АККУМУЛЯТОР, СОДЕРЖАЩИЙ ВСПУЧИВАЮЩИЙСЯ СЛОЙ Российский патент 2022 года по МПК H01M10/04 H01M10/58 H01M10/625 

Данное изобретение относится к аккумулятору, содержащему сшитый вспучивающийся слой, который нанесен из отверждаемой вспучивающейся композиции, и к способу обеспечения защиты от возгорания аккумулятора и/или изделия, содержащего аккумулятор, в частности транспортного средства, содержащего литий-ионный аккумулятор.

Уровень техники

Аккумуляторы уже давно используются в качестве портативных источников энергии. В частности, разработка литий-ионных аккумуляторов привела к увеличению удельной мощности. В результате использование литий-ионных аккумуляторов стало широко распространенным в различных областях применения, включая бытовую электронику, особенно мобильные телефоны, планшеты и портативные компьютеры, медицинские устройства, промышленное оборудование и, в частности, гибридные/электрические транспортные средства.

Однако многие аккумуляторы и особенно литий-ионные аккумуляторы подвержены тепловым пробоям, во время которых тепло и газ быстро разряжаются из аккумуляторов, и возникает опасность возгорания. Аккумуляторы, особенно литий-ионные аккумуляторы, могут содержать электролитные композиции, которые содержат горючие органические растворители, которые повышают опасность возгорания, связанную с аккумуляторами, в частности литий-ионными аккумуляторами. Кроме того, аккумуляторы, используемые в приведенных выше примерах областей применения, в основном представляют собой аккумуляторные сборки, содержащие множество отдельных элементов питания. Литий-ионные аккумуляторы для гибридных или электрических транспортных средств, таких как автомобили, автобусы и грузовики, могут содержать тысячи отдельных элементов питания. Температурный пробой может быть вызван производственными дефектами, накоплением тепла, внутренними короткими замыканиями, внешними ударами или повреждениями. Температурный пробой в одном элементе питания может повлиять на соседние элементы питания, что приводит к неконтролируемой цепной реакции, в результате чего может загореться вся аккумуляторная сборка, что в случае транспортных средств, содержащих эти аккумуляторы, может распространиться по всему автомобилю, подвергая водителей и пассажиров опасности.

Недавние случаи, связанные с возгоранием сотовых телефонов или электромобилей из-за теплового пробоя аккумуляторной сборки, делают очевидным существование необходимости в обеспечении лучшей защиты от возгорания аккумуляторов, аккумуляторных сборок, а также устройств, содержащих указанные аккумуляторы, таких как мобильные телефоны, планшеты, портативные компьютеры, гибридные или электрические автомобили и их пользователей.

Следовательно, целью данного изобретения является создание аккумуляторов, в которых в случае теплового пробоя элемента питания или всего аккумулятора распространение огня предотвращается или, по меньшей мере, сдерживается в течение длительного периода времени.

Еще одной целью данного изобретения является защита изделия, содержащего аккумулятор, и его пользователей от опасностей возгорания, связанных с тепловым пробоем аккумуляторов.

Сущность изобретения

Эти и другие цели достигаются с помощью аккумулятора, содержащего сшитый вспучивающийся слой, выбранный из покрытия и самонесущей пленки или листа, причем слой сформирован из отверждаемой вспучивающейся композиции, содержащей:

(a) смоляной компонент, содержащий один или более олигомерных или полимерных соединений, имеющих множество функциональных групп;

(b) необязательно отвердитель, имеющий множество функциональных групп, которые реагируют с функциональными группами олигомерного или полимерного соединения смоляного компонента (а); и

(c) соединение, обеспечивающее расширяющий газ при термическом разложении; причем соединения (a)-(c) отличаются друг от друга.

Данное изобретение дополнительно относится к изделию, содержащему аккумулятор, в котором сшитый вспучивающийся слой по данному изобретению нанесен на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием. В частности, изделие может представлять собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, и сшитый вспучивающийся слой наносится по меньшей мере на часть пола транспортного средства, прилегающую к аккумулятору между аккумулятором и кузовом транспортного средства.

В соответствии с дополнительным аспектом данное изобретение направлено на использование отверждаемой вспучивающейся композиции, как определено в соответствии с данным изобретением, для обеспечения защиты от возгорания аккумулятора и/или уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора при нанесении на любую часть аккумулятора.

В соответствии с еще одним дополнительным аспектом данное изобретение направлено на использование отверждаемой вспучивающейся композиции, как определено в соответствии с данным изобретением, для обеспечения защиты от возгорания изделия, содержащего аккумулятор, при нанесении на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием. В частности, изделие может представлять собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, а отверждаемая вспучивающаяся композиция используется для защиты пассажирского салона транспортного средства от возгорания аккумулятора.

Согласно еще одному аспекту данное изобретение направлено на способ обеспечения защиты от возгорания аккумулятора или уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора путем нанесения отверждаемой вспучивающейся композиции, как определено в соответствии с данным изобретением, на любую часть аккумулятора для формирования на нем покрытия и отверждения покрытия для получения на нем сшитого вспучивающегося покрытия.

В соответствии с еще одним аспектом данное изобретение направлено на способ обеспечения защиты аккумулятора от возгорания или уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора путем формирования отверждаемой вспучивающейся композиции, как определено в соответствии с данным изобретением, во вспучивающуюся самонесущую пленку или лист, нанесение вспучивающейся самонесущей пленки или листа на аккумулятор и отверждение вспучивающейся самонесущей пленки или листа до или после нанесения на аккумулятор.

Согласно еще одному аспекту данное изобретение направлено на способ обеспечения защиты изделия, содержащего аккумулятор, от возгорания путем нанесения отверждаемой вспучивающейся композиции, как определено в соответствии с данным изобретением, на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, для образования на нем покрытия и отверждение покрытия для получения на нем сшитого вспучивающегося покрытия. В частности, изделие может представлять собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, а отверждаемая вспучивающаяся композиция используется для защиты пассажирского салона транспортного средства от возгорания аккумулятора.

В соответствии с еще одним аспектом данное изобретение направлено на способ обеспечения защиты изделия, содержащего аккумулятор, от возгорания путем формирования отверждаемой вспучивающейся композиции, как определено в соответствии с данным изобретением, во вспучивающуюся самонесущую пленку или лист, нанесение вспучивающейся самонесущей пленки или листа на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, и отверждение вспучивающейся самонесущей пленки или листа до или после нанесения на часть изделия. В частности, изделие может представлять собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, а отверждаемая вспучивающаяся пленка или лист располагается так, чтобы защитить пассажирский салон от возгорания аккумулятора.

Согласно данному изобретению аккумулятор может представлять собой литий-ионный аккумулятор.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 графически изображены температурные характеристики для образца по данному изобретению толщиной 5 мм.

На фиг. 2 графически изображены температурные характеристики для образцов по данному изобретению толщиной 1 мм, 2 мм и 5 мм.

На фиг. 3 графически изображены температурные характеристики для образца по данному изобретению толщиной 5 мм.

На фиг. 4 графически изображены температурные характеристики для образца по данному изобретению толщиной 0,18 мм.

На фиг. 5 графически изображены температурные характеристики для образцов по данному изобретению толщиной 1 мм, 2 мм и 6 мм.

Подробное описание изобретения

За исключением примеров работы или иных указаний, все числа, выражающие количества ингредиентов, условия реакции и т.д., используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «около». Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, изложенные в следующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от целевых свойств, которые должны быть получены с помощью данного изобретения. По крайней мере, а не как попытка ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен толковаться, по крайней мере, в свете количества приведенных значащих цифр и с применением обычных методов округления.

Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, определяющие широкий объем изобретения, являются приблизительными, числовые значения, изложенные в конкретных примерах, указаны с максимально возможной точностью. Однако любое числовое значение по своей природе содержит определенные погрешности, являющиеся обязательным результатом стандартного отклонения, обнаруженного в соответствующих испытательных измерениях.

Также следует понимать, что любой числовой диапазон, приведенный в данном документе, предназначен для включения всех входящих в него поддиапазонов. Например, диапазон от «1 до 10» предназначен для включения всех поддиапазонов между (и включительно) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, то есть имеющим минимальное значение, равное или превышающее 1, и максимальное значение, равное или меньшее 10.

Используемые в этом описании и прилагаемой формуле изобретения существительные в единичном числе включают указания на множественное число, если явно и недвусмысленно не ограничены одним указанием. Например, даже если делается ссылка на «полимер», «отверждающий агент», «источник углерода», «пенообразующий агент», «источник кислоты», «армированное волокно», «неорганическую добавку», «композицию покрытия» и т.п., можно использовать один или более из любого из этих компонентов.

Термин «углеводородный радикал» в данном документе относится к группе, содержащей атомы углерода и водорода, в которой один или несколько атомов водорода, непосредственно связанных с атомами углерода, могут быть заменены или замещены другими группами, такими как -OH, -SH и т.д.

Термин «длинноцепочечный углеводородный заместитель» в данном документе относится к углеводородному радикалу, содержащему по меньшей мере 6 атомов углерода.

Термин «аккумулятор», используемый в формуле и описании данного документа, относится к отдельному элементу питания, а также к аккумуляторной сборке, содержащей множество элементов питания.

Аккумулятор по данному изобретению содержит слой, выбранный из покрытия и самонесущей пленки или листа, причем слой сформирован из отверждаемой вспучивающейся композиции, содержащей:

(a) смоляной компонент, содержащий один или более олигомерных или полимерных соединений, имеющих множество функциональных групп;

(b) необязательно отверждающий агент, имеющий множество функциональных групп, которые реагируют с функциональными группами олигомерного или полимерного соединения смоляного компонента (а); и

(c) соединение, обеспечивающее расширяющий газ при термическом разложении; причем соединения (a)-(c) отличаются друг от друга.

