ES2340523T3 - Espuma de celulas abiertas con caracteristicas ignifugas y oleofobas/hidrofobas y procedimiento para su obtencion. - Google Patents

Espuma de celulas abiertas con caracteristicas ignifugas y oleofobas/hidrofobas y procedimiento para su obtencion. Download PDF

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Abstract

Espuma a base de una matriz de espuma con, células esencialmente abiertas y con una impregnación aplicada sobre la matriz de espuma de, esencialmente, resina fluorocarbónica y/o resina de silicona, asimismo, la impregnación contiene, adicionalmente, al menos una sustancia ignífuga, caracterizada porque la sustancia ignífuga está seleccionada entre silicatos, boratos, hidróxidos y fosfatos de los metales del grupo principal I a III, de zinc y de amonio.

Description

Espuma de células abiertas con características ignífugas y oleófobas/hidrófobas y procedimiento para su obtención.
La presente invención comprende una espuma a base de una matriz de espuma con células esencialmente abiertas y con una impregnación aplicada sobre la matriz de espuma de, esencialmente, resina fluorocarbónica y/o resina de silicona, que presenta características ignífugas mejoradas. La invención comprende, además, un procedimiento para la obtención de dicha espuma.
Las espumas de células abiertas de diferentes materiales se utilizan, por ejemplo, para el aislamiento térmico y acústico de construcciones y vehículos. Además, las espumas de células abiertas se utilizan para el aislamiento acústico y térmico de instalaciones y partes de instalaciones en la construcción de máquinas.
Para que la espuma no absorba agua o aceite, se conoce, por la memoria DE-A 100 11 388, el procedimiento de hacer hidrófoba y oleófoba una espuma de melamina mediante el revestimiento del esqueleto de espuma con un componente hidrófobo, por ejemplo, un fluoralquiléster.
Un procedimiento con el cual se puede impregnar una espuma de melamina, se conoce, por ejemplo, por la memoria EP-A 0 451 535. Para ello, primero se aplica una sustancia aglutinante sobre la superficie de la espuma de melamina y ésta es conducida luego, con la sustancia aglutinante, a través de una luz entre cilindros de dos cilindros que se desplazan en dirección opuesta, asimismo, la luz entre cilindros está regulada de manera que sea más estrecha que el grosor no influido de la espuma de melamina. A la sustancia aglutinante puede ser agregado un aditivo para la regulación oleófoba y/o hidrófoba. Una impregnación que conduce a una mejora de las características ignífugas, no se conoce a partir de la memoria EP-A 0 451 535.
La memoria DE 42 06 411 A1 describe un procedimiento para la obtención de una espuma en el cual una espuma de poliuretano es impregnada con una dispersión que contiene una melamina, un agente ignífugo y una resina fluorocarbónica, es prensada y secada.
El objeto de la presente invención es presentar una espuma de células abiertas con características hidrófobas y/o oleófobas, que presente un características ignífugas mejoradas.
El objetivo se alcanza a través de una espuma a base de una matriz de espuma con células esencialmente abiertas y con una impregnación aplicada sobre la matriz de espuma de, esencialmente, resina fluorocarbónica y/o resina de silicona asimismo, la impregnación contiene, adicionalmente, al menos una sustancia ignífuga, caracterizada porque la sustancia ignífuga está seleccionada entre silicatos, boratos, hidróxidos y fosfatos de los metales del grupo principal I a III, de zinc y de amonio.
Las espumas adecuadas en el marco de la presente invención son, por ejemplo, aquellas en las cuales la matriz de espuma está conformada por un policondensado de melamina/formaldehído. Otras espumas adecuadas son aquellas en cuyo caso la matriz de espuma es una espuma de urea/formaldehído y aquellas en las que la matriz de espuma es una espuma de poliuretano de células abiertas. Preferentemente, la matriz de espuma está conformada por un policondensado de melamina/formaldehído.
En el caso de un policondensado especialmente preferido de melamina/formaldehído, la relación de melamina y formaldehído para la obtención de la matriz de espuma es de 1 : 1,2 a 1 : 4.
