbury中混合實(shí)施例6-8的組合物，并使用本領(lǐng)域已知的過程在實(shí)驗(yàn)室擠出機(jī)上擠成膜。在熱板間熱壓實(shí)施例3的組合物，形成厚度為25～35mil的膜。
根據(jù)UL 510對(duì)PE熱塑性帶的過程測(cè)試實(shí)施例3和6-8膜樣品的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，結(jié)果列于表5中。實(shí)施例3的膜作為對(duì)照。
表5

*按每個(gè)具體實(shí)施例的組合物總重計(jì)實(shí)施例9-12實(shí)施例9-12基于實(shí)施例1，如表6所示，包括增大量的SCOTCHCAST 2130部分A聚氨酯預(yù)聚物偶聯(lián)劑。實(shí)施例9-12的組合物的其余組分由實(shí)施例1的組合物構(gòu)成。使用上述方法混合實(shí)施例9-12的組合物，并壓成膜。
根據(jù)UL 510測(cè)試實(shí)施例9-12膜樣品的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。這些測(cè)試結(jié)果如表6所示。與由實(shí)施例1制備的膜的拉伸強(qiáng)度相比，SCOTCHCAST 2130部分A偶聯(lián)劑改進(jìn)了實(shí)施例9-12的所有膜的拉伸強(qiáng)度。
表6

*按每個(gè)具體實(shí)施例的組合物總重計(jì)實(shí)施例13-20實(shí)施例13-20含有前體，此外包括STRUKTOL EF-44A脫模劑，CAPS偶聯(lián)劑，EXACT 4056乙烯基己烯彈性體，ELVAX 470 EVA，KELTAN 7506 EPDM，RX-13824增塑劑，MONDUR MR偶聯(lián)劑，和/或SILQUEST A189偶聯(lián)劑。表7表明加到比較例A的預(yù)混組合物中的每種組分的量(克)，形成實(shí)施例13-20的組合物。根據(jù)制造實(shí)施例1-5膜的上述過程混合實(shí)施例13-20的組合物，擠壓成膜，和壓延。根據(jù)UL 510中對(duì)PE熱塑性帶的過程測(cè)試實(shí)施例13-20的樣品，結(jié)果列于表7中。
表7

實(shí)施例14，15，16，18和19的膜表現(xiàn)出的拉伸強(qiáng)度超過1500psi(UL 510的最小要求)。實(shí)施例14和17的膜其伸長(zhǎng)率超過60％(UL 510的最小要求)。因此，實(shí)施例14的膜表現(xiàn)出符合UL 510對(duì)PE熱塑性帶的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。
壓延含有CAPS偶聯(lián)劑的實(shí)施例14的組合物，形成膜。壓延機(jī)器具有兩個(gè)上輥，一個(gè)中輥，和一個(gè)下輥。下輥對(duì)膜不施加壓力。兩個(gè)上輥間循環(huán)通過熱液體；液體溫度為200。中輥溫度設(shè)置到190。使用實(shí)施例1-5所述的方法將丙烯酸類粘合劑涂布到壓延膜的一個(gè)主表面上。然后使用UL 510的過程測(cè)試帶的阻燃性。三個(gè)樣品帶連接五次接觸測(cè)試火焰。所有樣品都通過火焰測(cè)試。
實(shí)施例14的介電強(qiáng)度測(cè)試使用UL 510對(duì)PE熱塑性帶的過程(§§8&10)測(cè)試基于實(shí)施例14組合物的帶的介電強(qiáng)度和吸濕性(即，接觸水份后介電強(qiáng)度的保持)。測(cè)試基于實(shí)施例14的組合物的12個(gè)不同樣品帶；測(cè)試結(jié)果列于表8中。表8中標(biāo)示″介電強(qiáng)度″的欄表明UL 510介質(zhì)擊穿測(cè)試結(jié)果。標(biāo)示″介電強(qiáng)度保持″的欄表明對(duì)于每個(gè)樣品而言，當(dāng)根據(jù)UL 510中對(duì)PE熱塑性帶的過程測(cè)試時(shí)，在23.0±1.0℃和相對(duì)濕度為96％±2％的空氣中調(diào)節(jié)96小時(shí)后，特定樣品保持原始介電強(qiáng)度的百分比。
UL 510規(guī)定拋光帶的5個(gè)樣品的平均介電強(qiáng)度應(yīng)不小于1,000伏/密耳(V/mil)帶厚度。表8所示的12個(gè)帶樣品其介電強(qiáng)度都大于1,000伏/密耳(V/mil)帶厚度。因此，基于實(shí)施例14組合物的帶符合UL 510對(duì)PE熱塑性帶的介電強(qiáng)度要求。
表8中12個(gè)帶樣品中的10個(gè)保持至少90％的原始平均介電強(qiáng)度。介電強(qiáng)度的平均保持百分比為98.7％，超過了UL 510對(duì)PE熱塑性帶的最小保持90.0％。因此，實(shí)施例14的帶符合UL 510對(duì)PE熱塑性帶吸濕性的要求。
表8基于實(shí)施例14的組合物的介電強(qiáng)度測(cè)試