Смоляной компонент (а)

Олигомерное или полимерное соединение, несущее множество функциональных групп и используемое в данном изобретении, особо не ограничивается; оно включает, но не ограничивается ими, эпоксидные смолы, акриловые смолы, полисилоксаны, полиуретаны, полимочевины, поливинилы, фенольные смолы, карбамидоформальдегидные смолы, полиимиды, меламиновые смолы, полиэфирные смолы и цианатные смолы. Среди этих смол особенно подходящими являются эпоксидные смолы, акриловые смолы и/или полиуретановые смолы.

Функциональные группы смоляного компонента (а) могут быть выбраны из кетона, гидразида, карбодиимида, оксазолина, эпокси, амина, винила, амида, карбамата, мочевины, меркаптана, карбоновой кислоты, (мет)акрилоила, изоцианата, алкоксисилила, ангидрида, гидроксильных групп, алкоксигрупп, функциональных групп, способных реагировать друг с другом, и их комбинаций.

Подходящие функциональные группы, способные реагировать друг с другом, могут быть выбраны из N-метилоламидных групп, силановых групп, содержащих связанные с кремнием гидролизуемые или конденсируемые группы, например хлор, гидрокси, алкокси, ацетокси и/или кетоксимогруппы; групп этиленненасыщенных жирных кислот, например, способных к окислительной сушке, например, кислородом воздуха; азометиновых групп; азетидиновых групп; групп, способных к термически обратимой реакции Дильса-Альдера, например фуран/малеимид. Если смоляной компонент (а) содержит функциональные группы, способные реагировать друг с другом, он считается самосшивающимся, и присутствие отверждающего агента (b) не является необходимым для получения отверждаемой вспучивающейся композиции, которая образует сшитый вспучивающийся слой по данному изобретению.

Смоляной компонент (а) может также содержать комбинацию функциональных групп, способных реагировать друг с другом, и функциональных групп, которые вступают в реакцию с функциональными группами отверждающего агента (b). В таких случаях дополнительно может присутствовать отверждающий агент (b) для обеспечения, помимо сшивок между функциональными группами, способными реагировать друг с другом, также сшивок между другими функциональными группами и отверждающим агентом (b) после отверждения. Однако присутствие отверждающего агента (b) обязательно, если смоляной компонент (а) не содержит функциональных групп, способных реагировать друг с другом.

Подходящие эпоксидные смолы для смоляного компонента (а) содержат по меньшей мере один полиэпоксид. Полиэпоксид содержит по крайней мере две 1,2-эпоксидные группы. Обычно эпоксидная эквивалентная масса полиэпоксида составляет от 80 до 6000, как правило, от 100 до 700. Эпоксидные соединения могут быть насыщенными или ненасыщенными, циклическими, алифатическими, алициклическими, ароматическими или гетероциклическими. Они могут содержать заместитель(и), такой как галогеновая, гидрокси- и эфирная группы.

Примерами полиэпоксидов являются полиэпоксиды, содержащие более 1 или обычно около двух 1,2-эпоксидных эквивалентов, то есть полиэпоксиды, содержащие в среднем две эпоксидные группы на молекулу. Наиболее часто используемыми полиэпоксидами являются, например, полиглицидиловый эфир полифенолов, такой как 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (бисфенол A), резорцин, гидрохинон, бензолдиметол, флороглюцин, бисфенол F и катехол; или полиглицидиловый эфир полиолов, таких как алициклические полиолы, такие как 1,2-циклогександиол, 1,4-циклогександиол, 2,2-бис(4-гидроксициклогексил)пропан, 1,1-бис(4-гидроксициклогексил)этан, 2-метил-1,1-бис(4-гидроксициклогексил)пропан, 2,2-бис(4-гидрокси-3-трет-бутилциклогексил)пропан, 1,3-бис(гидроксиметил)циклогексан и 1,2-бис(гидроксиметил)циклогексан. Примеры алифатических полиолов включают, в частности, тригидроксиметилпентандиол, этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, 1,4-бутиленгликоль, 1,5-пентандиол, 1,2,6-гексантриол, циклогександиметанол, глицерин, триметилолпропан, гидрогенизированный бисфенол A, гидрогенизированный бисфенол F или простые полиэфиргликоли, например, поли(окситетраметилен)гликоль, поли(оксиэтилен)гликоль, поли(оксипропилен)гликоль и неопентандиол.

Конкретно подходящий полиэпоксид имеет эпоксидную эквивалентную массу менее 300 г/эквивалент. Пример включает EPON 828, коммерчески доступный от Hexion Inc.

Другая группа подходящих эпоксидных смол включает полиглицидиловые эфиры поликарбоновых кислот, образованные реакцией эпоксидного соединения, такого как эпихлоргидрин, с алифатической или ароматической поликарбоновой кислотой, такой как щавелевая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, терефталевая кислота, 2,6-нафталиндикарбоновая кислота или димеризованная линолевая кислота.

Другие подходящие эпоксидные смолы, которые можно использовать в соответствии с данным изобретением, включают эпоксидированные олефинненасыщенные алициклические материалы, такие как эпоксиалициклические простые и сложные эфиры, эпоксидные смолы, содержащие оксиалкиленовые группы, эпоксиноволачные смолы, которые получают реакцией эпигалогенгидрина с продуктом конденсации альдегида с одноатомным или многоатомным фенолом, таким как эпоксифенолноволачные смолы или эпоксикрезолноволачные смолы.

Кроме того, согласно данному изобретению может быть выгодным использовать гибкую полиэпоксидную смолу в качестве соединения (а) с полиэпоксидными функциональными группами вспучивающейся композиции по данному изобретению. Эти смолы, как правило, представляют собой по существу линейные материалы, хотя допускается небольшое разветвление. Примерами подходящих материалов является эпоксидированное соевое масло, материалы на основе димерной кислоты, такие как смола EMPOL 1010, коммерчески доступная от BASF SE, Людвигшафен, Германия, и модифицированные каучуком полиэпоксидные смолы, такие как продукт, полученный из полиглицидилового эфира бисфенола А и кислотно-функционального полибутадиена.

Другие подходящие примеры гибких полиэпоксидов для использования по данному изобретению включают аддукт с функциональными эпоксигруппами, который получают из гибкого сложного полиэфира с кислотными функциональными группами и полиэпоксида.

Сложный полиэфир с кислотными функциональными группами, как правило, имеет кислотное число, определенное по ASTM 974-87, по меньшей мере 10 мг КОН/г, как правило, от около 140 до около 350 мг КОН/г и подходящим является от около 180 до около 260 мг КОН/г.

Линейные сложные полиэфиры являются более подходящими для использования в данном изобретении, чем разветвленные сложные полиэфиры. Сложные полиэфиры с кислотными функциональными группами могут быть получены полиэтерификацией органической поликарбоновой кислоты или ее ангидрида с органическим полиолом. Как правило, поликарбоновые кислоты и полиолы представляют собой алифатические или ароматические двухосновные кислоты и диолы.

Диолы, которые обычно используются при получении полиэфира, включают алкиленгликоли, такие как этиленгликоль, диэтиленгликоль, неопентилгликоль, и другие диолы, такие как гидрированный бисфенол А, циклогександиол, циклогександиметанол, капролактондиол, например, продукт реакции эпсилон-капролактона и этиленгликоля, гидроксиалкилированные бисфенолы, простые полиэфиргликоли, например поли(окситетраметилен)гликоль, поли(оксиэтилен)гликоль, поли(оксипропилен)гликоль и тому подобное. Также можно использовать полиолы с большим количеством функциональных групп, хотя диолы являются более подходящими. Примеры включают триметилолпропан, триметилолэтан, пентаэритрит, глицерин, изосорбид, тетраметилциклобутандиол и тому подобное, а также полиолы с более высокой молекулярной массой, такие как полиолы, полученные оксиалкилированием полиолов с более низкой молекулярной массой.

Кислотный компонент полиэфира включает мономерные дикарбоновые кислоты или ангидриды, содержащие от 2 до 36 атомов углерода на молекулу. Подходящими кислотами являются фталевая кислота, изофталевая кислота, терефталевая кислота, тетрагидрофталевая кислота, гексагидрофталевая кислота, адипиновая кислота, азелаиновая кислота, себациновая кислота, малеиновая кислота, глутаровая кислота, хлорендиновая кислота, тетрахлорфталевая кислота, тетрабромфталевая кислота, декандиовая кислота, додекановая кислота, смоляные кислоты, дифеноловая кислота, галловая кислота и другие дикарбоновые кислоты различных типов, например, аддукты Дильса-Альдера ненасыщенных жирных кислот C18.

Сложный полиэфир может включать незначительные количества одноосновных кислот, таких как бензойная кислота, стеариновая кислота, уксусная кислота, гидроксистеариновая кислота и олеиновая кислота. Также могут использоваться высшие поликарбоновые кислоты, такие как тримеллитовая кислота. Когда упоминаются кислоты, подразумевается, что вместо кислоты можно использовать ангидриды тех кислот, которые образуют ангидриды. Также могут использоваться низшие алкиловые эфиры кислот, такие как диметилглутарат и диметилтерефталат.

Согласно данному изобретению полиэфир, используемый для получения аддукта с функциональными эпоксигруппами, может быть получен из компонента поликарбоновой кислоты, включающего поликарбоновую кислоту или смесь кислот, содержащих от 7 до 16 атомов углерода, и полиольного компонента, содержащего диэтиленгликолевую часть.

Полиэпоксиды, которые используются для получения аддукта с эпоксидными функциональными группами из гибкого сложного полиэфира с кислотными функциональными группами и полиэпоксида, могут быть выбраны из тех, которые определены выше для компонента с полиэпоксидными функциональными группами по данному изобретению.

Другими подходящими соединениями с полиэпоксидными функциональными группами являются акриловые смолы с эпоксидными функциональными группами. Такие смолы могут быть получены свободнорадикальной аддитивной полимеризацией (мет)акриловых мономеров, необязательно в комбинации с виниловыми мономерами или другими мономерами, содержащими по меньшей мере одну двойную углерод-углеродную связь, причем мономерная композиция включает по меньшей мере одно соединение с эпоксидными функциональными группами, имеющее одну двойную углерод-углеродную связь.

