專利名稱：無鹵膠帶和其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于各種應(yīng)用，例如汽車應(yīng)用的絕緣膜和絕緣帶。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括無鹵絕緣膜和絕緣帶的絕緣膜和帶，其在阻燃性、耐氣候性、厚度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、介電強(qiáng)度、附著強(qiáng)度、吸濕性、耐溫性、形變、壽命和/或?qū)w腐蝕性方面符合嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的絕緣膜具有不同程度的阻燃性和一定范圍內(nèi)的機(jī)械性能。性能更高的膜通常是含鹵的。在絕緣膜和絕緣帶中通常存在的氯乙烯是鹵素的常見來源。希望能最小化絕緣膜和絕緣帶中的鹵素含量，因?yàn)闊o論是在意外或丟棄的情況下燃燒含鹵素的膜和帶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有毒煙氣。
無鹵的聚合物組合物已用于制備用于電子工業(yè)的絕緣膜。然而，所使用的無鹵聚合物組合物不具有足夠的阻燃性。因此，將阻燃填料加入膜中，以在試圖保持絕緣膜所需的機(jī)械性能的同時(shí)，賦予或增強(qiáng)絕緣膜的阻燃性。而所用的阻燃填料則并非一定是無鹵的。某些填料含有溴。
盡管現(xiàn)有技術(shù)中存在一些具有不同阻燃性的無鹵絕緣膜，所述的膜一般不能同時(shí)滿足阻燃和機(jī)械性能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為獲得無鹵膜的高阻燃性，通常膜中阻燃填料的濃度很高，以致膜的物理性能受損。這些可能受損的物理性能的一些例子包括，除了其他之外，機(jī)械強(qiáng)度，撓性，和/或伸長(zhǎng)率。這些機(jī)械性能的損害尤其對(duì)于絕緣帶是不能令人滿意的，所需的絕緣帶應(yīng)等同于，或甚至超出含鹵電絕緣帶的機(jī)械強(qiáng)度，彈性和撓性性能。
雖然現(xiàn)有的無鹵絕緣膜和絕緣帶豐富了知識(shí)儲(chǔ)備，但仍需要將產(chǎn)生具有等同于或超出含鹵絕緣膜和絕緣帶的阻燃性和機(jī)械性能的、無鹵的絕緣膜和絕緣帶的改進(jìn)。
概述本發(fā)明包括各種組合物和帶。本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式包括以下的帶所述的帶包括(a)包括聚合物材料的無鹵襯里；阻燃劑；偶聯(lián)劑；和(b)位于所述襯里表面上的粘合層。根據(jù)UnderwritersLaboratories UL510第7版的第4部分測(cè)試，該帶是阻燃的。
制備本發(fā)明的帶的一個(gè)示例性方法包括下列步驟(a)形成無鹵襯里，該無鹵襯里包括聚合物材料；阻燃劑；和偶聯(lián)劑；和(b)在所述襯里表面上施加粘合層形成所述的帶。在根據(jù)Underwriters LaboratoriesUL510，第7版的第4部分測(cè)試時(shí)，該帶是阻燃的。在另一個(gè)示例性方法中，形成無鹵襯里的步驟包括砑光。仍在另一個(gè)示例性方法中，進(jìn)一步包括用電子束輻射所述的無鹵襯里或帶的步驟。
本文中，所有的數(shù)字均應(yīng)認(rèn)為是由“約”一詞修飾的。
附圖簡(jiǎn)要說明本發(fā)明可進(jìn)一步由下列圖示說明，其中

圖1是示例性的砑光工藝的示意圖。
這些圖是理想化的，并非按比例繪制，僅用于說明。
發(fā)明詳述本發(fā)明包括組合物，其包含聚合物材料，阻燃劑，和任選的工藝添加劑。所述的聚合物材料，阻燃劑，和/或任選的工藝添加劑可以是無鹵的。使用均為無鹵的聚合物材料，阻燃劑，和任選的工藝添加劑產(chǎn)生無鹵的組合物。本發(fā)明進(jìn)一步包括制備組合物，例如無鹵組合物的方法。
所述的組合物可形成電絕緣膜(本文也稱作“帶襯里”)，其至少在一個(gè)表面上被涂覆上粘合劑后，得到電絕緣帶。類似的，所述的無鹵組合物可形成無鹵的電絕緣膜，其至少在一個(gè)表面上被涂覆上無鹵的粘合劑后，得到無鹵的電絕緣帶。所述無鹵的絕緣帶在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生含鹵絕緣帶燃燒時(shí)特有的有毒煙氣。此外，根據(jù)本發(fā)明制備的電絕緣帶，包括無鹵的電絕緣帶能滿足電絕緣帶的各種性能方面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
Underwriters Laboratories UL 510，第7版，題為“Standard forPolyvinyl Chloride，Polyethylene，and Rubber Insulating Tape”(本文稱為“UL510”)是絕緣帶的一套性能方面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)例子。UL 510描述了一套最低標(biāo)準(zhǔn)例如阻燃性、耐氣候性、厚度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、介電強(qiáng)度、附著強(qiáng)度、吸濕性、耐溫性、形變、壽命和導(dǎo)體腐蝕性。除了其他的之處，UL 510覆蓋了在不高于600V和在80℃下將熱塑性帶和橡膠帶用于絕緣的標(biāo)準(zhǔn)。UL 510的第4部分適于焰色實(shí)驗(yàn)并可用于所有被此標(biāo)準(zhǔn)覆蓋的帶。根據(jù)UL 510，即第6-15部分確定的物理性質(zhì)適于熱塑性帶，更具體而言適于“PE帶”。因?yàn)楸景l(fā)明至少是基于無鹵組分的使用，所以PE帶的標(biāo)準(zhǔn)是適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。
