DE112009001532T5

DE112009001532T5 - Flammhemmende Zusammensetzung, umhüllte elektrische Leitung und Kabelstrang

Info

Publication number: DE112009001532T5
Application number: DE112009001532T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Nishisuehiro-cho Nonaka; Keiji Nishisuehiro-cho Itagaki
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2011-04-14
Also published as: US8859900B2; WO2009157349A1; CN104710689A; US20110067921A1; JP2010006975A; DE112009001532T9; CN102076773A; JP5560541B2

Abstract

Flammhemmende Zusammensetzung, umfassend:
ein Matrixpolymer,
ein phenolisches Antioxidationsmittel mit tert-Butylgruppen an den Positionen 2 und 6 zu einer Hydroxylgruppe und
ein Flammschutzmittel, das Metallhydroxid als einen Hauptbestandteil enthält,
wobei die Eisenoxidkonzentration in dem Flammschutzmittel 1000 ppm oder weniger beträgt.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine flammhemmende Zusammensetzung, die vorzugsweise als ein Umhüllungsmaterial einer umhüllten elektrischen Leitung verwendet wird, welche vorzugsweise zum Verdrahten von Baueilen eines Kraftfahrzeugs und Baueilen eines elektrischen/elektronischen Geräts verwendet wird, und eine umhüllte elektrische Leitung und einen Kabelstrang, der selbige verwendet.
Hintergrund des Stands der Technik
Entsprechend der beabsichtigten Anwendung wird eine Vielzahl an Eigenschaften wie mechanische Eigenschaften, Flammschutzeigenschaften, Wärmebeständigkeit und Kältebeständigkeit für ein Isolationsmaterial gefordert, das vorzugsweise für Bauteile eines Fahrzeugs wie eines Kraftfahrzeugs und für Bauteile eines elektrischen/elektronischen Geräts verwendet wird. Herkömmlicherweise wird für das Isolationsmaterial oft ein Material verwendet, das hergestellt wird durch Vermischen einer Polyvinylchloridharzverbindung und eines halogenhaltigen Flammschutzmittels, das Halogenatome enthält.
Vor dem Hintergrund der Verringerung der Umweltbelastung wird seit Kurzem ein halogenfreies Material wie ein Olefinpolymer verwendet, das keine schädlichen halogenhaltigen Gase während der Verbrennung abgibt. Bei einem Material, das von sich aus keine flammhemmende Eigenschaft aufweist, wie das Olefinpolymer, wird ein Flammschutzmittel beigemischt, um eine Flammschutzeigenschaft zu verleihen. Beispiele von Flammschutzmitteln, die keine Halogenatome enthalten, umfassen Metallhydroxide wie beispielsweise Magnesiumhydroxid.
Beispiele des Magnesiumhydroxids umfassen Magnesiumhydroxid, das von Magnesium im Meerwasser stammt, und Magnesiumhydroxid, das von natürlichen Mineralien stammt. Unter diesen ist das Magnesiumhydroxid, das von natürlichen Mineralien stammt, vergleichsweise preisgünstig und wird daher manchmal ein pulverisiertes natürliches Mineral, das Magnesiumhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, als das Flammschutzmittel verwendet.
So offenbart die Patentliteratur 1 beispielsweise eine flammhemmende Zusammensetzung, die hergestellt wird durch Vermischen eines Kunststoffs oder eines Gummis mit einem pulverisierten natürlichen Mineral, das Magnesiumhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, als einem Flammschutzmittel.
Literaturliste
Patentliteratur

PL1: JP 3280099

Zusammenfassung der Erfindung
Zu lösendes Problem
Wenn jedoch das pulverisierte natürliche Mineral, welches Magnesiumhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, als das Flammschutzmittel verwendet wird, verfärbt sich die flammhemmende Zusammensetzung während des Vermischens oder Formens der flammhemmenden Zusammensetzung manchmal rot. Die Ursache, warum die flammhemmende Zusammensetzung derart verfärbt wird, ist nicht hinreichend bekannt.
Ein Umhüllungsmaterial für eine umhüllte elektrische Leitung wird manchmal mit Buchstaben bedruckt und zur Farbcodierung eingefärbt, um die Art der elektrischen Leitung zu identifizieren. Wenn die flammhemmende Zusammensetzung unbeabsichtigt gefärbt ist, sind somit die aufgedruckten Buchstaben kaum zu erkennen oder kann eine gewünschte Farbcodierung nicht durchgeführt werden. Als Folge davon könnte eine Identifizierung der elektrischen Leitung nicht durchgeführt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flammhemmende Zusammensetzung, die während des Vermischens oder Formens nicht verfärbt wird, und eine umhüllte elektrische Leitung und einen Kabelstrang, der selbige verwendet, bereitzustellen.
