MXPA02009492A

MXPA02009492A - Espuma pirorresistente y productos de espuma, metodos y dispersiones para su elaboracion.

Info

Publication number: MXPA02009492A
Application number: MXPA02009492A
Authority: MX
Inventors: Sammie J Glorioso
Original assignee: Apache Prod Co
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2003-02-12
Also published as: WO2001072863A1; US7435762B2; US20040122119A1; EP1268593A1; CA2403867A1; EP1268593A4; JP2003528950A; AU2001249453A1

Abstract

Se produce una espuma polimerica sintetica que incorpora particulas finas de grafito expandible las cuales sorprendentemente imparten excelentes propiedades pirorresistentes a la espuma, particularmente a espuma elaborada con un hidrocarburo no halogenado como el agente de soplado principal. Para mejores resultados, la espuma se produce al mezclar los materiales constitutivos, que incluyen grafito expandible, utilizando un extrusor helicoidal. La espuma tambien se puede producir al generar una dispersion de grafito/poliol o grafito/isocianato en un extrusor y despues mezclar los componentes restantes en un lote convencional de mezclado o un proceso de aspersion a alta presion. Alternativamente, se puede utilizar el mezclado convencional para todo el proceso, pero se prefiere el uso de un extrusor helicoidal en la totalidad o en parte.

Description

ESPUMA PIRORRESISTE TE Y PRODUCTOS DE ESPUMA, MÉTODOS Y DISPERSIONES PARA SU ELABORACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con espuma y productos de espuma que tienen excelente pirorresistencia que se obtiene mediante el uso de grafito expandible. En particular, la espuma se elabora preferiblemente utilizando partículas pequeñas de grafito expandible y un hidrocarburo no halogenado como un agente de soplado primario en un proceso de extrusión. En las modalidades preferidas, la espuma rígida de poliisocianurato se elabora con partículas de grafito expandible que tengan un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros que muestren propiedades de autoextinción y buena calidad de aislamiento.

