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Polymères.
La présente invention a pour objet des polymères d'urétane,ayant de meilleures propriétés ignifuges et auto-extinotrices; Elle a plus particulèrement pour objet des polyuréthanes cellulaires, ayant des propriétés inginfuges et auto- extinctrices beaucoup meilleures. Eelle a plus spécialement pour objet des poly- uréthanea cellulaires solides, possédant ces propriétés.
On connaît très bien les polymères d'uréthane ainsi que leurs procédés de fabrication et de transformation en produits mousses solides, semi-solides et souples. On forme ces polymères en faisant réagir un compose, dont la molécule contient au moins 2 atomes d'hydrogène actif et comportant un polyisocyanate,
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habituellement un diisooyanate du type aromatique. Ces composes comprennent les polyols, comme par exemple les polyesters et les polyitherne,
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Pour préparer un produit mousse cellulaire, on fait habituellement
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réagir le polyol avec un excès de polyisocyanate, pour obtenir un prépolmère., contenant des groupes NCO résiduels.
On utilise normalement 5-40 % d'excès, la
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quantité dépendant de la viscosité désirée et du procédé de production de mousse.
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Un procédé de transformation du po1y#6thsne en mousse consiste à ajouter de
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l'eau, un catalyseur et des composée additionnels d'hydrogène actif,, comme par
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.. ¯ , 7,"' /' exemple des polyols additionnels. L'eau réagit arec l'isooyanats, en donnant de ... : 1 .. ¯, , , . g " .,q 1 l'anhydride carbonique, qui est enferma dans la masss Tisqusnse lors de la réaction. Le catalyseur favorise la rétiolîation des chaînes polymères et lorsque la masse de mousse ne dilate et atteint la point de durcissement on de cuisson, elle contient plusieurs cellules microscopiques.
' ¯
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Un antre procédé de production de mousse nécessite généralement un
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excès moindre de polyisooyanate et l'on obtient la structure cellulaire en utilisant un liquide inerte a bas point d'ébnllitioa, que l'on ajoute en même temps
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que le catalyseur et que le composé additionnel d'hydrogène actif,. Lorsque la
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réaction s'effectue, il ne forme de la chaleur et le liquide iner" à bas point d'ébullition n'évapore,, Cette Tapeur est enfermée dans la cassa Tisqaause et la durcissement se produit comme décrit oi-dsssus.
On connaît également d'antres méthodes de préparation de polymères mousses d9urétha o
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Parmi les polyols habituels, que l'on utilise dans la fondation de
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pohnréthanea, il y a les produits réactionnels d'acides polybasiques, comme par exemple les acides adipique, phtalique, sébacique, sucoinique, oxalique, ricinoléiquop etc., arec un alcool poli4f,quej,come par exemple ltétbylène-glycol, le diéthylèneglycol, le propylëne-glyool et le butylène-glycol, le 1,4-butanediol le glycérol, le trimethylol-propane, le trimethanol-ethane, le 19296-hezanetriol$ le 1,2,4-butanetrioi, etc. On a également employé des glycols d'éthera de poly-
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alcoylène. Le livre intitulé "Polyurethanes", par Bernard A.
Dombrov, Reinhold
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hubliahin6 Corporation, New-York, 1957, donne une bonna description des poly-
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uréthanes.
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Outra laur u%31iaa%on dans la fabrication de produits cellulaires,
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les polymères d'uréthane sont également employés dans d'autres applications.
Par exemple, on peut les couler sous formede films et les employer, comme matiè- re d'emballage. On peut les couler dans des moules, pour former divers articles, utilisés dans différentes applications. Les polymères d'uréthanes ont été utilisés dans la fabrioation d'articles caoutchouteux et certains ont été employés comme adhésifs. En règle générale, ces polymères sont adaptables à des utilisations que remplissent de nombreux polymères connus actuellement.
Un inconvénient majeur et, par conséquent un facteur limitant les utilisations possibles des produits fabriqués à partir des polyuréthanes, réside dans le fait qu'ils peuvent s'enflammer et brûler facilement. Cette remarque est particulièrement vraie pour les matières mousses. Bien que l'on connaisse des composés ignifuges ainsi que des procédés de fabrication de ces derniers,, en par- ticulier pour les textiles, l'application de ces composés, ajoutés on mélangés avec un polyuréthane cellulaire, n'est pas réalisable.
Le dépôt d'un revêtement ou l'incorporation physique de ces composés à un produit mousse, est strictement limitée, car les matières ainsi utilisées sont sensibles à la migration, aux solvants, aux intempéries, aux lavages, etc. Dès lors, le prix du produit initial traité est augmenté, sans réaliser une forte amélioration permanente de ses propriétés ignifuges.
En conséquence, une caractéristique de la présente invention réside dans un procédé de formation d'un polyuréthane ayant des propriétés ignifuges,
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ce procédé étant caractérisé en ce qu'on fait réagir un polylsocyan&te avec un mélange d'un polyol et d'un composé organique de phosphore, dont la molécule contient au moins 2 atomes d'hydrogène actif; ensuite on cuit le produit réactionnel formé.
Une autre caractéristique de la présente invention consiste à transformer, en mousse,, le produit réactionnel du polyisocyanate et le mélange du polyol et du composé organique de phosphore, dont la molécule contient au moins 2 atomes d'hydrogène actif, ensuite, on cuit le produit mousse pour former un polyuréthane cellulaire.
Une autre caractéristique de la présente invention consiste à mettre
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nu nnint un KI1Y,1ftère ignifuge d 'u.réth:m. dans Isqusl l'ngsnt 1-4#-- est Tis
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partie structurelle du polyuréthane, formant ainsi, avec ce dernier, une forte liaison chimique, tout en évitant les faibles propriétés Ignifugea,, que l'on rencontre habituellement dans les polyuréthanse, en particulier, Ion polyurétha- nea transformée en mousse, tout en évitant également la perte de ces propriétés ignifugea dans les polyuréthanes transformés en mousse,, traités avec une composi- tion ignifuge supplémentaire.
Une autre caractéristique de la présente invention consiste à mettre an point un polyuréthane cellulaire ignifuge, auto-extincteur, solide, semi-solide ou souple.
Une antre caractéristique de la présente invention consiste à préparer une mousse ignifuge de polyuréthane d'un poids léger, mais pratiquement solide et utilisée pour plusieurs applications comprenant les panneaux ignifuges pour des structures telles que les avions, les bâtiments, etc.
On a trouvé qu'en remplaçant tout ou une certaine partie du composé habituel d'hydrogène actif, comme par exemple un polyol, utilisé actuellement dans la préparation des mousses de polyuréthane, par un composé de phosphore, dont la molécule contient au moins 2 atomes d'hydrogène actif, en particulier le produit d'un acide de phosphore, dont la. molécule contient an moins 2 groupes hydroxyles, avec un oxyde d'alcoylène, on améliorait remarquablement le degré ignifuge du produit fini. Le degré ignifuge dépend de la quantité du composé de phosphore utilisé.
Si la quantité diminue, le degré ignifuge diminue également, mats on obtient une meilleure propriété ignifuge lorsqu'on utilise même nune quantité aussi faible que 5 % du composé contenant du phosphore, pour remplacer 5 % du polyol habituel, le remplacement s'effectuant sur la base des équivalents d'hy- drogène actif.
Comme on l'a dit ci-dessus, les composés de phosphore, utilisés suivant la présente invention, sont ceux contenant au moins 2 atomes d'hydrogène actif par molécule. Il existe de nombreux types de structures chimiques contenant de l'hydrogène actif et il est entendu que tous ces types rentrent dans le cadre de la présente invention.
Comme exemples non-limitatifs de radicaux d'hydrogène ac- tif, pouvant être associés au phosphore dans un composé organique chimique, il y a :
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où -R- représente nn radical alooylène ou Mylene ou encore une série de radicaux alcoylène ou az7lènel, pouvm-t être séparés par des atomes hétéro, tels que ors et 3, par exemple -CH2CH20CH2CH20CH2::i-, -C6'B.-C6'fJ..-, c6E-e-0-17 ou entrée, reliés
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à un atome de phosphore, directement on par de l'oxygène, du soufre on de l'azote,
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R' représentant un radical alcoyl* on aryle on encore de 1'%bmW*
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Parmi les composée les plus utiles, contenant dn phosphore, il y a les
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composée contenant des groupée hydroaqrlea fournissant l'hydrogène actif.
Parmi oe. composée, on envisfflp suivant la présente inventions l'emploi de composés or-
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ganiques et inorganiques de phosphore, contenant au moine 2 groupes hydroxyles.
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ne sont le aiecu identifiée par le nombre d'atomea d'hydrogène actif présents.
1 - Composée contenant 2 atomes d'hydrogène actif par molécule.
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1 - inor6aniqpoS 0 a) acide phosphoreux *110-î-il OR* II- organique* N a) 1IODOe8'ters d'acide phosphorique 80--OH* on* 0 b) acide* phosphoniques 8OR*
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c) dienters d'acide pjrOphoaphor1qu8
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d) acids süphoephiniqnes
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e) dilatera d'acides diphosphoriques
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f) dienters diacides diphosphoniques
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S) un produit d'addition d'oxyde ou de b1ox;rde d'alcoyléne de l'un OU l'autre des composés représentés dan8 .1-I-{a) et 1-II-(a-t), loxde dalcoylène étant 82-C-C8-8", où B" représente 99 C83, c2H5 et C1IlJ1.
Dans les formats 01-4..8\18.. représente un rad10al 8100.71. ou aryle substitué on non, tandis que Ri représente un radical aloo;r1ène ou arylène ou encore une série de radicaux alooylène ou a171. pouvant étre séparés par des atouts hétéro, oosae par exemple 09 Y et S, par exeole -#2cJJIr2CHl)CJI2#2-' -C6H4-C6H4-' -f:6H4OC6H4- ou autres. le "*" désigne de lrdrogàne actif* 3 - C08p08eS. contenant plus de 2 atouts d'hydrogène actif par molécule.
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1 - i%JorganiqU88 Si a) acide phosphorique HO-P OE* OR* b) acide py pho"h ique *HO 0 0 OR* z *HO / "\OH*
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o) acides polyphosphonqnes, oomae par exemple l'acide tripolnhoephorlque.
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II - organiques
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a) mmoesters d'acide pyrophoaphorique
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b) acides diphosphoniques
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c) lI.ono8eters d'acides diphoa honiques
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d) acides Ohhosfioriqnos
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e) IDOn08stera d'acides diphoaphoriqu.s
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f) le produit d'en aycol, !!OR'OR, ayant réagi svea P2o5. g) le produit d'un pdydycol, X(0R' i0É, ayant réagi avec P2058 h) le produit d'un 8longe d'un glycol on un polyglycol et d'un alcool, RM9 ayant réagi aveo P2058 1) le produit d'nn c0llp08é po1J ayant réagi avec P205. j) un produit d'addition d'03[yda ou de bioxyde d'slcoyléno de l'un ou l'autre des composée représentés dans 1-I-(s-c) et 1-II-(a-1) , l'exyde 49alcoylène étant HC-CH-R", où Rreprésente H, CHC-BL et 011201.
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k) l'un ou l'autre des produite représentés dans 1-II(g) et
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B-II-(3), ayant réagi avec ?205.
1) l'un ou l'autre des produite représentés dana 1-IT(k) , ayant réagi arec un oxyde ou un bioxyde dtalcoylèneg repréont, par O:#-R'" où "R" représente H, Cl11,12, et CH2C'!, Daas les fumule8 c1-4e88118, R représente un radical alcoyneou aryUne' ou encore nne série de radicaux alooyléne ou arylène, pouvant être séparéa par des atomes hétéro tels que 0, 1l et S; comme par exemple -OEàOE2oOE2M2oC"2=273, -06H4C6H4-' 6HlC6H4-' ou antres, tandis que x représente un nombre eut-ter
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positif.
Le "*" indique de l'hydrogène actif.
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parmi les nombreux composés représentés ci-dessus en A et B et parmi les composés organiquas préférés de phosphore, dont la molécule contient au moins 2 atomes d'hydrogène actif et qui peuvent réagir avec les polyisocyanates, il a a les produits réactionnels des oxydes d'alcolière et d'acide phosphorique de même que les produits réactionnels d'acides dialcoyl-pyrophosphoriques et d'oxyde dialcoylèns.
