ES2235514T3 - Hoja de policarbonato con un comportamiento pirorretardante mejorado. - Google Patents
Hoja de policarbonato con un comportamiento pirorretardante mejorado.Info
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Abstract
Una hoja de policarbonato con una resistencia al fuego mejorada que comprende: a) una resina de policarbonato ramificada con una MVR por encima de 11 cm''/10 minutos, en la que la MVR se mide a 300ºC y 2, 16 kg; b) un estabilizante basado en fósforo; y c) un agente de liberación de proceso; en la que la hoja comprende del 0, 003 al 0, 007 por ciento en peso, basado en el peso del fósforo, del estabilizante basado en fósforo.
Description
Hoja de policarbonato con un comportamiento
pirorretardante mejorado.
Esta solicitud trata de forma general de una hoja
de policarbonato con una resistencia al fuego mejorada.
Específicamente, esta solicitud trata de una hoja de policarbonato
con una resistencia al fuego suficiente para superar ciertas
pruebas gubernamentales obligatorias para materiales de
construcción.
La hoja de policarbonato es un material ventajoso
para su uso en diversas aplicaciones de la construcción porque
puede ser transparente y tiene una resistencia al impacto muy
superior al cristal o plásticos acrílicos transparentes. Sin
embargo, el policarbonato puede ser problemático desde un punto de
vista de resistencia al fuego.
Se han realizado diversos intentos para mejorar
la resistencia al fuego de la hoja de policarbonato.
Específicamente, muchos inventores se han centrado en producir una
hoja de policarbonato con una resistencia al fuego mejorada
mediante la adición de diversos agentes químicos pirorretardantes al
policarbonato. Algunos aditivos mejoradores de la resistencia al
fuego para el policarbonato se describen en, por ejemplo, la
patente de EE.UU. nº 4.248.976. Otros se han centrado en el
desarrollo de cubiertas retardantes de la llama para el
policarbonato, según se describe en, por ejemplo, la patente EE.UU.
nº 4.163.834. También se sabe mejorar la resistencia fuego del
policarbonato incorporando un copolímero de policarbonato bromado,
según se describe en, por ejemplo, la patente EE.UU. nº 5.612.163.
También se han desarrollado ciertos copolímeros retardantes de la
llama del policarbonato, según se describe en la patente EE.UU. nº
5.175.198.
Desafortunadamente, cada uno de éstos
procedimientos ha presentado ciertos inconvenientes. Los aditivos
químicos retardantes del fuego introducen un coste añadido y a
menudo influyen negativamente en la estabilidad del color, la
transparencia y las propiedades de envejecimiento a largo plazo de
la hoja de policarbonato. La adición de un copolímero bromado
también puede ser problemática por las razones anteriormente
mencionadas, y adicionalmente, levanta cuestiones medioambientales.
La adición de cubiertas retardantes de la llama a la hoja
introducen un coste y una complejidad adicionales al procedimiento
de elaboración. Finalmente, la producción de un copolímero a menudo
alterará en gran medida las propiedades físicas de la hoja
terminada.
El documento
EP-A-0335239 describe una
composición de resina de policarbonato que comprende: 100 partes en
peso de una resina de policarbonato; de 0,05 a 1 partes en peso de
un éster de un ácido graso saturado con de 10 a 30 átomos de
carbono, y un alcohol monohídrico o polihídrico con de 2 a 30 átomos
de carbono; de 0,05 a 1 partes en peso de cera de parafina, y de 0
a 0,001 partes en peso de un átomo de fósforo de al menos un
compuesto de fósforo elegido del grupo constituido por ácido
fosforoso y ésteres del ácido fosforoso, en los que la cantidad
total de los componentes (A) y (B) es de 0,1 a 1 partes en peso. El
documento EP-A-0335239 también
describe una composición de resina de policarbonato que comprende:
100 partes en peso de una resina de policarbonato; de 0,05 a 1
partes en peso de un éster de alcohol/ácido behénico de cadena
lateral \beta larga o un alcohol alifático de cadena larga; y
0,001 partes en peso como un átomo de fósforo de al menos un
compuesto de fósforo elegido del grupo constituido por ácido
fosforoso y ésteres del ácido fosforoso. Estas composiciones son
excelentes en la resistencia al calor y la resistencia hidrolítica,
y tienen buenas propiedades de liberación desde el molde.
Las hojas de policarbonato de calidad comercial
se elaboran típicamente a partir de un estabilizante térmico, un
agente de liberación de proceso y una resina de policarbonato
ramificada de alta viscosidad y/o una resina de policarbonato
lineal de alta viscosidad. Las hojas de policarbonato de calidad
comercial típicas están fabricadas a partir de resinas de
policarbonato lineales con una viscosidad de 4,5 a 8,0 cm^{3}/10
min (300 grados ºC, 1,2 kg) (por ejemplo, LEXAN® ML3403 y MAKROLON®
31XX), o una resina de policarbonato ramificada con una viscosidad
de 4 a 6,5 cm^{3}/10 min (300 grados ºC, 2,16 kg) (por ejemplo,
LEXAN® ML3324 y MAKROLON®1143). También hay en el mercado algunas
calidades de hojas nuevas ramificadas (por ejemplo, MAKROLON
ku1-1243) que tienen una MVR de
8-11 cm^{3}/10 min (300 grados ºC, 2,16 kg).
