MX2011000443A - Metodo para la proteccion contra incendios y modificacion de las propiedades de los poliesteres expandidos. - Google Patents
Metodo para la proteccion contra incendios y modificacion de las propiedades de los poliesteres expandidos.Info
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Abstract
La presente invención se refiere a un método fácil de aplicar pero versátil para modificar las propiedades de resistencia física y química de los productos de poliéster expandido, tal como capacidad ignífuga y resistencia a la hidrólisis, mediante la modificación por fusión de las capas superficiales de las espumas y esponjas, a la fabricación de tales productos y al uso de tales productos.
Description
METODO PARA LA PROTECCION CONTRA INCENDIOS Y
MODIFICACION DE LAS PROPIEDADES DE LOS POLIESTERES
EXPANDIDOS
Descripción de la Invención
La presente invención se refiere a un método fácil de aplicar pero versátil para modificar las propiedades de resistencia física y química de los productos de poliéster expandido, tal como capacidad ignífuga y resistencia a la hidrólisis, mediante la modificación por fusión de las capas superficiales de las espumas y esponjas, a la fabricación de tales productos y al uso de tales productos.
Los polímeros de poliéster expandido, es decir espuma o esponja de poliéster, son de mayor importancia para una gran cantidad de aplicaciones relacionadas con, por ejemplo, el aislamiento contra gradientes de temperatura, protección contra ruido, amortiguamiento de vibración, construcción ligera, etc. Sin embargo, son básicamente muy sensibles contra la descomposición en vista de por ejemplo la hidrólisis o combustión iniciada por oxígeno debido a su naturaleza orgánica causada por la estructura del polímero, y debido al hecho de que los heteroátomos que tienen un efecto negativo adicional sobre la estabilidad, tal como oxígeno, son parte de los polímeros. Lo qué hace la situación incluso peor es el hecho de que los poliésteres celulares son por supuesto más débiles que el material masivo, la
superficie es mucho más alta, así, más accesible para las sustancias agresivas, y el aire/humedad está ya disponible en las celdas en caso de ignición o álcali o ataque de ácido. Por lo tanto, los poliésteres son básicamente fácilmente inflamables y tienden a continuar quemándose una vez incendiados, y continuarán la descomposición por hidrólisis una vez que ha ocurrido la división del enlace. Se han tomado diferentes esfuerzos para mejorar la estabilidad de los compuestos de polímero, tal como la mezcla de ignífugos halogenados y no halogenados, rellenos no combustibles, etc. en el compuesto. Sin embargo, puesto que el proceso de fabricación de las espumas de poliéster es un proceso de espumación reactiva (ver por ejemplo los documentos EP 0866089, US 5288764, JP 5117501, JP 62004729, WO 2001051549; JP 8151470 que mencionan el material reciclado hecho en forma de espuma), las sustancias externas pueden afectar seriamente la expansión o espumación de los polímeros así como otras propiedades finales dirigidas a las aplicaciones previstas. Además, estas sustancias externas tendrían que soportar las condiciones de proceso que pudieron ser por ejemplo de casi 300°C en términos del tereftalato de polietileno. La mayoría de los agentes ignífugos estándar no resistirán estas temperaturas y se descompondrán durante el proceso. Otras, sustancias más estables tal como rellenos inorgánicos, fibras etc., afectarán negativamente la longitud de cadena de los polímeros o de la estructura con celdas o
simplemente no se pueden componer en la matriz a un grado donde un efecto significativo se podría alcanzar. Para superar estos problemas algunos trabajos se han hecho en el campo de las tecnologías de recubrimiento y laminación donde no se presenta la restricción proporcionada por el procesamiento del poliéster expandido. El documento KR 100701274 describe una capa de alfombra de tereftalato de polietileno (PET) con fosforo como ignífugo. En los documentos JP 2008201079, JP 10119219, JP 8068164, JP 1261588, GB 2344834, GB 1161045, GB 882296 y US 6066580, el poliéster, fibra de poliéster o laminación de poliéster/fibra de vidrio se utiliza para proteger el centro de espuma más inflamable que consiste de