MX2011003948A - Composicion de poli(tereftalato de trimetileno) retardante a las llamas. - Google Patents
Composicion de poli(tereftalato de trimetileno) retardante a las llamas.Info
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Abstract
Se proporcionan composiciones mejoradas de tereftalato de politrimetileno retardantes a las llamas al incluir un aditivo de bis(difenilfosfato) retardante a las llamas.
Description
COMPOSICION DE POLI (TEREFTALATO DE TRIMETILENO) RETARDANTE A
LAS LLAMAS
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a composiciones de poli (tereftalato de trimetileno) retardantes a las llamas que comprenden ciertos compuestos de bis (difenilfosfato) como aditivos retardantes a las llamas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Generalmente, el poli (tereftalato de trimetileno) ("PTT") se prepara por medio de la reacción de policondensación de 1,3-propanodiol con ácido tereftálico o ásteres de ácido tereftálico. El polímero de poli (tereftalato de trimetileno), comparado con el poli (tereftalato de etileno) ("PET", elaborado con etilenglicol en vez de 1, 3-propanodiol) o poli (tereftalato de butileno) ("PBT", elaborado con 1, 4-butanodiol en vez de 1, 3-propanodiol) , es superior en cuanto a características mecánicas, resistencia a la intemperie, resistencia al envejecimiento por calor y resistencia a la hidrólisis.
El poli (tereftalato de trimetileno), poli (tereftalato de etileno) y poli (tereftalato de butileno) son útiles en muchas áreas de aplicación (tales como alfombras, mobiliario para el hogar, partes de automóviles y partes electrónicas) que requieren cierto nivel de retardancia a las llamas. Se
REF. ¡219046 sabe que el poli (tereftalato de trimetileno) puede tener, por mérito propio y bajo ciertas circunstancias, insuficiente retardancia a las llamas, lo que, por ahora, es limitante en muchas de estas áreas de aplicación.
Ha habido muchos intentos de mejorar las propiedades de retardancia a las llamas de las composiciones de poli (tereftalato de trimetileno) mediante la adición de varios aditivos retardantes a las llamas. Por ejemplo, se han estudiado extensamente las composiciones de poli (tereftalato de trimetileno) que contienen retardantes a las llamas tipo halógeno. Por ejemplo, la patente núm. GB1473369 describe una composición polimérica que contiene poli (tereftalato de propileno) o poli (tereftalato de butileno) , decabromodifenil éter, trióxido de antimonio y asbestos. La patente de los Estados Unidos núm. 4,131,594 describe una composición polimérica que contiene poli (tereftalato de trimetileno) y un retardante a las llamas tipo halógeno de copolímero de injerto, tal como un oligómero de policarbonato de decabromobifenil éter o tetrabromobisfenol A, óxido de antimonio y fibra de vidrio.
La publicación de patente japonesa núm. 2003-292574 describe las composiciones retardantes a las llamas que contienen polímero de poli (tereftalato de trimetileno), retardantes a las llamas seleccionados de derivados de fosfato, fosfaceno, fosfamina y óxido de fosfina, así como materiales resistentes a las llamas que contienen derivados que contienen nitrógeno que incluyen melamina, ácido cianúrico, ácido isocianúrico, amoniaco y similares.
Todavía existe una necesidad de ofrecer composiciones de poli (tereftalato de trimetileno) con propiedades de retardancia a las llamas mejoradas. La presente invención satisface esta necesidad.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención está dirigida a una composición en base a poli (tereftalato de trimetileno; la composición comprende: (a) de aproximadamente 75 a aproximadamente 99.9 % en peso de un componente polimérico, en donde el porcentaje en peso del componente polimérico se basa en la composición total que comprende por lo menos aproximadamente 70 % en peso de poli (tereftalato de trimetileno), en donde el porcentaje en peso se basa en el componente polimérico, y (b) de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 25 % en peso de un paquete de aditivos basado en la composición total; el paquete de aditivos comprende de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 15 % en peso de bisfenol A-bis (difenilfosfato) , en donde el porcentaje en peso del componente polimérico se basa en la composición total con la condición de que el bisfenol A-bis (difenilfosfato) no contenga nitrógeno.
Además, la invención está dirigida a un proceso para preparar una composición en base a poli (tereftalato de trimetileno) ; el proceso comprende las etapas de:
a) proporcionar (1) bisfenol A-bis (difenilfosfato) con la condición de que el bisfenol A-bis (difenilfosfato) no contenga nitrógeno; y (2) tereftalato de politrimetileno; b) mezclar el tereftalato de politrimetileno y el bisfenol A- bis difenilfosfato para formar una mezcla; y
c) calentar y combinar la mezcla con agitación para formar la composición .