Hay muchas pruebas gubernamentales obligatorias
diferentes para evaluar la resistencia al fuego de materiales de
construcción de hoja de policarbonato. Una de las pruebas más
agresivas es la norma francesa NF P 92-505
(denominada en lo sucesivo "la prueba de goteo francesa"), que
se incorpora a esta invención como referencia. En esta prueba se
coloca un radiador sobre una muestra del material de prueba
soportada sobre una rejilla. Se coloca lana de algodón en un
receptáculo por debajo del material de prueba. Durante la prueba el
radiador se enciende durante 10 minutos, y gotitas de la muestra
pueden caer a través de la rejilla sobre la lana de algodón. Si la
lana de algodón se quema, se considera que la muestra no ha
superado la prueba. Esta prueba se describe más completamente a
continuación, y en la Figura 1 se muestra un aparato para realizar
la prueba.
Se ha descubierto que las propiedades de
resistencia al fuego de la hoja de policarbonato pueden mejorarse
en gran medida sin recurrir a ninguno de los indeseables
procedimientos descritos anteriormente. Específicamente, la
resistencia al fuego de la hoja de policarbonato puede mejorarse en
gran medida mediante una significativa reducción de la viscosidad
de la resina de policarbonato en la hoja. Además, la resistencia al
fuego de la hoja puede mejorarse adicionalmente mediante el
cuidadoso control del contenido de estabilizante basado en fósforo
y el agente de liberación de proceso dentro de unos intervalos
específicos.
En una forma de realización, la presente
invención proporciona una hoja de policarbonato con una resistencia
al fuego mejorada, que comprende:
a) una resina de policarbonato ramificada con una
MVR por encima de 11 cm^{3}/10 minutos, en la que la MVR se mide
a 300ºC y 2,16 kg;
b) un estabilizante basado en fósforo; y
c) un agente de liberación de proceso;
en la que la hoja comprende del 0,003 al 0,007
por ciento en peso, basado en el peso del fósforo, del
estabilizante basado en fósforo.
En una segunda forma de realización, la presente
invención proporciona una hoja de policarbonato con una resistencia
al fuego mejorada, que comprende:
una resina de policarbonato lineal con una MVR
por encima de 8 cm^{3}/10 minutos, en la que la MVR se mide a
300ºC y 1,2 kg;
un estabilizante basado en fósforo; y
un agente de liberación de proceso;
en la que la hoja comprende del 0,002 al 0,01 por
ciento en peso, basado en el peso del fósforo, del estabilizante
basado en fósforo.
La cantidad de fósforo se calcula determinando el
peso atribuido a los átomos de fósforo en el estabilizante de
fósforo, y dividiendo por el peso total de todos los
ingredientes.
Según una forma de realización preferible de la
invención, la hoja resistente al fuego se puede fabricar a partir
de resina de policarbonato ramificada con una MVR por encima de 13
cm^{3}/10 minutos cuando se mide a 300ºC y 2,16 kg.
Según una forma de realización diferente
preferible de la invención, la hoja resistente al fuego se puede
fabricar a partir de una resina de policarbonato lineal con una MVR
por encima de 10 cm^{3}/10 minutos cuando se mide a 300ºC y 1,2
kg.
Otras características, aspectos y ventajas de la
invención se comprenderán mejor en referencia a la siguiente
descripción detallada de algunas de las formas de realización
preferibles de la invención, los dibujos y las reivindicaciones
anexas.
La Fig. 1 representa una vista esquemática
lateral en alzado de un aparato usado para realizar una prueba de
comportamiento pirorretardante de la prueba de inflamabilidad
francesa NF P 92-505.
Según se estableció anteriormente, la hoja de
policarbonato resistente al fuego según la invención se prepara
combinando una resina de policarbonato de baja viscosidad, un
estabilizante basado en fósforo y un agente de liberación de
proceso. Ésta combinación de ingredientes se forma entonces en una
hoja, típicamente mediante extrusión fundida. También pueden
añadirse otros ingredientes opcionales adicionales. La resina de
policarbonato puede ser lineal ramificada, o una combinación de
ambas. La resina de policarbonato puede fabricarse mediante
cualquier técnica, incluyendo las bien conocidas técnicas de fusión
e interfacial.
Los policarbonatos aromáticos son generalmente el
tipo más útil de policarbonatos para preparar las composiciones de
hoja descritas en esta invención.
Típicamente, los policarbonatos aromáticos se
preparan haciendo reaccionar un fenol dihídrico con un precursor de
carbonato, tal como fosgeno, un haloformiato o un éster de
carbonato. La reacción se lleva a cabo generalmente en presencia de
un aceptor ácido y un regulador del peso molecular. Dichos polímeros
de carbonato pueden tipificarse como poseedores de unidades
estructurales recurrentes de fórmula:
(1)--- O --- A
--- O ---
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
---
en la que A es un radical aromático
divalente del fenol dihídrico empleado en la reacción del polímero.