otros polímeros; El documento GB 2222185 reivindica este sistema como una clase de protección contra incendios de "función alejada"; El documento GB 2122232 discute un tratamiento de la espuma o de sus capas protectoras con los compuestos de halógeno/antimonio. El documento JP 2006077551 entre otros trata las fibras de poliéster como una protección contra llama interna, pero recubiertas por una lamina de metal y utilizando adhesivos para unir las capas juntas. La lamina de metal, principalmente aluminio, es de hecho un método usado comúnmente, ver por ejemplo los documentos JP 2215521, JP 4347252, JP 8199709, US 4459334, CH 650196, etc. Sin embargo, estos métodos de múltiples capas conducen a una cierta fuente para la falla, tal como incertidumbres adicionales proporcionadas por el adhesivo necesario
(inflamabilidad, durabilidad, compatibilidad, etc.)- El documento DE 100117177 menciona un travesaño de ventana de espuma de PET donde la superficie está cerrada para propósitos decorativos por fusión, pero no se proporciona ninguna otra medida o ventaja, lo mismo aplica para el documento JP 6170999 donde una capa de poliéster (es decir PET) se co-extruye en un centro de espuma de poliéster para proporcionar un panel de formación térmica. Las posibilidades de las combinaciones de algunos de los métodos mencionados previamente, sin embargo, no se entienden completamente. Esto, . sin embargo, es esencial para los materiales desarrollados que podrán cumplir actualmente los requisitos referentes a las aprobaciones: por ejemplo las certificaciones relacionadas a la prueba de inflamabilidad dentro de la industria de la construcción, se han convertido cada vez más globales, pero también más exactas y se relacionan a la aplicación y por lo tanto son más desafiantes (por ejemplo, ASTM E-84 "prueba de incendio de túnel", UL 94 "incendio horizontal/vertical", EN 13823 "prueba de incendio de esquina redonda", FM "prueba de incendio de habitación").
Un objeto importante de la presente invención es asi proporcionar un material de poliéster expandido y un proceso relacionado para fabricar el mismo que sea fácil de dirigir y que conduzca a un compuesto que sea versátil, confiable y fácil de aplicarse, que sea ignifugo y estable contra la descomposición hidrolítica, que no pierda ninguna propiedad beneficiosa del
poliéster, es decir espumas de tereftalato de polialquilideno, tal como economía, baja densidad, alto Tg, cristalinidad controlada, etc.
Asombrosamente, se encontró que tal material que no muestra las desventajas mencionadas anteriormente se puede lograr colocando una capa protectora y funcionalizada en el poliéster expandido por una capa o laminado que consista principalmente del polímero de poliéster respectivo por sí mismo como matriz, enriquecido con aditivos. Esto no sólo facilita la unión de la capa sobre el sustrato celular, sino también amplía significativamente la libertad para practicar la modificación relacionada de la capa funcional con respecto a la protección contra llama y contra el ataque químico y físico así como con respecto a sus propiedades generales, que se discute más detalladamente abajo. Con este método, un enriquecimiento significativo de las sustancias químicas tal como agentes ignífugos y/o agentes anti-hidrólisis se proporciona donde sea necesario, es decir en la superficie, principalmente donde ocurrirá el ataque físico o químico y donde se pueda controlar e incluso detenerse lo mejor posible.
El material reivindicado contiene el compuesto (A), ver la figura 1, que es un compuesto basado en poliéster expandido. El poliéster expandido puede mostrar una estructura con celdas abiertas o cerradas (es decir puede ser una esponja o espuma) de cualquier tamaño y distribución de celdas. Se prefieren las
espumas de polímero de tereftalato de polialquilideno, son especialmente preferidas las basadas en tereftalato de polietileno (PET). El compuesto (A) puede contener otros ingredientes distintos al polímero de poliéster por sí mismo, tal como, pero no exclusivamente: rellenos, otros polímeros (termoplastos, termoestables, TPEs, elastómeros), fibras, aditivos, colores, agentes de reticulación, agentes de formación de cerámica o carbón, sistemas ignífugos, estabilizadores, agentes ignífugos, etc.
