ITTO20120390A1

ITTO20120390A1 - Composizione ignifuga specifica

Info

Publication number: ITTO20120390A1
Application number: IT000390A
Authority: IT
Inventors: Maria Rosa Contardi; Mirko Luciani
Original assignee: Consorzio Proplast
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2012-08-01
Also published as: WO2013164865A1

Description

â€œComposizione ignifuga specificaâ€

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una composizione composita ignifuga comprendente un'associazione originale di almeno un polimero termoplastico specifico, di almeno una carica particellare specifica e di almeno un agente ignifugo specifico, questa composizione caratterizzata da proprietÃ meccaniche molto favorevoli unite a delle eccellenti proprietÃ ignifughe.

Le composizioni composite a base di almeno un polimero termoplastico sono utilizzate attualmente nell'industria elettrica grazie alle proprietÃ inerenti a questo tipo di polimeri in termini di facilitÃ di messa in opera e di messa in forma, di proprietÃ meccaniche, di bassa densitÃ e di costi moderati, rispetto in particolare a dei materiali piÃ¹ tradizionali come il metallo, la lana, il legno o il vetro.

Tuttavia, i polimeri termoplastici, a causa della loro natura organica, presentano un carattere altamente infiammabile, cosa che richiede l'utilizzo di agenti ignifughi, affinchÃ© possano essere utilizzati in ambienti sottoposti a temperature elevate, come nel caso degli apparecchi elettrici.

Difatti, le composizioni composite utilizzate negli apparecchi elettrici devono soddisfare norme severe in materia di resistenza al fuoco, le quali norme sono in particolare regolate dalle norme del CEI applicabili in Europa, e in particolare in Francia, come:

- la norma CEI 60695-2-11 per prodotti finiti che definisce la prestazione di infiammabilitÃ richiesta GWFI (corrispondente alla terminologia inglese "Glow Wire Flamability Index"), che si effettua a 850°C o a 960°C a seconda del tipo di utilizzo previsto per il materiale; o

- la norma CEI 60695-2-13, che definisce la prestazione di infiammabilitÃ GWIT (corrispondente alla terminologia inglese "Glow Wire Ignition Temperature") che deve essere almeno 775°C.

Alcuni tra gli agenti ignifughi attualmente utilizzati e piÃ¹ efficaci sono gli agenti ignifughi alogenati. Tuttavia, questi agenti rischiano di essere vietati a breve, perchÃ© presentano degli inconvenienti nei confronti dell'ambiente, a causa del loro carattere altamente tossico, in particolare quando sono sottoposti ad una combustione.

Alcuni agenti ignifughi non alogenati utilizzati frequentemente sono gli agenti ignifughi che appartengono alla famiglia degli idrossidi metallici (come l'idrossido di alluminio e l'idrossido di magnesio), come nel caso dei materiali compositi esemplificati nel documento US 2008/0093107. Rispetto agli agenti ignifughi alogenati, gli idrossidi metallici liberano pochi fumi, quando sono sottoposti ad una combustione e sono poco tossici. In compenso, le composizioni composite comprendenti questi agenti presentano delle proprietÃ meccaniche insufficienti, in particolare una resistenza meccanica ed un modulo a flessione bassi, cosa che li rende poco affidabili per un utilizzo nel campo elettrico.

Infine, gli agenti ignifughi, per adempiere alla loro funzione, sono molto spesso incorporati a tenori molto elevati nelle composizioni composite, cosa che contribuisce a degradare le proprietÃ meccaniche di questâ€™ultime e che puÃ² anche generare dei problemi di inquinamento indotti dall'essudazione dell'agente ignifugo, al momento dell'utilizzo dell'apparecchio nel quale le composizioni sono incorporate.

I problemi incontrati in termini ambientali dagli agenti ignifughi alogenati possono ritrovarsi anche con i polimeri termoplastici che entrano nella costituzione delle composizioni composite.

Questo Ã ̈ il caso in particolare che si incontra quando i polimeri appartengono alla famiglia dei polistireni, dei polivinilcloruri che, da una parte, sono legati, per la loro sintesi, alla chimica del petrolio relativamente inquinante e, dallâ€™altra parte, presentano delle difficoltÃ di riciclaggio, una volta arrivato a termine il loro utilizzo.

