COMPOSICIONES POLIMERICAS RETARDADORAS DE LA LLAMA.

Composición curable que contiene uno o más monómeros, oligómeros y polímeros reactivos,

que comprende al menos un poliorganosiloxano que contiene uno o más grupos funcionales seleccionados de grupos amino, hidroxilo, metacrílicos, acrílicos y epoxi, y un segundo componente, en la que las especies reactivas del segundo componente se seleccionan de uno o más de los siguientes grupos:

a. compuestos epoxi-funcionales en combinación con compuestos amino-funcionales;

b. compuestos hidroxi-funcionales, en combinación con compuestos isocianato-funcionales;

c. compuestos funcionales acrílicos o metacrílicos,

que también comprende (a) al menos un material particulado que se expande al aplicar calor que comprende grafito expandible y (b) al menos una nanocarga particulada

Composiciones poliméricas retardadoras de la llama.

La presente invención se refiere a composiciones poliméricas retardadoras de la llama y a composiciones curables para prepararlas.

En la moderna industria de polímeros, los retardadores de la llama que se usan en los polímeros se basan generalmente en halógenos (principalmente Cl y Br) y compuestos de fósforo orgánico o inorgánico (por ejemplo polifosfato de amonio, fósforo rojo). Tradicionalmente, los materiales retardadores del fuego intumescentes contienen un agente formador de residuo carbonoso que puede ser un poliol (por ejemplo pentaeritritol), un catalizador para la formación de residuo carbonoso (habitualmente un derivado de ácido fosfórico) y un agente espumante, normalmente melamina. Aunque éstos reducen los riesgos durante la combustión y pirólisis del polímero retardando el fuego, no obstante pueden generar grandes cantidades de humo y también presentan graves amenazas ecológicas. Hay una necesidad de composiciones retardadoras del fuego o retardadoras de la llama o resistentes al fuego (siendo estos términos sinónimos para los presentes fines) no tóxicas (libres de halógenos, fósforo y melamina) ecológicamente seguras caracterizadas por baja combustibilidad y niveles de humo limitados.

Se han usado materiales intumescentes como retardadores de la llama. El grafito expandible ha atraído interés a lo largo de los últimos años para el desarrollo de sistemas intumescentes químicos novedosos. Por ejemplo, el documento US 3574644 describe un procedimiento para aumentar la resistencia a la llama de materiales inflamables mediante la incorporación de escamas de grafito expandible, mientras que el documento US 6472070 describe pinturas resistentes al fuego que contienen entre otros componentes, una resina epoxídica, un endurecedor y grafito expandible.

También pueden usarse materiales particulados conocidos como nanocargas en materiales compuestos. Por ejemplo, el documento WO 99/09070 describe espumas poliméricas que pueden contener nanocargas. El documento WO 00/66657 describe una composición polimérica que comprende un polímero y una nanoarcilla junto con un segundo polímero, y el documento GB 2367064 describe una composición polimérica que contiene una poliolefina junto con una carga de nanoarcilla y una carga adicional. El documento WO 99/35186 describe materiales nanocompuestos a base de una matriz polimérica y un hidróxido de doble capa, y proporciona información sobre la preparación de tales materiales.

Se ha encontrado ahora que puede obtenerse un retardo de la llama potenciado en sistemas poliméricos usando una combinación específica de retardadores de la llama particulados. Por consiguiente, la primera realización de la presente invención es una composición curable que contiene uno o más monómeros, oligómeros y polímeros reactivos, que comprende al menos un poliorganosiloxano que contiene uno o más grupos funcionales seleccionados de grupos amino, hidroxilo, metacrílicos, acrílicos y epoxi, y un segundo componente, en la que las especies reactivas del segundo componente se seleccionan de uno o más de los siguientes grupos:

        a. compuestos epoxi-funcionales en combinación con compuestos amino-funcionales;

        b. compuestos hidroxi-funcionales, en combinación con compuestos isocianato-funcionales;

        c. compuestos funcionales acrílicos o metacrílicos,

que también comprende (a) al menos un material particulado que se expande al aplicar calor que comprende grafito expandible y (b) al menos una nanocarga particulada.