El material reivindicado contiene por lo menos una capa externa (B) que consiste de un material masivo, así una matriz de poliéster sin expandir basada preferiblemente en PET, es especialmente preferido el PET reciclado debido a las razones económicas y ecológicas, pero también debido al hecho de que el PET consumido tiene un punto de fusión más bajo así como una viscosidad de fusión más baja lo cual es ventajoso para la invención. La morfología y propiedades del PET para (B) permitirán componerla fácilmente (es decir, mezcla) con varias sustancias o aditivos, tal como ignífugos (C) y/o químicos de prevención de hidrólisis (D). Esta mezcla se puede hacer en el estado "seco", es decir, a temperaturas bajas, por ejemplo en un mezclador estándar, para proporcionar un único compuesto mezclado mecánicamente. Esto es favorable cuando los aditivos son sensibles a la temperatura, puesto que entonces serán cargados solamente una vez con la temperatura cuando (B) está
siendo aplicada en (A) (ver abajo). En el resto de los casos los aditivos se pueden componer de PET en estado de fusión, por ejemplo en un extrusor de composición, para lograr una mezcla o solución física. La capa (B) es fundida sobre (A) para lograr una unión excelente. Esto se puede hacer por varios métodos, tal como, pero no exclusivamente, co-extrusión, co-moldeo o sobre-moldeo, laminación, que se pueden realizar con la hoja prefabricada de (B) o polvo, o rociando y sinterizando el polvo/hojuelas o granulos, etc., en procesos en línea o fuera de línea, continuos o discontinuos. Se prefiere el proceso donde (B) se coloca en (A) en forma de polvo y después se funde sobre o en (A), respectivamente, aplicando una temperatura y presión ligeras, por ejemplo por medio de una placa caliente o preferiblemente una correa caliente móvil o un cilindro caliente. Es especialmente preferido el proceso de sinterización acelerada aplicado en línea después de la extrusión de espuma, preferiblemente continuo. El compuesto (B) puede contener ingredientes adicionales distintos del polímero de poliéster y de los aditivos mencionados, tal como, pero no exclusivamente: rellenos, otros polímeros (termoplastos, termoestables, TPEs, elastómeros), fibras, colores, agentes de reticulación, agentes de expansión, estabilizadores, etc. para proporcionar funcionamientos modificados y/o adicionales al material. Si la parte proporcionada por (A) es plana entonces la capa (B) es aplicada en por lo menos un lado de la parte.
El compuesto (B) del material reivindicado además puede contener los aditivos (C) para retardar el fuego que se puede elegir de la clase tal como, pero no exclusivamente, sustancias que contienen halógeno, compuestos fosforados, químicos de liberación de agua, agentes de formación de cerámica, agentes de formación de carbón o sustancias ignífugas, y mezclas de los mismos. Se prefieren los compuestos no halogenados, son especialmente preferidos los compuestos fosforados, tal como, pero no exclusivamente, ésteres (poli)fosforados, fosforo rojo, (poli)fosfatos, fosfonatos y fosfinatos, debido a su estabilidad bajo condiciones de procesamiento y a su compatibilidad con la matriz de poliéster, y debido a su potencial de formación de carbón. Los aditivos (C) se pueden componer en la capa (B) a un grado muy alto (hasta >50% en peso dependiendo de la sustancia), lo cual no sería factible en la espuma (A), donde la dosificación máxima de tales químicos es de aproximadamente 5% por experiencia, y además se disminuiría con relación a la superficie que se protegerá por el proceso de espumación por sí mismo.