Lösung des Problems
Nach einigen Anstrengungen bestimmten die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Ursache für die Verfärbung der flammhemmenden Zusammensetzung. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass, wenn ein spezifisches Antioxidationsmittel, das der flammhemmenden Zusammensetzung zugegeben wird, mit Eisenoxid kombiniert wird, das in dem natürlichen Material, welches das Magnesiumhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, enthalten ist, die flammhemmende Zusammensetzung dazu neigt, sich zu verfärben. Dies führte die Erfinder zu der vorliegenden Erfindung.
Im Speziellen enthält eine flammhemmende Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest ein Matrixpolymer, ein phenolisches Antioxidationsmittel mit tert-Butylgruppen an den Positionen 2 und 6 zu einer Hydroxylgruppe und ein Flammschutzmittel, das Metallhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, und beträgt die Eisenoxidkonzentration in dem Flammschutzmittel 1000 ppm oder weniger.
Das Flammschutzmittel ist vorzugsweise ein pulverisiertes natürliches Mineral, das Magnesiumhydroxid als einen Hauptbestandteil enthält.
Das Matrixpolymer enthält vorzugsweise ein Olefinharz.
Eine umhüllte elektrische Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die oben beschriebene flammhemmende Zusammensetzung als ein Umhüllungsmaterial ein.
Ein Kabelstrang gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die oben beschriebene flammhemmende Zusammensetzung ein.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In der flammhemmenden Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Eisenoxidkonzentration in dem Flammschutzmittel auf eine spezifische Menge oder weniger beschränkt, wenn das spezifische Antioxidationsmittel enthalten ist, und wird dadurch eine unbeabsichtigte Verfärbung verhindert. Wenn somit die flammhemmende Zusammensetzung beispielsweise für ein Umhüllungsmaterial einer umhüllten elektrischen Leitung (umhüllter elektrischer Draht) verwendet wird, sind ein Aufdrucken von Buchstaben und ein Einfärben für eine Farbcodierung möglich und kann die Art der elektrischen Leitung leicht identifiziert werden.
Wenn das Flammschutzmittel ein pulverisiertes natürliches Mineral ist, welches das Magnesiumhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, wird eine Verfärbung auf besonders vorteilhafte Weise verhindert.
Da für eine Vielzahl an isolierenden Materialien üblicherweise ein Olefinharz verwendet wird, kann die flammhemmende Zusammensetzung für eine Vielzahl an isolierenden Materialien verwendet werden, wenn das Matrixpolymer ein Olefinharz enthält.
Da die umhüllte elektrische Leitung und der Kabelstrang gemäß der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene flammhemmende Zusammensetzung einschließen, sind ein Aufdrucken von Buchstaben und ein Einfärben für eine Farbcodierung möglich und kann eine Identifikation der umhüllten elektrischen Leitung und des Kabelstrangs auf einfache Weise durchgeführt werden.
Beschreibung von Ausführungsformen
Es wird nun eine ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Eine flammhemmende Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest ein Matrixpolymer, ein spezifisches Antioxidationsmittel und ein Flammschutzmittel, das Metallhydroxid als den Hauptbestandteil enthält. In der flammhemmenden Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Art des Matrixpolymers nicht speziell beschränkt. Es wurde eine Vielzahl an Kombinationen von Additiven untersucht, und es hat sich bestätigt, dass die vorliegende Erfindung einen speziellen Vorteil aufweist, wenn das spezifische Antioxidationsmittel und das Flammschutzmittel, welches das Metallhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, kombiniert werden.
Das spezifische Antioxidationsmittel ist ein phenolisches Antioxidationsmittel, welches eine Verbindung mit tert-Butylgruppen an den Positionen 2 und 6 zu einer Hydroxylgruppe eines aromatischen Rings ist. Diese Verbindung wird als ein sogenanntes gehindertes phenolisches Antioxidationsmittel klassifiziert. Die Verbindung kann an anderen Positionen des aromatischen Rings einen Substituenten aufweisen, muss diesen jedoch nicht aufweisen. Es ist bevorzugt, dass die Verbindung ferner einen Substituenten an Position 4 zu der Hydroxylgruppe des aromatischen Rings aufweist.
