防火組成物 FIRE RESISTANT COMPOSITIONS

专利汇可以提供防火組成物 FIRE RESISTANT COMPOSITIONS专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一種供於升高溫度形成防火陶瓷之防火組成物，該組成物包含：以組成物總重為基準，至少15%重量比之一種 聚合物 基本組成物包含至少50%重量比之一種有機聚合物；以及以組成物總重為基準，至少20%重量比之一種矽酸鹽礦物填料；其中當暴露於升高溫度(火災條件下所遭遇之升高溫度)時，該防火組成物可用於被動防火用途，特別纜線之被動防火， 助熔 氧 化物之存在量係占殘餘物之1至15%重量比。 A fire resistant composition for forming a fire resistant ceramic at elevated temperatures, the composition comprising: at least 15 % by weight based on the total weight of the composition of a polymer base composition comprising at least 50 % by weight of an organic polymer; and at least 20 % by weight based on the total weight of the composition of a silicate mineral filler; wherein upon exposure to an elevated temperature (experienced under fire conditions), the fire resistant composition is useful for passive fire protection applications, particularly cables, the fluxing oxide is present in an amount of from 1 to 15 % by weight of the residue. 【創作特點】 發明概要
本發明尋求提供當暴露於火災相關之該種升高溫度時具有有限收縮且較佳毫無收縮之防火組成物。此外，於此種高溫時，組成物也獲得可自我支撐(換言之可維持剛硬，不會進行熱誘生之變形或流動)，且內聚以及具有良好機械強度，即使於冷卻後亦如此。殘餘物例如受到機械衝擊時可保持於其期望 位置 ，而非斷裂且異位。本正文中「殘餘物」一詞於後文意圖描述當組成物暴露於火災情況之高溫時所形成的產物。此等情況於本發明模擬，經由將防火組成物緩慢加熱至1000℃，且於該溫度維持30分鐘時間而模擬。較佳以及經由提供熱絕緣及/或內聚實體阻擋層或塗層，根據本發明之組成物也具有於高溫所需電絕緣性質。
根據本發明組成物也具有絕佳加工性，因此藉習知技術容易製造及使用。此外，本發明允許製備有寬廣機械性質之防火聚合物產物，因此本發明適合多項不同應用用途之要求。
以一般術語說明，本發明提供一種防火組成物其包含無機成分分散於包含有機聚合物之聚合物基本組成物。組成物於暴露於高溫時被轉成固體陶瓷材料。本正文中，陶瓷為藉高溫加工(例如高於約400℃)製備之無機非金屬固體材料。本發明尋求提供防火組成物，其當暴露於火災時可進行有限或實質並無尺寸變化且可自我支撐，及其可提供具有內聚性及充分實體性質之殘餘塗層。此種組成物於對結構體及其組成元件提供防火方面有寬廣用途。組成物特別可用於提供電纜之防火絕緣，原因在於即使於高溫長時間加熱後，組成物仍然可提供適當高電阻及崩潰強度。當隨後受到噴 水 時也可提供電路完好。使用包含有機聚合物之聚合物基本組成物，比較使用聚合物基本組成物為聚矽氧聚合物之該種系統，可提供節省成本、促進加工性及改良機械性質。
如此於一方面，本發明提供一種防火組成物，其係供於升高溫度形成一種防火陶瓷，該組成物包含：以組成物總重為基準，至少15%重量比之一種聚合物基本組成物，其包含至少50%重量比之一種有機聚合物；以組成物總重為基準，至少15%重量比之一種矽酸鹽礦物填料；以及至少一種助熔氧化物來源，其選擇性存在於矽酸鹽礦物填料，其中於暴露於火災條件下所遭逢之升高溫度後，助熔氧化物之存在量係占殘餘物之1至15%重量比。