Dichas espumas de melamina/formaldehído se conocen, por ejemplo, por la memoria EP-B 0 071 672. Acorde a ella las espumas se obtienen por espumado de una solución acuosa de un producto de condensación de melamina/formaldehído, asimismo, la solución contiene un emulsionante, un agente de endurecimiento ácido y un agente de expansión, preferentemente, un hidrocarburo C_{5} a C_{7}. Posteriormente, el condensado de melamina/formaldehído es endurecido a una temperatura elevada.
Para dotar a la espuma de características hidrófobas y/o oleófobas, ésta es tratada con agentes de impregnación usuales en el mercado de resina fluorocarbónica o resina de silicona. De este modo se evita que la espuma absorba el agua líquida o el aceite.
En el agente de impregnación, la resina fluorocarbónica o la resina de silicona preferentemente se encuentra en forma de gotitas de agua o solventes ligeramente orgánicos, por ejemplo, metanol, etanol, acetona o pentano. Debido a su propiedad no combustible se prefiere el agua como emulsionante.
Para hacer la espuma adicionalmente ignífuga o mejorar su características ignífugas, se la impregna con, al menos, una sustancia ignífuga.
Para poder prescindir de un paso de impregnación, la espuma preferentemente se impregna con una mezcla de, al menos, un agente ignífugo y la resina fluorocarbónica y/o la resina de silicona.
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Como sustancias ignífugas se utilizan, en general, agentes ignífugos. Los agentes ignífugos son compuestos químicos agregados a los materiales combustibles para protegerlos mejor de la combustión. A través de los agentes ignífugos se minimiza el riesgo de generación de combustión por una fuente de encendido de intensidad reducida, por ejemplo, un cigarrillo, una vela o una falla eléctrica. Si el material protegido contra la llama se ha encendido, el agente ignífugo frena el proceso de combustión e impide, frecuentemente, la expansión del fuego a otras partes.
El retraso o la prevención del proceso de combustión a través del agente ignífugo se llevan a cabo a través de efectos químicos o físicos. Los agente ignífugos químicos en general interrumpen la reacción de cadena de radicales de la combustión en la fase gaseosa o conforman una capa carbonizada que protege al material contra el oxígeno y forma una barrera contra la fuente de calor (intumescencia).
El efecto físico de los agentes ignífugos se efectúa, especialmente, por refrigeración, dado que los procesos que consumen energía, iniciados por liberación aditiva y/o química de agua, refrigeran el sustrato hasta alcanzar una temperatura por debajo de la temperatura necesaria para el mantenimiento del proceso de combustión. Finalmente, el efecto físico también puede entrar en acción por dilución, en la cual las sustancias inertes y los aditivos que no liberan gases combustibles reducen la concentración de oxígeno en los gases de incendio sobre la espuma hasta que se interrumpe la combustión.
Dependiendo del elemento efectivo, los agentes ignífugos se dividen en compuestos halógenos (compuestos de bromo y cloro), compuestos de fósforo, compuestos de nitrógeno, sistemas intumescentes, sustancias minerales (a base de aluminio y magnesio) así como bórax, Sb_{2}O_{3} y nanocompuesto. Para mejorar las características ignífugas de plásticos se utilizan, por ejemplo, trihidróxido de aluminio, compuestos bromurados, compuestos fosfóricos clorados, compuestos fosfóricos no halogenados, cloroparafinas, dihidróxido de magnesio, melamina y boratos. Los agentes ignífugos adecuados, conocidos por el especialista, están descritos, por ejemplo, en el folleto "Flammschutzmittel, häufig gestellte Fragen" (agentes ignífugos, preguntas frecuentes) de la European Flame Retardants Association (Asociación europea de retardantes de llama), enero de 2004.
Las sustancias ignífugas utilizadas acorde a la invención son agentes ignífugos a base de silicatos, boratos, hidróxidos y fosfatos de los metales del grupo principal I a III de zinc y de amonio. El metal del grupo principal I a III es, preferentemente, sodio, potasio, calcio, magnesio o aluminio. De modo especialmente preferido, la sustancia ignífuga está seleccionada entre silicatos de sodio, silicatos de potasio, hidróxido de magnesio, hidróxido de aluminio, borato de sodio, borato de potasio, borato de magnesio, borato de zinc, (poli)fosfatos de amonio, (poli)fosfatos de sodio, (poli)fosfatos de potasio, (poli)fosfatos de calcio y (poli)fosfatos de aluminio.