Подходящие этиленненасыщенные мономеры с эпоксидными функциональными группами могут быть выбраны из глицидил(мет)акрилата, аллилглицидилового эфира, винилглицидилового эфира, винилциклогексеноксида, оксида лимонена, 2-этилглицидилакрилата, 2-этилглицидилметакрилата, 2-(н-пропил)глицидилакрилата, 2-(н-пропил)глицидилметакрилата, 2-(н-бутил)глицидилакрилата, 2-(н-бутил)глицидилметакрилата, глицидилметилметакрилата, глицидилакрилата, (3',4'-эпоксигептил)-2-этилакрилата, (3',4'-эпоксигептил)-2-этилметакрилата, (6',7'-эпоксигептил)акрилата, (6',7'-эпоксигептил)метакрилата, аллил-3,4-эпоксигептилового эфира, 6,7-эпоксигептилаллилового эфира, винил-3,4-эпоксигептилового эфира, 3,4-эпоксигептилвинилового эфира, 6,7-эпоксигептилвинилового эфира, о-винилбензилглицидилового эфира, м-винилбензилглицидилового эфира, п-винилбензилглицидилового эфира, 3-винилциклогексеноксида, альфа-метилглицидилметакрилата, 3,4-эпоксициклогексилметил(мет)акрилата их комбинаций. Особенно подходящим является глицидил(мет)акрилат.

Подходящие дополнительные мономеры для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами могут быть выбраны из

- этиленненасыщенных нитрильных соединений;

- ароматических виниловых мономеров;

- алкиловых эфиров этиленненасыщенных кислот;

- гидроксиалкиловых эфиров этиленненасыщенных кислот;

- амидов этиленненасыщенных кислот;

- этиленненасыщенных кислот;

- мономеров этиленненасыщенных сульфоновых кислот и/или мономеров этиленненасыщенных фосфоросодержащих кислот;

- винилкарбоксилатов;

- сопряженных диенов;

- мономеров, содержащих по меньшей мере две этиленненасыщенные группы; и

- их комбинаций.

Примеры этиленненасыщенных нитрильных мономеров, которые могут быть использованы для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами, включают полимеризуемые ненасыщенные алифатические нитрильные мономеры, которые содержат от 2 до 4 атомов углерода, в линейном или разветвленном расположении, которые могут быть замещены ацетильной или дополнительными нитрильными группами. Такие нитрильные мономеры включают акрилонитрил, метакрилонитрил, альфа-цианоэтилакрилонитрил, фумаронитрил и их комбинации, причем акрилонитрил является особенно предпочтительным.

Примеры ароматических виниловых мономеров включают, например, стирол, α-метилстирол, п-метилстирол, трет-бутилстирол и винилтолуол. Подходящие ароматические мономеры винила выбирают из стирола, альфа-метилстирола и их комбинаций.

Сложные эфиры (мет)акриловой кислоты, которые можно использовать для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами, включают н-алкиловые сложные эфиры, изоалкиловые сложные эфиры или трет-алкиловые сложные эфиры акриловой или (мет)акриловой кислоты, в которых алкильная группа содержит от 1 до 20 атомов углерода, продукт реакции метакриловой кислоты с глицидиловым эфиром неокислоты, такой как версатиковая кислота, неодекановая кислота или пивалиновая кислота, и мономерами гидроксиалкил(мет)акрилата и алкоксиалкил(мет)акрилата.

В общем, подходящие алкильные сложные эфиры (мет)акриловых кислот могут быть выбраны из C₁-C₂₀-алкил(мет)акрилата, подходящими являются C₁-C₁₀-алкил(мет)акрилаты. Примеры таких акрилатных мономеров включают н-бутилакрилат, вторичный бутилакрилат, метилакрилат, этилакрилат, гексилакрилат, трет-бутилакрилат, 2-этилгексилакрилат, изооктилакрилат, 4-метил-2-пентилакрилат, 2-метилбутилакрилат, метилметакрилат, бутилметакрилат, н-бутилметакрилат, изобутилметакрилат, этилметакрилат, изопропилметакрилат, гексилметакрилат, циклогексилметакрилат и цетилметакрилат. Особенно целесообразно выбирать сложные эфиры (мет)акриловых кислот из метил(мет)акрилата, этил(мет)акрилата, пропил(мет)акрилата, бутил(мет)акрилата, 2-этилгексил(мет)акрилата и их комбинаций.

Мономеры гидроксиалкил(мет)акрилата, которые могут быть использованы для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами, включают мономеры гидроксиалкилакрилата и метакрилата на основе этиленоксида, пропиленоксида и высших алкиленоксидов или их смесей. Примерами являются гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, гидроксиэтилметакрилат, гидроксипропилметакрилат и гидроксибутилакрилат. Подходящий мономер гидроксиалкил(мет)акрилата выбирают из 2-гидроксиэтил(мет)акрилата.

Амиды этиленненасыщенных кислот, которые можно использовать для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами, включают акриламид, метакриламид и диацетонакриламид. Особенно подходящим амидным мономером является (мет)акриламид.

Мономеры сложных виниловых эфиров, которые можно использовать для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами, включают винилацетат, винилпропионат, винилбутират, винилбензоат, винил-2-этилгексаноат, винилстеарат и сложные виниловые эфиры версатиковой кислоты. Особенно подходящим сложным виниловым эфиром является винилацетат.

Мономеры этиленненасыщенных карбоновых кислот, подходящие для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами, включают мономеры монокарбоновой кислоты и дикарбоновой кислоты, и сложные моноэфиры дикарбоновой кислоты. При осуществлении данного изобретения особенно подходящим является использование этиленненасыщенных алифатических моно- или дикарбоновых кислот или ангидридов, содержащих от 3 до 5 атомов углерода. Примеры мономеров монокарбоновых кислот включают акриловую кислоту, метакриловую кислоту, кротоновую кислоту, а примеры мономеров дикарбоновой кислоты включают фумаровую кислоту, итаконовую кислоту, малеиновую кислоту и малеиновый ангидрид. Примеры других подходящих этиленненасыщенных кислот включают винилуксусную кислоту, винилмолочную кислоту, винилсульфоновую кислоту, 2-метил-2-пропен-1-сульфоновую кислоту, стиролсульфоновую кислоту, акриламидометилпропансульфоновую кислоту и их соли. Подходящие мономеры этиленненасыщенных карбоновых кислот выбирают из (мет)акриловой кислоты, кротоновой кислоты, итаконовой кислоты, малеиновой кислоты, фумаровой кислоты и их комбинаций.

Сопряженные диеновые мономеры, подходящие для получения акриловой смолы с эпоксидными функциональными группами, включают сопряженные диеновые мономеры, выбранные из 1,3-бутадиена, изопрена, 2,3-диметил-1,3-бутадиена, 2-хлор-1,3-бутадиена, 1,3-пентадиена, 1,3-гексадиена, 2,4-гексадиена, 1,3-октадиена, 2-метил-1,3-пентадиена, 2,3-диметил-1,3-пентадиена, 3,4 -диметил-1,3-гексадиена, 2,3-диэтил-1,3-бутадиена, 4,5-диэтил-1,3-октадиена, 3-бутил-1,3-октадиена, 3,7-диметил-1,3,6-октатриена, 2-метил-6-метилен-1,7-октадиена, 7-метил-3-метилен-1,6-октадиена, 1,3,7-октатриена, 2-этил-1,3 -бутадиена, 2-амил-1,3-бутадиена, 3,7-диметил-1,3,7-октатриена, 3,7-диметил-1,3,6-октатриена, 3,7,11-триметил-1,3,6,10-додекатетраена, 7,11-диметил-3-метилен-1,6,10-додекатриена, 2,6-диметил-2,4,6-октатриена, 2-фенил-1,3-бутадиена, 2-метил-3-изопропил-1,3-бутадиена и 1,3-циклогексадиена. 1,3-бутадиен, изопрен и их комбинации являются особенно подходящими сопряженными диенами.

Также возможно использовать комбинацию двух или более, таких как три или более, или четыре или более, различных полиэпоксидных функциональных соединений в смоляном компоненте (а), которые могут быть выбраны из раскрытых выше.

Подходящие соединения с полиэпоксидными функциональными группами по данному изобретению могут быть выбраны из диглицидилового эфира бисфенола А, диглицидилового эфира бисфенола F, диглицидилового эфира эзорцина, эпоксифенолноволачной смолы, эпоксикрезолноволачных смол, (поли)силоксанов с эпоксидными функциональными группами, полисульфидов с эпоксидными функциональными группами, аддуктов с эпоксидными функциональными группами из полиэфиров с кислотными функциональными группами и полиэпоксидов, например, тех, которые описаны выше.

Акриловые смолы, используемые в данном изобретении, включают сополимеры одного или более сложных алкиловых эфиров акриловой кислоты или метакриловой кислоты, необязательно вместе с одним или более другими полимеризуемыми этиленненасыщенными мономерами. Подходящие сложные алкиловые эфиры акриловой кислоты или метакриловой кислоты включают сложные алифатические алкиловые эфиры, содержащие от 1 до 30, например, от 4 до 18 атомов углерода в алкильной группе. Неограничивающие примеры включают метилметакрилат, этилметакрилат, бутилметакрилат, этилакрилат, бутилакрилат и 2-этилгексилакрилат. Подходящие другие сополимеризуемые этиленненасыщенные мономеры включают ароматические соединения винила, такие как стирол и винилтолуол; нитрилы, такие как акрилонитрил и 4-метакрилонитрил; галогениды винила и винилидена, а именно винилхлорид и винилиденхлорид, и виниловые эфиры, а именно винилацетат.