助熔氧化物可衍生自矽酸鹽礦物填料及/或一或多種添加之助熔氧化物或助熔氧化物前驅物。
於本發明之另一方面，提供一種由該防火組成物製成之防火纜線。根據此一方面，提供一種防火纜線，包含一傳導性元件以及至少一絕緣層及/或護套供於火災條件下提供一種防火陶瓷，該絕緣層及/或護套層包含：以組成物總重為基準，至少15%重量比之一種聚合物基本組成物，其包含至少50%重量比之一種有機聚合物；以組成物總重為基準，至少15%重量比之一種矽酸鹽礦物填料；以及至少一種助熔氧化物來源，其選擇性存在於矽酸鹽礦物填料，其中於暴露於火災條件下所遭逢之升高溫度後，助熔氧化物之存在量係占殘餘物之1至15%重量比。
助熔氧化物可衍生自矽酸鹽礦物填料及/或一或多種添加之助熔氧化物或助熔氧化物前驅物。
發現本發明組成物當暴露於升高溫度時可形成內聚陶瓷產物，此種產物具有所需物理性質及機械性質。本發明組成物暴露於不超過1050℃之升高溫度後形成的陶瓷燒焦物較佳具有抗彎強度至少為0.3 MPa。其獨特優點為組成物可自我支撐，換言之可維持剛硬，不會發生熱誘生變形或流動。於暴露於高溫後，無論所經歷的加熱速率為相當快或相當慢，即使組成物有任何收縮也極少。典型地，矩形試驗件暴露於本發明使用之載明的緩慢燒製條件下，沿試驗件長度之線性尺寸的改變小於10%，較佳小於5%及最佳小於1%。尺寸的改變也受到其它因素的影響，包括聚合物成分之熱分解表現，而可能由收縮改變成膨脹(由於組成物分解成分逸出之氣體造成膨脹)，膨脹對最小侷限尺寸造成最顯著影響(以百分比變化為基準表示)，例如矩形片狀試驗件之厚度(高度)造成最顯著影響。如此熟諳技藝人士可選擇組成物之各項成分來於期望加熱條件下達成某範圍的結果，例如：線性尺寸無顯著變化、保有淨形狀、線性尺寸的增加小於5%等。
本發明組成物之另一項優點為此型具有所需物理性質及機械性質之內聚產物可於遠低於1000℃之溫度形成。本發明組成物可用於希望對結構體或組成元體提供防火性之多項應用。因此本發明組成物可用於被動防火系統。
於本發明之較佳形式，於燃燒後，助熔氧化物之存在量係占殘餘物之2-10%重量比，殘餘物重量至少占防火組成物之40%重量比。如此燃燒導致之重量減輕小於60%。
申請人發現殘餘物中具有助熔氧化物含量高於15%重量比之組成物，當遭遇火災情況可能遭逢之升高溫度時，出現收縮造成線性維度之可忍受變化。用於防火用途，較佳此種線性維度改變係小於10%及更佳小於5%及最佳小於1%。如此，殘餘物之助熔氧化物含量係調整為確保組成物以及由該組成物形成之元件符合對 指定 應用於火災額定溫度之期望線性維度改變限度。如前述，纜線之火災額度標準係依據不同國家而異，但通常係基於以規定方式加熱纜線至例如650℃、750℃、950℃、10510℃之溫度經歷規定時間，例如15分鐘、30分鐘、60分鐘及2小時。
由於要求組成物暴露於火災額外溫度時形成自撐式多孔陶瓷(典型具有孔係度為20 vol%至80 vol%)，組成物必須不會 熔化 。本發明之正文中，熔化表示組成物產生的液相變成連續相，及/或反應之礦物矽酸鹽填料粒子(亦即雲母)大為喪失其原先形態，及/或產生之液相量足夠造成陶瓷因陶瓷本身重量而變形。殘餘物中助熔氧化物含量上限為15%重量比，以防組成物於低於暴露之上限溫度發生熔化現象。如此於所得陶瓷，反應性礦物矽酸鹽粒子(例如雲母粒子)可大致保有其形態，由於「橋接」至其它粒子，只有邊緣有微小變化。
本發明組成物包括有機聚合物作為必要成分。有機聚合物為具有有機聚合物作為聚合物主鏈。例如聚矽氧聚合物不被視為有機聚合物；但可有用地攙混有機聚合物作為次要成分，有利地提供當其加熱分解時具有小粒徑之二氧化矽來源(二氧化矽輔助陶瓷的生成)。有機聚合物可屬於任一種類別，例如熱塑性聚合物、熱塑性彈性體、交聯彈性體或交聯橡膠、熱固性聚合物。有機聚合物其以前驅物組成物形式存在，包括反應劑、預聚物、及/或低聚物，其共同反應而形成至少一種前述類別之有機聚合物。
有機聚合物成分可包含兩種或兩種以上不同有機聚合物之混合物或攙合物。
較佳有機聚合物可含高濃度無機添加劑例如矽酸鹽礦物填料，同時保有良好加工性質及機械性質。根據本發明，防火組成物希望含括高濃度無機填料，原因在於比較含低含量填料之組成物，預期前者暴露於火災時之重量損耗較少。在有相對高濃度矽酸鹽礦物填充劑之組成物當因熱作用變陶瓷化時，較不可能收縮與裂開。相信本發明組成物存在有特定範圍之助熔氧化物也有助於此一方面。
