COMPOSICIÓN DE POLIACRILATO DE UREA COMO RETARDANTE DE LLAMA.

Composición de poliacrilato de urea como retardante de llama.

La presente invención se refiere a una composición acuosa de poliacrilato de urea,

a su uso como retardante de llama o bien como aditivo ignifugante en materiales porosos y al procedimiento de obtención de dicha composición.

Composición de poliacrilato de urea como retardante de llama.

La presente invención se refiere a una composición de poliacrilato de urea, a su uso como retardante de llama o bien como aditivo ignifugante en materiales porosos y al procedimiento de obtención de dicha composición.

Estado de la técnica anterior Durante las últimas décadas, la sustitución de materiales convencionales por polímeros sintéticos ha aumentado de forma importante debido a la multitud de aplicaciones, pero la mayoría de ellos son extremadamente inflamables y en presencia de una fuente de calor y de oxígeno se queman fácil y rápidamente.

La estrategia comúnmente más utilizada para minimizar la inflamabilidad de un material, es la incorporación de sustancias retardantes a la llama. Aunque en los últimos años ha habido un incremento en el número de heteroelementos utilizados en compuestos retardantes a la llama, el mercado está todavía dominado por compuestos que contienen halógenos, especialmente cloro y bromo. Estos compuestos, son muy efectivos ya sea como aditivos o como reactivos pero presentan un inconveniente importante: incrementan las cantidades de humos y productos de descomposición tóxicos que se desprenden durante la combustión del polímero. Es por ello, que cada vez más se están buscando nuevos retardantes de la llama libres de halógenos, que respeten el medio ambiente y no resulten agresivos.

El hecho de añadir un compuesto halogenado a la resina tiene como principal inconveniente la generación de gases y humos corrosivos sobre los aditivos de combustión.

La demanda de retardantes de llama modernos ha cambiado considerablemente durante los últimos años. Además de la efectividad en caso de incendio, las consideraciones relativas al medio ambiente también juegan un papel fundamental en todas las fases del ciclo de vida del producto desde la producción, transformación, aplicación y reciclado.

Además los retardantes de llama son una parte importante de la protección ignífuga; no sólo minimizan el riesgo de que un incendio comience, sino también de que se expanda, otorgando un incremento en el tiempo para escapar de un incendio y al mismo tiempo protege a las personas, características y el medio ambiente.

Aunque el ácido bórico y sus sales han sido empleados como aditivos retardantes a la llama desde 1800, han sido menos estudiados que los compuestos de fósforo, halógeno y antimonio. La mayoría de retardantes a la llama que contienen boro se descomponen térmicamente generando ácido bórico liberando agua en una reacción endotérmica, por tanto, pueden actuar como retardantes físicos al absorber calor en el proceso de descomposición, diluir los volátiles en la fase gaseosa o formar una capa de vapor de agua sobre la fase sólida. Además, el ácido bórico puede actuar de forma similar al ácido fosfórico formando un recubrimiento intumescente que incrementa la efectividad de la capa protectora. Como se describe en la solicitud de patente (WO/2009079596) para la protección de materiales celulósicos.

El uso de las mezclas de ácido bórico-bórax (H3BO3/Na2B4O7 · 10H2O) en compuestos de celulosa dio lugar a una de las primeras teorías de la retardancia a la llama. Estas composiciones de ácido bórico-bórax han sido utilizadas como retardantes de llama no duraderos para los materiales celulósicos tales como algodón, papel, aislamientos y paneles de celulosa o madera.

Otros aditivos comúnmente utilizados en lugar del ácido bórico, son los boratos de zinc en combinación con otro retardante de llama (óxido de antimonio, trihidrato de alúmina o fuentes de halógenos) , generalmente en materiales celulósicos (S. Bourbigot, M. L. Bras, R. Leeuwendal, K. K. Shen, D. Schubert, Polym. Degrad. Stabil., 64, 419 (1999) ) , y los ácidos fenilborónicos, como en el caso de sistemas acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y policarbonatos (A.

B: Morgan, J. L. Jurs, J. M. Tour, J. Appl. Polym. Sci., 76, 1257 (2000) ) . Los ácidos fenilborónicos por calentamiento dan lugar a boroxinas, las cuales contribuyen a la formación de residuos carbonosos e impiden que las moléculas combustibles pasen a la fase vapor. La desventaja de usar antimonio es que presenta elevada toxicidad.

Los compuestos organoborados que actúan como reactivos retardantes a la llama, no han sido estudiados hasta, relativamente, hace poco tiempo, sin embargo, los resultados obtenidos sobre la retardancia a la llama, en los diferentes polímeros modificados químicamente con compuestos de boro, han sido satisfactorios. Entre los estudios realizados, se ha descrito la modificación química de poliestireno con catecolborano y la del alcohol polivinílico y sus copolímeros con estireno, mediante la incorporación de ácido bórico. También se ha descrito la copolimerización de compuestos alílicos que contienen boro con bismaleimidas (G. Liang, J. Fan, J. Appl. Polym. Sci., 73, 1623 (1999) ) , la incorporación de ácido bórico en resinas fenol formaldehído y la modificación química de espumas de poliuretano con boratos.