Los fenoles dihídricos, que pueden emplearse para proporcionar
dichos polímeros de carbonato aromáticos, son compuestos aromáticos
mononucleares o polinucleares que contienen como grupos funcionales
dos radicales hidroxi, cada uno de los cuales puede unirse
directamente a un átomo de carbono de un núcleo aromático. Algunos
fenoles dihídricos típicos son:
2,2-bis(4-hidroxifenil)
propano; hidroquinona; resorcinol;
2,2-bis(4-hidroxifenil)
pentano; 2,4'-(dihidroxidifenil) metano;
bis(2-hidroxifenil) metano;
bis(4-hidroxifenil) metano;
1,1-bis(4-hidroxifenil)-3,3,5-trimetilciclohexano;
bisfenol de fluorenona,
1,1-bis(4-hidroxifenil)
etano;
3,3-bis(4-hidroxifenil)
pentano; 2,2'-dihidroxidifenilo;
2,6-dihidroxinaftaleno;
bis(4-hidroxidifenil) sulfona;
bis(3,5-dietil-4-hidroxifenil)sulfona;
2,2-bis(3,5-dibromo-4-hidroxifenil)
propano;
2,2-bis(3,5-dimetil-4-hidroxifenil)
propano; 2,4'-dihidroxidifenil sulfona;
5'-cloro-2,4'-dihidroxidifenil
sulfona; 4,4'-dihidroxidifenil éter;
4,4'-dihidroxi-3,3'-diclorodifenil
éter, bisfenol de espirobiidano y
similares.
Estos policarbonatos aromáticos pueden elaborarse
mediante procedimientos conocidos. Dos procedimientos
convencionales diferentes se conocen habitualmente como los
procedimientos de fusión e interfacial. En el procedimiento
interfacial, un compuesto dihídrico se hace reaccionar con un
precursor de carbonato, tal como un haluro de carbonilo o un
haloformiato. El procedimiento de polimerización por fusión implica
la transesterificación de un compuesto dihidroxi aromático y un
diéster de carbonato. El procedimiento de polimerización por fusión
se describe más completamente en la patente de EE.UU nº 5.364.926,
que se incorpora al presente documento como referencia. En la
práctica de esta invención, el procedimiento para producir el
polímero de policarbonato no es crítico.
El precursor de carbonato empleado para preparar
el policarbonato de esta invención mediante el procedimiento
interfacial puede ser un haluro de carbonilo o un haloformiato. Los
haluros de carbonilo que pueden emplearse en esta invención son,
por ejemplo, bromuro de carbonilo, cloruro de carbonilo o mezclas
de los mismos. Los haloformiatos adecuados para su uso en esta
invención incluyen bishaloformiatos de fenoles dihídricos (por
ejemplo, biscloroformiatos de bisfenol A o hidroquinona) o glicoles
(por ejemplo, bishaloformiatos de etilenglicol, neopentilglicol o
polietilenglicol). Aunque los expertos en la materia les pueden
surgir otros muchos precursores de carbonato, es preferible el
cloruro de carbonilo, también conocido como fosgeno.
También es posible emplear dos o más fenoles
dihídricos diferentes o un copolímero de un fenol dihídrico con un
glicol, un poliéster terminado en hidroxi o ácido, un ácido
dibásico o un ácido hidroxi, en el caso de que se desee un
copolímero o interpolímero de carbonato en lugar de un homopolímero
para su uso en la preparación de las mezclas de policarbonato de la
invención. También pueden emplearse poliarilatos y resinas de
poliéster-carbonato o sus mezclas. Los
policarbonatos ramificados también son útiles y están bien
descritos en la bibliografía. También pueden utilizarse en esta
invención mezclas de un policarbonato lineal y un policarbonato
ramificado. Además, en la práctica de esta invención pueden
emplearse mezclas de cualquiera de los materiales anteriores.
El policarbonato aromático preferible para su uso
en la práctica en la presente invención es un homopolímero derivado
de 2,2-bis(4-hidroxifenil)
propano ("bisfenol A") y fosgeno, disponible comercialmente
bajo la denominación comercial patentada LEXAN®, que es una marca
registrada de General Electric Company.
Los policarbonatos son preferiblemente
policarbonatos aromáticos de bajo peso molecular con una viscosidad
intrínseca, determinada en cloroformo a 25ºC, de desde
aproximadamente 0,3 hasta aproximadamente 1,5 decilitros por gramo
(dl/g). La viscosidad intrínseca es muy preferiblemente desde
aproximadamente 0,45 hasta aproximadamente 1,0 dl/g. Estos
policarbonatos pueden ser ramificados o no ramificados, y
generalmente tendrán un peso molecular medio de desde
aproximadamente 10.000 hasta aproximadamente 200.000, o más
preferiblemente desde aproximadamente 20.000 hasta aproximadamente
100.000, medido mediante cromatografía de exclusión en gel.
Los policarbonatos ramificados pueden prepararse
añadiendo un agente de ramificación durante la polimerización.
Estos agentes de ramificación son bien conocidos y pueden
comprender compuestos orgánicos polifuncionales que contienen al
menos tres grupos funcionales, que pueden ser hidroxilo, carboxilo,
anhídrido carboxílico, haloformilo y mezclas de los mismos. Algunos
ejemplos específicos incluyen ácido trimelítico, anhídrido
trimelítico, tricloruro trimelítico,
tris-p-hidroxifeniletano,
tris-fenol TC
(1,3,5-tris((p-hidroxifenil)isopropil)benceno),
tris-fenol PA
(4(4(1,1-bis(p-hidroxifenil)etil)alfa,alfa-dimetilbencil)fenol),
anhídrido 4-cloroformilo ftálico, ácido trimésico y
ácido tetracarboxílico de benzofenona. El agente de ramificación
puede añadirse a un nivel de aproximadamente el
0,05-2,0 por ciento en peso.
Todos los tipos de grupos terminales de
policarbonato están contemplados dentro del ámbito de la presente
invención.
