ES2255913T3 - Procedimiento para la produccion de espumas blandas de poliuretanos ininflamables. - Google Patents
Procedimiento para la produccion de espumas blandas de poliuretanos ininflamables.Info
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-
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Abstract
Procedimiento para la producción de espumas blandas de poliuretanos ininflamables con una pequeña tendencia a la descoloración en el núcleo, mediante reacción de poliisocianatos orgánicos con compuestos que tienen por lo menos 2 átomos de hidrógeno capaces de reaccionar frente a isocianatos, y usuales agentes de expansión, estabilizadores, activadores y/u otros materiales auxiliares y aditivos usuales, caracterizado porque como agentes ignifugantes exentos de halógenos y como agentes inhibidores de la descoloración en el núcleo se emplean hidroxi-alquil-fosfonatos de la fórmula general (I), en la que u significa una longitud de cadena de 1, R1, R5 son iguales o diferentes y significan un radical que contiene grupos hidroxilo de la fórmula general II R2, R4 son iguales o diferentes y significan un grupo alquilo, arilo o alquilarilo con 1 a 12 átomos de C, R3 significa un radical de la fórmula general III â significa una longitud media de cadena de 0 a 4, î significa una longitud media de cadena de 0 a 4, R6, R7, R8, R9 son iguales o diferentes y representan, independientemente unos de otros, H o un grupo alquilo con 1 a 6 átomos de C.
Description
Procedimiento para la producción de espumas
blandas de poliuretanos ininflamables.
El invento se refiere a un procedimiento para la
producción de espumas blandas de poliuretanos ininflamables con una
pequeña tendencia a la descoloración en el núcleo, así como a la
utilización de
hidroxi-alquil-fosfonatos exentos de
halógenos para la producción de espumas blandas de poliuretanos
ininflamables con una pequeña tendencia a la descoloración en el
núcleo. El invento se refiere finalmente también a una espuma blanda
de poliuretano ininflamable con una pequeña tendencia a la
descoloración en el núcleo.
Los materiales espumados de poliuretanos se
emplean como materiales sintéticos en muchos sectores, tales como
los de los muebles, los colchones, el transporte, la construcción y
el aislamiento técnico. Para alcanzar los elevados requisitos de
ignifugación, como se exigen para materiales destinados, entre otras
finalidades, a las de equipamiento interno de vehículos automóviles,
trenes de ferrocarril y aviones, así como para el aislamiento en la
construcción, los materiales espumados de poliuretanos se deben
acabar (aprestar) por regla general con agentes ignifugantes. Para
ello, se conocen un gran número de diferentes agentes ignifugantes y
éstos son obtenibles comercialmente. Sin embargo, se oponen a su
utilización en muchos casos considerables problemas técnicos de
aplicaciones y respectivamente reparos toxicológicos.
Así, en el caso de la utilización de agentes
ignifugantes sólidos, tales como p.ej. melamina, un polifosfato de
amonio y sulfato de amonio, aparecen problemas técnicos de
dosificación, que en muchos casos hacen necesarias modificaciones de
las instalaciones de espumación, es decir costosas reconstrucciones
y adaptaciones. Una gran parte de los agentes ignifugantes líquidos
empleados, tales como por ejemplo el fosfato de
tris(2-cloro-etilo), el
fosfato de
tris(2-cloro-isopropilo) y el
etilen-difosfato de
tetrakis(2-cloro-etilo), se
caracterizan por una manifiesta tendencia a la migración, que limita
ampliamente la posibilidad de utilización en sistemas de espumas
blandas de poliuretanos de celdillas abiertas para el equipamiento
interno de vehículos automóviles, a causa de los requisitos
planteados en cuanto a las emisiones condensables (fenómeno que se
conoce por el término inglés "fogging").
Por "fogging" se entiende la condensación de
componentes volátiles evaporados desde el equipamiento interno de
vehículos automóviles junto a lunas de vidrio, especialmente junta a
la luna de parabrisas. Este fenómeno se puede valorar
cuantitativamente de acuerdo con la norma DIN 75201.
Además, desde puntos de vista ecotoxicológicos,
así como a causa de los mejorados fenómenos colaterales de incendios
en lo que se refiere a la densidad de los gases de humos y a la
toxicidad de los gases de humos, se prefieren los sistemas de
agentes ignifugantes exentos de halógenos. También por razones
técnicas de aplicaciones pueden presentar un interés especial los
agentes ignifugantes exentos de halógenos. Así, p.ej. en el caso de
la utilización de agentes ignifugantes halogenados se observan
fuertes fenómenos de corrosión junto a las partes de las
instalaciones que se utilizan para el forrado a la llama de espumas
de poliuretanos. Esto se puede atribuir a las emisiones de
hidrácidos halogenados, que aparecen al forrar a la llama espumas de
poliuretanos que contienen halógenos.
Como forrado a la llama se designa a un
procedimiento para la unión de materiales textiles y materiales
espumados, en el que una cara de una lámina de material espumado se
funde con ayuda de una llama e inmediatamente a continuación de esto
se prensa junto con una banda continua de material textil.
