ES2284557T3 - Espuma dura de poliuretano ininflamable, exenta de halogenos, y un procedimiento para su produccion. - Google Patents
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Abstract
Espuma dura de poliuretano ininflamable, exenta de halógenos, caracterizada porque como agente ignifugante ella contiene una combinación de ácidos alquil-fosfónicos oxialquilados de la fórmula general I en la que R1 significa un radical metilo, etilo o propilo, R2, R3 son iguales o diferentes, y representan un radical metileno, etileno o propileno, y x significa un número de 1, 2 a 1, 9, y de un polifosfato de amonio.
Description
Espuma dura de poliuretano ininflamable, exenta
de halógenos, y un procedimiento para su producción.
El invento se refiere a una espuma dura de
poliuretano ininflamable, exenta de halógenos, y a un procedimiento
para su producción, así como a la utilización de ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados en mezcla con un
polifosfato de amonio para la producción de tales espumas duras de
poliuretanos ininflamables, exentas de halógenos.
Los materiales espumados duros de poliuretanos
se emplean en muchos sectores, tales como en la industria del
mobiliario frigorífico, como materiales aislantes en la
construcción, por ejemplo para elementos de calefacción y de
materiales compuestos, como envases y, por lo general, como
aislamiento técnico. A fin de conseguir los elevados requisitos de
ignifugación deseados en estos sectores y en parte exigidos por los
legisladores, por regla general los materiales espumados duros de
poliuretanos se tienen que acabar con agentes ignifugantes. Para
esto se conocen en gran número diferentes agentes ignifugantes y
éstos también son obtenibles comercialmente. A la utilización de
tales agentes ignifugantes se oponen, no obstante, en muchos casos
considerables problemas técnicos de aplicaciones y reparos
toxicológicos.
Así, en el caso de la utilización de agentes
ignifugantes sólidos, tales como, por ejemplo, melamina, un
polifosfato de amonio y sulfato de amonio, aparecen problemas
técnicos de dosificación, que frecuentemente hacen necesarias unas
reestructuraciones y adaptaciones costosas de las instalaciones de
espumación.
Por motivos ecotoxicológicos, así como debido a
unos mejorados fenómenos secundarios 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 fundamentalmente sistemas de agentes
ignifugantes exentos de halógenos.
Para sistemas de espumas blandas de poliuretanos
se pueden emplear ésteres de ácidos fosfóricos oligómeros, que
llevan grupos hidroxilo (véase el documento de publicación de
solicitud de patente alemana DE-OS 43.42.972), como
agentes ignifugantes. Tales compuestos, sus propiedades y sus
efectos no se pueden transferir, como es sabido, a sistemas de
espumas duras de poliuretanos.
El documento de solicitud de patente europea
EP-A-665.251 describe materiales
espumados duros de poliuretanos ininflamables, exentos de
halógenos, con una combinación a base de un polifosfato de amonio y
ácidos alquil-fosfónicos alquilados, como agente
ignifugante.
Ciertamente, los sistemas de espumas duras y
blandas de poliuretanos pueden tener fundamentalmente, de manera
aproximada, la misma densidad aparente y la misma composición, pero
las espumas blandas de poliuretanos están reticuladas sólo
escasamente, y en el caso de una carga por compresión tienen sólo
una escasa resistencia a la deformación.
En contraposición con ello, la estructura de las
espumas duras de poliuretanos consta de unidades reticuladas en
alto grado, y la espuma dura de poliuretano muestra, en el caso de
una carga por compresión, una resistencia muy alta a la
deformación. La típica espuma dura de poliuretano es de celdillas
cerradas y tiene sólo un bajo índice de conductibilidad
térmica.
Principalmente, en el caso de la preparación de
poliuretanos, que transcurre a través de la reacción de polioles
con isocianatos, se influye a través del tipo y de la química del
poliol (funcionalidad) sobre la posterior estructura de la espuma y
sobre sus propiedades.
Es misión del presente invento poner a
disposición una espuma dura de poliuretano ininflamable, así como un
procedimiento para su producción, que evite las desventajas antes
mencionadas y en el que se obtengan unos productos, que satisfagan
los requisitos necesarios y preestablecidos en cuanto a la
ignifugación, la elaborabilidad, la baja densidad de los gases de
humos y la escasa toxicidad de los gases de humos.