Las resinas de policarbonato útiles para preparar
la hoja de policarbonato resistente al fuego según la presente
invención tienen una baja viscosidad, que se corresponde con una
mayor MVR. Específicamente, cuando se emplea una resina de
policarbonato ramificada, la proporción de volumen fundido
(denominada en lo sucesivo "MVR") debería estar por encima de
11 cm^{3}/10 minutos medida a 300ºC y 2,16 kg. El valor de MVR
para una muestra puede medirse usando procedimientos conocidos,
tales como los descritos en las pruebas estándar según DIN 53735 /
ISO 1133, que se incorpora al presente documento como referencia. Es
más preferible que la MVR esté por encima de 13 cm^{3}/10 minutos
(300ºC, 2,16 kg) para una resina de policarbonato ramificada. Es
incluso más preferible que la MVR esté entre 13 y 20 cm^{3}/10
minutos (300ºC, 2,16 kg), y lo más preferible es que la MVR esté
entre 13 y 18 cm^{3}/10 minutos (300ºC, 2,16 kg). Cuando se
emplea una resina de policarbonato lineal, la MVR debería estar por
encima de 8 cm^{3}/10 minutos medida a 300ºC y 1,2 kg. Es más
preferible que la MVR esté por encima de 10 cm^{3}/10 minutos
(300ºC, 1,2 kg) para una resina de policarbonato ramificada. Es
incluso más preferible que la MVR esté entre 10 y 20 cm^{3}/10
minutos (300ºC, 1,2 kg), y lo más preferible es que la MVR esté
entre 10 y 13 cm^{3}/10 minutos (300ºC, 1,2 kg). Estos son
intervalos generales preferibles. El intervalo óptimo de MVR
también depende del equipo de tratamiento usado, del espesor de la
hoja y del tamaño de la hoja. El artesano experto puede realizar
fácilmente pruebas para estudiar cómo afectan estos factores al
intervalo óptimo.
La hoja fabricada según la presente invención
puede ser de cualquier tipo o espesor. Por ejemplo, la hoja puede
contener una única capa o ser un laminado con numerosas capas. La
hoja también puede ser una hoja "multipared" que contiene una
pluralidad de hojas paralelas unidas entre sí mediante miembros
internos que conectan las paredes adyacentes. Dichas hojas
"multiparedes" tienen algo de espacio vacío entre las paredes
internas y externas. También, la hoja puede estar curvada,
corrugada, plegada, formada en un patrón de "onda" o "diente
de sierra", o formada con otras formas específicas. En una forma
de realización preferible de la invención, la hoja puede ser una
hoja maciza con un espesor de 1 a 12 mm, o más preferiblemente, de
1 a 6 mm. En otra forma de realización preferible de la invención,
la hoja puede ser estratificada y tener un espesor de 1 a 40 mm, o
más preferiblemente, de 1 a 20 mm.
También es posible incluir capas de otros
materiales, tales como tejido de vidrio, entre las capas de
policarbonato en una hoja estratificada. Todos estos compuestos
también están contemplados por esta solicitud.
La MVR de la resina lineal y ramificada puede
ajustarse durante el procedimiento de elaboración mediante el
control de los numerosos factores que afectan al peso molecular del
polímero. Por ejemplo, la temperatura de tratamiento, el tiempo de
permanencia, los estabilizantes añadidos durante la síntesis y el
grado de protección de los extremos, afectan todos a la MVR de la
resina producida, y pueden variarse en las formas conocidas para
conseguir resinas de baja viscosidad útiles para la invención.
La hoja de policarbonato resistente al fuego
según la invención también comprende un estabilizante de fósforo.
Algunos estabilizantes de fósforo típicos incluyen fosfitos (por
ejemplo, estabilizantes térmicos de fosfito aromático), sales
metálicas de ácido fosfórico y fosforoso. También pueden añadirse
antioxidantes de fenol protegidos, barredores de radicales de
lactona aromática y aminas (por ejemplo, hexametiltetraamina), como
estabilizantes o antioxidantes. Algunos estabilizantes de fósforo
preferibles incluyen fosfito de
tris(2,4-di-t-butilfenilo);
fosfito de
2,4,6-tri-t-butilfenil-2-butil-2-etil-1,3-propanodiol;
difosfito de
bis(2,4-dicumilfenil)pentaeritritol;
fosfito de difenilisodecilo; y difosfito de
bis(2,4-ditercbutilfenil)pentaeritritol.
Cuando la hoja resistente al fuego comprende una resina de
policarbonato ramificada, la cantidad de estabilizante de fósforo
(teniendo en cuenta sólo la fracción de peso debida a los átomos de
fósforo en el estabilizante) es desde el 0,003 hasta el 0,007 por
ciento en peso de la composición total. Cuando la hoja resistente
al fuego comprende una resina de policarbonato lineal, la cantidad
de estabilizante de fósforo (teniendo en cuenta sólo la fracción de
peso debida a los átomos de fósforo en el estabilizante) es desde
el 0,002 hasta el 0,01 por ciento en peso de la composición
total.
La hoja de policarbonato resistente al fuego
según la invención comprende adicionalmente un agente de liberación
de proceso. Algunos agentes de liberación de proceso adecuados
incluyen tetracarboxilato de pentaeritritol, monocarboxilato de
glicerol, triscarboxilato de glicerol, poliolefinas, ceras
alquílicas y amidas. Algunos agentes de liberación de proceso
preferibles incluyen tetraestearato de pentaeritritol y ésteres de
pentaeritritol. La cantidad preferible de agentes de liberación de
proceso es del 0,05 al 0,2 por ciento en peso de la composición
total.