也較佳選用之有機聚合物於暴露於火災情況遭遇之升高溫度時，於其分解前不會流動或熔化。最佳聚合物包括防火組成物形成後交聯之聚合物，或熱塑性聚合物但有高熔點及/或於接近熔點時分解而形成焦 碳 ；但也可使用不具有此等性質之聚合物。適當有機聚合物為市面可得，或可藉應用或調整已知技術而製備。有用之適當有機聚合物列舉如後，但須瞭解特定有機聚合物之選擇也受到下列因素影響，例如防火組成物含括之其它額外成分、組成物之製備及應用方式、以及組成物之期望用途。
如前文所述，適合用於本發明之組成物包括熱塑性聚合物、熱固性聚合物及(熱塑性)彈性體。此等聚合物包含聚烯均聚物及共聚物、乙烯聚合物、 丙烯酸 及甲基丙烯酸聚合物、苯乙烯聚合物、聚醯胺類、聚醯亞胺類、環氧化物類、聚氧亞甲基縮 醛 、聚碳酸酯類、聚胺基 甲酸 酯類、聚酯類、酚系樹脂及蜜胺-甲醛樹脂。
舉例言之，適合使用之熱塑性聚合物例如包括聚烯類、聚丙烯酸酯類、聚碳酸酯類、聚醯胺類(包括尼龍類)、聚酯類、聚苯乙烯類、聚胺基甲酸酯類及聚乙烯聚合物類。適當乙烯聚合物包括聚(氯乙烯)(PVC)及聚(乙酸乙烯酯)(PVAc)。適當聚烯包括烯之均聚物及共聚物。適當聚烯之特例包括下列烯之聚合物：乙烯、丙烯、丁烯-1、異丁烯、己烯-1、4-甲基戊烯、戊烯-1、辛烯-1、壬烯-1及癸烯-1。如業界眾所周知，此等聚烯可使用過氧化物、有機金屬錯合催化劑、齊格勒那塔催化劑或金屬茂催化劑製備。也可使用兩種或兩種以上此等烯之共聚物，例如乙烯-丙烯共聚物及三聚物(例如EPDM)、乙烯-丁烯-1共聚物、乙烯-己烯-1共聚物、乙烯-辛烯-1共聚物及乙烯與一或多種前述烯之其它共聚物。烯也可與其它單體例如乙烯化合物、丙烯 酸化 合物或二烯化合物共聚合。適當以乙烯為主之共聚物之特例包括乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)或乙烯-丙烯酸烷酯，較佳為乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)或乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)及乙烯-含氟烯屬單體如乙烯-四氟乙烯(ETFE)。
熱塑性聚烯也可為兩種或兩種以上前述均聚物或共聚物之攙合物。例如攙合物可為前述系統之一與一或多種聚丙烯、聚丁烯-1及含極性單體之烯屬共聚物之均勻混合物。較佳含極性單體之烯屬共聚物包含乙烯與一或多種丙烯酸單體或乙烯單體之共聚物，例如乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸烷酯共聚物；較佳為乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸乙酯或乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-乙烯共聚物且較佳為乙烯-乙酸乙烯酯及乙烯-丙烯酸/丙烯酸乙酯及乙烯-丙烯酸-乙酸乙烯酯三聚物。
適當彈性體包含多種橡膠組成物例如天然橡膠(NR)、丁基橡膠(IIR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、腈-丁二烯橡膠(MBR)、乙烯-丙烯橡膠(EPM)、乙烯-丙烯三聚物橡膠(EPDM)、烷氧氯丙烷橡膠(ECH)、聚氯丁二烯(CR)、氯磺化聚乙烯(CSM)及氯化聚乙烯(CM)。適當熱塑性彈性體可包括苯乙烯-異戊間二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)及苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)。
適當熱固性聚合物包含酚系樹脂、蜜胺甲醛樹脂、胺基甲酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、聚酯樹脂及乙烯酯樹脂。熱固性樹脂可藉業界眾所周知之任一種方法製造。