Акриловые сополимеры могут включать гидроксильные функциональные группы, которые часто вводят в полимер путем включения в реагенты, используемые для получения сополимера, одного или более мономеров с гидроксильными функциональными группами. Подходящие мономеры с гидроксильными функциональными группами включают гидроксиалкилакрилаты и метакрилаты, как правило, имеющие от 2 до 4 атомов углерода в гидроксиалкильной группе, такие как гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, 4-гидроксибутилакрилат, аддукты с гидроксильными функциональными группами из капролактона и гидроксиалкилакрилатов, соответствующие метакрилаты, а также мономеры с бета-гидроксиэфирными функциональными группами, описанные ниже. Акриловый полимер можно также получить с N-(алкоксиметил)акриламидами и N-(алкоксиметил)метакриламидами.

Мономеры с бета-гидроксиэфирными функциональными группами могут быть получены из этиленненасыщенных мономеров с эпоксидными функциональными группами и карбоновых кислот, содержащих от 5 до 20 атомов углерода, или из этиленненасыщенных мономеров с кислотными функциональными группами и эпоксидных соединений, содержащих не менее 5 атомов углерода, которые не являются полимеризуемыми с этиленненасыщенным мономером с кислотными функциональными группами.

Полимер, используемый в данном изобретении, также может быть полиуретаном. Среди полиуретанов, которые могут быть использованы, есть полимерные полиолы, которые получают взаимодействием сложных полиэфирполиолов или акриловых полиолов, таких как те, что упомянуты выше, с полиизоцианатом, так что соотношение эквивалентов OH/NCO составляет больше 1:1, так что в продукте присутствуют свободные гидроксильные группы.

Дополнительные примеры полиуретановых полимеров, подходящих для образования активного водородсодержащего катионного полимера, включают полимеры полиуретана, полимочевины и поли(уретан-мочевины), полученные взаимодействием простых полиэфирполиолов и/или простых полиэфирполиаминов с полиизоцианатами. Такие полиуретановые полимеры описаны в патенте США № 6248225.

В соответствии с данным изобретением для смоляного компонента (а) также можно использовать множество олигомерных или полимерных соединений, несущих множество функциональных групп разного химического состава, включая комбинации эпоксидных смол и акриловых смол или эпоксидных смол и полиуретановых смол, как это для примера раскрыто в US 5108832 или US 5070119.

В случае, если смоляной компонент (а) содержит эпоксидную смолу, и полиамин и/или соединение с несколькими тиоловыми функциональными группами используется в качестве отверждающего агента, как будет описано ниже, смоляной компонент (а) может дополнительно содержать

(i) бета-гидроксиэфир (мет)акриловой кислоты;

(ii) соединение с метакрилатными функциональными группами, отличное от соединения (i); или их комбинацию.

Бета-гидроксиэфир (мет)акриловой кислоты может содержать множество сложноэфирных групп бета-гидроксиэфира (мет)акриловой кислоты, образующихся в результате реакции полиэпоксида с (мет)акриловой кислотой. Полиэпоксид может реагировать с (мет)акриловой кислотой при соотношении эквивалентов эпоксикарбоновой кислоты от 1:0,1 до 1:1,2, подходящим является от 1:0,5 до 1:1,2, более подходящим является от 1:1 до 1:1,05.

Полиэпоксиды, которые можно использовать в качестве продукта реакции полиэпоксида с (мет)акриловой кислотой, могут быть выбраны из тех полиэпоксидов, которые раскрыты выше в отношении компонента (а) вспучивающейся композиции по данному изобретению. Особенно подходящие эпоксиды, которые можно использовать для получения бета-гидроксиэфира (мет)акриловой кислоты (компонент (b) вспучивающейся композиции по данному изобретению), выбирают из диглицидилового эфира бисфенола A, диглицидилового эфира бисфенола F, эпоксифенилноволачных смол, эпоксикрезолноволачных смол, акриловых смол с эпоксидными функциональными группами, полиэфиров с эпоксидными функциональными группами или их комбинаций.

Особенно подходящим бета-гидроксиэфиром (мет)акриловой кислоты является продукт реакции EPIKOTE 828 (продукт реакции бисфенола А с эпихлоргидрином) с акриловой кислотой, коммерчески доступный от Allnex как EBECRYL 3720).

В дополнение или альтернативно бета-гидроксиэфиру (мет)акриловой кислоты (i) в смоляном компоненте (а) может присутствовать соединение (ii) с (мет)акрилатными функциональными группами, отличное от соединения (i). Таким образом, вязкость вспучивающейся композиции по данному изобретению может быть соответствующим образом отрегулирована. Таким образом, считается, что необязательный компонент (ii) действует как реактивный разбавитель во вспучивающейся композиции по данному изобретению. Необязательный компонент (ii) с (мет)акрилатными функциональными группами вспучивающейся композиции по данному изобретению может быть выбран из поли(мет)акрилатов 1,4-бутандиола, неопентилгликоля, этиленгликоля, 1,2-пропандиола, 1,3-пропандиола, 2,2,4-триметил-1,3-пентандиола, 1,6-гександиола, 1,4-циклогександиметанола, пара-ксилолгликоля, 1,4-циклогександиола, триметилолетана, триметилолпропана, пентаэритритола, простого полиэфира гликолей, например поли(окситетраметилен)гликоля, поли(оксиэтилен)гликоля, поли(оксипропилен)гликоля и их комбинаций.

Авторы данного изобретения обнаружили, что введение бета-гидроксиэфира (мет)акриловой кислоты (i) и/или отличающегося соединения с (мет)акрилатными функциональными группами (ii) приводит к существенному увеличению скорости отверждения композиции.

Не желая привязываться к теории, считается, что это увеличение скорости отверждения является результатом реакции присоединения по Михаэлю между акриловой группой бета-гидроксиэфира (мет)акриловой кислоты (i) или отличающегося соединения (ii), имеющего (мет)акрилатные функциональные группы, и полиамином и/или соединением с несколькими тиоловыми функциональными группами.

Во вспучивающейся композиции по данному изобретению эпоксидная смола может присутствовать в количестве от 20 до 95 мас.%, подходящим является от 40 до 95 мас.%, и бета-гидроксиэфир (мет)акриловой кислоты (i) может присутствовать в количестве от 5 до 80 мас.%, подходящим является от 5 до 60 мас.%, при этом массовый процент основан на общей массе эпоксидной смолы и бета-гидроксиэфира(ов) (мет)акриловой кислоты (i).

Кроме того, во вспучивающейся композиции по данному изобретению эпоксидная смола (а) может присутствовать в количестве от 25 до 95 мас.%, предпочтительно от 40 до 95 мас.%, бета-гидроксиэфир (мет)акриловой кислоты (i) может присутствовать в количестве от 5 до 75 мас.%, предпочтительно от 5 до 60 мас.%, и соединение с (мет)акрилатными функциональными группами (ii), отличное от соединения (i), может присутствовать в количестве от 0 до 50 мас.%, предпочтительно от 5 до 30 мас.%, причем массовые проценты основаны на общей массе соединений (а), (i) и (ii).

Во вспучивающейся композиции по данному изобретению количество смоляного компонента (а) может составлять от 10 до 40 мас.% в пересчете на общую массу вспучивающейся композиции в твердом состоянии, например от 15 до 38 мас.%, от 22 до 36 мас.% или от 23 до 30 мас.%. В альтернативном варианте количество полимера в композиции по данному изобретению может составлять от 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 мас.% до 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 мас.%. Конечные точки вышеуказанных диапазонов можно произвольно комбинировать для определения количества полимера во вспучивающейся композиции по данному изобретению.

Отверждающий агент (b)

Нет конкретного ограничения для отверждающего агента, используемого в отверждаемой вспучивающейся композиции по данному изобретению, при условии, что он может реагировать с функциональными группами олигомерного или полимерного соединения смоляного компонента (а) и отверждать его. Подходящие отверждающие агенты включают, например, полиэфирамины, полиамиды, полиэпоксиды, аминопластические смолы, фенольные смолы, полиизоцианаты, политиолы и полиолы, и т.д. Отверждение может происходить либо при температуре окружающей среды, либо при применении нагревания.

Отверждающий агент также может быть латентным или блокированным отверждающим агентом, в котором фактическая функциональная группа, которая реагирует с функциональными группами смоляного компонента (а), образуется или восстанавливается в реакции деблокирования в условиях отверждения, таких как повышенные температуры. Подходящими отверждающими агентами указанного типа являются, например, блокированные полиизоцианаты. Таким образом, используемый в данном документе термин полиизоцианат охватывает блокированные и свободные полиизоцианаты. Скрытые или блокированные отверждающие агенты особенно подходят для создания однокомпонентных композиций, обеспечивающих достаточную стабильность при хранении и жизнеспособность перед нанесением и отверждением.

Полиаминовый отверждающий агент может быть выбран из алифатических полиаминов, ароматических полиаминов, полиаминамидов, полиэфираминов, например, коммерчески доступных от Huntsman Cooperation, Woodlands, Техас, полисилоксанаминов, полисульфидаминов или их комбинаций. Примеры включают диэтилентриамин, 3,3-амино-бис-пропиламин, триэтилентетраамин, тетраэтиленпентамин, м-ксилилендиамин, изофорондиамин, 1,3-бис(аминоэтил)циклогексан, бис(4-аминоциклогексил)метан, N-аминоэтилпиперазин, 4,4’-диаминодифенилметан, 4,4’-диамино-3,3’-диэтилдифенилметан и диаминодифенилсульфон и продукт реакции полиамина и алифатической жирной кислоты, например, может использоваться серия материалов, продаваемая BASF по торговой маркой VERSAMID, причем последний является особенно подходящим.

Кроме того, также можно использовать аддукты любых вышеуказанных полиаминов. Аддукт полиамина образуется в результате реакции полиамина с подходящим реакционноспособным соединением, таким как эпоксидная смола. Эта реакция приведет к снижению содержания свободного амина в отверждающем агенте, что сделает его более полезным при низкой температуре и/или высокой влажности окружающей среды.

В качестве отверждающих агентов также могут использоваться различные полиэфирамины, такие как различные Jeffamine, доступные от Huntsman Corp., включая, но не ограничиваясь ими, Jeffamine D-230, Jeffamine D-400, Jeffamine 600, Jeffamine 1000, Jeffamine 2005 и Jeffamine 2070 и т.д.

