Cable auto-extinguible de baja formación de humo y composición retardadora de llama que comprende hidróxido de magnesio natural.

Un cable con propiedades auto-extinguibles, que comprende un conductor y un revestimiento de retardador de llama,

en el que dicho revestimiento de retardador de llama comprende: a) una matriz polimérica que se escoge entre el grupo que consiste en polímeros y copolímeros de olefinas C2 a C8 (α-olefina), resina de copolímero de etileno-acetato de vinilo y resina de copolímero de etilenoacrilato de butilo; y b) partículas de hidróxido de magnesio natural que tienen un tamaño medio de partícula (d50) de 0, 5 μm a 5, 0 μm, y un diámetro medio de poro (4V/A) menor o igual a 0, 35 μm.

Cable auto-extinguible de baja formación de humo y composición retardadora de llama que comprende hidróxido de magnesio natural La presente invención se refiere a cables, en particular para distribuciones de energía eléctrica de bajo voltaje o para telecomunicaciones, que tienen propiedades auto-extinguibles de baja formación de humo, y a composiciones retardadoras de llama que se usan en los mismos.

Los cables auto-extinguibles se pueden producir de forma que presenten un revestimiento retardador de llama preparado a partir de una composición de polímero a la cual se han añadido propiedades de resistencia al fuego mediante la incorporación de un aditivo apropiado. Se pueden usar para este fin, por ejemplo, composiciones basadas en poliolefinas basadas, por ejemplo, en polietileno o copolímeros de etileno/acetato de vinilo, que contienen un haluro orgánico combinado con trióxido de antimonio como aditivo retardador de llama. No obstante, los aditivos retardadores de llama halogenados presentan muchos inconvenientes debido a que se descomponen parcialmente durante el procesado del polímero, dando lugar a un aumento de los gases halogenados que resultan tóxicos para los trabajadores y que corroen las partes metálicas del equipamiento de procesado del polímero. Además, cuando se colocan directamente al fuego, su combustión dar lugar a grandes cantidades de humos que contienen gases tóxicos. Se encuentran inconvenientes similares cuando se usa poli (cloruro de vinilo) (PVC) complementado con trióxido de antimonio como polímero de base.

Como se ha informado, por ejemplo, en el documento WO 99/05688, la producción de cables auto-extinguibles se ha dirigido hacia las composiciones que no contienen halógeno, que usan óxidos inorgánicos de carga como retardador de llama, preferentemente en forma de hidrato o de hidróxido, en particular hidróxido de magnesio o hidróxido de aluminio.

El hidróxido de aluminio comienza a descomponerse a temperatura relativamente baja (aproximadamente 190 ºC) , lo que puede dar lugar a varios inconvenientes durante la extrusión de la composición de polímero, con formación de burbujas y defectos en el producto final. Por tanto, de manera general, el uso de hidróxido de aluminio como retardador de llama se encuentra limitado a materiales poliméricos que no requieren temperaturas de procesado elevadas. Por el contrario, el hidróxido de magnesio presenta una temperatura de descomposición de aproximadamente 340 ºC y se caracteriza por una mayor estabilidad térmica y una elevada entalpía de descomposición. Estas propiedades hacen que el hidróxido de magnesio sea particularmente apropiado como carga de retardador de llama en composiciones de polímero para el revestimiento de cables, que requieren temperaturas de extrusión elevadas y un pequeño número de defectos morfológicos.

Con el fin de obtener un efecto retardador de llama eficaz, se deben añadir cantidades muy grandes de hidróxido de magnesio al material polimérico, generalmente de aproximadamente 120-150 partes en peso relativo a 100 partes en peso de material polimérico. Dichos niveles de hidróxido de magnesio como carga conducen a un incremento de la viscosidad del material polimérico y, como consecuencia de ello, a una prolongación del tiempo de fabricación. Además, dicha viscosidad creciente da lugar a un aumento de la temperatura del material polimérico durante la extrusión lo que, a su vez, puede provocar la degradación térmica del hidróxido de magnesio presente en el mismo.

