Espumas de materiales polímeros extrudidos que contienen ésteres de un azúcar y un ácido graso bromado como aditivo retardante de llama.

Una mezcla que comprende al menos un material polímero orgánico combustible y un éster de un azúcar y un ácido graso bromado.

Espumas de materiales polímeros extrudldos que contienen ásteres de un azúcar y un ácido graso bromado como aditivo retardante de llama

La presente invención se refiere a espumas de materiales polímeros extrudidos, tales como polímeros y copolímeros estirénicos expandidos, que contienen agentes retardantes de llama basados en un ácido graso bromado.

Los aditivos retardantes de llama (FR, del inglés fíame retardant) se añaden comúnmente a los productos de espumas de materiales polímeros extrudidos que se usan en aplicaciones de construcción y automoción. La presencia del aditivo FR permite que la espuma pase las pruebas estándar de fuego que se requieren en las distintas jurisdicciones. Como aditivos FR en estos productos de espuma se usan diversos compuestos bromados de bajo peso molecular (<~1. g/mol). Muchos de estos, tales como hexabromociclododecano, están sometidos a presiones reguladoras y públicas que pueden conducir a restricciones en su uso y, por ello, existe un estímulo de encontrar un sustituto para los mismos.

Un aditivo FR alternativo para espumas de materiales polímeros extrudidas serla capaz de permitir que la espuma pasara las pruebas de fuego normalizadas, cuando se incorporara en la espuma a niveles razonablemente bajos. Debido a que las espumas extrudidas se procesan a temperaturas elevadas, es importante que el aditivo FR sea térmicamente estable en las condiciones de temperatura usadas en el proceso de extrusión. Para algunas espumas, tales como las espumas de poliestireno y de copolímero de estireno, estas temperaturas son con frecuencia 18°C o superiores. Se encuentran varios problemas si el aditivo FR se descompone durante el proceso de extrusión. Estos Incluyen pérdida de agente FR y, por tanto, pérdida de propiedades FR, y la generación de productos de descomposición (tales como HBr) que, frecuentemente, son corrosivos y, por tanto, potencialmente peligrosos para los seres humanos y perjudiciales para el equipo de operación. El agente FR no causará una pérdida significativa de propiedades físicas deseables en el polímero. Se prefiere que el aditivo FR tenga una baja toxicidad y que no sea blodlsponlble en grandes cantidades.

Los aceites vegetales bromados se han descrito en el Documento de Patente de los EE.UU. de N° 3.359.22 como aditivos FR para su uso en aplicaciones de espuma en perlas. Como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU. de N° 3.359.22, el aceite vegetal bromado se añade en un proceso de polimerización en suspensión, y de esa manera se incorpora a las partículas del polímero que a continuación se expanden por contacto con vapor de agua. Las partículas del material polímero son un poliestireno que se copolimeriza con aceite de tung. En el Documento de Patente de los EE.UU. de N° 3.359.22 se describe que los aceites vegetales bromados se descomponen en el Intervalo de temperaturas de 14-18 °C. El proceso de espuma en perlas no requiere de altas temperaturas de procesado, ya que las etapas de polimerización y de expansión se llevan a cabo a temperaturas de sólo hasta aproximadamente 115 °C. Estas etapas se llevan a cabo a temperaturas muy por debajo de la reportada temperatura de descomposición del aceite vegetal bromado, y así la descomposición de los aceites vegetales bromados no es un problema con su uso en aplicaciones de espumas en perlas de poliestireno.

El Documento PCT/US28/7171 describe ciertos ácidos grasos bromados, ásteres, amidas o éster-amidas de ácidos grasos bromados, glicéridos de uno o más ácidos grasos bromados y ácidos grasos bromados polimerizados que son útiles como retardantes de llama para espuma de poliestireno.

El Documento de Patente de los EE.UU. de N° 4.75.69 describe una composición pesada de aceite que consiste esencialmente en un poliéster de poliol y ácido graso bromado, líquido, no digerible, no tóxico, no absorbióle y comestible con al menos 4 grupos éster de ácido graso, en donde el poliol se selecciona del grupo que consiste en azúcares y alcoholes que contienen al menos 4 grupos hidroxilo, y en donde cada grupo ácido graso tiene de aproximadamente 8 a aproximadamente 22 átomos de carbono.

La presente invención es una mezcla que comprende al menos un material polímero orgánico combustible y un éster de un azúcar y un ácido graso bromado.

La presente invención es en otro aspecto, un método de impartir propiedades retardantes de llama a un material polímero orgánico combustible, que comprende la mezcla del polímero orgánico combustible con un éster de un azúcar y un ácido graso bromado.