ANTECEDENTES Se conocen en la técnica las espumas así como los procesos para su elaboración. Típicamente, tales espumas se producen al hacer reaccionar ingredientes tales como un poliisocianato con un material reactivo con isocianato tal como un poliol en presencia de un agente de soplado. Las espumas sintéticas tienen muchos usos y se producen de muchas maneras. Se utilizan paneles de aislamiento de espuma rígida en la construcción de edificios. Se utiliza una materia prima de bollo de espuma para aislamiento de congeladores. Se utiliza espuma flexible en la elaboración de automóviles y muebles. Se utilizan productos de espuma conformados para las fachadas de edificios y efectos de ornato para usos tanto en interior como en exterior. Los productos de espuma generalmente son altamente flamables cuando se elaboran únicamente de sus componentes básicos. En el pasado se han utilizado diversos materiales para impartir pirorresistencia a las espumas. Por ejemplo, se han utilizado de manera convencional pirorretardantes líquidos estándar tales como productos de TRIS (-cloro-2-propil) fosfato, disponible comercialmente como ANTI-BLAZE 80 de Albright y Wilson y como PCF de Akzo Nobel, para aumentar la pirorresistencia de la espuma. Tales aditivos se pueden utilizar para elaborar una espuma con clasificación Factory Mutual Class 1 cuando se utilizan hidrocarburos halogenados orgánicos tales como 1, 1-dicloro-l-fluoretano (HCFC-141b) como el agente de soplado principal. Sin embargo, espumas similares elaboradas con hidrocarburos no halogenados tales como isopentano o ciclopentano, utilizados como el agente de soplado principal, no producen una espuma con clasificación Factory Mutual Class 1. Generalmente se conoce el uso del grafito expandible como un pirorretardante para espumas de polímero, a partir de las enseñanzas de la patente de E.U.A. 3,574,644. Se ha demostrado que el tamaño de partícula tiene impacto en la eficacia del grafito expandible como un pirorretardante. Por ejemplo, la patente de E.U.A. 5,169,876 describe el uso eficaz de grafito expandible en una espuma flexible de poliuretano con un tamaño de partícula de 300 a 1000 micrómetros, pero ese uso de grafito expandible que tiene un tamaño de partícula menor de 200 micrómetros es ineficaz. Es deseable producir espuma y productos de espuma que tengan características mejoradas de pirorresistencia y autoextinción. Dado que el uso de ciertos hidrocarburos halogenados puede tener efectos ambientales perjudiciales, también es deseable proporcionar una espuma elaborada con un hidrocarburo no halogenado como el agente de soplado principal.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN Se produce una espuma de polímero sintética que incorpora partículas finas de grafito expandible que sorprendentemente imparten excelentes propiedades pirorresistentes a la espuma, particularmente a espuma elaborada con un hidrocarburo no halogenado como el agente de soplado primario. Para mejores resultados, la espuma se produce a través del mezclado de materiales constitutivos, que incluyen el grafito expandible utilizando un extrusor helicoidal. La espuma también se puede producir al generar una dispersión de grafito/poliol o de grafito/isocianato en un extrusor y después mezclar los componentes restantes en un proceso de mezclado por lotes convencional o de aspersión a alta presión. De manera alternativa, se puede utilizar mezclado convencional para todo el proceso, pero se prefiere el uso de un extrusor helicoidal en la totalidad o en parte. Se puede utilizar material de grafito expandible que tenga un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros, tal como el grafito expandible disponible comercialmente como GRAFGuard 160-80 (malla 80, 177 micrómetros) de UCAR Graph-Tech Inc., en donde se encapsulan dentro del grafito ácido sulfúrico y ácido nítrico. Se prefiere un grado neutro de grafito expandible que tenga un PH de por lo menos 5, preferiblemente 7, con un umbral de expansión de 160°C tal como GRAFGuard 160-80N. Se puede utilizar un grafito expandible con un tamaño de partícula promedio muy fino de 100 micrómetros o menos, tal como GRAFGuard 160-150 N, (malla 150) con un agente de soplado de hidrocarburo no halogenado cuando se utiliza un extrusor para elaborar una espuma rígida PUR/PIR. Preferiblemente, la formulación de espuma incluye por lo menos 1% de carga de grafito expandible para producir una espuma pirorresistente y por lo menos 3% de carga para producir una espuma o productos de espuma que se extingan a si mismos. Cuando se someten a - quemado, las partículas expandibles de grafito dentro de la espuma se expanden hasta cientos de veces el diámetro original creando una escoria de grafito que presenta una excelente pirorresistencia además de proporcionar propiedades de autoextinción . Los solicitantes han descubierto que el uso de una combinación única de grafito expandible y negro de carbón produce un excelente producto de espuma que tiene cualidades de pirorresistencia y buen aislamiento, incluso cuando se utilizan agentes de soplado de hidrocarburo no halogenado en la elaboración de la espuma. Un objetivo de la presente invención es proporcionar espuma y productos de espuma que tengan pirorresistencia mej orada . Un objetivo adicional es proporcionar diversos métodos para elaborar tales espumas incluyendo el uso de un extrusor y el uso de agentes de soplado de hidrocarburo no halogenados . Un objetivo adicional es utilizar grafito expandible o negro de carbón con un tamaño de partícula pequeño en la elaboración de tal espuma. Otros objetivos y ventajas de la presente invención se volverán evidentes ante la descripción de las presentes modalidades preferidas.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración esquemática de un aparato para extruir espuma polimérica, o dispersiones para uso en la elaboración de tal espuma, de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La figura 2 es una vista lateral en sección transversal de la cabeza de extrusor del extrusor de la figura 1. La tabla 1 refleja un ejemplo de control elaborado sin el grafito expandible y con un agente de soplado de hidrocarburo no halogenado. La tabla 2 muestra tres ejemplos de espuma elaborados de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La tabla 3 refleja las características de espuma de los ejemplos que se establecen el las tablas 1 y 2. La tabla 4 refleja ejemplos adicionales de extrusor elaborados de espuma de isocianurato que reflejan el ejemplo 5 de control y los ejemplos 6 y 7, elaborados de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La tabla 5 refleja las características de espuma de los ejemplos que se establecen en la tabla 4, en comparación con los ejemplos en la técnica anterior adicionales. La tabla 6 muestra formulaciones preferidas de material de tablero.