Las composiciones particuladas usadas para la presente invención pueden usarse en la fabricación de polímeros a prueba de llamas, y pueden combinarse directamente con el polímero, o con uno o más monómeros, oligómeros y/o polímeros curables para curarse posteriormente para producir el polímero acabado.

Puede estar presente cualquier monómero, oligómero o polímero deseado, o cualquier mezcla de los mismos. Las composiciones retardadoras del fuego son adecuadas para su inclusión en una amplia variedad de composiciones que contienen o pueden curarse para dar polímeros o materiales a base de polímeros, por ejemplo, poliamidas, nailones, poliésteres, resinas epoxídicas, combinaciones ABS, polímeros halogenados tales como poli(cloruro de vinilo) (PVC), polietilenos, polipropilenos, poliuretanos, poliacrilatos/polimetacrilatos (homo y copolímeros), poliestirenos, policlopropeno, compuestos fenólicos, siliconas y cauchos de silicona y copolímeros y combinaciones de polímeros. Preferiblemente, un monómero, oligómero o polímero curable contiene uno o más grupos seleccionados de epoxi, acrílicos, metacrílicos, amina, hidroxilo, carboxilo, anhídrido, olefínicos, estireno, acetoxilo, metoxilo, éster, ciano, amida, imida, lactona, isocianato o uretano. Si es apropiado, las composiciones pueden contener un agente de curado. Por ejemplo, la composición puede comprender una mezcla de un poliisocianato que porta al menos dos grupos isocianato con un poliol que porta al menos dos grupos hidroxilo o con una amina o un ácido carboxílico; o una mezcla de acrilatos o metacrilatos con un iniciador apropiado.

La composición curable de la invención puede usarse para un procedimiento para la fabricación de un artículo curado, que comprende mezclar al menos un material particulado que se expande al aplicar calor, al menos una nanocarga particulada y al menos un monómero, oligómero o polímero curable, y posteriormente curar la mezcla resultante. Los tres componentes de la mezcla curable pueden mezclarse entre sí en cualquier orden deseado, aunque preferiblemente la nanocarga se dispersa dentro del material curable como primera etapa. El curado puede llevarse a cabo mediante cualquier método apropiado, por ejemplo la aplicación de calor o luz, o la adición de un agente de curado adecuado, por ejemplo una amina, un ácido carboxílico, un anhídrido de ácido carboxílico o un fenol.

Las composiciones según la invención son especialmente adecuadas para su uso como adhesivos, aislantes térmicos sellantes y recubrimientos. Por consiguiente, la composición según la invención puede usarse para un método de fabricación de un recubrimiento, una junta hermética o un enlace adhesivo, que comprende aplicar una composición que contiene monómeros, oligómeros y/o polímeros según la invención a un sustrato y si se requiere curar dicha composición.

El material que comprende el componente (a) es tal que se expande al aplicar calor tal como se experimenta durante un incendio. El material debe ser tal que se expande cuando se expone a una temperatura superior a 500ºC, preferiblemente superior a 300ºC, especialmente superior a 100ºC. El componente (a) comprende grafito expandible.

El grafito expandible puede fabricarse a partir de escamas de grafito cristalino natural. Los depósitos de grafito cristalino son numerosos y se encuentran por todo el mundo, habitualmente como inclusiones en rocas metamórficas, o en los cienos y las arcillas que resultan de su erosión. El grafito se recupera de la mena mediante trituración y flotación y habitualmente se beneficia para obtener escamas de grafito que tengan el 90-98% de carbono. El grafito cristalino consiste en pilas de planos paralelos de átomos de carbono. Debido a que no existen enlaces covalentes entre las capas, pueden insertarse otras moléculas entre ellas (intercalación). En un procedimiento comercial para la producción de grafito expandible, se inserta ácido sulfúrico en el grafito, tras lo que se lava la escama y se seca. El compuesto intercalante queda atrapado dentro de la red cristalina del grafito, de modo que el producto final es un material seco, que puede verterse, no tóxico con acidez mínima (pH~ 3-4). Cuando el grafito intercalado se expone a calor o llama, las moléculas insertadas se descomponen para generar gas. El gas separa a la fuerza las capas de carbono y el grafito se expande.