其他可應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括用于歐洲IEC 60454題為“Specifications for Pressure-Sensitive Tapes for Electrical Purposes，Part2Methods ofTest”和用于日本的JIS C2107題為“Testing Methods ofPressure Sensitive Adhesive Tapes for Electrical Insulation”。
本發(fā)明的無鹵組合物可加工成能夠滿足UL 510對(duì)于電絕緣帶的要求的無鹵帶。為制得這樣的無鹵帶，通過將適量的無鹵聚合物材料、無鹵阻燃劑、和任選的無鹵工藝添加劑混合在一起而制備無鹵的組合物。所述的無鹵組合物可利用任何適當(dāng)?shù)哪ば纬杉夹g(shù)形成為無鹵膜，例如擠出和砑光。然后可將無鹵的添加劑應(yīng)用到該無鹵膜的一個(gè)或兩個(gè)主表面上以形成無鹵帶。然后用適當(dāng)?shù)哪茉摧椛渌龅臒o鹵帶，例如電子束。意想不到地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明制備的無鹵帶滿足了UL 510對(duì)于PE熱塑性帶的所有不同要求，并同時(shí)滿足UL 510的阻燃標(biāo)準(zhǔn)。本文說明了用于生產(chǎn)符合上述UL 510的無鹵帶的適當(dāng)?shù)慕M分濃度和工藝步驟。
如本文所用，詞語“無鹵”和“不含鹵素”和任何這兩個(gè)詞的衍生詞語，均指沒有，或基本沒有鹵素，例如在物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)中存在的鹵素原子。如本文所用，術(shù)語“超痕量濃度”是指分別基于組合物、膜、或帶計(jì)，組合物、膜、或帶中的濃度為0.01wt％或更少。在制備本發(fā)明的組合物、膜、和/或帶時(shí)，由于僅用作合成所用組分的組成材料的催化劑的含鹵物質(zhì)的使用，在特定的無鹵組合物、膜、或帶中可以存在超痕量濃度的鹵素原子。認(rèn)為本發(fā)明的含有超痕量濃度鹵素的組合物、膜、或帶是基本無鹵的。從而，對(duì)于本發(fā)明的無鹵組合物、膜、或帶，術(shù)語“無鹵”和“不含鹵素”確實(shí)包括根據(jù)本發(fā)明制備的、然而利用機(jī)械分析方法分析該組合物、膜、和/或帶包括檢測(cè)為超痕量濃度的微量鹵素原子的組合物、膜、或帶。
引入本發(fā)明組合物中的聚合物材料可以是無鹵的。在本發(fā)明的無鹵組合物中，該聚合物材料是無鹵的。該聚合物材料可包括熱塑性聚合物材料，其可賦予所述組合物某些有利于滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理性質(zhì)，例如彈性。適當(dāng)?shù)木酆衔锊牧系睦影ㄒ蚁?丙烯-二烯單體的三元共聚物(EPDM)，乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，和EPDM和EVA的聚合物共混物。例如EPDM具有各種絕緣帶所需的物理性能，例如耐熱性、耐氧化性、耐臭氧性和耐氣候老化性。此外，EPDM具有良好的電阻率且對(duì)高填料負(fù)載反應(yīng)良好?；谒鼋M合物的總重計(jì)，該組合物中聚合物材料的適當(dāng)濃度范圍低至30wt％和高至60wt％。在所述組合物的一些示例性實(shí)施方式中，基于該組合物的總重計(jì)，該組合物中的聚合物材料的適當(dāng)濃度范圍低至30wt％和高至45wt％，例如無鹵組合物。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，基于所述的聚合物材料的總重計(jì)，該聚合物材料包括的EVA的濃度范圍從低至0wt％到高至40wt％，EPDM的濃度范圍從低至60wt％到高至100wt％。其他聚合物，例如具有更高抗拉強(qiáng)度的聚乙烯型聚合物(例如“Exact 4056”更高抗拉強(qiáng)度聚合物，可從Exxon Mobil of Irving，Texas商購得到)，也可包括在所述的聚合物材料內(nèi)以產(chǎn)生如抗拉強(qiáng)度的有益物理性能。
本發(fā)明包括提供了抗熱和防火性能的阻燃劑，這兩種情況有時(shí)在絕緣帶的各種應(yīng)用中會(huì)碰到。所述的阻燃劑可以是無鹵的。該阻燃劑的一些適當(dāng)?shù)睦影ń饘贌o機(jī)化合物。本發(fā)明的組合物中可包括大量的無鹵金屬無機(jī)阻燃劑，以幫助得到顯示出足以滿足各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括UL 510，IEC 60454，和JIS C2107阻燃標(biāo)準(zhǔn)的膜，包括無鹵膜。基于該組合物的總重計(jì)，所述的阻燃劑在組合物中，包括無鹵組合物中可存在的濃度低至40wt％和高至70wt％。尤其符合UL 510，IEC 60454，和JIS C2107的阻燃要求的絕緣帶，包括無鹵絕緣帶的一些實(shí)施方式包括由阻燃劑濃度低至50wt％和高至60wt％(基于該組合物的總重)的組合物形成的膜(帶襯里)。