Niveles elevados de hidróxido de magnesio también pueden conducir a la reducción en las propiedades mecánicas y elásticas de la mezcla polimérica resultante, en particular en lo que se refiere a la resistencia al impacto, estiramiento y tensión hasta rotura.

La reducción de las propiedades mecánicas y elásticas de la mezcla resultante se atribuye a la baja afinidad del hidróxido de magnesio con el material polimérico.

Dicha afinidad se encuentra conectada con la cristalinidad y la morfología del hidróxido de magnesio, en términos de forma geométrica y distribución dimensional de las partículas de hidróxido de magnesio, más allá de la polaridad de la superficie y, en el caso del hidróxido de magnesio natura, del contenido de impurezas, por ejemplo de hierro y manganeso.

Por tanto, los esfuerzos de investigación se han dirigido hacia la modificación de las propiedades de hidróxido de magnesio con el fin de mejorar su compatibilidad con la matriz de polímero y su grado de pureza.

Por ejemplo, el documento de EE.UU. 6.676.920 B1 se refiere a partículas sintéticas de hidróxido de magnesio que presentan una forma de cristal hexagonal y que tienen una proporción de aspecto específico (H) que es relativamente grande en comparación con las convencionales. El intervalo de la proporción de aspecto (H) viene determinado en correlación con los valores del diámetro medio de partículas secundarias (A) , dentro del intervalo de 0, 15 a 5 μm y de la superficie específica BET (B) , de 1 a 150 m2/g, de las partículas de hidróxido de magnesio. El contenido total, como contenido de metal, de un contenido de compuesto de hierro y contenido de compuesto de magnesio en forma de impurezas en las partículas de hidróxido de magnesio es del 0, 01 % en peso o menos, preferentemente del 0, 005 % en peso o menos. Las partículas de hidróxido de magnesio resultan apropiadas para su uso como retardador de llama para resinas sintéticas.

El uso de hidróxido de magnesio sintético como carga retardadora de llama presenta un impacto considerable en el coste del producto acabado con respecto al uso de hidróxido de magnesio natural y, por ejemplo, por medio de molienda de minerales tales como brucita.

Como se muestra en el documento WO 99/05688, el hidróxido de magnesio obtenido por medio de precipitación consiste en cristalitos hexagonales aplanados que son sustancialmente uniformes tanto en tamaño como en morfología. Por el contrario, el hidróxido de magnesio natural presenta una morfología granular altamente irregular en términos tanto de forma geométrica como de aspecto superficial.

Se han llevado a cabo intentos para mejorar las propiedades del hidróxido de magnesio natural. Por ejemplo, el documento de EE.UU. 5.474.602 describe cargas de retardador de llama mejoradas para materiales plásticos que consisten en partículas de hidróxido de magnesio de áreas superficial media reducida. Las partículas se producen poniendo en contacto las partículas de superficie media relativamente elevada con una solución de grabado al aguafuerte durante el tiempo suficiente para disolver al menos parte de las partículas y dar lugar a partículas de superficie media reducida.

El documento de EE.UU. 6.025.424 se refiere a un retardador de llama que presenta una resistencia de deterioro térmica que se encuentra formada por partículas de hidróxido de magnesio que tienen (i) un diámetro medio de partícula de no más que 2 μm, (ii) una superficie específica, medida por medio de un procedimiento de BET, de no más que 20 m2/g y que contienen (iii) una cantidad total de compuesto de hierro y de compuesto de manganeso de no más que 0, 02 % en peso en términos de metales.

El documento de EE.UU. 2005/0222314 se refiere a poli (composiciones de olefina) blandas que comprenden una cantidad elevada de cargas inorgánicas. Se prefiere el hidróxido de magnesio natural como carga inorgánica, que se obtiene por medio de molienda de minerales basados en hidróxido de magnesio, tales como brucita y similares. No se hace referencia alguna a porosidad de las partículas de hidróxido de magnesio. En los ejemplos de trabajo se usa el producto comercial HydrofyTM GS 1, 5 de Nuova Sima como hidróxido de magnesio natural.

