ES2932703A1

ES2932703A1 - Retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica, y material de espuma de poliestireno retardante de llama de alta eficacia obtenido a partir del mismo

Info

Publication number: ES2932703A1
Application number: ES202230013A
Authority: ES
Inventors: Lijun Qian; Jingyu Wang; Haizhou Yang
Original assignee: SHANDONG RUNKE CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: SHANDONG RUNKE CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-01-24
Also published as: CN112852015A

Abstract

La invención describe un retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica, y un material de espuma de poliestireno retardante de llama obtenido a partir del mismo, que es una tecnología consistente en la adición al poliestireno de un sistema retardante de llama compuesto específico para obtener una elevada estabilidad térmica, sin que ello afecte al espumado de los materiales de poliestireno. Concretamente, en primer lugar, se prepara un retardante de llama compuesto que contiene un sistema de estabilidad térmica, un absorbente de ácido bromhídrico y un antioxidante, que puede llevar a cabo la estabilización térmica del retardante de llama durante el tratamiento del material de espuma de poliestireno. A continuación, el retardante de llama compuesto y el poliestireno se someten a una mezcla por fusión y se añade un agente espumante para obtener un material XPS espumante mediante moldeo por extrusión. El material de espuma de poliestireno retardante de llama obtenido mediante el sistema retardante de llama presenta un buen rendimiento en el proceso de formación y espumado, y el poliestireno expandido extruido (XPS) consigue un buen rendimiento retardante de llama a condición de que la cantidad añadida del retardante de llama sea baja, y se mantengan las propiedades físicas y mecánicas del material, así como el color del aspecto del producto.

Description

DESCRIPCIÓN

Retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica, y material de espuma de poliestireno retardante de llama de alta eficacia obtenido a partir del mismo

Campo Técnico

La invención se refiere a un retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica y a un método para la preparación de un material de espuma de poliestireno retardante de llama, perteneciente al campo técnico consistente en añadir al poliestireno un componente retardante de llama específico para obtener un material de espuma de poliestireno retardante de llama.

Antecedentes

La resina de poliestireno (PS) es uno de los cinco plásticos de uso general. Los paneles aislantes de poliestireno extruido (XPS) son plásticos espumosos duros fabricados utilizando PS como principal materia prima, que se obtienen añadiendo un agente espumante durante el proceso de fusión y plastificación y, procediendo posteriormente a su extrusión. El XPS presenta las ventajas de la economía, una baja absorción de agua, una elevada resistencia mecánica y un excelente rendimiento del aislamiento térmico, y se utiliza ampliamente en materiales de aislamiento de paredes exteriores de uso comercial y privado. Sin embargo, el poliestireno ordinario es combustible y puede arder. En la actualidad, un gran número de incendios se producen como consecuencia del uso de poliestireno inflamable y con un alto grado de emisión de humos para el aislamiento de las paredes exteriores de los edificios. Por lo tanto, la investigación se ha centrado en someter al XPS a un tratamiento ignífugo que lo haga incombustible cuando se encuentre con una llama abierta, o que le permita extinguirse por sí mismo al abandonar el foco del incendio.

El XPS, que se ha convertido en el más importante material aislante para el ahorro de energía en la construcción, utiliza principalmente en la actualidad el hexabromociclododecano (HBCD) como aditivo ignífugo. Pero este aditivo ha sido incluido en la lista de productos prohibidos por el Convenio Internacional de Estocolmo debido a la contaminación orgánica persistente inherente al mismo. En la actualidad, el campo de la conservación de la energía en los edificios domésticos precisa urgentemente de retardantes de llama alternativos y respetuosos con el medio ambiente que puedan utilizarse en los materiales de aislamiento de poliestireno expandido, lo cual es sumamente importante a la hora de lograr el objetivo de construir una sociedad respetuosa con el medio ambiente y que ahorre recursos. Actualmente, sólo existen dos productos de copolímero en bloque de estireno-butadieno-estireno bromado (SBS bromado) y octabromo metilo que pueden sustituir al HBCD. Debido a los pequeños fragmentos moleculares libres del SBS bromado y a los hidrocarburos alifáticos bromados activos del octabromo metilo, ambos productos se descompondrán y liberarán bromuro de hidrógeno dentro del rango de temperaturas de procesamiento, lo cual es corrosivo para el equipo de producción, y conduce a la pérdida del rendimiento espumante y del rendimiento ignífugo del XPS durante el proceso de producción consistente en su mezcla con el poliestireno para la extrusión del XPS expandido, y hace que el producto cambie de color. Por lo tanto, en el proceso de producción de materiales de XPS mediante SBS bromado y éter de octabromo metilo como retardantes de la llama, debe introducirse un sistema de estabilidad térmica adecuado para garantizar el rendimiento de procesamiento del XPS y la estabilidad de moldeo y el rendimiento retardante de la llama de los materiales expandidos.