La tabla 7 muestra formulaciones preferidas de material de bollo. La tabla 8 muestra formulaciones preferidas de dispersión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Las espumas de acuerdo con la presente invención preferiblemente se fabrican utilizando un extrusor, tal como el sistema 102 extrusor que se ilustra esquemáticamente en la figura 1. El extrusor se puede utilizar para todo el proceso o para elaborar una dispersión de grafito expandible o negro de carbón que después se utiliza para elaborar espuma utilizando cualquier método de mezclado. El uso del extrusor proporciona mejores resultados, pero se pueden utilizar otros métodos de mezclado convencionales. El sistema 102 de extrusión incluye un extrusor 104 helicoidal sencillo o doble y un sistema 106 de depósito asociado. El extrusor 104 incluye una serie de cilindros C1-C12 y una cabeza 120 extrusora. Preferiblemente se utiliza un extrusor helicoidal doble tal como el que se describe en la patente de E.U.A. 5,723,506 cedida a la cesionaria de la presente invención. El sistema 106 de depósito incluye una pluralidad de depósitos 150-156 desde los cuales se aplican los componentes de espuma. Los depósitos 150-156 alimentan los materiales de componente de espuma a los cilindros C1-C12 y la cabeza 120 del extrusor 104 por medio de una red de tuberías de alimentación y válvulas, como se ilustra. En la fabricación de espuma utilizando el sistema de extrusión de la figura 1, se proporcionan preferiblemente partículas de grafito expandibles al extrusor 104 en el cilindro Cl desde una estación 150 de llenado. El grafito expandible o el negro de carbón adicional preferiblemente se proporcionan al extrusor 104 en el cilindro C4 desde una estación 152 de llenado. La solución de isocianato preferiblemente se mezcla y alimenta a los cilindros C2 y Cß del extrusor 104 desde los depósitos 151 y 153. La solución de isocianato opcionalmente se puede mezclar de antemano con un agente de dispersión o un tensioactivo en los depósitos 151 y 153 y se proporciona al extrusor 104 con el isocianato en los cilindros C2 y Cd. El poliol se proporciona de manera preferible desde un depósito 155 y se alimenta al extrusor 104 en el cilindro C9. El tensioactivo, el agente de curado y el agente de espumado preferiblemente se mezclan de antemano con el poliol contenido en el depósito 155 y se alimenta en el extrusor 104 en el cilindro C9. Los agentes de espumado o de soplado preferiblemente se proporcionan desde un depósito 154 y se alimentan al extrusor 104 en el cilindro C8 sin mezclado previo con otros componentes. Adicionalmente, los agentes de espumado o de soplado se pueden mezclar con el poliol en el depósito 155 antes de entrar al extrusor 104 en el cilindro C9. Por ejemplo, se proporciona un agente de espumado al extrusor 104 en el cilindro C9 después de que el agente de espumado se mezcla primero con una mezcla de poliol/tensioactivo. El catalizador se introduce preferiblemente dentro del extrusor 104 vía una cabeza 120 extrusora desde el depósito 156.' En la figura 2 se muestra una vista lateral en sección transversal de la cabeza 120 extrusora del sistema de extrusión. Al elaborar la espuma, la mezcla de las partes constitutivas de las partículas de grafito, isocianato, poliol y materiales adicionales, sin los catalizadores, llegan vía una manguera 200 (que se muestra en la figura 1) a un orificio 202 de entrada en un bloque 204 de mezclado de la cabeza 120 extrusora. En el bloque 204 de mezclado, la mezcla de componentes se desplaza por medio de un engranaje 206 sin fin a un agitador 208 que se encuentra en un área 210 de cavidad. Posteriormente, el catalizador entra en el orificio 214 de catalizador y se desplaza a lo largo de un ducto 215 para llegar al área 210 de cavidad por medio del orificio 216 de entrada de catalizador. La mezcla de las partes constitutivas del isocianato con grafito expandible, poliol y agentes adicionales y catalizadores se unen mezclándose en el agitador 208 en el área 210 de cavidad y continúan fuera del área 210 de cavidad, preferiblemente sobre un sistema transportador tal como el transportador que se ilustra en la patente de E.U.A. No. 5,723,506. Preferiblemente, la cavidad 210 tiene una anchura de 2 a 3 pulgadas de ancho y el agitador se hace girar a aproximadamente 3500 a 5500 rpm. Un método preferido de elaboración de espuma utilizando el extrusor de la figura 1 incluye alimentar partículas de grafito y negro de carbón de una fuente 150 al extrusor 104 en el cilindro Cl . Se alimenta una mezcla de isocianato, agente dispersante y tensioactivo al extrusor 104 en el cilindro C2 del depósito 151. Se pueden agregar partículas de grafito o negro de carbón adicionales desde la fuente 152 y se alimentan al extrusor 104 en el cilindro C4 particularmente, cuando la carga de partículas de grafito o de negro de carbón va a exceder de 12-15%. Después se agrega una mezcla adicional de isocianato, agente dispersante y tensioactivo al extrusor 104 en el cilindro C6 desde el depósito 153. Se proporciona un agente de soplado al extrusor 104 en el cilindro C8 desde el depósito 104. Se alimentan el poliol, espumante y agente de soplado, tensioactivo y agente de curado al extrusor 104 en el cilindro C9 desde el depósito 155. Finalmente se proporciona un catalizador o una mezcla de catalizadores a la cabeza 120 extrusora desde el depósito 156.