El solicitante tenía la necesidad de fabricar un cable auto-extinguible que comprende hidróxido de magnesio natural como retardador de llama que está dotado de propiedades mecánicas mejoradas con respecto a los cables conocidos que contienen hidróxido de magnesio natural como carga de retardador de llama, al tiempo que mantiene las características de retardador de llama.

Como parámetro importante usado de forma común para definir el tamaño de partícula de la carga se encuentra el denominado "d50". El d50 se define como el diámetro (en micrómetros) de las partículas en el que el 50 % en volumen de las partículas tienen un diámetro mayor que el de la figura y el 50 % en volumen de las partículas tienen un diámetro menor que el de la figura.

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1. Un cable con propiedades auto-extinguibles, que comprende un conductor y un revestimiento de retardador de llama, en el que dicho revestimiento de retardador de llama comprende:

a) una matriz polimérica que se escoge entre el grupo que consiste en polímeros y copolímeros de olefinas C2 a C8 (α-olefina) , resina de copolímero de etileno-acetato de vinilo y resina de copolímero de etilenoacrilato de butilo; y b) partículas de hidróxido de magnesio natural que tienen un tamaño medio de partícula (d50) de 0, 5 μm a 5, 0 μm, y un diámetro medio de poro (4V/A) menor o igual a 0, 35 μm.

2. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el diámetro medio de poro es menor o igual a 0, 25 μm.

3. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partículas de hidróxido de magnesio tienen una superficie específica medida por medio del procedimiento de BET de 1 a 20 m2/g.

4. El cable de acuerdo con la reivindicación 3, en el que las partículas de hidróxido de magnesio tienen una superficie específica comprendida entre 5 y 15 m2/g.

5. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partículas de hidróxido de magnesio tienen un tamaño medio de partícula (d50) de 1, 5 a 3, 5 μm.

6. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partículas de hidróxido de magnesio tienen una proporción (BET/d50) igual o mayor de 3, 5.

7. El cable de acuerdo con la reivindicación 6, en el que las partículas de hidróxido de magnesio tienen una proporción (BET/d50) de 4 a 6.

8. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partículas de hidróxido de magnesio natural se encuentran presentes en una cantidad del 10 al 90 % en peso, basado en el total de a) y b) .

9. El cable de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la cantidad de partículas de hidróxido de magnesio natural es del 30 al 70 % en peso, basado en el total de a) y b) .

10. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el revestimiento comprende partículas de hidróxido de magnesio natural que tienen un diámetro medio de poro mayor de 0, 35 μm, siendo la cantidad de partículas de hidróxido de magnesio natural (b) mayor del 50 % de la cantidad total de la carga de retardador de llama.

11. El cable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se trata la superficie de las partículas de hidróxido de magnesio natural.

12. El cable de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la superficie de las partículas de hidróxido de magnesio natural se trata con al menos un compuesto que se escoge entre el grupo que consiste en ácidos grados saturados

o insaturados que contienen de 8 a 24 átomos de carbono, y sus sales de metal; silanos orgánicos y titanatos.

13. El cable de acuerdo con la reivindicación 12 en el que la superficie de las partículas de hidróxido de magnesio natural se trata con al menos un compuesto que se escoge entre el grupo que consiste en ácido oléico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido isosteárico, ácido láurico; estearato de magnesio, estearato de cinc, oleato de magnesio, oleato de cinc, viniltrietoxi-silano, viniltriacetilsilano, titanato de tetraisopropilo y titanato de tetra-n-butilo.

14. Una composición de retardador de llama que comprende.

a) una matriz polimérica que se escoge entre el grupo que consiste en polímeros y copolímeros de olefinas C2 a C8 (α-olefina) , resina de copolímero de etileno-acetato de vinilo y resina de copolímero de etilenoacrilato de butilo; y b) partículas de hidróxido de magnesio natural que tienen un tamaño medio de partícula (dso) de 0, 5 μm a 5, 0 μm, y un diámetro medio de poro (4V/A) menor o igual a 0, 35 μm.

15. La composición de acuerdo con la reivindicación 14, en la que el diámetro medio de poro (4V/A) es menor o igual a 0, 25 μm.

Figura 1