ES2989620T3 - Uso de isocianato alifático como supresor de humos tóxicos en espumas de poliuretano - Google Patents

Uso de isocianato alifático como supresor de humos tóxicos en espumas de poliuretano Download PDF

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Abstract

La presente invención se refiere al campo de las espumas de poliuretano y a la forma de reducir el humo y los compuestos tóxicos creados cuando la espuma se quema. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Uso de isocianato alifático como supresor de humos tóxicos en espumas de poliuretano
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de las espumas de poliuretano y a la forma de reducir el humo y los compuestos tóxicos creados cuando la espuma arde.
Antecedentes de la invención
Las espumas de poliuretano se preparan a partir de la reacción entre un diisocianato o poliisocianato y un componente de dialcohol o poliol. Las espumas de poliuretano juegan un papel relevante en muchas áreas debido a su amplia gama de propiedades físicas y químicas. Las espumas de poliuretano se pueden clasificar en espumas flexibles utilizadas principalmente en muebles, colchones, asientos de automóviles y espumas rígidas utilizadas principalmente como aislamiento y como materiales estructurales.
Sin embargo, las espumas de poliuretano son inflamables cuando se exponen al fuego, y aún más relevante es cuando la espuma de poliuretano arde, liberando de este modo una gran cantidad de humo tóxico.
Existen algunos documentos que describen espumas de poliuretano que incluyen en la composición un compuesto definido como "supresor de humo". Por ejemplo, la Solicitud de la Patente Europea EP0354632A describe una composición de polímero de espuma que tiene resistencia a la exposición a la llama que comprende un material de cargas inorgánicas tal como trihidrato de alúmina o silicato de sodio en la que la espuma muestra bajos niveles de humo cuando arde la espuma. Sin embargo, las cargas inorgánicas pueden no ser solubles en componentes de poliol, lo que da como resultado una mala dispersión dentro de la matriz de polímero, disminuyendo de este modo las propiedades técnicas.
Otro documento de Patente que describe una carga inorgánica como un reductor de humo tóxico es la Patente EP0010931 en la que se describe el uso de sal de cobalto, cobre, níquel o manganeso de un ácido monocarboxílico alifático o alicíclico. La sal se incluye en la mezcla de reacción normalmente utilizada en la formación de la composición de poliuretano.
La Solicitud de Patente US5102919 describe cómo el éster dibásico alifático agregado como aditivo en una formulación de espuma de poliuretano-poliisocianurato, reduce la generación de humo. La formulación de espuma comprende un isocianato aromático orgánico, un poliol, un aditivo retardante de llama no reactivo, un catalizador y la mezcla reductora de humo de ésteres dibásicos alifáticos.
De este modo, de lo conocido en la técnica anterior, se deduce que el desarrollo de una espuma de poliuretano que mejore el comportamiento de seguridad pasiva contra incendios al quemarse, sigue siendo de gran interés.
Sumario de la invención
Las espumas de poliuretano se forman a partir de la reacción entre compuestos de isocianato y grupos hidroxilo que dan lugar a grupos uretano. El procedimiento incluye dos reacciones. La primera es la reacción entre grupos isocianato y grupos hidroxilo, que forma grupos uretano de cadena principal. La segunda es la reacción entre el grupo isocianato y el agua (conocido como el agente de expansión) que forma ácido carbámico, descomponiéndose en amina y gas de dióxido de carbono en forma de burbujas.
Las espumas de poliuretano presentan excelentes características de sellado, amortiguación y control de vibración debido a la baja propiedad de compresión. También son excelentes materiales aislantes, pero ofrecen poca seguridad durante los incendios. La limitación técnica más crítica de las espumas de poliuretano convencionales es su humo extremadamente tóxico cuando arden.
La presente invención tiene como principal objeto proporcionar espumas de poliuretano que muestren una protección pasiva altamente mejorada en caso de incendio. La principal ventaja de la espuma de la presente invención es su reducida inflamabilidad y baja emisión de humos no tóxicos cuando arde.
El problema a resolver es evitar los humos extremadamente tóxicos producidos por las espumas de poliuretano utilizadas actualmente. La espuma de la invención evita la rápida combustión y la alta velocidad de propagación del fuego de las espumas de poliuretano convencionales cuando se exponen a las llamas, liberando grandes cantidades de humo que disminuyen el contenido de oxígeno en el área del incendio provocando asfixia durante un incendio.
La espuma de la invención reduce drásticamente los componentes tóxicos presentes en los humos, disminuye la cantidad de humo liberado y disminuye la inflamabilidad y la velocidad de propagación del fuego.
Por lo tanto, como primer enfoque, la invención se refiere al uso de isocianato alifático como supresor de humos tóxicos en espuma de poliuretano, en el que el componente de isocianato alifático se incluye en la espuma de poliuretano al reaccionar con al menos un compuesto de poliol.
El término "componente de isocianato" significa al menos un compuesto de isocianato.