Di fronte ai problemi sopra menzionati, gli autori della presente invenzione si sono prefissati lo scopo di mettere a punto una composizione che risponde alle specificitÃ seguenti:

- delle proprietÃ ignifughe senza ricorrere a degli agenti ignifughi alogenati o a degli agenti che appartengono alla famiglia degli idrossidi metallici;

- delle proprietÃ meccaniche che non siano degradate a vantaggio delle proprietÃ ignifughe;

- l'assenza di inquinamento collegato all'essudazione dell'agente ignifugo al momento dell'utilizzo della composizione o del pezzo.

Questo scopo Ã ̈ stato raggiunto con una composizione composita ignifuga comprendente un'associazione originale di almeno un polimero termoplastico specifico, di almeno una carica particellare specifica e di almeno un agente ignifugo specifico.

Di conseguenza, l'invenzione riguarda una composizione composita comprendente una matrice polimerica comprendente almeno un polimero scelto tra le poliammidi, i polietilentereftalati ed i polipropileni nella quale Ã ̈ dispersa una carica di tipo seppiolite presente in un tenore inferiore al 10% in peso rispetto al peso totale della composizione ed un composto appartenente alla famiglia dei cianurati di melamina, questâ€™ultimo essendo compreso nella composizione ad un tenore che va dall'1% al 5% in peso rispetto al peso totale della composizione.

Per poliammide, si intende un polimero del tipo policondensato nel quale le unitÃ ripetitive sono legate attraverso gruppi ammidici, questo tipo di polimero potendo essere degli omopolimeri (cioÃ ̈ dei polimeri comprendenti un solo e stesso tipo di unitÃ ripetitive) o dei copolimeri (cioÃ ̈ dei polimeri comprendenti parecchi tipi di unitÃ ripetitive).

Tra i poliammidi particolarmente adatti all'invenzione, si possono citare le poliammidi lineari che risultano classicamente da una policondensazione di un acido dicarbossilico comprendente da 4 a 12 atomi di carbonio con una diammina comprendente da 4 a 14 atomi di carbonio o anche risultante da una policondensazione per apertura di anello di composti lattamici.

Poliammidi rispondenti a questa definizione possono essere, in particolare:

- delle poliammidi 6, cioÃ ̈ delle poliammidi comprendenti una concatenazione di unitÃ ripetitive della formula (I) seguente:

H

N (CH2)5C

O

(I)

- dei poliammidi 6/66, cioÃ ̈ delle poliammidi comprendenti una concatenazione di unitÃ ripetitive della formula (I) seguente:

H

N (CH2)5C

O

(I)

e di unitÃ ripetitive della formula (II) seguente:

NH (CH2)6NH C (CH2)4C

O O

(II)

Per polietilentereftalato, si intende un polimero del tipo policondensato risultante classicamente da una policondensazione dell'acido tereftalico e di un composto poliolo.

In particolare, si possono citare i polietilentereftalati risultanti classicamente da una policondensazione dell'acido tereftalico con un diolo comprendente da 2 a 10 atomi di carbonio.

Polietilentereftalati rispondenti a questa definizione possono essere, in particolare, un poli(butilentereftalato) (noto con l'abbreviazione PBT) caratterizzato da una concatenazione di unitÃ ripetitive della formula (III) seguente:

O O

O CH2O

4

(III)

Per polipropilene, si intende un polimero caratterizzato da una concatenazione di unitÃ ripetitive della formula (IV) seguente:

CH3

CH2CH

(IV)

Che essi siano poliammidi, polietilentereftalati o polipropileni, questi polimeri sono particolarmente interessanti per entrare nella composizione dell'invenzione, nella misura in cui presentano le caratteristiche seguenti:

- sono termoplastici, cosa che rende la composizione che li comprende particolarmente versatile ed in grado di potere costituire dei pezzi di forme varie;

- sono privi di atomi di alogeni, cosa che Ã ̈ compatibile con le regole ambientali in vigore, e in particolare con la direttiva europea Reach; - presentano delle buone proprietÃ meccaniche ad alte temperature ed a sollecitazioni elevate;

- sono facilmente disponibili, perchÃ© sono prodotti con tonnellaggi molto importanti, cosa che li rende particolarmente interessanti in termini di costi contrariamente ai polimeri del tipo polistirene o policloruro di vinile.