El (B) compuesto del material reivindicado puede contener los aditivos (D) para prevenir la división de enlace hidrolítica, tal como, pero no exclusivamente, sales, amortiguadores, neutralizadores de agua/humedad o absorbentes, y mezclas de los mismos. Son preferidas las sustancias que son estables bajo las condiciones especificadas, tal como sistemas absorbentes y
amortiguadores inorgánicos, son especialmente preferidos los sistemas fosforados basados en ácido (poli)fosforado, sus anhídridos y sus sales debido a su estabilidad, su intervalo amplio de funcionamiento y compatibilidad con la matriz de (B) y con (C). Los aditivos (D) se pueden componer en la capa (B) a un grado muy alto (hasta >50% en peso dependiendo de la sustancia), que no sería factible en la espuma (A).
El material reivindicado además puede contener las capas funcionales adicionales (E), que consisten en por ejemplo metal, fibras o plásticos, como recubrimiento en (B) para actuar por ejemplo como una protección, refuerzo o como una capa decorativa, ver la figura 1. Son preferidas las capas que serán ignífugas por sí mismas, o ignífuga y/o de formación de carbón o fácilmente combustibles o de fusión alejada para no alterar el funcionamiento del sistema ignífugo (A) (B). Los compuestos (E) se pueden unir a (B) por adhesivos, preferiblemente ignífugos, o adherirse por sí mismos.
El material reivindicado además puede contener cualquier elemento adicional (F) necesario para la aplicación prevista, por ejemplo, pero no exclusivamente, las partes hechas de madera, vidrio, metal o concreto, etc., las estructuras para propósitos de construcción, etc., ver la figura 1. Los compuestos (F) se pueden unir a otros compuestos del material por adhesivos, preferiblemente ignífugos, o adherirse por si mismos.
Una ventaja importante del material reivindicado es el hecho
de que su proceso de fabricación permitirá incluir una variedad amplia de sustancias a una alta concentración en la capa externa, tal como ignífugos que hacen a esta capa extremadamente difícil de incendiar o quemar internamente, y por lo tanto, permitirá generar las propiedades que nunca serían realizables por la adición de la espuma solamente.
Esto lleva a otra ventaja prominente del material reivindicado que es el hecho de que el desarrollador y el proceso responsable se centran independientemente en la optimización de la capa protectora o el centro expandido, su funcionamiento y su fabricación, puesto que las propiedades y requisitos de los materiales no son iguales, el cual no es el caso con el material expandido que se ha intentado agregarse directamente.
Esto se relaciona con otra ventaja del material reivindicado que es la posibilidad de adaptar sus propiedades al perfil de propiedad deseado (con respecto a la mecánica, amortiguamiento, aislamiento, flexibilidad, etc.) por la modificación independientemente posible del centro (A) y/o de la capa (B) con relación al espesor respectivo, carga con aditivos, cristalinidad, etc.
Otra ventaja importante del material reivindicado es el hecho de que la materia prima para la capa funcional puede ser material reciclado.
Una ventaja muy prominente del material reivindicado es el hecho de que la superficie es totalmente cerrada y homogénea, a
cualquier materia si el centro de la espuma muestra celdas o vacíos o similares abiertos antes de recubrir.
Otra ventaja prominente del material reivindicado es el hecho de que (B) mostrará una adherencia excelente a (A) sin ninguna medida adicional y que el compuesto resultante actuará como "un" material.
Es otra ventaja del material reivindicado que el nivel de penetración de la capa externa (B) en la estructura de celdas de (A) se puede alterar fácilmente durante el proceso de fabricación alterando la temperatura de la superficie de (A) en combinación con la temperatura de (B) y la presión que es aplicada.
Otra ventaja del material reivindicado es el hecho de que debido al proceso de la composición y aplicación para (B) no hay peligro de separación de ingredientes importantes en (B) ni ningún impacto negativo sobre la espuma de centro.
Otra ventaja del material reivindicado es el hecho de que ningún aditivo tiene que colocarse en el volumen principal de la parte final, es decir la espuma, lo cual conduce a un producto más "limpio".