Ante el antecedente de la tendencia a tomar en
consideración las emisiones gaseosas (del inglés Volatile Organic
Compounds = VOC), se establecen además requisitos crecientes en
cuanto a la estabilidad frente a la migración de agentes
ignifugantes, que hacen aparecer como cuestionable también a una
utilización de agentes ignifugantes macromoleculares aditivos, por
lo que se deben buscar soluciones alternativas.
Los sistemas de agentes ignifugantes líquidos,
exentos de halógenos, que se conocen hasta ahora, tales como p.ej.
metano-fosfonato de dimetilo o diferentes fosfatos
de alquilo y arilo, satisfacen sólo de una manera insuficiente los
requisitos en cuanto a la estabilidad frente a la migración, que
antes se han mencionado.
Ofrecen soluciones en el sentido de una alta
estabilidad frente a la migración, en este caso,
bis-fosfatos aromáticos, tales como los que se
describen en el documento de patente japonesa JP 06306277, y ésteres
de ácidos fosfóricos oligómeros, portadores de grupos hidroxilo
(documento de publicación de solicitud de patente alemana
DE-OS 43.42.972). Éstos muestran solamente muy
pequeñas contribuciones al "fogging", pero presentan sin
embargo un significativo problema de descoloración en el núcleo al
realizar la producción de materiales espumados de poliuretanos, el
cual se puede aminorar solamente en parte con ayuda de agentes
contra la descoloración en el núcleo, p.ej. los constituidos a base
de hidroquinonas (documento de patente de los EE.UU.
US-A 4.045.378).
Como descoloración en el núcleo se entiende la
coloración de pardo que resulta por oxidación térmica de espumas de
poliuretanos durante la producción a escala industrial. En el caso
de espumas de bloques de éteres, esta coloración de pardo resulta en
el interior de los bloques, entre otras razones cuando, mediante el
intercambio de gases de dióxido de carbono por el aire entrante, se
llega a reacciones de oxidación con grupos de isocianatos restantes
o agrupaciones de éter. La descoloración en el núcleo así resultante
(también denominada en inglés "scorching") se puede aumentar en
el caso de utilizarse determinados aditivos. En este caso, la
temperatura en el interior de los bloques puede aumentar tan
grandemente que en el caso de espumas blandas de éteres se puede
llegar a una autoinflamación.
En el caso de presentarse un pequeño grado de la
descoloración en el núcleo se llega solamente a una ligera
coloración de amarillo del material espumado, sin ninguna influencia
significativa sobre las propiedades mecánicas. Con una coloración
creciente de pardo-amarillento se observa, por el
contrario, una descomposición incipiente de la espuma de
poliuretano, mediando empeoramiento de las propiedades
mecánicas.
Los procedimientos actuales para la producción de
espumas de poliuretanos presentan la desventaja de que, en el caso
de emplearse agentes ignifugantes líquidos, exentos de halógenos,
con frecuencia aparece durante el proceso de producción la
descoloración en el núcleo, precedentemente descrita, por lo que la
producción de espumas de poliuretanos con una baja densidad aparente
está excluida a causa del acrecentado riesgo de incendios, no se
consigue la producción de calidades de espumas de color blanco, y no
se pueden elaborar altas cantidades de agentes
ignifugantes.
ignifugantes.
Es misión del presente invento poner a
disposición un procedimiento para la producción de espumas
ignifugadas de poliuretanos exentos de halógenos, con una alta
estabilidad térmica frente a la oxidación al realizar la espumación.
El procedimiento debe ser aplicable en tal caso tanto a espumas
blandas de ésteres y éteres como también a espumas duras, y debe
hacer posible la producción de espumas de poliuretanos con bajos
valores de "fogging". Al mismo tiempo, el procedimiento debe de
conducir a espumas de poliuretanos con una alta estabilidad frente
al envejecimiento de la ignifugación, es decir que después de un
correspondiente período de tiempo de almacenamiento, incluso a una
temperatura elevada, la espuma de poliuretano ha de seguir teniendo
todavía una eficaz ignifugación.
El problema planteado por la presente misión se
resuelve por medio de un procedimiento para la producción de espumas
blandas de poliuretanos ininflamables con una pequeña tendencia a la
descoloración en el núcleo, mediante reacción de poliisocianatos
orgánicos con compuestos que tienen por lo menos 2 átomos de
hidrógeno capaces de reaccionar frente a isocianatos, y usuales
agentes de expansión, estabilizadores, activadores y/u otros
materiales auxiliares y aditivos usuales, caracterizado porque como
agentes ignifugantes exentos de halógenos y como agentes inhibidores
de la descoloración en el núcleo se emplean
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I,
en la
que
u significa una longitud de cadena de 1,
R_{1}, R_{5} son iguales o diferentes y
significan un radical que contiene grupos hidroxilo de la fórmula
general II
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes y
significan un grupo alquilo, arilo o alquilarilo con 1 a 12 átomos
de C,
R_{3} significa un radical de la fórmula
general III
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
R_{6}, R_{7}, R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes y representan, independientemente unos de otros, H o un
grupo alquilo con 1 a 6 átomos de C.