В качестве отверждающего агента также можно использовать различные полиамиды. Обычно полиамиды содержат продукты реакции димера жирной кислоты и полиэтиленамина, а также небольшие количества мономеров жирной кислоты. Димер жирной кислоты получают олигомеризацией мономеров жирной кислоты. Полиэтиленамин может быть любым высшим полиэтиленамином, таким как диэтилентриамин, триэтилентетраамин, тетраэтиленпентаамин и т.д., из которых наиболее часто используется диэтилентриамин. Когда полиамиды используются в качестве отверждающего агента, слой может характеризоваться хорошим балансом между коррозионной стойкостью и водонепроницаемостью. Кроме того, полиамиды также могут придавать слою хорошую гибкость, надлежащую скорость отверждения и другие полезные свойства.

Политиоловые соединения могут быть выбраны из полисульфидных тиолов, простых полиэфирных тиолов, сложных полиэфирных тиолов, тиолов на основе пентаэритрита или их комбинаций. Особенно подходящим политиольным соединением является Thioplast© G4, коммерчески доступный от Akzo Nobel Functional Chemicals GmbH & Co KG, Грейц, Германия.

Как упоминалось выше, если смоляной компонент (а) содержит эпоксидную смолу, полиамин, соединение политиола или их комбинация может использоваться в качестве отверждающего агента (b).

Во вспучивающейся композиции по данному изобретению эквивалентное соотношение объединенных функциональных групп, таких как эпоксидные группы и (мет)акрилатные группы в компоненте (а), к функциональным группам в компоненте (b) может составлять от 2:1 до 1:2, предпочтительно от 1,05:1,0 до 1:2, особенно подходящим является от 1:1,4 до 1:2.

Во вспучивающейся композиции по данному изобретению количество отверждающего агента (b) может составлять от 10 до 30 мас.% в пересчете на общую массу вспучивающейся композиции в твердом состоянии, например от 15 до 20 мас.%, от 16 до 19 мас.% или от 17 до 19 мас.%. В альтернативном варианте количество отверждающего агента в композиции по данному изобретению может составлять от 10, 11, 12, 13, 14 или 15 %мас. до 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 или 25 мас.%. Конечные точки вышеуказанных диапазонов можно произвольно комбинировать для определения количества отверждающего агента во вспучивающейся композиции по данному изобретению.

Вспучивающаяся композиция по данному изобретению также может содержать промотор отверждения. Промотор отверждения представляет собой вид материала, который может ускорить отверждение смол, снизить температуру отверждения, сократить время отверждения. Типичные промоторы отверждения включают промоторы на основе алифатических аминов, такие как триэтаноламин, триэтилендиамин и т.д.; ангидридные промоторы, такие как БДМА, ДБУ и т.д.; полиэфираминные катализаторы; промоторы на основе олова, такие как дилаурат дибутилолова, октоат олова и т.д. В одном варианте осуществления данного изобретения промотором отверждения является ANCAMINE K54, который коммерчески доступен от Air Products.

Подходящие количества промоторов отверждения составляют от 0,1 до 5 мас.%, более подходящие составляют от 1 до 3 мас.% в расчете на общую массу твердых веществ вспучивающейся композиции.

Соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении (c)

Вспучивающаяся композиция по данному изобретению дополнительно содержит в качестве компонента (с) соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении.

Расширяющийся газ вызывает вспенивание и набухание огнезащитной вспучивающейся композиции при воздействии высокой температуры пламени. В результате этого расширения образуется обугленный толстый многоклеточный материал, который служит для изоляции и защиты находящейся под ним подложки. Источником расширяющегося газа, который может использоваться во вспучивающейся композиции по данному изобретению, является азотсодержащий материал. Примеры подходящих азотсодержащих материалов включают меламин, соли фосфорной кислоты, гуанидин, метилолированный меламин, гексаметоксиметилмеламин, мочевину, диметилмочевину, пирофосфат меламина, дициандиамид, фосфат гуанилмочевины и глицин. Подходящим является использование меламина. Также могут быть использованы другие традиционные источники расширяющего газа, такие как материалы, выделяющие диоксид углерода. Примерами являются щелочноземельные металлы, такие как карбонат кальция или карбонат магния. Также можно использовать соединения, которые выделяют водяной пар при разложении при нагревании, например гидроксид кальция, дигидроксид магния или тригидроксид алюминия. Другими примерами таких соединений являются борная кислота и производные борной кислоты, такие как сложные эфиры борной кислоты и бораты металлов.

Подходящее количество компонента (с) во вспучивающейся композиции по данному изобретению может находиться в диапазоне от 0,1 до 25 мас.%, подходящим является от 1 до 10 мас.%, при этом массовый процент основан на общей массе твердых веществ композиции.

Вспучивающаяся композиция по данному изобретению может содержать необязательные добавки, которые выбираются из источника фосфора, источника бора, источника цинка, источника кислоты, оксида металла, например, предварительно гидролизованного тетраэтилортосиликата, оксида алюминия, изопропоксида титана, источника углерода, неорганических наполнителей, минеральных волокон, например, CHOPVANTAGE от PGG, Coatforce или волокна Roxul от Lapinus, модификаторов реологии, органических растворителей, пигментов, стабилизаторов пены и их комбинаций.

Необязательный источник фосфора может быть выбран из множества материалов, таких как, например, фосфорная кислота, моно- и диаммонийфосфат, трис-(2-хлорэтил)фосфат, фосфорсодержащие амиды, такие как фосфориламид, и пирофосфат меламина. Подходящим источником фосфора является полифосфат аммония, представленный формулой (NH4)n+2PnO3n+1, где n является целым числом, равным по меньшей мере 2, подходящий n является целым числом, равным по меньшей мере 50. Вспучивающаяся композиция по данному изобретению может содержать количество фосфора в диапазоне от 0,05 до 30 мас.%, подходящим является от 0,5 до 10 мас.% в пересчете на общую массу твердых частиц композиции. Считается, что фосфор действует как активатор образования угля во вспучивающейся композиции.

Необязательный источник цинка может быть выбран из множества материалов. Считается, что цинковый материал способствует образованию мелкоячеистой структуры в угле. Маленькие ячейки угля обеспечивают лучшую изоляцию подложки и способны лучше сохранять целостность угля и прилипать к подложке даже в отсутствие внешних армирующих материалов. Таким образом, растрескивание угля и его отрыв от подложки сводятся к минимуму, а находящейся под ним стали обеспечивается большая степень защиты. Примеры подходящих материалов, которые являются источниками цинка, включают оксид цинка, соли цинка, такие как борат цинка и фосфат цинка, карбонат цинка; также может быть использован металлический цинк. Подходящим является использование бората цинка. Вспучивающаяся композиция по данному изобретению может содержать количество цинка в диапазоне от 0,1 до 25 мас.%, подходящим является от 0,5 до 12 мас.% в пересчете на общую массу твердых частиц композиции.

Источник бора может быть выбран из пентабората аммония или бората цинка, оксида бора, боратов, таких как борат натрия, борат калия и борат аммония, сложных эфиров бората, таких как бутилбораты или фенилбораты, и их комбинаций. Вспучивающаяся композиция по данному изобретению может содержать количество бора в диапазоне от 0,1 до 10 мас.%, подходящим является от 1 до 6 мас.% в пересчете на общую массу твердых частиц композиции.

Источник кислоты может быть выбран из фосфата аммония, полифосфата аммония, дифосфата диаммония, пентабората диаммония, материалов, образующих фосфорную кислоту, борной кислоты, металлических или органических боратов и их комбинаций. Общее количество источника кислоты, если она присутствует, может составлять от 5 до 30 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции.

Вспучивающаяся композиция по данному изобретению дополнительно содержит источник углерода. Источник углерода превращается в уголь при воздействии огня или тепла, тем самым образуя противовозгораемый защитный слой на подложке. Согласно данному изобретению источники углерода могут представлять собой, например, ароматические соединения и/или жирные кислоты таллового масла (ЖКТМ) и/или полигидроксисоединения, такие как пентаэритрит, дипентаэритрит, глицерин, олигомерный глицерин, ксилит, маннит, сорбит и полимеры, такие как полиамиды, поликарбонаты, полиуретаны и их комбинации. Авторы данного изобретения неожиданно обнаружили, что, когда источники углерода, включая ароматические соединения и/или жирные кислоты таллового масла, используются в качестве источника углерода в композиции вспучивающегося покрытия по данному изобретению, полученный вспучивающийся слой не только будет иметь сопоставимые или даже лучшие противовозгораемые характеристики по сравнению со вспучивающимися слоями аналогичного типа, но также могут сохранять эти требуемые свойства после воздействия низких температур. Также будет понятно, что полимер также может быть источником углерода.

Во вспучивающейся композиции по данному изобретению количество источника углерода может составлять до 18 мас.% в пересчете на общую массу вспучивающейся композиции, например от 5 до 18 мас.%, от 11 до 17 мас.% или от 12 до 16 мас.%. В альтернативном варианте количество источника углерода в композиции по данному изобретению может составлять от 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 мас.% до 15, 16, 17, 18 мас.%. Конечные точки вышеуказанных диапазонов можно произвольно комбинировать для определения количеств различных источников углерода во вспучивающейся композиции по данному изобретению.

Следует понимать, что каждый из фосфора, цинка, бора и расширяющего газа может обеспечиваться отдельным исходным материалом или, в альтернативном варианте, один материал может быть источником более чем одного из перечисленных выше дополнительных компонентов. Например, пирофосфат меламина может служить источником как фосфора, так и расширяющего газа.