Beispiele der Verbindung umfassen Pentaerythritoltetrakis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], Thiodiethylenbis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], Octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat, N,N'-Hexan-1,6-diylbis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionamid], Benzolpropansäure-3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-C₇-C₉-alkylester, 3,3',3'',5,5',5''-Hexa-tert-butyl-α,α',α''-(mesitylen-2,4,6-triyl)tri-p-cresol, Calciumdiethylbis[[[3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]methyl]phosphonat], Hexamethylenbis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], 1,3,5-Tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-1,3,5-triazin-2,4,6(1H,3H,5H)trion, 2,6-Di-tert-butyl-4-(4,6-bis(octylthio)-1,3,5-triazin-2-ylamino)phenol, Diethyl[[3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]methyl]phosphonat] und 2',3-Bis[[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)]]propionhydrazid. Diese können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Der Gehalt des spezifischen Antioxidationsmittels ist nicht besonders beschränkt und kann innerhalb eines allgemein verwendeten Bereichs liegen. Der Gehalt des spezifischen Antioxidationsmittels liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 5 Massenteilen und weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 4 Massenteilen bezogen auf 100 Massenteile des Matrixpolymers.
Beispiele des Metallhydroxids in dem Flammschutzmittel schließen Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid und Calciumhydroxid ein. Es kann eines oder es können mehrere davon enthalten sein. Magnesiumhydroxid ist bevorzugt, da Magnesiumhydroxid eine relativ hohe Emissionstemperatur von Kristallwasser aufweist und eine Feuchtigkeitsfreisetzung schwerlich stattfindet und ein Schäumen der flammhemmenden Zusammensetzung unter Hochtemperaturbedingungen während der Herstellung der flammhemmenden Zusammensetzung leicht vermieden werden kann.
Das Magnesiumhydroxid stammt vorzugsweise von einem natürlichen Mineral (einem pulverisierten natürlichen Mineral). Das von dem natürlichen Mineral stammende Magnesiumhydroxid ist preisgünstig. Darüber hinaus findet schwerlich eine Carbonisierung des Magnesiumhydroxids, die durch eine Reaktion mit Feuchtigkeit und Kohlendioxid in der Luft bewirkt wird, statt. Das Magnesiumhydroxid kann auch von Meerwasser stammen.
In dem Flammschutzmittel (rohes Metallhydroxid) sind zusätzlich zu dem Metallhydroxid in Abhängigkeit von dem Material und dem Herstellungsverfahren Verunreinigungen enthalten. Wenn das Metallhydroxid Magnesiumhydroxid ist, sind die Verunreinigungen Eisen, Aluminium, Silizium und Calcium. Wenn das Metallhydroxid Aluminiumhydroxid ist, sind die Verunreinigungen Eisen und Silizium. Wenn das Metallhydroxid Calciumhydroxid ist, sind die Verunreinigungen Eisen und Silizium. Die Verunreinigungskonzentration variiert auch entsprechend dem Material und dem Herstellungsverfahren.
Wenn das Flammschutzmittel von Eisen verschiedene Verunreinigungen enthält, wird die flammhemmende Zusammensetzung nicht verfärbt, wenn das Flammschutzmittel in Kombination mit dem spezifischen Antioxidationsmittel und anderen Additiven verwendet wird. Wenn das Flammschutzmittel darüber hinaus Eisen enthaltende Verunreinigungen enthält, wird die flammhemmende Zusammensetzung nicht verfärbt, wenn das Flammschutzmittel in Kombination mit den Additiven verwendet wird, die von dem spezifischen Antioxidationsmittel verschieden sind. Wenn das Flammschutzmittel Eisen enthaltende Verunreinigungen enthält, wird die flammhemmende Zusammensetzung manchmal verfärbt, wenn das Flammschutzmittel in Kombination mit den Additiven verwendet wird, die von dem spezifischen Antioxidationsmittel verschieden sind.
Im Hinblick auf die Beziehung zu dem spezifischen Antioxidationsmittel wird somit gemäß der vorliegenden Erfindung der Gehalt an Eisen unter den Verunreinigungen verringert. Der Grund hierfür ist, dass die flammhemmende Zusammensetzung rötlich verfärbt wird, wenn der Gehalt an Eisen hoch ist und wenn das Flammschutzmittel in Kombination mit dem spezifischen Antioxidationsmittel verwendet wird. In einem natürlichen Mineral existiert das Eisen beispielsweise im Zustand eines Oxids. Es ist daher der Gehalt an Eisenoxid (Fe₂O₃) derart beschränkt, dass er innerhalb eines spezifischen Bereichs liegt. Im Speziellen beträgt die Eisenoxidkonzentration im Flammschutzmittel vorzugsweise 1000 ppm oder weniger. Um die Eisenoxidkonzentration auf den oben beschriebenen Bereich zu beschränken, wird Eisen aus dem Metallhydroxid entfernt oder extrahiert durch die Verwendung einer bekannten Vorrichtung zur Entfernung von Eisen oder eines bekannten Extraktionsverfahrens, bis die Eisenoxidkonzentration geringer als eine gewünschte Konzentration wird.