También pueden añadirse a la hoja otras resinas y
aditivos tales como pigmentos, colorantes, agentes de refuerzo,
agentes de carga, modificadores de impacto, agentes resistentes al
calor, antioxidantes, agentes antierosión, agentes antiestáticos,
bloqueantes de la radiación ultravioleta (denominados en lo
sucesivo: "UV"), lubricantes, agentes de nucleación,
plastificantes, pirorretardantes (para mejorar adicionalmente la
resistencia al fuego si fuera necesario), agentes mejoradores del
flujo y agentes antiestáticos. Estos aditivos pueden introducirse
en un procedimiento de mezcla o de moldeo, siempre que las
propiedades de la composición no se vean deterioradas.
A la hoja puede añadirse cualquier tipo de
pigmento que sea bien conocido para su inclusión en materiales
termoplásticos. Algunos pigmentos preferibles incluyen dióxido de
titanio, sulfuro de cinc, negro de carbón, cromato de cobalto,
titanato de cobalto, sulfuros de cadmio, óxido de hierro,
sulfosilicato de sodio y aluminio, sulfosilicato sódico, cromo
antimonio titanio rutilo, níquel antimonio titanio rutilo y óxido
de cinc.
También puede ser ventajoso incluir diversos
agentes químicos para evitar la degradación de la hoja debido la
exposición a la luz UV (denominados en lo sucesivo
"estabilizantes UV"). Algunos estabilizantes UV adecuados
incluyen benzotriazoles sustituidos, o triazinas, o
tetraalquilpiperidinas. Los estabilizantes UV pueden mezclarse en
la hoja o pueden incluirse en una capa protectora transparente de
"cubierta dura", que se aplica sobre la superficie vista.
Algunos agentes de carga de refuerzo adecuados
incluyen agentes de carga metálicos tales como polvo fino de
aluminio, hierro, níquel u óxidos metálicos. Algunos agentes de
carga no metálicos incluyen filamentos de carbono, silicatos tales
como mica, silicato de aluminio o arcilla, talco y asbestos, óxido
de titanio, wollastonita, novaculita, titanato potásico, triquitos
de titanato, agentes de carga de vidrio y fibras del polímeros o
combinaciones de los mismos. Los agentes de carga de vidrio útiles
para refuerzo no están particularmente limitados en sus tipos o
formas, y pueden ser, por ejemplo, fibras de vidrio, vidrio molido,
escamas de vidrio y perlas huecas o sólidas de vidrio. Los agentes
de carga de vidrio pueden someterse a un tratamiento superficial con
agentes de acoplamiento tales como silano o agentes del tipo
titanato para mejorar la adhesión a la resina. Los agentes de carga
de refuerzo se usan preferiblemente en una cantidad suficiente para
proporcionar el efecto de refuerzo, generalmente del 1 al 60% en
peso, preferiblemente del 5 al 50% en peso, basado en peso total de
la composición.
Algunos agentes antiestáticos adecuados incluyen,
pero no se limitan a, sales de fosfonio, polialquilenglicoles,
sales de sulfonio y sales de alquil y aril amonio.
Para preparar la composición de resina de la
invención, los componentes pueden mezclarse mediante cualquier
procedimiento conocido. Típicamente, hay dos etapas de mezcla
distintas: una etapa de premezcla y una etapa de mezcla en fundido.
En la etapa de premezcla se mezclan los ingredientes secos. Esta
etapa de premezcla se realiza típicamente usando un mezclador
volteador o un mezclador de cinta. Sin embargo, si se desea, la
premezcla puede elaborarse usando un mezclador de alto
cizallamiento, tal como un mezclador Henschel o un dispositivo
similar de alta intensidad. La etapa de premezcla debe estar
seguida de una etapa de mezcla en fundido en la que la premezcla se
funde y se mezcla de nuevo como un fundido. Alternativamente, es
posible omitir la etapa de premezcla, y simplemente añadir los
materiales en bruto directamente a la sección de suministro de un
dispositivo de mezcla en fundido (tal como un extrusor) mediante
sistemas de suministro separados. En la etapa de mezcla en fundido,
los ingredientes se mezclan típicamente amasados en un extrusor de
tornillo simple o de tornillo doble, y extruirse como gránulos.
Entonces los gránulos se suministran típicamente a un segundo
extrusor, en el que se funden de nuevo y se extruyen como una
hoja.
Se eligió la prueba de inflamabilidad francesa NF
P 92-505 (denominada en lo sucesivo "la prueba de
goteo francesa"), que se incorpora al presente documento como
referencia, para evaluar las muestras preparadas según la presente
invención. En referencia a la FIG. 1, en esta prueba se coloca una
muestra 10 en una rejilla de soporte 20 localizada a treinta (30)
mm bajo un radiador 30. Un receptáculo de goteo 40 que contiene
lana de algodón 50 se coloca a trescientos (300) mm por debajo de
la rejilla de soporte 20. La muestra tiene que medir 7 cm x 7 cm, y
tener un peso mínimo de 2 g. El radiador es un radiador eléctrico
horizontal de 500 W que irradia la muestra con una intensidad de
radiación de 3 W/cm^{2}. La prueba dura un total de diez minutos.