La expresión "Supresor de humos tóxicos" se refiere al isocianato alifático incluido en la espuma de poliuretano que da como resultado una reducción de humos tóxicos cuando la espuma se expone al fuego en comparación con las espumas de PUR convencionales sin isocianato alifático.
El término "isocianato alifático" se refiere a isocianatos no aromáticos, es decir, isocianatos en los que los grupos isocianato están unidos a átomos de carbono saturados. Preferentemente, el compuesto de isocianato empleado contiene dos grupos isocianato, sin embargo, los compuestos de isocianato que contienen más de dos grupos isocianato son adecuados para su uso en la preparación de la espuma de poliuretano. El grupo alifático es una fracción de hidrocarburo que puede ser de cadena lineal (es decir, no ramificada), ramificada o cíclica (incluyendo policíclica fusionada, con puente y espiro-fusionada) y puede estar completamente saturada o puede contener una o más unidades de insaturación, pero que no es aromática. A menos que se especifique lo contrario, los grupos alifáticos contienen de 1-40 átomos de carbono. En determinadas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 1-20 átomos de carbono. En determinadas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 3-20 átomos de carbono. En determinadas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 1-12 átomos de carbono. En determinadas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 1-8 átomos de carbono. En determinadas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 1-6 átomos de carbono. En algunas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 1-5 átomos de carbono, en algunas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 1-4 átomos de carbono, en algunas realizaciones, los grupos alifáticos contienen de 1 3 átomos de carbono y, en algunas realizaciones, los grupos alifáticos contienen 1 o 2 átomos de carbono. Ejemplos de isocianato alifático son: diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de pentametileno (PDI), diisocianato de isoforona (IPDI), 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano (H12MDI) y diisocianato de 2,4,4-trimetilhexametileno (TMDI). El isocianato alifático se refiere a monómero, dímero, oligómero y polímeros que contienen dos o más grupos isocianato reactivos.
El término poliol se refiere a un compuesto que tiene al menos dos alcoholes o hidroxilos (-OH). El poliol puede comprender al menos un grupo amina. Ejemplos de poliol son: polioles de poliéter funcionales, polioles de poliéster, polioles de polibutadieno, polioles de aceite natural, polioles alifáticos. El grupo alifático es una fracción de hidrocarburo que puede ser de cadena lineal (es decir, no ramificada), ramificada o cíclica (incluyendo policíclico fusionado, en puente y espiro-fusionado) y puede estar completamente saturado o puede contener una o más unidades de insaturación, pero que no es aromático.
La espuma se puede utilizar como material estructural, material de aislamiento térmico y acústico, así como material de amortiguación en diversos mercados, tales como la construcción, artículos para el hogar, automoción y aeroespacial, proporcionando de este modo una mayor seguridad pasiva contra incendios.
Breve descripción de los dibujos
Con el fin de ayudar a la comprensión de las características de la invención, según una realización práctica preferente de la misma y con objeto de complementar esta descripción, se acompañan como parte integrante de la misma, con carácter ilustrativo y no limitativo, las siguientes figuras:
La figura 1 muestra un perfil cromatográfico comparativo correspondiente a las muestras analizadas.
La figura 2 muestra un perfil cromatográfico ampliado entre 2-6 min.
La figura 3 muestra un espectro de masas del pico a RT 1,39 min (N2O o CO2) y su comparación con la biblioteca NIST05.
La figura 4 muestra un espectro de masas del pico a RT 2,78 min (cianógeno) y su comparación con la biblioteca NIST05.
La figura 5 muestra un espectro de masas del pico a RT 3,47 min (propeno) y su comparación con la biblioteca NIST05.
La figura 6 muestra un espectro de masas del pico a RT 4,20 min (cloruro de metilo) y su comparación con la biblioteca NIST05.
La figura 7 muestra un espectro de masas del pico a RT de 4,35 min (metilacetileno) y su comparación con la biblioteca NIST05.
La figura 8 muestra un espectro de masas del pico a RT de 4,73 min (propadieno) y su comparación con la biblioteca NIST05.
La figura 9 muestra una prueba de llama de la espuma de la muestra 2 utilizada en el ejemplo 1 (izquierda) frente a la espuma de la muestra 3 utilizada en el ejemplo 1 (derecha).
Descripción detallada de la invención
Como se mencionó anteriormente, el enfoque de la presente invención se refiere al uso de isocianato alifático como un supresor tóxico de humos en espuma de poliuretano, en el que el componente de isocianato alifático se incluye en la espuma de poliuretano al reaccionar con al menos un compuesto de poliol.
La espuma de poliuretano tiene una ausencia de retardantes de llama halogenados y cargas inorgánicas y retardantes de llama a base de fosfato.
La presente invención también se refiere al uso de isocianato alifático como un supresor tóxico de humos y un retardante de llama en espuma de poliuretano, en el que el componente de isocianato alifático se incluye en la espuma de poliuretano al reaccionar con al menos un compuesto de poliol.
Preferentemente, el componente isocianato se selecciona de uno a cinco compuestos de isocianato y cuando los compuestos son de dos a cinco, estos compuestos son iguales o diferentes.