En un modo de ejecución, la impregnación está conformada por una mezcla que contiene la sustancia ignífuga, la resina fluorocarbónica o resina de silicona. Para ello, primero se mezcla la resina fluorocarbónica o resina de silicona, eventualmente, presente como emulsión con uno o múltiples solventes, aún no endurecida, con la sustancia ignífuga y la espuma es luego impregnada con dicha mezcla. Adicionalmente, en la mezcla puede estar contenida una dispersión de polímeros como sustancia aglutinante. La adición de una sustancia aglutinante fija la sustancia ignífuga sobre los puentes celulares de la espuma e impiden, de ese modo, la liberación de polvo durante el tratamiento subsiguiente de la espuma impregnada tras el secado efectuado. Preferentemente, las sustancias aglutinantes libres de formaldehído, especialmente, sustancia aglutinante termoendurecible basada en ácido poliacrílico como se comercializa, por ejemplo, por la empresa BASF bajo la denominación comercial Acrodur®. Debido a las características de endurecimiento térmico (reticulantes) de estas sustancias aglutinantes, los recortes de espuma ignífugos, hidrófobos y oleófobos pueden ser deformados en una prensa moldeadora o en una matriz para embutición profunda. Las características acústicas (amortiguación del sonido) de los recortes de espuma de células abiertas no desmejoran por la sustancia aglutinante, los componentes hidrófobos y oleófobos y la sustancia ignífuga sino que, por el contrario, generalmente incluso mejoran. Asimismo, los recortes de espuma equipados de esta manera pueden ser cubiertos y prensados con tejidos sin tejer permeables al aire, de tejidos sin tejer de volumen o de fibras de algodón. Esta forma de tratamiento subsiguiente se aplica, especialmente, en la fabricación de piezas moldeadas insonorizantes para la industria automovilística. Para evitar un endurecimiento prematuro de la sustancia aglutinante, las temperaturas de secado de los recortes de espuma no deben superar los 100 a 150ºC. El prensado o estampado para obtener la pieza moldeada en la prensa moldeadora o en una matriz para embutición profunda se lleva a cabo a 150 a 240ºC, preferentemente, a 170 a 230ºC.
Las dispersiones convencionales autoreticulantes sólo contienen una proporción reducida de comonómeros reactivos, en la mayoría de los casos, son los monómeros AMOL o MAMOL que disocian formaldehído. Una solución o dispersión preferida de sustancia aglutinante basada en ácido poliacrílico, termoendurecible, consiste, por el contrario, en gran parte, en componentes ácidos y de alcohol que se reticulan en una reacción de esterificación al calentarse. La densidad de reticulación mucho mayor es la responsable del carácter duroplástico de los componentes termomoldeados. Las soluciones o dispersiones preferidas de sustancias aglutinantes basadas en ácido poliacrílico, termoendurecibles, no contienen componentes dañinos para la salud, de modo que también se obtienen ventajas de higiene laboral respecto de otras sustancias aglutinantes a base de epóxidos, resinas fenólicas y resinas de urea-formaldehído. Las dispersiones de sustancias aglutinantes basadas en ácido poliacrílico, termoendurecibles, por ejemplo, las dispersiones de Acrodur® como sustancias aglutinantes también tienen otras ventajas: Las piezas moldeadas obtenidas a partir de ellas presentan una mayor elasticidad y un carácter parcialmente hidrófobo en comparación con las piezas moldeadas que fueron producidas con soluciones de sustancias aglutinantes basadas en ácido poliacrílico, termoendurecibles, por ejemplo, soluciones de Acrodur®.
En otro modo de ejecución, la impregnación se lleva a cabo en dos pasos. En un primer paso, la matriz de espuma es impregnada con las sustancias ignífugas y la sustancia aglutinante. En un segundo paso, se aplica sobre los puentes celulares una capa de resina fluorocarbónica y/o resina de silicona para crear la hidrofobia/oleofobia.