Si la muestra se quema dentro de los primeros cinco minutos después
de encender el radiador 30, el radiador 30 se retira tres segundos
después de la ignición, y la radiación continúa tan pronto como la
muestra se apaga. Durante los segundos cinco minutos, la radiación
se mantiene aunque la muestra se queme. Durante la prueba, el
radiador 30 se manipula durante diez minutos. Una muestra no supera
la prueba (es decir, recibe una calificación de "M4") si la
lana de algodón 50 comienza a arder.
La prueba de goteo francesa está considerada como
una de las pruebas de inflamabilidad europeas más agresivas para
materiales de construcción tales como la hoja de policarbonato. Sin
embargo, según se muestra a continuación, las muestras preparadas
según la presente invención son capaces de superar consistentemente
esta prueba, y no tienen los inconvenientes de la hoja de
policarbonato resistente al fuego convencional, según se enumera en
la anterior sección de antecedentes.
La presente invención se describe adicionalmente
mediante los siguientes ejemplos. Estos ejemplos pretenden ser
representativos de la invención, y no pretenden limitar en modo
alguno su ámbito.
Se usaron los siguientes aditivos en los ejemplos
dados a continuación:
\bullet tetraestearato de pentaeritritol =
PETS, CAS nº 115-83-3, nombre
comercial Loxiol EP8578, proveedor Henkel (agente de liberación de
proceso);
\bullet fosfito de
tris(2,4-di-t-butilfenil)
= CAS nº 31570-04-4, % de fósforo =
4,8, nombre comercial Irgaphos 168, proveedor Ciba
(estabilizante);
\bullet fosfito de
2,4,6-tri-t-butilfenil-2-butil-2-etil-1,3-propanadiol
= CAS nº 161717-32-4, % de fósforo
= 6,9, nombre comercial Ultranox 641, proveedor GE Specialty
Chemicals (estabilizante).
Las formulaciones 1-11,
enumeradas en la tabla 1, se sintetizaron en un extrusor de
tornillo doble. El nivel de viscosidad se controló usando resinas
lineales con diversas viscosidades para alcanzar la MVR objetivo.
En todas las formulaciones 1-11, se usaron los
siguientes aditivos: 0,05% de Irgaphos, 168% de PETS.
Los materiales se trataron en forma de una hoja
de 3,2 mm de espesor, se cortaron en hojas de 7 cm x 7 cm y se
ensayaron según la prueba de goteo francesa. Se ensayaron diez
hojas de cada formulación, y el número de hojas que superó el
ensayo se detallan en la Tabla 1.
Se llevaron a cabo análisis estadísticos para los
datos atribuidos del número de superaciones frente a la viscosidad.
Cuanto más bajo es el valor de p de cada factor, más significativo
es el factor para la respuesta (nº de superaciones en la prueba
FR):
\vskip1.000000\baselineskip
| Variable | Valor | Recuento |
| superación | éxito | \, 22 |
| n | fallo | \, 88 |
| Total | 110 |
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA DE REGRESIÓN
LOGÍSTICA
\newpage
Comprobar que todas las pendientes son cero: G =
29,741, DF = 1, Valor de P = 0,000
| Procedimiento | prueba de la \chi^{2} | DF | P |
| Pearson | 8,163 | 8 | 0,418 |
| Desvianza | 9,874 | 8 | 0,274 |
| Hosmer-Lemeshow | 6,693 | 4 | 0,153 |
Conclusión: una viscosidad reducida (MVR
aumentada) mejora el comportamiento de inflamabilidad de la hoja de
policarbonato lineal. A un espesor de la hoja maciza de 3,2 mm, la
MVR preferible debería ser mayor de 8 cm^{3}/10 min.
Se sintetizaron formulaciones para estudiar la
influencia de los aditivos y las cargas de aditivos.
Específicamente, se sintetizaron las formulaciones
12-18, enumeradas a continuación en la tabla 2,
mediante el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. La MVR (300
grados ºC, 1,2 kg) de todas las muestras fueron de
5,7-7,4 cm^{3}/10min. Los materiales se trataron
hasta formar una hoja de 2,5 mm y se ensayaron según la prueba de
goteo francesa. Se ensayaron diez hojas de cada formulación, y el
número de hojas que superó la prueba se detallan en la Tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se llevaron a cabo análisis estadísticos para los
datos atribuidos del número de superaciones frente a la viscosidad.
Cuanto más bajo es el valor de p de cada factor, más significativo
es el factor para la respuesta (nº de superaciones en la prueba
FR):
\vskip1.000000\baselineskip
| Variable | Valor | Recuento |
| superación | éxito | 36 |
| n | fallo | 34 |
| Total | 70 |
\newpage
TABLA DE REGRESIÓN
LOGÍSTICA
\vskip1.000000\baselineskip
Comprobar que todas las pendientes son cero: G =
11,972, DF = 4, Valor de P = 0,018
| Procedimiento | prueba de la \chi^{2} | DF | P |
| Pearson | 1,182 | 1 | 0,277 |
| Desvianza | 1,257 | 1 | 0,262 |
| Hosmer-Lemeshow | 1,182 | 4 | 0,881 |
\vskip1.000000\baselineskip
Conclusión: una reducción de la cantidad de
agente de liberación, PETS, y una optimización de la cantidad
estabilizante térmico, Irgaphos 168, mejora el comportamiento de
inflamabilidad de la hoja de policarbonato. A un espesor de la hoja
maciza de 2,5 mm, la carga de fósforo preferible debería estar entre
0,002-0,01%, idealmente en el 0,005% (igual a un
0,1% de Irgaphos 168), y la carga del agente de liberación de
proceso sería del 0,1%.