De modo especialmente preferido
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2,
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes y
representan, independientemente uno de otro, un grupo alquilo con 1
a 5 átomos de C,
R_{6}, R_{7}. R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes y representan, independientemente unos de otros, H o un
grupo alquilo con 1 a 2 átomos de C.
En las fórmulas de los
hidroxi-alquil-fosfonatos antes
mencionados, que se emplean conforme al invento, las cifras tales
como u (para la fórmula I) indican la frecuencia con la que está
contenido un determinado grupo en la molécula. En este caso, son
posibles también mezclas de diferentes
hidroxi-alquil-fosfonatos, es decir
que los valores para u pueden ser de diversa magnitud y finalmente
se obtiene un valor medio \bar{u}.
De modo preferido, en el caso de los
hidroxi-alquil-fosfonatos se trata
del bis-(hidroxialcoxi)metano-fosfonato de
di(etilenglicol) y/o del
bis-(hidroxialcoxi)etano-fosfonato de
etilenglicol.
De modo preferido, en el caso de los
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I se trata de compuestos que son líquidos a la
temperatura de elaboración. Como la temperatura de elaboración se
entiende en este caso la temperatura a la que los materiales en
bruto de poliuretanos se aportan a los equipos de dosificación y
mezcladura de las instalaciones de espumación. Por regla general, se
escogen aquí, dependiendo de las viscosidades de los componentes y
de la estructuración de los equipos de dosificación, unas
temperaturas comprendidas entre 20 y 80ºC.
De modo preferido, en el caso de los
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I se trata de compuestos que son capaces de
reaccionar frente a isocianatos.
De modo preferido, los
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I muestran una alta estabilidad frente a la
migración.
De modo preferido, los
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I se emplean en una cantidad de 0,01 a 50 partes,
referida a la resultante espuma blanda de poliuretano.
De modo especialmente preferido, los
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I se emplean en una cantidad de 0,5 a 10 partes,
referida a la resultante espuma blanda de poliuretano.
Fundamentalmente, sin embargo, también es posible
que los hidroxi-alquil-fosfonatos
antes mencionados sustituyan totalmente a los polioles que por lo
demás son usuales para la producción.
De modo preferido, se emplean otros agentes
inhibidores de la descoloración en el núcleo y/o agentes
ignifugantes, de por sí conocidos.
El problema planteado por esta misión aquí
mencionada se resuelve asimismo mediante la utilización de
hidroxi-alquil-fosfonatos exentos de
halógenos de la fórmula general I,
en la
que
u significa una longitud de cadena de 1,
R_{1}, R_{5} son iguales o diferentes y
significan un radical que contiene grupos hidroxilo de la fórmula
general II
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes y
significan un grupo alquilo, arilo o alquilarilo con 1 a 12 átomos
de C,
R_{3} significa un radical de la fórmula
general III
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
R_{6}, R_{7}, R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes y representan, independientemente unos de otros, H o un
grupo alquilo con 1 a 6 átomos de C, como agentes ignifugantes
exentos de halógenos para la producción de espumas blandas de
poliuretanos ininflamables con una pequeña tendencia a la
descoloración en el núcleo.
De modo especialmente preferido
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2,
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes y
representan, independientemente uno de otro, un grupo alquilo con 1
a 5 átomos de C,
R_{6}, R_{7}. R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes y representan, independientemente unos de otros, H o un
grupo alquilo con 1 a 2 átomos de C.
De modo preferido, en el caso de los
hidroxi-alquil-fosfonatos se trata
del bis-(hidroxialcoxi)metano-fosfonato de
di(etilenglicol) y/o del
bis-(hidroxialcoxi)etano-fosfonato de
etilenglicol.
La producción de materiales espumados sobre la
base de isocianatos es de por sí conocida y se describe p.ej. en los
documentos DE-OS 16.94.142, DE-OS
16.94.215 y DE-OS 17.20.768 así como en el
Kunststoff-Handbuch (Manual de Materiales
Sintéticos), tomo VII, editado por Vieweg y Höchtlen, editorial Carl
Hanser de Munich, 1966, así como en las reediciones de este libro,
editadas por G. Oertel, editorial Carl Hanser de Munich, Viena, 1983
y respectivamente 1993.
Se trata en tal caso predominantemente de
materiales espumados que tienen grupos de uretanos y/o isocianuratos
y/o alofanatos y/o uretdionas y/o ureas y/o carbodiimidas. La
utilización conforme al invento se efectúa preferiblemente en el
caso de la producción de materiales espumados de poliuretanos y
poliisocianuratos.