En la actualidad, existen ciertas investigaciones sobre la síntesis de SBS bromado y éter de octabromo metilo, como los documentos CN111116782A, CN107474165B, CN109762121A relativos al SBS bromado, y CN109796315A, CN109336746A relativos al octabromuro de metilo. Las investigaciones anteriores se dedican a reducir la producción de bromo libre durante el proceso de síntesis, mejorando así la estabilidad térmica del retardante de llama. Pero el retardante de llama sufre inevitablemente la escisión de la cadena y se descompone durante el proceso de tratamiento térmico, lo que afecta al rendimiento de moldeo del correspondiente material de espuma de poliestireno, y reduce la compatibilidad con la matriz polimérica, haciendo que el rendimiento del tratamiento y las propiedades mecánicas del material XPS retardante de llama disminuyan significativamente, y resulta difícil satisfacer la demanda industrial de unas prestaciones cada vez mayores relativas al rendimiento del material. El actual estabilizador térmico de estearato tiene un cierto efecto en la mejora de la estabilidad térmica de los retardantes de llama bromados, pero todavía no ha sido capaz de satisfacer los requisitos de estabilidad térmica de los actuales materiales de SBS bromado y éter de octabromo metilo. Por lo tanto, sigue siendo necesario desarrollar un nuevo sistema térmicamente estable y un sistema compuesto de retardantes de llama bromados de alta estabilidad térmica que tengan una mejor estabilidad térmica sin que ello afecte a la capacidad de espumado del poliestireno.

Resumen

Teniendo en cuenta los problemas existentes, la presente invención presenta un retardante de llama bromado compuesto con una elevada estabilidad térmica que contiene un estabilizador térmico, un absorbente de bromuro de hidrógeno y un antioxidante. El retardante de llama bromado compuesto con alta estabilidad térmica está formado por un SBS bromado o éter de octabromo metilo, o una mezcla de los mismos, añadiéndose el estabilizador térmico, el absorbente de bromuro de hidrógeno y el antioxidante. El retardante de llama compuesto y el poliestireno, el talco en polvo y el agente espumante se funden y plastifican y se espuman, y posteriormente se extruyen para obtener un material de espuma de poliestireno retardante de llama.

El retardante de llama bromado que se utiliza en la presente invención es SBS bromado u octabromuro de metilo, o una mezcla de los mismos, y las fórmulas moleculares del SBS bromado y del octabromuro de metilo son las siguientes:

Materias primas utilizadas: SBS bromado, éter de octabromo metilo, estearato (seleccionado entre estearato de calcio, estearato de zinc o estearato de bario), éter glicidílico de bisfenol A, éter glicidílico de tetrabromobisfenol A, resina epoxi bromada, éter glicidílico de tribromofenol, divinilbenceno, trialtriazinetriona, talco, poliestireno (seleccionado entre poliestireno de uso general, y poliestireno reciclado), agente espumante (seleccionado entre freón, etanol, agua y dióxido de carbono), antioxidantes 1010 y 168.

En el primer paso, el SBS bromado, el éter de octabromo metilo o ambos se mezclan para formar un total de 100 partes en masa de retardante de llama; se toman 0,5-20 partes en masa de estabilizador térmico y 0,1-2 partes de antioxidante y 0,1-4 partes de absorbente de bromuro de hidrógeno y se mezclan todas ellas con 100 partes en masa del retardante de llama para preparar un retardante de llama bromado compuesto con una elevada estabilidad térmica.

El estabilizador térmico está compuesto por uno de los siguientes productos: estearato de calcio, estearato de zinc y estearato de bario o una mezcla de varios de ellos. El absorbente de bromuro de hidrógeno está compuesto por uno de los siguientes productos: éter glicidílico de bisfenol A, éter glicidílico de tetrabromobisfenol A, resina epoxi bromada de bajo peso molecular, éter glicidílico de tribromofenol, divinilbenceno, trialil triazina (TAIC) o una mezcla de varios de ellos. El peso molecular de la resina epoxi bromada de bajo peso molecular oscila entre 750 y 900, y tiene una gran capacidad de absorción. El antioxidante está compuesto por una mezcla de 1010 y 168.

En el proceso de mezcla por fusión de 0,5-20 partes en masa del retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica preparado en el primer paso, se añaden 0-5 partes en masa de talco y 100 partes en masa de poliestireno, y uno de los siguientes componentes como agente espumante: freón, etanol, agua y dióxido de carbono, o una mezcla de varios de ellos, para la preparación de un material de poliestireno expandido retardante de llama.