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Componente polimérico
La presente invención describe una composición en base a poli (tereftalato de trimetileno); la composición comprende: (a) de aproximadamente 75 a aproximadamente 99.9 % en peso de un componente polimérico (en base al peso total de la composición) que comprende por lo menos aproximadamente 70 % en peso de poli (tereftalato de trimetileno) (en base al peso del componente .polimérico), y (b) de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 25 % en peso de un paquete de aditivos (en base al peso total de la composición) , en donde paquete de aditivos comprende de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 15 % en peso de un compuesto de bis (difenilfosfato) como aditivo retardante a las llamas (en base al peso total de la composición) .
El poli (tereftalato de trimetileno) es del tipo que se elabora por policondensación de ácido tereftálico o un equivalente del ácido y 1 , 3 -propanodiol , siendo el 1,3-propanodiol, preferentemente, del tipo que se obtiene bioquímicamente de una fuente renovable ( 1 , 3 -propanodiol "derivado biológicamente") .
Como se indicó anteriormente, el componente polimérico (y la composición en su totalidad) comprende una cantidad predominante de un poli (tereftalato de trimetileno) .
El poli (tereftalato de trimetileno) adecuado para usar en la invención es muy conocido en la técnica, y está convenientemente preparado por policondensación de 1,3-propanodiol con ácido tereftálico o un equivalente del ácido tereftálico .
Por "equivalente del ácido tereftálico" se entiende compuestos que funcionan prácticamente como los ácidos tereftálicos en la reacción con glicoles y dioles poliméricos, tal como comprenderá, generalmente, una persona de conocimiento ordinario en la técnica pertinente. Para los propósitos de la presente invención los equivalentes del ácido tereftálico incluyen, por ejemplo, esteres (tales como ácido tereftálico) y derivados formadores de ésteres, tales como haluros de ácidos (por ejemplo, cloruros de ácidos) y anhídridos.
Son preferidos el ácido tereftálico y los ésteres del ácido tereftálico, con mayor preferencia, el éster de dimetilo. Los métodos para la preparación de poli ( tereftalato de trimetileno) se analizan, por ejemplo, en las patentes núms . 6,277,947, 6,326,456, 6,657,044, 6,353,062, 6,538,076, 2003/0220465A1 y la solicitud de patente de propiedad mancomunada núm. 11/638919 (presentada el 14 de diciembre de 2006, titulada "Continuous Process for Producing Poly (trimethylene Terephthalate)") .
El 1 , 3 -propanodiol para el uso en la elaboración de poli (teref alato de trimetileno) se obtiene bioquímicamente, preferentemente, a partir de una fuente renovable (1,3-propanodiol "derivado biológicamente" ) - Una fuente especialmente preferida de 1, 3 -propanodiol es la que se obtiene por medio de un proceso de fermentación que usa una fuente biológica renovable. Como ejemplo ilustrativo de una materia prima de una fuente renovable se han descrito rutas bioquímicas para el 1, 3 -propanodiol (PDO) que usan materias primas producidas a partir de recursos biológicos y renovables, tales como el maíz. Por ejemplo, las cepas bacterianas capaces de convertir el glicerol en 1 , 3 -propanodiol se encuentran en las especies Klebsiella, Citrobacter, Clostridium y Lactobacillus. La técnica se describe en varias publicaciones que incluyen las patentes de los Estados Unidos incorporadas anteriormente núms. 5,633,362, 5,686,276 y 5,821,092. La patente de los Estados Unidos núm. 5,821,092 describe, entre otros, un proceso para producir biológicamente 1 , 3 -propanodiol a partir del glicerol mediante el uso de organismos recombinantes . El proceso incorpora bacterias de E. coli transformadas con un gen heterólogo de diol deshidratase pdu, que tiene especificidad para el 1, 2-propanodiol . La bacteria E. coli transformada se cultiva en presencia de glicerol como fuente de carbono y el 1 , 3 -propanodiol se aisla de los medios de crecimiento. Debido a que las bacterias y las levaduras pueden convertir la glucosa (por ejemplo, azúcar de maíz) u otros carbohidratos en glicerol, los procesos descritos en estas publicaciones proporcionan una fuente rápida, económica y ecológicamente responsable de monómero 1 , 3 -propanodiol .