Esto conduce a otra ventaja del material reivindicado puesto que promueve el reciclaje debido al» hecho de que el poliéster puro es obtenido después del retiro de la capa superior. Incluso el material reciclado de la capa* superior se puede utilizar nuevamente para propósitos similares.
Una ventaja básica del material reivindicado es el hecho que
en sus composiciones preferidas está libre de ambas fibras, sustancias bromadas y PVC, que están bajo examen y que son discutidas con respecto a los aspectos ambientales y de salud.
Otra ventaja del material reivindicado es que sus propiedades ignífugas son casi independientes de la geometría de la parte que se protegerá contra incendios.
Es una ventaja prominente del material reivindicado que se pueda producir de una manera económica en un proceso continuo, por ejemplo por extrusión y co-laminación según lo discutido anteriormente. Muestra flexibilidad en las posibilidades de la fabricación y aplicación. Se puede extruír, co-extruír, laminar, moldear, co-moldear, sobre-moldear, soldar, etc. directamente como un sistema de múltiples capas y se puede aplicar así en la formación sin restricción sobre varias superficies en la industria automotriz, transporte, aeronáutica, edificación y construcción, muebles, ingeniería en maquinaria y muchas otras industrias, incluso por métodos de formación térmica u otros métodos de formación después del proceso de fabricación del material. La capa adicional incluso mejorará la formación térmica así como otras propiedades de proceso (por ejemplo imprimibilidad , fijación y montaje, etc.).
Es otra ventaja del material reivindicado que se puede transformar y tener la forma deseada por los métodos estándar que son conocidos en la industria y que no requiere equipo especializado.
Otra ventaja del material reivindicado es su conveniencia para las aplicaciones térmicas y acústicas/vibración del aislamiento, por ejemplo en la industria de la construcción, puesto que la espuma de PET se conoce como un material ideal de muy alta resistencia para esta clase de aplicación donde se desea la ayuda estructural. La capa (B) aquí puede actuar como una superficie de barrera de vapor y repelente al agua.
Ejemplos
En los siguientes ejemplos y ejemplos comparativos, la espuma de aislamiento de PET estándar (ArmaStruct® , Armacell GmbH, Münster, Alemania) de densidad de 65 kg/m3 fue cortado en muestras de 25 mm de espesor y 500 mm de ancho. Las capas protectoras fueron colocadas en las partes de espuma por distribución homogénea en forma de mezcla básica de polvo sobre la superficie de espuma usando una matriz plana/sistema de deslizamiento y después mueve lentamente la parte preparada bajo un caliente cilindro recubierto con cromo (280°C) de 600 mm de ancho y 200 mm de radio, aplicando presión ligera y constante (factor de compresión relacionado al espesor de espuma <0.5%).
El PET para la capa de recubrimiento fue la base de PET sin tratamiento (Sabic, Genk, Bélgica), del desecho reciclado después de la fabricación interna (Armacell) o hojuelas de material reciclado compradas en el mercado.
El polvo para el recubrimiento fue preparado mezclando los aditivos respectivos y el polvo de PET en el estado frío en un
mezclador de agitación o derritiendo el PET en un extrusor de mezcla y agregando los aditivos a la fusión, seguido por la granulación repetida de la mezcla básica obtenida. La tabla 1 proporciona los datos para las mezclas básicas de polvo e ingredientes usados (ignífugos).