En comparación con la sencilla idea habitual de utilizar un estabilizador térmico a base de estearato, la presente invención añade de forma creativa un absorbente de bromuro de hidrógeno al sistema compuesto, consiguiendo así una mayor eficacia de la estabilidad térmica para los materiales ignífugos bromados. El retardante de llama bromado compuesto obtenido por el método anterior y su material de espuma de poliestireno retardante de llama muestran una elevada estabilidad térmica en la prueba de pérdida de peso térmica. En comparación con el sistema retardante de llama puro, la temperatura de descomposición de un 1% en peso del retardante de llama bromado compuesto se incrementa en 10°C y se eleva a 261 °C. En comparación con la temperatura de decoloración del retardante de llama de 210°C, el retardante de llama bromado compuesto no cambia su color hasta los 225°C. El panel de XPS preparado permaneció blanco, y el índice de expansión del panel de XPS puede alcanzar un factor multiplicador de 50. Cuando la cantidad añadida de retardante de llama es del 0,5%, el valor del índice de oxígeno limitante (LOI) del material XPS retardante de llama puede alcanzar el 25,4%. Cuando la cantidad añadida es del 3,5%, el valor del LOI llega al 32,0%, y la densidad aparente de la plancha de espuma de XPS es de 29,5kg/m3, la conductividad térmica es de 0,034W/mk, y la resistencia a la compresión es de 304kPa.

La invención consiste en una tecnología que añade un sistema retardante de llama compuesto específico al poliestireno para obtener una elevada estabilidad térmica sin que ello afecte a la capacidad de formación de espuma de los materiales de poliestireno. Concretamente, en primer lugar, se prepara un retardante de llama compuesto que contiene un sistema de estabilidad térmica, un absorbente de ácido bromhídrico y un antioxidante, que puede materializar la estabilización térmica del retardante de llama durante el tratamiento del material de espuma de poliestireno. A continuación, el retardante de llama compuesto y el poliestireno se someten a una mezcla por fusión y se añade un agente espumante para formar un material XPS espumante mediante moldeo por extrusión. El material de espuma de poliestireno retardante de llama obtenido mediante el sistema retardante de llama tiene un buen rendimiento durante el proceso de formación y espumado, y el poliestireno expandido extruido (XPS) consigue un buen rendimiento retardante de llama a condición de que la cantidad añadida del retardante de llama sea baja y se mantengan las propiedades físicas y mecánicas del material, así como el color del aspecto del producto.

A continuación, se describe una serie de ejemplos específicos:

Ejemplo 1

Se mezclan 150g de SBS bromado, 40g de éter de octabromo metilo, 2,5g de estearato de calcio, 2,5g de estearato de zinc, 5g de TAIC, 0,5g de antioxidante 1010 y 0,3g de antioxidante 168 para formar un retardante de llama bromado compuesto. El retardante de llama compuesto no cambia de color a una temperatura de 235°C y la temperatura de descomposición del 1% en peso del retardante de llama bromado compuesto es de 261C. Los 0,7 kg de retardante de llama bromado compuesto, los 0,05 kg de talco en polvo y los 19,25 kg de poliestireno de uso general se mezclan por fusión de forma continua en una unidad de doble tornillo, y el freón/CO2/etanol/agua se combinan como agente espumante para realizar el espumado por extrusión. El material XPS retardante de llama obtenido, que contiene una fracción de masa de retardante de llama bromado compuesto del 3,5%, presenta una densidad aparente de 29,5kg/m3, una conductividad térmica de 0,034W/mk, una resistencia a la compresión de 304kPa y un índice de oxígeno limitante del 32,0%, y el panel XPS es blanco.

Ejemplo 2

Se mezclan 285g de SBS bromado, 30g de estearato de calcio, 15g de resina epoxi bromada, 0,5g de antioxidante 1010 y 0,3g de antioxidante 168 para obtener un retardante de llama bromado compuesto. La temperatura de descomposición térmica del retardante de llama compuesto es de 225C y el color no cambia. La temperatura de descomposición de un 1 % en peso de retardante de llama bromado compuesto es de 255 °C. A continuación, se mezclan por fusión de forma continua 0,3 kg del retardante de llama bromado compuesto anterior con 0,1 kg de talco y 19,6 kg de poliestireno de uso general en una unidad de doble tornillo. Se combinan CO2/etanol/agua como agente espumante para realizar el espumado por extrusión. El material XPS ignífugo obtenido que contiene una fracción de masa de retardante de llama bromado compuesto del 1,5% tiene una densidad aparente de 29,3kg/m3 y una conductividad térmica de 0,034W /mk, la resistencia a la compresión es de 305kPa, el valor de medida del índice de oxígeno limitante es del 28,5%, y el panel de XPS es casi blanco.