Un método preferido para elaborar una dispersión de isocianato de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención utiliza el extrusor de la figura 1 e incluye alimentar partículas de grafito o negro de carbón desde la fuente 150 al extrusor 104 en el cilindro Cl. Se alimenta una mezcla de isocianurato y agente dispersante, opcionalmente con un tensioactivo al extrusor 104 en el cilindro C2 del depósito 151. Se pueden agregar partículas adicionales de grafito o de negro de carbón desde los depósitos 152 y alimentarlas al extrusor 104 en el cilindro C4. Después se puede agregar una mezcla adicional de isocianurato y agente dispersante, opcionalmente con un tensioactivo, al extrusor 104 en el cilindro C6 desde el depósito 153. No se agregan materiales de poliol o catalizador al extrusor y la dispersión resultante sale del extrusor en el último cilindro C12 y preferiblemente se dirige al interior de un recipiente apropiado, desviándose a la cabeza 202 del extrusor. Un método preferido para elaborar una dispersión de poliol de acuerdo con la presente invención utilizando el extrusor de la figura 1 incluye alimentar partículas de grafito o negro de carbón desde una fuente 150 o una fuente 152 del extrusor 104 en el cilindro Cl o en el cilindro C4. Se alimenta una mezcla de poliol y un agente dispersante, opcionalmente con un agente espumante, agente de soplado, tensioactivo o agente de curado, al extrusor 104 en el cilindro C9 desde el depósito 155. La dispersión de poliol sale del extrusor en el cilindro C12 y se dirige preferiblemente al interior del recipiente apropiado, desviando la cabeza 202 del extrusor. La producción de espumas basadas en isocianatos se conoce por si misma y se describe, por ejemplo, en el documento alemán Offenlegungsschriften 1,694,142, 1,694,215 y 1,7020,768 así como Kunststoff-Handbuch [manual de plásticos] volumen VII, poliuretano, editado por Vieweg and Hochtlen, Cari Hánser Verlag, Munich, 1966 y en la nueva edición de este tomo, editada por G. Oertel, Cari Hanser vedag, Munich, Vienna, 1983. Estas espumas son principalmente aquellas que comprenden grupos uretano, isocianurato, alofanato, uretdiona, urea o carbodiimida, o cualquiera de ellos en cualquier combinación. Los componentes iniciales preferidos incluyen poliisocianatos alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos, aromáticos y heterocíclicos, tales como los que se describen, por ejemplo, por . Siefken en Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, pp . 75-136, por ejemplo aquellos de la fórmula Q(NC0)n en la cual n indica 2-4, preferiblemente 2-3 y Q indica un radical de hidrocarburo alifático de 2 a 18, preferiblemente 6 a 10 átomos de carbono, un radical de hidrocarburo cicloalifático de 4 a 15, preferiblemente 5 a 10 átomos de carbono, un radical de hidrocarburo aromático de 6 a 15, preferiblemente 6 a 13 átomos de carbono o un radical de hidrocarburo aralifático de 8 a 15, preferiblemente 8 a 13 átomos de carbono, por ejemplo, tales poliisocianatos se describen en DE-OS 2,832,253, pp. 10-11. De manera habitual, se prefieren particularmente los poliisocianatos que son accesibles con facilidad técnica, por ejemplo diisocianato de 2 , 4-toluileno o 2 , 6-toluileno así como cualquier mezcla de estos isómeros ("TDI"), poliisocianatos de polifenil-5-polimetileno, tales como los que se obtienen a partir de condensación de anilina y formaldehído y tratamiento subsecuente con fosgeno ("MDl crudo"), y poliisocianatos que comprenden grupos carbodiimida, grupos uretano, grupos alofanato, grupos isocianurato, grupos urea o grupos biuret ("poliisocianatos modificados"), especialmente aquellos poliisocianatos modificados los cuales se derivan de diisocianato de 2 , 4-toluileno o 2 , 6-toluileno y diisocianato de 4,4 ' -difenilmetano o de 2,4 ' -difenilmetano. Los componentes iniciales pueden adicionalmente ser compuestos de un peso molecular habitualmente de 400 a 10,000 que contienen por lo menos dos átomos de hidrógeno que reaccionan a isocianatos. Estos comprenden, además de los compuestos que contienen grupos amino, tio o carboxilo, preferiblemente compuestos que contienen grupos hidroxilo, en particular compuestos que contienen 2 a 8 grupos hidroxilo, especialmente aquellos de peso molecular de 1,000 a 6,000, preferiblemente de 2,000 a 6,000, por ejemplo poliéteres y poliésteres así como policarbonatos y amidas de poliéster que contienen por lo menos 2 , habitualmente 2 a 8 , preferiblemente 2 a 6 grupos hidroxilo; estos compuestos se conocen por si mismos para la preparación de poliuretanos homogéneos y celulares y de describen, por ejemplo, en DE-OS 2,832,253, pp. 11-18. Cuando es apropiado, los compuestos que comprenden por lo menos dos átomos de hidrógeno reactivos a isocianatos y de un peso molecular de 32 a 399 se pueden utilizar como componentes de inicio adicionales. Además, en este caso, los compuestos que contienen grupos hidroxilo, grupos amino y grupos tiol o grupos carboxilo, preferiblemente compuestos que contienen grupos hidroxilo o grupos amino, se entiende que son aquellos los cuales utilizan como alargadores de cadena o agentes reticulantes. Estos compuestos habitualmente tienen 2 a 8, preferiblemente 2 a 4 átomos de hidrógeno reactivos a isocianatos. Los ejemplos apropiados se describen en DE-OS 2,832,253, pp . 