Als ein Verfahren zur Messung des Gehalts an Eisen in dem Metallhydroxid kann beispielsweise eine ICP-Emissionsanalyse oder eine Röntgenfluoreszenzanalyse verwendet werden. Die ICP-Emissionsanalyse wird im Hinblick auf die ausgezeichneten quantitativen Fähigkeiten bevorzugt verwendet. Während der Analyse wird die Eisenkonzentration gemessen und wird die gemessene Eisenkonzentration in die Eisenoxidkonzentration umgerechnet.
Die Eisenoxidkonzentration in dem Flammschutzmittel beträgt vorzugsweise 950 ppm oder weniger und weiter bevorzugt 900 ppm oder weniger. Wenn beispielsweise ein Polymer mit einer hohen Schmelztemperatur wie beispielsweise ein technischer Kunststoff als das Matrixpolymer verwendet wird, wird während des Vermischens oder Formens der flammhemmenden Zusammensetzung die Knettemperatur viel höher und wird die flammhemmende Zusammensetzung leichter verfärbt. Durch Beschränken der Eisenoxidkonzentration derart, dass sie innerhalb des bevorzugten Bereichs oder des weiter bevorzugten Bereichs liegt, wird somit die flammhemmende Zusammensetzung nicht verfärbt, auch wenn ein Polymer mit einer hohen Schmelztemperatur verwendet wird.
Die durchschnittliche Teilchengröße des Metallhydroxids liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 20 μm, weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 10 μm und noch weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 5 μm. Bei einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 0,1 μm tritt leicht eine Sekundärkohäsion auf und steigt die Wahrscheinlichkeit, dass mechanische Eigenschaften wie eine Abnutzungsbeständigkeit der flammhemmenden Zusammensetzung verringert werden. Bei einer mittleren Teilchengröße von mehr als 20 μm zeigt sich die Tendenz, dass eine unzureichende Erscheinung auftritt, wenn die flammhemmende Zusammensetzung für ein Umhüllungsmaterial für eine elektrische Leitung verwendet wird.
Der Gehalt des Metallhydroxids liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 30 bis 250 Massenteilen, weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 50 bis 200 Massenteilen und noch weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 60 bis 180 Massenteilen bezogen auf 100 Massenteile des Matrixpolymers. Bei einem Gehalt des Metallhydroxids von weniger als 30 Massenteilen steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Vorteil einer Übertragung einer Flammschutzeigenschaft auf das Matrixpolymer verringert ist. Bei einem Gehalt des Metallhydroxids von mehr als 250 Massenteilen steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die mechanischen Eigenschaften der flammhemmenden Zusammensetzung verringert sind.
Das Metallhydroxid kann im Hinblick auf eine Verbesserung der Kompatibilität mit dem Matrixpolymer einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Beispiele eines Oberflächenbehandlungsmittels schließen ein üblicherweise verwendetes Oberflächenbehandlungsmittel ein wie beispielsweise ein Silankopplungsreagens, eine Fettsäure, ein Fettsäurederivat, einen höheren Alkohol und ein Wachs und ein Homopolymer oder ein Copolymer von alpha-Olefinen wie 1-Hepten, 1-Octen, 1-Nonen und 1-Decen ein. Diese können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Es kann eine funktionelle Gruppe in das Oberflächenbehandlungsmittel eingebracht sein. Beispiele einer Verbindung, die bei dem Einbringen der funktionellen Gruppe verwendet wird, schließen eine ungesättigte Carbonsäure und deren Derivate ein. Spezifische Beispiele schließen ein Maleinsäureanhydrid, eine Maleinsäure, einen Maleinsäuremonoester, einen Maleinsäurediester und eine Fumarsäure ein. Diese können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Darunter sind ein Maleinsäureanhydrid und eine Maleinsäure bevorzugt.
Als ein Verfahren zum Einbringen der funktionellen Gruppe in das Oberflächenbehandlungsmittel wird ein Pfropfverfahren oder wird ein Direktverfahren (Copolymerisationsverfahren) verwendet. Die Einbringungsmenge liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 20 Massen-%, weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 10 Massen-% und noch weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 5 Massen-%.