El 1 , 3-propanodiol derivado biológicamente, tal como el producido mediante los procesos descritos y mencionados anteriormente, contiene carbono proveniente del dióxido de carbono atmosférico incorporado por las plantas, que componen la materia prima para la producción del 1, 3-propanodiol . De esta manera, el 1 , 3-propanodiol derivado biológicamente y preferido para usarse en el contexto de la presente invención contiene sólo carbono renovable y no carbono basado en combustibles fósiles o basado en petróleo. El tereftalato de politrimetileno y sus ásteres que usan el 1, 3 -propanodiol derivado biológicamente causan, por consiguiente, un menor impacto ambiental, ya que el 1 , 3 -propanodiol que se usa en las composiciones no agota los combustibles fósiles en extinción y, al degradarse, libera carbono nuevamente en la atmósfera para que las plantas lo usen otra vez. Por ello, las composiciones de la presente invención pueden caracterizarse como más naturales y de menor impacto ambiental que las composiciones similares que comprenden dioles a base de petróleo.
El 1 , 3 -propanodiol derivado biológicamente, el politrimetileno a base de éste pueden distinguirse de compuestos similares producidos a partir de una fuente petroquímica o de carbono de combustibles fósiles con una comparación de las "huellas digitales" isotópicas del carbono. Este método distingue convenientemente los materiales químicamente idénticos y asigna material de carbono en el copolímero por origen (y, posiblemente, año) de crecimiento del componente (planta) biosférico. Los isótopos, 14C y 13C, aportan información complementaria a esta cuestión. La datación por radiocarbono que usa el isótopo carbono-14 (14C) , con su media vida nuclear de 5730 años, claramente permite asignar el carbono de una muestra a materias primas fósiles (muertas) o biosféricas (vivas) (Currie, L. A. "Source Apportionment of Atmospheric Particles", Characterization of Environmental Partióles, J. Buffle y H.P. van Leeuwen, Eds . , 1 del Vol . I de la serie IUPAC Environmental Analytical Chemistry Series (Lewis Publishers, Inc) (1992) 3-74) . La suposición básica de la datación por radiocarbono es que la constancia de concentración de 14C en la atmósfera conduce a la constancia de C en organismos vivos . En el caso de una muestra aislada, la edad de una muestra se puede deducir aproximadamente mediante la relación:
t = (-5730/0.693) ln(A/A0)
en donde t = edad, 5730 años es el período de semidesintegración o media vida del radiocarbono, y A y A0 son la actividad específica del 14C de la muestra y del estándar moderno, respectivamente (Hsieh, Y., Soil Sci . Soc . Am J. , 56, 460, (1992)). Sin embargo, debido a las pruebas nucleares atmosféricas realizadas desde 1950 y a la quema de combustibles fósiles desde 1850, el 14C ha adquirido una segunda característica geoquímica de tiempo. Su concentración en el C02 atmosférico y, por lo tanto, en la biosfera viva, aproximadamente se duplicó durante el auge de las pruebas nucleares a mediados de la década de 1960. Desde entonces ha estado regresando gradualmente a su velocidad isotópica cosmogénica atmosférica basal en estado de reposo (14C/12C) de ca. 1.2 x 10"12, con una "vida media" de relajación aproximada de 7-10 años. (Esta última no se debe tomar literalmente; sino más bien se debe usar la función detallada atmosférica nuclear de entrada/descomposición para trazar la variación del 14C atmosférico y biosférico desde el comienzo de la era nuclear) . Es esta última característica de tiempo biosférico del 14C que resulta prometedora en cuanto a la datación anual del carbono biosférico reciente. El 14C se puede determinar por espectrometría de masas con acelerador (AMS, por sus siglas en inglés) , con resultados dados en unidades de "fracción de carbono moderno" (fM) · La fM está definida por los materiales de referencia estándar (SRM, por sus siglas en inglés) 4990B y 4990C del "National Institute of Standards and Technology", conocidos como estándares de ácidos oxálicos HOxI y HOxII, respectivamente. La definición fundamental se refiere a 0.95 multiplicado por el HOxl de la relación isotópica 14C/12C (con referencia al año 1950 D.C.) . Esto es aproximadamente equivalente al valor corregido por descomposición para maderas antes de la Revolución Industrial . Para la biosfera viviente actual (material vegetal), fM