19-20. Otros ejemplos de poliisocianatos y polioles útiles en la invención se describen en la patente de E.U.A. No. 5,149,722, cocedida por la cesionaria de la presente invención incorporada en la presente como referencia en su totalidad. Los agentes de soplado que se pueden utilizar para elaborar espuma incluyen agua o sustancias inorgánicas u orgánicas volátiles con facilidad y otros agentes de soplado volátiles auxiliares utilizados típicamente para expandir o soplar espumas de PUR/PIR. Sin embargo, el agua se utiliza en cantidades pequeñas y sirve como un agente espumante cuando se utilizan otros agentes de soplado. Los agentes de soplado orgánicos incluyen acetona, acetato de etilo, alcanos sustituidos con halógeno tales como cloruro de metileno, cloroformo, cloruro de etilideno, cloruro de vinilideno, monofluorotriclorometano, clorodifluorometano, diclorodifluorometano, diclorodifluoroetano, diclorotrifluoroetano; también agentes de soplado de hidrocarburos halogenados y no halogenados . Los ejemplos específicos de agentes de soplado de hidrocarburo no halogenados incluyen: pentano, butano, hexano, heptano, dietiléter, isopentano, n-pentano y ciclopentano. Los ejemplos específicos de agentes de soplado de hidrocarburo halogenado incluyen: 1,1,1,4,4, 4-hexafluorobutano (HFC-356) ; 1, 1-dicloro-l-fluoroetano (HFC-141/b) ; los tetrafluoroetanos tales como 1, 1, 1, 2-tetrafluoroetano (HFC- 134a); los pentafluoropropanos tales como 1,1,2,2,3-pentafluoropropano (HFC-245ca) , 1 , 1 , 2 , 3 , 3 -pentafluoropropano (HFC 245ea) , 1, 1, 1, 2, 3 -pentafluoropropano (HFC-245eb) y 1, 1, 1, 3, 3 -pentafluoropropano (HFC-245fa'; los hexafluoropropanos tales como 1, 1, 2 , 2 , 3 , 3 -hexafluoropropano (HFC-236ca) , 1 , 1, 1 , 2 , 2 , 3 -hexafluoropropano (HFC-236cb) , 1, 1, 1, 2, 3, 3 -hexafluoropropano (HFC-236ea) , 1,1,1,3,3,3,-hexafluoropropano (HFC-236fa) ; los pentafluorobutanos tales como 1, 1, 1, 3 , 3-pentafluorobutano (HFC-365) ; y difluoroetanos tales como 1, 1-difluoroetano HFC-152a) . Los agentes de soplado inorgánicos son, por ejemplo, aire, C02 o N20. También se puede obtener un efecto de soplado al agregar compuestos que se descomponen a temperaturas por encima de la temperatura ambiente generando gases, tales como azodicarbonamida o azoisobutironitrilo. Otros ejemplos de agentes de soplado se pueden encontrar en Kunststoff-Handbuch, Vol. VII, por Vie eg and Hochtlen, Carl-Hanser Verlag, Munich, 1966, en las páginas 108 y 109, 453 a 455 y 507 a 510. Se utilizan en combinación diferentes tipos de agentes de soplado, pero se ha evitado el uso de una sustancia química de hidrocarburo no halogenado como el agente de soplado principal debido a la inflamabilidad de espumas que resultan convencionalmente. El uso de grafito expandible como se describe por la presente invención permite el uso de un agente de soplado principal, no halogenado, en la elaboración de espuma el cual se puede clasificar como Factory Mutual Class 1 cuando se prueba utilizando el método de prueba ASTM E84. Cuando es apropiado, se pueden utilizar otros agentes auxiliares y aditivos al mismo tiempo tales como: - agua u otras sustancias orgánicas altamente volátiles como propelentes, es decir, como agentes de espumado; catalizadores adicionales del tipo conocido por si mismo, en cantidades de hasta 10% en peso del componente de poliol; - aditivos tensioactivos, tales como emulsificantes y estabilizantes de espuma, y retardantes de reacción, por ejemplo sustancias acidas tales como ácido clorhídrico o haluros de ácido orgánico, también reguladores de celda del tipo conocido por si mismo, tales como parafinas o alcoholes grasos o dimetilpolisiloxanos, así como pigmentos y colorantes y otros pirorretardantes de los tipos conocidos por si mismos, por ejemplo fosfato de tricresilo, también estabilizantes contra el efecto del envejecimiento y desgaste por el medio, plastificantes y fungistáticos y bacteriostáticos así como cargas tales como ilfato de bario, kieselguhr, negro de carbón, microesferas expandidas o expandibles o carbonato de calcio. Otros ejemplos de aditivos tensioactivos, estabilizantes de espuma, reguladores de celda, retardantes de reacción, estabilizantes, pirorretardantes, plastificantes, colorantes, cargas, fungistáticos, bacteriostáticos que se pueden utilizar al mismo tiempo si es apropiado, así como detalles respecto al uso y acción de estos aditivos, se describen en Kunststoff-Handbuch [Plastics Handbook] , Volumen - VII, editado por Vieweg and Hochtlen, Cari Hanser Verlag, Munich 1966, por ejemplo en las páginas 103 a 113. Las tablas 1 a 3 muestran diversas espumas, los ejemplos 1 a 4, elaborados de acuerdo con el método de extrusión que se menciona antes. Un agente de soplado de hidrocarburo no halogenado, pentano, es el agente de soplado que se utiliza en todos los ejemplos, 1 a 4. t t oí o un L? i-o I Tabla 3 El ejemplo 1 refleja un ejemplo de control sin material de grafito expandible. En comparación, los otros ejemplos se elaboran con cantidades diferentes de grafito expandible que tienen un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros. Se realizaron pruebas de quemado con la espuma control, ejemplo 1, y las espumas de grafito expandible, ejemplos 2 a 4. Se midieron el espesor y la pérdida de peso de los ejemplos. Visualmente, la espuma de poliisocianurato elaborada - con el agente de soplado no halogenado y con 5% de carga o más de grafito expandible, ejemplos 2 a 4, no produce un humo negro perceptible al igual que el poliisocianurato elaborado con el agente de soplado no halogenado y un pirorretardante líquido convencional, ejemplo 1. No hay aumento significativo en la densidad utilizando grafito expandible en el intervalo de 5% a 12%. También existe considerablemente menos dispersión de flama observada durante el quemado con 5% o más de partículas de grafito. En base en los resultados de la prueba, se determina que las espumas pirorretardantes se pueden elaborar al proporcionar 1% a 50% en peso, distribuido uniformemente, de partículas de grafito expandible que tengan un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros. Además, el uso de tal grafito expandible en un intervalo preferido de 3%-20% en peso puede generar una espuma con clasificación Class 1 por Factory Mutual Standard F.M. 4450 y Underwriters Laboratories Standard UL1256 cuando se prueba utilizando el método de prueba ASTM E84. Las tablas 4 a 5 reflejan un análisis comparativo adicional, ejemplos 5 a 7, de una espuma control versus dos espumas de ejemplo, elaboradas de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. El ejemplo 5 de control no contiene grafito expandible. El ejemplo 6 contiene grafito expandible y el ejemplo 7 contiene una combinación de grafito expandible y negro de carbón. En todos los casos, el agente de soplado principal es una sustancia química de hidrocarburo no halogenado. En los ejemplos 6 y 7 se utiliza menos de 1% de un agente de cosoplado de hidrocarburo halogenado y menos de 1% de agua que sirve como un agente espumante.