Come menzionato sopra, il o i polimeri presenti nella composizione costituiscono una matrice polimerica, cosa che significa, in altri termini, che essi sono presenti in proporzione in peso maggioritaria rispetto agli altri costituenti della composizione che sono la seppiolite ed il composto appartenente alla famiglia dei cianurati di melamina.

Vantaggiosamente, la matrice rappresenta dall'80% al 85% in peso rispetto al peso totale della composizione.

La seppiolite utilizzata come carica della suddetta matrice polimerica Ã ̈ un minerale appartenente alla famiglia delle argille di struttura fibrosa, e da un punto di vista della composizione, alla famiglia dei silicati di magnesio idrato (di formula ideale Si12Mg8O30(OH)4(OH2).8H2O) presentandosi sotto forma di particelle a forma aciculare. Essa Ã ̈ caratterizzata anche da una superficie attiva particolarmente elevata, per esempio, superiore a 300 m<2>/g ed una densitÃ molto elevata di gruppi silanici (-SiOH), da cui risulta il carattere molto idrofilo di questo tipo di argille. Le particelle si associano per formare degli aggregati porosi che presentano un reticolo capillare esteso, cosa che spiega al tempo stesso la notevole porositÃ e la bassa densitÃ della seppiolite. Infine, a contatto con l'acqua o altri liquidi, le particelle non si disgregano e formano una sospensione comprendente una struttura composta da dette particelle secondo un reticolo interpenetrato aleatorio, che contribuisce ad intrappolare i liquidi, cosa che conduce all'aumento della viscositÃ della sospensione.

Tutte le sue proprietÃ contribuiscono a conferire alle composizioni dell'invenzione comprendenti della seppiolite, dal momento che questa Ã ̈ presente ad un tenore inferiore al 10% in peso, le caratteristiche seguenti:

- delle proprietÃ ignifughe tramite soppressione della fiamma per viscositÃ ;

- un miglioramento delle proprietÃ barriera della matrice polimerica, in particolare grazie alla capacitÃ delle seppioliti di costituire una soluzione ai problemi di igroscopicitÃ .

La seppiolite, nellâ€™ambito dell'invenzione, si presenta, vantaggiosamente, sotto forma di nanoparticelle che presentano, preferibilmente, un diametro medio di particelle che va da 0,1 a 0,2 micrometri ed una lunghezza delle fibre che va da 3 a 30 micrometri.

PiÃ¹ specificamente, la seppiolite utilizzata nellâ€™ambito dell'invenzione puÃ² essere una seppiolite commercializzata con la denominazione CD1 dalla societÃ Tolsa.

Come menzionato in precedenza, la seppiolite Ã ̈ presente in un tenore inferiore al 10% in peso rispetto al peso totale della composizione e, preferibilmente, Ã ̈ presente in un tenore che va dall'1% al 9%, ancora preferibilmente, dal 3% al 7% in peso rispetto al peso totale della composizione, per esempio, il 5% in peso rispetto al peso totale della composizione.

Oltre alla matrice polimerica ed alla seppiolite, la composizione comprende un composto appartenente alla famiglia dei cianurati di melamina ad un tenore in peso che va dall'1% al 5% in peso rispetto al peso totale della composizione, per esempio, il 1,5%, il 2%, il 3%, il 4% o il 5% in peso rispetto al peso totale della composizione.

A tali tenori, gli autori hanno potuto mettere in evidenza, che questo tipo di composti incorporati in una composizione comprendente una matrice polimerica specifica (come definita sopra) e della seppiolite (come definita sopra), permette di ottenere in termini di proprietÃ di ignifugazione delle proprietÃ analoghe a quelle ottenute con altre composizioni nelle quali questo tipo di composto Ã ̈ incorporato a livelli molto piÃ¹ elevati (per esempio, nell'ordine del 20% in peso o piÃ¹).

Di conseguenza, l'aggiunta di questo tipo di composti ai tenori sopra specificati non va a scapito delle proprietÃ meccaniche della composizione, cosa che permette di evitare l'incorporazione di fibre di vetro nella medesima per rimediare alla degradazione delle proprietÃ meccaniche a causa dell'introduzione di questo stesso tipo di composti in tenori piÃ¹ elevati. Il fatto di non avere bisogno di ricorrere alle fibre di vetro per inasprire aumentare le proprietÃ meccaniche permette anche di accedere ad ottenere una composizione isotropa che, al momento dello stampaggio, presenterÃ un ritiro omogeneo, cosa che facilita la concezione di stampi destinati a questo tipo di composizione.