La relación isotópica estable del carbono (13C/12C) proporciona una ruta complementaria para la discriminación y asignación del origen. La relación 13C/12C en un material dado proveniente de fuentes biológicas es una consecuencia de la relación 13C/12C en el dióxido de carbono atmosférico en el momento en que se fija el dióxido de carbono y además refleja la ruta metabólica precisa. También pueden producirse variaciones regionales. El petróleo, las plantas C3 (las latifoliadas) , plantas C4 (las gramíneas) y carbonatos marinos, todos exhiben diferencias significativas en 13C/12C y los correspondientes valores d 13C. Además, la materia lípida de las plantas C3 y C4 se analiza de manera diferente que los materiales derivados de los componentes carbohidrato de las mismas plantas como consecuencia de la ruta metabólica. Dentro de la precisión de la medición, el 13C exhibe grandes variaciones debido a efectos de fraccionamiento isotópico, el más importante de los cuales para la invención de la presente es el mecanismo fotosintético . La principal causa de diferencias en la relación del isótopo de carbono en plantas está íntimamente relacionada con diferencias en la ruta del metabolismo fotosintético del carbono en las plantas, especialmente la reacción que se produce durante la carboxilación primaria, es decir, la fijación inicial del C02 atmosférico. Dos grandes clases de vegetación son las que incorporan el ciclo fotosintético "C3"-(o de Calvin-Benson) y las que incorporan el ciclo fotosintético "C4" (o Hatch-Slack) . Las plantas C3, tales como las maderas duras y las coniferas, predominan en las zonas de clima templado. En las plantas C3, la fijación primaria del C02 o reacción de carboxilación incluye la enzima ribulosa 1 , 5-difosfato carboxilasa y el primer producto estable es un compuesto 3 carbono. Por otra parte, las plantas C4 incluyen plantas tales como las gramíneas tropicales, maíz y caña de azúcar. En las plantas C4, otra reacción de carboxilación que incluye otra enzima, fosfenol-piruvato carboxilasa, es la reacción de carboxilación primaria. El primer compuesto estable de carbono es un ácido 4 carbono, que posteriormente se descarboxila . El C02 liberado de este modo se vuelve a fijar por el ciclo C3.
Ambas plantas de C4 y C3 muestran una variedad de índices isotópicos de 13C/12C, pero los valores típicos son de aproximadamente -3.9 a -5.5 por micrón (-10 a -14 por mil) (C4) y -8.3 a -10.2 por micrón (-21 a -26 por mil) (C3) (Weber y otros, J. Agrie. Food Chem. , 45, 2942 (1997)). El carbón y el petróleo están, generalmente, dentro de este último intervalo. La escala de medición del 13C se definió originalmente con un valor de cero determinado por el estándar de caliza marina belemnita de Pee Dee (PDB, por sus siglas en inglés) , en donde los valores se dan como desviaciones en partes por mil de este material. Los valores de "513C" están en partes por miles (por micrón (por mil)), abreviados &>, y están calculados como sigue:
muestra d 13C = (13C/12C) - (13C/12C) estándar x 1000 ¾>
(13C/12C) estándar
Dado que el material de referencia (MR) de PDB se encuentra agotado, se han desarrollado una serie de MR alternativos en cooperación con la IAEA, USGS, NIST y otros laboratorios internacionales de isótopos. Las notaciones para las desviaciones de micrón (por mil) de PDB es 513C. Las mediciones se realizan sobre C02 con espectrometría de masas de relación isotópica (IRMS, por sus siglas en inglés) estable de alta precisión en iones moleculares con masas 44, 45 y 46.
Por consiguiente, el 1 , 3 -propanodiol derivado biológicamente y las composiciones que comprenden el 1,3-propanodiol derivado biológicamente se pueden distinguir completamente de sus contrapartes derivados de petroquímicos sobre la base de 14C (fM) y la comparación de las "huellas digitales" isotópicas del carbono, que indican nuevas composiciones de materia. La capacidad para distinguir estos productos es útil para rastrear estos materiales en el área comercial. Por ejemplo, los productos que comprenden perfiles de isótopos de carbono "nuevos" y "viejos" se pueden distinguir de los productos fabricados sólo con materiales "viejos". Por lo tanto, se puede hacer un seguimiento de los materiales de la presente invención en el área comercial sobre la base de su perfil único y con el propósito de definir su competitividad, determinar la vida útil en el almacenamiento y, especialmente, evaluar el impacto ambiental.
Preferentemente, el 1 , 3 -propanodiol que se usa como reactante o como un componente del reactante para producir poli (tereftalato de trimetileno) tiene una pureza mayor que aproximadamente 99 % y, con mayor preferencia, mayor que aproximadamente 99.9 % en. peso, como se determinó mediante análisis de cromatografía de gas. Se prefiere, particularmente, los 1 , 3 -propanodioles purificados tal como se describen en las patentes de los Estados Unidos núms . 7,038,092, 7,098,368, 7084311 y 20050069997A1.