Suivant la présente invention, on mélange un composé organique de phosphore, dont la molécule contient au moins 2 atomes d'hydrogène actif, ou un mélange de ce composé et du polyol normalement utilisé, avec un diisocyanate aromatique, comme par exemple, le diiscocyanate de tolylène et l'on chauffe le mélange pour former un prépolymère. Pour obtenir le produit mousse, il y a, dans le mélange, un excès d'environ 5 à 40 % de diisocyanate, calculés sur le NCO n'ayant pas réagi. Ensuite, on traite le mélange avec un catalyseur, un surfactant, un produit oontenant du phosphore supplémentaire et/ou du polyol habituel de même ' que de l'eau ou un liquide inerte à bas point d'ébullition, come par exemple un chloroflucrocarbone, c'est-à-dire un des Fréons.
La production de mousse a lieu et le produit est traité à une température de 25 à 100 C pendant une période variant entre environ 10 minutes et 2 heures. Il se forme une matière cellulaire blanohe et légère.
Pour le but de la présente invention, il faut que l'acide de phosphore contienne au moins 2 groupes hydroxyles par molécule. S'il y a moins de 2 groupes, la réticulation et la formation du polymère ne sont pas facilitées. Lorsqu'on emploie un composé bifonctionnel de phosphore, on a trouvé que l'on obtenait les meilleures propriétés ignifugea en employant environ 5 à 70 % du composé de phosphore en remplacement du composé habituel d'hydrogène actif. Lorsque le composé de phosphore est trifonctionnel ou possède une fonction supérieure, on peut, pour obtenir la meilleure propriété ignifuge pratique, remplacer environ 30 à 100 % du composé habituel d'hydrogène actif par le composé contenant du phosphore.
Toutefois, dans les 2 cas, on peut obtenir des propriétés ignifuges acceptables pour certaines applications, en utilisant les composés de phosphore en quantités supérieures ou inférieures aux pourcentages indiqués ci-dessus. Les polyisocyanates utilisas, sont ceux bien connus dans la technique de formation des polyuréthanes habituels et il n'est pas nécessaire d'en donner une description détaillée.
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Les exemples suivante illustrent la présente invention et il est entendu qu'ils ne limitent nullement celle-ci.
EXEMPLE I
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mousse solide préparée à :w1r de diisooyanate de tolylène et d'acide phosphorique 'D1'OpoxYlé. flation de Fréon.
(a) Formatian du prépolymèret On a placé 300 gr. d'acide phosphorique p=po2ylé,, préparé conformément au brevet américain 2*372.244 et ayant un indice hydroxyle d'environ 365, et 672,8 gr. de düaocyanate de tolylène (80 36 de diiaooyanate de 2,4tolyléne et 20 de diisocyanate de 2,6-%olyléne) dans un ballon de 1000 111.. muni d'un agitas . teur et d'un therm#è'tre. On a recouverte le mélange d'azote, pour éviter IthUII:I.d1-
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té. Tout en agitant, on a porté la température à 90 0 et on lia maintenue à go- C t 3 C pendant une période de * heure, puis on a refroidi à enrlron 258 C. Le produit était un liquide jaune pale, nntenant 25,04 de groupes NCO n'ayant 'pas réagi (calculés sur le poids total du mélange).'La viscosité du liquide était de 3200 oentipoises à 23 C.
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(b) Formation de 1IOU88e..
1 50 gr. du produit de (su dans un bêcher en acier inoaqrdable de 400 ail, on a ajouté 45,3 gr, (équivalent 8toechiométrique du 1fCO résiduel) de l'acide phosphorique propoxylé de (a). On a ajouté, an mélange, 14,2 gr. de CC13F l'réon 11 de du Pont, et 0,5 gr. d'un anirtaotant de polymère en bloc d'organoailicones, répondant à la formule
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où H et Lis sont des groupes methylee, El est un groupe éthyle, p, q et r ont une valeur moyenne de 3, tandis que l'unité (CnJ1.2;D. )o;. représente un bloc de polyoxy- éthylène, contenant en moyenne 16 unités dfoxyéthylènep z étant égal à 16 et n -2; ensuite on mélange rlgoureusement tous les produite. Au cours de l'opération de mélange, on a perdu un peu de Fréon et on a dû le remplacer.
Après le mélange, on a ajouté 0,5 ml d'un catalyseur de dilaurate dibutylique d'étain, on a agité ra-
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pidempnt le mélange pendant 15-20 secondes s t l'on a versé tous les produite
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dans un carton de 15,24 x 15,24 x 10,16 cn enduit d'une cire (pâte) commerciale pour parqueta* La formation de mousse a commencé immédiatement. On a placé le mélange moussant dans un four maintenu 4 70. C. On a atteint la hauteur maximum de mousse environ 30 secondes après avoir versé le mélange dans le carton. La mousse est devenue non-collante après 5 minutes et elle a atteint sa solidité finale après 10 minute. à 70 C. On a retiré la mousse du four après avoir atteint cette solidité finale et on l'a déversée du carton.
EXEMPLE II
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Mousse solide, préparé* à partir de dibooyanate de tolTlène, d'acide phosphorique propoxylé et d'un polyol ordinaire. Insufflation de Fréen.
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(a) Formation du "01'éDOIYJ1ère.
On a placé 300 gr. d'acide phosphorique propozJlé et 57,0 gr. de diieoo1'anate de Tolyléns dans un ballon de 2 1. muni d'un thermomètre et d'un agitateur. On a employé de l'azote pour recouvrir les réactifs, afin d'éviter l'humidité. Tout en agitant, on a porté la température du mélange à 1006 C et on l'a maintenue pendant 1 heure. Après cette période de chauffage, il est resté 0,034 % de groupe ICO n'ayant pas réagi. On ¯a$ouU 970,0 gr. de diisocyanate de 10011'- lène supplémentaire et l'on a abaissé la température du mélange à environ 60 C.
On a porté la température à 700 C et l'on a poursuivi l'agitation pendant heure à cette température. Ensuite, on a refroidi le produit à environ 25 C. Le produit
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était un liquide jaune pale, contenant 31,1J6 de groupes NICO n'ayant pas réagi et ayant une viscosité de 600 centipoises à 20 C.
(b) Formation de mousse.
On a préparé la =unes par le même procédé que celui indiqué à l'exemple 1 (b). Les quantités des matières utilisées étaient les suivantes :50 gr.
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du prépolyaère de II (a), 317 gr. d'acide phosphorique propoxylé, 22 gr. d'un triol commercial à base de polyéther et ayant un indice hydroxyle d'environ 378, 15,6 gr. de Fréon-11, 0,6 gr. de dilaurate dibutylique d'étain et 0,6 gr. du
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turfaotant défini en I (b).
Parmi les polyols bien connus à base de polyéther, pouvant être utilieée pour former les pOlyUrétane8, il y a le "p'iax Triol 'V-3&0" de l'Union
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Carbide (triol coamercial à base de polyéther défini en II (b) ), 1' "Atlas c- 2qu0" (priait d'addition d'Ta±à de propylène à du sorbitol ayant un indice hydroxyle d'environ 490) et le "Pluraool TP-440"de la Iryandotte (produit dadd:.ticn d'oxyde de propylène à du triméthylolpropanep ayant un indice hydroxyle d'environ
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380). EXEMPLE
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mousse solide préparée à partir de düaocyaaate de tolylène,
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d'acide phosphorique propoxylé et d'un polyol ordinaire. insufflation de Fréon*
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(a) lroacaation du oréoo1Ynére.
On a employé le propolpére de l'exemple II (a).
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(b) Formation de mousse.
On a préparé la mousse comme indiqué à l'exemple I (b), avec cette
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exception que l'on n'a utilité que 9#9 gr. diacide phosphorique propoiy3é, le reste d'hydrogène actif étant fourni par 4°,0 go. du triol conventionnel de l'exemple II (b). De plus, on a porté la teneur en Fréon à 15,6 gr., le dilavrata dibutylique d'étain à 0,6 ml et le surfactant à 0,6 gr.
Xou e solide préparée à partir de diisooyanate de tolylène et d'un polyel ordinaire. Insufflation de 3réon.
(a) Formation du prepolvzere.
On a placé 50 ger. du triol de l'exemple II (b) et 342,0 gr. de diiso- cyanate de tolylene (80 }6 de diiooeyanate de 2,4-jolyléne et 2J fi de diisocyanate de 2p6-tolylène) dans un talion de 2000 ml, zuni d'un agitateur, d'un the>nOtre
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et d'un appareil pour couvrir le mélange sous une atmosphère d'azote. On a agi-
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té le mélange et l'on a porté la température réactionnelle à 70 C. On a ajouté 50 gr. de triol supplémentaire et l'on a porté la température à"900 C. On a chauffé le mélange à 900 C pendant 30 minutes, puis on l'a refroidi à 50" C, avant de l'emmagasiner. Le produit était un liquide jaune pale, contenant 30,3 36 de groupes NCO n'ayant pas réagi, ce liquide ayant une viscosité de 8W centipoises à 25" C.
(b) Formation de mousset On a placé 47 6** du prépolymère ci-dessus, 50 gr. du triol; 0;6n gr. du surfactant de silicones de l'exemple I (b) et 20,5 gr, du Fréon (CCI3F) dans un
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bêcher de 400 ml en acier inoxydable et l'on a mélangé vigoureusement le tout.
Une certaine partie du Fréon a dû être remplacée, par suite de perte au cours du mélange. On a place 0,6 gr. de catalyseur de dilaurate dibutylique d'étain dans le mélange et l'on a agité ce dernier, pendant 10-20 secondes. La mousse 's'est formée presqu'immédiatement et l'on a -ferai le mélange moussant dans un carton de 15,24 x 15,24 x 10,16 cm, enduit d'une cire pâteuse commerciale pour parquets.
Le carton, contenant le mélange moussant, a été placé dans un four à 70 C pen- dant 10 minutes. La mousse est devenue non-collante en moins d'une minute et elle avait atteint pratiquement toute sa solidité en 2-3 minutes, à une température de 70' C.
EXEMPLEJ V
Mousses solides préparées à partir de diisocyanate de tolylène et d'un polyol oridnaire, à partir de diisocyanats de tolylène et d'acide phosphorique propoxylé ou à partir de diisooyanate de tolylèns, d'un polyol ordinaire et d'acide phosphorique propoxylé.
Insufflation de Fréon, (a) Formation du prpolymère, (1) On a mélangé 300 gr. d'acide phosphorique propoxylé avec 668,5 gr. de diisocyannte ils tolylène et l'on a chauffé le mélange à 90 C pendant ¸ heure.
On a effectué toute la réaction sous une protection d'azote. A la fin de la pé- riode de chauffage, on a laissé refroidir le mélange à la température ambiante.
Le produit avait une viscosité de 3340 oentipoises à 21 C et la quantité de groupes NCO n'ayant pas réagi était de 25,06 %.
(2) On a mélangé 300 gr. de triméthylolpropane propoxylé, ayant un indice hydroxyle de 373 (voir exemple II (b) ), avec 682 gr. de diisocyanate de tolylène et l'on a chauffé le mélange à 90' C pendant heure. On a effectué tou- .. te la réaction sous une protection d'azote. A la fin de la période de' chauffage, on a laissé rofroidir le mélange à la température ambiante. Le produit avait une viscosité de va centipoises à 25 C et la quantité des groupes NCO n'ayant pas réagi était de 24,7 %.
(b) Préparation de mousse,
On a préparé 4 mousses différentes à partir des prépolymères L et 2
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ci-dessus. On a obtenu ces mousses en mélangeant les ingrédients indiqués dans le tableau ci-dessous, le catalyseur de dilaurate dibutylique d'étain étant ajouté en dernier lieu. On a agité le mélange des ingrédients pendant 15-20 secondes, puis on l'a versé dans un récipient de papier enduit de 12,7 x 12,7 x 10,16 on* On a placé ce récipient dans un four à 50 C et on l'a soumis à cuisson. Les mousses avaient une densité de 0,0448 à 0,0464 kg/litre.