Para la producción de los materiales espumados
sobre la base de isocianatos se emplean:
Como componentes de partida: Poliisocianatos
alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos, aromáticos y
heterocíclicos (p.ej. W. Siefken en Justus Liebig Annalen der
Chemie, 562, páginas 75-136), por ejemplo los de la
fórmula
Q(NCO)_{n}, en la que n es = de 2 a 4, preferiblemente de 2 a 3, y Q significa un radical hidrocarbilo alifático con 2 a 18, preferiblemente 6 a 10 átomos de C, un radical hidrocarbilo cicloalifático con 4 a 15, preferiblemente 5 a 10 átomos de C, un radical hidrocarbilo aromático con 6 a 15, preferiblemente 6 a 13 átomos de C, o un radical hidrocarbilo aralifático con 8 a 15, preferiblemente 8 a 13 átomos de C, p.ej. los poliisocianatos que se describen en el documento DE-OS 28.32.253, páginas 10 a 11. Se prefieren especialmente por regla general los poliisocianatos fácilmente accesibles a escala técnica,.que se derivan de los 2,4- y/o 2,6-toluilen-diisocianatos y respectivamente de los 4,4'- y/o 2,4'-difenilmetano-diisocianatos.
Q(NCO)_{n}, en la que n es = de 2 a 4, preferiblemente de 2 a 3, y Q significa un radical hidrocarbilo alifático con 2 a 18, preferiblemente 6 a 10 átomos de C, un radical hidrocarbilo cicloalifático con 4 a 15, preferiblemente 5 a 10 átomos de C, un radical hidrocarbilo aromático con 6 a 15, preferiblemente 6 a 13 átomos de C, o un radical hidrocarbilo aralifático con 8 a 15, preferiblemente 8 a 13 átomos de C, p.ej. los poliisocianatos que se describen en el documento DE-OS 28.32.253, páginas 10 a 11. Se prefieren especialmente por regla general los poliisocianatos fácilmente accesibles a escala técnica,.que se derivan de los 2,4- y/o 2,6-toluilen-diisocianatos y respectivamente de los 4,4'- y/o 2,4'-difenilmetano-diisocianatos.
Son componentes de partida, además, compuestos
con por lo menos dos átomos de hidrógeno capaces de reaccionar
frente a isocianatos, con un peso molecular de 400 a 10.000
("componentes polioles"). Por este concepto, junto a compuestos
que tienen grupos amino, grupos tio o grupos carboxilo, se entienden
preferiblemente compuestos que tienen grupos hidroxilo, en
particular compuestos que tienen de 2 a 8 grupos hidroxilo,
especialmente los que tienen un peso molecular de 1.000 a 6.000,
preferiblemente de 200 a 6.000, poliéteres y poliésteres así como
policarbonatos y poli(éster-amidas) que por regla
general tienen de 2 a 8, pero preferiblemente 2 a 6 grupos
hidroxilo, tal como se conocen de por sí para la preparación de
poliuretanos homogéneos y en forma de celdillas, y tal como se
describen, por ejemplo, en el documento DE-OS
28.32.253. Los poliéteres y poliésteres que tienen por lo menos dos
grupos hidroxilo son preferidos conforme al invento.
Eventualmente, otros componentes de partida son
compuestos con por lo menos dos átomos de hidrógeno capaces de
reaccionar frente a isocianatos y con un peso molecular de 32 a 399.
También en este caso se entienden por este concepto compuestos que
tienen grupos hidroxilo y/o grupos amino y/o grupos tio y/o grupos
carboxilo, preferiblemente compuestos que tienen grupos hidroxilo
y/o grupos amino, que sirven como agentes de prolongación de cadenas
o agentes de reticulación. Estos compuestos tienen por regla general
de 2 a 8, preferiblemente 2 a 4 átomos de hidrógeno capaces de
reaccionar frente a isocianatos. Ejemplos de éstos se describen
asimismo en el documento DE-OS 28.32.253.
Agua y/o sustancias orgánicas fácilmente
volátiles como agentes de expansión, p.ej.
n-pentano, i-pentano, ciclopentano,
alcanos que contienen halógenos, tales como triiclorometano, cloruro
de metileno o cloro-fluoro-alcanos,
CO_{2} y otros.
Eventualmente se utilizan conjuntamente agentes
auxiliares y aditivos, tales como catalizadores del tipo en sí
conocido, sustancias aditivas activas superficialmente, tales como
emulsionantes y estabilizadores de la espuma, retardadores de la
reacción, p.ej. sustancias que reaccionan de un modo ácido, tales
como ácido clorhídrico o halogenuros de ácidos orgánicos, además
agentes reguladores de las celdillas del tipo en sí conocido, tales
como parafinas o alcoholes grasos y
dimetil-polisiloxanos así como pigmentos o
colorantes y otros agentes ignifugantes del tipo en sí conocido,
además estabilizadores frente a influencias de envejecimiento y de
las condiciones atmosféricas, plastificantes y sustancias con acción
fungistática y bacteriostática así como materiales de carga, tales
como sulfato de bario, tierra de infusorios (Kieselgur), negro de
carbono o greda en polvo (blanco de España) (DE-OS
27.32.292).
Una recopilación adicional acerca de la
producción de materiales en bruto, auxiliares y aditivos, utilizados
para la producción de materiales espumados de poliuretanos, así como
acerca de la técnica de procedimientos para la producción de éstos,
se ofrece en el Kunststoff-Handbuch (Manual de
Materiales Sintéticos) 7 "poliuretanos" del Dr. Günther Oertel,
3, edición nuevamente redactada de 1993.