Preferentemente, el 1 , 3 -propanodiol purificado tiene las siguientes características:
(1) una absorción ultravioleta a 220 nm menor que aproximadamente 0.200 y, a 250 nm, menor que aproximadamente 0.075 y, a 275 nm, menor que aproximadamente 0.075; y/o
(2) una composición que tiene un valor de color CIELAB
"b*" menor que aproximadamente 0.15 (ASTM D6290), y una absorción a 270 nm menor que aproximadamente 0.075; y/o
(3) una composición de peróxido menor que aproximadamente 10 ppm; y/o
(4) una concentración de impurezas orgánicas totales
(compuestos orgánicos que no sean 1, 3-propanodiol) menor que aproximadamente 400 ppm, con mayor preferencia, menor que aproximadamente 300 ppm y, aún con mayor preferencia, menor que aproximadamente 150 ppm, según lo medido por cromatografía de gas.
Los poli (tereftalatos de trimetileno) útiles en esta invención pueden ser homopolímeros de poli (tereftalato de trimetileno) (derivados sustancialmente de 1 , 3 -propanodiol y ácido tereftálico y/o equivalente) y copolímeros, por sí solos o en combinaciones. Los poli (tereftalatos de trimetileno) que se usan en la invención contienen, preferentemente, aproximadamente 70 por ciento molar o más de unidades repetidas derivadas de 1 , 3-propanodiol y ácido tereftálico (y/o un equivalente de éstos, tal como tereftalato de dimetilo) .
El poli (tereftalato de trimetileno) puede contener hasta 30 % molar de unidades repetidas elaboradas con otros dioles u otros diácidos. Los otros diácidos incluyen, por ejemplo, ácido isoftálico, ácido ciclohexano-1, 4 -dicarboxílico, ácido ciclohexano-2 , 6-naftaleno, ácido ciclohexano- 1 , 3 -ciciclohexano, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido sebácico, ácido 1 , 12-dodecano-dioico, y derivados de éstos, tal como los ésteres de dimetilo, dietilol, o dipropilo de estos ácidos dicarboxílícos . Los otros dioles incluyen etilenglicol , 1 , 4-butanodiol , 1,2-propanodiol , dietilenglicol , trietilenglicol , 1 , 3 -butanodiol , 1 , 5 -pentanodiol , 1, 6-hexanodiol , 1,2-, 1,3- y 1,4-ciciclohexano dimetanol, y los dioles y polioles de cadena más larga producidos por la reacción del producto de dioles o polioles con óxidos de alquileno.
Los polímeros de poli ( tereftalato de trimetileno) útiles en la presente invención pueden incluir, además, monómeros funcionales, por ejemplo, hasta aproximadamente 5 % molar de compuestos de sulfonato útiles para impartir capacidad de tinción catiónica. Los ejemplos específicos de compuestos de sulfonato preferidos incluyen 5-sulfoisoftalato de litio, 5-sulfoisoftalato de sodio, 5-sulfoisoftalato de potasio, 4- sulfo-2,6-naftalenodicarboxilato de sodio, sulfonato de tetrametilfosfonio 3 , 5-dicarboxibenceno, sulfonato de tetrabutilfosfonio 3 , 5-dicarboxibenceno, sulfonato de tributil-metilfosfonio 3 , 5-dicarboxibenceno, tetrabutilfosfonio 2 , 6 -dicarboxinaftaleno-4 -sulfonato, tetrametilfosfonio 2 , 6-dicarboxinaftaleno-4 - sulfonato, sulfonato de amonio 3 , 5-dicarboxibenceno, y ésteres derivados de éstos, tal como metilo, dimetilo, y similares.
Con mayor preferencia, los poli (tereftalatos de trimetileno) contienen por lo menos aproximadamente 80 % molar, o por lo menos aproximadamente 90 % molar, o por lo menos aproximadamente 95 % molar, o por lo menos aproximadamente 99 % molar, de unidades repetidas derivadas de 1 , 3 -propanodiol y ácido tereftálico (o equivalente). El polímero más preferido es el homopolímero de poli (tereftalato de trimetileno) (polímero de prácticamente sólo 1 , 3 -propanodiol y ácido tereftálico o equivalente).
El componente polimérico puede contener otros polímeros mezclados con el poli (tereftalato de trimetileno) tal como poli (tereftalato de etileno) (PET) , poli (tereftalato de butileno) (PBT) , un nailon tal como nailon-6 y/o nailon-6,6, etc. y, preferentemente, contiene por lo menos aproximadamente 70 % en peso, o por lo menos aproximadamente 80 % en peso, o por lo menos aproximadamente 90 % en peso, o por lo menos aproximadamente 95 % en peso, o por lo menos aproximadamente 99 % en peso, de poli (tereftalato de trimetileno) en base al peso del componente polimérico. En una modalidad preferida, el poli (tereftalato de trimetileno) se usa sin estos otros polímeros.