Tabla 1: Ingredientes de las mezclas de polvo
Aditivo FR y
Mezcla
Tipo PET dosificación en la Proveedor básica
mezcla básica
Bórax Europe
40% Firebrake® 500
1 Sin tratamiento ltd., Guildford,
(Borato)
Reino Unido
40% Melapur® 200 Ciba, Grenzach,
2 Sin tratamiento
(Melamine) Alemania
50% Exolit® OP 1200 Clariant,
3 Sin tratamiento
(Phosphorous) Muttenz, Suiza
60% Saytex® 8010 Albemarle,
4 Sin tratamiento
(Bromado) Louvain, Bélgica
Bórax Europe
Recycled 40% Firebrake® 500
1a ltd., Guildford,
(Armacell) (Borato)
Reino Unido
Reciclado 40% Melapur® 200 Ciba, Grenzach,
2a
(Armacell) (Melamina) Alemania
3A Reciclado 50% Exolit® OP 1200 Clariant,
Aditivo FR y
Mezcla
Tipo PET dosificación en la Proveedor básica
mezcla básica
(Armacell) (Fosforoso) Muttenz, Suiza
Reciclado 60% Saytex® 8010 Albemarle,
4A
(Armacell) (Brominated) Louvain, Bélgica
Bórax Europe
Reciclado 40% Firebrake® 500
1 R ltd., Guildford, ' (mercado libre) (Borato)
Reino Unido
Reciclado 40% Melapur® 200 Ciba, Grenzach,
2R
(mercado libre) ( e I a m i n a ) Alemania
Reciclado 50% Exolit® OP 1200 Clariant,
3R
(mercado libre) (Fosforoso) Muttenz, Suiza
Reciclado 60% Saytex® 8010 Albemarle,
4R
(mercado libre) (Bromado) Louvain, Bélgica
30% trihidrato de Albemarle;
Reciclado
5R alúmina, 20% Saytex® Bergheim, (mercado libre)
8010 Alemania
Los compuestos manufacturados fueron examinados parcialmente con respecto al comportamiento ignífugo de acuerdo con EN 13823/EN 13501-1 (artículo quemado simple/prueba de esquina redonda), DEN 4102, y UL 94 (combustión horizontal/vertical). La tabla 2 muestra los resultados en comparación con el panel de espuma no tratada del mismo
espesor (ejemplo comparativo, marcado con asterisco). Los ejemplos sin asteriscos comprenden el material reivindicado.
Tabla 2: Resultados de la prueba de inflamabilidad (n.e.: no examinado)
Claims (14)
1. Un material que consiste de un poliéster expandido como centro que es recubierto con por lo menos una capa protectora externa que consiste de poliéster sin expandir que contiene una concentración de baja a alta de aditivos funcionales.
2. El material de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el centro consiste de un tereftalato de polialquilideno.
3. El material de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la capa externa consiste de un tereftalato de polialquilideno.
4. El material de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el centro y la capa externa consisten de un tereftalato de polialquilideno.
5. El material de acuerdo con la reivindicación 1-3, en donde la capa externa es adicionada con los químicos funcionales de 0.5 a 60 por ciento en peso.
6. El material de acuerdo con la reivindicación 1-5, en donde la capa externa es adicionada con los agentes ignífugos y/o agentes anti-hidrólisis.
7. El material de acuerdo con la reivindicación 1-6, en donde los agentes ignífugos y los agentes anti-hidrólisis son basados en elementos fosforados.
8. El material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-7, en donde las capas adicionales son aplicadas para la protección, refuerzo y propósitos de decoración.
9. Un proceso para fabricar el material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, en un proceso continuo.
10. Un proceso para fabricar el material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, en un proceso continuo de extrusión de dos etapas y de laminación/recubrimiento.
11. Un proceso para fabricar el material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, en un proceso continuo de extrusión en línea y fundición por fusión de polvo usando el tereftalato de polialquilideno reciclado como base para el polvo de recubrimiento.
12. Un proceso para fabricar el material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, en donde la laminación es realizada por un proceso de fundición de polvo donde el polvo es fundido y aplicado por calentamiento directo por medio de por lo menos un cilindro giratorio caliente o por lo menos una correa móvil caliente.
13. El uso de un material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, para el aislamiento térmico y/o acústico y/o amortiguamiento de sonido y/o vibración.
14. El uso de un material de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, para el aislamiento térmico y/o acústico en el interior y exterior de las estructuras, recipientes, envases y tuberías, tal como paredes, plafones, pisos, techos, tanques, tubos, y conductos.
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