為獲得本發(fā)明的帶，包括無鹵帶的柔度，所述的帶滿足所有UL 510標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PE熱塑性帶的要求，基于該組合物的總重計(jì)，本發(fā)明的組合物，例如無鹵組合物，可包括阻燃劑的濃度低至40wt％和高至70wt％，一些實(shí)施方式中的阻燃劑的濃度低至50wt％和高至60wt％。
阻燃劑的適當(dāng)例子包括金屬無機(jī)化合物，例如金屬氫氧化物。適當(dāng)?shù)慕饘贇溲趸锏睦影ㄈ涎趸X(也稱作氫氧化鋁、氧化鋁、水合氧化鋁、和三氫氧化鋁，本文稱為ATH)，氫氧化鈣，氫氧化鎂，氫氧化鋯，氫氧化鋇等；金屬碳酸鹽例如堿性碳酸鎂，白云石等；金屬水合物例如水滑石、硼砂等；和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。
ATH是本發(fā)明尤其適合的阻燃劑。ATH作為吸熱件并吸收一部分的燃燒熱，以阻止帶襯里內(nèi)的聚合物材料的燃燒。在加熱時(shí)，ATH還釋放水，其稀釋了本發(fā)明電絕緣帶，包括無鹵電絕緣帶在內(nèi)的周圍空氣中可燃?xì)怏w的濃度。
硅烷處理過的阻燃劑，例如硅烷涂覆的ATH，尤其適用作所述的阻燃劑。用于阻燃劑表面處理的適當(dāng)?shù)墓柰榕悸?lián)劑的例子包括乙烯基硅烷(如A-172 DLC硅烷)，甲基丙烯酸硅烷(如A-174 DLC硅烷)，氨基硅烷(如A-1100 DLC和A-1120硅烷)，所述硅烷均可自Natrochem，Inc.of Savannah，Georgia商購得到；液態(tài)四硫化物硅烷(如SILQUESTA-1289硅烷)，液態(tài)二硫化物硅烷(如SILQUEST A-1589硅烷)，和多硫化物硅烷(如SILQUEST A-189硅烷)，所述硅烷均可自O(shè)SISpecialties Division of Witco Corporation of Danbury，Connecticut商購得到；和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。一些商購可得的硅烷涂覆的ATH的例子包括MICRAL 1500-SHl和MICRAL 1500-SH2 ATH，均可自J.M.Huber Corporation of Edison，New Jersey商購得到。
所述任選的工藝添加劑的例子包括偶聯(lián)劑，脫模劑，及其組合。本發(fā)明的組合物，包括無鹵組合物中可包括偶聯(lián)劑，以改進(jìn)該組合物和/或由該組合物制得的帶襯里的物理性能。本發(fā)明的組合物，包括無鹵組合物中可包括脫模劑，以幫助將該組合物加工成膜。
本發(fā)明的組合物，包括無鹵組合物中包括的偶聯(lián)劑可有助于增大所述聚合物材料和阻燃劑之間的引力。適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑的例子包括新烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑(如由Kenrich Petrochemical，Inc.可商購得到的CAPS偶聯(lián)劑)，新烷氧基鋯酸酯偶聯(lián)劑，異氰酸酯偶聯(lián)劑(如由BayerCorporation可商購得到的MONDUR MR聚氨酯預(yù)聚物)，馬來酸酯化的聚烯烴偶聯(lián)劑(如可由Eastman Chemical Company商購得到的EPOLENE G3003偶聯(lián)劑)，和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。
適當(dāng)?shù)男峦檠趸佀狨ヅ悸?lián)劑包括鈦IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三新癸酸根-O；鈦IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(十二烷基)苯磺酸根-O；鈦IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(二辛基)磷酸根-O；鈦IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(二辛基)焦磷酸根-O；鈦IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(2-乙撐二氨基)乙醇根；鈦IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(3-氨基)苯酚根；和鈦IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(6-羥基)己酸根-O；和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。