Paquete de aditivos
Las composiciones a base de poli (tereftalato de trimetileno) de la presente invención pueden contener aditivos tales como antioxidantes, catalizadores residuales, delustrantes (tales como Ti02, sulfuro de zinc u óxido de zinc), colorantes (tales como tintes), estabilizantes, rellenadores (tales como carbonato cálcico) , agentes antimicrobianos, agentes antiestáticos, abrillantadores ópticos, extensores, auxiliares de procesamiento y otros aditivos funcionales, de aquí en adelante llamados "aditivos chip" . Cuando se usa, el compuesto Ti02 o compuestos similares (tal como sulfuro de zinc y óxido de zinc) se usan como pigmentos o delustrantes en cantidades que se usan normalmente para producir composiciones de poli (tereftalato de trimetileno) , es decir, hasta aproximadamente 5 % en peso o más (en base al peso total de la composición) para producir fibras y cantidades más grandes en algunos otros usos finales. Cuando se usa en polímeros para fibras y películas, el Ti02 se añade en una cantidad, preferentemente, de por lo menos aproximadamente 0.01 % en peso, con mayor preferencia, por lo menos aproximadamente 0.02 % en peso y, preferentemente, hasta aproximadamente 5 % en peso, con mayor preferencia, hasta aproximadamente 3 % en peso, y con la máxima preferencia, hasta aproximadamente 2 % en peso (en base al peso total de la composición) .
Por "pigmento" se hace referencia a aquellas sustancias comúnmente llamadas pigmentos en la técnica. Los pigmentos son sustancias, usualmente en forma de polvo seco, que imparten color al polímero o artículo (por ejemplo, chip o fibra) . Los pigmentos pueden ser inorgánicos u orgánicos, y pueden ser naturales o sintéticos. Generalmente, los pigmentos son inertes (por ejemplo, electrónicamente neutrales y no reaccionan con el polímero) y son insolubles o relativamente insolubles en el medio al que se los añade, en este caso a la composición de poli (tereftalato de trimetileno) . En algunos ejemplos pueden ser solubles.
En las composiciones de las modalidades descritas se usa un aditivo de A bis (difenilfosfato) retardante a las llamas. Un ejemplo de el material incluye bisfenol A-bis (difenilfosfato) .
El bisfenol A-bis ( fenilfosfato) puede mezclarse con otros materiales aditivos retardantes a las llamas y, de esa manera, y también pueden ser adecuados para usar en las modalidades descritas. No obstante, para las presentes modalidades el bisfenol A-bis ( fenilfosfato) y otros aditivos retardantes a las llamas excluyen el nitrógeno.
La invención también se refiere a un proceso para preparar una composición de poli ( tereftalato de trimetileno) con retardancia a las llamas mejorada; el proceso comprende las etapas de :
a) proporcionar (1) bisfenol A-bis (difenilfosfato) con la condición de que el bisfenol A-bis (difenilfosfato) no contenga nitrógeno; y (2) poli (tereftalato de trimetileno) ; b) mezclar el poli (tereftalato de trimetileno) y el bisfenol A-bis (difenilfosfato) para formar una mezcla; y c) calentar y combinar la mezcla con agitación para formar la composición.
Las composiciones a base de poli (tereftalato de trimetileno) de la invención pueden prepararse mediante técnicas de mezclado convencional bien conocidas por las personas experimentadas en la técnica, por ejemplo combinación en extrusor de polímeros, mezclado por fusión, etc.
Cuando el componente polimérico y el (los) aditivo (s) retardante (s) a las llamas se mezclan por fusión, más específicamente, se mezclan y calientan a temperatura suficiente para formar una mezcla por fusión, y se hilan en fibras o se forman en artículos, preferentemente, de forma ininterrumpida. Los ingredientes pueden formarse en una composición combinada de varias maneras. Por ejemplo, pueden (a) calentarse y mezclarse simultáneamente (b) premezclarse en un aparato separado antes de calentarlos, o (c) calentarse y luego mezclarse. El mezclado, calentado y formado puede realizarse en un equipo convencional diseñado para dicho propósito, tal como extrusores, mezcladores de Banbury o similares. La temperatura debe ser mayor que los puntos de fusión de cada componente, pero menor que la temperatura de descomposición más baja y, en consecuencia, debe ajustarse para cada composición particular de aditivo de PTT y retardante a las llamas. Típicamente, la temperatura se encuentra en el intervalo de aproximadamente 180 °C a aproximadamente 270 °C.