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Composi tion des nous , SU. Sl N-3 N* 4 g. prépolyaère 1 - - - 50,0 g. prépo7.rsire 2 50,0 50,0 50,0 g, !13PO4 proporlé - 183,2 bzz 46j.3 g, %rim6thylolpropane poilé (voir exemple II (b) ) 44,2 26,7 9,2 g. poly(diaétl-Gil1cone) DC-200 de l'exemple XI (o) 0,5 0,5 0,5 0,5 g. ccl3g (Fréon) 14,4 4a4 14,4 14,4 g. dilaurate dibntylique d'étain 0,4 0,4 0,4 0,4 EXEIlPLE JJ Préparation de mousses solides à partir des polyols de polyesters ordinaires-et des 'POlyOl8 J)hos-ohatiau.s.
(a) Pré'P01]']l.
Lo prépolymères ut:Uisé dans les préparations suivantes de mousses, était le produit réactionnel obtenu en faisant réagir, pendant environ 1 heure
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à 70-90' C nous une atmosphère d'azote, 80 parties de 4118OO78n&:1:. de tolylène avec environ 20 parties d'un polyol de polyester du type pbtal1que-aMpique (comme par exemple le "3eleotron 6002" de la Pittsburgh Plate Clsss CoapaD7), ayant un indice hydroxyle de 438. Le prépo7.3rmére contenait un excès de 30,5 $6 de groupes NCO n'ayant pas réagi.
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(b) FQ,raaition de mousse.
(1) On a prépara une mousse de contr8le à base de polyester en plaçant 50 gr. de prépolymère (VI-a) 48,5 gr. du polyol de polyester de 1 t eyemp*-, VI (a), 0,4 gr. du surfactant de silicones de l'exemple I (b) et 17,0 gr. de Fréon-11 dans un bêche'? de 400 ml en acier inoxydable. Après avoir agité vigoureusement pendant 10-15 secondes, on a remplacé la perte de Fréon-11, due à l'évaporation,
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on a ajouté 0,25 gr. de triéthylamine et l'on a agité vigoureusement pendant 10- 15 secondes. On a versé tout le produit dans un carton de 15,24 x 15,24 x 10,16 cm., enduit d'une cire pâteuse commerciale.
On a placé immédiatement la mousse dans un four préchauffé à 40-50 C et on l'a maintenue à cette température jusque ce qu'elle ait atteint pratiquement sa solidité finale (5-10 minutes).
(2) On a préparé une autre mousse exactement comme décrit ci-dessus,
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avec cette exception que l'on a employé 12,0 gr. d'acide dibutyl-pyrophoephorique propoxylé (voir exemple XI (a) ) et 41,2 gr. du polyol de polyester de l'exemple VI (a) ci-dessus.
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BXP2#LB TI;!; mousse solide préparée à partir de dii800yanate de tolylène et d'acide phosphorique proposyli. Insufflation de C020 (a) Formation du 'Dré"D01nre.
On a utilisé le prepolymere de l'exemple II (a).
(b) Formation de mousse, A 66,0 gr. du pr'.1"I1J'Ja..re ci-dessus, dans un beoher de 400 al. en acier Inoxydable, on a ajouté 41,0 gr. d'acide phosphorique propoxyl6y 2,0 ml d'eau et 0,7 il du surtsotant de silicones de l'exemple I (b). On a agité vigoureusellent le mélange et l'on a ajouta 0,82 al de 1f-:utborphollne, Puis on a mélangé rapidement les produits pendant 10-20 secondes. On a versé le mélange dans
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un carton de 15,24 x 15,24 x 10,16 cap enduit d'une cire pgteuse ordinaire et on a placé ce dernier dans un tour, maintenu à 95 C. L'accroissement maximum a été atteint en 2-3 minutes. La mousse est devenue non-collante en 15 minutes environ et elle était toujours quelque peu molle après 30 minutes à 95' C.
On a ensuite
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retiré la mousse du four et sa solidité a augmenté rapidement lors du refroidif.1se- ment à la température ambiante.
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EX1iXPLB VII! Nouas-) solide préparée à partir de diisocyanate de tolylène, d'acide phosphorique propoxylé et d'un polyol ordinaire. Insufflation de CO2.
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(a) Formation du prépolymère. On a utilisé le prépolymère de l'exemple II (a).
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(b) Formation de mousse;
On a préparé la. mousse exactement comte décrit à l'exemple VII (b), avec les exceptions suivante* : les polyols utilisés étaient l'acide phosphorique propoxylé (23,7 gr) et le triol ordinaire de l'exemple II (b) (16,8 gr.). La
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mousse est devenue non-coilante en 10 minutes.
EOMPU! IX mousse solide, préparée à partir de dïieocyanate de tolylene, d'acide phosphorique propoxylé et d'un polyol.ordinaire. Insufflation de CO2.
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(a) rnat3oa du vrépo -9.
On a employé le prépolymere de l'exemple II (a).
(b) 1'o1"ll&\1on d. 1IOU.,...
On a préparé la mousse exactement comme décrit à l'exemple VII (b), avec les exceptions suivantesles polyol* utilisés étaient de l'acide phoaphori- que propoxylé (4,8 gr) et le triol habituel (33,3 gr). La montée eat devenue noncollante en 5 minutes et l'on a atteint la solidité maximum en 20 minutes à 95 C sana la retirer du four.
EXEMPLE X
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.ou... solide préparée à partir de diieoeyanate de to7arlèae et d'un polyol ordinaire. Insufflation de C02. cl) fbxxatioa du LiLépolymère, On a employé le pr6polymbre de l'exemple Il (a).
(b) 191't18t1on de aouese.
1 66,0 gr. du prépolymère, contenu dans un bêcher de 400 Ill. en acier inoxydable, on a ajoute 35,0 gr. du triol ordinaire de l'exemple II (b), 0,07 al
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du surfactant de l'exemple I (b) et 2,0 gr. d'eau. On a mélange les produits en agitant et l'on a ajouté 0,82 al de catalyseur de N-m6thyl orµholins. On a agité rapidement le mélange et la formation de mousse) a commencé immédiatement. Les ingrédients ont été transvasée du bêcher dans un carton enduit de cira de 15,24 x
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15,24 x 10,16 cm. La mousse a été cuite dans un four à 90. C pendant 30 ..l....nutes.
Les mousses préparées dans chacun des exemples ci-dessus ont été soumises à l'essai ci-après en vue de déterminer leurs propriétés ignifuges.
On a placé horizontalement un bloc de mousse de 32,25 cm2 et de 1,27 cm
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d'épaisseur sur une pince annulaire de 7,62 cm. En dessous de l'éprouvette, on a placé un petit bec Bunsen, ayant une flamme de 6,35 cm, de iaçon que la pointe de la flamme Tienne juste toucher le centre du fond de l'éprouvette. On a maintenu le brûleur dans cette position, jusqu'à ce que la flamme passe par le sommet de la mousse. Ensuite, on a retiré immédiatement le brûleur. On a noté la durée nécessaire pour traverser la nousse, la durée pendant laquelle la mousse a continué à brûler après avoir retiré le brûleur ainsi que la durée nécessaire pour brûler complètement la mousse jusqu'à la pince annulaire, pour autant qu'elle ne se soit éteinte avant d'atteindre oelle-oi.
Si l'éprouvette s'éteignait d'elle- même en 5 secondes ou moins, on a réappliqué la flamme du brûleur pendant 5 secon- des supplémentaires et l'on a noté la durée de combustion supplémentaire. Les résultats sont repris au tableau I.
Tableau I
Mousses soufflées au Fréon
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> Durée <SEP> pour <SEP> Auto- <SEP> Burée <SEP> de <SEP> com- <SEP> Dnrée <SEP> de <SEP> Darée <SEP> de
<tb> traverser <SEP> la <SEP> extinctrice <SEP> bastion <SEP> jusqu' <SEP> combustion <SEP> combustion
<tb> mousse <SEP> à <SEP> l'anneau <SEP> avant <SEP> auto- <SEP> jusqu'au
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> extinction <SEP> réallumage
<tb> I <SEP> 12 <SEP> sec. <SEP> oui <SEP> - <SEP> 2 <SEP> sec. <SEP> 1.5 <SEP> sec.
<tb>
II <SEP> 12 <SEP> seo, <SEP> non <SEP> 45 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -III <SEP> 13 <SEP> seo. <SEP> non <SEP> 36 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -Contrôle
<tb> IV <SEP> 8 <SEP> sec. <SEP> non <SEP> 25 <SEP> sec. <SEP> Contrôle
<tb> V-1 <SEP> 14 <SEP> sec. <SEP> non <SEP> 30 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -V-2 <SEP> 13 <SEP> sec. <SEP> non <SEP> 35 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -V-3 <SEP> 10 <SEP> sec. <SEP> oui <SEP> - <SEP> 45 <SEP> sec. <SEP> -V-4 <SEP> 13 <SEP> sec. <SEP> oui <SEP> - <SEP> 28 <SEP> sec. <SEP> -Contrôle
<tb> VI-1 <SEP> 14 <SEP> sec. <SEP> non <SEP> 45 <SEP> sec. <SEP> VI-2 <SEP> 17 <SEP> sec. <SEP> oui <SEP> - <SEP> 44 <SEP> sec.
<SEP> --
<tb>
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Mousses soufflées auCO2
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> Durée <SEP> pour <SEP> Auto- <SEP> - <SEP> Durée <SEP> de <SEP> cm- <SEP> Durée <SEP> de <SEP> Durée <SEP> de
<tb> traverser <SEP> la <SEP> extinctrice <SEP> bustion <SEP> jasqu' <SEP> combustion <SEP> combustion
<tb> mousse <SEP> à <SEP> l'anneau <SEP> avant <SEP> auto= <SEP> jusqu'au
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯,¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> extinction <SEP> réallumage
<tb> VII <SEP> 8 <SEP> sec. <SEP> oui <SEP> - <SEP> 4 <SEP> sec. <SEP> 2 <SEP> seo.
<tb>
VIII <SEP> 8 <SEP> seo. <SEP> oui <SEP> - <SEP> 17 <SEP> sec. <SEP> -IX <SEP> 12 <SEP> sec. <SEP> non <SEP> 85 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -Contrôle
<tb> X <SEP> 7 <SEP> sec. <SEP> non <SEP> 30 <SEP> noce <SEP> - <SEP> --
<tb>
D'après le tableau ci-dessus, on constate que les mousses ne contenant pas le produit réactionnel de phosphore, brûlaient facilement à l'intérieur de la bague.
Les mousses dea exemples I, V-4 et VII, ne contenant aucun des polyols habi-' tuels, mais uniquement l'acide phosphorique propoxylé, ne brûlaient pas jusqu'à la bague et étaient auto-extinctrices. Après avoir été traversées par la flamme, les mousses des exemples I et VII n'ont brûle que 2 et 4 secondes respectivement et, lorsqu'on lea a réallumées, elles ont brûle 1-¸ et 2 secondes respectivement.
En ce qui concerne lea mousses des autres exemples, où l'on a remplacé une certaine partie du polyol ordinaire par l'acide phosphorique propoxylé, on a constaté une remarquable amélioration comparativement aux éprouvettes de contrôle IV, V-1, V1-1 et X, qui ont brûlé complètement jusqu'au bord de la bague en 30 secondes ou moins.
On a égale-ment préparé des mousses ignifugea à partir d'autres acides phosphoriques alcoxylés, comme par exemple l'acide phosphorique éthoxylé.
EXEMPLE XI
Mousse souple, préparée à partir de diisocyanate de toylène, des polyols ordinaires et d'acide dibutyl pvrophosphorique propoxylé, (a) Préparation d'acide dibutyl-pyrophosphorique porpoxylé.
Pendant une période de 2,5 heures, on a ajouté lentement 426 gr. de P205 à 444,7 gr. d'alcool butylique. On a agité l'alcool pendant l'addition et l'on a maintenu la température en dessous de 15 C. Lorsque l'addition a été terminée, on a supprimé le refroidissement extérieur et l'on a porté la température à 35-40* C en deux heures environ. On a arrêté l'agitation après quatre heures et l'on a laissé reposer le produit pendant une nuit à la température ambiante. On
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l'a ensuite chauffé pendant deux heures à 70 C.
On a obtenu 863 gr. de produit
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acide, ayant une acidité primaire de 5,98 équivalents/moléculaires/gr. et une acidité totale de 7,17 équivalents/moléculaires/gr.