適當(dāng)?shù)男峦檠趸喫狨ヅ悸?lián)劑包括鋯IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三新癸酸根-O；鋯IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(十二烷基)苯磺酸根-O；鋯IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(二辛基)磷酸根-O；鋯IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三2-甲基-2-丙烯酸根-O；鋯IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(二辛基)焦磷酸根-O；鋯IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三2-丙烯酸根-O；鋯IV 2，2(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(2-乙撐二氨基)乙醇根；鋯IV雙(2，2-二甲基)1，3-丙二醇根，雙(9，10-11，12二環(huán)氧基)十八酸根-O；鋯IV 2-乙基，2-丙烯醇根甲基1，3-丙二醇根雙巰基苯酚根；和鋯IV 1，1(雙2-丙烯醇根甲基)丁醇根，三(2-氨基)pnenylato；和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。
基于所述組合物的總重，例如無鹵組合物，本發(fā)明組合物中的偶聯(lián)劑的濃度可以低至0.1wt％和高至10.0wt％，在一些組合物實(shí)施方式中的偶聯(lián)劑濃度為低至0.5wt％和高至1.5wt％?；谒鼋M合物的總重，在一些實(shí)施方式中，組合物中偶聯(lián)劑的濃度為0.7wt％。
本發(fā)明組合物，包括無鹵組合物中包括的脫模劑簡(jiǎn)化了將所述組合物，例如無鹵組合物加工成用作帶襯里的膜的工藝。適當(dāng)?shù)拿撃┑睦影ㄒ韵庐a(chǎn)品，其各自均可由Struktol Company of America ofStow，Ohio商購得到脂肪酸金屬皂和酰胺的混合物(如STRUKTOL A50，STRUKTOL A60，STRUKTOL A61，STRUKTOL EF 44A，和STRUKTOL WB42脫模劑)；橡膠相容性非硬化脂肪酸皂(如STRUKTOL EP52脫模劑)；脂肪酸酯和皂結(jié)合(soap-bound)填料(如STRUKTOL W34和STRUKTOL WB212脫模劑)；潤(rùn)滑劑和脂肪酸衍生物的混合物(如STRUKTOL W80脫模劑)；脂肪酸酯和鋅皂的混合物(如STRUKTOL WA48脫模劑)；脂肪酸皂的混合物，主要是鈣基的(如STRUKTOL WB16脫模劑)；脂肪酸酯和縮合產(chǎn)物的混合物(如STRUKTOL WB222脫模劑)；脂肪酸衍生物和硅氧烷的縮合產(chǎn)物(如STRUKTOL WS180脫模劑)；在無機(jī)載體上的有機(jī)硅氧烷化合物(如STRUKTOL WS280脫模劑)；和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。
基于所述組合物，如無鹵組合物的總重，本發(fā)明組合物，包括無鹵組合物中的所述脫模劑的濃度可以低至0.1wt％和高至10.0wt％，在所述組合物的某些實(shí)施方式中脫模劑的濃度低至0.5wt％和高至2.0wt％。在一些示例性實(shí)施方式中，基于組合物的總重，所述組合物中脫模劑的濃度為1.0wt％。
除工藝添加劑外，本發(fā)明組合物，包括無鹵組合物還可任選包括另外的材料(在無鹵組合物的情況下包括另外的無鹵材料)，如，顏料，抗氧化劑，穩(wěn)定劑，油類，加工助劑，填料，交聯(lián)材料，丙烯酸材料，和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。本發(fā)明組合物中這些另外的材料的濃度可以是任何可提供所需效果的濃度。
本發(fā)明組合物，包括無鹵組合物可以通過在適當(dāng)?shù)幕旌涎b置中將所述的聚合物材料，阻燃劑，和任選的工藝添加劑混合在一起而制備。例如，通?？梢詫⒔M合物的組分以任何順序混合，并在Banbury混合器中在140℃的組分溫度(混合器中)下，在45-65轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘(rpm)下操作約5分鐘的時(shí)間。在所述組分被混合在一起形成組合物后，則可在常規(guī)的二輥研磨機(jī)中研磨并結(jié)合該組合物，以最小化組合物中的非均勻部分。
在混合前，還可將任何所需的附加材料，如顏料，抗氧化劑，油類，加工助劑，中和劑，流變改性劑，和填料加入到所述的聚合物材料、阻燃劑和工藝添加劑中。然而，若在組合物中加入交聯(lián)劑或丙烯酸材料，應(yīng)在所有其他所需的組合物組分被加入到該組合物后，在足以防止過早交聯(lián)的低溫下，在第二混合步驟中加入這些交聯(lián)劑或丙烯酸材料。
本發(fā)明組合物，包括無鹵組合物可被砑光以形成本發(fā)明的膜，并產(chǎn)生有益的物理性能?？蓮难心C(jī)例如兩輥研磨機(jī)將所述組合物連續(xù)進(jìn)料到砑光機(jī)中，以將組合物加工成膜?？蓪⑷魏蚊撃缛魏紊鲜龅拿撃┘尤氲剿鼋M合物中，以在制膜工藝中有利于該組合物(作為膜)從砑光機(jī)的輥上連續(xù)并穩(wěn)定地脫離。據(jù)信通過將組合物中的分子取向鎖定在砑光機(jī)的機(jī)械方向上，在可能的最低溫度下將所述組合物砑光成膜改進(jìn)了膜，如無鹵膜的抗拉強(qiáng)度。一些示例性的砑光輥溫度可以低至180和高至225，在一些實(shí)施方式的制備中適當(dāng)?shù)捻脊廨仠囟鹊椭?90和高至215。圖1給出了利用兩個(gè)上輥10和12，中輥14，底輥16和本發(fā)明的膜18及任選的襯墊20的示例性的砑光工藝。在一個(gè)示例性的砑光工藝中，加熱所述的兩個(gè)上輥和中輥，而不加熱所述的底輥。