Cuando el (los) aditivo (s) retardante (s) a las llamas es (son) un líquido, puede (n) añadirse al componente polimérico por inyección líquida. Generalmente, esto puede lograrse por medio de una bomba de jeringa (por ejemplo, la bomba de jeringa Isco, modelo 1000D, Isco, Lincoln, NE) . Generalmente, la presión que se usa para inyección se elige para facilitar al adición uniforme del aditivo al polímero.
La cantidad de aditivo retardante a las llamas usado es, preferentemente, de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 15 % en peso, en base al peso total de la composición. Con mayor preferencia, la cantidad es de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10 % en peso y, aún con mayor preferencia, de aproximadamente 2 a aproximadamente 6 % en peso, en base al peso total de la composición.
Usos
Otro aspecto de la invención se refiere a artículos y fibras que comprenden la composición de poli (tereftalato de trimetileno) ; los artículos tienen propiedades de retardancia. a las llamas.
Las composiciones a base de poli (tereftalato de trimetileno) de esta invención son . útiles para fibras, tejidos, películas y otros artículos útiles, y para métodos para fabricar tales composiciones y artículos, tal como se describe en varias de las referencias anteriormente citadas. Pueden usarse, por ejemplo, para producir fibras continuas y cortadas, hilos, y textiles de punto, tejidos y no-tejidos. Las fibras pueden ser fibras de monocomponentes o multicomponentes (por ejemplo, bicomponentes) , y pueden tener formas distintas. Son útiles para pisos y textiles.
Un uso final particularmente preferido de las composiciones a base de poli (tereftalato de trimetileno) de la invención es para producir fibras para alfombras, tal como se describe en la patente de los Estados Unidos núm. 7,013,628.
EJEMPLOS
En los ejemplos siguientes, todas las partes, porcentajes, etc., están en peso, a menos que se indique de otra forma.
Ingredientes
El poli (tereftalato de trimetileno) que se usa en los ejemplos es polímero SORONA® "semibrillante" de E.I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, Delaware) .
Los aditivos retardantes a las llamas usados en los ejemplos se describen en la Tabla 1 a continuación.
Tabla 1
El método para demostrar la mejora de la inflamabilidad fue (1) combinar el aditivo retardante a las llamas con el poli (tereftalato de trimetileno), (2) fundir una película del poli (tereftalato de trimetileno) modificado, y (3) probar la inflamabilidad de la película para determinar la mejora de la inflamabilidad con el aditivo retardante a las llamas.
Combinar el aditivo retardante a las llamas
El polímero SORONA® se secó en un horno al vacío a 120 °C por 16 horas, y el aditivo retardante a las llamas también se secó en un horno al vacío a 80 °C por 16 horas.
Se introdujo el polímero seco a una velocidad de 20 libras/hora por la garganta de un extrusor de doble tornillo W & P 30A ( JM núm. 4, tornillo de 30 mm) con un perfil de temperatura de 190 °C en la primera zona a 250 °C en la punta del tornillo y en la matriz de hebras con un solo hueco (4.76 mm de diámetro). Con una bomba de inyección, se introdujo el aditivo líquido retardante a las llamas en la segunda zona del extrusor que tiene un total de 8 zonas, a la velocidad necesaria para obtener la concentración especificada en el polímero, por ejemplo, a una velocidad de 2 libras/hora para obtener una carga de 10 % en el polímero. La garganta del extrusor se purgó con gas de nitrógeno seco durante la operación para minimizar la degradación del polímero. El sistema de extrusión se purgó con polímero seco por >3 minutos antes de la introducción dé cada aditivo retardante a las llamas. El polímero no modificado o la hebra de polímero compuesto de la matriz de 4.76 mm se cortó en bolillas para continuar procesando hasta llegar a formar una película.
Preparación de la película
Todas las muestras se secaron a 120 °C por 16 horas antes de usarlas para preparar películas.
Muestras de polímero SORONA® y polímeros SORONA® compuesto no modificados se introdujeron en la garganta de un extrusor de tornillo doble & P 28D (MGW núm. 3, tornillo de 28 mm) . La garganta del extrusor se purgó con nitrógeno seco durante la operación para minimizar la degradación. Las temperaturas de las zonas variaron de 200 °C en la primera zona a 240 °C en la punta del tornillo con una velocidad de tornillo de 100 rpm. Se llevó polímero derretido a la matriz de películas, 254 mm de ancho x 4 mm de alto, para producir una película de 4 mm de espesor, 254 mm de ancho y hasta aproximadamente 18 metros de largo. El sistema extrusor se purgó con polímero SORONA® no modificado durante por lo menos 5 minutos antes de la preparación de la película con cada artículo de prueba compuesto.