有機聚合物可於組成物藉多種手段之任一種製造，包括(但非限制性)單體、預聚物、或反應性起始化合物之原位聚合反應，以及適當反應性中間物之交聯或硬化。適當單體、預聚物及反應性化合物之特例包括丙烯酸酯類、胺基甲酸酯類、環氧化物類、乙烯酯類、酚、甲醛、酐類及胺類。可添加硬化添加劑來輔助熱固性聚合物的生成。
有機聚合物也可溶解於適當溶劑或呈於水之分散形式、或製備呈於水乳液或分散液，俾生成適當組成物。乳液也可為油包水型乳液。市面呈以水為主之分散液或乳液形式可獲得之寬廣多種有機聚合物及共聚物也可用於本發明例如丙烯酸聚合物、聚胺基甲酸酯、EVAs、乙烯酯聚合物包括聚(乙酸乙烯酯)、SBRs。
基於有機聚合物之塗層及塗封劑也可藉多種手段製備，包括使用溶劑、乳液或分散液。例如本發明組成物可溶解或分散於水或適當溶劑然後施用。施用後，混合物可經乾燥及蒸發去除任何溶劑。若聚合物為熱固性聚合物，則乾燥步驟可連同任何硬化添加劑輔助反應性中間物的硬化來形成所需塗層或塗封劑。
特別適合用於製造纜線塗層之有機聚合物為市售任一種 密度 之熱塑性且經交聯之以烯為主之聚合物、共聚物及三聚物。感興趣之共聚單體為業界人士所熟知。特別感興趣者為具有密度890至960千克/升之市售熱塑性且經交聯之聚乙烯類；此類乙烯與丙烯酸、乙烯及其它烯屬單體之共聚物；乙烯、丙烯及二烯單體之三聚物；所謂之熱塑性硫化物，此處一種成分經交聯，連續相為熱塑性，及其變化例，此處全部聚合物為熱塑性或藉過氧化物、輻射或所謂之矽烷處理而交聯。
本發明組成物可藉擠壓(包括與其它成分共同擠壓)或藉施用一或多層塗層而環繞一導電元件或複數個元件形成。
如前述，選用之有機聚合物將部分依據組成物之期望用途決定。例如於某些應用，撓性程度為組成物所需(例如於電纜塗層)，有機聚合物當載荷添加劑時須基於其性質選用。此外於選擇有機聚合物時，須考慮於聚合物分解時可能產生的任何有害氣體或有毒氣體。此種氣體的生成於某些用途比其它用途更可忍受。較佳使用之有機聚合物不含鹵素。
聚合物基本組成物也包括至少一種非為有機聚合物之其它聚合物。
如此本發明組成物也包括聚矽氧聚合物，組合有機聚合物作為其它成分分散於其中之聚合物基本組成物。
使用時，聚矽氧聚合物之性質並無特殊限制，熟諳技藝人士瞭解使用何種聚合物類型，但也需考慮前述有關聚合物之多項議題(例如相容性等)。有用之聚矽氧聚合物細節述於先前技術，包括US 4,184,995、US 4,269,753、US 4,269,757及US 6,387,518。以特例舉例說明，聚矽氧聚合物可為下式單元組成之有機聚矽氧烷：RrSiO(4-r/2)
其中R可相同或相異且為未經取代或經取代之烴基，r為1、2、3或4且具有平均數值為1.9至2.1。
烴基R例如為烷基如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、正戊基、異戊基、新戊基、第三戊基及己基(如正己基)、庚基(如正庚基)、辛基(如正辛基)及異辛基(如2,2,4-三甲基戊基)、壬基(如正壬基)、癸基如正癸基、十二烷基如正十二烷基、十八烷基如正十八烷基；環烷基如環戊基、環己基及環庚基及甲基環己基；芳基如苯基、聯苯基、 萘 基及蒽基及菲基；烷芳基如鄰-、間-、或對 甲苯 基、二甲苯基及乙苯基；及芳烷基如苄基及α-及β-苯乙。
經取代之烴基R例如為鹵化烷基如3-氯丙基、3,3,3-三氟丙基及全氟己基乙基及鹵化芳基如對氯苯基及對氯苄基。
R基較佳為氫 原子 或含1至8個碳原子之烴基且較佳為甲基。其它R基例如為乙烯基、丙烯基、甲基丙烯基、1-丙烯基、1-丁烯基及1-戊烯基及5-己烯基、丁二烯基、己二烯基、環戊烯基、環戊二烯基、環己烯基、乙炔基、丙炔基及1-丙炔基。基團R較佳為含2至8個碳原子之烯基，較佳為乙烯基。
聚合物之端基可為三烷基矽氧基如三甲基矽烷氧基或二甲基乙烯基矽氧基或衍生基團，此處一或多個烷基已經由羥基或烷氧基所置換。
聚矽氧聚合物可為交聯。可交聯聚合物可為可藉市售有機聚矽氧烷聚合物使用之任一種方法交聯之聚合物，該等方法包括使用過氧化物經由形成鏈間之乙烯橋而進行自由基交聯；藉加成反應交聯，包括矽烷氫陰離子基與附接至矽之丙烯基或乙烯基經由縮合反應反應，縮合反應包括矽烷醇反應獲得Si-O-Si交聯；或使用其它反應基交聯。依據使用之聚矽氧聚合物類別而定，組成物進一步包含適當交聯劑。適當交聯劑為市售交聯劑，例如寬廣多種有用之過氧化物適合用於此項用途，例如過氧化二苯甲醯、過氧化貳(2,4-二氯苯甲醯)、過氧化二異丙苯或2,5-貳(第三丁基丙氧基)-2,5-二甲基己烯或其混合物，若屬適當可於混料過程含括於組成物。