Actualmente se preparan retardantes de llama con resinas acrílicas y melanina (Chuen-Shii Chou, Sheau-Horng Lin, Chin-I Wang; Advanced Powder Technology, 20, (2009) 169-176) , sin embargo su obtención se realiza controlando el pH, y por lo general no presentan una buena dispersión a la hora de aplicarlo a los distintos materiales.

Es de gran importancia que los aditivos ignifugantes añadidos a las resinas mantengan inalterables el resto de propiedades físicas del material.

Descripción de la invención La presente invención proporciona una composición de poliacrilato de urea como principal componente, para su uso como retardante de llama o bien como aditivo ignifugante, también proporciona un procedimiento para su obtención.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a una composición que comprende poliacrilato de urea, preferiblemente el porcentaje en peso total del poliacrilato de urea está entre el 10 y el 35%.

La composición en una realización preferida está caracterizada por contener además aditivos ignifugantes que se seleccionan entre hidróxidos, óxidos, fosfatos, carbonatos, boratos metálicos o cualquiera de sus combinaciones.

Los metales del aditivo en una realización más preferida se seleccionan entre los elementos de los grupos 2 (Be, Mg, Ca, Sr y Ba) , 12 (Zn) , 13 (B, Al, Ga, In) o cualquiera de sus combinaciones. Encontrándose en otra realización más preferida estos aditivos en un porcentaje en peso total entre el 20 el 36%.

Preferiblemente la composición va a contener agua, encontrándose más preferiblemente en un porcentaje del 45 al 60% en peso.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere al uso de la composición descrita anteriormente como retardante de llama o ignifugante.

Los retardantes de llama previenen las reacciones químicas en la llama o crean una capa carbonizada en la superficie que evita que el combustible se ponga en contacto con el oxígeno del aire. Por lo que es importante que el retardante recubra de forma homogénea el material a proteger, en la presente invención la composición retardante con poliacrilato de urea se adhiere perfectamente y de forma homogénea al material. Y además no requiere de un dispersante adicional.

Esta composición retardante o ignífuga se utiliza, por tanto, para proteger distintos tipos de materiales porosos, y el componente descrito (poliacrilato de urea) presenta por sí mismo un cierto carácter retardante a la llama, lo que lo hace propicio para ser usado en la preparación de mezclas ignifugantes de éste o de otros tipos.

En una realización preferida los materiales que pueden ser protegidos por esta composición ignífuga son materiales porosos que son utilizados en los distintos sectores: construcción, electrónica y transporte entre otros; ya que se emplean en una realización más preferida para proteger materiales como polímeros (termoestables y termoplásticos) , textiles, celulósicos (papel, cartón o madera) , pinturas y materiales compuestos. Preservando las características físicas y el aspecto del soporte sobre el que se aplica.

En la presente invención se entiende por "material compuesto" aquel formado a partir de dos o más tipos de materiales y que se caracteriza por poseer unas propiedades mejores que las de los materiales constituyentes por separado.

Otra característica de esta...

1. Composición que comprende poliacrilato de urea.

2. Composición según reivindicación 1, donde el poliacrilato de urea tiene un porcentaje en peso total de la composición entre el 10 y el 35%.

3. Composición según cualquiera de las reivindicaciones1ó2, caracterizada por contener además aditivos ignifugantes que se seleccionan entre hidróxidos, óxidos, fosfatos, carbonatos, boratos metálicos o cualquiera de sus combinaciones.

4. Composición según la reivindicación 3, donde los metales del aditivo se seleccionan entre los elementos de los grupos 2, 12, 13 o cualquiera de sus combinaciones.

5. Composición según las reivindicaciones 3 ó 4, donde los aditivos se encuentran en un porcentaje en peso total de la composición entre el 20 y el 36%.

6. Composición según cualquiera de las reivindicaciones1a5, donde además contiene agua.

7. Composición según la reivindicación 6, donde el contenido total de agua a la composición es del 45 al 60% en peso.

8. Uso de la composición según cualquiera de las reivindicaciones1a7, como retardante de llama.

9. Uso de la composición según cualquiera de las reivindicaciones1a7, como aditivo en una composición de retardante de llama.

10. Uso según cualquiera de las reivindicaciones8ó9, donde el retardante de llama se emplea para la protección de materiales porosos.

11. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde los materiales a proteger se seleccionan entre polímeros, textiles, celulósicos, pinturas o materiales compuestos.

12. Procedimiento de obtención de la composición según cualquiera de las reivindicaciones1a7, que comprende la preparación de poliacrilato de urea, a partir de ácido poliacrílico y urea en solución acuosa.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, donde el poliacrilato de urea en agua está con una estequiometría ácido poliacrílico: urea en una relación entre 2:1 y 2:1, 5

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, donde el ácido poliacrílico es de peso molecular entre 1000 y 1500 g/mol.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, donde el ácido poliacrílico tiene una polidispersidad de entre 1, 05 y 1, 35.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado por comprender además la adición de una solución acuosa con al menos un aditivo ignifugante según cualquiera de las reivindicaciones3a5.