Otros ejemplos de sustancias aditivas activas
superficialmente, que eventualmente se han de utilizar conjuntamente
conforme al invento, y de estabilizadores de la espuma así como
agentes reguladores de las celdillas, retardadores de la reacción,
estabilizadores, sustancias inhibidoras de la inflamación,
plastificantes, colorantes y materiales de carga, así como
sustancias que son eficaces fungistática y bacteriostáticamente, así
como detalles acerca del modo de utilización de estos agentes
aditivos, se describen en el Kunststoff-Handbuch
(Manual de Materiales Sintéticos), tomo VII, editorial Carl Hanser,
Munich, 1993, en las páginas 104 a 123.
Realización del procedimiento para la producción
de materiales espumados de poliuretanos:
Los componentes de reacción se llevan a
reaccionar de acuerdo con el procedimiento de una sola etapa, de por
sí conocido, es decir el procedimiento del prepolímero o el
procedimiento del semi-prepolímero, sirviéndose con
frecuencia de disposiciones mecánicas, p.ej. las que se describen en
el documento US-PS 2.764.565. Detalles acerca de
las disposiciones de elaboración, que también entran en cuestión
conforme al invento, se describen en el
Kunststoff-Handbuch (Manual de Materiales
Sintéticos), tomo VI, editorial Carl Hanser, Munich, 1993, en las
páginas 139 a 192.
Conforme al invento, se pueden producir también
materiales espumados que se endurecen en frío (documento de patente
británica GB-PS 11.62.517, documento
DE-OS 21.53.086).
Evidentemente, sin embargo, se pueden producir
materiales espumados también por espumación de bloques o de acuerdo
con el procedimiento de doble cinta de transporte, en sí
conocido.
Los materiales espumados de poliisocianuratos se
producen de acuerdo con los procedimientos y las condiciones, que se
conocen para esto.
Por consiguiente, los materiales sintéticos de
poliuretanos ignifugados conformes al invento se pueden producir
como elastómeros por colada, como espumas duras o blandas según un
modo de procedimiento continuo o discontinuo, o como artículos
moldeados espumados o macizos.
Se prefieren los materiales espumados blandos,
que se producen mediante un procedimiento de espumación de
bloques.
Los productos obtenibles conforme al invento
encuentran p.ej. las siguientes aplicaciones: Tapizado de muebles,
entretelas textiles, colchones, asientos de automóviles, brazos de
sillas y sillones, y elementos de construcción, así como
revestimientos de asientos y de cuadros de instrumentos.
Para los siguientes Ejemplos se prepararon cuatro
representantes diferentes de los antes mencionados
hidroxi-alquil-fosfonatos de acuerdo
con vías conocidas para la síntesis orgánica
(Houben-Weyl, tomo XII/I, parte 1, páginas 423 -
524) y se sometieron a las correspondientes pruebas. Estos
hidroxi-alquil-fosfonatos se
designan seguidamente como F3 y F4.
- F3:
- Bis-(hidroxi-alcoxi-metano-fosfonato) de di(etilenglicol)
- Contenido de fósforo:
- 12,7% (m/m) [= en masa/masa]
- Índice de ácido:
- < 1 mg de KOH/g
- Índice de hidroxilo:
- 350 mg de KOH/g
\vskip1.000000\baselineskip
- F4:
- Bis-(hidroxi-alcoxi-etano-fosfonato) de etilenglicol
- Contenido de fósforo:
- 17,5% (m/m)
- Índice de ácido:
- < 1 mg de KOH/g
- Índice de hidroxilo:
- 380 mg de KOH/g
Además, se utilizaron para una prueba comparativa
los agentes ignifugantes que contienen fósforo, líquidos y exentos
de halógenos, obtenibles comercialmente, que se designan como VF1
hasta VF5:
- VF1:
- Metano-fosfonato de dietilo (®Reoflam DMMP, fabricante: FMC GmbH),
- VF2:
- Etano-fosfonato de dietilo (®Levagard VP AC 4048 DEEP, fabricante: Bayer AG)
- VF3:
- Ester dietílico de ácido N,N-bis-(2-hidroxi-etil)amino-metano-fosfónico (®Levagard 4090 N, fabricante: Bayer AG)
- VF4:
- Bis-(difenil-fosfato) de resorcinol (®Fyrolflex RDP, fabricante: Akzo Nobel)
- VF5:
- Poliésteres de ácidos fosfóricos portadores de grupos de ésteres de hidroxi-alquilo (®Exolit OP 550, fabricante: Clariant GmbH)
El invento es explicado mediante los siguientes
Ejemplos:
Los agentes ignifugantes F3 y F4 antes descritos
se incorporaron en espumas blandas de poliuretanos con un índice de
NCO de 105, que tienen la siguiente formulación. El índice de NCO es
un índice característico, que describe la relación porcentual de la
cantidad empleada de isocianato a la cantidad estequiométrica, es
decir calculada, de isocianato al realizar la reacción en cada caso
de un grupo activo para isocianatos, con un grupo de
isocianato.