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A 420 ém. du produit oî-dessus, on a ajouté goutte à goutte de l'oxyde de propylène, tout en agitant le mélange à une température de 35-45 C. Lorsque tout l'oxyde a réagi, on a éliminé l'oxyde en excès et l'on a obtenu 805 gr. d'acide dibutyl-pyrophosphorique propoxylé. On a trouvé que ce produit avait un indice hydroxyle d'environ 210.
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(b) Yo1'l1fot1on du ppol=nMt1"8.
Dans une atmosphère d'azote, on a mélangé 34,1 gr. d'acide dibatyl- pyrophosphorique propoxylé, 91,9 gr. d'un composé hydroxyle tétratonctionnel,
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vendu sous le non de la marque "T.tron1c 701" par l'yandotte Chemicale Corp., et 237,5 gr. de polypropylène-glycol (IT6 2025 de l'Union Carbide Corp.). g ce mélange, on a ajouté 80,6 gr. de dilsocyanate de tolylène (80 96 de 2,4- et 20 '/0 de 2,6-). On a agité le mélange, on l'a chauffe à 1000 C et on l'a maintenu à cette température pendant deux heures. On a ensuite abaissé la température à 60 C et l'on a ajouté 63,7 gr. de diisocyanate de tolylène supplémentaire. On a agité le mélange pendant 15-20 minutée et on l'a déversé du récipient réactionnel.
La
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vieooaité à 239 C était de 4.200 centipoîses et le pourcentage de gronpea NCO n'syant pas réagi était de 8,7 %.
Le "ftronic 701" répond à la formule suivante :
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(H(C2H40)y ia3H6o)=)2 - "-C"2-CI'2-"- (CH60)x (C2H40)yH)2 où y est environ 6 et x, environ 12.
(c) Formation de mousses
On a mélangé 60 gr. du prépolymère ci-dessus aveo 1,4 gr. d'eau, 0,3 gr de silicone diméthylique (DC 200, produit de la Dov Corning Corp., ayant un indi-
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ce de viscosité de 50 oentipoises à 25 C), 0,6 gr. de N-méObylmorpholme et 0,18 gr. de trimé thylamine. On a placé le mélange moussant dans un four à 700 C pen- dant 25 minutes. On l'a ensuite cuit à. 121 C pendant 3 heures, pour former un polyuréthane cellulaire souple.
EXEMPLE XII
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Mousse !!Ourle, -:r4-,a--ée à partir da kiiôvv, âûcv tv de tolyiéiac et dô polyols ordinaires.
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On a préparé une mousse de contrôle exactement comme décrit à l'exemple XI, avec cette exception que l'on a préparé le prépolymère en employant 600 gr. de PPG 2025, 200 gr. de Tetronic 701, 124,6 gr. de diisocyanate de tolylène peur la première addition et 171,8 gr. de,diisocyanate de tolyléne pour la. deuxième addition. La teneur en groupes NCO n'ayant pas réagi était de 9,10 % et la visco-
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sité à 17' C était de 6.800 centipoisene en a ensuite soumis les produits des exemples XI et XII à des essais en vue de déterminer leurs propriétés de combustion. 'Une bande d'échantillon de 1,27 cm x 2,54 cm x 15,24 cm a été placée dans une pince, sous un angle de 45 .
On a appliqué une flamme à l'extrémité inférieure et l'on a noté la durée nécessaire pour brûler 10,16 cm de la bande. La matière ne contenant paa de composé de phosphore (exemple XII) a brûlé sur 10,16 cm en 39 secondes* La matière, obtenue avec le composé de phosphore (exemple XI) était auto-extinctrice, c'est-à-dire qu'en retirant la flamme appliquée, la bande a cessé de brûler.
EXEMPLE XIII
Préparation de films et de revêtements en employant de l'acide dibutyl-
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-nY%'O>b08J>boI'ioue 1>ro\)oplé et des Dolyols ordinaires, -
On a préparé des films et des revêtements sur du papier de cire, en employant les compositions suivantes : Formule N 1
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P--épolymère de l'exemple IV (a) 5 gr.
Triol de l'exemple II (b) 2 gr. lcide dibntyl-pyrophoaphorique propoxylé 6 gr. Dilaurate dibutylique d'étain 0,16 ml.
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Formule N* 2 >répo1yllére de l'exemple Ilt (a) 5 gr.
Triol de l'exemple II (b) 2 gr.
Polypropylène..glycol 475 (Union Carbide) 4,7 gr.
Dilaurate dibutylique d'étain 0,16 ml.
Dans les deux cas, on a mélangé les polyole et les prépolymères ensemble, on les a agités, puis on a ajouté le catalyseur. Après avoir mélangé intime-nent, on a coulé un film sur un papier ciré ordinaire, en employant une lame de
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raclette. Le papier et le film ont été placés dans un four préchauffé à 40-45 C.
Le produit de la formule N 1 est devenu non-collant en 30 minutes environ et celui de la formule N 2, en 15 minutes environ. Après un séjour de 30 minutes dans le four à 40-45* C, on a retiré les échantillons et on les a maintenu à la température ambiante pendant une heure. Les films avaient environ 0,381 mm.
Les propriétés à la flamme ont été relevées comme indiqué ci-après
Un échantillon de chaque spécimen a été soumis aux essais sous forme 1) de revêtement et 2) sous forme de filme
Pour l'essai sous forme de revêtement, on a préparé une éprouvette en découpant une bande de 2,54 cm x 20,32 cm (dimension du revêtement), une bande de papier oiré de 1,27 cm de largeur restant attachée sur un bord longitudinal de la bande de contrôle. On a suspendu la bande verticalement et l'on a appliqué la flamme au papier sur le coin inférieur de la bande.
Pour l'essai sous forme de film, on a découpé une bande de 2,54 cm x 25,4 cm et l'on en a enlevé complètement le papier ciré. On a pressé une bande de papier ciré de 5,04 cm x 2,54 cm sur une extrémité de la bande de film, de façon que 3,81 cm du papier dépasse la bande. On a suspendu verticalement la bande et l'on a appliqué la flamme au papier qui dépassait.
Dans l'essai de revêtement, le produit de formule N 1 a simplement brûlé la bande de papier ciré de 1,27 cm et, dès que la zone enduite a été atteinte, il s'est éteint immédiatement. On n'a plus remarqué de flamme après 12 secon- des. Le revêtement n'a brûlé sérieusement que sur environ 0,317 cm, une certaine décoloration étant notée jusqu'à environ 0,634 cm dans le bord vertical. D'antre part, lorsque le papier a été consumé, le produit de formule N 2 a continué à brûler jusqu'à environ 1,27 cm du bord vertioal. A cet endroit, la z8ne, où le fil support était attaché, a brûlé (27 secondes) et l'éprouvette eu+ tombée goutte à goutte.
Elle a continué à brûler et s'est éteinte après avoir brûlé pendant environ 1 minute, lorsqu'on a constaté que l'éprpnvette tombée se consumait complètement.
Dans l'essai sous forme de film, le produit de formule N 1 a brûlé pendant 2 secondes. A ce moment, le papier était brûlé et la chaleur engendrée a fait fondre le film. Plusieurs gouttes en flamme sont tombées, mais n'ont pas
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continué à brûler. EN même temps, lea éprouvettes d'essai sont disparues. Dans tous les procèdes, on a obtenu une durée d'auto-extinotion de 3 secondes, à par- tir du moment où le papier a été allume. D'autre part, le produit de formule N 2 a brûle pendant 27 secondes et, après cette durée, toute l'éprouvette a été consu- mée, sauf à environ 1,27 cm du sommet.
Au cours de la combustion, des gouttes fondues en flammes sont tombées et ont continue à brûler complètement (plusieurs . minutes).
EXEMPLE VIN
Préparation de films et de revêtements, en utilisant de l'acide dibutyl- pyrophosphorique propoxylé et des polyols ordinaires.
Des filas de 0,381 cm d'épaisseur des deux formules ci-dessous ont été coulés sur du papier ciré et placés dans un four à 40 C, jusqu'à ce qu'ils soient devenus non-collants (environ 25 minutes). On a mélangé les ingrédients (cataly- saur ajouté en dernier lieu), puis on lea a étendus sur le papier avec une lame de raclette. Apres la cuisson, on a obtenu des films en retirant le papier ciré.
Les produits étaient les suivants :
N 1 N 2 g. prépolymére (voir V (a) (2) ) 25,0 25,0 g. triméthylolpropane propoxylé 7,5 7,5 g. acide dibutyl-pyrophospborique propoxylé - 27,0 g. polypropylène-glycol 425 22,0 g. dilaurate dibutylique d'états 1,0 1,0
Les revêtements et les filma détachés ont été soumis à la flamme comme décrit dans l'exemple XIII ci-dessus.
Les résultats étaient les suivants :
N 1 - broie complètement dans les deux essais. Durée de combustion du film 24 secondes. Durée de combustion du revêtement !
21 seconder
N 2 - S'est éteint de lui-même dès que le papier d'allumage sur le film a été consumé. 1,27 cm seulement du film a été attaqué par le feu. Le film a brûlé pendant 5 secondes et s'ast éteint 2 secondes après avoir retiré la flamme.
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Dans l'essai sous forme de revêtement, le bord vertical a été attaqué par le feu sur 0,317 cm. On n'a remarque aucune trace de combustion au delà de la zone enduite.
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EXaS'LE XV Préparation d'une matière de moulage thermo-durciaaable à partir d'isocyanate avec des polyols phosThatioues et ordinaires.
On a préparé deux articles moulée de 2,54 x 2,54 x 20,32 cm suivant les deux formules ci-après,
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ioz 1 Prepolymere de l'exemple I (a) 100 gr. Triol de l'exemple II (b) 88 gr.
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Dilaurate dibu't7l1qU8 d'étain 0,5 gr. yormule N- 2 n6pOlywéte de l'exemple I (a) 100 ger.
Acide phosphorique propo1':J"lé 90,6 gr.
Dilaarate dibutylique d'étain 0,5 gr.
Dans lea deux cas, les quantité. àe produit. oi-deaaus ont été nélangéee 1ntil:uent (catalyaeur ajouté en dernier lieu) dans un bêcher de 400 ml. en acier inoxydable. Environ 30 aeaondos après l'addition du catalyseur, la température du produit a commence a B' 6lev.r et on l'a appliqué sur une feuille de papier de 2,54 x 2,54 x 20,32 cm (enduite de cire ordinaire pour parqueta). En 5 minutes environ, le produit s'est solidifié suffisamment pour conserver sa forme sans support. Le dégagement de chaleur s'est poursuivi à une vitesse accélérée pendant environ 10-15 minutes, puis il s'est produit un refroidissement progressif.
Au fur et à mesure du refroidissement, la dureté de l'échantillon a augmenté progres- sivement. Aucune chaleur extérieure n'a été appliquée.
Environ 4 heures après avoir versé les échantillons, on a prélevé plusieurs découpas de chaque bloo (1,27 x 0,317 x 15,24 cm). On a déterminé les pro- priétés à la flamme en plaçant un échantillon de chaque formule dans une position horizontale et en le maintenant dans cette position au moyen d'une pin , à une extrémité. A partir des extrémités libres de chaque échantillon de 1,27 x 0,317 x 15,24 cm, on a marqué les inscriptions 2,54 et 12,7 cm,
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On a allumé le produit de formule N 1 au. moyen d'un petit brûleur Bunsen (flamme d'environ 5,08 en),, maintenu sur l'extrémité libre pendant 5 secon des, sous un angle de 45 .
L'éprouvette a été allumée et a oontinué à brûler. :Dès que la flamme a atteint la première marque (à 2,54 cm de l'extrémité libre), on a noté la vitesse de combustion. La flamme a atteint la deuxième marque (10,16 cm de matière brûlés) en 4 minutes 35 secondes. Dès lors, la vitesse de combustion était d'environ 1 minute, 9 seconde* par 2,54 cm.
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On a traité un échantillon de la formule 30 2 (agne dimension 1,2T x 0,317 x 15,24 cm) de la même manière que le N 1. L'éprouvette s'est éteinte
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d'elle-*lme lors de 3 allumages successifs de 5 secondes. Ensuite, la flamme a été maintenue sur l'éprouvette, jusqu'à ce qu'elle ait atteint la marque de f 2,54 cm.