Tabla 4 Tabla 5 * Elaborado con una combinación de isopentano/ciclopentano como agente de soplado principal ** Elaborado con (HCFC-141b) como agente de soplado principal.

Como se refleja en la tabla 5, la espuma elaborada de acuerdo con el ejemplo 7 tiene el mejor factor K y de otra manera es comparable con la espuma comercial de la técnica anterior, espuma II, elaborada con un agente de soplado de hidrocarburo halogenado. La espuma elaborada de acuerdo con el ejemplo 6 presenta un factor K mejor que el de la espuma competitiva de la técnica anterior, espuma I, elaborada con un agente de soplado primario no halogenado, pero no tan bueno como la espuma de la técnica anterior, espuma II, elaborada con un agente de soplado primario no halogenado. Sin embargo, a diferencia de la espuma de la técnica anterior elaborada con un agente de soplado principal no halogenado, la espuma I, la espuma del ejemplo 6 pasa el Factory Mutual Standard F.M. 4450 y el Underwriters Laboratory Standard UL 1256 para una nominación clase 1 cuando se prueba de acuerdo con el método de prueba ASTM E84. En base en los resultados de los ejemplos 2, 3, 4 y 6, se considera que la espuma del ejemplo 7 también concuerda con la clasificación Factory Mutual Class 1 cuando se prueba independientemente, de acuerdo con el método de prueba ASTM E84.