Der Gehalt des Oberflächenbehandlungsmittels liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 10 Massenteilen und weiter bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 3 Massenteilen bezogen auf 100 Massenteile des Metallhydroxids. Bei einem Gehalt des Oberflächenbehandlungsmittels von weniger als 0,1 Massenteilen wird der Vorteil der Oberflächenbehandlung gering und steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Vorteil wie eine verbesserte Kompatibilität mit dem Matrixpolymer verringert ist. Bei einem Gehalt des Oberflächenbehandlungsmittels von mehr als 10 Massenteilen neigt ein Überschuss des Oberflächenbehandlungsmittels dazu, als Verunreinigungen zurückzubleiben, so dass die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass die Eigenschaften der flammhemmenden Zusammensetzung verschlechtert sind.
Das Verfahren der Oberflächenbehandlung des Metallhydroxids ist nicht speziell beschränkt. Wenn als das Metallhydroxid ein pulverisiertes natürliches Mineral verwendet wird, kann ein vorab pulverisiertes natürliches Mineral der Oberflächenbehandlung unterzogen werden oder kann die Oberflächenbehandlung an einem natürlichen Mineral gleichzeitig mit der Pulverisierung durchgeführt werden. Die Oberflächenbehandlung kann von einem Nasstyp sein, bei dem ein Lösungsmittel verwendet wird, oder kann von einem Trockentyp sein, bei dem kein Lösungsmittel verwendet wird. Im Fall einer Oberflächenbehandlung vom Nasstyp schließen Beispiele eines günstigen Lösungsmittels ein aliphatisches Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Pentan, Hexan und Heptan und ein aromatisches Kohlenwasserstofflösungsmittel wie Benzol, Toluol und Xylol ein. Die Oberflächenbehandlung kann darüber hinaus während der Herstellung der flammhemmenden Zusammensetzung durchgeführt werden, derart, dass zum Zeitpunkt des Knetens des Metallhydroxids (Flammschutzmittel) ohne einer Oberflächenbehandlung und des Matrixpolymers das Oberflächenbehandlungsmittel zugemischt wird und gleichzeitig verknetet wird.
Beispiele des Matrixpolymers schließen ein Harz ein wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Ethylen, Propylen, ein alpha-Olefinpolymer oder -copolymer von 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten und 1-Octen, ein Olefinharz wie Ethylenmethylacrylat (EMA), Ethylenethylacrylat (EEA), Ethylenbutylacrylat (EBA), Ethylenmethylmethacrylat (EMMA) und Ethylenvinylacetat (EVA), ein Polyamidharz (PA), ein Polyesterharz wie Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT), ein Polysulfonharz, ein Polyarylatharz, ein Polyphenylenetherharz (PPE), ein Polyphenylensulfidharz (PPS), ein thermoplastisches Polyurethanharz und einen technischen Kunststoff wie Polycarbonat (PC).
Beispiele des Matrixpolymers umfassen auch ein Elastomer wie ein Olefinelastomer (TPO), ein Styrolelastomer (z. B. SEBS), ein Amidelastomer, ein Esterelastomer, ein Urethanelastomer, ein Ionomer, ein fluoriertes Elastomer und ein thermoplastisches Elastomer wie 1,2-Polybutadien und trans-1,4-Polyisopren. Beispiele des Matrixpolymers umfassen auch einen Gummi wie einen Ethylenpropylengummi (EPR), einen Butadiengummi (BR) und einen Isoprengummi (IR). Die oben beschriebenen Polymere, die als Matrixpolymer verwendet werden können, können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Additive, die üblicherweise in einer flammhemmenden Zusammensetzung verwendet werden, können innerhalb solcher Bereiche, bei denen sie die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht verringern, zugemischt werden. Beispiele der Additive umfassen einen Füllstoff, ein Antioxidationsmittel, einen Metalldesaktivator (einen Kupferinhibitor), einen UV-Absorber, ein UV-Schutzmittel, ein Flammschutzmittel, ein Flammschutzhilfsmittel, ein Verarbeitungshilfsmittel (z. B. Gleitmittel, Wachs) und ein färbendes Pigment.
Das Verfahren zur Herstellung der flammhemmenden Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt, und es können bekannte Herstellungsverfahren verwendet werden. Die flammhemmende Zusammensetzung kann erhalten werden durch Vermischen des Matrixpolymers, des spezifischen Antioxidationsmittels, des Flammschutzmittels und gegebenenfalls anderer Additive und dann deren Trockenvermischen unter Verwendung eines üblicherweise verwendeten Mischers oder durch deren Schmelzen und Kneten unter Verwendung eines üblicherweise verwendeten Kneters wie eines Banbury-Mischers, eines Druckkneters, eines Knetextruders, eines Zweischneckenextruders und einer Walze, so dass diese gleichförmig verteilt werden.