適合用於纜線絕緣之該型聚矽氧聚合物為具有高分子量之聚矽氧聚合物，且具有乙烯支鏈需要加熱交聯，可透過鉑催化加成反應交聯、或過氧化物引發自由基反應交聯。此等聚矽氧聚合物由主要聚矽氧製造商可由市面上寬廣來源獲得。
有機聚矽氧烷材料也包含加強填料，例如沉澱或產熱矽氧及/或非加強填料。此外，矽氧類填料表面可藉筆直或分支有機聚矽氧烷類、有機氯矽烷類及/或六甲基二矽胺烷類改性。
有機聚合物於聚合物基本組成物之存在量至少為50%重量比。如此輔助聚合物基本組成物載荷其它成分而不會不利於整體組成物之加工性。如前文所述，聚合物基本組成物可包括聚矽氧聚合物。但此種情況下，有機聚合物於聚合物基本組成物之存在量比較聚矽氧聚合物為顯著過量。如此，於聚合物基本組成物中，有機聚合物對聚矽氧聚合物之重量比為5：1至2：1，例如為4：1至3：1。以重量百分比表示，聚矽氧聚合物存在時，以調配所得防火組成物總重為基準，通常存在量為2至15%重量比。當使用有機聚合物與聚矽氧聚合物之組合時，高濃度聚矽氧聚合物呈現加工問題，而調配根據本發明之組成物時將此點列入考慮。
聚合物基本組成物於防火組成物之含量上限受到調配後組成物之期望性質的影響。若聚合物基本組成物含量超過總組成物之約60%重量比，則於火災情況下無法形成內聚且強勁的殘餘物。如此，聚合物基本組成物通常占調配後防火組成物之10至60%且較佳20至50%重量比。
本發明組成物也包括矽酸鹽礦物填料作為必要成分。此等填料典型包括鋁矽酸鹽(例如高嶺土、蒙脫土、黏土(pyrophillite)-俗稱黏土)、鹼金屬鋁矽酸鹽(例如雲母、長石、鋰灰石、透鋰長石)；鎂矽酸鹽(如滑石)及鈣矽酸鹽(例如矽灰石)。可使用兩種或兩種以上不同矽酸鹽礦物填料混合物。此等填料為市面可得。二氧化矽(矽氧)於本發明正文並非矽酸鹽礦物填料。
矽酸鹽礦物填料可使用矽烷偶合劑表面處理俾提升其於存在於本發明組成物之其它材料之相容性。
本發明組成物包括至少15%重量比且較佳25%重量比且更佳至少55%重量比矽酸鹽礦物填料。此種成分之最大量係由組成物之加工性決定。高濃度填料造成攙合組成物之製造困難。通常最大量矽酸鹽礦物填料為約80%重量比。使用之矽酸鹽礦物填料之數量及類別係依據於火災情況下組成物於升高溫度加熱生成之殘餘物中所含助熔氧化物某個範圍決定。如前文說明，助熔氧化物可經由加熱某些類型矽酸鹽礦物填料(如雲母)而於升高溫度原位生成，讓助熔氧化物變成於填料粒子表面可資利用。此外或另外，助熔氧化物可來自於矽酸鹽礦物填料以外的來源。容後詳述，助熔氧化物相信係作為「黏著劑」輔助於高溫形成內聚產物。助熔氧化物相信促成於填料粒子邊緣之結合熔合。存在有高比例矽酸鹽礦物填料，結果導致一種組成物其當陶瓷於高溫形成且陶瓷冷卻時，可具有低度收縮率及低裂開。
本發明組成物也包括助熔氧化物作為主要成分。如此表示一種氧化物，其本身於低於1000℃氧化，或與矽酸鹽或其它無機成分反應而於低於約1000℃溫度熔化。此種液相的產生及產生量，於暴露於升高溫度後獲得具有預定性質組合之陶瓷結構上扮演要 角 。如前文說明，助熔氧化物可經由加熱某些矽酸鹽礦物粒子(例如雲母)而產生，讓助熔氧化物變成於粒子表面可資利用。另外或此外，助熔氧化物或其前驅物可添加至組成物。
不欲受理論所限，相信根據本發明組成物於暴露於高溫後，由於助熔氧化物於矽酸鹽礦物填料粒子界面、及/或存在於組成物之其它無機粒子界面、或由其分解形成之其它無機粒子界面，局部形成共熔組成物，故形成內聚陶瓷產物。此等無機粒子包括其它矽酸鹽礦物，以及可能為二氧化矽(衍生自加熱矽酸鹽礦物填料，呈額外填料添加及/或藉加熱分解聚矽氧聚合物或任何聚矽氧添加劑而產生)。當助熔氧化物係呈分開成分而添加至組成物時，介於助熔氧化物與接觸之反應性粒子間之界面形成共熔。通常矽酸鹽礦物填料及任何其它無機成分個別具有極高熔點。但助熔氧化物的存在，可導致此等界面的共熔，造成的較低溫熔化。助熔氧化物造成共熔的形成，共熔的形成可作為矽酸鹽礦物填料粒子於其它存在的無機成分粒子間之「橋接」。相信如此輔助「結合」組成物分解產物、矽酸鹽礦物填料以及當存在時其它成分。藉此方式，內聚陶瓷產物之形成改良，且可降低形成比較強勁多孔陶瓷材料所需溫度下降。極為重要地係控制共熔形成程度，及組成物之熔化，來控制加熱後材料之收縮以及熔融傳導路徑的形成。根據本發明組成物可獲得一種內聚多孔陶瓷產物，其可自我支撐，且於暴露於火災之升高溫度後進行有限的且較佳毫無收縮。