盡管結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施方案說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出形式和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種帶，所述帶包括背襯，所述背襯包括無鹵聚合物材料；無鹵阻燃劑；和偶聯(lián)劑；和在所述背襯表面上的粘合劑層，在根據(jù)第七版UnderwritersLaboratories UL 510部分4測(cè)試時(shí)，所述帶是阻燃性的。
2.如權(quán)利要求1所述的帶，其中所述聚合物材料包括乙烯-丙烯-二烯單體的三聚物。
3.如權(quán)利要求1所述的帶，其中所述聚合物材料包括乙烯乙酸乙烯酯聚合物。
4.如權(quán)利要求3所述的帶，其中所述聚合物材料還包括乙烯-丙烯-二烯單體的三聚物。
5.如權(quán)利要求1所述的帶，其中所述偶聯(lián)劑包括非硅烷偶聯(lián)劑。
6.如權(quán)利要求5所述的帶，其中在沒有對(duì)所述背襯進(jìn)行任何照射處理并根據(jù)第七版Underwriters Laboratories UL 510所述的程序測(cè)試時(shí)，所述帶的斷裂伸長(zhǎng)率至少為約60％；和斷裂拉伸強(qiáng)度至少為約1500psi。
7.如權(quán)利要求1所述的帶，還包括脫模劑。
8.如權(quán)利要求7所述的帶，其中所述脫模劑包括脂肪酸金屬皂。
9.一種制造帶的方法，所述方法包括共混各組分，形成組合物，所述組分包括無鹵聚合物材料；無鹵阻燃劑；和偶聯(lián)劑；使所述組合物形成背襯；和在所述背襯表面上涂布粘合劑形成帶，在根據(jù)第七版UnderwritersLaboratories UL 510部分4測(cè)試時(shí)，所述帶是阻燃性的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述聚合物材料包括乙烯-丙烯-二烯單體的三聚物。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述聚合物材料包括乙烯乙酸乙烯酯聚合物。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述聚合物材料還包括乙烯-丙烯-二烯單體的三聚物。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述偶聯(lián)劑包括非硅烷偶聯(lián)劑。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中在沒有對(duì)所述背襯進(jìn)行任何照射處理并根據(jù)第七版Underwriters Laboratories UL 510所述的程序測(cè)試時(shí)，所述帶斷裂伸長(zhǎng)率至少為約60％；和斷裂拉伸強(qiáng)度至少為約1500psi。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括脫模劑。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述脫模劑包括脂肪酸金屬皂。
17.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述形成步驟包括壓延。
18.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括用電子束照射背襯或帶的步驟。
全文摘要
一種包括背襯和在所述背襯表面上的粘合劑層的帶。該背襯包括無鹵聚合物材料、無鹵阻燃劑和偶聯(lián)劑。在根據(jù)第七版Underwriters Laboratories UL 510部分4測(cè)試時(shí)，這種帶是阻燃性的。
文檔編號(hào)C08K3/22GK1972990SQ200580020793
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者拉斐爾·加西亞-拉米雷斯, C·卡羅爾·吉伯特, 馬里奧·A·佩雷斯, 克里希納坎特·P·沃拉 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司