Ejemplo 3

Se mezclan 285g de éter de octabromo metilo, 30g de estearato de calcio, 15g de resina epoxi bromada, 0,5g de antioxidante 1010 y 0,3g de antioxidante 168 para obtener un retardante de llama bromado compuesto. La temperatura de descomposición térmica del retardante de llama compuesto es de 230 °C y el color no cambia. La temperatura de descomposición de un 1% en peso de retardante de llama bromado compuesto es de 265°C. A continuación, se mezclan por fusión de forma ininterrumpida 0,3 kg de retardante de llama bromado compuesto, 0,1 kg de talco y 19,6 kg de poliestireno de uso general en una unidad de doble tornillo. Se utiliza una combinación de CO2/etanol/agua como agente espumante para realizar el espumado por extrusión. El material XPS retardante de llama así obtenido, con una fracción de masa de retardante de llama bromado compuesto del 1,5%, tiene una densidad aparente de 29,2kg/m3, una conductividad térmica de 0,034W/mk, una resistencia a la compresión de 308kPa y un índice de oxígeno limitante del 28,3%. El panel de XPS es de color blanco.

Ejemplo 4

Se mezclan 100 g de SBS bromado, 100 g de éter de octabromo metilo, 2,5 g de estearato de calcio, 2,5 g de estearato de zinc, 4 g de TAIC, 0,6 g de antioxidante 1010 y 0,4 g de antioxidante 168 para obtener un retardante de llama bromado compuesto. El retardante de llama compuesto no cambia de color a una temperatura de 235C, siendo la temperatura de descomposición de un 1% en peso del retardante de llama bromado compuesto de 259C. A continuación, 0,6 kg del retardante de llama bromado compuesto anterior se mezclan por fusión de forma ininterrumpida con 0,3 kg de talco en polvo y 19,1 kg de poliestireno de uso general en la unidad de doble tornillo, y se utiliza freón/etanol/agua como agente espumante para realizar el espumado por extrusión. El material XPS retardante de la llama así obtenido, que contiene una fracción de masa de retardante de llama bromado compuesto del 3,0%, tiene una densidad aparente de 29,0kg/m3, una conductividad térmica de 0,034W/mk, una resistencia a la compresión de 297kPa y un índice de oxígeno limitante del 31,6%. El panel de XPS es blanco.

Las realizaciones descritas anteriormente se utilizan para explicar la presente invención, y no para limitarla. Cualquier modificación y cambio realizado en la presente invención, dentro del espíritu de la misma y del ámbito de protección de las reivindicaciones, será de aplicación al ámbito de protección de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica, caracterizado porque el retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica está formado por un SBS bromado o un éter de octabromo metilo o una mezcla de los mismos, un estabilizador térmico, un absorbente de bromuro de hidrógeno y un antioxidante.

2. El retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica según la reivindicación 1, caracterizado porque el retardante de llama se prepara específicamente mezclando 100 partes en masa de un retardante de llama que está formado por un SBS bromado o un éter de octabromo metilo o una mezcla de los mismos con 0,5-20 partes en masa de estabilizador térmico, 0,1-2 partes de antioxidante y 0,1-4 partes de absorbente de bromuro de hidrógeno.

3. El retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica según la reivindicación 2, caracterizado porque el estabilizador térmico está compuesto por uno de los siguientes compuestos: estearato de calcio, estearato de zinc y estearato de bario o una mezcla de varios de ellos.

4. El retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica según la reivindicación 2, caracterizado porque el absorbente de bromuro de hidrógeno está compuesto por uno de los siguientes productos: éter glicidílico de bisfenol A, éter glicidílico de tetrabromobisfenol A, resina epoxi bromada de bajo peso molecular, éter glicidílico de tribromofenol, divinilbenceno, trialil triazina (TAIC) o una mezcla de varios de ellos.

5. El retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica según la reivindicación 4, caracterizado porque el peso molecular de la resina epoxi bromada de bajo peso molecular es de 750-900.

6. El retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica según la reivindicación 2, caracterizado porque el antioxidante está compuesto por una mezcla de 1010 y 168.

7. Un material de espuma de poliestireno retardante de llama de alta eficacia, caracterizado porque, concretamente, el material es un material de poliestireno expandido retardante de llama que se prepara añadiendo uno de los siguientes productos como agente espumante: freón, etanol, agua, dióxido de carbono, o una mezcla de varios de ellos en el proceso de mezcla por fusión de 0,5-20 partes en masa del retardante de llama bromado compuesto de alta estabilidad térmica según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, 0-5 partes en masa de talco en polvo y 100 partes en masa de poliestireno.