Las formulaciones 19-25,
enumeradas en la tabla 3, se sintetizaron mediante el procedimiento
descrito en el Ejemplo 1. Se mezcló una resina ramificada con un PM
de 34.000-35.000 g/mol con una resina lineal. La
viscosidad de la resina lineal se varió para alcanzar la MVR
objetivo. Los materiales se trataron en forma de una hoja de 3,2 mm
y se ensayaron según la prueba de goteo francesa. Se ensayaron diez
hojas de cada formulación. El número de hojas que superó el ensayo
se detallan en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se llevaron a cabo análisis estadísticos para los
datos atribuidos del número de superaciones frente a la viscosidad.
Cuanto más bajo es el valor de p de cada factor, más significativo
es el factor para la respuesta (nº de superaciones en la prueba
FR):
\vskip1.000000\baselineskip
| Variable | Valor | Recuento |
| superación | éxito | 20 |
| n | fallo | 50 |
| Total | 70 |
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA DE REGRESIÓN
LOGÍSTICA
\newpage
Comprobar que todas las pendientes son cero: G =
15,890, DF = 3, Valor de P = 0,001
| Procedimiento | prueba de la \chi^{2} | DF | P |
| Pearson | 1,588 | 3 | 0,662 |
| Desvianza | 1,864 | 3 | 0,601 |
| Hosmer-Lemeshow | 1,588 | 5 | 0,903 |
\vskip1.000000\baselineskip
Conclusión: una viscosidad reducida (MVR
aumentada), junto con el nivel de estabilizante térmico y PETS,
tienen un impacto significativo sobre el comportamiento de
inflamabilidad. La composición preferible para una hoja maciza de
3,2 mm es un 0,1% de PETS junto con un 0,04-0,1% de
Ultranox 641 (= 0,003-0,007% de P). La MVR debería
ser superior a 10, muy preferiblemente de 15 cm^{3}/10 min.
Se comparó una hoja comercial típica de
formulación 27 con una hoja 28 según la invención y 29, que tenían
un comportamiento de inflamabilidad mejorado con un espesor de 3,2
mm. Los detalles de las formulaciones y el comportamiento de FR se
enumeran en la tabla 4. Se controló el número de superaciones en la
prueba de goteo francesa.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de la anterior comparación de la calidad
de la hoja, es claro que ambos aditivos (nº 29) así como la
viscosidad (nº 28) influyen sobre el comportamiento ante la llama.
Para maximizar la mejora, deberían considerarse estos dos
parámetros.
Se realizó un experimento adicional para
optimizar las cargas de aditivo y la viscosidad, y para estudiar
las posibles interacciones. Se sintetizaron las formulaciones
30-45, enumeradas a continuación en la tabla 5,
mediante el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. La resina
ramificada de PM 34.000-35.000 g/mol se mezcló con
una resina lineal de PM 21.400-22.200 g/mol. Los
materiales se trataron para formar una hoja de 3,2 mm, y se
ensayaron según la prueba de goteo francesa. Se ensayaron diez
placas de cada formulación. El número de hojas que superó la prueba
se detallan en la Tabla 5.
\newpage
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se llevaron a cabo análisis estadísticos para los
datos atribuidos del número de superaciones frente a la viscosidad.
Cuanto más bajo es el valor de p de cada factor, más significativo
es el factor para la respuesta (nº de superaciones en la prueba
FR):
\vskip1.000000\baselineskip
| Variable | Valor | Recuento |
| superación | éxito | \, 38 |
| n | fallo | 122 |
| Total | 160 |
\newpage
TABLA DE REGRESIÓN
LOGÍSTICA
Comprobar que todas las pendientes son cero: G =
18,967, DF = 4, Valor de P = 0,001
| Procedimiento | prueba de la \chi^{2} | DF | P |
| Pearson | 7,874 | 11 | 0,725 |
| Desvianza | 9,193 | 11 | 0,604 |
| Hosmer-Lemeshow | 2,816 | 6 | 0,832 |
Conclusión: de nuevo, se observa una fuerte
influencia de la viscosidad y del estabilizante térmico. Con la
optimización adicional de la carga de estabilizante térmico y de la
viscosidad, la cantidad de PETS juega un papel ligeramente menos
significativo. La formulación preferible contiene un 0,1% de PETS,
un 0,1% de Ultranox 641 y tiene una MVR de al menos 15. A partir de
los experimentos puede observarse claramente que no sólo el aumento
de la MVR (por ejemplo, fórmula 30 frente a la 34), sino también la
optimización del contenido en agente de liberación de proceso y
estabilizante térmico es importante para mejorar adicionalmente el
rendimiento de FR (formulaciones 30, 34, 35 y 36).
Para producir hojas a escala comercial,
especialmente estructuras multiparedes, típicamente es preferible
una resistencia a la fusión mayor (una alta viscosidad y un alto
nivel de ramificación). Para comprobar si es posible producir una
hoja de buena calidad con policarbonato con una baja viscosidad y
resistencia a la fusión, se ensayaron las siguientes formulaciones
en una línea de hoja a escala comercial para producir hojas
trilaminares de 16 mm.