En una realización particular, el poliisocianato alifático se selecciona de: diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de pentametileno (PDI), diisocianato de isoforona (IPDI), 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano (H12MDI) y diisocianato de 2,4,4-trimetilhexametileno (TMDI).
Ejemplo 1
En el presente ejemplo se analizaron tres muestras.
Muestra 1 (muestra alifática): humos recogidos tras la combustión de espuma de poliuretano obtenida mediante la reacción de compuestos de poliisocianato y poliol alifáticos. El poliisocianato alifático utilizado fue diisocianato de pentametileno (PDI). Los compuestos de poliol fueron poliéter poliol trifuncional basado en glicerol (25 %), poliéter poliol difuncional basado en 1,3-propanodiol (5 %), 1,4-butanodiol (5 %) y trietilendiamina (1 %) como catalizador. También se agregó un 0,2 % de agente de expansión (agua). La proporción de mezcla poliol/iso fue 65/35
Muestra 2 (muestra aromática): humos recogidos tras la combustión de espuma de poliuretano obtenida mediante la reacción de isocianato aromático y compuestos de poliol. El poliisocianato aromático utilizado fue diisocianato de difenilmetano. Poliéter poliol trifuncional a base de glicerol (10 %), poliéter poliol difuncional a base de 1,3-propanodiol (30 %), 1,4-butanodiol (10 %) y trietilendiamina (0,5 %) como catalizador. También se agregó un 0,2 % de agente espumante (agua). La proporción de mezcla poliol/iso fue 50/50.
Muestra 3: (control): sala de aire del laboratorio donde se realizaron las pruebas de combustión.
Pruebas realizadas: Cribado por GC/MS
Metodología analítica
Preparación de la muestra: introducción directa
Determinación analítica: Cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC/MS)
Equipo utilizado:
Columna: SupelQ-Plot (30 m x 0,32 mm)
Temperatura del inyector: 200 °C
Modo: Split / Proporción de split: 20:1 / Volumen de inyección: 0,6 ml
Programa de temperatura: 30 °C(6min)@10 °C/min hasta 120 °C (1min)
Temperatura de la interfase: 250 °C / Temperatura de la fuente de ionización: 230 °C
Modo de ionización: impacto electrónico, modo SCAN (29-250 amu)
Instrumentación: Cromatógrafo de gases Trace acoplado a un espectrómetro de masas DSQII (Thermo Fisher Scientific)
Gas portador: Flujo de helio 1 ml/min
Las figuras 2-3 ilustran que la muestra 2 (muestra aromática) muestra la presencia de picos correspondientes a propileno y propadieno, que son olefinas (por lo tanto extremadamente inflamables y tóxicas per se). Sin embargo, la muestra 1 (muestra alifática) no muestra estos picos, evidencia clara de que la toxicidad del humo es menor al no contener compuestos tan extremadamente inflamables y tóxicos.
Los resultados mostrados por el cromatógrafo de gases fueron confirmados por el espectro de masas. Las figuras 3-8 muestran el espectro de masas que confirma:
el pico a RT 1,39 min es N2O;
el pico a RT 2,78 min es cianógeno;
el pico a RT 3,47 min es propeno;
el pico a RT 4,20 min es cloruro de metilo;
el pico a RT 4,35 min es Metilacetileno;
el pico a RT 4,73 min es propadieno.
Debido a esto, se confirma que la inclusión de poliisocianato alifático en espuma de poliuretano implica que la espuma es menos inflamable y con menor propagación al fuego y también con mucha menos toxicidad en ausencia de olefinas (evidenciado en análisis GC-MS).
La figura 9 muestra la espuma de la muestra 2 (izquierda) y la espuma de la muestra 1 (derecha) en combustión. La espuma aromática muestra una gran cantidad de humos oscuros, es decir, humo tóxico e ignición rápida. La espuma de la muestra 1 (derecha) muestra una emisión muy baja de humo blanco (no tóxico) y una ignición retardada.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Uso de isocianato alifático, como supresor de humos tóxicos en espuma de poliuretano, en el que el componente de isocianato alifático está incluido en la espuma de poliuretano mediante reacción con al menos un compuesto de poliol.
2. El uso de isocianato alifático como supresor de toxicidad de humos y retardante de llama en espuma de poliuretano, en el que el compuesto de poliisocianato alifático está incluido en la espuma de poliuretano mediante reacción con al menos un compuesto de poliol.
3. El uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la espuma de poliuretano tiene una ausencia de retardantes de llama halogenados y cargas inorgánicas y retardantes de llama a base de fosfato.
4. El uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el componente de isocianato alifático se selecciona de uno a cinco compuestos y cuando los compuestos son de dos a cinco, estos compuestos son iguales o diferentes.
5. El uso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el poliisocianato alifático se selecciona entre: diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de pentametileno (PDI), diisocianato de isoforona (IPDI), 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano (H12MDI) y diisocianato de 2,4,4-trimetilhexametileno (TMDI).
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