通常助熔氧化物添加劑可為任一種以所述功能發揮作用，俾形成具有預定性質組合之陶瓷產物之任一種化合物。但實際上，助熔氧化物可能為氧化 硼 或選自鋰、鉀、鈉、磷及釩等氧化物之金屬氧化物。如前文說明，助熔氧化物可經由加熱某些矽酸鹽礦物填料(如雲母)而產生，可分開添加，或也可於本發明組成物含括助熔氧化物前驅物(例如金屬氧化物之金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽前驅物)，其為暴露於火災可能出現之該種升高溫度後可獲得助熔氧化物之化合物。該種情況下，助熔氧化物可藉前驅物之加熱分解形成。同理，當氧化硼用作為助熔氧化物時，氧化硼可衍生自適當前驅化合物。硼酸鹽且特別硼酸鋅提供有用之氧化硼前驅物。
雖然氧化鉛及氧化銻可用作為助熔氧化物，但本發明組成物通常不含鉛及銻，原因在於鉛及銻之毒性可能造成健康與安全問題。
助熔氧化物前驅物可為玻璃，可使用多種玻璃。但須注意為了維持電絕緣，希望助熔劑之鹼金屬含量低。玻璃可呈多種形式例如粉末或纖維形式。可使用一或多種形式之混合物。較佳形式為玻璃粉或玻璃料。與形式無關，玻璃添加劑較佳具有軟化點低於1000℃，例如低於800℃且最佳為300至800℃間。玻璃軟化點係由玻璃黏度等於10 7.6 泊(poise)之溫度定義。玻璃添加劑可為一種矽酸鹽、硼酸鹽及/或 磷酸 鹽玻璃系統或其組合。適當玻璃添加劑為市面可得。
如前述，相當可能一或多種矽酸鹽礦物填料於暴露於升高溫度後促成助熔氧化物。一具體實施例中，全部助熔氧化物皆係衍生自矽酸鹽礦物填料。另一具體實施例中，助熔氧化物係衍生自矽酸鹽礦物填料及其它來源，結果由於助熔氧化物係由矽酸鹽礦物填料粒子內部提供以及粒子外部提供，故就升高溫度時形成結構體而言有其優點。另一具體實施例中，助熔氧化物係衍生自矽酸鹽礦物填料及添加之氧化硼或氧化硼來源(例如硼酸鋅)。另一具體實施例中，助熔氧化物係衍生自矽酸鹽礦物以及添加之玻璃。又另一具體實施例中，助熔氧化物係衍生自矽酸鹽礦物添加之玻璃及氧化硼或氧化硼來源。又另一具體實施例中，助熔氧化物係衍生自矽酸鹽礦物填料以外之來源。
一具體實施例中，組成物包括至少兩種不同的助熔氧化物，其於不同溫度形成液相。如此提升焦碳的完好程度，以及確保組成物於寬廣溫度範圍發揮功能。
組成物須調配成形成的殘餘物含有1-15%及較佳1-10%及更佳2-8%助熔氧化物，而與氧化之來源無關。換言之，15%重量比為助熔氧化物於殘餘物存在的最大含量。當助熔氧化物係衍生自矽酸鹽礦物填料或前驅物如硼酸鋅或其它添加劑時，助熔氧化物含量可基於助熔氧化物於升高溫度獲得之最大含量計算。此種計算例如係基於存在於矽酸鹽礦物填料、硼酸鹽及其它添加劑之硼、磷、鋰、鈉、鉀及釩等元素總量，其理論上將導致對應助熔氧化物的生成。為了最小化收縮，較佳助熔氧化物含量儘可能如所需地低，俾可於暴露於火災遭遇之該種升高溫度時形成內聚陶瓷產物。也發現填料之實體形式可能影響組成物被加熱時的收縮程度。特別發現大型片狀粒子組成之填料造成較少收縮，如此於線性維度之變化百分比降低。
較佳本發明組成物包括至少一種為助熔氧化物之可察覺來源之矽酸鹽礦物。雲母滿足此項需求，且提供額外效果，雲母也可以板狀形式獲得，故原母為較佳成分。市面上最常見的兩類雲母為白雲母及金雲母，故典型用於本發明。白雲母為雙八面體鹼金屬矽酸鋁。白雲母具有矽酸鋁薄片藉鉀離子層微弱結合在一起之層狀結構。白雲母具有下述組成物KAl3Si3O10(OH)2。金雲母為參八面體鹼金屬矽酸鋁。金雲母具有矽酸鋁鎂薄片藉鉀離子層微弱結合在一起之層狀結構。具有下述組成KMg3AlSi3O10(OH)2。兩類雲母典型皆以有鮮明界限邊緣之薄板狀或薄片狀形式存在。
本發明組成物由於暴露於升高溫度結果含有二氧化矽。例如二氧化矽可由矽酸鹽礦物填料加熱衍生。二氧化矽也來自於聚矽氧聚合物含括於聚合物基本組成物之熱分解。矽氧也可呈分開填料成分添加。
除了礦物矽酸鹽填料之外，可添加多種其它無機填料。較佳無機填料為二氧化矽及鈣、鐵、鎂、鋁、鋯、鋅、錫及鋇(較佳呈細粉添加)等金屬氧化物，或當加熱分解時可產生此等氧化物之無機填料(例如應對之碳酸鹽及氫氧化物)，此等氧化物可於低於1000℃反應及/或燒結其它無機成分來輔助形成自撐式陶瓷。