Para los ensayos se emplearon los siguientes
componentes:
- Poliéter-poliol
- ®Caradol SC 46-02, de Shell Chemie, poliéter-poliol trifuncional con un índice de hidroxilo de 48 mg de KOH/g
- Catalizadores
- ®Niax A-1, OSi Specialities Inc., una mezcla de 70% de bis-(2-dimetilamino-etil)éter y 30% de di(propilenglicol)
- \quad
- ®Dabco 33-LV, Air Products, una mezcla de 67% de di(propilenglicol) y 33% de diazabiciclo(2,2,2)octano
- Etil-hexanoato de estaño(II)
- ®Desmorapid SO, Rhein Chemie Rheinau GmbH
- Estabilizador
- ®Tegastab B3460, Th. Goldschmidt AG, un polisiloxano modificado con un poliéter
- Toluilen-diisocianato
- ®Desmodur T80, Bayer AG, una mezcla de 80% de 2,4-toluilen-diisocianato y 20% de 2,6-toluilen-diisocianato
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo | 1 | 2 | 3 | 4 |
Poliéter-poliol (®Caradol SC 46-02) | 100 partes | 100 partes | 100 partes | 100 partes |
Agente ignifugante F3 | 4 partes | |||
Agente ignifugante F4 | 4 partes | |||
Agua | 4 partes | 4 partes | 4 partes | 4 partes |
Mezcla de bis(2-dimetilamino-etil)éter y un glicol | 0,1 partes | 0,1 partes | 0,1 partes | 0,1 partes |
(®Niax A1) | ||||
Diazabiciclo(2,2,2)octano/di(propilenglicol) (®Dabco | 0,2 partes | 0,2 partes | 0,2 partes | 0,2 partes |
33-LV) | ||||
Estabilizador del tipo de silicona (®Tegostab B 3640) | 1,0 partes | 1,0 partes | 1,0 partes | 1,0 partes |
Etil-hexanoato de estaño-II (®Desmorapid SO) | 0,13-0,20 | 0,13–0,20 | 0,13-0,20 | 0,14-0,20 |
partes | partes | partes | partes | |
Toluilen-diisocianato (®Desmodur T80) | Índice 105 | Índice 105 | Índice 105 | Índice 105 |
Para la producción de las espumas blandas de
poliuretanos de los Ejemplos 1 y 2 se mezclaron intensamente todos
los componentes - excepto el toluilen-diisocianato -
y éste se incorporó al final.
Ejemplos 3 a
7
(Ejemplos
comparativos)
Análogamente a la receta y a la prescripción de
producción del Ejemplo 1, se espumaron los agentes ignifugantes
líquidos, que contienen fósforo, metano-fosfonato de
dimetilo (VF1), etano-fosfonato de dietilo (VF2),
éster dietílico de ácido
N,N-bis-(2-hidroxi-etil)amino-metano-fosfónico
(VF3), bis-(difenil-fosfato) de resorcinol (VF4) así
como un poliéster de ácido fosfórico portador de grupos de ésteres
de hidroxi-alquilo (VF5).
Ejemplo | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Poliéter-poliol (®Caradol SC 46-02, Shell) | 100 partes | 100 partes | 100 partes | 100 partes | 100 partes |
Agente ignifugante VF1 | 4 partes | ||||
Agente ignifugante VF2 | 4 partes | ||||
Agente ignifugante VF3 | 4 partes | ||||
Agente ignifugante VF4 | 4 partes | ||||
Agente ignifugante VF5 | 4 partes | ||||
Agua | 4 partes | 4 partes | 4 partes | 4 partes | 4 partes |
Mezcla de bis(2-dimetilamino-etil)éter y un | 0,1 partes | 0,1 partes | 0,1 partes | 0,1 partes | 0,1 partes |
glicol (®Niax A1) | |||||
Diazabiciclo(2,2,2)octano/di(propilenglicol) | 0,2 partes | 0,2 partes | 0,2 partes | 0,2 partes | 0,2 partes |
(®Dabco 33-LV) | |||||
Estabilizador del tipo de silicona | 1,0 partes | 1,0 partes | 1,0 partes | 1,0 partes | 1,0 partes |
(®Tegostab B 3640) | |||||
Etil-hexanoato de estaño-II (®Desmorapid SO) | 0,13-0,20 | 0,13-0,20 | 0,13-0,20 | 0,13-0,20 | 0,13-0,20 |
partes | partes | partes | partes | partes | |
Toluilen-diisocianato (®Desmodur T80) | Índice 105 | Índice 105 | Índice 105 | Índice 105 | Índice 105 |
Para la determinación de la ignifugación de las
espumas blandas de poliuretanos del Ejemplo 1 y del Ejemplo 2 se
llevó a cabo el ensayo FMVSS 302 (de Federal Motor Vehicle Safety
Standard = Norma federal de Seguridad de Vehículos a Motor) así como
después de un envejecimiento térmico (durante 7 días a 140ºC,
apoyándose en la norma DIN 53357). Los resultados está recopilados
en la Tabla 3.