本發(fā)明的膜，包括無鹵膜是電絕緣帶的有用襯里?？衫靡阎墓に?，例如膠粘層壓，將粘合劑施加到所述膜的一個(gè)或兩個(gè)主表面上。為制備無鹵電絕緣帶，將無鹵粘合劑施加到無鹵膜(襯里)上。適當(dāng)?shù)臒o鹵粘合劑的例子包括丙烯酸粘合劑，例如熱熔丙烯酸粘合劑(如可由3M of St.Paul，MN商購得到的A+熱熔丙烯酸粘合劑)；熱熔橡膠粘合劑；水基丙烯酸乳液型粘合劑；硅氧烷粘合劑；熱塑性彈性體；阻燃粘合劑；本領(lǐng)域已知的任何其他無鹵粘合劑；和任意這些物質(zhì)以任意比例的任意組合。
可利用任何適當(dāng)?shù)哪茉?，例如電子束，輻射本發(fā)明的膜，包括無鹵膜，以產(chǎn)生有利于符合電絕緣帶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理性能如抗拉強(qiáng)度，阻燃性和附著強(qiáng)度。對(duì)于本發(fā)明的膜，包括無鹵膜的適當(dāng)?shù)妮椛淞康椭?0兆拉德(Mrad)和高至30Mrad。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的膜，包括無鹵膜的適當(dāng)輻射量低至15Mrad和高至25Mrad。用于輻射本發(fā)明的膜，包括無鹵膜的電子束的發(fā)生器的適當(dāng)?shù)氖纠暂椛鋮?shù)包括175KeV的設(shè)定電壓，7mA的設(shè)定電流，和64的機(jī)器常數(shù)(K)。
在輻射本發(fā)明的膜，包括無鹵膜時(shí)，通常線速可以低至5英尺/分鐘(fpm)和高至20fpm。在一些實(shí)施方式中，輻射本發(fā)明的膜，包括無鹵膜時(shí)的適當(dāng)線速可以低至10英尺/分鐘和高至15fpm。在各個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的膜，包括無鹵膜每縱尺的適當(dāng)輻射量可以低至1.0Mrad/縱尺和高至2.5Mrad/縱尺。
如上所述，在根據(jù)UL510測(cè)試時(shí)，至少一個(gè)本發(fā)明的無鹵電絕緣帶的實(shí)施方式滿足了其所有要求。這里在根據(jù)UL510測(cè)試時(shí)，所述的無鹵絕緣帶顯示出至少1,000伏每密耳帶厚(襯里加粘合劑)的介電強(qiáng)度，在23.0±1.0℃的溫度和96％±2％的相對(duì)濕度的空氣中作用95小時(shí)后，至少保留90％的原始平均介電強(qiáng)度，平均附著強(qiáng)度至少為0.175N/mm，斷裂時(shí)顯示出至少60％的伸長(zhǎng)，斷裂時(shí)的抗拉強(qiáng)度至少為1500磅/平方英尺，并符合UL510的所有其他標(biāo)準(zhǔn)。
一個(gè)這樣的滿足所有UL510的要求的無鹵帶的例子包括由以下的無鹵組合物制備的無鹵襯里，所述的無鹵組合物包括25wt％的EVA，6wt％EPDM，60wt％的ATH阻燃劑，1.0wt％的CAPS偶聯(lián)劑，和0.9wt％的STRUKTOL EF-44A脫模劑，其中依照本文公開的步驟砑光并輻射該無鹵組合物。此外，本發(fā)明的電絕緣帶的各種實(shí)施方式，包括本發(fā)明的無鹵電絕緣帶，至少滿足UL 510的一個(gè)要求。此外，本發(fā)明的電絕緣帶的各種實(shí)施方式，包括本發(fā)明的無鹵電絕緣帶，滿足UL 510的多個(gè)要求。
測(cè)試方法可使用各種分析方法來表征本發(fā)明組合物的性能。以下簡(jiǎn)單解釋這些分析方法。
阻燃性可根據(jù)UL 510的步驟測(cè)試根據(jù)本發(fā)明制備的包括襯里和丙烯酸粘合劑層的帶的阻燃性。該測(cè)試包括將三個(gè)帶條包裹在鋼條上，這又在被包裹的鋼條每個(gè)點(diǎn)上產(chǎn)生6倍的帶厚。將包裹的鋼條置于測(cè)試火焰中并計(jì)算帶的燃燒時(shí)間。總共在五次火焰燃燒下重復(fù)該方法，并根據(jù)UL510中給出的標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果以確定是否該帶符合“阻燃”標(biāo)準(zhǔn)。
物理性能測(cè)試可利用UL510對(duì)于PE熱塑性帶的方法確定根據(jù)本發(fā)明制備的膜和電絕緣帶的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)。該標(biāo)準(zhǔn)要求60％的最小極限伸長(zhǎng)和1500psi的最小抗拉強(qiáng)度。膜上是否存在粘合劑并不會(huì)明顯影響膜的抗拉強(qiáng)度和/或伸長(zhǎng)。這樣，對(duì)在以下實(shí)施例中利用無粘合劑的膜制得的樣品進(jìn)行某些抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)測(cè)試。
介電擊穿測(cè)試根據(jù)本發(fā)明制備的絕緣帶的介電強(qiáng)度可利用UL 510對(duì)于熱塑性帶的方法確定。該標(biāo)準(zhǔn)要求至少1,000伏每密耳帶厚(39.37千伏每毫米)的平均介電強(qiáng)度。
吸濕性測(cè)試在持續(xù)在潮濕環(huán)境下作用后，可利用UL 510的方法測(cè)定，根據(jù)本發(fā)明制備的電絕緣帶的保留至少90％的帶的初始介電強(qiáng)度的能力。