En un modo de ejecución preferido, la espuma es impregnada en un único paso de impregnación con una mezcla de resina fluorocarbónica o resina de silicona, la sustancia aglutinante y las sustancias ignífugas. La mezcla contiene, en general, 1 a 30% en peso de resina fluorocarbónica o resina de silicona y 10 a 70% en peso de sustancias ignífugas. Las demás proporciones en peso consisten, esencialmente, en sustancias aglutinantes y agua o sustancias orgánicas volátiles. Son especialmente preferidas las mezclas con cantidades reducidas de resina fluorocarbónica o resina de silicona y proporciones elevadas de sustancia ignífugas, para obtener un efecto ignífugo elevado.
Mediante la impregnación se incrementa la densidad de las espumas de células abiertas en un 10 a 2000%. De modo especialmente preferido, el incremento de densidad se encuentra en el área de los 100 a 1000%. En el caso de las espumas de melamina con una densidad cruda de, aproximadamente, 10 g/l, se prefieren especialmente las densidades de la espuma impregnada en el rango de 20 a 100 g/l.
La obtención de la espuma acorde a la invención en la cual la impregnación está conformada por una sustancia ignífuga y resina fluorocarbónica o resina de silicona, se lleva a cabo acorde a un procedimiento con los siguientes pasos:
(a)
mezclado de, al menos, una sustancia ignífuga y la resina, así como, eventualmente, al menos, otro polímero,
(b)
aplicación de la mezcla sobre la espuma o impregnación de la espuma con la mezcla,
(c)
prensado de la espuma con la mezcla, para introducir la mezcla en los poros de la espuma,
(d)
secado de la espuma, asimismo, los pasos (b) y (c) son realizados sucesivamente, primero el paso (b), luego el paso (c).
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La aplicación sobre la espuma y el prensado de la espuma pueden realizarse, por ejemplo, como descrito en la memoria EP-A 0 451 535. Para ello, la espuma es conducida entre dos cilindros que rotan en dirección contraria, asimismo, la distancia entre los cilindros está seleccionada de modo tal que la espuma sea prensada. La mezcla con la cual es impregnada la espuma, se aplica sobre los cilindros dispuestos horizontalmente uno al lado del otro, de modo que se forma una zona de almacenamiento de líquido en el punto en que la espuma pasa a través de los cilindros. A través del movimiento de rotación de los cilindros y el prensado de la espuma, la mezcla contenida en la zona de almacenamiento de líquido es introducida por presión en la espuma. La mezcla se dispone alrededor de los puentes de la espuma y forma una superficie cerrada tras el endurecimiento.
Tras aplicar la mezcla y el prensado de la espuma, la espuma impregnada preferentemente es secada en un horno de secado a una temperatura en el rango de 40 a 200ºC.
Para incrementar aún más la densidad de la espuma por impregnar, la espuma impregnada en el primer paso, puede repetir varias veces el mismo procedimiento de impregnación. De esta manera, en cada paso se incrementa el espesor de la capa que rodea los puentes y, con ello, su densidad.
En una variante de procedimiento, el procedimiento para la obtención de una espuma acorde a la invención comprende los siguientes pasos:
(a)
aplicación de al menos, una sustancia ignífuga sobre la espuma o impregnación de la espuma con, al menos, una sustancia ignífuga y posterior prensado o fularizado para una distribución uniforme de la sustancia ignífuga en la espuma,
(b)
aplicación la resina sobre la espuma o impregnación de la espuma con la mezcla y
(c)
prensado o fularizado de la espuma para una distribución uniforme de la resina en la espuma cargada con, al menos, una sustancia ignífuga del paso (a).
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Además de la aplicación de la sustancia con la cual se debe impregnar la espuma y el posterior prensado, es igualmente posible impregnar la espuma con la sustancia con la que debe ser impregnada y prensara posteriormente. Para impregnar la espuma, ésta es pasada, por ejemplo, por un baño que contiene, al menos, una sustancia con la cual debe impregnarse la espuma. Sin embargo, también es posible cualquier otro procedimiento conocido por el especialista, con el cual se puede impregnar la espuma.
En otra variante de procedimiento es posible aplicar primero las sustancias ignífugas y la sustancia aglutinante o impregnar la espuma con esta mezcla y prensarla posteriormente. En otro paso de impregnación, se aplica a continuación la emulsión de resina fluorocarbónica o resina de silicona y se prensa nuevamente la espuma. Después de que la espuma está impregnada con una capa de sustancias ignífugas y una capa de sustancias oleófobas/hidrófobas tras este proceso de dos pasos, se seca a una temperatura de entre 40 y 200ºC.