Inoltre, questo tipo di composti non comprende atomi di alogeni, cosa che Ã ̈ importante per essere in sintonia con le direttive europee REACH che proscrivono l'utilizzo di composti alogenati.

Una composizione specifica conforme all'invenzione Ã ̈ una composizione comprendente:

- una matrice polimerica a base di una poliammide, piÃ¹ specificamente una poliammide 6;

- una seppiolite presente in un tenore del 5% in peso rispetto al peso totale della composizione;

- un composto del tipo cianurato di melamina presente in un tenore del 3% in peso rispetto al peso totale della composizione.

Le composizioni dell'invenzione possono essere fabbricate per semplice incorporazione in una matrice polimerica conforme all'invenzione della seppiolite e del composto del tipo cianurato di melamina nelle proporzioni desiderate.

Le composizioni sono originali per il fatto di associare i tre suddetti ingredienti specifici, in particolare in proporzioni specifiche, cosa che conferisce a questâ€™ultime le proprietÃ seguenti:

- delle proprietÃ di resistenza al fuoco in intervalli di temperature conformi alle norme severe delle applicazioni elettrotecniche (le composizioni dell'invenzione superano il test "Glow Wire Test" per delle temperature che vanno da 750°C a 960°C);

- delle proprietÃ meccaniche che non sono ridotte a causa dell'aggiunta di un composto del tipo cianurato di melamina e che non richiedono l'aggiunta di fibre di vetro;

- una densitÃ bassa;

- delle proprietÃ chimiche che soddisfanno i criteri imposti dalla direttiva europea Reach, in particolare grazie al fatto che gli ingredienti non comprendono atomi di alogeni e non generano di conseguenza gas tossici.

Grazie a queste proprietÃ , Ã ̈ dunque naturale che queste composizioni possano essere messe a profitto per la fabbricazione di pezzi con proprietÃ ignifughe.

I pezzi dell'invenzione possono essere fabbricati mediante diversi procedimenti di trasformazione di composizioni plastiche tra cui, preferibilmente, i procedimenti di stampaggio a iniezione.

Difatti, come giÃ menzionato, le composizioni dell'invenzione, grazie all'assenza di fibre di vetro, sono delle composizioni che presentano una grande isotropia, perfettamente adatta ad una messa in forma per stampaggio, essendo il ritiro della composizione perfettamente omogeneo. Inoltre, questo procedimento di trasformazione Ã ̈ semplice da mettere in opera, poichÃ© comprende una sola fase, cosa che presenta anche un interesse non trascurabile in termini di costi di fabbricazione.

Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dal supplemento di descrizione che segue.

Va da sÃ©, tuttavia, che questo supplemento di descrizione Ã ̈ fornito solamente a titolo di illustrazione dell'oggetto dell'invenzione e non costituisce in alcun caso una limitazione di questo oggetto.

ESEMPIO

In questo esempio, il cui scopo Ã ̈ descrivere le proprietÃ intrinseche delle composizioni dell'invenzione in termini di comportamento al fuoco, sono state realizzate delle prove a filo incandescente (queste prove essendo anche denominate con la terminologia inglese "Glow wire test") elaborate a partire da una composizione comprendente una matrice polimerica in poliammide 6 omopolimero a viscositÃ standard (130 â€“ 140 ml/g circa secondo la norma ISO 307, misurata in acido formico al 90% di concentrazione), fornita dalla societÃ Rhodia, della seppiolite fornita la societÃ Tolsa (al 5% in peso rispetto al peso totale della composizione) e del cianurato di melamina con granulometria tipica 2-3 micron, fornito dalla societÃ Budenheim (al 3% in peso rispetto al peso totale della composizione).

Queste prove consistono nellâ€™applicare sulla composizione un filo incandescente che presenta rispettivamente una temperatura di 750°C, 850°C e 960°C per 30 secondi. Se, dopo il ritiro del filo, le fiamme si spengono in meno di 30 secondi, la composizione sarÃ considerata come resistente al fuoco.