De acuerdo con la experimentación y las pruebas realizadas por los presentes inventores, las formulaciones preferidas para la fabricación de material de tablero y material de bollo PUR/PIR como se establece en las tablas 6 y 7, respectivamente. Aunque los tipos o fuentes preferidas de los materiales componentes se identifican, estos son ejemplos no limitantes. Se pueden agregar a las formulaciones que se establecen en las tablas 6 y 7 diversos materiales aditivos diferentes como se discute en lo anterior, que preferiblemente no excedan de 100 partes en peso. Estas formulaciones de espuma PIR/PUR se caracterizan principalmente en el uso de por lo menos grafito expandible 3%, que preferiblemente tiene un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros, el uso de una sustancia química de hidrocarburo no halogenado o una combinación como el agente de soplado principal, y el uso de menos de 1% de agente de soplado halogenado. El uso de por lo menos 4.5% de grafito expandible y 3.5% de negro de carbón puede producir una espuma con clasificación clase 1 por Factory Mutual Standard F.M. 4450 y Underwriters Laboratories Standard UL1256 cuando se prueba utilizando el método de prueba ASTM E84.

Tabla 6 Tabla 7 Preferiblemente, los componentes se combinan mediante el uso de un extrusor como se establece en lo anterior. Alternativamente, los componentes se pueden mezclar utilizando otros métodos. Cuando se utiliza el mezclado convencional, se prefiere crear ya sea un poliol o dispersión de isocianato con el grafito expandible y opcionalmente negro de carbón el cual después se utiliza para elaborar la espuma de acuerdo con las formulaciones que se establecen en las tablas 6 y 7. La tabla 8 establece las formulaciones de dispersión preferidas a este respecto. Las dispersiones elaboradas de esta manera se pueden almacenar o transportar a otros lugares con efecto mínimo en la uniformidad de la distribución de las partículas de grafito expandibles en la dispersión. Esto permite que un solo extrusor suministre muchas facilidades de procesamiento por lotes para producir espuma de acuerdo con uno de los métodos preferidos que se describen por la presente invención.

Tabla 8 FORMULACIONES DE DISPERSIÓN PREFERIDAS Componente Dispersión de poliol Dispersiói i lSO PBW Intervalo PBW Intervalo Isocianato (MRP, Bayer) 0 241 +10 Poliol de poliéster (Stepan 2352) 100.00 ±5 0 Grafito expandible (160-80-N, Graph-Tech Ine) 15.00 +1.0 15.00 +1.0 Grafito expandible (160-80-N, Graph-Tech Ine) 15.00 +1.0 15.00 +1.0 o negro de carbón Agente dispersante (Pelron 344, fenol 3.50 +0.5 3.50 +0.5 etoxilado) Otros ingredientes no reactivos 0 +50 0 + 100

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una espuma rígida de poliuretano o poliisocianurato, o ambas, que tiene pirorresistencia, que comprende: de 1 a 50% en peso de partículas de grafito expandibles, dispersadas de manera uniforme que tienen un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros y de 99 a 50% en peso de una espuma de poliuretano de celda cerrada.

2. La espuma rígida de poliuretano o poliisocianurato, como se describe en la reivindicación 1, en donde las partículas expandibles de grafito comprenden 3 a 20% en peso de la espuma y tienen un pH mayor de 5.

3. La espuma como se describe en la reivindicación 2 , la cual pasa la prueba de quemado de Factory Mutual Standard F.M. 4450 y el estándar de Underwriters Laboratories UL 1256 para clasificaciones clase 1 cuando se prueban de acuerdo con el método de prueba ASTM E84.

4. La espuma rígida de poliuretano o poliisocianurato, como se describe en la reivindicación 1, que tiene por lo menos 4.5% en peso de partículas expandibles de grafito y por lo menos 3.5% en peso de negro de carbón.

5. La espuma como se describe en la reivindicación 4 , la cual pasa la prueba de quemado de Factory Mutual Standard F.M. 4450 y el estándar de Underwriters Laboratories UL 1256 para clasificaciones clase 1 cuando se prueba de acuerdo con el método de prueba ASTM E84.

6. La espuma como se describe en la reivindicación 2, en donde las partículas de grafito expandibles son grafito expandible GRAFguard 160-80-N.

7. Una espuma de poliuretano o de poliisocianurato que tiene pirorresistencia, que se elabora utilizando por lo menos 3% en peso de grafito expandible y una sustancia química de hidrocarburo no halogenado o una combinación química de hidrocarburo no halogenado como agente de soplado principal.