El problema planteado por la presente misión se
resuelve por medio de una espuma dura de poliuretano del tipo
citado al principio, caracterizada porque ella contiene como agente
ignifugante una combinación de ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados y de un polifosfato
de amonio, correspondiendo los ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados a la fórmula
general I,
en la
que
R_{1} significa un radical metilo, etilo o
propilo,
R_{2}, R_{3} son iguales o diferentes, y
representan un radical metileno, etileno o propileno, y
x significa un número de 1,2 a 1,9.
De manera preferida, en la espuma dura de
poliuretano conforme al invento, los ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados y el polifosfato de
amonio están contenidos en la relación en peso de 1 : 2 a 2 : 1.
De manera preferida, los ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados y el polifosfato de
amonio están contenidos en la relación en peso de 1 : 1.
De manera preferida, la espuma dura de
poliuretano ininflamable, exenta de halógenos, contiene el agente
ignifugante en una proporción de 0,1 a 30% en peso, referida a la
espuma dura de poliuretano endurecida.
De manera especialmente preferida, ella contiene
el agente ignifugante en una proporción de 3 a 5% en peso, referida
a la espuma dura de poliuretano endurecida.
De manera preferida, la espuma dura de
poliuretano tiene una densidad aparente de 25 a 80 kg/m^{3}.
De manera especialmente preferida, la espuma
dura de poliuretano tiene una densidad aparente de 30 a 50
kg/m^{3}.
El problema planteado por la presente misión es
resuelto también por medio de un procedimiento para la producción
de una espuma dura de poliuretano ininflamable, exenta de halógenos,
a base de poliisocianatos y de polioles en presencia de agentes de
expansión, estabilizadores, activadores y/u otros usuales materiales
auxiliares y aditivos, caracterizado porque se hacen reaccionar
poliisocianatos orgánicos con compuestos que tienen por lo menos 2
átomos de hidrógeno capaces de reaccionar frente a isocianatos, en
presencia de agentes de expansión, estabilizadores y de una
combinación de agentes ignifugantes a base de ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados de la fórmula
general I y de un polifosfato de amonio.
De manera preferida, en el caso del agente de
expansión se trata de agua y/o pentano.
De manera preferida, en el caso de los ácidos
alquil-fosfónicos oxietilados de la fórmula general
I se trata de compuestos que son líquidos a la temperatura de
elaboración. Por temperatura de elaboración se entiende en este
caso la temperatura a la que se mezclan los componentes de
partida.
De manera preferida, en el caso de los ácidos
alquil-fosfónicos oxietilados de la fórmula general
I se trata de compuestos que son reactivos frente a
isocianatos.
El invento se refiere también a la utilización
de ácidos alquil-fosfónicos oxietilados de la
fórmula general I en mezcla con un polifosfato de amonio como
agentes ignifugantes exentos de halógenos, para la producción de
sistemas de espumas duras de poliuretanos ininflamables.
En cuanto a las espumas duras de
poliuretanos:
Se trata predominantemente de materiales
espumados que tienen grupos de uretano y/o isocianurato y/o
alofanato y/o uretdiona y/o urea y/o carbodiimida. La utilización
conforme al invento se efectúa de manera preferida en el caso de la
producción de materiales espumados de poliuretanos y
poliisocianuratos.
\vskip1.000000\baselineskip
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 (véase p.ej. la cita bibliográfica de W. Siefken en
Justus Liebigs 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, de
manera preferida de 2 a 3, y Q significa un radical
hidrocarbilo alifático con 2 a 18, de manera preferida 6 a 10 átomos
de C, un radical hidrocarbilo cicloalifático con 4 a 15, de manera
preferida 5 a 10 átomos de C, un radical hidrocarbilo aromático con
6 a 15, de manera preferida 6 a 13 átomos de C, o un radical
hidrocarbilo aralifático con 8 a 15, de manera preferida 8 a 13
átomos de C, p.ej. los poliisocianatos como los 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 o
respectivamente de los 4,4'- y/o
2,4'-difenilmetano-diisocianatos.