1. Formulación de referencia (una hoja de calidad
comercial de LEXAN®): policarbonato lineal con una MVR de 4,8
cm^{3}/10 min (300 grados ºC, 1,2 kg)
2. Formulación con una baja resistencia a la
fusión: policarbonato lineal con una MVR de 9,3 cm^{3}/10 min
(300 grados ºC, 1,2 kg). No se tuvieron en cuenta las cuestiones de
producción para la formulación de baja viscosidad. Fácilmente se
consiguió un suave cambio desde la calidad de estándar hacia la
calidad de baja viscosidad. Sin embargo, las temperaturas de los
toneles extrusores se redujo aproximadamente 20 grados ºC para
conseguir una hoja de la misma calidad que con unas condiciones de
tratamiento estándar y con los materiales estándar. La viabilidad
del tratamiento, la conducta de calibración y las propiedades del
material estándar permanecieron iguales.
Debería recordarse que los ejemplos anteriores
muestran meramente unas composiciones representativas a una
invención, y no deberían tomarse como limitantes del ámbito de las
siguientes reivindicaciones en modo alguno.
Claims (25)
1. Una hoja de policarbonato con una resistencia
al fuego mejorada que comprende:
a) una resina de policarbonato ramificada con una
MVR por encima de 11 cm^{3}/10 minutos, en la que la MVR se mide
a 300ºC y 2,16 kg;
b) un estabilizante basado en fósforo; y
c) un agente de liberación de proceso;
en la que la hoja comprende del 0,003 al 0,007
por ciento en peso, basado en el peso del fósforo, del
estabilizante basado en fósforo.
2. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 1, en la que la resina de policarbonato tiene una
MVR por encima de 13 cm^{3}/10 minutos.
3. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 2, en la que la resina de policarbonato tiene una
MVR por debajo de 20 cm^{3}/10 minutos.
4. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 3, en la que la resina de policarbonato tiene una
MVR por debajo de 18 cm^{3}/10 minutos.
5. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 1, en la que la hoja comprende del 0,05 al 0,2 por
ciento en peso del agente de liberación de proceso.
6. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 1, en la que el estabilizante se elige del grupo
constituido por fosfito de
tris(2,4-di-t-butilfenilo);
fosfito de
2,4,6-tri-t-butilfenil-2-butil-2-etil-
1,3-propanodiol; difosfito de
bis(2,4-dicumilfenil)pentaeritritol;
fosfito de difenilisodecilo; y difosfito de
bis(2,4-ditercbutilfenil)pentaeritritol.
7. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 1, en la que el agente de liberación de proceso se
elige del grupo constituido por tetraestearato de pentaeritritol y
ésteres de pentaeritritol.
8. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 1, en la que dicha hoja supera la prueba de
inflamabilidad francesa NF P 92-505.
9. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 1, en la que dicha hoja es una hoja maciza con un
espesor de 1 a 12 mm.
10. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 10, en la que dicha hoja maciza tiene un espesor de
1 a 6 mm.
11. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 1, en la que dicha hoja es una hoja estratificada
con un espesor de 1 a 40 mm.
12. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 11, en la que dicha hoja es una hoja estratificada
con un espesor de 1 a 20 mm.
13. Una hoja de policarbonato con una resistencia
al fuego mejorada que comprende:
una resina de policarbonato lineal con una MVR
por encima de 8 cm^{3}/10 minutos, en la que la MVR se mide a
300ºC y 1,2 kg;
un estabilizante basado en fósforo; y
un agente de liberación de proceso;
en la que la hoja comprende del 0,002 al 0,01 por
ciento en peso, basado en el peso del fósforo, del estabilizante
basado en fósforo.
14. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 13, en la que la resina de policarbonato tiene una
MVR por encima de 10 cm^{3}/10 minutos.
15. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 14, en la que la resina de policarbonato tiene una
MVR por debajo de 20 cm^{3}/10 minutos.
16. La hoja de policarbonato, según la
reivindicación 15, en la que la resina de policarbonato tiene una
MVR por debajo de 13 cm^{3}/10 minutos.
17. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 13, en la que la hoja comprende del 0,05 al 0,2 por
ciento en peso del agente de liberación de proceso.
18. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 13, en la que el estabilizante se elige del grupo
constituido por fosfito de
tris(2,4-di-t-butilfenilo);
fosfito de
2,4,6-tri-t-butilfenil-2-butil-2-etil-1,3-propanodiol;
difosfito de
bis(2,4-dicumilfenil)pentaeritritol; fosfito de difenilisodecilo; y difosfito de bis(2,4-ditercbutilfenil)pentaeritritol.
bis(2,4-dicumilfenil)pentaeritritol; fosfito de difenilisodecilo; y difosfito de bis(2,4-ditercbutilfenil)pentaeritritol.
19. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 13, en la que el agente de liberación de proceso se
elige del grupo constituido por tetraestearato de pentaeritritol y
ésteres de pentaeritritol.
20. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 9, en la que dicha hoja supera la prueba de
inflamabilidad francesa NF P 92-505.
21. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 13, en la que dicha hoja es una hoja maciza con un
espesor de 1 a 12 mm.
22. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 21, en la que dicha hoja maciza tiene un espesor de
1 a 6 mm.
23. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 13, en la que dicha hoja es una hoja estratificada
con un espesor de 1 a 40 mm.
24. La hoja de policarbonato según la
reivindicación 23, en la que dicha hoja es una hoja estratificada
con un espesor de 1 a 20 mm.
25. La hoja de policarbonato, según la
reivindicación 15, en la que la resina de policarbonato tiene una
MVR por debajo de 16 cm^{3}/10 minutos.
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