8. La espuma como se describe en la reivindicación 7, en donde las partículas expandibles de grafito son grafito expandible GRAFguard 160 -80-N.

9. La espuma como se describe en la reivindicación 7, en donde el agente de soplado primario se selecciona del grupo que consiste de pentano, butano, hexano, heptano, dietiléter, isopentano, n-pentano y ciclopentano o combinaciones de sustancias químicas de tal grupo.

10. Una espuma rígida de poliuretano o poliisocianurato, elaborada como se describe en la reivindicación 7, al mezclar: 10.57 a 41.14 PBW de partículas expandibles de grafito que tienen un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros; 191 a 400 PBW de isocianato; 75 a 125 PBW de poliol; 16 a 36 PBW de una sustancia química de hidrocarburo no halogenado o una combinación de sustancias químicas de hidrocarburo no halogenadas como agente de soplado principal; 0 a 20.57 PBW de negro de carbón; y 19 a 165 PBW de otros ingredientes con menos de 1% de agentes de soplado halogenado .

11. La espuma como se describe en la reivindicación 10, la cual pasa la prueba de quemado de Factory Mutual Standard F.M. 4450 y el estándar de Underwriters Laboratories UL 1256 para clasificaciones clase 1 cuando se prueban de acuerdo con el método de prueba ASTM E84.

12. Una espuma rígida de poliuretano o poliisocianurato, elaborada como se describe en la reivindicación 7, al mezclar: 14 a 40 PBW de partículas expandibles de grafito que tienen un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros; 192 a 500 PBW de isocianato; 75 a 125 PBW de poliol; 5 a 46 PBW de una sustancia química de hidrocarburo no halogenado o una combinación de sustancias químicas de hidrocarburo no halogenadas como agente de soplado principal; 0 a 20 PBW de negro de carbón; y 20 a 155 PBW de otros ingredientes con menos de 1% en peso de agentes de soplado halogenado.

13. La espuma como se describe en la reivindicación 12, la cual pasa la prueba de quemado de Factory Mutual Standard F.M. 4450 y el estándar de Underwriters Laboratories UL 1256 para clasificaciones clase 1 cuando se prueban de acuerdo con el método de prueba ASTM E84.

14. Un método para facilitar la fabricación de una espuma pirorresistente de poliuretano o poliisocianurato, que comprende: introducir 10.57 a 41.14 PBW de partículas expandibles de grafito que tienen un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros al tornillo de un extrusor; introducir por lo menos 2 PBW de un agente dispersante al tornillo del extrusor; y utilizar el tornillo del extrusor para mezclar las partículas expandibles de grafito y dispersante ya sea con 191 a 500 PBW de un isocianato o 75 a 125 PBW de un poliol .

15. El método como se describe en la reivindicación 14, en donde se introduce en el tornillo del extrusor: 95 a 105 PBW del poliol; 14 a 32 PBW de las partículas de grafito expandibles; O a 16 PBW de negro de carbón; 3 a 4 PBW del agente dispersante y 0 a 50 PBW de otros ingredientes no reactivos, para producir la dispersión de poliol.

16. El método como se describe en la reivindicación 14, en donde se introducen al tornillo del extrusor: 231 a 251 PBW de isocianato; 14 a 32 PBW de partículas expandibles de grafito; 0 a 16 PBW de negro de carbón y 3 a 4 PBW del agente dispersante y 0 a 100 PBW de otros ingredientes no reactivos para producir una dispersión de isocianato.

17. El método como se describe en la reivindicación 14, en donde se introducen al tornillo del extrusor: 10.57 a 41.14 PBW de partículas de grafito expandibles que tienen un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros; 191 a 400 PBW de isocianato; 75 a 125 PBW de poliol; 16 a 36 PBW de una sustancia química de hidrocarburo no halogenado o una combinación química de hidrocarburos no halogenados como el agente de soplado principal; 0 a 20.57 PBW de negro de carbón y 19 a 165 PBW de otros ingredientes con menos de 1 PBW de agentes de soplado halogenados en la cabeza del extrusor para producir un material de tablero de espuma rígida.

18. El método como se describe en la reivindicación 14, en donde se introducen al tornillo del extrusor: 14 a 40 PBW de partículas de grafito expandibles que tienen un tamaño de partícula promedio menor de 200 micrómetros; 192 a 500 PBW de isocianato; 75 a 125 PBW de poliol; 5 a 46 PBW de una sustancia química de hidrocarburo no halogenado o una combinación química de hidrocarburos no halogenados como un agente de soplado primario; 0 a 20 PBW de negro de carbón y 20 a 155 PBW de otros ingredientes con menos de 1% en peso de un agente de soplado halogenado en la cabeza del extrusor para producir un material de bollo de espuma rígida.