Die Temperatur während des Knetens ist vorzugsweise eine derartige Temperatur, bei der die Viskosität des organischen Copolymers auf ein derartiges Maß verringert ist, dass das Flammschutzmittel und die anderen Materialien leicht in der Zusammensetzung dispergiert werden. Die Temperatur liegt im Speziellen innerhalb des Bereichs von 100°C bis 300°C. Wenn während des Knetens des organischen Polymers durch Scherkräfte Wärme erzeugt wird, wird die Temperatur auf eine optimale Temperatur eingestellt unter Berücksichtigung der Temperaturerhöhung durch die Wärmeerzeugung.
Nach dem Kneten wird die flammhemmende Zusammensetzung aus dem Kneter entnommen. Dabei ist es bevorzugt, die flammhemmende Zusammensetzung durch die Verwendung einer Pelletisiervorrichtung bzw. Granuliervorrichtung zu Pellets zu formen.
Die beabsichtigte Verwendung der Polymerzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt. Die Polymerzusammensetzung kann verwendet werden für ein Umhüllungsmaterial einer umhüllten elektrischen Leitung, die vorzugsweise verwendet wird zum Verdrahten von Bauteilen für ein Fahrzeug und Bauteilen für ein elektrisches/elektronisches Gerät, ein Kabelstrangschutzmaterial zum Umhüllen eines Bündels aus elektrischen Leitungen, Verbinderkomponenten wie ein Verbindergehäuse, medizinische Artikel, künstliche Organe, ein polymeres Beschichtungsmaterial und ein Baumaterial, welches Materialien sind, denen ein Flammschutzmittel zugesetzt wird.
Als Nächstes werden Beschreibungen einer umhüllten elektrischen Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung und eines Kabelstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die umhüllte elektrische Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet die oben beschriebene flammhemmende Zusammensetzung als ein Material für das Umhüllungsmaterial. Die umhüllte elektrische Leitung hat eine derartige Struktur, dass das Umhüllungsmaterial direkt den Leiter bedeckt oder ein Zwischenelement wie ein Isolator und ein abgeschirmter Leiter zwischen dem Leiter und dem Umhüllungsmaterial angeordnet ist. Das Umhüllungsmaterial kann aus einer Vielzahl an Schichten gebildet sein.
Die Größe und das Material des Leiters sind nicht speziell beschränkt und können entsprechend der beabsichtigten Verwendung bestimmt sein. Die Dicke des Umhüllungsmaterials ist nicht speziell beschränkt und kann unter Berücksichtigung der Größe des Leiters beliebig bestimmt werden.
Die umhüllte elektrische Leitung wird vorzugsweise hergestellt durch Extrusionsumhüllen des Leiters unter Verwendung einer Extrusionsformmaschine mit der flammhemmenden Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung, die unter Verwendung eines üblicherweise verwendeten Kneters wie eines Banbury-Mischers, eines Druckkneters und einer Walze geknetet wird. Alternativ dazu kann die umhüllte elektrische Leitung hergestellt werden durch Extrusionsumhüllen des Leiters mit der flammhemmenden Zusammensetzung, während die flammhemmende Zusammensetzung unter Verwendung eines Einschneckenextruders oder eines Zweischneckenextruders geknetet und verarbeitet wird.
Der Kabelstrang gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet die oben beschriebene flammhemmende Zusammensetzung. Der Kabelstrang gemäß der vorliegenden Erfindung kann die umhüllte elektrische Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung einschließen, welche die oben beschriebene flammhemmende Zusammensetzung als ein Material für das Umhüllungsmaterial verwendet, oder kann die oben beschriebene flammhemmende Zusammensetzung als ein Material für das Kabelstrangschutzmaterial einschließen, welches das elektrische Leitungsbündel, das eine Vielzahl an umhüllten elektrischen Leitungen einschließt, bedeckt. Im Fall der Verwendung der oben beschriebenen flammhemmenden Zusammensetzung als ein Material für das Kabelstrangschutzmaterial kann das elektrische Leitungsbündel die umhüllte elektrische Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten oder kann diese nicht enthalten. Die Anzahl an elektrischen Leitungen kann beliebig festgelegt werden und ist nicht speziell beschränkt.
Das Kabelstrangschutzmaterial wird zur Umhüllung eines elektrischen Leitungsbündels, in welchem eine Vielzahl an umhüllten elektrischen Leitungen vorhanden ist, angeordnet und hat eine Schutzfunktion für das elektrische Leitungsbündel gegenüber der außen liegenden Umgebung. Das Basismaterial für das Kabelstrangschutzmaterial ist nicht speziell beschränkt. Es ist jedoch eine flammhemmende Olefinzusammensetzung wie Polyethylen bzw. Polypropylen bevorzugt.