實(shí)施例因?yàn)楸景l(fā)明范圍內(nèi)的眾多變換方式和改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，以下更具體地描述本發(fā)明的實(shí)施例僅為說明目的。除非另外指明，以下實(shí)施例中記載的所有份數(shù)、百分比和比均基于重量基礎(chǔ)，且所有實(shí)施例中所用的試劑由以下說明的化學(xué)供應(yīng)商處得到或能夠得到，或可以通過常規(guī)技術(shù)合成。
以下是各個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)單概括。實(shí)施例1-5說明本發(fā)明無鹵組合物中的阻燃劑的不同濃度對(duì)由無鹵組合物制備的無鹵膜和/或無鹵帶的阻燃性、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響。實(shí)施例6-20說明本發(fā)明無鹵組合物中工藝添加劑的不同濃度對(duì)由無鹵組合物制備的無鹵膜和/或無鹵帶的各種物理性能的影響。
以下的組分簡(jiǎn)稱用于實(shí)施例中ATH硅烷化的三水合氧化鋁阻燃劑，可由J.M.HuberCorporation of Edison，NJ以商品名″DP-6033.″商購得到。
CAPS新烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑，可由Kenrich Petrochemicals，Inc.of Bayonne，NJ商購得到D-148干燥潤(rùn)滑劑加工助劑，可由CP.Hall Company of Chicago，IL商購得到。
ELVAX 470乙烯醋酸乙烯酯聚合物，可由DuPont of Wilmington，DE商購得到。
EPOLENE C16馬來酸酯化聚乙烯，可由Eastman ChemicalCompany of Kingsport，TN商購得到。
EPOLENE G3003馬來酸酯化聚丙烯，可由Eastman ChemicalCompany of Kingsport，TN商購得到。
EXACT 4056乙烯基己烯塑料，可由Exxon Mobil of Irving，TX.商購得到。
IRGANOX 1010表面活性劑，可由Showa Denko K.K.of Tokyo，Japan.商購得到。
KELTAN 7506乙烯-丙烯-二烯單體的三元共聚物，可由DSMElastomers Americas of Baton Rouge，LA.商購得到。
LD 140低密度聚乙烯，可由Exxon Mobil of Irving，TX.商購得到。
MB950EVA中分散的炭黑，可由Modem Dispersion，Inc.商購得到。
MONDUR MR異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物，可由Bayer Corp.，ofLeverkusen，Germany.商購得到。
RX-13824增塑劑，可由CP.Hall Company of Chicago，IL商購得到。
SCOTCHCAST 2130 part A聚氨酯預(yù)聚物樹脂，可由3MCompany of St.Paul，MN.商購得到。
SILQUEST Al 89硅烷基偶聯(lián)劑，可由OSI Specialties Division ofWitco Corporation of Danbury，CT.商購得到。
STRUKTOL EF-44A脂肪酸金屬皂和酰胺的加工助劑混合物，可由Struktol Company of America of Stow，OH.商購得到。
前體通過將表1中列出的組分以標(biāo)明的濃度在Banbury混合器中混合，在140℃的組分溫度(混合器中)下，以45rpm混合5分鐘制備前體。進(jìn)一步在二輥研磨機(jī)中混合該組合物，并切下3.0英寸×0.5英寸橫截面的條，進(jìn)料到擠出機(jī)中，并過篩和制粒。所述擠出機(jī)內(nèi)的溫度不超出150℃。
表1前體配方

實(shí)施例1-5利用Banbury混合器和二輥研磨機(jī)制備實(shí)施例1。將前體顆粒置于Banbury混合器中并預(yù)熱到180，在65rpm下操作?；旌喜⑷廴谒龅念w粒2分鐘，直到所述的組合物在240-250的范圍內(nèi)。在混合器中將STRUKTOL EF-44A脫模劑與該前體混合，以形成實(shí)施例1的組合物。在Banbury混合器中，在45rpm將實(shí)施例1的該組合物混合3分鐘，同時(shí)保持該組合物在240-260之間。然后將Banbury混合器的混合速度提高到65rpm，并允許組合物升溫至290。隨后將實(shí)施例1的組合物轉(zhuǎn)移到2-輥研磨機(jī)中，研磨并結(jié)合5分鐘。然后將得到的實(shí)施例1的組合物機(jī)進(jìn)料到4-輥砑光機(jī)中形成膜。前三個(gè)與組合物接觸的砑光輥(即兩個(gè)上砑光輥和中砑光輥)在膜上施加壓力，而第4個(gè)輥(即較低的輥)不施加壓力。將上兩個(gè)輥的輥溫設(shè)定在210，中輥為205。
實(shí)施例2-5是基于所述前體的，并包括增大量的STRUKTOLEF-44A脫模劑和增大量的ATH阻燃劑，超出了在前體中的用量，如表2所示。利用實(shí)施例1的方法將實(shí)施例2-5的組合物各自混合并制片成膜。在與制備實(shí)施例1組合物時(shí)加入STRUKTOL EF-44A脫模劑的相同的時(shí)間，加入實(shí)施例2-5組合物的STRUKTOL EF-44A脫模劑和另外的ATH阻燃劑。
表2