Preparación de la muestra de prueba
Para cada artículo de prueba se cortaron diez muestras de la película de 4 mm de espesor con un troquel de 51 mm x 152 mm. Cinco muestras se cortaron en dirección longitudinal de la película (extrusión) y cinco muestras se cortaron en dirección transversal (perpendicular a la extrusión) . Se secaron al horno diez muestras de película de prueba a 105 °C por más de 30 minutos, seguido del enfriamiento en un desecador por más de 15 minutos antes de realizar la prueba. Prueba de inflamabilidad de la película
Una muestra de la película, de 51 mm x 152 mm x 4 mm, obtenida tal como se describió anteriormente, se mantuvo en un ángulo de 45°. Una llama de butano de 19 mm de largo se aplicó al borde inferior de 51-mm de ancho de la película hasta que se encendió. Después de que la llama se apagó, se determinó el porcentaje de la muestra de la película que se quemó o desapareció y se registró como porcentaje consumido. Cuanto más bajo el resultado del porcentaje consumido, tanto mejor la retardancia a las llamas del aditivo.
Ejemplo comparativo A
Se preparó una película Sorona® de poli (tereftalato de trimetileno) sin ningún aditivo retardante a las llamas y se realizó una prueba tal como se describió anteriormente.
La Tabla 1 muestra los resultados de la prueba de inflamabilidad de la película. Cada artículo de prueba y control de polímero compuesto se comprobó cinco veces longitudinal y transversalmente y el promedio se muestra en la Tabla 1. Todos los artículos que contienen retardante a las llamas mencionados anteriormente mostraron mejora en esta prueba en comparación con el artículo de control (polímero Sorona®) . El tiempo de ignición para cada prueba fue de 1 segundo.
Tabla 1
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (16)
1. Una composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) caracterizada porque comprende: (a) de aproximadamente 75 a aproximadamente 99.9 % en peso de un componente polimérico, en donde el porcentaje en peso del componente polimérico se basa en la composición total que comprende por lo menos aproximadamente 70 % en peso de un poli (tereftalato de trimetileno), en donde el porcentaje en peso se basa en el componente polimérico, y (b) de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 25 % en peso de un paquete de aditivos en base a la composición total, en donde el paquete de aditivos comprende de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 15 % en peso de bisfenol A-bis (difenilfosfato) , en donde el porcentaje en peso del componente polimérico se basa en la composición total con la condición de que el bisfenol A-bis (difenilfosfato) no contenga nitrógeno.
2. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el paquete de aditivos comprende de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10 % en peso de bisfenol A-bis (difenilfosfato) , en donde el porcentaje en peso se basa en la composición total.
3. La composición a base de poli (tereftalato de tr metileno) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el paquete de aditivos comprende de aproximadamente 2 a aproximadamente 6 % en peso de bisfenol A-bis difenilfosfato, en donde el porcentaje en peso se basa en la composición total.
4. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poli (tereftalato de trimetileno) del tipo que se elabora mediante la policondensación del ácido tereftálico o ácido equivalente y 1, 3-propanodiol .
5. La composición a base de tereftalato de politrimetileno de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el 1 , 3 -propanodiol se deriva de una fuente renovable .
6. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poli (tereftalato de trimetileno) es un homopolímero de poli- (trimetilenftalato) .
7. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el componente polimérico comprende un polímero adicional.
8. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el componente polimérico comprende un poli (tereftalato de etileno) .
9. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el componente polimérico comprende un poli (tereftalato de butileno).
10. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el componente polimérico comprende un nailon .
11. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el paquete de aditivos comprende un Ti02.
12. La composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el paquete de aditivos comprende, además, uno o más materiales adicionales de aditivo retardante a las llamas con la condición de que los materiales retardantes a las llamas no contengan nitrógeno.
13. Un proceso para preparar una composición a base de poli (tereftalato de trimetileno) , caracterizado porque comprende las etapas de: a) proporcionar (1) bisfenol A-bis (difenilfosfato) con la condición de que el bisfenol A-bis (difenilfosfato) no contenga nitrógeno; y (2) tereftalato de politrimetileno; b) mezclar el tereftalato de politrimetileno y el bisfenol A-bis difenilfosfato para formar una mezcla; y c) calentar y combinar la mezcla con agitación para formar la composición.
14. El proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa (c) ocurre en aproximadamente 180 °C a aproximadamente 270 °C.
15. Un artículo caracterizado porque es elaborado a partir de la composición a base de tereftalato de politrimetileno de conformidad con la reivindicación 1.
16. El artículo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la composición a base de tereftalato de politrimetileno de conformidad con la reivindicación 1 está en forma de fibra.
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