Para los propósitos de esta invención, se considera que se imparten las propiedades retardantes de llama a un material polímero orgánico combustible si se ven uno cualquiera o más de los siguientes criterios:

1. Un aumento en el índice de oxígeno limitante (LOI, del inglés limiting oxygen Índex) de al menos ,5 unidades, tal como se determina según la norma ASTM D2863, con respecto a otra composición que no contiene un éster de un azúcar y un ácido graso bromado;

2. Una reducción de al menos un segundo en el tiempo requerido para la extinción, tal como se determina según la denominada prueba "FP-7", que se describe por A.R. Ingram en J. Appl. Poli. Sci. 1964, 8, 2485 a 2495, con relación a otra composición que no contiene un éster de un azúcar y un ácido graso bromado; o bien

3. Una clasificación de "pasa", junto con una reducción en la altura de la llama, en el tiempo de extinción de llama y/o en la formación de gotas ardientes tal como se determina según cualquiera de las pruebas de las normas DIN 412 parte 1, NF-P 92/51/4/5, SIA 183 e EN ISO 11925-2, relativas a una composición que no contiene un áster de un azúcar y un ácido graso bromado.

Una cantidad de un áster de un azúcar y un ácido graso bromado (referido a veces en la presente memoria por la forma abreviada "áster de "azúcar/ácido graso bromado"), que imparte propiedades retardantes de llama a un material polímero orgánico combustible según cualquiera de los criterios anteriores, se considera para los propósitos de esta Invención que es una "cantidad retardante de llama".

La Invención es en otro aspecto un proceso para hacer una espuma de un material polímero combustible, que comprende formar una mezcla fundida, presurizada de (A) un material polímero orgánico combustible, (B) una cantidad retardante de llama de al menos un áster de un azúcar y un ácido graso bromado, y (C) un agente de soplado, y extrudir la mezcla en una región de presión reducida de tal manera que la mezcla se expande y se enfría para formar un polímero expandido que contiene el componente (B).

En otro aspecto, la invención es una espuma de material polímero orgánico combustible extrudido hecho según el proceso anteriormente mencionado.

En cualquiera de los aspectos anteriores de la invención, el material polímero orgánico combustible es preferiblemente un polímero o copolímero de un monómero estirénico. Ejemplos de tales materiales polímeros incluyen homopolímeros de poliestireno y copolímeros de estireno tales como copolímeros de estireno-ácido acrílico y copolímeros de estireno-acrilonitrilo.

El áster de azúcar/ácido graso bromado proporciona excelentes propiedades FR a los materiales polímeros combustibles, como se indica por varias pruebas estándar. Los ásteres de azúcar/ácido graso bromado son a menudo eficaces a niveles pequeños, especialmente cuando se usan en conjunción con un promotor del flujo en estado fundido. Los ásteres de azúcar/ácido graso bromado pueden ser hasta dos veces más eficaces, en base al peso de bromo en la espuma del polímero extrudido, que el hexabromociclododecano, especialmente cuando se usan en conjunción con un promotor del flujo en estado fundido. Otra ventaja de la invención es que los ásteres de azúcar/ácido graso bromado sufren poca o ninguna degradación térmica en las condiciones a las que se procesan en estado fundido muchos de los materiales polímeros combustibles más comunes. Por lo tanto, el aditivo de áster de azúcar/ácido graso bromado no se consume o degrada significativamente durante las operaciones de procesado en estado fundido, tales como, por ejemplo, un proceso de espumación por extrusión. Debido a esto, se observa poca o ninguna pérdida de las propiedades FR en el producto extrudido, y se produce poca generación de HBr o de otros productos de descomposición durante la operación del procesado en estado fundido.

En ciertas realizaciones, la espuma de material polímero extrudido se hace en presencia del áster de azúcar/ácido graso bromado, usando agua o dióxido de carbono (o ambos) como la totalidad o parte del agente de soplado. Se ha encontrado... [Seguir leyendo]

1. Una mezcla que comprende al menos un material polímero orgánico combustible y un áster de un azúcar y un ácido graso bromado.

2. La mezcla de la reivindicación 1 que contiene una cantidad de áster suficiente para proporcionar la mezcla con de ,5 a 3 partes en peso de bromo.

3. La mezcla de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en donde el material polímero orgánico combustible es un homopolímero de estlreno, un copolímero de estireno-ácldo acrílico, un copolfmero de estireno-acrilonitrilo (SAN), una resina estireno-acrllonltrllo-butadleno (ABS), o un copolímero de estlreno-butadieno.

4. La mezcla de la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el áster está representado por la estructura:

O

R2CO

a

(I)

en donde R es el residuo, después de la eliminación de los grupos hidroxilo, de un monosacárldo, disacárido u oligosacárido que tiene de 5 a 16 grupos hidroxilo, cada R1 es Independientemente un grupo alquilo o alquenilo lineal de C11-29 que está sustituido con al menos dos átomos de bromo y puede contener sustitución inerte adicional, cada R2 es independientemente un grupo alquilo o alquenilo lineal de 11.29 no sustituido o sustituido de forma inerte que no contiene átomos de bromo y que puede contener sustitución Inerte adicional, a es al menos uno, b es cero o un número positivo, c es cero o un número positivo, y a + b + c es igual al número de grupos hidroxilo en el monosacárido, disacárido u oligosacárido.