Le prove al filo incandescente vengono superate alle temperature rispettivamente di 750°C, 850°C e 960°C.

A titolo comparativo, per un provino della stessa dimensione realizzato con una composizione comprendente unicamente, come matrice polimerica, del poliammide 6 e della seppiolite (al 5% in peso rispetto al peso totale della composizione), le prove a filo incandescente non vengono superate giÃ alla temperatura di 750°C.

Questo contribuisce a dimostrare che l'aggiunta di cianurato di melamina in un tenore limitato (all'occorrenza, 3% in peso, nel nostro caso esemplificativo), contribuisce a migliorare grandemente le proprietÃ ignifughe della composizione.

I provini realizzati a partire dalla composizione dell'invenzione sono stati sottoposti anche a test meccanici dai quali sono risultate le proprietÃ seguenti:

- un modulo di Young (in MPa) di 4450 ± 76; e - un allungamento a rottura (in %) di 6,6 ± 0,4.

A titolo comparativo, dei provini delle stesse dimensioni realizzati a partire da una composizione comprendente unicamente, come matrice polimerica, della poliammide 6 e della seppiolite (al 7% in peso rispetto al peso totale della composizione), presentano un modulo di Young (in MPa) di 4714 ± 123 ed un allungamento a rottura (in %) di 5,4 ± 0,14.

Ne consegue dunque che l'aggiunta di cianurato di melamina nelle proporzioni rivendicate non nuoce alle proprietÃ meccaniche della composizione ma addirittura le migliora, cosa che puÃ² essere assimilata ad un effetto sinergico.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Composizione composita comprendente una matrice polimerica contenente almeno un polimero scelto tra le poliammidi, i polietilentereftalati ed i polipropileni, nella quale sono dispersi una carica del tipo sepiolite presente in un tenore inferiore al 10% in peso rispetto al peso totale della composizione ed un composto appartenente alla famiglia dei cianurati di melamina, questâ€™ultimo essendo compreso nella composizione ad un tenore che va dall'1% al 5% in peso rispetto al peso totale della composizione.
2. Composizione secondo la rivendicazione 1, nella quale le poliammidi sono delle poliammidi lineari risultanti dalla policondensazione di un acido dicarbossilico comprendente da 4 a 12 atomi di carbonio con una diammina comprendente da 4 a 14 atomi di carbonio o anche risultante da una policondensazione per apertura dâ€™anello di composti lattamici.
3. Composizione secondo la rivendicazione 1 o 2, nella quale le poliammidi sono scelte tra: - delle poliammidi 6, cioÃ ̈ delle poliammidi comprendenti una concatenazione di unitÃ ripetitive della formula (I) seguente: H N (CH2)5C O (I) e - delle poliammidi 6/66, cioÃ ̈ delle poliammidi comprendenti una concatenazione di unitÃ ripetitive della formula (I) seguente: H N (CH2)5C O (I) e di unitÃ ripetitive della formula (II) seguente: NH (CH2)6NH C (CH2)4C O O (II)
4. Composizione secondo la rivendicazione 1, nella quale i polietilentereftalati sono scelti tra i poli(butilentereftalati) caratterizzati da una concatenazione di unitÃ ripetitive della formula (III) seguente: O O O CH2O 4 (III)
5. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, nella quale la seppiolite Ã ̈ presente in un tenore che va dal 3% al 9% in peso rispetto al peso totale della composizione.
6. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, nella quale la seppiolite Ã ̈ presente in un tenore del 5% in peso rispetto al peso totale della composizione.
7. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, nella quale il composto appartenente alla famiglia dei cianurati di melamina Ã ̈ presente in un tenore in peso che va dal 2 al 4% in peso rispetto al peso totale della composizione.
8. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, nella quale il composto appartenente alla famiglia dei cianurati di melamina Ã ̈ presente in un tenore in peso del 3% in peso rispetto al peso totale della composizione.
9. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, che Ã ̈ una composizione comprendente: - una matrice polimerica a base di un poliammide, piÃ¹ specificamente una poliammide 6; - una sepiolite presente in un tenore del 5% in peso rispetto al peso totale della composizione; - un composto del tipo cianurato di melamina presente in un tenore del 3% in peso rispetto al peso totale della composizione.