Ejemplo | Agente ignifugante | Partes por 100 partes | Clasificación | Clasificación FMVSS 302 después |
de poliéter-poliol | FMVSS 302 | de un envejecimiento | ||
1 | F3 | 4 | SE | SE |
2 | F4 | 4 | SE | SE |
3 | VF1 | 4 | SE/B | B |
4 | VF2 | 4 | SE/NBR | B |
5 | VF3 | 4 | SE/B | B |
6 | VF4 | 4 | B | B |
7 | VF5 | 4 | SE | SE |
Terminología para la valoración del comportamiento en incendios: | ||||
SE | Autoextinguible | |||
SE/NBR | Autoextinguible/sin ninguna velocidad de combustión | |||
SE/B | Autoextinguible/con velocidad de combustión | |||
B | Velocidad de combustión |
Se muestra con claridad la alta efectividad de
los agentes ignifugantes utilizados conforme al invento (F3 y F4).
Estos agentes ignifugantes hacen posible, al igual que el éster de
ácido fosfórico que contiene grupos hidroxilo VF5, ya con 4 partes
por 100 partes de poliéter-poliol, una clasificación
en la clase SE. La alta actividad de los
hidroxi-alquil-fosfonatos es
sorprendente, puesto que los agentes ignifugantes sobre la base de
fosfonatos, exentos de halógenos, obtenibles comercialmente (VF1,
VF2, VF3), que se han expuesto, presentan una efectividad
manifiestamente menor. También el agente ignifugante líquido sobre
la base de un éster de ácido fosfórico exento de halógeno (VF4)
conduce, a igualdad de la cantidad empleada, solamente a una
clasificación en una clase más baja de protección contra
incendios.
La alta estabilidad frente a la migración de los
hidroxi-alquil-fosfonatos (F3 y F4)
utilizados se puede deducir asimismo de la Tabla 3. Las muestras de
espuma manifiestan un comportamiento en incendios casi inalterado
después de un envejecimiento térmico. Al contrario que esto, el
comportamiento en incendios de las espumas blandas de poliuretanos
que están acabadas con agentes ignifugantes aditivos de bajo peso
molecular (VF1, VF2) se empeora manifiestamente.
La investigación del comportamiento de
"fogging" de los agentes ignifugantes reivindicados se efectuó
con espumas blandas de poliéteres de celdillas abiertas, que se
habían producido de manera análoga a las recetas, válidas para los
Ejemplos 1 a 7, con una cantidad aumentada de agente ignifugante (en
cada caso 8 partes). La determinación de los valores de
"fogging" se efectuó de acuerdo con la norma DIN 75201 de
acuerdo con el procedimiento G. En este caso, se empleó un aparato
de pruebas producido por la entidad Haake, Karlsruhe, en el que se
determinan gravimétricamente los componentes condensables a 20ºC de
las sustancias que son volátiles a 100ºC del cuerpo de probeta. Los
resultados se exponen en la Tabla 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo | Agente ignifugante | Partes por 100 partes de | Valor de "fogging" |
poli(éter-poliol) | DIN 75201 | ||
1ª | F3 | 8 | 0,4 mg |
2ª | F4 | 8 | 0,6 mg |
3ª | VF1 | 8 | 1,5 mg |
4ª | VF2 | 8 | 3,8 mg |
5ª | VF3 | 8 | 0,5 mg |
6A | VF4 | 8 | 1,0 mg |
7ª | VF5 | 8 | 0,5 mg |
Como puede observarse en la Tabla 4, los ésteres
de ácido fosfónico portadores de grupos hidroxilo (F3 y F4) que se
utilizan, se distinguen, al igual que los agentes ignifugantes
capaces de reaccionar frente a isocianatos, ®Exolit OP 550 (VF5) y
®Levagard 4090 (VF3), por unos valores de "fogging"
extremadamente bajos.
La estabilidad térmica frente a la oxidación de
los ésteres de ácido fosfónico y los portadores de grupos hidroxilo
que se reivindican, se comprobó apoyándose en un procedimiento
descrito en el documento US PS 4.131.660. Primeramente, en este
caso, los agentes ignifugantes que se habían de investigar fueron
espumados de un modo correspondiente a la receta para espumas
blandas de poliéteres de los Ejemplos 1 a 7, y a continuación se
sometieron durante 4 minutos a una irradiación con microondas con
una potencia de 400 W. Para la evaluación de la descoloración en el
núcleo (KV de KernVerfärbung), unos discos con un grosor de 2 cm se
cortaron a partir de los bloques de espuma y se valoró visualmente
la coloración de amarillo observada de las muestras de espuma.
Dependiendo de la intensidad del color y de la extensión de la zona
descolorida, se asignó a las muestras un índice de descoloración en
el núcleo comprendido entre 0 (ninguna coloración de amarillo
reconocible) y 6 (coloración de pardo en una gran área).
\newpage
Ejemplo | Agente ignifugante | Partes | Índice KV |
1B | F3 | 8 | 1 |
2B | F4 | 8 | 1 |
3B | VF1 | 8 | 0 |
4B | VF2 | 8 | 0 |
5B | VF3 | 8 | 3 |
6B | VF4 | 8 | 1 |
7B | VF5 | 8 | 6 |
Las espumas de poliuretanos (1B y 2B) acabadas
con los aditivos ignifugantes conformes al invento, se caracterizan
sorprendentemente por una alta estabilidad térmica frente a la
oxidación (índice KV 1), que está situada en el intervalo de la de
los ésteres de ácidos alquil-fosfónicos (VF1, VF2).