A ce moment, on a retiré la flamme et l'éprouvette s'est atteinte d'elle- même en 7 secondes. L'éprouvette a été réallumée en trois périodes successives de
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30 secondes. Dans chaque cas, l'éprouvette etest éteinte d'elle-même, en moyenne, en 4 secondes environ. Chaque réalluaffl a été appliqué immédiatement après dis- parition de la flamme de l'xllunaoe précédent.
TEMPLE XVI Préparation d'une matière de moulais thermo-durcissable à partir d'i8QQyanat.. avec des polyols pho.'Phatiaue8 et Ord1na1re8.
On a préparé trois articles moulés à partir des ptépolyké>8 Y(a)(1) et V(a)(2). On les a obtenus en mélangeant les ingrédients indiqués dans le tableau ci-dessous (catalyseur ajouté en dernier lieu) et en versant le mélange agité dans un moule* Chaque article s'est durci en 3 minutes environ à la température ambiants.
Compositions des articles moulés.
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N* 1 N* 2 N* ? g. prépolymère (voir q(a)(1)) - - 100,0 g. prépol18ère (voir V(a)(2 100,0 100,0 - g. H3PO4 propoxylé - 60,7 92,8 g. triméthylolpropane propoxylé (voir IIb) 87,4 30,0 g. dilaurate dibutylique d'étain 0,3 0,3 0,3
Les articles ci-dessus ont été soumis à l'essai à la flamme comme décrit dans le procédé de l'exemple XII ci-dessus.
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N 1 - Allume pendant 5 secondes et a continué à brûler après avoir retiré la flamme. 10,16 cm brûlés en 3 minutes, 42 secondes.
Des gouttes ont continué à brûler après être tombées de l'é- prouvette.
N 2 - S'est éteint de lui-même. Flamme maintenue sur l'éprouvait* successivement pendant des périodes de 5, 5, 10, 30, 30, 30 et 30 secondes avec des durées d'extinction de plus de 1, plus de 1, plus de 1, 5, 25, 19 et 44 secondes respectivement.
Les gouttes n'ont pas brûlé.
N 3 - S'est éteint de lui-même. Flamme maintenue sur l'éprouvette successivement pendant des périodes de 5, 5, 10, 30, 30 et
30 secondes avec des duréea d'extinction de plus de 1, plus de 1, plus de 1, 1,1, 1 et 2 secondes respectivement. Les gouttes n'ont pas brûlé.
On a obtenu des produits ignifuges cellulaires ou solides analogues à ceux des exemples I-III, (V2)-(V-4), VI-2, VII-IX, XIV XIII-1, XIV-2, XV-1, XV-2 et XVI-3, en employant les produits réactionnels suivants, contenant du phosphore:
les phosphates d'acides alcoyliques et aryliques éthoxylés, où les groupes alcoy- les et aryles sont représentés par les radicaux méthyle, éthyle, butyle, pentyle, hexyle, ootyle, dodécyle, phényle, tolyle, ohlorophényle et ootylphényle, l'acide butylphosphonique propoxylé, l'acide hydroxyméthylphosphonique propoxylé, les acides mono et di-alooyl et aryl-pyrophosphoriques éthoxylés, propoxylés et chloro- propoxylés, où les groupes alcoyles et aryles sont représentés par les radicaux méthyle, éthyle, isopropyle, butyle, octyle,
chlore-éthyle et tolyle, les produits: de pentoxyde de phosphore avec des glycols, comme par exemple l'éthylène, le di- éthylène, le triéthylène, le propylène, le dipropylène', le néopentyle, l'octylène, l'hydroquinone, le biphénol, les polypropylènes, les polyéthylènes, le 1,3- butanediol, le 1,4-butanediol, le 1,3-propanediol, le 1,5-pentanediol, ayant réagi ultérieurement avec de l'oxyde d'éthylène, de l'oxyde de propylène et de l'épichlorhydrine, les produits réactionnels de pentoxyde de phosphore avec un mélange des glycols ci-dessus et de composés hydroxy, comme par exemple l'eau et des alcools, comme par exemple le 2-chloroéthyle, butyle, ootyle, allyle et dodé-
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cyle,
ayant réagi ultérieurement avec de l'oxyde d'éthylène. de l'oxyde de propylène et de l'épichlorhydrine, les produita alooxylés de la réaction d'un ocmposé polyhydroxy avec du pentoxyde de phosphore, le composé polyhydroxy étant du 1,2,6-hexanetriol, du glyoérol et du pentaérythritol, et les polymères dits "en bloc": obtenue en faisant réagir l'un ou l'autre des produits alcoxylés oidessus avec du pentoxyde de phosphore et par alcoxylation ultérieure aveo de l'oxyde d'éthylène, de l'oxyde de propylène et de Itépichlorhydrine.
Bied que, dans les exemples ci-dessus, on ait décrit le remplacement de tous ou d'une partie des polyols normalement employés pour la préparation des polyuréthanes avec le polyol contenant du phosphore suivant la présenta invention, il est entendu que l'on couvre égaleaent d'autres méthodes d'incorporation du polyol contenant du phosphore dans les polyuréthanes, pour autant qu'elle* ne s'écartent pas de l'esprit et du cadre de la présente invention.
On entend par là, par exemple des procèdes, dans lesquels on peu faire réagir les composés contenant du phosphore suivant la présente invention avec d'autres produits, comme par exemple l'acide adipique et/on l'anhydride phtalique ainsi que d'autres aoi- des et/ou anhydrides polybasiques, pour former des polyols mixtes de phosphore à base de polyester, dont la molécule contient au moins deux atomes d'hydrogène actif, pouvant réagir ultérieurement avec des polyisocyanates, pour former des polyuréthanes.
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Polymers.
The present invention relates to uretane polymers having better flame-retardant and self-extinguishing properties; It relates more particularly to cellular polyurethanes, having much better flame-retardant and self-extinguishing properties. Its subject more especially is solid cellular polyurethane having these properties.
Urethane polymers are well known, as are their manufacturing and processing processes into solid, semi-solid and flexible foam products. These polymers are formed by reacting a compound, the molecule of which contains at least 2 active hydrogen atoms and comprising a polyisocyanate,
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usually an aromatic type diisooyanate. These compounds include polyols, such as for example polyesters and polyitherns,
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To prepare a cellular foam product, we usually do
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reacting the polyol with an excess of polyisocyanate, to obtain a prepolymer, containing residual NCO groups.
Normally 5-40% excess is used, the
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amount depending on the desired viscosity and the foam production process.
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A method of transforming the poly # 6thsne into foam is to add
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water, a catalyst and additional compounds of active hydrogen, as per
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.. ¯, 7, "'/' example of additional polyols. Water reacts with isooyanates, giving ...: 1 .. ¯,,,. G"., Q 1 carbon dioxide, which is locked in the Tisqusnse masss during the reaction. The catalyst promotes the crosslinking of the polymer chains and when the foam mass does not expand and reaches the hardening or baking point it contains several microscopic cells.
'¯
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Another foam production process generally requires a
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less excess of polyisooyanate and the cell structure is obtained by using an inert liquid with a low ebnllitioa point, which is added at the same time
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that the catalyst and that the additional compound of active hydrogen ,. When the
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The reaction proceeds, no heat is formed and the "low boiling point liquid" does not evaporate. This Tapeur is enclosed in the cassa Tisqaause and hardening occurs as described above.
Other methods are also known for the preparation of foamed urétha o polymers.
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Among the usual polyols, which are used in the foundation of
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pohnrethanea, there are the reaction products of polybasic acids, such as, for example, adipic, phthalic, sebacic, sucoinic, oxalic, ricinoleiquop etc. acids, with a polyalcohol, quej, such as for example ltetbylene glycol, diethylene glycol, propylene-glyool and butylene glycol, 1,4-butanediol glycerol, trimethylol-propane, trimethanol-ethane, 19296-hezanetriol, 1,2,4-butanetrioi, etc. Poly- ethera glycols have also been used.
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alkylene. The book entitled "Polyurethanes", by Bernard A.
Dombrov, Reinhold
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hubliahin6 Corporation, New York, 1957, gives a good description of the poly-
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urethanes.
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Outra laur u% 31iaa% on in the manufacture of cellular products,
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urethane polymers are also used in other applications.
For example, they can be cast in the form of films and used as a packaging material. They can be cast into molds, to form various articles, used in different applications. Urethane polymers have been used in the manufacture of rubbery articles and some have been used as adhesives. In general, these polymers are adaptable to uses which many polymers currently known to fulfill.
A major drawback and therefore a factor limiting the possible uses of products made from polyurethanes is that they can easily ignite and burn. This remark is particularly true for foams. Although flame retardant compounds are known as well as methods of making them, particularly in textiles, the application of these compounds, added or mixed with cellular polyurethane, is not feasible.
The deposition of a coating or the physical incorporation of these compounds into a foamed product is strictly limited, since the materials thus used are sensitive to migration, to solvents, to bad weather, to washing, etc. Consequently, the price of the initial treated product is increased, without achieving a strong permanent improvement in its flame retardant properties.
Accordingly, a feature of the present invention resides in a method of forming a polyurethane having flame retardant properties,
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this process being characterized in that a polylsocyanate is reacted with a mixture of a polyol and of an organic phosphorus compound, the molecule of which contains at least 2 active hydrogen atoms; then the reaction product formed is cooked.
Another characteristic of the present invention consists in converting, into foam ,, the reaction product of the polyisocyanate and the mixture of the polyol and the organic phosphorus compound, the molecule of which contains at least 2 active hydrogen atoms, then the mixture is cooked. foam product to form cellular polyurethane.
Another feature of the present invention is to put
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nu nnint a KI1Y, 1st flame retardant of u.réth: m. in Isqusl l'ngsnt 1-4 # - is Tis
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structural part of the polyurethane, thus forming, with the latter, a strong chemical bond, while avoiding the weak flame-retardant properties, which are usually found in polyurethanes, in particular, ion polyurethane transformed into foam, while avoiding also the loss of these flame retardant properties in foamed polyurethanes treated with an additional flame retardant composition.
Another feature of the present invention consists in developing a flame retardant, self-extinguishing, solid, semi-solid or flexible cellular polyurethane.
A characteristic feature of the present invention is to prepare a flame retardant polyurethane foam of light weight, but substantially strong and used for several applications including flame retardant panels for structures such as airplanes, buildings, etc.
It has been found that by replacing all or part of the usual active hydrogen compound, such as for example a polyol, currently used in the preparation of polyurethane foams, by a phosphorus compound, the molecule of which contains at least 2 atoms of active hydrogen, in particular the product of an acid of phosphorus, of which the. molecule contains at least 2 hydroxyl groups, together with an alkylene oxide, the flame retardant degree of the finished product was remarkably improved. The flame retardant degree depends on the amount of the phosphorus compound used.
If the amount decreases, the flame retardant degree also decreases, but a better flame retardant property is obtained when even an amount as small as 5% of the phosphorus-containing compound is used to replace 5% of the usual polyol, the replacement being carried out on the basis of active hydrogen equivalents.
As stated above, the phosphorus compounds used according to the present invention are those containing at least 2 active hydrogen atoms per molecule. There are many types of chemical structures containing active hydrogen and it is understood that all of these types are within the scope of the present invention.
As non-limiting examples of active hydrogen radicals, which can be associated with phosphorus in an organic chemical compound, there are:
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where -R- represents an aloylene or Mylene radical or else a series of alkylene or az7lènel radicals, can be separated by hetero atoms, such as ors and 3, for example -CH2CH20CH2CH20CH2 :: i-, -C6'B. -C6'fJ ..-, c6E-e-0-17 or input, linked
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to a phosphorus atom, directly one by oxygen, sulfur or nitrogen,
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R 'representing an alkyl * or aryl radical is still 1'% bmW *
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Among the most useful compounds, containing phosphorus, are the
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compound containing hydroaqrlea groups providing active hydrogen.
Among oe. compound, it is envisfflp according to the present inventions the use of gold compounds
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ganic and inorganic phosphorus, usually containing 2 hydroxyl groups.
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are the aiecu identified by the number of active hydrogen atoms present.