此外也可攙混於1000℃不會熔化之無機纖維，包括鋁矽酸鹽纖維。結果導致於升高溫度時維度變化的減小，及/或所得陶瓷之機械強度改良。
通常於暴露於升高溫度(至1000℃)後，留下之殘餘物通常占熱解前組成物至少40%，較佳至少55%及更佳至少70%重量比。以更高量殘餘物為佳，原因在於其於全部溫度經由粒子的良好機械互鎖而可改良焦碳(陶瓷)強度，也降低收縮傾向。
如前文所述，也發現由本發明組成物形成之陶瓷之機械性質可經由於組成物含括低濃度氧化硼或其前驅物而提升，該前驅物於升高溫度時可獲得氧化硼，如硼酸鋅。但於此種情況下，於1000℃加熱組成物30分鐘後，氧化硼及其它助熔氧化物總量不可超過所得殘餘物之15%重量比。
也發現由填料(例如黏土)於添加至組成物前藉煆燒而去除揮發性分解產物，可減小本發明組成物於升高溫度加熱時的收縮。相信可輔助減少組成物暴露於升高溫度時之質量變化及線性維度變化。
如前文說明，較佳組成物暴露於火災可能遭逢之該種溫度後具有最小線性維度變化。如此表示由根據本發明之組成物形成之產物之最大線性維度變化小於10%，較佳小於5%及最佳小於1%。某些情況下，淨形態的保有屬於最佳性質。
根據本發明之組成物也具有用於電纜時要求於高溫之電絕緣性。主要如此表示材料之電阻雖然比室溫時的電阻更低，但材料電阻不會降至正常工作電壓克服材料絕緣電阻而造成 短路 的程度。
本發明組成物也較佳不含其它因毒性而可能促成健康及安全性問題的元素。如此組成物較佳不含鹵素化合物。
用於纜線用途，於該用途組成物之電阻相當重要，須審慎考慮鹼金屬離子存在之濃度，因鹼金屬離子於高溫造成導電。例如於一指定組成物，若雲母含量過高，則因組成物電阻無法接受的降低、及/或當組成物接受高溫一段長時間時因介電崩潰造成電完好問題。於高溫，鹼金屬離子例如來自雲母之鹼金屬離子傾向於提供導電路徑，結果導致需要限制雲母含量。
於較佳形式，組成物包含如申請專利範圍第1項之防火組成物，其中包含：20至75%重量比聚合物基本組成物，其中該組成物進一步包含聚矽氧聚合物；至少15%重量比之無機填料，其中該無機填料包含雲母及玻璃添加劑；以及其中該殘餘物之助熔氧化物係衍生自玻璃及雲母，其中雲母：玻璃之比為20：1至2：1。有機填料包含占總組成物10至30%重量比雲母，及占總組成物20至40%重量比其它無機填料。
本發明之一具體實施例中，發現本發明組成物含相對高濃度助熔氧化物可能於組成物陶瓷化(於升高溫度)陶瓷化及冷卻時導致玻璃狀表層生成。較佳此種表層可對形成的陶瓷提供改良之防水性。表層也造成所得陶瓷變成氣體及煙霧通過的有效屏障。形成此種表層以及相關防水性提升於電纜應用用途特別有利，若水(用來滅火的水)通過陶瓷入侵則可能造成短路。當然必須考慮高濃度玻璃相可能造成的有害影響(收縮率及導電性)。當組成物形成陶瓷時需要形成玻璃表層之助熔氧化物量係依據組成物之層厚度(參見後文)及存在於組成物之其它成分決定。但以一般術語表示，助熔氧化物濃度於組成物於1000℃加熱30分鐘後所得殘餘物，助熔氧化物濃度須大於5%殘餘物。加熱後組成物之玻璃相總存在量可由單一來源衍生而得或衍生自多於一個來源。例如玻璃相可主要衍生自相同或不同類別玻璃之玻璃料、玻璃纖維及/或玻璃粒子。經由使用相對高濃度雲母例如約25%重量比，可獲得類似效果，原因在於如此也導致加熱期間形成足夠液相。
玻璃表層(表皮)的形成機轉尚未明確瞭解，但顯然需要玻璃流來形成(密化的)玻璃表層。如此，表示玻璃添加物及/或藉來自其它來源助熔氧化物形成之液相之熔化溫度必須選擇於陶瓷形成溫度可能產生某種流動。希望攙混多種有不同熔點之玻璃相來達成表皮的形成及預定機械性質。玻璃表層之形成機轉關聯熔融玻璃於其局部環境間之表面張 力 效應。玻璃遷移且聚集於所形成之陶瓷表面之一項可能解釋為，玻璃/大氣界面之表面能係低於熔融玻璃與組成物本體間之界面能。如此，熔融玻璃遷移至較低 能量 界面。
發現組成物厚度對防水表層之形成有影響。相信係由於容積效應，當組成物厚度變大時，有較大量玻璃(及/或雲母)可供用於形成適當厚度表層。實際上觀察到，較厚之組成物試樣比具有相同組成之較薄之試樣，可獲得較為防水之表層。
防水性也可藉添加不會於1000℃熔化之無機纖維而改良。以鋁矽酸鹽纖維為佳，用量濃度可高達10%重量比。