Esta pequeña tendencia a la descoloración en el núcleo es tanto más
sorprendente por cuanto que los agentes ignifugantes reactivos
comparables, tales como los ésteres de ácidos fosfónicos portadores
de grupos hidroxi-alquilo (VF5) o los ésteres de
ácidos fosfónicos (VF3), inducen drásticos problemas de
descoloración en el núcleo y por consiguiente tienen una menor
estabilidad térmica frente a la oxidación que los
hidroxi-alquil-fosfonatos
reivindicados.
Los
hidroxi-alquil-fosfonatos empleados
conforme al invento constituyen agentes ignifugantes líquidos
exentos de halógenos, sobresalientemente apropiados para espumas de
poliuretano, que se distinguen al mismo tiempo por una efectividad
sorprendentemente alta en espumas blandas de poliuretanos, por una
tendencia sorprendentemente baja a la descoloración en el núcleo
para agentes ignifugantes que contienen fósforo, reactivos, así como
por una alta estabilidad frente a la migración.
Claims (11)
1. Procedimiento para la producción de espumas
blandas de poliuretanos ininflamables con una pequeña tendencia a
la descoloración en el núcleo, mediante reacción de poliisocianatos
orgánicos con compuestos que tienen por lo menos 2 átomos de
hidrógeno capaces de reaccionar frente a isocianatos, y usuales
agentes de expansión, estabilizadores, activadores y/u otros
materiales auxiliares y aditivos usuales, caracterizado
porque como agentes ignifugantes exentos de halógenos y como agentes
inhibidores de la descoloración en el núcleo se emplean
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general (I),
en la
que
u significa una longitud de cadena de 1,
R_{1}, R_{5} son iguales o diferentes y
significan un radical que contiene grupos hidroxilo de la fórmula
general II
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes y
significan un grupo alquilo, arilo o alquilarilo con 1 a 12 átomos
de C,
R_{3} significa un radical de la fórmula
general III
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
R_{6}, R_{7}, R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes y representan, independientemente unos de otros, H o un
grupo alquilo con 1 a 6 átomos de C.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque
u significa una longitud de cadena de 1,
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2, y
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes e,
independientemente uno de otro, representan un grupo alquilo con 1 a
5 átomos de C,
R_{6}, R_{7}, R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes e, independientemente unos de otros, representan H o un
grupo alquilo con 1 ó 2 átomos de C.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque en el caso de los
hidroxi-alquil-fosfonatos se trata
del bis-(hidroxialcoxi)metano-fosfonato de
di(etilenglicol) y/o del
bis-(hidroxialcoxi)etano-fosfonato de
etilenglicol.
4. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el caso
de los hidroxi-alquil-fosfonatos de
la fórmula general I se trata de compuestos que son líquidos a la
temperatura de elaboración.
5. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el caso
de los hidroxi-alquil-fosfonatos de
la fórmula general I se trata de compuestos que son capaces de
reaccionar frente a isocianatos.
6. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se emplean
otros agentes inhibidores de la descoloración en el núcleo y/o
agentes ignifugantes de por sí conocidos.
7. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I se emplean en una cantidad de 0,01 a 50 partes,
referida a la resultante espuma blanda de poliuretano.
8. Procedimiento de acuerdo con una o varias de
las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I se emplean en una cantidad de 0,5 a 10 partes,
referida a la resultante espuma blanda de poliuretano.
9. Utilización de
hidroxi-alquil-fosfonatos de la
fórmula general I,
en la
que
u significa una longitud de cadena de 1,
R_{1}, R_{5} son iguales o diferentes y
significan un radical que contiene grupos hidroxilo de la fórmula
general II
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes y
significan un grupo alquilo, arilo o alquilarilo con 1 a 12 átomos
de C,
R_{3} significa un radical de la fórmula
general III
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 0 a 4,
R_{6}, R_{7}, R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes y representan, independientemente unos de otros, H o un
grupo alquilo con 1 a 6 átomos de C, como agentes ignifugantes
exentos de halógenos para la producción de espumas blandas de
poliuretanos ininflamables con una pequeña tendencia a la
descoloración en el núcleo.
10. Utilización de acuerdo con la reivindicación
9, caracterizado porque
u significa una longitud de cadena de 1,
\bar{a} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2,
\bar{I} significa una longitud media de cadena
de 1 a 2, y
R_{2}, R_{4} son iguales o diferentes e,
independientemente uno de otro, representan un grupo alquilo con 1 a
5 átomos de C,
R_{6}, R_{7}, R_{8}, R_{9} son iguales o
diferentes e, independientemente unos de otros, representan H o un
grupo alquilo con 1 ó 2 átomos de C.
11. Utilización de acuerdo con la reivindicación
9 ó 10, caracterizado porque en el caso de los
hidroxi-alquil-fosfonatos se trata
del bis-(hidroxialcoxi)metano-fosfonato de
di(etilenglicol) y/o del
bis-(hidroxialcoxi)etano-fosfonato de
etilenglicol.
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