1 - Compound containing 2 atoms of active hydrogen per molecule.
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1 - inor6aniqpoS 0 a) phosphorous acid * 110-î-il OR * II- organic * N a) 1IODOe8'ters of phosphoric acid 80 - OH * on * 0 b) acid * phosphonics 8OR *
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c) pjrOphoaphor1qu8 acid dienters
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d) sulfuric acids
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e) dilate of diphosphoric acids
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f) dienters diacids diphosphonic
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S) an oxide or b1ox adduct; alkylene rde of either of the compounds shown in .1-I- (a) and 1-II- (a-t), loxde dalkylene being 82-C-C8-8 ", where B" represents 99 C83, c2H5 and C1IlJ1.
In the formats 01-4..8 \ 18 .. represents a rad10al 8100.71. or substituted or unsubstituted aryl, while R 1 represents an aloo, r1ene or arylene radical or alternatively a series of aloylene or a171 radicals. which can be separated by hetero trumps, oosae for example 09 Y and S, for example - # 2cJJIr2CHl) CJI2 # 2- '-C6H4-C6H4-' -f: 6H4OC6H4- or others. the "*" denotes active hydrogen * 3 - C08p08eS. containing more than 2 active hydrogen assets per molecule.
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1 - i% JorganiqU88 Si a) phosphoric acid HO-P OE * OR * b) py pho "h ic acid * HO 0 0 OR * z * HO /" \ OH *
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o) polyphosphonic acids, eg oomae tripolnhoephorlque acid.
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II - organic
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a) mmoesters of pyrophoaphoric acid
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b) diphosphonic acids
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c) lI.ono8eters of diphoa honic acids
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d) Ohhosfioriqnos acids
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e) IDOn08stera of diphoaphoric acids
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f) the product of en aycol, !! OR'OR, having reacted svea P2o5. g) the product of a pdydycol, X (0R '10E, reacted with P2058 h) the product of an 8long of a glycol or a polyglycol and an alcohol, RM9 reacted with P2058 1) the product of 'nn c0llp08é po1J having reacted with P205. j) an O3 [yda or alkyleno dioxide adduct of any of the compounds shown in 1-I- (sc) and 1-II- (a-1), exyde 49alkylene being HC-CH-R ", where R represents H, CHC-BL and 011201.
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k) one or the other of the products represented in 1-II (g) and
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B-II- (3), reacted with? 205.
1) one or the other of the products represented in 1-IT (k), having reacted with an oxide or a dtalcoylèneg dioxide, represent, by O: # - R '"where" R "represents H, Cl11,12, and CH2C '!, Daas fumule8 c1-4e88118, R represents an alkyl or arylene radical or a series of aloylene or arylene radicals, which can be separated by hetero atoms such as 0, 1l and S; such as for example -OEàOE2oOE2M2oC " 2 = 273, -06H4C6H4- '6HlC6H4-' or others, while x represents a eut-ter number
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positive.
The "*" indicates active hydrogen.
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among the many compounds represented above in A and B and among the preferred organic compounds of phosphorus, whose molecule contains at least 2 active hydrogen atoms and which can react with polyisocyanates, it has the reaction products of oxides of alcoholic acid and phosphoric acid as well as the reaction products of dialkyl-pyrophosphoric acids and dialkylen oxide.
According to the present invention, an organic phosphorus compound, the molecule of which contains at least 2 active hydrogen atoms, or a mixture of this compound and the polyol normally used, is mixed with an aromatic diisocyanate, such as, for example, diiscocyanate of tolylene and the mixture is heated to form a prepolymer. To obtain the foamed product, there is in the mixture an excess of about 5 to 40% of diisocyanate, calculated on the unreacted NCO. The mixture is then treated with a catalyst, a surfactant, a product containing additional phosphorus and / or the usual polyol as well as water or an inert low boiling liquid, such as for example a chloroflucrocarbon, that is to say one of the Freons.
The production of foam takes place and the product is treated at a temperature of 25 to 100 C for a period varying between about 10 minutes and 2 hours. A light, white cellular material is formed.
For the purpose of the present invention, the phosphorus acid must contain at least 2 hydroxyl groups per molecule. If there are less than 2 groups, the crosslinking and the formation of the polymer is not facilitated. When employing a bifunctional phosphorus compound, it has been found that the best flame retardant properties are obtained by employing about 5 to 70% of the phosphorus compound as a replacement for the usual active hydrogen compound. When the phosphorus compound is trifunctional or has a higher function, in order to obtain the best practical flame retardant property, about 30 to 100% of the usual active hydrogen compound can be replaced by the phosphorus-containing compound.
However, in both cases, acceptable flame retardant properties for certain applications can be obtained by using the phosphorus compounds in amounts greater or less than the percentages indicated above. The polyisocyanates used are those well known in the art for forming conventional polyurethanes and it is not necessary to give a detailed description thereof.
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The following examples illustrate the present invention and it is understood that they in no way limit it.
EXAMPLE I
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solid foam prepared with: w1r of tolylene diisooyanate and phosphoric acid 'D1' Opoxyl. flation of Freon.
(a) Format of the prepolymer 300 gr. p = po2ylated phosphoric acid, prepared in accordance with US Pat. No. 2,372,244 and having a hydroxyl number of about 365, and 672.8 gr. of tolylene aocyanate (80% of 2,4tolylene diiaooyanate and 20 of 2.6-% olylene diisocyanate) in a 1000 111 flask fitted with a stirrer. tor and a therm # eter. The mixture was covered with nitrogen, to avoid IthUII: I.d1-
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you. While stirring, the temperature was brought to 90 ° C. and kept at 3 ° C. for a period of * hour, then cooled to 258 C. The product was a pale yellow liquid, containing 25 ° C. 04 of unreacted NCO groups (calculated on the total weight of the mixture). The viscosity of the liquid was 3200 oentipoise at 23 C.
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(b) Training of 1IOU88e ..
1 50 gr. of the product of (su in a stainless steel beaker of 400 garlic was added 45.3 gr, (8toichiometric equivalent of residual 1fCO) of the propoxylated phosphoric acid of (a). Was added, to the mixture, 14, 2 gr. Of CC13F reon 11 from du Pont, and 0.5 gr. Of an organoailicone block polymer anirtaotant, corresponding to the formula
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where H and Lis are methyl groups, El is ethyl, p, q and r have an average value of 3, while the unit (CnJ1.2; D.) o ;. represents a block of polyoxyethylene, containing on average 16 dfoxyethylene units, z being equal to 16 and n -2; then all the products are thoroughly mixed. During the mixing operation, we lost a little Freon and we had to replace it.
After mixing, 0.5 ml of dibutyl tin dilaurate catalyst was added, stirred ra-
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pidempnt the mixture for 15-20 seconds s t we poured all the products
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in a 15.24 x 15.24 x 10.16 cn carton coated with a commercial parquet wax (paste) * Foam formation began immediately. The foaming mixture was placed in a maintained oven at 470. C. The maximum foam height was reached about 30 seconds after the mixture was poured into the carton. The foam became non-sticky after 5 minutes and reached its final strength after 10 minutes. at 70 ° C. The foam was removed from the oven after reaching this final strength and poured out of the carton.
EXAMPLE II
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Solid foam, prepared * from tolTlene dibooyanate, propoxylated phosphoric acid and a regular polyol. Insufflation of Fréen.
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(a) Formation of the "01'éDOIYJ1st.
We placed 300 gr. of propozylated phosphoric acid and 57.0 gr. of Tolyléns diieoo1'anate in a 2 L flask fitted with a thermometer and a stirrer. Nitrogen was used to cover the reagents in order to avoid humidity. While stirring, the temperature of the mixture was brought to 1006 ° C. and maintained for 1 hour. After this heating period, 0.034% unreacted ICO group remained. We ¯a $ orU 970.0 gr. of additional 10011'-lene diisocyanate and the temperature of the mixture was lowered to about 60 ° C.
The temperature was raised to 700 ° C. and stirring continued for an hour at this temperature. Then the product was cooled to about 25 C. The product
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was a pale yellow liquid, containing 31.1J6 unreacted NICO groups and having a viscosity of 600 centipoise at 20 C.
(b) Formation of foam.
One was prepared by the same method as that indicated in Example 1 (b). The quantities of the materials used were as follows: 50 gr.
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of the prepolyere of II (a), 317 gr. of propoxylated phosphoric acid, 22 gr. of a commercial triol based on polyether and having a hydroxyl number of approximately 378, 15.6 gr. of Freon-11, 0.6 gr. of dibutyl tin dilaurate and 0.6 gr. of
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turfaotant defined in I (b).
Among the well-known polyether-based polyols which can be used to form polyUretane8 is the "p'iax Triol 'V-3 & 0" from Union
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Carbide (polyether-based commercial triol defined in II (b)), the "Atlas c-2qu0" (required addition of Ta ± to propylene to sorbitol having a hydroxyl number of about 490) and the "Pluraool TP-440" from Iryandotte (add product of propylene oxide to trimethylolpropanep having a hydroxyl number of about
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380). EXAMPLE
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solid foam prepared from tolylene aocyaaate,
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propoxylated phosphoric acid and an ordinary polyol. insufflation of Freon *
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(a) lroacaation of oréoo1Ynére.
The propolper of Example II (a) was used.
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(b) Formation of foam.
The mousse was prepared as indicated in Example I (b), with this
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exception that we only used 9 # 9 gr. propoiy3é phosphoric diacid, the remainder of active hydrogen being provided by 4.0%. of the conventional triol of Example II (b). In addition, the Freon content was brought to 15.6 g., The dibutyl tin dilavrata to 0.6 ml and the surfactant to 0.6 g.
Xou e solid prepared from tolylene diisooyanate and ordinary polyel. 3reon insufflation.
(a) Formation of the prepolvzere.
50 ger were placed. of the triol of Example II (b) and 342.0 gr. of tolylene diisocyanate (80} 6 of 2,4-jolylene diiooeyanate and 2J% of 2p6-tolylene diisocyanate) in a 2000 ml talion, stirred with a stirrer, a tea> our
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and an apparatus for covering the mixture under a nitrogen atmosphere. We acted
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the mixture and the reaction temperature was brought to 70 ° C. 50 g. of additional triol and the temperature was raised to "900 C". The mixture was heated to 900 C for 30 minutes, then cooled to 50 "C, before storage. The product was a pale yellow liquid, containing 30.336 unreacted NCO groups, this liquid having a viscosity of 8W centipoise at 25 "C.
(b) Foam formation 47 6 ** of the above prepolymer, 50 gr. triol; 0; 6n gr. of the silicone surfactant of Example I (b) and 20.5 gr, Freon (CCI3F) in a
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400 ml stainless steel beaker and stirred vigorously.
Some of the Freon had to be replaced, due to loss during mixing. We have placed 0.6 gr. of dibutyl tin dilaurate catalyst into the mixture and stirred for 10-20 seconds. The foam formed almost immediately and the foaming mixture was placed in a 15.24 x 15.24 x 10.16 cm carton, coated with a commercial paste wax for floors.
The carton, containing the foaming mixture, was placed in an oven at 70 ° C. for 10 minutes. The foam became non-sticky in less than a minute and had reached almost full strength in 2-3 minutes, at a temperature of 70 ° C.
EXAMPLE J V
Solid foams prepared from tolylene diisocyanate and an ordinary polyol, from tolylene diisocyanates and propoxylated phosphoric acid or from tolylene diisocyanate, ordinary polyol and propoxylated phosphoric acid.
Insufflation of Freon, (a) Formation of the prepolymer, (1) 300 g were mixed. of phosphoric acid propoxylated with 668.5 gr. diisocyannte they tolylene and the mixture was heated at 90 C for ¸ hour.
The entire reaction was carried out under nitrogen protection. At the end of the heating period, the mixture was allowed to cool to room temperature.
The product had a viscosity of 3340 oentipoise at 21 ° C and the amount of unreacted NCO groups was 25.06%.
(2) 300 g were mixed. of propoxylated trimethylolpropane, having a hydroxyl number of 373 (see example II (b)), with 682 gr. of tolylene diisocyanate and the mixture was heated at 90 ° C for hour. The entire reaction was carried out under nitrogen protection. At the end of the heating period, the mixture was allowed to cool to room temperature. The product had a viscosity of va centipoise at 25 ° C and the amount of unreacted NCO groups was 24.7%.