Необязательные армирующие наполнители могут быть выбраны из большого набора традиционно используемых материалов, включая волокнистые армирующие элементы и армирующие пластинки, которые являются подходящими по сравнению с другими наполнителями. Примеры волокнистого армирования включают стекловолокно, керамические волокна, например, оксид алюминия/оксид кремния, и графитовые волокна. Армирующие пластинки включают стеклянные хлопья молотковой мельницы, слюду и волластонит. Другие подходящие наполнители включают оксиды металлов, оксиды титана, глину, тальк, диоксид кремния, диатомит, волокна Lapinus® и различные пигменты. Считается, что армирующий наполнитель помогает контролировать расширение огнезащитной композиции до и во время обугливания, так что образующийся обугленный материал является твердым и однородным. Когда он присутствует, армирующий наполнитель обычно присутствует в композиции в количестве от 1 до 50 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ вспучивающейся композиции.

Вспучивающаяся композиция по данному изобретению может также содержать множество традиционных добавок, таких как модификаторы реологии, органические растворители, стабилизаторы пены, пигменты, агенты, регулирующие распространение пламени, и тому подобное. Эти ингредиенты являются необязательными и могут добавляться в различных количествах.

Как упоминалось выше, сшитый вспучивающийся слой расширяется при температуре выше температуры активации, вызывая термическое разложение соединения (с), и, возможно, обугливается. Под действием тепла и огня поднявшаяся пена начинает обугливаться, при этом полимерный материал и, возможно, присутствующие дополнительные источники углерода образуют пористую углеродную сетку, которая демонстрирует стабильность при высоких температурах и обеспечивает теплоизоляцию, чтобы предотвратить или, по крайней мере, препятствовать возникновению в течение длительного периода времени теплового пробоя аккумулятора или отдельных элементов питания.

Вспучивающаяся композиция может быть составлена как двухкомпонентная система, со смоляным компонентом (а) в первом комплекте (А) и компонентом (b) во втором комплекте (В), посредством чего соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении (c), и любая из добавок (d), если они присутствуют, содержатся в любой комбинации либо в комплекте (A), либо в комплекте (B), либо в обоих, либо содержатся в одном или более дополнительных комплектов (C). Индивидуальные комплекты смешивают перед использованием вспучивающейся композиции.

Отверждаемая вспучивающаяся композиция по данному изобретению при ее приготовлении обычно находится в форме густого материала, такого как мастика. Особенно целесообразно, чтобы композиция не содержала растворителей и наносилась распылением. При необходимости разбавление можно проводить с помощью множества традиционных растворителей, таких как ксилол, метиленхлорид или 1,1,1-трихлорэтан.

Композиция отверждаемого вспучивающегося покрытия по данному изобретению может быть нанесена для обеспечения, при необходимости, различной толщины покрытия в сухом состоянии. Подходящая толщина покрытия в сухом состоянии может находиться в диапазоне от 10 до 20000 микрон, например, от 50 до 5000 микрон, например, от 100 до 2000 микрон.

В альтернативном варианте, отверждаемая вспучивающаяся композиция по данному изобретению может быть сформирована в виде самонесущей пленки или листа. Самонесущая пленка или лист впоследствии отверждается с образованием сшитой вспучивающейся самонесущей пленки или листа. В общем, отверждаемая вспучивающаяся композиция по данному изобретению может быть сформирована в виде пленки или листа с помощью любого метода, хорошо известного специалисту в данной области техники, например процесса литья под давлением. Пленка или лист могут быть отверждены с образованием сшитой вспучивающейся самонесущей пленки или листа перед нанесением сшитой вспучивающейся самонесущей пленки или листа на подложку. В объем данного изобретения также входит то, что после этапа формования неотвержденную пленку или лист наносят на подложку, а затем отверждают для получения сшитого вспучивающегося слоя в соответствии с данным изобретением. Эта технология не ограничивается обеспечением защиты аккумулятора или изделия, содержащего аккумулятор, от возгорания, но применима к любой подложке, подлежащей защите от возгорания.

Композиция отверждаемого вспучивающегося покрытия по данному изобретению или сшитая вспучивающаяся самонесущая пленка или лист могут быть нанесены на любой структурный элемент аккумулятора, в частности на литий-ионный аккумулятор, для получения аккумулятора по данному изобретению. Аккумулятор может содержать элементы внешней стенки, определяющие корпус, и, необязательно, элементы внутренней стенки, при этом сшитое вспучивающееся покрытие или сшитая вспучивающаяся самонесущая пленка или лист по меньшей мере частично нанесены на внешнюю и/или внутреннюю сторону любых элементов внешней стенки и/или на любую сторону любых элементов внутренней стенки, если они есть. Элементы внешней стенки и/или внутренней стенки могут содержать материал, выбранный из любого из композитных материалов, стали, алюминия и поликарбоната.

Аккумулятор, в частности литий-ионный аккумулятор, может представлять собой аккумуляторную сборку, содержащую множество отдельных элементов питания, при этом сшитое вспучивающееся покрытие или сшитая вспучивающаяся самонесущая пленка или лист расположены так, чтобы термически изолировать по меньшей мере некоторые из отдельных элементов питания друг от друга в развернутом и, возможно, обугленном состоянии. Кроме того, отверждаемая вспучивающаяся композиция покрытия или сшитая вспучивающаяся самонесущая пленка или лист могут быть нанесены на стенки корпуса и внутренние разделительные стенки аккумуляторной сборки, как обсуждалось выше.

Для обеспечения защиты изделий, содержащих аккумулятор, и их пользователей от возгорания в объем данного изобретения также входит нанесение отверждаемой вспучивающейся композиции покрытия или сшитой вспучивающейся самонесущей пленки или листа на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, чтобы изолировать изделие от аккумулятора. В таких случаях может использоваться традиционный аккумулятор или аккумулятор по данному изобретению. Изделие может представлять собой, например, мобильный телефон, планшет или портативный компьютер.

В альтернативном варианте, изделие может представлять собой транспортное средство, такое как гибридный или электрический автомобиль, автобус или грузовик. В таких транспортных средствах аккумулятор, особенно литий-ионный аккумулятор, из-за его веса как плоской аккумуляторной сборки, как правило, размещают под нижней частью кузова транспортного средства, например кузова автомобиля. В таких случаях отверждаемое вспучивающееся покрытие по данному изобретению или сшитая вспучивающаяся самонесущая пленка или лист могут быть нанесены на часть пола транспортного средства, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и кузовом транспортного средства. Таким образом, в случае теплового пробоя аккумулятора или возгорания аккумулятора кузов автомобиля, особенно пассажирский салон, защищен сшитым вспучивающимся слоем, чтобы огонь не распространялся на пассажирский салон, а нагревание пассажирского салона будет ограничено в течение длительного периода времени, чтобы у пассажиров было достаточно времени, чтобы безопасно покинуть транспортное средство в случае такого инцидента.

Данное изобретение дополнительно описывается следующими аспектами:

Аспект 1. Аккумулятор, содержащий сшитый вспучивающийся слой, выбранный из покрытия и самонесущей пленки или листа, причем слой сформирован из отверждаемой вспучивающейся композиции, содержащей:

(a) смоляной компонент, содержащий один или более олигомерных или полимерных соединений, имеющих множество функциональных групп;

(b) необязательно отверждающий агент, имеющий множество функциональных групп, которые реагируют с функциональными группами олигомерного или полимерного соединения смоляного компонента (а); и

(с) соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении;

причем соединения (а)-(с) отличаются друг от друга.

Аспект 2. Аккумулятор по аспекту 1, в котором смоляной компонент (а) содержит одну или более эпоксидных смол, полисилоксановых смол, акриловых смол, полиуретановых смол, полимочевинных смол, поливиниловых смол, фенольных смол, мочевиноформальдегидных смол, полиимидных смол, меламиновых смол, полиэфирных смол и цианатных смол.

Аспект 3. Аккумулятор по любому из аспектов 1 или 2, в котором функциональные группы смоляного компонента (а) выбраны из эпокси, амина, винила, амида, карбамата, мочевины, меркаптана, карбоновой кислоты, (мет)акрилоила, изоцианата, алкоксисилила, ангидрида, гидроксильных групп, алкоксигрупп, функциональных групп, способных реагировать друг с другом, и их комбинаций.

Аспект 4. Аккумулятор по аспекту 3, в котором функциональные группы, которые способны реагировать друг с другом, выбраны из N-метилоламидных групп; силановых групп, содержащих гидролизуемые или конденсируемые группы, связанные с кремнием; групп этиленненасыщенных жирных кислот; азометиновых групп; азетидиновых групп; групп, способных к термически обратимой реакции Дильса-Альдера.

Аспект 5. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, в котором присутствие отверждающего агента (b) обязательно, если смоляной компонент (а) не содержит функциональных групп, способных реагировать друг с другом.

Аспект 6. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, в котором отверждающий агент (b) включает один или более из полиаминов, полиамидов, полиолов, политиолов, аминопластических смол, фенольных смол, полиизоцианатов и полиэпоксидов.

Аспект 7. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, в котором смоляное соединение (а) включает эпоксидную смолу, а отверждающий агент (b) является обязательным и включает

- соединение с несколькими аминными функциональными группами, которое может быть выбрано из алифатического полиамина, ароматического полиамина, поли(аминоамидов), простых полиэфираминов и их комбинаций, или

- соединение с несколькими тиоловыми функциональными группами, которое может быть выбрано из полисульфидтиолов, простых полиэфиртиолов, сложных полиэфиртиолов, тиолов на основе пентаэритрита и их комбинаций, или

- их комбинаций.

Аспект 8. Аккумулятор по любому из аспектов 2-7, в котором эпоксидная смола выбрана из диглицидилового эфира бисфенола A, диглицидилового эфира бисфенола F, эпоксифенолноволачной смолы, эпоксикрезолноволачной смолы, акриловых смол с эпоксидными функциональными группами, полиэфира с эпоксидными функциональными группами или их комбинации.

Аспект 9. Аккумулятор по любому из предыдущих аспектов, в которой соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении (с), выбрано из меламина, аммониевых солей фосфорной кислоты, гуанидина, метилолированного меламина, гексаметоксиметилмеламина, мочевины, диметилмочевины, пирофосфата меламина, дициандиамида, фосфата гуанилмочевины, глицина, карбоната кальция, карбоната магния, гидроксида кальция, дигидроксида магния, тригидроксида алюминия, борной кислоты и сложных эфиров борной кислоты.