Las escamas de grafito expandible son generalmente similares a placas. Para una escama de malla 50, la anchura y longitud típicas son de aproximadamente 0,5 mm, siendo generalmente las partículas más grandes de aproximadamente 0,9 mm, mientras que el espesor típico es de aproximadamente 0,08 mm. Para una escama de malla 80, la anchura y longitud típicas son de aproximadamente 0,4 mm...

1. Composición curable que contiene uno o más monómeros, oligómeros y polímeros reactivos, que comprende al menos un poliorganosiloxano que contiene uno o más grupos funcionales seleccionados de grupos amino, hidroxilo, metacrílicos, acrílicos y epoxi, y un segundo componente, en la que las especies reactivas del segundo componente se seleccionan de uno o más de los siguientes grupos:

a. compuestos epoxi-funcionales en combinación con compuestos amino-funcionales;

b. compuestos hidroxi-funcionales, en combinación con compuestos isocianato-funcionales;

c. compuestos funcionales acrílicos o metacrílicos,

que también comprende (a) al menos un material particulado que se expande al aplicar calor que comprende grafito expandible y (b) al menos una nanocarga particulada.

2. Composición según la reivindicación 1, que comprende un compuesto epoxi-funcional junto con un poliorganosiloxano amino-funcional; un compuesto isocianato-funcional junto con un poliorganosiloxano hidroxilo-funcional; o un compuesto funcional acrílico o metacrílico junto con un poliorganosiloxano acrilado o metacrilado.

3. Composición según cualquiera de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el poliorganosiloxano es polidimetilsiloxano.

4. Composición según cualquiera de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el componente (b) es una nanoarcilla.

5. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que también comprende al menos otro material particulado que tiene propiedades retardadoras del fuego.

6. Composición según la reivindicación 5, que incluye al menos un material seleccionado de ácidos/óxidos de metal, hidratos, hidróxidos, carbonatos, sulfatos, silicatos, nitruros, molibdatos y estearatos.

7. Composición según cualquiera de la reivindicación 5 o la reivindicación 6, que incluye al menos un material seleccionado de boratos, estannatos o molibdatos de zinc o calcio, estearatos de zinc o magnesio, molibdatos de amonio, hidróxido de calcio, trihidróxido de aluminio, óxido de silicio, nitruro de silicio, nitruro de boro, metalsilicato de sodio pentahidratado, tetraborato de potasio tetrahidratado, hidróxido de magnesio, silicatos de magnesio, óxido de titanio, óxido férrico, óxido de molibdeno, ftalato de plomo, cloruro estannoso y, cuando sea apropiado, complejos de los mismos.

8. Composición según cualquiera de la reivindicación 6 o la reivindicación 7, que comprende al menos dos de dichos materiales particulados adicionales que tienen propiedades retardadoras de la llama.

9. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en la que dicho(s) material(es) particulado(s) adicional(es) está(n) presentes en una cantidad de desde el 1 hasta el 95% p/p, preferiblemente del 1 al 40% p/p.

10. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende un monómero, oligómero y/o polímero curable que contiene uno o más grupos seleccionados de epoxi, acrílicos, metacrílicos, amina, hidroxilo, carboxilo, anhídrido, olefínicos, estireno, acetoxilo, metoxilo, éster, ciano, amida, imida, lactona o uretano.

11. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en la que la nanocarga está presente en una cantidad de desde el 0,1 hasta el 95% p/p, preferiblemente del 5 al 25% p/p basándose en el peso total de la composición.

12. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que el material expandible está presente en una cantidad de desde el 0,1 hasta el 95% p/p, preferiblemente del 1 al 40% p/p.

13. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que es una composición de recubrimiento, sellante o adhesiva.

14. Uso de una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 como retardador del fuego, o en cualquier aplicación que requiera resistencia al fuego potenciada.