\vskip1.000000\baselineskip
Son componentes de partida además unos
compuestos que tienen por lo menos dos átomos de hidrógeno capaces
de reaccionar frente a isocianatos, con un peso molecular de 400 a
10.000 ("componente de poliol"). Por este concepto, junto a
compuestos que tienen grupos amino, grupos tio o grupos carboxilo,
se entienden de manera preferida 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, de manera preferida de 2.000 a 6.000, por regla general
poliéteres y poliésteres, así como policarbonatos y
poli(éster-amidas) que tienen de 2 a 8, pero de
manera preferida 2 a 6 grupos hidroxilo, tales como los que se
conocen de por sí para la preparación de poliuretanos homogéneos y
de poliuretanos en forma de celdillas, y tales como los que se
describen por ejemplo en el documento DE-OS
28.32.253. Los poliéteres y poliésteres que tienen por lo menos dos
grupos hidroxilo se prefieren 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, de manera preferida compuestos que tienen grupos
hidroxilo y/o grupos amino, que sirven como agentes de prolongación
de la cadena o agentes de reticulación. Estos compuestos tienen, por
regla general de 2 a 8, de manera preferida de 2 a 4, átomos de
hidrógeno capaces de reaccionar frente a isocianatos. Ejemplos de
ellos se describen asimismo en el documento DE-OS
28.32.253.
Eventualmente se utilizan conjuntamente agentes
auxiliares y aditivos, tales como catalizadores del tipo en sí
conocido, materiales aditivos activos superficialmente, tales como
emulsionantes y estabilizadores de espumas, retardadores de la
reacción, p.ej. sustancias que reaccionan de manera ácida, 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, agentes inhibidores de la
descoloración del núcleo, además estabilizadores contra las
influencias del envejecimiento y de la meteorización,
plastificantes y sustancias con acción fungistática y
bacteriostática, así como materiales de carga, tales como sulfato
de bario, tierra de infusorios (kieselgur), greda con negro de
carbono o greda fangosa (véase el documento DE-OS
27.32.292).
Otros ejemplos de materiales aditivos activos
superficialmente, y de agentes estabilizadores de espumas, así como
agentes reguladores de las celdillas, retardadores de la reacción,
estabilizadores, sustancias ignifugantes, plastificantes,
colorantes y materiales de carga, así como sustancias con acción
fungistática y bacteriostática, que eventualmente se han de
utilizar conjuntamente conforme al invento, así como detalles acerca
del modo de utilización y de acción de estos agentes aditivos, se
describen en la obra Kunststoff-Handbuch (Manual de
los materiales sintéticos), tomo VII, editorial Carl Hanser, Munich,
1993, en las páginas 104 a 123.
Los materiales espumados de poliisocianuratos se
preparan según los procedimientos y las condiciones que se conocen
para ello.
El invento es ilustrado mediante los siguientes
Ejemplos.
\vskip1.000000\baselineskip
Para los ensayos se emplearon los siguientes
componentes:
- OMPS:
- ácido metil-fosfónico oxietilado con un contenido de fósforo de 12,7% en peso, un índice de hidroxilo de 430 mg de KOH/g y una viscosidad de 275 mPa.s a 25ºC
- OEPS:
- ácido etil-fosfónico oxietilado con un contenido de fósforo de 12,2% en peso, un índice de hidroxilo de 447 mg de KOH/g y una viscosidad de 190 mPa.s a 25ºC.
- OPPS:
- ácido propil-fosfónico oxietilado con un contenido de fósforo de 12,3% en peso, un índice de hidroxilo de 421 mg de KOH/g y una viscosidad de 160 mPa.s a 25ºC.
®Exolit AP422:
\hskip0,4cmun polifosfato de amonio.
\vskip1.000000\baselineskip
(Fabricante, en cada caso: la entidad Clariant
GmbH)
\vskip1.000000\baselineskip
- Poliéter-poliol
- ®Lupranol 3323, de la entidad BASF, un poliéter-poliol con un índice de hidroxilo de 340 mg de KOH/g
- Catalizadores
- N,N-dimetil-ciclohexil-amina, de la entidad Merck-Schuchardt
- Estabilizador
- ®Tegostab B8466, de la entidad Th. Goldschmidt AG, un polisiloxano modificado con un poliéter
- Isocianato
- Caradate 30, de la entidad ICI-Huntsman
\newpage
Ejemplos 1 a
3
Se produjo una espuma dura de poliuretano
expandida por agua (índice 110) con una densidad aparente de
aproximadamente 40 kg/m^{3} según la siguiente receta (datos en
partes en peso):
Para la producción de la espuma dura de
poliuretano, los componentes se mezclaron y espumaron en el orden
de sucesión previamente establecido.