Аспект 10. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, дополнительно содержащий добавки (d), выбранные из источника фосфора, источника бора, источника цинка, источника кислоты, источника углерода, армирующих наполнителей, модификаторов реологии, органических растворителей, пигментов, стабилизаторов пены, усилителей адгезии, ингибиторов коррозии, УФ-стабилизаторов и их комбинаций.

Аспект 11. Аккумулятор по аспекту 10, в котором дополнительные добавки включают комбинацию источника фосфора, источника бора, источника цинка, источника кислоты и необязательно источника углерода, при этом один материал может быть источником двух или более указанных элементов.

Аспект 12. Аккумулятор по любому из аспектов 7-11, в котором смоляной компонент (а) дополнительно содержит

(i) бета-гидроксиэфир (мет)акриловой кислоты;

(ii) соединение с (мет)акрилатными функциональными группами, отличное от соединения (i); или их комбинацию.

Аспект 13. Аккумулятор по аспекту 12, в котором бета-гидроксиэфир (мет)акриловой кислоты (i) содержит множество групп бета-гидрокси(мет)акрилового эфира, образующихся в результате реакции полиэпоксида с (мет)акриловой кислотой, причем полиэпоксид может быть выбран из диглицидилового эфира бисфенола A, диглицидилового эфира бисфенола F, эпоксифенолноволачной смолы, эпоксикрезолноволачной смолы, акриловых смол с эпоксидными функциональными группами, полиэфира с эпоксидными функциональными группами или их комбинаций.

Аспект 14. Аккумулятор по аспекту 13, в котором бета-гидроксиэфир (мет)акриловой кислоты (i) представляет собой продукт реакции полиэпоксида с (мет)акриловой кислотой при соотношении эквивалентов эпоксикарбоновой кислоты 1:0,1. к 1:1,015.

Аспект 15. Аккумулятор по любому из аспектов 12-14, в котором соединение с (мет)акрилатными функциональными группами (ii) выбрано из поли(мет)акрилатов 1,4-бутандиола, неопентилгликоля, этиленгликоля, 1,2-пропандиола, 1,3-пропандиола, 2,2,4-триметил-1,3-пентандиола, 1,6-гександиола, 1,4-циклогександиметанола, пара-ксилолгликоля, 1,4-циклогександиола, триметилолэтана, триметилолпропана, пентаэритрита и их комбинаций.

Аспект 16. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, в котором

- общее количество смоляного компонента (а) составляет от 10 до 40 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество отверждающего агента (b) составляет от 10 до 30 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общая масса соединения, обеспечивающего расширяющийся газ при термическом разложении (с), составляет от 0,1 до 25 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника фосфора, если он присутствует, составляет от 0,05 до 20 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника цинка, если он присутствует, составляет от 0,1 до 25 мас.%. в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника бора, если он присутствует, составляет от 0,1 до 10 мас.%. в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника кислоты, если она присутствует, составляет от 5 до 30 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции.

Аспект 17. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, в котором сшитый вспучивающийся слой при воздействии температуры выше температуры активации, которая вызывает термическое разложение соединения (с), расширяется и, необязательно, обугливается.

Аспект 18. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, дополнительно содержащий элементы внешней стенки, который образуют корпус, и необязательно элементы внутренней стенки, причем сшитый вспучивающийся слой по меньшей мере частично нанесен на внешнюю и/или внутреннюю сторону любого элемента внешней стенки и/или на любую сторону любого элемента внешней стенки, если они присутствуют.

Аспект 19. Аккумулятор по аспекту 18, в котором любой из элементов внешней стенки и/или внутренней стенки может содержать материал, выбранный из любого из композитных материалов, стали, алюминия и поликарбоната.

Аспект 20. Аккумулятор по аспекту 19, в котором аккумулятор представляет собой аккумуляторную сборку, содержащую множество отдельных элементов питания, при этом сшитый вспучивающийся слой расположен так, чтобы термически изолировать по меньшей мере один из отдельных элементов питания друг от друга в развернутом и, возможно, обугленном состоянии.

Аспект 21. Аккумулятор по любому из предшествующих аспектов, в котором аккумулятор представляет собой литий-ионный аккумулятор.

Аспект 22. Изделие, содержащее аккумулятор, в котором сшитый вспучивающийся слой по любому из аспектов 1-17 наносится на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием.

Аспект 23. Изделие по аспекту 22, в котором аккумулятор представляет собой аккумулятор по любому из аспектов 1-21.

Аспект 24. Изделие по любому из аспектов 22 или 23, в котором изделие представляет собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, и сшитый вспучивающийся слой наносится по меньшей мере на часть пола транспортного средства, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и кузовом транспортного средства.

Аспект 25. Использование отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из аспектов 1-17, для обеспечения защиты аккумулятора от возгорания и/или уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора при нанесении на любую часть аккумулятора.

Аспект 26. Использование по аспекту 25, в котором аккумулятор представляет собой литий-ионный аккумулятор.

Аспект 27. Использование отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из аспектов 1-17 для обеспечения защиты от возгорания изделия, содержащего аккумулятор, при нанесении на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием.

Аспект 28. Использование по аспекту 27, в котором изделие представляет собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, а отверждаемая вспучивающаяся композиция покрытия используется для защиты пассажирского салона транспортного средства от возгорания аккумулятора.

Аспект 29. Способ обеспечения защиты от возгорания аккумулятора или уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора путем нанесения отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из аспектов 1-17 на любую часть аккумулятора для формирования на нем покрытия и отверждения покрытия для получения на нем сшитого вспучивающегося покрытия.

Аспект 30. Способ обеспечения защиты аккумулятора от возгорания или уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора путем формирования отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из аспектов 1-17 во вспучивающуюся самонесущую пленку или лист, нанесение вспучивающейся самонесущей пленки или листа на аккумулятор и отверждение вспучивающейся самонесущей пленки или листа до или после нанесения на аккумулятор.

Аспект 31. Способ по любому из аспектов 29 или 30, в котором аккумулятор представляет собой литий-ионный аккумулятор.

Аспект 32. Способ обеспечения защиты от возгорания изделия, содержащего аккумулятор, путем нанесения отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из аспектов 1-17 на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, для образования на нем покрытия и отверждения покрытия для получения на нем сшитого вспучивающегося покрытия.

Аспект 33. Способ обеспечения защиты от возгорания изделия, содержащего аккумулятор, путем формирования отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из аспектов 1-17 во вспучивающуюся самонесущую пленку или лист, нанесение вспучивающейся самонесущей пленки или листа на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, и отверждение вспучивающейся самонесущей пленки или листа до или после нанесения на часть изделия.

Аспект 34. Способ по любому из аспектов 33 или 34, в котором изделие представляет собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, а отверждаемое вспучивающееся покрытие нанесено для защиты пассажирского салона транспортного средства от возгорания аккумулятора.

Предполагается, что следующие примеры иллюстрируют изобретение и не предназначены его ограничивать.

Примеры

Пример 1

Компонент А Pittchar® XP - упаковка смолы на основе эпоксида, и компонент В Pittchar® XP - упаковка для отверждения, содержащая полиаминный отверждающий агент и меламин как источник газа, оба являющиеся коммерчески доступными от PPG Industries Pittsburg PA, были смешаны в количестве 75 мас.% и 25 мас.%, соответственно. Смесь наносили распылением с помощью многокомпонентного распылителя Graco на стальную панель, только что прошедшую пескоструйную обработку (толщина = 5 мм, размер 15,24 x 15,24 см, SA 2,5), и оставляли отвердевать при 23°C в течение минимум семи дней. Толщина отвержденного покрытия в сухом состоянии составляла 5 мм.

К центральной точке тыльной стороны покрытого образца прикрепили термопару для отслеживания температуры по образцу. Центр покрытой панели затем установили на расстоянии 4 см от пропанового факела (диаметр 3,5 см, пропан) при расположении сшитого вспучивающегося покрытия в направлении факела. Температуру факела отслеживали посредством второй термопары, расположенной близко к основанию факела, и обнаружили, что она стабильно находилась в диапазоне от 900 до 1000°C. Температуру на тыльной стороне покрытой подложки и, для сравнения, на идентичной непокрытой стальной панели измеряли в течение длительного периода времени. Результаты изображены на фиг. 1.

Пример 2

Пример 1 повторяли за исключением того, что размеры стальной панели составляли 25,4 см x 25,4 см и что композиция покрытия наносилась кистью вручную при различных толщинах отвержденного покрытия в сухом состоянии - 1, 2 и 5 мм.

В то время как контрольный образец без вспучивающегося покрытия достигал максимальной температуры в 360°C за 30 мин действия пламени, температура для стальной панели, покрытой 1 мм вспучивающегося покрытия, возрастала только до максимум 147°C, для покрытия в 2 мм - до 114°C и для покрытия в 5 мм - до 80°C. Результаты изображены на фиг. 2.

Пример 3

Свободные пленки вспучивающейся композиции покрытия из Примера 1 (толщина = 1, 2 и 5 мм) отливали с помощью квадратных форм (вырезанных из полипропиленовых листов) и оставляли отверждаться в течение семи дней при 23°C. После распалубки пленки на тыльную сторону каждой пленки наносили коммерчески доступную клейкую пленку (3М 950) разлинованную с одной стороны. Образец разрезали до размеров стальной панели (15,24 см x 15,24 см), после чего подкладку снимали и вспучивающееся покрытие прижимали к стальной подложке (стальная панель: толщина 5 мм, размер 15,24 см x 15,24 см).

Повторяли испытание с пламенем из Примера 1. В то время, как контрольный образец без вспучивающегося покрытия достигал максимальной температуры в 360°C за 30 мин действия пламени, температура для стальной панели, покрытой 1 мм вспучивающегося покрытия, возрастала только до максимум 102°C, для покрытия в 2 мм - до 107°C и для покрытия в 5 мм - до 93°C.