其它成分可攙混於本發明組成物。此等其它成分包括潤滑劑、增塑劑、惰性填料(例如非金屬氧化物填料，其可與其它無機成分反應及/或燒結，或其前驅物)、抗氧化劑、阻燃材料、纖維加強材料、降低導熱性材料(例如剝落蛭石)、化學發泡劑(用來降低密度，改良溫度特性以及進一步增強 隔音 )，以及膨脹材料(俾獲得一種組成物其於暴露於火災或升高溫度時膨脹)。適當膨脹材料包括天然 石墨 、未膨脹之蛭石或未膨脹之珍珠岩。也可使用其它類別之膨脹前驅物。此種添加成分總量以組成物總重為基準，通常不超過20%重量比。
含有有機聚合物之組成物可以任一種方便方式製備。包括添加其它成分至：單體(或單體混合物)，其隨後被聚合；預聚物及/或低聚物，其隨後藉鏈延長及/或交聯反應聚合；藉熔體攙混添加至熱塑性聚合物；藉分散混合添加至水性有機聚合物分散液(此處存在之水不屬於本發明組成物之一部分)；聚合物溶解於溶劑之溶液(此處存在之溶劑不視為本發明組成物之一部分)；以及熱固性系統，其隨後交聯。無論組成物係以何種方式製備，要求添加成分(礦物填料、其它無機成分及其它有機添加劑)可與有機聚合物有效混合，或用來形成聚合物之前驅物有效混合，故可徹底分散於所得組成物，以及組成物方便加工來製造預定終產物。
任一種習知混料設備也可使用。若組成物黏度相對低，則可使 用例 如塗料業使用之該型分散設備。用於纜線絕緣用途之材料具有較高黏度(較高分子量)，則可使用二輥磨機、內部混合器、雙螺桿擠壓機等加工。依據添加之交聯劑/催化劑類型，組成物可使用包括液體鹽浴之連續硫化設備，於高壓鍋內使用高壓水蒸氣，暴露於200℃空氣硬化；或可暴露於任何造成過氧化物分解的介質硬化，包括 微波 、超音波等。
本發明組成物可用於需要防火之多項用途。例如組成物可用於防火建築嵌板，或用於製造玻璃纖維加強之聚合物複合物。該組成物可本身使用或連同一或多層其它材料層使用。
本發明組成物可以多種不同形式提供，包括：
1、呈片狀、輪廓或複雜形狀。組成物可使用標準聚合物加工操作例如擠壓、模製(包括熱壓及射出成形)製造成此種產物。生成之產物可用於被動防火系統。組成物可以本身使用，或與其它材料(例如層板、蛭石板或其它)呈層合物或複合物使用。一項用途中。組成物可被擠壓成作為防火門密封之形狀。當發生火災時，組成物轉成陶瓷，如此形成對抗火及煙散佈的有效機械密封。
2、呈預先膨脹薄片或輪廓。此種形式比前述形式有額外效果，包括重量減輕。於正常工作條件下可獲得較佳噪音衰減及隔音。孔隙度可於薄片或輪廓製造期間，經由化學發泡劑的加熱分解產生氣態產物、或經由於硬化前加工期間以物理方式將氣體注入組成物而將孔隙度結合至材料。
3、呈膨脹產物，其暴露於熱或火災時因發泡膨脹。於此項應用，產品例如可用於管路周圍或穿透於壁面間。當發生火警時，產品膨脹填補空隙，提供有效插塞來防止火燄的擴散。膨脹材料可呈可擠壓糊形式或可撓性封形式。
4、呈膠合材料，膠合材料可施用(例如如同習知聚矽氧塗封劑之管施用)作為窗戶及其它物件之密封。
5、呈塗料或以氣溶膠為主之材料，其可噴霧或以刷塗施用。
本發明可應用之被動防火用途特例包括(但非限制性)渡輪、火車及其它交通工具之防火壁襯裡、防火隔間、屏幕、 天花 板及襯裡、結構性防火[絕緣建築物之結構金屬 框架 ，讓結構金屬架可維持要求的載重強度(或限制中心溫度)經歷一段固定時間]、防火門嵌入物、窗及門密封、膨脹密封、以及用於電箱、用於附著於或罩住纜線等用途之配件、皮帶、托盤等之化合物。
另一項應用領域係一般工程，需要被動防火性質之一般工程特定領域包括運輸(汽車、飛機、 船舶 )、國防及機械。此等應用用途之組成元件全然或部分可能遭遇火災。
當全然遭遇火災時，材料將轉變成為陶瓷屏障，因而保護其包封區或隔離區。當部分遭遇火災時，希望部分遭遇火災之材料轉變成陶瓷，由周圍尚未轉變成陶瓷之材料固定 定位 。轉運區之應用用途包括面板(例如玻璃纖維加強之熱塑性或熱固性複合物)、排氣管、引擎、煞車、方向盤、安全裝置、空調、 燃料 箱、機殼以及多項其它領域。國防工業應用用途包括行動及非行動武器、車輛、設備、結構及其它領域。機械領域應用用途包括軸承、機殼屏障等多種其它用途。
圖式簡單說明
第1圖為根據本發明，具有絕緣層之電纜之透視圖；以及第2圖為多導體電纜之透視圖，其中使用本發明組成物作為護套。，下面是防火組成物 FIRE RESISTANT COMPOSITIONS专利的具体信息内容。