De acuerdo con los requisitos de la norma DIN
4102 se efectúa la clasificación del comportamiento en incendios
según el ensayo de quemadores pequeños. Si se cumplen los requisitos
en el ensayo de quemadores pequeños, entonces se efectúa la
clasificación en la clase B2. Si las puntas de las llamas alcanzan
en el transcurso de 15 segundos la marcación, que está dispuesta a
150 mm por encima del punto de ataque de las llamas junto a la
muestra en forma de plancha dispuesta verticalmente, la muestra
ensayada se considera como fácilmente inflamable, es decir que es
asignada a la clase de materiales de construcción B3.
En el caso de las espumas duras de poliuretanos
conformes al invento, antes citadas, se soportó en todos los casos
el ensayo B2 según la norma DIN 4102. Una medición adicional de la
densidad de los gases de humos tanto en condiciones de combustión
lenta, así como también en condiciones de llamas, dio como resultado
que se podía reducir ésta en un factor de 3 a 10 frente a las
espumas duras de poliuretanos que se habían acabado con agentes
ignifugantes que contenían halógenos en lugar de la mezcla de un
polifosfato de amonio y los ácidos alquil-fosfónicos
oxialquilados.
Con el producto del Ejemplo 3 (de comparación)
no se soportó el ensayo B2.
Claims (11)
1. Espuma dura de poliuretano ininflamable,
exenta de halógenos, caracterizada porque como agente
ignifugante ella contiene una combinación de ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados de la fórmula
general I
en la
que
R_{1} significa un radical metilo, etilo o
propilo,
R_{2}, R_{3} son iguales o diferentes, y
representan un radical metileno, etileno o propileno, y
x significa un número de 1,2 a 1,9, y de un
polifosfato de amonio.
2. Espuma dura de poliuretano ininflamable,
exenta de halógenos, de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizada porque los ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados y el polifosfato de
amonio están contenidos en la relación en peso de 1 : 2 a 2 :
1.
3. Espuma dura de poliuretano ininflamable,
exenta de halógenos, de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
caracterizada porque los ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados y el polifosfato de
amonio están contenidos en la relación en peso de 1 : 1.
4. Espuma dura de poliuretano ininflamable,
exenta de halógenos, de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque ella contiene
el agente ignifugante en una proporción de 0,1 a 30% en peso,
referida a la espuma dura de poliuretano endurecida.
5. Espuma dura de poliuretano ininflamable,
exenta de halógenos, de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque ella contiene
el agente ignifugante en una proporción de 3 a 15% en peso, referida
a la espuma dura de poliuretano endurecida.
6. Espuma dura de poliuretano ininflamable,
exenta de halógenos, de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque ella tiene una
densidad aparente de 25 a 80 kg/m^{3}.
7. Espuma dura de poliuretano ininflamable,
exenta de halógenos, de acuerdo con una o varias de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque ella tiene una
densidad aparente de 30 a 50 kg/m^{3}.
8. Procedimiento para la producción de una
espuma dura de poliuretano ininflamable, exenta de halógenos, de
acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, a partir de
poliisocianatos y polioles en presencia de agentes de expansión,
estabilizadores, activadores y/u otros usuales materiales auxiliares
y aditivos, caracterizado porque se hacen reaccionar
poliisocianatos orgánicos con compuestos que tienen por lo menos 2
átomos de hidrógeno capaces de reaccionar frente a isocianatos, en
presencia de agentes de expansión, estabilizadores, y de una
combinación de agentes ignifugantes a base de ácidos
alquil-fosfónicos oxialquilados de la fórmula
general I y de un polifosfato de amonio,.
9. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 8, caracterizado porque el caso del agente de
expansión se trata de agua y/o pentano.
10. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque en el caso de los
ácidos alquil-fosfónicos oxietilados de la fórmula
general I se trata de compuestos que son líquidos a la temperatura
de elaboración.
11. Procedimiento de acuerdo con una o varias
de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque en el
caso de los ácidos alquil-fosfónicos oxietilados de
la fórmula general I se trata de compuestos que son reactivos
frente a isocianatos.
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