Пример 4

Пример 1 повторяли за исключением того, что пропановый факел заменили на горящий жидкий электролит, который, как правило, используется в литий-ионном аккумуляторе (1,2 Li⁺OH^- в 3/7 мас./мас. этиленкарбонат/метилэтилкарбонат). Температура факела составляла около 650°C.

Повторяли испытание с пламенем из Примера 1. В то время, как контрольный образец без вспучивающегося покрытия достигал максимальной температуры в 142°C за 30 мин действия пламени, температура для стальной панели с покрытием в 5 мм увеличивалась только до максимума в 71°C.

Результаты изображены на фиг. 3.

Пример 5

Компонент А Steelguard® 951 - упаковка смолы на основе эпоксида и меламина как источник газа, и компонент В Steelguard® 951 - упаковка для отверждения, содержащая полиаминный отверждающий агент, оба являющиеся коммерчески доступными от PPG Industries Pittsburg PA, были смешаны в количестве 45 мас.% и 55 мас.%, соответственно. Смесь наносили распылением с использованием многокомпонентного распылителя Graco на алюминиевую панель (толщина = 0,64 мм, размер 7,5 см x 15,1 см) и оставляли отвердевать при 23°C в течение минимум семи дней. Толщина отвержденного покрытия в сухом состоянии составляла 0,18 мм.

К центральной точке тыльной стороны покрытого образца прикрепили термопару для отслеживания температуры по образцу. Тыльную сторону панели покрыли теплоизоляционной шерстью. Центр покрытой панели затем установили на расстоянии 17 см от пропанового факела при расположении сшитого вспучивающегося покрытия в направлении факела. Температуру факела отслеживали посредством второй термопары, расположенной близко к основанию факела, и обнаружили, что она стабильно находилась в диапазоне от 850 до 1000°C. Температуру на тыльной стороне покрытой подложки и, для сравнения, на идентичной непокрытой алюминиевой панели измеряли в течение 3 мин.

Результаты изображены на фиг. 4.

Пример 6

Пример 5 повторяли за исключением того, что использовалась стальная панель, имеющая следующие размеры (толщина = 5 мм, размер 25 см x 25 см). Композицию покрытия наносили на стальную панель вручную кистью и оставляли сушиться при 23°C в течении минимум семи дней. Исследовались различные толщины отвержденного покрытия в сухом состоянии (1, 2 и 6 мм).

В то время, как контрольный образец без вспучивающегося покрытия достигал максимальной температуры в 360°C за 30 мин действия пламени, температура для стальной панели, покрытой 1 мм пленки 2K CPFP, возрастала только до максимум 209°C, для пленки в 2 мм - до 160°C и для пленки в 6 мм - до 117°C.

Результаты изображены на фиг. 5.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к аккумулятору, содержащему сшитый вспучивающийся слой, выбранный из покрытия и самонесущей пленки или листа, причем слой сформирован из отверждаемой вспучивающейся композиции, содержащей: (a) смоляной компонент, содержащий один или более олигомерных или полимерных соединений, имеющих множество функциональных групп; (b) необязательно отверждающий агент, имеющий множество функциональных групп, которые реагируют с функциональными группами олигомерного или полимерного соединения смоляного компонента (а); и (с) соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении; причем соединения (а)-(с) отличаются друг от друга. Повышение надежности защиты аккумуляторов от теплового пробоя и предотвращение распространения огня в течение длительного периода времени является техническим результатом изобретения. Еще одной целью данного изобретения является защита изделия, содержащего аккумулятор и его пользователей от опасностей возгорания, связанных с тепловым пробоем, для чего сшитый вспучивающийся слой наносят на часть изделия, прилегающего к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, а также способ обеспечения защиты аккумулятора или изделия, содержащего аккумулятор, от возгорания или для уменьшения или предотвращение теплового пробоя аккумулятора. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 пр., 5 ил.

1. Аккумулятор, содержащий сшитый вспучивающийся слой, выбранный из покрытия и самонесущей пленки или листа, причем слой сформирован из отверждаемой вспучивающейся композиции, содержащей:

(a) смоляной компонент, содержащий один или более олигомерных или полимерных соединений, имеющих множество функциональных групп;

(b) необязательно отверждающий агент, имеющий множество функциональных групп, которые являются реакционноспособными по отношению к функциональным группам олигомерного или полимерного соединения смоляного компонента (а); и

(с) соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении; причем

соединения (а)-(с) отличаются друг от друга.

2. Аккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что смоляной компонент (а) содержит одну или более эпоксидных смол, полисилоксановых смол, акриловых смол, полиуретановых смол, смол на основе полимочевины, поливиниловых смол, фенольных смол, мочевиноформальдегидных смол, полиимидных смол, меламиновых смол, смол на основе сложного полиэфира и цианатных смол.

3. Аккумулятор по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что функциональные группы смоляного компонента (а) выбраны из эпокси, аминной, винильной, амидной, карбаматной, мочевинной, меркаптановой, группы карбоновой кислоты, (мет)акрилоильной, изоцианатной, алкоксисилильной, ангидридной, гидроксильной, алкоксигрупп, функциональных групп, которые способны реагировать друг с другом, и их комбинаций.

4. Аккумулятор по п. 3, отличающийся тем, что функциональные группы, которые способны реагировать друг с другом, выбраны из N-метилоламидных групп; силановых групп, содержащих связанные с кремнием способные к гидролизу или конденсации группы; групп этиленненасыщенных жирных кислот; азометиновых групп; азетидиновых групп; групп, способных к термически обратимой реакции Дильса-Альдера.

5. Аккумулятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что смоляное соединение (а) включает эпоксидную смолу, и отверждающий агент (b) является обязательным и включает

- соединение с несколькими аминными функциональными группами, которое может быть выбрано из алифатического полиамина, ароматического полиамина, поли(аминоамидов), простых полиэфираминов и их комбинаций, или

- соединение с несколькими тиоловыми функциональными группами, которое может быть выбрано из полисульфидтиолов, простых полиэфиртиолов, сложных полиэфиртиолов, тиолов на основе пентаэритрита и их комбинаций, или

- их комбинаций.

6. Аккумулятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что соединение, обеспечивающее расширяющийся газ при термическом разложении (с), выбрано из меламина, аммониевых солей фосфорной кислоты, гуанидина, метилолированного меламина, гексаметоксиметилмеламина, мочевины, диметилмочевины, меламинпирофосфата, дициандиамида, фосфата гуанилмочевины, глицина, карбоната кальция, карбоната магния, гидроксида кальция, дигидроксида магния, тригидроксида алюминия, борной кислоты и сложных эфиров борной кислоты.

7. Аккумулятор по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий добавки (d), включающие комбинацию источника фосфора, источника бора, источника цинка, источника кислоты и необязательно источника углерода, при этом один материал может представлять собой источник двух или более указанных элементов.

8. Аккумулятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что

- общее количество смоляного компонента (а) составляет от 10 до 40 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество отверждающего агента (b) составляет от 10 до 30 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общая масса соединения, обеспечивающего расширяющийся газ при термическом разложении (с), составляет от 0,1 до 25 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника фосфора, если он присутствует, составляет от 0,05 до 20 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника цинка, если он присутствует, составляет от 0,1 до 25 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника бора, если он присутствует, составляет от 0,1 до 10 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции;

- общее количество источника кислоты, если он присутствует, составляет от 5 до 30 мас.% в пересчете на общую массу твердых веществ композиции.

9. Аккумулятор по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий элементы внешней стенки, которые образуют корпус, и необязательно элементы внутренней стенки, причем сшитый вспучивающийся слой по меньшей мере частично нанесен на внешнюю и/или внутреннюю сторону любого элемента внешней стенки и/или на любую сторону любого элемента внутренней стенки, если они присутствуют.

10. Аккумулятор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что аккумулятор представляет собой литий-ионный аккумулятор.

11. Изделие, содержащее аккумулятор, где сшитый вспучивающийся слой по любому из пп. 1-8 нанесен на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, предпочтительно изделие представляет собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, а сшитый вспучивающийся слой нанесен по меньшей мере на часть пола транспортного средства, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и кузовом транспортного средства.

12. Применение отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из пп. 1-8 для обеспечения защиты аккумулятора от возгорания и/или для уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора при нанесении на любую часть аккумулятора или для обеспечения защиты изделия, содержащего аккумулятор, от возгорания при нанесении на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием.

13. Способ обеспечения защиты аккумулятора от возгорания или уменьшения или предотвращения теплового пробоя аккумулятора путем

- нанесения отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из пп. 1-8 на любую часть аккумулятора с формированием на нем покрытия, и отверждения покрытия с получением на нем сшитого вспучивающегося покрытия; или

- формирования отверждаемой вспучивающейся композиции по любому пп. 1-8 в виде вспучивающейся самонесущей пленки или листа, и нанесения сшитой вспучивающейся самонесущей пленки или листа на аккумулятор и отверждения вспучивающейся самонесущей пленки или листа до или после нанесения на аккумулятор.

14. Способ обеспечения защиты изделия, содержащего аккумулятор, от возгорания путем

- нанесения отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из пп. 1-8 на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, с формированием на нем покрытия, и отверждения покрытия с получением на нем сшитого вспучивающегося покрытия; или

- формирования отверждаемой вспучивающейся композиции по любому из пп. 1-8 в виде вспучивающейся самонесущей пленки или листа, и нанесения вспучивающейся самонесущей пленки или листа на часть изделия, прилегающую к аккумулятору, между аккумулятором и изделием, и отверждения вспучивающейся самонесущей пленки или листа до или после нанесения на часть изделия.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что изделие представляет собой транспортное средство, содержащее литий-ионный аккумулятор и пассажирский салон, а сшитое вспучивающееся покрытие наносят для защиты пассажирского салона транспортного средства от возгорания аккумулятора.