5. La mezcla de la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el áster está representado por la estructura:

en donde al menos 6 de los grupos R4 son grupos áster de ácido carboxílico lineal de C12-3 que están sustituidos con al menos dos átomos de bromo y pueden contener insaturación carbono-carbono y/o sustitución inerte adicional, cero, uno o 2 de los grupos R4 son grupos hidroxilo y/o grupos áster de ácido carboxílico lineal de C12-3 que pueden contener insaturación carbono-carbono y/o otra sustitución inerte pero no contienen grupos bromo.

6. Un método de impartir propiedades retardantes de llama a un material polímero orgánico combustible, que comprende la mezcla del material polímero orgánico combustible con un áster de un azúcar y un ácido graso bromado.

7. El método de la reivindicación 6, en donde se mezcla suficiente áster con el material polímero orgánico combustible para proporcionar la composición resultante con de ,5 a 5 partes en peso de bromo.

8. El método de la reivindicación 6 o 7, en donde el material polímero orgánico combustible es un homopolímero de estireno, un copolímero de estireno-ácido acrílico, un copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN), una resina estireno- acrilonitrilo-butadieno (ABS), o un copolímero de estireno-butadieno.

9. El método de la reivindicación 6, 7, u 8, en donde el áster está representado por la estructura:

IR2CO

O

O-----CR1

en donde R es el residuo, después de la eliminación de los grupos hidroxllo, de un monosacárldo, dlsacárido u oligosacárldo que tiene de 5 a 16 grupos hidroxllo, cada R1 es independientemente un grupo alquilo o alquenllo lineal de Cn-29 que está sustituido con al menos dos átomos de bromo y puede contener sustitución inerte adicional, cada 5 R2 es independientemente un grupo alquilo o alquenilo lineal de Cn-29 no sustituido o sustituido de forma inerte que no contiene átomos de bromo y que puede contener sustitución inerte adicional, a es al menos uno, b es cero o un número positivo, c es cero o un número positivo, y a + b + c es igual al número de grupos hidroxilo en el monosacárido, disacárido u oligosacárido.

1. El método de la reivindicación 6, 7, u 8, en donde el éster está representado por la estructura:

R4

en donde al menos 6 de los grupos R4 son grupos éster de ácido carboxílico lineal de C12-3 que están sustituidos con al menos dos átomos de bromo y pueden contener insaturación carbono-carbono y/o sustitución inerte adicional, cero, uno o 2 de los grupos R4 son grupos hidroxilo y/o grupos éster de ácido carboxílico lineal de C12-3 que pueden contener insaturación carbono-carbono y/o otra sustitución inerte pero no contienen grupos bromo.

11. Un proceso para fabricar una espuma de un material polímero combustible, que comprende formar una mezcla

fundida presurizada de (A) un material polímero orgánico combustible, (B) una cantidad retardante de llama de al menos un éster de un azúcar y un ácido graso bromado, y (C) un agente de soplado, y extrudir la mezcla en una región de presión reducida de tal manera que la mezcla se expande y se enfría para formar un material polímero expandido que contiene el componente (B).

12. El proceso de la reivindicación 11, en donde la espuma contiene una cantidad suficiente del éster para

proporcionar la espuma con de ,5 a 3 partes en peso de bromo.

13. El proceso de la reivindicación 11 o 12, en donde el material polímero orgánico combustible es un homopolímero de estireno, un copolímero de estireno-ácido acrílico, un copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN), una resina estireno-acrilonitrilo-butadieno (ABS), o un copolímero de estireno-butadieno.

14. El proceso de la reivindicación 11, 12, o 13, en donde el éster está representado por la estructura:

en donde R es el residuo, después de la eliminación de los grupos hidroxilo, de un monosacárido, disacárido u oligosacárido que tiene de 5 a 16 grupos hidroxilo, cada R1 es independientemente un grupo alquilo o alquenilo lineal de C11.29 que está sustituido con al menos dos átomos de bromo y puede contener sustitución inerte adicional, cada

R2 es independientemente un grupo alquilo o alquenilo lineal de C11.29 no sustituido o sustituido de forma inerte que no contiene átomos de bromo y que puede contener sustitución inerte adicional, a es al menos uno, b es cero o un número positivo, c es cero o un número positivo, y a + b + c es igual al número de grupos hidroxilo en el monosacárido, disacárido u oligosacárido.

15. El proceso de la reivindicación 11, 12, o 13, en donde el áster está representado por la estructura:

R4

en donde al menos 6 de los grupos R4 son grupos áster de ácido carboxílico lineal de C12-3 que están sustituidos con al menos dos átomos de bromo y pueden contener insaturación carbono-carbono y/o sustitución inerte adicional, cero, uno o 2 de los grupos R4 son grupos hidroxilo y/o grupos áster de ácido carboxílico lineal de C12-3 que pueden 1 contener insaturación carbono-carbono y/o otra sustitución inerte pero no contienen grupos bromo.

16. Una espuma de material polímero orgánico combustible extrudido realizado según el proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15.