*基于特定實(shí)施例組合物的總重，并通過熱解重量(thermogravenmetric)分析測(cè)定用電子束輻照實(shí)施例1-5中制備的膜以確定電子束輻照對(duì)膜的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的任何影響。根據(jù)UL 510的方法測(cè)試實(shí)施例1-5的所有輻照和未輻照膜的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。這些測(cè)試的結(jié)果見表3。輻照膜所受的總輻照量為35Mrad。利用具有以下光束參數(shù)的電子束發(fā)生器施加所述的輻照量175KeV的設(shè)定電壓，20英尺/分鐘的線速，7mA的電流，和80的機(jī)器常數(shù)K。
如表3所示，隨著ATH阻燃劑的重量百分比濃度的增加，實(shí)施例1-5的所有輻照和未輻照膜的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率降低。對(duì)于實(shí)施例1-5的組合物，輻照膜比相同組合物的非輻照膜顯示出更高的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。認(rèn)為這些抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的增加是得益于電子束輻照的實(shí)施例1-5的膜中包括的聚合物材料的交聯(lián)的增加。
表3電子束輻照的影響

實(shí)施例1-5中制備的各個(gè)輻射膜的一個(gè)主表面上用丙烯酸粘合劑涂覆形成無鹵的絕緣帶，根據(jù)UL 510的第4部分測(cè)試所述絕緣帶的阻燃性。對(duì)每個(gè)實(shí)施例測(cè)試10個(gè)不同的樣品。實(shí)施例1-5的絕緣帶的阻燃性測(cè)試結(jié)果見表4，該表給出了總共10個(gè)樣品中，測(cè)試合格的樣品的總數(shù)量。
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，并另外包括增大量的EPOLENE G3003馬來酸酯化的聚烯烴偶聯(lián)劑。實(shí)施例6-8的組合物的組分平衡由實(shí)施例3的組合物組成。實(shí)施例6-8的組合物在類似于實(shí)施例1-5的Banbury混合器中混合，并在利用本領(lǐng)域已知的方法在實(shí)驗(yàn)室擠出機(jī)上擠出成膜。實(shí)施例3的組合物在加熱壓板間熱壓形成厚度為25-35密耳的膜。
根據(jù)UL 510對(duì)于PE熱塑帶的要求，測(cè)定實(shí)施例3和6-8的樣品的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，結(jié)果見表5。實(shí)施例3的膜作為對(duì)照例。
表5

*基于各具體實(shí)施例的組合物的總重實(shí)施例9-12實(shí)施例9-12基于實(shí)施例1并包括增大量的SCOTCHCAST 2130Part A聚氨酯預(yù)聚物偶聯(lián)劑，如表6所示。實(shí)施例9-12的組合物的組分平衡由實(shí)施例1的組合物組成。利用前述方法將實(shí)施例9-12的組合物混合并壓膜。
根據(jù)UL 510測(cè)定實(shí)施例9-12的膜樣品的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。這些測(cè)定的結(jié)果見表6。與由實(shí)施例1制備的膜的抗拉強(qiáng)度相比，SCOTCHCAST 2130 Part A偶聯(lián)劑改進(jìn)了實(shí)施例9-12的所有膜的抗拉強(qiáng)度。
表6

*基于各具體實(shí)施例的組合物的總重實(shí)施例13-20實(shí)施例13-20含有前體并另外包括STRUKTOL EF-44A脫模劑，CAPS偶聯(lián)劑，EXACT 4056乙烯基己烯塑料，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給出了加入到對(duì)比例A的預(yù)混組合物中以形成實(shí)施例13-20的組合物的各組分的量。根據(jù)前述實(shí)施例1-5的膜的制備方法，將實(shí)施例13-20的組合物混合、擠出成膜、并砑光。同樣，根據(jù)UL 510對(duì)于PE熱塑帶的要求測(cè)試實(shí)施例13-20的樣品，結(jié)果見表7。
表7

實(shí)施例14，15，16，18和19的膜顯示出超過UL 510的1500psi的最低要求抗拉強(qiáng)度。實(shí)施例14和17的膜具有超過UL 510的60％最低要求伸長(zhǎng)率。從而，實(shí)施例14的膜的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均符合UL 510對(duì)PE熱塑帶的要求。
含CAPS偶聯(lián)劑的實(shí)施例14的組合物被砑光成膜。所述的砑光機(jī)具有兩個(gè)上輥，一個(gè)中輥和一個(gè)較低的輥。所述較低的輥不對(duì)膜施加壓力。熱的液體循環(huán)流經(jīng)兩個(gè)上輥；液體溫度為200。中輥的設(shè)定溫度為190。利用實(shí)施例1-5所述的方法將丙烯酸粘合劑施加到該砑光膜的一個(gè)主表面上。然后利用UL 510的方法測(cè)定該帶的阻燃性。將三個(gè)帶的樣品連續(xù)置于測(cè)試火焰中5次。所有的樣品均通過了火焰測(cè)試。