Das Kabelstrangschutzmaterial kann entsprechend der beabsichtigten Verwendung ausgewählt werden aus einem bandförmigen Basismaterial, bei dem auf zumindest einer Seite davon ein Klebstoff aufgebracht ist, und einem röhrenförmigen oder blattförmigen Basismaterial.
Beispiel
Es wird nun eine ausführlichere Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter speziellem Bezug auf ein Beispiel gegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Verwendete Materialien, Hersteller und weitere Informationen
Nachfolgend werden die in den vorliegenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Materialien zusammen mit deren Herstellern, Handelsnamen und weiteren Informationen aufgezeigt.
Polypropylen (PP) [Hersteller: JAPAN POLYPROPYLENE CORPORATION; Handelsname: NOVATEC-PP EC7]
Magnesiumhydroxid [Hersteller: FIMATEC LTD., Handelsname JUNMAG C]
Phenolisches Antioxidationsmittel <1> [Hersteller: CIBA SPECIALTY CHEMICALS INC., Handelsname: IRGANOX 1010]
Phenolisches Antioxidationsmittel <2> [Hersteller: CIBA SPECIALTY CHEMICALS INC., Handelsname: IRGANOX 1035]
Phenolisches Antioxidationsmittel <3> [Hersteller: CIBA SPECIALTY CHEMICALS INC., Handelsname: IRGANOX 1076]
Phenolisches Antioxidationsmittel <4> [Hersteller: CIBA SPECIALTY CHEMICALS INC., Handelsname: IRGANOX 1098]
Phenolisches Antioxidationsmittel <5> [Hersteller: ADEKA CORPORATION, Handelsname: ADK STAB AO-20]
Phenolisches Antioxidationsmittel <6> [Hersteller: ADEKA CORPORATION, Handelsname: ADK STAB AO-50]
Herstellung von Magnesiumhydroxid
Die in Tabelle 1 aufgezeigten Magnesiumhydroxide wurden jeweils hergestellt unter Durchführung einer Eisenentfernung bei dem oben beschriebenen „JUNMAG C”, hergestellt von FIMATEC LTD., und einer Begrenzung der Eisenoxidkonzentrationen auf die in Tabelle 1 aufgezeigten Werte. Die Eisenentfernung wurde durchgeführt unter Verwendung einer Eisenentfernungsvorrichtung „ROTARY CATCHER”, hergestellt von SEISHIN ENTERPRISE CO., LTD., auf eine derartige Weise, dass man die Magnesiumhydroxide in Pulverform von Magnetstangen fallen ließ. Die Magnesiumhydroxide wurden hinsichtlich der Eisenkonzentrationen mittels der ICP-Emissionsanalyse gemessen und die Eisenkonzentrationen wurden in die Eisenoxidkonzentrationen umgerechnet. Als ein Ergebnis der Messung mittels der ICP-Emissionsanalyse betrugen die Eisenkonzentrationen vor einer Eisenentfernung 10.000 ppm.
Herstellung einer flammhemmenden Zusammensetzung
Die in Tabelle 1 aufgezeigten Bestandteile einer jeden flammhemmenden Zusammensetzung wurden in einen Zweischneckenextruder gegeben und bei 200°C heiß geknetet. Die gekneteten Zusammensetzungen wurden unter Verwendung einer Pelletisiervorrichtung zu Pellets geformt. Auf diese Weise wurden flammhemmende Zusammensetzungen gemäß den vorliegenden Beispielen und flammhemmende Zusammensetzungen gemäß den Vergleichsbeispielen hergestellt. Es sei angemerkt, dass die Anteile der in Tabelle 1 aufgezeigten Bestandteile in Massenteilen angegeben sind.
Herstellung einer umhüllten elektrischen Leitung
Ein Leiter aus einem getemperten Kupferstrang, der sieben getemperte Kupferdrähte (Querschnittsfläche: 0,5 mm²) enthält, wurde mit jeder der flammhemmenden Zusammensetzungen extrusionsumhüllt, um eine Dicke von 0,20 mm aufzuweisen, wobei eine Extrusionsformmaschine mit einem Kaliber von 50 mm verwendet wurde. Auf diese Weise wurden umhüllte elektrische Leitungen gemäß den vorliegenden Beispielen und den Vergleichsbeispielen erhalten.