Además, es posible impregnar primero la espuma con las sustancias ignífugas y prensarla y luego secar la espuma antes de aplicar la segunda capa de resina fluorocarbónica o resina de silicona.
En ambos modos de ejecución, el prensado se realiza, respectivamente, preferentemente, como se describe en la memoria EP-A 0 451 535, pasando la espuma a través de una ranura definida entre dos cilindros orientados paralelamente, que rotan en la misma dirección.
Además de pasar la espuma a través de una ranura entre dos cilindros que rotan en la misma dirección, también es posible ejercer la presión necesaria para la impregnación transportando la espuma por impregnar en una cinta transportadora y un cilindro que rota a la misma velocidad perimetral con la cual avanza la espuma, presiona contra la espuma. Además, la presión sobre la espuma puede ser ejercida colocando la espuma, por ejemplo, en una prensa, en la cual un sello presiona la espuma. Sin embargo, en este caso es necesario un prensado continuo.
También puede ejercerse el prensado mediante cualquier dispositivo conocido por el especialista.
La resina con la cual se impregna la espuma, se encuentra en ambos modos de ejecución, preferentemente, como emulsión en un solvente volátil. Son solventes adecuados, por ejemplo, agua o alcoholes volátiles como metanol o etanol. De modo especialmente preferido, la resina se encuentra en una emulsión acuosa.
A través de la impregnación posterior descrita de la espuma de células abiertas también se pueden obtener piezas prefabricadas que se clasifican en la clase de material A2 según DIN 4102. Esto posibilita nuevas utilizaciones de componentes termoacústicos en sectores de la construcciones en los cuales es relevante la seguridad, en forma de placas para paredes o techos, que pueden conformarse de manera estructurada y plana, especialmente estos últimos, también en combinación con recubrimientos no combustibles, por ejemplo, entre otros, de metal, yeso encartonado, tejidos y tejidos no tejidos de fibra de carbono o de vidrio.
Agentes de nucleación no combustibles se pueden utilizar también para elementos ignífugos en puertas, especialmente, junto con placas o tiras ignífugas, por ejemplo, de Palusol® de BASF AG, que, preferentemente, están unidos a un núcleo de la espuma impregnada acorde a la invención, en caso necesario, unido con construcciones de marco no combustibles, preferentemente, materiales metálicos o marcos de madera.
Una contribución al incremento de la seguridad contra la combustión puede ofrecerla la espuma impregnada acorde al presente procedimiento, también como material de nucleación de cortinas de fibra de vidrio o de carbono. Dichas cortinas con una mayor seguridad contra la combustión sirven, preferentemente, para espacios utilizados a fines de presentaciones o espectáculos. Con la clase de incendio A2 acorde a DIN 4102 dichas cortinas también pueden ofrecer un aporte a la seguridad contra incendios en edificios públicos, por ejemplo, hospitales, teatros, cines, salas multifuncionales, etc.
La reducción de la toxicidad específica del gas de combustión incrementa la versatilidad de aplicaciones en vehículos sobre carriles y en la construcción de barcos en forma de aislamiento termoacústico de paredes, techos, instalaciones de aire acondicionado y ventilación.
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Ejemplos
1. Ejemplo comparativo
Una espuma de melamina/formaldehído no impregnada es analizada en lo que respecta al comportamiento de incendio y del comportamiento en presencia de agua líquida. La clase de incendio se determina según la norma DIN 4102. Se obtiene una clase de incendio B1. En el caso de contacto con agua líquida la espuma se embebe completamente y se sumerge.
Ejemplo
Una espuma de células abiertas de melamina/formaldehído es impregnada con una mezcla de una emulsión al 5% en peso de resina fluorocarbónica y un adhesivo que contiene silicatos de sodio al 30% en peso y es secada a 90ºC. El incremento de la densidad tras el secado es de 150%. La espuma impregnada de tal manera cumple con los requerimientos de la clase de incendio A2 según DIN 4102 y flota en el agua.