(b) Preparation of mousse,
4 different foams were prepared from the prepolymers L and 2
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above. These foams were obtained by mixing the ingredients shown in the table below, the dibutyl tin dilaurate catalyst being added last. The mixture of ingredients was stirred for 15-20 seconds, then poured into a 12.7 x 12.7 x 10.16 oz coated paper container * This container was placed in an oven at 50 ° C. and it was cooked. The foams had a density of 0.0448 to 0.0464 kg / liter.
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Composi tion of US, SU. Sl N-3 N * 4 g. prepolyere 1 - - - 50.0 g. prepo7.rsire 2 50.0 50.0 50.0 g,! 13PO4 proporlated - 183.2 bzz 46j. 3 g,% rimethylolpropane hair (see example II (b)) 44.2 26.7 9.2 g. poly (diaetl-Gil1cone) DC-200 of Example XI (o) 0.5 0.5 0.5 0.5 g. ccl3g (Freon) 14.4 4a4 14.4 14.4 g. Dibntyl tin dilaurate 0.4 0.4 0.4 0.4 EXAMPLE JJ Preparation of solid foams from ordinary polyester polyols and polyols.
(a) Pre'P01] '] l.
Lo prepolymers used in the following preparations of foams, was the reaction product obtained by reacting, for about 1 hour
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at 70-90 ° C we have an atmosphere of nitrogen, 80 parts of 4118OO78n &: 1 :. of tolylene with about 20 parts of a polyester polyol of the pbtal1que-aMpic type (such as, for example, "3eleotron 6002" from the Pittsburgh Plate Clsss CoapaD7), having a hydroxyl number of 438. The prepo7.3rmer contained an excess of 30 .5 $ 6 unreacted NCO groups.
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(b) FQ, foam raaition.
(1) A polyester-based control foam was prepared by placing 50 gr. of prepolymer (VI-a) 48.5 gr. 1 t eyemp * - polyester polyol, VI (a), 0.4 gr. of the silicone surfactant of Example I (b) and 17.0 gr. of Freon-11 in a spade '? 400 ml stainless steel. After stirring vigorously for 10-15 seconds, the loss of Freon-11, due to evaporation, was replaced,
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0.25 g were added. of triethylamine and stirred vigorously for 10-15 seconds. All the product was poured into a 15.24 x 15.24 x 10.16 cm. Carton, coated with a commercial paste wax.
The mousse was immediately placed in an oven preheated to 40-50 ° C and held at that temperature until it had almost reached its final strength (5-10 minutes).
(2) Another mousse was prepared exactly as described above,
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with this exception that we used 12.0 gr. of propoxylated dibutyl-pyrophoephoric acid (see Example XI (a)) and 41.2 gr. polyester polyol of Example VI (a) above.
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BXP2 # LB TI;!; solid foam prepared from tolylene dii800yanate and phosphoric acid proposyli. Insufflation of C020 (a) Formation of 'Dré' D01nre.
The prepolymer of Example II (a) was used.
(b) Foam formation, A 66.0 gr. of the above procedure, in a 400 al stainless steel beoher, 41.0 gr. of propoxylate phosphoric acid, 2.0 ml of water and 0, were added. 7 µl of the silicones excess of Example I (b) The mixture was stirred vigorously and 0.82 µl of 1f-: utborphollne was added, Then the products were mixed rapidly for 10-20 seconds. We poured the mixture into
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a 15.24 x 15.24 x 10.16 cap carton coated with ordinary wax and placed in a tower, maintained at 95 ° C. Maximum growth was reached in 2-3 minutes. The foam became non-sticky in about 15 minutes and was still somewhat soft after 30 minutes at 95 ° C.
We then have
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the foam was removed from the oven and its strength increased rapidly upon cooling.1se- ment to room temperature.
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EX1iXPLB VII! Nouas-) solid prepared from tolylene diisocyanate, propoxylated phosphoric acid and an ordinary polyol. CO2 blowing.
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(a) Formation of the prepolymer. The prepolymer of Example II (a) was used.
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(b) Formation of foam;
We prepared the. foam exactly as described in Example VII (b), with the following exceptions *: the polyols used were propoxylated phosphoric acid (23.7 gr) and the ordinary triol of Example II (b) (16.8 gr.). The
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foam became non-sticking in 10 minutes.
EOMPU! IX solid foam, prepared from tolylene dioocyanate, propoxylated phosphoric acid and an ordinary polyol. CO2 blowing.
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(a) rnat3oa of vrepo -9.
The prepolymer of Example II (a) was used.
(b) 1'o1 "ll & \ 1on d. 1IOU., ...
The foam was prepared exactly as described in Example VII (b), with the following exceptions the polyol * used were propoxylated phoaphoric acid (4.8 g) and the usual triol (33.3 g). The rise became non-stick in 5 minutes and maximum strength was reached in 20 minutes at 95 ° C. without removing it from the oven.
EXAMPLE X
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.or ... solid prepared from to7arlèae diieoeyanate and an ordinary polyol. Insufflation of CO2. c) fbxxatioa of the LiLepolymer, The prepolymer of Example II (a) was used.
(b) 191't18t1on of aouese.
1 66.0 gr. of the prepolymer, contained in a beaker of 400 Ill. of stainless steel, 35.0 gr. of the ordinary triol of Example II (b), 0.07 al
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of the surfactant of Example I (b) and 2.0 gr. of water. The products were mixed with stirring and 0.82 µl of N-methyl orholins catalyst added. The mixture was stirred quickly and foaming began immediately. The ingredients were transferred from the beaker into a 15.24 x cira coated carton.
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15.24 x 10.16 cm. The mousse was baked in an oven at 90 ° C for 30 ... 1 ... nutes.
The foams prepared in each of the above examples were subjected to the following test for their flame retardant properties.
A 32.25 cm2 and 1.27 cm foam block was placed horizontally
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thick on a 7.62 cm ring clamp. Underneath the test tube a small Bunsen burner, having a 6.35 cm flame, was placed so that the tip of the flame just touched the center of the bottom of the test tube. The burner was kept in this position, until the flame passed through the top of the foam. Then the burner was immediately removed. The time taken to cross the wese was noted, the time that the foam continued to burn after removing the burner, and the time required to completely burn the foam up to the ring clamp, as long as it did not sink. be extinguished before reaching oelle-oi.
If the specimen self-extinguished in 5 seconds or less, the burner flame was reapplied for an additional 5 seconds and the additional burn time noted. The results are shown in Table I.
Table I
Mousse puffs with Freon
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<tb>
<tb> Example <SEP> Duration <SEP> for <SEP> Auto- <SEP> Burée <SEP> of <SEP> comp <SEP> Dnrée <SEP> of <SEP> Darée <SEP> of
<tb> cross <SEP> the <SEP> fire extinguisher <SEP> bastion <SEP> until <SEP> combustion <SEP> combustion
<tb> foam <SEP> to <SEP> the ring <SEP> before <SEP> auto- <SEP> until
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> extinction <SEP> re-ignition
<tb> I <SEP> 12 <SEP> sec. <SEP> yes <SEP> - <SEP> 2 <SEP> sec. <SEP> 1.5 <SEP> sec.
<tb>
II <SEP> 12 <SEP> seo, <SEP> no <SEP> 45 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -III <SEP> 13 <SEP> seo. <SEP> no <SEP> 36 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -Control
<tb> IV <SEP> 8 <SEP> sec. <SEP> no <SEP> 25 <SEP> sec. <SEP> Control
<tb> V-1 <SEP> 14 <SEP> sec. <SEP> no <SEP> 30 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -V-2 <SEP> 13 <SEP> sec. <SEP> no <SEP> 35 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -V-3 <SEP> 10 <SEP> sec. <SEP> yes <SEP> - <SEP> 45 <SEP> sec. <SEP> -V-4 <SEP> 13 <SEP> sec. <SEP> yes <SEP> - <SEP> 28 <SEP> sec. <SEP> -Control
<tb> VI-1 <SEP> 14 <SEP> sec. <SEP> no <SEP> 45 <SEP> sec. <SEP> VI-2 <SEP> 17 <SEP> sec. <SEP> yes <SEP> - <SEP> 44 <SEP> sec.
<SEP> -
<tb>
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CO2 blown foams
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<tb>
<tb> Example <SEP> Duration <SEP> for <SEP> Auto- <SEP> - <SEP> Duration <SEP> of <SEP> cm- <SEP> Duration <SEP> of <SEP> Duration <SEP> of
<tb> cross <SEP> the <SEP> extinguisher <SEP> bustion <SEP> jasqu '<SEP> combustion <SEP> combustion
<tb> foam <SEP> to <SEP> the ring <SEP> before <SEP> auto = <SEP> until
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯, ¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> extinction <SEP> re-ignition
<tb> VII <SEP> 8 <SEP> sec. <SEP> yes <SEP> - <SEP> 4 <SEP> sec. <SEP> 2 <SEP> seo.
<tb>
VIII <SEP> 8 <SEP> seo. <SEP> yes <SEP> - <SEP> 17 <SEP> sec. <SEP> -IX <SEP> 12 <SEP> sec. <SEP> no <SEP> 85 <SEP> sec. <SEP> - <SEP> -Control
<tb> X <SEP> 7 <SEP> sec. <SEP> no <SEP> 30 <SEP> noce <SEP> - <SEP> -
<tb>
From the above table, it can be seen that the foams not containing the phosphorus reaction product burned easily inside the ring.
The foams of Examples I, V-4 and VII, containing none of the usual polyols, but only the propoxylated phosphoric acid, did not burn to the ring and were self-extinguishing. After being crossed by the flame, the foams of Examples I and VII only burned for 2 and 4 seconds respectively and, when re-ignited, they burned 1-¸ and 2 seconds respectively.
With regard to the foams of the other examples, where some part of the ordinary polyol was replaced by propoxylated phosphoric acid, a remarkable improvement was observed compared to control samples IV, V-1, V1-1 and X, which burned completely to the edge of the ring in 30 seconds or less.
Flame retardant foams have also been prepared from other alkoxylated phosphoric acids, such as, for example, ethoxylated phosphoric acid.
EXAMPLE XI
Soft foam, prepared from toylene diisocyanate, ordinary polyols and propoxylated dibutyl pvrophosphoric acid, (a) Preparation of porpoxylated dibutyl pyrophosphoric acid.
Over a period of 2.5 hours, 426 gr was slowly added. from P205 to 444.7 gr. butyl alcohol. The alcohol was stirred during the addition and the temperature was kept below 15 ° C. When the addition was complete, the external cooling was removed and the temperature raised to 35-40. * C in about two hours. Stirring was stopped after four hours and the product was allowed to stand overnight at room temperature. We
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then heated it for two hours at 70 C.
We obtained 863 gr. of product
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acid, having a primary acidity of 5.98 equivalents / molecular / gr. and a total acidity of 7.17 equivalents / molecular / gr.
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At 420 em. From the above product, propylene oxide was added dropwise, while stirring the mixture at a temperature of 35-45 C. When all the oxide had reacted, the excess oxide was removed and 805 g were obtained. propoxylated dibutyl-pyrophosphoric acid. This product was found to have a hydroxyl number of about 210.
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(b) Yo1'l1fot1on of ppol = nMt1 "8.
In a nitrogen atmosphere, 34.1 g were mixed. propoxylated dibatylpyrophosphoric acid, 91.9 gr. a tetratunctional hydroxyl compound,
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sold under the brand name "T.tron1c 701" by the Yandotte Chemicale Corp., and 237.5 gr. polypropylene glycol (IT6 2025 from Union Carbide Corp.). g this mixture was added 80.6 gr. of tolylene dilsocyanate (80% of 2.4- and 20% of 2.6-). The mixture was stirred, heated to 1000 C and kept at that temperature for two hours. The temperature was then lowered to 60 ° C. and 63.7 g were added. additional tolylene diisocyanate. The mixture was stirred for 15-20 minutes and poured from the reaction vessel.
The
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life at 239 C was 4,200 centipoise and the percentage of unreacted NCO gronpea was 8.7%.
The "ftronic 701" responds to the following formula:
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(H (C2H40) y ia3H6o) =) 2 - "-C" 2-CI'2 - "- (CH60) x (C2H40) yH) 2 where y is about 6 and x, about 12.