Verfärbt oder nicht verfärbt

Das isolierende Umhüllungsmaterial einer jeden der umhüllten elektrischen Leitungen wurde visuell begutachtet, um zu überprüfen, ob das isolierende Umhüllungsmaterial verfärbt oder nicht verfärbt war. Wenn die Farbe des isolierenden Umhüllungsmaterials weiß war, wurde das isolierende Umhüllungsmaterials als „nicht verfärbt” bewertet, und wenn die Farbe des isolierenden Umhüllungsmaterials rot war, wurde das isolierende Umhüllungsmaterial als „verfärbt” bewertet. Tabelle 1

	Beispiele gemäß der Erfindung						Vergleichsbeispiele
	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6
Polypropylen	50	50	50	50	50	50	50	50	50	50	50	50
Magnesiumhydroxid <1> (Eisenoxidkonzentration 100 ppm)	50			50
Magnesiumhydroxid <2> (Eisenoxidkonzentration 500 ppm)		50			50
Magnesiumhydroxid <3> (Eisenoxidkonzentration 900 ppm)			50			50
Magnesiumhydroxid <4> (Eisenoxidkonzentration 1200 ppm)							50			50
Magnesiumhydroxid <5> (Eisenoxidkonzentration 1500 ppm)								50			50
Magnesiumhydroxid <6> (Eisenoxidkonzentration 2000 ppm)									50			50
Phenolisches Antioxidationsmittel <1>	1						1
Phenolisches Antioxidationsmittel <2>		1						1
Phenolisches Antioxidationsmittel <3>			1						1
Phenolisches Antioxidationsmittel <4>				1						1
Phenolisches Antioxidationsmittel <5>					1						1
Phenolisches Antioxidationsmittel <6>						1						1
Verfärbt oder nicht verfärbt	n. v.	n. v.	n. v.	n. v.	n. v.	n. v.	v.	v.	v.	v.	v.	v.

n. v. = nicht verfärbt; v. = verfärbt

Die Tabelle 1 zeigt auf, dass, wenn die flammhemmende Zusammensetzung das phenolische Antioxidationsmittel mit den tert-Butylgruppen an den Positionen 2 und 6 zu der Hydroxylgruppe enthält, die flammhemmende Zusammensetzung rötlich verfärbt ist, wenn die Eisenoxidkonzentration im Magnesiumhydroxid hoch ist. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass die flammhemmende Zusammensetzung nicht verfärbt war, wenn die Eisenoxidkonzentration auf 1000 ppm oder weniger beschränkt war.
In den vorliegenden Beispielen und den Vergleichsbeispielen wurde Magnesiumhydroxide untersucht, die Hauptbestandteile natürlicher Mineralien sind. Es ist jedoch einfach abzuschätzen, dass dieselben Ergebnisse erhalten werden in dem Fall der Verwendung von Magnesiumhydroxid, das nicht Hauptbestandteil eines natürlichen Minerals ist, und anderer Metallhydroxide wie Aluminiumhydroxid, indem die Konzentration an Eisenoxiden, die als Verunreinigungen enthalten sind, auf 1000 ppm oder weniger beschränkt wird.
Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wurde nicht mit der Absicht gegeben, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die offenbarte spezielle Form einzuschränken, und es sind angesichts der obigen Lehren Modifikationen und Variationen möglich oder können aus der praktischen Durchführung der Erfindung erhalten werden.
Zusammenfassung
Flammhemmende Zusammensetzung, die während des Vermischens und Formens nicht verfärbt wird, und eine umhüllte elektrische Leitung, welche diese verwendet. Die flammhemmende Zusammensetzung enthält zumindest ein Matrixpolymer wie ein Olefinharz, ein phenolisches Antioxidationsmittel mit tert-Butylgruppen an den Positionen 2 und 6 zu einer Hydroxylgruppe und ein Flammschutzmittel, das ein pulverisiertes natürliches Mineral ist, welches Magnesiumhydroxid als den Hauptbestandteil enthält, und wobei die Eisenoxidkonzentration in dem Flammschutzmittel 1000 ppm oder weniger beträgt. Die umhüllte elektrische Leitung verwendet die flammhemmende Zusammensetzung als ein Umhüllungsmaterial.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3280099 [0006]

Claims

Flammhemmende Zusammensetzung, umfassend: ein Matrixpolymer, ein phenolisches Antioxidationsmittel mit tert-Butylgruppen an den Positionen 2 und 6 zu einer Hydroxylgruppe und ein Flammschutzmittel, das Metallhydroxid als einen Hauptbestandteil enthält, wobei die Eisenoxidkonzentration in dem Flammschutzmittel 1000 ppm oder weniger beträgt.
Flammhemmende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Flammschutzmittel ein pulverisiertes natürliches Mineral umfasst, das Magnesiumhydroxid als einen Hauptbestandteil enthält.
Flammhemmende Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Matrixpolymer ein Olefinharz enthält.
Umhüllte elektrische Leitung, die die flammhemmende Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als ein Umhüllungsmaterial umfasst.
Kabelstrang, der die flammhemmende Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst.