KR102487967B1 - 향상된 절연 특성을 갖는 연질 폼 - Google Patents

향상된 절연 특성을 갖는 연질 폼 Download PDF

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Abstract

통틀어 적어도 200 phr, 바람직하게는 적어도 300 phr, 그러나 1000 phr 미만, 바람직하게는 700 phr 미만의 성분으로 구성된, 적어도 하나는 황 및/또는 금속 산화물 가교성 엘라스토머인 적어도 하나의 중합체의 100 phr 및 적어도 하나의 중합체성 난연제, 바람직하게는 브롬화된 중합체성 난연제의 적어도 40 phr, 바람직하게는 적어도 55 phr를 포함하는, 팽창된 중합체성 물질.

Description

향상된 절연 특성을 갖는 연질 폼 {Flexible foam with improved insulation properties}
본 발명은 적어도 하나의 엘라스토머 및 적어도 하나의 중합체성 난연제를 기반으로 하는 팽창된 중합체(혼합물)를 포함하는 단열을 위한 연질, 난연성 재료, 이러한 재료를 제조하는 공정, 및 이러한 재료의 용도에 관한 것이다.
절연 폼(foam)의 열 전도도는 세 가지 요인에 의해 결정된다: 매트릭스(고분자 화합물)의 열 전도도, 셀 내부 가스의 열 전도도 및 열 복사. 반대로, 이러한 수단은 열 전도도에 영향을 미치고 중합체성 절연 폼에서 이의 감소를 가능하게 한다.
셀 내부 가스의 열 전도도는 중합체 매트릭스에 비하여 더 낮기 때문에, 하나의 접근은 이러한 매트릭스의 지분의 감소, 즉 폼의 밀도 감소이다. 불행히도, 이 접근은 사용되는 재료 및 공정에 의해 제한된다. 추가로, 개선은 실현 가능하지 않거나 유의한 영향을 갖지 않으며, 중합체 매트릭스의 지분은 상업적으로 이용 가능한 대부분의 연질 엘라스토머 폼(FEFs) 내에서 이미 상당히 낮기 때문이다.
중합체 매트릭스 자체 또는 셀 내부 가스의 열전도도의 감소는 또 다른 접근이 될 수 있다. 불행히도, 낮은 열전도도 가스의 사용은 몇 가지 이유에 의해 제한된다. 이러한 재료의 다수는 오존층에 영향을 미치고, 및/또는 지구 온난화 가능성을 증가시키고, 또는 매우 낮은 밀도의 폼을 달성할 수 없다. 또한, 생성된 폼은 예를 들어, 알루미늄 호일 또는 이와 같은 부가적인 장벽 층에 의해 그러한 가스의 탈가스/침투로부터 보호될 필요가 있다. 장기적 및 안정적인 낮은 열 전도도를 확보하기 위하여, 장벽의 모든 손상을 예방하는 것이 필요하다. 따라서, 이러한 재료는 장벽의 적용 후에 얇게 썰거나 자르거나 또는 그와 같이 될 수 없다. 이와 관련하여, 또한 진공 단열된 패널(예를 들어, EP2910838 및 WO2016165984)이 언급될 필요가 있다. 이러한 재료는 동일한 단점을 가지고 있으며, 게다가 신축성이 없다.
중합체 매트릭스의 열 전도도 감소와 관련하여, 몇 가지 제한이 있다. 연질 엘라스토머 폼(FEFs) 내에서, 많은 양의 충전제, 난연제 및 기타 무기 첨가제가 매우 높은 난연성과 함께 원하는 특성을 얻기 위해 요구된다. 이러한 높은 난연성은 -특히 시트의 경우- FEFs 폼에 의해서만 달성될 수 있다. 불행히도, 열 전도도는 -특히 무기 충전제의- 중합체에 비해 상당히 높다. 따라서, 낮은 열전도도는 중합체 지분을 증가시킴으로써 달성될 수 있지만, 그렇지 않으면 난연성의 저하를 초래할 수 있다.
마지막으로, 또한 열 복사를 감소시킬 수 있다. 열 복사는 셀 내부 가스의 특성, 그들의 성분 및 폼의 셀 크기에 의해 영향을 받는다. 낮은 열 전도도 가스 또는 가스 혼합물을 사용하는 전술한 문제 때문에, 이러한 접근은 연질 폼이 요구되는 대부분의 절연 응용에 유용하지 않다. 따라서, 오직 셀 크기의 감소가 열 복사를 감소시키기 위해 남겨진다. 지난 몇 년 동안에 많은 개선이 이루어졌음에도 불구하고, 상당한 진보는 가스 분자가 서로 상호 작용하지 않고 셀 표면 사이를 직선으로 움직일 때만 달성되었다. 이러한 효과는 크누센 흐름(Knudsen flow) 또는 크누센 확산(Knudsen diffusion)으로 알려져 있다. 가스 분자의 평균 자유 경로의 지수 및 셀의 직경이 ＜0.5 일 때, 열 복사는 더 이상 발생하지 않는다. 이러한 특성을 얻기 위하여, 셀 크기는 나노 미터 범위로 필요하다(셀 가스 및 온도에 의존하여 상세히). 이러한 재료의 가공이 어렵고, 상당히 더 높은 폼 밀도(동일한 부피와 관련하여 더 많은 양의 셀 벽을 유발하여, 셀 벽이 현저하게 얇아짐) 및 유연성의 부족 때문에, 그들은 연질 엘라스토머 폼(FEFs)의 대안이 되지 않는다.
상업적으로 이용 가능한 연질 엘라스토머 폼(FEFs)은 현재 DIN EN ISO 8497/DIN EN 12667(예를 들어, AF/Armaflex®, Kaiflex® KKplus, K-Flex® ST)에 따라 0℃에서 0.033 W/m*K 이하의 열전도도를 달성한다. FEFs 또는 낮은 열 전도도의 일반적인 연질 절연 폼은 이용 가능하지 않으며, 특히 적어도 "C-s3, d0", 바람직하게는 "B-s3, d0"의 EN 13501-1("SBI- 테스트")에 따라 높은 난연제 특성이 있을 때 필요하다(예를 들어, EP2450398 및 EP2261305). 다른 디자인 기반의 특징은 개선된 열 전도도, 예를 들어, 추가 공극률(US20040126562)의 도입과 같은 것을 위해 과거에 도입되었지만, 개선이 매우 상당하지는 않았다.
FEFs의 절연 특성에 대한 요구가 증가하기 때문에, 벽 두께 및 그에 따라 필요한 공간이 영구적으로 증가한다. 이는 설치를 위한 총 필요 공간의 증가를 야기하고, 따라서 이용 가능한 공간을 -특히 선박, 산업 시설, 건물 등의 내부- 좁게 하므로, 벽 두께가 얇을 때 동등한 절연 성능을 달성할 수 있는 절연 재료는 막대한 수요가 있다.
따라서, 연질 엘라스토머 폼이 ≤0.031 W/m*K, 바람직하게는 0℃에서 ≤0.030 W/m*K(DIN EN ISO 8497/DIN EN 12667에 따라)의 개선된 절연 특성을 가지며, 그 동안에 적어도 현재의 저밀도(DIN EN ISO 845에 따라 ≤60 kg/m3, 바람직하게는 ≤55 kg/m3, 특히 ≤50 kg/m3)를 유지하고, ASTM E84에 따라 A 등급(25/450)인 것에 더하여 EN 13501-1에 따라 적어도 "C-s3, d0", 바람직하게는 적어도 "B-s3, d0"의 탁월한 내염성을 성취한다.
놀랍게도, 전술한 단점을 나타내지 않는 이러한 다목적 재료는 제1항에 따른 적어도 하나의 엘라스토머 및 적어도 하나의 중합체성 난연제를 포함하는 중합체(혼합물)를 팽창 및 가교 결합시킴으로써 달성될 수 있음이 밝혀졌다.
재료는 추가로 적어도 하나의 가교 결합제, 적어도 하나의 화학적 발포제, 적어도 하나의 충전제 및 임의로 추가의 첨가제를 포함하며, 이는 각각의 적용 분야에서 현대의 규정 및 승인을 충족시키기 위한 것이다. 이 재료는 DIN EN ISO 845에 따라 ≤60 kg/m3, 바람직하게는 ≤55 kg/m3, 특히 바람직하게는 ≤50 kg/m3의 최종 제품 밀도까지 연속적으로 압출, 가교 결합 및 팽창될 수 있다.
본 재료는 적어도 한 층의 팽창된 중합체(혼합물)를 포함한다. 본 재료와 관련된 모든 양은 중합체 함량의 총 100 phr과 연관되어 있다. 본 발명에 따른 중합체 함량은 중합체성 난연제를 포함하지 않는다.
재료의 총량도 중합체의 전술한 100 phr을 항상 포함한다. 모든 성분의 총량은 적어도 200 phr, 바람직하게는 적어도 300 phr, 그러나 1000 phr 미만, 바람직하게는 700 phr 미만까지 합산된다. 이러한 양은 처리 중에 분해되긴 하지만, 화학적 발포제의 양을 포함한다. 즉, 모든 성분의 총량과 관련된 중합체 함량은 ≤50 wt%, 바람직하게는 ≤33.3 wt%, 그러나 ≥10.0 wt%, 바람직하게는 ≥14.3 wt%이다. 주어진 백분율은 소수 첫째 자리로 반올림된다.
중합체 함량의 100 phr은 적어도 하나의 엘라스토머 또는 열가소성 수지/엘라스토머-혼합물을 포함하며, 그 중 적어도 하나는 황 및/또는 금속 산화물 가교 성 엘라스토머이다. 바람직한 것은 적어도 하나의 황 및/또는 금속 산화물 가교성 엘라스토머 및 적어도 하나의 할로겐화된, 바람직하게는 염소화된 열가소성 수지의 조합이다. 특히 바람직한 것은 -한편으로- 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및/또는 폴리클로로프렌(CR) 및/또는 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 및 -한편으로- 폴리비닐 클로라이드(PVC, 이의 공중합체 및 삼원공중합체를 포함하는) 및/또는 염소화된 폴리에틸렌(CPE)을 포함하는 혼합물이다. 이러한 혼합물은 바람직하게는 적어도 80 phr까지 합산된다. 최상의 결과는 NBR/PVC, NBR/CPE, CR/CPE 또는 EPDM/CPE의 혼합물로도 얻을 수 있다.
추가적으로, 본 재료의 중합체 함량은 모든 종류의 엘라스토머 또는 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있으며, ACM/AEM(아릴계 엘라스토머), AU/EU (폴리우레탄), BR(부타디엔 고무), BIIR(브로모부틸 고무), CIIR(클로로부틸 고무), (G)(E)CO(에피클로로히드린 엘라스토머), EP(D)M(에틸렌 프로필렌(디엔)고무), EVM(에틸렌/비닐아세테이트 공중합체), SBR(스티렌 부타디엔고무), (H)NBR((수소화된)니트릴 부타디엔고무), FKM/F(E)PM(플루오로 엘라스토머), GPO(프로필렌 옥사이드 고무), IR(이소프렌 고무), IIR(이소부틸렌 이소프렌 고무), (V)MQ(실리콘 고무), NR(천연 고무), T(폴리설파이드 고무)와 같은 것이다. 추가로, 본 재료는 추가의 중합체를 포함할 수 있으며, PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), PC(폴리카보네이트), PS(폴리스티렌), PA(폴리아미드), PU(폴리우레탄), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트) 등과 같은 것이다. 바람직하게는 적어도 폴리부타디엔(부타디엔 고무, BR)의 3 phr이 가공성 및 경화를 개선시키는데 사용된다. BR은 그것의 높은 경화 속도 때문에 가황 처리 및 팽창의 초기 단계에서 가스 기밀성을 향상시킬 것이며, 이는 특히 높은 아크릴로니트릴 함량의 CR 또는 NBR 등급을 사용할 때 이다.
아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR)는 15-50 중량%, 바람직하게는 20-35 중량%의 아크릴로니트릴 함량을 가지며, 이는 PVC와의 최상의 적합성 및 이 수준에서의 안정된 특성(경화 속도, 저온 유연성 등) 때문이다. 무니(Mooney) 점도(100℃에서 ML1+4)는 20 내지 100, 바람직하게는 40 내지 80 무니 단위이다. 폴리클로로프렌(CR)은 황(sulphur)-, 크산토겐(xanthogen)- 또는 머캅탄(mercaptan)- 변형된 유형의 그룹으로부터 선택될 수 있고, 바람직한 것은 머캅탄 변형된 등급이다. 폴리클로로프렌은 25 내지 125 무니 단위, 바람직하게는 35 내지 70 무니 단위의 무니 점도(100℃에서 ML1 + 4)를 가지고 사용될 수 있다. 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)는 터모노머(디엔)로서 에틸리덴 노보넨(ENB)을 포함한다. 디엔 함량은 >2 wt%, 바람직하게는 >5 wt%이다. 20 내지 100, 바람직하게는 20 내지 80 무니 단위의 무니 점도(100℃에서 ML1 + 4)가 적합하다.
PVC는 동종(homo)-, 공(co)- 또는 삼원공중합체(terpolymer) 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 예를 들어, PVC(폴리비닐 클로라이드), PVC/EVA(폴리비닐 클로라이드/에틸렌 비닐 아세테이트), PVC/VA(폴리비닐 클로라이드/비닐 아세테이트) 등과 같다. 염소화된 폴리에틸렌 동종중합체(CPE)는 적어도 20 wt%, 바람직하게는 적어도 25 wt%, 특히 바람직하게는 적어도 35 wt%(ISO 1158에 따라)의 염소 함량을 나타낸다. 25 wt% 또는 그 이상의 염소 함량은 엘라스토머성 행동의 재료로 유도하며, 적어도 35 wt%의 염소 함량은 폴리에틸렌 세그먼트의 결정성을 없애고, 보다 높은 신축성/탄성의 재료로 유도한다.
본 재료는 추가로 적어도 하나의 중합체성 난연제의 적어도 40 phr, 바람직하게는 적어도 55 phr을 포함한다.
중합체성 난연제는 할로겐, 바람직하게는 적어도 50 wt%, 바람직하게는 적어도 60 wt%, 특히 바람직하게는 적어도 70 wt%의 브롬 함량을 갖는다.
이러한 높은 브롬 함량의 중합체성 난연제는 통상적인, 예를 들어, 데카브로모디페닐 에테르(Deca-BDE)와 같은 브롬계 난연제의 치환을 가능하게 한다. 이러한 치환은 놀랍게도 예를 든 Deca-BDE가 높은 브롬 함량을 갖지만 본 재료의 난연성 특성을 손상시키지 않았다.
중합체성 난연제는 바람직하게는 방향족 구조(예를 들어, 브롬화된 에폭시 중합체 및 브롬화된 폴리페닐 에테르)이고, 특히 바람직한 것은 브롬화된 폴리페닐 에테르이며, 이의 높은 브롬 함량, 유리 전이 온도 및 온도 저항성 때문에 100℃ 이상의 적용 온도에서도 EFEs에 사용 가능하도록 만든다.
중합체 및 적어도 하나의 중합체성 난연제의 지분은 -모든 성분의 총량과 관련하여- ≥20 wt%, 바람직하게는 ≥30 wt%까지 합산된다.
할로겐화된 폴리페닐 에테르는 예를 들어, 폴리아미드(US4873276), ABS 및 폴리카보네이트(US8889770 및 US4355126)의 고체 열가소성 수지의 난연성을 개선하기 위해 과거에 사용되어 왔으며, 최근 폴리올레핀(US2011184107) 또한 사용되어 왔다. 가장 최근에서야 이러한 첨가제가 폼 용도, 더욱 구체적으로는 폴리에틸렌계의 폼화 비드(US20160009888)에 성공적으로 사용되었으나, 열 전도도에서의 개선은 본 발명 이전에는 보고된 바 없다. 향상된 셀 크기는 압출된 스티렌계 폼(US2016229970)의 경우에만 보고되었으며, 브롬화된 중합체에서 브롬의 수준은 본 발명보다 현저히 낮고, 난연성은 현저하게 나빠진다.
본 재료는 추가로 적어도 하나의 무기 충전제(카본 블랙을 포함하는), 바람직하게는 금속 및/또는 반금속 칼코겐(즉, 산소, 황의 화합물) 기질의 적어도 60 phr, 바람직하게는 적어도 100 phr, 특히 바람직하게는 적어도 150 phr을 포함할 수 있다. 무기 충전제는 알루미늄 화합물일 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄 실리케이트, 산화물, 수산화물 등, 예를 들어, ATH(수산화 알루미늄), 및/또는 실리콘계의 화합물, 예를 들어, 규산염, 석영, 제올라이트 등, 또는 그에 따른 계의 미네랄, 예를 들어, 석고, 점토, 헌타이트, 하이드로마그네사이트, 펄라이트, 질석, 초크, 슬레이트, 흑연, 활석/운모 등, 또는 이들의 임의의 혼합물이다. 바람직한 것은 80℃ 이상의 온도에서 물을 방출하거나, 또는 180℃ 이상의 온도에서 이산화탄소, 일산화탄소 등을 방출하여 화염의 산소 공급을 희석 또는 억제하여 불을 진정하게 하는 무기 충전제이다. 특히 바람직한 것은 수산화 알루미늄(ATH), 수산화 마그네슘, 헌타이트 및 하이드로마그네사이트이며, 수분 방출의 높은 수준 때문이다. 추가로, 이러한 재료는 연기 발생을 증가시키지 않는다.
본 재료는 적어도 하나의 가소제의 -중합체 함량과 관련한- 적어도 15 phr, 바람직하게는 적어도 25 phr, 특히 바람직하게는 적어도 35 phr를 포함할 수 있다. 가소제는 난연성에 긍정적인 영향을 미쳐야 한다. 따라서, 바람직한 가소제는 인산염 가소제 또는 염소화된 가소제 또는 이들의 혼합물이다. 염소화된 가소제는 바람직하게는 클로로파라핀 및/또는 염소화된 지방산 치환된 글리세린 및/또는 염소화된 알파-올레핀이며, DIN 53474에 따라 염소 함량이 적어도 20 wt%, 바람직하게는 적어도 30 wt%, 특히 바람직하게는 적어도 40 wt%를 갖는 것이다. 특히 바람직한 것은 C> 17(LCCP)의 장쇄 염소화된 가소제이다.
이러한 고도의 염소화된 장쇄 재료는 가장 큰 난연성 영향을 가지며, -단기 또는 중간 사슬 염소화 가소제와 달리- 지속성, 생체 축적성 또는 독성이 없다. 게다가, 이러한 가소제는 상온(19~23℃)에서 여전히 액체이므로 낮은 처리 온도(<80℃)에서도 점도가 크게 감소한다. 추가로, 이러한 가소제는 브롬화된 난연제와 비교하여 연기 발생에 대한 부정적 영향이 상당히 적다.
인산염 가소제는 지방족, 클로로지방족 또는 방향족 인산 에스테르 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 바람직한 것은 높은 인 함량(>5 wt%, 바람직하게는 >8 wt%) 및 낮은 연기 발생의 인산 에스테르가 바람직하며; 특히 바람직한 것은 디페닐 2-에틸헥실 포스페이트(DPO)이며, 이는 미미한 연기 방출, 우수한 가소화 효과 및 낮은 온도 저항성 때문이다.
본 재료는 할로겐 함유 가소제/중합체 및 중합체성 난연제를 위한 적어도 하나의 상승제를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 안티몬 트리옥사이드, 주석아연, 아연 히드록시스테네이트, 2,3-디메틸-2,3-디페닐부탄, 붕산아연, 비스부스 산염화물 등이다. 바람직한 것은 안티몬(Sb) 및/또는 아연(Zn)계 재료, 특히 바람직한 것은 안티몬 트리옥사이드 및/또는 주석아연이다. 상승제는 연기 억제 및/또는 방열과 관련하여 발화 반응에서 난연제의 효율을 증가시킨다. 원하는 화염 보호의 등급에 의존하여, 상승제와 통상적인 난연제의 조합만이 원하는 결과를 달성할 수 있다. 할로겐화된 난연제와 조합된 삼산화 안티몬을 사용할 때, 최고 수준의 난연성을 달성할 수 있으며, 반면에 주석아연의 사용은 적은 연기 발생을 이끌어낸다. 중합체성 할로겐화된 난연제 및 상승제 사이의 중량비는 10:1 내지 1:1, 바람직하게는 7:1 내지 2:1이다. 이러한 비율은 난연성과 비용 간의 최상의 균형을 제공한다.
본 재료는 추가로 적어도 하나의 가교 결합 시스템을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 과산화물, 트리알릴시아누레이트, 트리알릴이소시아누레이트, 페닐말레이미드, 티아디아졸, 지방산 아미드, 하이드로실릴화제, 방사선 활성제(방사선 또는 UV 경화를 위한), 황 시스템, 비스페놀릭, 금속 산화물 등이다. 바람직한 것은 황 및/또는 금속 산화물 가교 시스템이며, 이는 가공 용이성 및 기계적 특성과 비용 사이의 최상의 균형 때문이다.
본 재료는 추가로 유기 발포제 및/또는 무기 발포제의 부류로부터 선택된 적어도 하나의 화학적 발포제(예를 들어, 이산화탄소, 질소 또는 산소를 방출)를 포함할 수 있다. 바람직한 것은 니트로소 유형, 아조 유형 및/또는 방향족 히드라지드 유형, 특히 바람직한 것은 아조디카본아미드와 같은 아조 유형 발포제의 유기 발포제이다.
본 재료는 추가로 열 및/또는 회귀 안정제 시스템을 포함할 수 있다. 안정제는 카본 블랙, 금속 산화물(예를 들어, 산화철) 및 수산화물(예를 들어, 수산화 마그네슘), 금속 유기 복합체, 라디칼 소거제(예를 들어, 토코페롤 유도체), 복합 실리케이트(예를 들어, 펄라이트, 질석), 및 이들의 조합의 부류로부터 선택될 수 있다.
본 재료는 추가로 살균제, 안정제(예를 들어, UV, 오존, 원상태로의 회귀 등에 대한), 색소 등과 같은 성분을 임의의 비율에서 임의의 종류로 포함할 수 있고, 제조, 응용 및 성능을 개선시키기 위한 첨가제, 예를 들어, 억제제, 지연제, 촉진제 등을 포함한다. 본 재료는 숯 형성을 위한 첨가제 및/또는 팽창성 첨가제, 예를 들어, 팽창 흑연을 추가로 포함할 수 있으며, 일반적인 보호 목적 및/또는 예를 들어 벽 및 격벽 침투를 닫거나 보호하기 위함이다. 게다가, 본 재료는 화재 시 자체 세라믹화 효과를 나타내는 물질, 실리콘 함유 화합물 및/또는 동시-압출 및 동시-적층 용도에서 자기 접착성을 보장하기 위한 내부 접착 촉진제, 예를 들어, 실리케이트 에스터, 기능성 실란, 폴리올 등을 포함할 수 있다.
전술한 모든 성분은 정량의 넓은 범위에서 용이한 혼합 및 양호한 분산을 나타낸다.
본 재료는 고무 산업에 널리 보급된 표준 방법, 예를 들어, 내부(Banbury®) 혼합기, 단일- 또는 이중- 압출기 또는 분쇄기로 혼합될 수 있고, 바람직한 것은 내부 혼합기이다. 본 재료의 성형은 압출기, 프레스(presse), 캘린더(calander) 등에서 수행될 수 있다. 바람직한 것은 압출기이며, 이는 시트 및 튜브를 쉽게 형성할 수 있고, 열풍 오븐, 전자 레인지, 염욕 등의 내에서 그들을 경화 및 팽창할 수 있기 때문이다. 바람직한 것은 열풍 및 전자레인지이며, -다른 것들 중에서도- 추가 청소 단계가 필요하지 않기 때문이다.
본 재료는 DIN EN ISO 845에 따라 ≤60 kg/m3, 바람직하게는 ≤55 kg/m3, 특히 바람직하게는 ≤50 kg/m3 밀도로 확장 및 가교 결합될 수 있다. ≤55 kg/m3 또는 심지어 ≤50 kg/m3의 밀도가 재료 소비가 적기 때문에 열 전도도를 낮추고 비용을 낮추도록 이어지므로 바람직하다.
본 재료의 주요 장점은 열 및 소리 절연 적용에 우수한 적합성이다. DIN EN ISO 8497/DIN EN 12667에 따라, 재료는 0℃에서 ≤0.031 W/m*K의 열 전도도(λ 값)를 달성한다. 밀도가 낮은 것이 인식될 수 있기 때문에, 밀도가 ≤50 kg/m3일 때 열 전도도는 0℃에서 ≤0.030 W/m*K 까지 줄일 수 있다. 이러한 낮은 열전도도는 -통상적인 FEFs에 비하여- 절연에 필요한 공간을 10% 이상 줄일 수 있다.
본 재료의 두드러진 장점은 낮은 화염 확산이 요구되는 곳에 적용이 적합하다는 것이다. 본 재료는 ASTM E84/CAN ULC S 102에 따라 A 등급(25/450)으로 분류된다.
다양한 분류 수준은 EN ISO 13823(SBI- 테스트)에 따라, 충전제, 난연제, 상승제 등의 사용 및 비율에 의존하여 달성할 수 있다. 본 재료는 적어도 CL-s3, d0/C-s3, d0로 분류되고, BL-s3, d0/B-s3, d0 분류뿐만 아니라 B-s2, d0 및 BL-s2, d0/BL-s1, d0도 실현 가능하다. 전술한 모든 분류는 추가적인 피복, 코팅, 후 처리 또는 이와 같은 것 없이 달성될 수 있다.
본 재료의 연계된 장점은 이러한 분류를 여전히 산업에서 광범위하고 표준적인 디브로모디페닐 에테르(Deca-BDE)와 같은 통상적인 브롬화된 또는 붕소 함유 난연제를 사용하지 않고도 달성할 수 있다는 것이다. 이러한 난연제의 다수는 인간 및 환경 모두에 대한 지속성, 생물 축적성 및 유독성을 의심받는다.
본 재료의 두드러진 장점은 CPE, PVC 및 중합체성 난연제의 연화로 인해 경화/팽창하는 동안 점도가 상당히 감소한다는 것이고, 발열 팽창 과정에 의해 생성된 초과 엔탈피를 흡수한다는 것이다. 이는 매우 안정적이고 잘 견디며 견고한 제조 공정을 이끌어 낸다. 또한, CPE, PVC 및 중합체성 난연제는 냉각 시 폼을 안정화시키며, 이는 향상된 강도 및 감소된 수축을 이끌어 낸다.
본 재료의 또 다른 장점은 많은 양의 PVC 및/또는 이의 공중합체(들) 및/또는 삼원공중합체(들)의 사용의 가능성이며, 이는 저비용으로 대량으로 이용 가능하고, 난연성을 개선시킨다.
본 재료의 또 다른 장점은 지속성, 생물 축적성 및 유독성이 의심되는 프탈레이트 가소제, 단쇄 또는 중간 사슬 클로로파라핀(C <18) 등과 같은 통상적인 가소제가 필요하지 않다는 것이다.
본 재료의 추가적인 장점은 설치 도중에 빠르고 용이한 적용을 이끌어 내는 우수한 신축성, 절단성 및 접착성이다.
본 재료의 두드러진 장점은 표준 폴리클로로프렌계 접촉 접착제, 아크릴레이트 및/또는 스티렌 블록 공중합체 기반의 압력 민감성 접착제(PSA) 및/또는 고온 용융 접착제로 쉽게 접착될 수 있는 것이며, 이는 공기 및 물이 통하지 않는 밀봉을 이끌어 낸다.
본 재료는 EN 13469/EN 12086에 따라 ≥5.000, 바람직하게는 ≥7.000, 특히 바람직하게는 ≥10.000의 높은 수증기 투과(WVT) 값을 제공한다. 이러한 WVT 값은 Deca-BDE와 같은 통상적인 브롬화된 난연제 또는 클로로파라핀과 같은 염소화된 것들 대신에 브롬화된 중합체성 난연제를 사용할 때 증가된다. 이 때문에, 폼의 낮은 열 전도도로 인해 적용될 수 있는 보다 얇은 벽 두께는 증가된 WVT 값에 의해 결정되는 동일하거나 더 우수한 수증기 장벽 특성을 나타낸다.
따라서, 재료는 저온 절연(＜0℃)을 위해 사용될 수 있으며, 이는 절연할 대상이 습기의 응축을 통한 절연 부식(UIC)으로부터 잘 보호되기 때문이다.
본 재료의 연계된 장점은 ASTM D 1056에 따라 <5.0%, 바람직하게는 <2.5%의 진공 수분 흡수율에 의해 결정되는 폐쇄된 셀의 높은 수준을 갖는 것이다.
본 재료의 또 다른 장점은 생산 설비에 관한 다목적성이다. 이는 연속 공정, 예를 들어, 압출 또는 공동-압출에 의해 경제적으로 생산될 수 있다. 이 재료는 또한 단층 또는 다층 시스템으로서 직접적으로 라미네이트, 모울드, 공동 모울드, 오버 모울드, 용접 등이 될 수 있으며, 따라서 열 성형 또는 다른 성형 방법에 의해서도 자동차, 운송, 항공, 건축 및 건설, 해양 및 오프 쇼어, 가구, 기계 공학 및 많은 여러 산업에서 다양한 표면에 무제한의 형태로 적용될 수 있다. 본 재료는 특히 다양한 벽 두께 및 내부 직경에서 연속 공정으로 튜브 및 시트의 형태로 제조될 수 있고, 가장 적합한 벽 두께는 3 내지 50 mm이다.
본 발명에 따른 하기 실시예 및 비교예는 3 단계 공정으로 제조되었다: 먼저 화합물의 혼합, 그 후 압출(성형) 및 최종 팽창 및 가교.
화합물은 10분의 평균 혼합 시간, PVC를 포함한 화합물을 위해 145℃의 평균 덤핑 온도 및 PVC가 없는 화합물을 위해 120℃로 내부 혼합기에서 혼합하였다. 화합물을 추가로 롤러 밀로 균질화시키고, 가교 시스템 및 발포제(팽창제)로서 아조디카본아미드를 상기 단계 중에 첨가하였다.
압출은 비팽창된 시트 및 튜브를 제공하는 스트립 공급 단일 스크류 진공 압출기 상에서 수행하였다. 이들을 5개의 오븐의 열풍 오븐 캐스케이드에서 25 mm의 벽 두께의 시트, 및 25 mm의 벽 두께 및 22 mm의 내경의 튜브로 가교 결합시키고 동시에 팽창시켰다. 표 1은 화합물에 사용된 원료를 나열한다. 표 2는 평가된 화합물의 레시피에 대한 개요를 제공하고 표 3 및 표 4는 발포되고 가교 결합된 재료의 기술적 특성을 포함한다.
원료 재료
화학명 상표명 공급자
폴리클로로프렌(Polychloroprene: CR) 네오프렌® WM-1(Neoprene® WM-1) 듀퐁®(DuPont®), 미국
아크릴로나이트릴 부타디엔 고무(Acrylonitrile butadiene rubber: NBR) 유로프렌®(Europrene®) N 2860 폴리메리 유럽(Polimeri Europe), 이탈리아
부타디엔 고무(Butadiene rubber: BR) 부나®(Buna®) CB 24 F 랑세스(Lanxess), 독일
폴리비닐 클로라이드(Polyvinyl chloride: PVC) 빈노리트®(Vinnolit®) S3265 빈노리트(Vinnolit), 독일
비닐 클로라이드 비닐 아세테이트 공중합체(Vinyl chloride vinyl acetate copolymer: PVC/VA) 카네비닐™(Kanevinyl™) MB 1008 카네카(Kaneka) 코퍼레이션, 일본
염소화된 폴리에틸렌(Chlorinated polyethylene: CPE) 엘라슬렌®(Elaslen®) 401AY 쇼와 덴코(Showa Denko), 일본
클로로파라핀(Chloroparaffin: CP1) 크레클로르®(Creclor®) 46 이너스® 클로르 엘티디.(Ineos® Chlor Ltd.), 스위스
클로로파라핀(Chloroparaffin: CP2) 호르다플렉스® (Hordaflex®) LC 70 레우나 텐시드 게엠베하(Leuna Tenside GmbH), 독일
디페닐-2-에틸헥실 인산염(Diphenyl-2-ethylhexyl phosphate: DPO) 디스플라몰®(Disflamoll®) DPO 랑세스, 독일
카본 블랙(Carbon black: CB) 코락스®(Corax®) N550 에보닉 인더스트리(Evonik Industries), 독일
수산화 알루미늄(Aluminium hydroxide: ATH) 알루밀®(AluMill®) F280 유럽 미네랄스(Europe Minerals), 네덜란드
휴니트/하이드로마그네사이트 혼합물(Hunite/hydromagnesite mixture: HH) 시큐록®(Securoc®) C10 안케포트(Ankeport), 네덜란드
안티몬 트리옥사이드(Antimony tridoxide: ATX) 트리옥스®(Triox®) 프로두이츠 키미큐 데 루세트(Produits Chmiques de Lucette), 프랑스
아조디카본아미드(Azodicarbonamide: ADC) 유니셀®(Unecell®) D 300K 트라마코(Tramaco), 독일
데카브로모디페닐 에테르(Decabromodiphenyl ether: Deca-BDE) 세이텍스®(Saytex®) 102 E 알베마를레(Albemarle), 프랑스
브롬화된 폴리페닐 에테르(Brominated polyphenyl ether: BPPE) 에메랄드 이노베이션™(Emerald Innovation™) 1000 그레이트 레이크스(Great Lakes), 미국
트리브로모페놀 말단-캡 브롬화된 에폭시(Tribromophenol end-capped brominated epoxy: ECBE) F-3014 ICL 인더스트리얼 프로덕트(ICL Industrial Products), 이스라엘
비교 및 혁신적 중합체성 재료
1* 2* 3* 4 5 6 7 8
아크릴로니릴 부타디엔 고무(NBR) 60.0 - 60.0 60.0 60.0 60.0 - -
폴리클로로프렌(CR) - 70.0 - - - - 70.0 70.0
부타디엔 고무(BR) 5.0 10.0 5.0 5.0 5.0 5.0 10.0 10.0
폴리비닐 클로라이드(PVC) 15.0 - 15.0 15.0 15.0 15.0 - -
비닐 클로라이드 비닐 아세테이트 공중합체(PVC/VA) 20.0 - 20.0 20.0 20.0 20.0 - -
염소화된 폴리에틸렌(CPE) - 20.0 - - - - 20.0 20.0
클로로파라핀(CP1) 60.0 5.0 60.0 60.0 60.0 60.0 5.0 5.0
클로로파라핀(CP2) - 80.0 - - - - 30.0 5.0
디페닐-2-에틸헥실 포스페이트(DPO) 5.0 - 5.0 5.0 5.0 5.0 - -
카본 블랙(CB) 10.0 1.0 10.0 10.0 10.0 10.0 1.0 1.0
수산화 알루미늄(ATH) 60.0 220.0 60.0 60.0 60.0 60.0 220.0 220.0
휴니트/히드로마그네사이트 혼합물(HH) 40.0 - 40.0 40.0 40.0 40.0 - -
안티몬 트리옥사이드(ATX) 7.0 3.0 7.0 7.0 7.0 7.0 3.0 3.0
아조디카본아미드(ADC) 48.0 50.0 48.0 48.0 48.0 48.0 50.0 50.0
데카브로모디페닐 에테르(Deca-BDE) 63.0 - 38.0 18.0 18.0 - - -
브롬화된 폴리페닐 에테르(BPPE) - - 25.0 45.0 - 63.0 50.0 75.0
트리브로모페놀 말단-캡 브롬화된 에폭시(ECBE) - - - - 45.0 - - -
첨가제(Additive), 가교 결합제(crosslinking agent) 등(AD) 30.0 28.0 30.0 30.0 30.0 30.0 28.0 28.0
∑ 423.0 487.0 423.0 423.0 423.0 423.0 487.0 487.0
* = 비교예
표 3은 밀도(DIN EN ISO 845에 따른), 0℃에서 열 전도도(DIN EN ISO 8497/DIN EN 12667에 따른) 및 수증기 투과율(WVT, EN 13469/EN 12086에 따른)을 나타낸다.
중합체성 난연제는 가교 결합 및 팽창된 절연 폼의 열전도도에 중요한 영향을 미친다는 점을 분명히 언급한다. 또한, WVT 값도 증가하며, 이는 재료를 통한 수증기 투과율의 감소를 의미한다.
기술적 특징
재료 밀도 열 전도도 WVT
[kg/m3] 0℃에서 [W/(m*k)]
1* 48 0.0325 11300
2* 58 0.0352 8400
3* 49 0.0328 11200
4 48 0.0302 12500
5 50 0.0309 11300
6 48 0.0291 13100
7 52 0.0309 9100
8 49 0.0298 10300
* = 비교예
표 4는 연소 행동이 충분한 양의 중합체성 브롬화된 난연제가 사용되는 경우에도 부정적인 영향을 받지 않음을 보여준다. 연기 발생은 데카브로모디페닐 에테르와 같은 기존의 브롬화된 난연제를 대체할 때 오히려 감소될 수 있다.
인화성 시험 결과
재료 SBI(EN 13823) ASTM E 84
시트 튜브 시트
1* B-s3, d0 BL-s3, d0 10/300
2* B-s2, d0 BL-s1, d0 10/25
3* B-s3, d0 BL-s3, d0 15/300
4 B-s3, d0 BL-s3, d0 15/130
5 B-s3, d0 BL-s3, d0 15/200
6 B-s3, d0 BL-s2, d0 10/70
7 B-s2, d0 BL-s2, d0 15/30
8 B-s2, d0 BL-s1, d0 20/40
* = 비교예

Claims (17)

  1. 통틀어 적어도 200 phr 또는 적어도 300 phr, 그러나 1000 phr 미만 또는 700 phr 미만의 성분으로 구성된 것으로,
    a. 적어도 하나는 황 및/또는 금속 산화물 가교성 엘라스토머인 적어도 하나의 중합체의 100 phr; 및
    b. 적어도 하나의 중합체성 난연제 또는 브롬화된 중합체성 난연제의 적어도 40 phr 또는 적어도 55 phr을 포함하는 팽창된 중합체성 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머는 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및/또는 폴리클로로프렌(CR) 및/또는 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)를 적어도 50 phr 포함하는 것인 재료.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중합체의 100 phr은 3:1 내지 1:10의 비율(엘라스토머에 대한 열가소성 수지의 비율)에서 적어도 하나의 열가소성 수지 또는 할로겐화된 열가소성 수지 및 적어도 하나의 황 및/또는 금속 산화물 가교성 엘라스토머의 혼합물의 적어도 80 phr를 포함하는 재료.
  4. 제3항에 있어서, 상기 혼합물의 80 phr은
    a. 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 폴리비닐 클로라이드(공중합체 및 삼원공중합체를 포함하는, PVC) 또는
    b. 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 및 염소화된 폴리에틸렌(CPE) 또는
    c. 폴리클로로프렌(CR) 및 염소화된 폴리에틸렌(CPE) 또는
    d. 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 및 염소화된 폴리에틸렌(CPE)으로 구성되는 재료.
  5. 제1항에 있어서, 상기 재료는 DIN EN ISO 8497/DIN EN 12667에 따라 0℃에서 ≤0.031 W/m*K 또는 0℃에서 ≤0.030 W/m*K의 열 전도도(λ 값)을 갖는 재료.
  6. 제1항에 있어서, 상기 브롬화된 중합체성 난연제는 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 또는 적어도 70 중량%의 브롬 함량을 갖는 재료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 브롬화된 중합체성 난연제는 방향족 구조를 갖거나, 또는 브롬화된 폴리페닐 에테르인 재료.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중합체 및 중합체성 난연제의 비율은 -모든 성분의 총량과 관련하여- ≥20 중량%까지 또는 ≥30 중량%까지 합산되는 재료.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 60 phr, 적어도 100 phr, 또는 적어도 150 phr의 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 재료.
  10. 제1항에 있어서, 재료 내에 적어도 15 phr, 적어도 25 phr, 또는 적어도 35 phr로 존재하는 적어도 하나의 가소제를 포함하는 재료.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 황 및/또는 금속 산화물 가교 결합 시스템에 의해 가교 결합된 재료.
  12. 제1항에 있어서, 중합체성 난연제에 대한 적어도 하나의 상승제를, 안티몬(Sb) 및/또는 아연(Zn)계 재료를, 또는 삼산화 안티몬 및/또는 주석아연을 포함하는 재료.
  13. 제1항에 있어서, DIN EN ISO 845에 따라 <60 kg/m3, <55 kg/m3, 또는 <50 kg/m3의 밀도로 팽창된 재료.
  14. 제1항에 있어서, ASTM D 1056에 따라 진공 흡수율에 의해 결정된 <5.0% 또는 <2.5%의 폐쇄 셀 구조를 갖는 재료.
  15. 제1항에 있어서, ASTM E84/CAN ULC S 102에 따라 "A 등급" 난연제로 분류되는 및/또는 EN ISO 13823에 따라 CL-s3, d0/C-s3, d0, BL-s3, d0/B-s3, d0, 또는 BL-s2, d0로 분류되는 재료.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 재료의 제조 공정으로, 상기 중합체성 재료는 화학물질 발포제의, 니트로소 유형, 아조 유형 및/또는 방향족 히드라지드 유형의 화학물질 발포제의, 또는 아조디카본아미드의 분해에 의해 팽창된 공정.
  17. 열 및/또는 소리 절연에서의 용도를 위한 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 재료를 포함하는 조성물.
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