實(shí)施例14的介電強(qiáng)度測(cè)試?yán)肬L 510(§§8&10)對(duì)PE熱塑帶的方法，測(cè)試基于實(shí)施例14的組合物的帶的介電強(qiáng)度和吸濕性(即吸濕后介電強(qiáng)度的保持力)。測(cè)試基于實(shí)施例14的組合物的帶的12個(gè)不同的樣品；測(cè)試的結(jié)果見表8。表8中標(biāo)有“介電強(qiáng)度”的欄表示UL 510介電擊穿測(cè)試結(jié)果。標(biāo)有“介電強(qiáng)度保持力”的欄表示，各個(gè)樣品在被置于23.0±1.0℃和相對(duì)濕度為96％±2％的空氣中作用96小時(shí)后，依照UL 510對(duì)PE熱塑帶的方法測(cè)試得到的，所述特定樣品的原始介電強(qiáng)度的保持百分?jǐn)?shù)。
UL 510規(guī)定了成品帶的5個(gè)樣品的平均介電強(qiáng)度不應(yīng)小于1,000伏/密耳(V/mil)帶厚。表8中所述所有12個(gè)帶樣品的介電強(qiáng)度均大于1,000伏/密耳(V/mil)帶厚。從而，基于實(shí)施例14的組合物的帶滿足了UL 510對(duì)PE熱塑帶的介電強(qiáng)度要求。
表8中包括的12個(gè)帶樣品的10個(gè)至少保持了90％的初始平均介電強(qiáng)度。介電強(qiáng)度的平均保持力百分?jǐn)?shù)為98.7％，超出了UL 510對(duì)于PE熱塑帶90.0％的最低保持力要求。從而，實(shí)施例14的帶滿足了UL 510對(duì)于PE熱塑帶的吸濕性要求。
表8基于實(shí)施例14的組合物的介電強(qiáng)度測(cè)試

盡管參照優(yōu)選實(shí)施方式說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以不偏離本發(fā)明的精神和范圍對(duì)其進(jìn)行形式和內(nèi)容的改變。
權(quán)利要求
1.一種帶，包括無鹵襯里，包括聚合物材料；阻燃劑；和偶聯(lián)劑；和位于所述襯里表面上的粘合層，在根據(jù)Underwriters LaboratoriesUL510，第7版的第4部分測(cè)試時(shí)，所述的帶是阻燃的。
2.權(quán)利要求1的帶，其中的無鹵襯里進(jìn)一步包括脫模劑。
3.權(quán)利要求1的帶，其中的聚合物材料包括乙烯-丙烯-二烯單體的三元共聚物。
4.權(quán)利要求1的帶，其中的聚合物材料包括乙烯醋酸乙烯酯聚合物。
5.權(quán)利要求4的帶，其中的聚合物材料進(jìn)一步包括乙烯-丙烯-二烯單體的三元共聚物。
6.權(quán)利要求1的帶，其中的阻燃劑包括金屬無機(jī)化合物。
7.權(quán)利要求6的帶，其中的金屬無機(jī)化合物包括三水合氧化鋁。
8.權(quán)利要求1的帶，其中的偶聯(lián)劑包括非硅烷偶聯(lián)劑。
9.權(quán)利要求2的帶，其中的脫模劑包括脂肪酸金屬皂。
10.權(quán)利要求1的帶，其是無鹵的。
11.一種制備帶的方法，該方法包括形成無鹵襯里，該無鹵襯里包括聚合物材料；阻燃劑；和偶聯(lián)劑；和在所述襯里表面上施加粘合層形成所述的帶，在根據(jù)UnderwritersLaboratories UL510，第7版的第4部分測(cè)試時(shí)，所述的帶是阻燃的。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述的形成步驟包括砑光。
13.權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括用電子束輻射無鹵襯里或帶的步驟。
14.權(quán)利要求11的方法，其中所述的聚合物材料包括乙烯-丙烯-二烯單體的三元共聚物。
15.權(quán)利要求11的方法，其中所述的聚合物材料包括乙烯醋酸乙烯酯聚合物。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述的聚合物材料進(jìn)一步包括乙烯-丙烯-二烯單體的三元共聚物。
17.權(quán)利要求11的方法，其中所述的阻燃劑包括金屬無機(jī)化合物。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述的金屬無機(jī)化合物包括三水合氧化鋁。
19.權(quán)利要求11的方法，其中所述的偶聯(lián)劑包括非硅烷偶聯(lián)劑。
20.權(quán)利要求11的方法，其中所述的無鹵襯里進(jìn)一步包括脫模劑。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述的脫模劑包括脂肪酸金屬皂。
22.權(quán)利要求11的方法，其中所述的帶是無鹵的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種包括無鹵襯里的帶，所述的無鹵襯里包括聚合物材料；阻燃劑；和偶聯(lián)劑；和位于所述襯里表面上的粘合劑層。在根據(jù)Underwriters Laboratories UL 510，第7版的第4部分測(cè)試時(shí)，所述的帶是阻燃的。
文檔編號(hào)C08K5/00GK1972988SQ200580020775
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年5月5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