(c) Foam formation
We mixed 60 gr. of the above prepolymer with 1.4 gr. of water, 0.3 gr of dimethyl silicone (DC 200, product of Dov Corning Corp., having an indi-
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this viscosity of 50 oentipoises at 25 ° C.), 0.6 gr. of N-meObylmorpholme and 0.18 gr. of trime thylamine. The foaming mixture was placed in an oven at 700 ° C for 25 minutes. It was then cooked in. 121 C for 3 hours, to form a flexible cellular polyurethane.
EXAMPLE XII
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Foam !! Hem, -: r4-, made from kiiôvv, âûcv tv of ordinary tolyiéiac and dô polyols.
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A control foam was prepared exactly as described in Example XI, with the exception that the prepolymer was prepared using 600 gr. of PPG 2025, 200 gr. of Tetronic 701, 124.6 gr. of tolylene diisocyanate for the first addition and 171.8 gr. of, tolylene diisocyanate for. second addition. The content of unreacted NCO groups was 9.10% and the visco-
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The temperature at 17 ° C was 6,800 centipoisene. The products of Examples XI and XII were then tested to determine their combustion properties. A 1.27 cm x 2.54 cm x 15.24 cm sample strip was placed in a clamp at an angle of 45.
A flame was applied to the lower end and the time taken to burn 10.16 cm of the strip noted. The material not containing the phosphorus compound (Example XII) burned over 10.16 cm in 39 seconds * The material obtained with the phosphorus compound (Example XI) was self-extinguishing, i.e. 'By removing the applied flame, the tape stopped burning.
EXAMPLE XIII
Preparation of films and coatings using dibutyl acid
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-nY% 'O> b08J> boI'ioue 1> ro \) oplé and ordinary Dolyols, -
Films and coatings were prepared on wax paper, employing the following compositions: Formula N 1
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P - epolymer of Example IV (a) 5 gr.
Triol of Example II (b) 2 gr. propoxylated dibntyl-pyrophoaphoric acid 6 gr. Dibutyl tin dilaurate 0.16 ml.
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Formula N * 2> repo1yllére of Example Ilt (a) 5 gr.
Triol of Example II (b) 2 gr.
Polypropylene..glycol 475 (Union Carbide) 4.7 gr.
Dibutyl tin dilaurate 0.16 ml.
In both cases, the polyoles and prepolymers were mixed together, stirred, and then the catalyst was added. After thoroughly mixing, a film was cast onto ordinary waxed paper, using a blade of
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raclette. The paper and film were placed in an oven preheated to 40-45 C.
The product of formula N 1 became tack-free in about 30 minutes and that of formula N 2 in about 15 minutes. After a 30 minute stay in the oven at 40-45 ° C, the samples were removed and kept at room temperature for one hour. The films were about 0.381mm.
The flame properties were noted as indicated below
A sample of each specimen was tested as 1) a coating and 2) as a film
For the coating form test, a test piece was prepared by cutting a 2.54 cm x 20.32 cm strip (coating size), with a 1.27 cm wide strip of black paper remaining attached to a strip. longitudinal edge of the control strip. The tape was hung vertically and the flame was applied to the paper on the bottom corner of the tape.
For the film test, a 2.54 cm x 25.4 cm strip was cut and the wax paper was completely removed. A 5.04 cm x 2.54 cm strip of waxed paper was pressed onto one end of the film strip so that 3.81 cm of the paper protruded from the strip. The tape was hung vertically and the flame applied to the protruding paper.
In the coating test, the product of formula N 1 simply burned the 1.27 cm waxed paper strip and as soon as the coated area was reached it immediately extinguished. No flame was noticed after 12 seconds. The coating only severely burned for about 0.317 cm with some discoloration noted up to about 0.634 cm in the vertical edge. On the other hand, when the paper was consumed, the product of formula N 2 continued to burn up to about 1.27 cm from the vertical edge. At this point, the z8ne, where the support wire was attached, burned (27 seconds) and the test piece had + dropped.
It continued to burn and went out after burning for about 1 minute, when the fallen sample was found to be completely consumed.
In the film test, the product of formula N 1 burned for 2 seconds. At this point, the paper was burnt and the heat generated melted the film. Several flaming drops fell, but did not
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continued to burn. AT the same time, the test specimens disappeared. In all the procedures, a self-extinction time of 3 seconds was obtained from the moment the paper was ignited. On the other hand, the product of formula N 2 a burns for 27 seconds and after this time the entire specimen was consumed except about 1.27 cm from the top.
During the combustion, molten drops in flames fell and continued to burn completely (several minutes).
WINE EXAMPLE
Preparation of films and coatings, using propoxylated dibutylpyrophosphoric acid and ordinary polyols.
Filas 0.381 cm thick of the two formulas below were poured onto waxed paper and placed in an oven at 40 ° C, until they became non-sticky (about 25 minutes). The ingredients were mixed (catalyst added last), then spread out on the paper with a squeegee blade. After baking, films were obtained by removing the waxed paper.
The products were as follows:
N 1 N 2 g. prepolymer (see V (a) (2)) 25.0 25.0 g. propoxylated trimethylolpropane 7.5 7.5 g. propoxylated dibutyl-pyrophospboric acid - 27.0 g. polypropylene glycol 425 22.0 g. Dibutyl state dilaurate 1.0 1.0
The coatings and the detached films were subjected to the flame as described in Example XIII above.
The results were as follows:
N 1 - completely grinds in both trials. Film burning time 24 seconds. Burning time of the coating!
21 assist
# 2 - Self-extinguished as soon as the ignition paper on the film was consumed. Only 1.27 cm of the film was attacked by fire. The film burned for 5 seconds and went out 2 seconds after removing the flame.
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In the coating test, the vertical edge was attacked by fire over 0.317 cm. No trace of combustion was noticed beyond the coated area.
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EXAMPLE XV Preparation of a thermosetting molding material from isocyanate with phosthetic and ordinary polyols.
Two 2.54 x 2.54 x 20.32 cm molded articles were prepared according to the following two formulas,
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ioz 1 Prepolymer of Example I (a) 100 gr. Triol of Example II (b) 88 gr.
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Tin dibu't7l1qU8 dilaurate 0.5 gr. N-2 n6pOlywéte formula of Example I (a) 100 ger.
Proportional phosphoric acid: J "le 90.6 gr.
Dibutyl tin dilacarate 0.5 gr.
In both cases, the quantity. to this product. oi-deaaus were mixed 1ntil: uent (catalyst added last) in a 400 ml beaker. Stainless steel. About 30 seconds after the addition of the catalyst, the temperature of the product started to rise to high and was applied to a 2.54 x 2.54 x 20.32 cm sheet of paper (coated with wax. ordinary for parquet a). In about 5 minutes, the product has solidified enough to retain its unsupported shape. Heat development continued at an accelerated rate for about 10-15 minutes, then gradual cooling occurred.
As the cooling proceeded, the hardness of the sample gradually increased. No external heat has been applied.
About 4 hours after pouring the samples, several cutouts from each bloo (1.27 x 0.317 x 15.24 cm) were taken. The flame properties were determined by placing a sample of each formula in a horizontal position and holding it in that position with a pin at one end. From the free ends of each 1.27 x 0.317 x 15.24 cm sample, the inscriptions 2.54 and 12.7 cm were marked,
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The product of formula N 1 was ignited. using a small Bunsen burner (flame of about 5.08 in), held on the free end for 5 seconds, at an angle of 45.
The test tube was ignited and continued to burn. : As soon as the flame reached the first mark (2.54 cm from the free end), the combustion speed was noted. The flame reached the second mark (10.16 cm of burnt material) in 4 minutes 35 seconds. From then on, the burning rate was approximately 1 minute, 9 seconds * per 2.54 cm.
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A sample of formula 2 (agn dimension 1.2T x 0.317 x 15.24 cm) was treated in the same manner as N 1. The test piece was extinguished.
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of itself during 3 successive 5 second ignitions. Then the flame was kept on the test piece until it reached the mark of f 2.54 cm.
At this point, the flame was removed and the test piece self-healing within 7 seconds. The test piece was re-ignited in three successive periods of
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30 seconds. In each case, the test piece is extinguished by itself, on average, in about 4 seconds. Each reagent was applied immediately after the flame of the previous one had disappeared.
TEMPLE XVI Preparation of thermosetting mold material from i8QQyanate .. with pho.'Phatiaue8 and Ord1na1re8 polyols.
Three molded articles were prepared from ptepolyké> 8 Y (a) (1) and V (a) (2). They were obtained by mixing the ingredients shown in the table below (catalyst added last) and pouring the stirred mixture into a mold. Each article hardened in about 3 minutes at room temperature.
Compositions of molded articles.
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N * 1 N * 2 N *? g. prepolymer (see q (a) (1)) - - 100.0 g. prepol18ere (see V (a) (2 100.0 100.0 - g. H3PO4 propoxylated - 60.7 92.8 g. trimethylolpropane propoxylated (see IIb) 87.4 30.0 g. dibutyl tin dilaurate 0, 3 0.3 0.3
The above items were flame tested as described in the method of Example XII above.
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# 1 - Lit for 5 seconds and continued to burn after removing flame. 10.16 cm burnt in 3 minutes, 42 seconds.
Drops continued to burn after falling from the test tube.
N 2 - Passed out on its own. Flame maintained on the test * successively for periods of 5, 5, 10, 30, 30, 30 and 30 seconds with extinction times of more than 1, more than 1, more than 1, 5, 25, 19 and 44 seconds respectively.
The drops did not burn.
N 3 - Passed out on its own. Flame maintained on the test piece successively for periods of 5, 5, 10, 30, 30 and
30 seconds with extinction times of more than 1, more than 1, more than 1, 1.1, 1 and 2 seconds respectively. The drops did not burn.
Cellular or solid flame retardants were obtained analogous to those of Examples I-III, (V2) - (V-4), VI-2, VII-IX, XIV XIII-1, XIV-2, XV-1, XV -2 and XVI-3, using the following reaction products, containing phosphorus:
ethoxylated alkyl and aryl acid phosphates, where the alkyl and aryl groups are represented by the methyl, ethyl, butyl, pentyl, hexyl, ootyl, dodecyl, phenyl, tolyl, ohlorophenyl and ootylphenyl groups, propoxylated butylphosphonic acid , propoxylated hydroxymethylphosphonic acid, ethoxylated, propoxylated and chloropropoxylated mono and di-alooyl and aryl-pyrophosphoric acids, where the alkyl and aryl groups are represented by the methyl, ethyl, isopropyl, butyl, octyl,
chlor-ethyl and tolyl, the products: of phosphorus pentoxide with glycols, such as, for example, ethylene, di-ethylene, triethylene, propylene, dipropylene, neopentyl, octylene, hydroquinone, biphenol, polypropylenes, polyethylenes, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, having subsequently reacted with ethylene oxide, of propylene oxide and epichlorohydrin, reaction products of phosphorus pentoxide with a mixture of the above glycols and hydroxy compounds, such as for example water and alcohols, such as for example 2-chloroethyl, butyl , ootyl, allyl and dod-
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cyle,
subsequently reacted with ethylene oxide. propylene oxide and epichlorohydrin, the alooxylated products of the reaction of a polyhydroxy compound with phosphorus pentoxide, the polyhydroxy compound being 1,2,6-hexanetriol, glyoerol and pentaerythritol, and so-called "block" polymers: obtained by reacting one or other of the alkoxylated products above with phosphorus pentoxide and by subsequent alkoxylation with ethylene oxide, propylene oxide and epichlorohydrin.
Bied that in the above examples the replacement of all or part of the polyols normally employed for the preparation of polyurethanes with the phosphorus-containing polyol according to the present invention has been described, it is understood that this covers There are also other methods of incorporating the phosphorus-containing polyol into polyurethanes, so long as they do not depart from the spirit and scope of the present invention.
By this is meant, for example, processes in which the phosphorus-containing compounds according to the present invention can be reacted with other products, such as for example adipic acid and / or phthalic anhydride as well as others. Polybasic alides and / or anhydrides, to form mixed polyester-based phosphorus polyols, the molecule of which contains at least two active hydrogen atoms, which can subsequently react with polyisocyanates, to form polyurethanes.