Claims (17)

1. Espuma a base de una matriz de espuma con, células esencialmente abiertas y con una impregnación aplicada sobre la matriz de espuma de, esencialmente, resina fluorocarbónica y/o resina de silicona, asimismo, la impregnación contiene, adicionalmente, al menos una sustancia ignífuga, caracterizada porque la sustancia ignífuga está seleccionada entre silicatos, boratos, hidróxidos y fosfatos de los metales del grupo principal I a III, de zinc y de amonio.
2. Espuma acorde a la reivindicación 1, caracterizada porque el metal del grupo principal I a III es sodio, potasio, calcio, magnesio o aluminio.
3. Espuma acorde a la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la sustancia ignífuga está seleccionada entre silicatos de sodio, silicatos de potasio, hidróxido de magnesio, hidróxido de aluminio, borato de sodio, borato de potasio, borato de magnesio, borato de zinc, (poli)fosfatos de amonio, (poli)fosfatos de sodio, (poli)fosfatos de potasio, (poli)fosfatos de calcio y (poli)fosfatos de aluminio.
4. Espuma acorde a una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la impregnación está conformada por una mezcla que contiene la sustancia ignífuga, la resina fluorocarbónica o resina de silicona y, eventualmente, al menos otro polímero.
5. Espuma acorde a una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la impregnación está conformada por capas separadas que contienen, respectivamente, la resina fluorocarbónica o resina de silicona o, al menos, otro polímero con la sustancia ignífuga.
6. Espuma acorde a la reivindicación 4, caracterizada porque, al menos, un polímero adicional es una solución o dispersión de acrilato termoendurecible.
7. Espuma acorde a la reivindicación 6, caracterizada porque la espuma puede ser deformada por termoprensado a una temperatura en el rango de 180ºC a 240ºC.
8. Espuma acorde a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la matriz de espuma está conformada por un policondensado de melamina/formaldehído.
9. Espuma acorde a la reivindicación 8, caracterizada porque la relación de melamina a formaldehído para la obtención de la matriz de espuma es de 1 : 1,2 a 1 : 4.
10. Espuma acorde a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la matriz de espuma es una espuma de urea/formaldehído.
11. Espuma acorde a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la matriz de espuma es una espuma de poliuretano de células abiertas.
12. Procedimiento para la obtención de una espuma acorde a la reivindicación 4, caracterizado por los siguientes pasos:
(a)
mezclado de, al menos, una sustancia ignífuga y la resina, así como, eventualmente, al menos, otro polímero,
(b)
aplicación de la mezcla sobre la espuma o impregnación de la espuma con la mezcla y
(c)
prensado de la espuma con la mezcla, para introducir la mezcla en los poros de la espuma,
(d)
secado de la espuma, asimismo, los pasos (b) y (c) son realizados sucesivamente, primero el paso (b), luego el paso (c).
\vskip1.000000\baselineskip
13. Procedimiento para la obtención de una espuma acorde a la reivindicación 5, caracterizado por los siguientes pasos:
(a)
aplicación de al menos, una sustancia ignífuga sobre la espuma o impregnación de la espuma con, al menos, una sustancia ignífuga y posterior prensado o fularizado para una distribución uniforme de la sustancia ignífuga en la espuma,
(b)
aplicación la resina sobre la espuma o impregnación de la espuma con la mezcla y
(c)
prensado o fularizado de la espuma para una distribución uniforme de la resina en la espuma cargada con la sustancia ignífuga del paso (a), asimismo, los pasos (b) y se pueden realizar al mismo tiempo o sucesivamente, primero el paso (b), luego el (c).
\vskip1.000000\baselineskip
14. Procedimiento acorde a la reivindicación 13, caracterizado porque sobre la espuma primero se aplica la sustancia ignífuga y luego la resina.
15. Procedimiento acorde a la reivindicación 14, caracterizado porque la espuma con, al menos, una sustancia ignífuga aplicada sobre ella, primero es prensada antes de que, n un segundo paso se lleve a cabo otra impregnación con resina fluorocarbónica y/o resina de silicona.
16. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque la resina se encuentra presente como emulsión en un solvente volátil.
17. Utilización de la espuma acorde a una de las reivindicaciones 1 a 11 para elementos constructivos con efecto termoacústico en áreas con requerimientos ignífugos especialmente elevados.
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