ES2287525T3 - Procedimiento para preparar un material de poliutretano moldeado. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para preparar un material de poliuretano, elastomérico, moldeado que tiene una densidad global de 200 - 1000 kg/m3, y una carga de compresión a una deformación del 40%, de al menos 25 kPa haciendo reaccionar, en un molde cerrado, un prepolímero terminado en isocianato que tiene un valor NCO del 5 - 15% en peso y que es el producto de reacción de un poliisocianato y un poliol de poliéter que tiene una funcionalidad nominal promedio de 2 - 6, un peso equivalente promedio de 500 - 5000 y un contenido en oxietileno del 50 - 90% en peso y 25 - 500 partes en peso de agua por 100 partes en peso de prepolímero.
Description
Procedimiento para preparar un material de
poliuretano moldeado.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para preparar elastómeros de poliuretano moldeados que
tienen una densidad de 200 - 1000 kg/m^{3} preparados a partir de
una cantidad considerable de un poliol que tiene un contenido en
oxietileno (OE) relativamente y de altas cantidades de agua.
Los documentos PCT/EP95/04144 y PCT/EP94/01659
describen la preparación de espumas flexibles, relativamente
blandas, de baja densidad utilizando una alta cantidad de agua y una
cantidad considerable de un poliol de poliéter que contiene una
cantidad considerable de grupos oxietileno.
Los documentos WO 97/21750, WO 98/00450 y WO
00/55232 describen la preparación de elastómeros moldeados
utilizando el mismo tipo de polioles en gran cantidad y una baja
cantidad de agua.
Ninguna de estas citas menciona un problema
encontrado al preparar tales elastómeros moldeados.
Es posible preparar elastómeros con buenas
propiedades. Sin embargo, pueden hacerse mejoras; en particular en
cuanto a los moldeos elastoméricos hidrófilos. Tales elastómeros
hidrófilos podrían ser útiles en aplicaciones para calzado como
plantillas y revestimientos internos para prendas de vestir
informales y deportivas, aplicaciones en muebles como almohadillas
de amortiguación y en aplicaciones médicas como almohadillas de
presión para pacientes inmovilizados.
No es necesario mencionar que se necesitan
requisitos especiales para tales materiales debido a su contacto
cercano y algunas veces intenso con el cuerpo. Es necesario reducir
tanto como sea posible la cantidad de compuestos perjudiciales
lixiviables.
Sorprendentemente, se ha encontrado que es
posible preparar un material elastomérico moldeado que tiene buenas
propiedades físicas y que comprende menos compuestos lixiviables y
en particular sin catalizador. Por lo tanto, la presente invención
se refiere a un procedimiento para preparar un material de
poliuretano elastomérico moldeado que tiene una densidad global de
200 - 1000 kg/m^{3}, y preferiblemente de 200 - 500 kg/m^{3}, y
una carga de compresión, a una deformación del 40%, de al menos 25
kPa y preferiblemente de 50 - 500 kPa haciendo reaccionar, en un
molde cerrado, un prepolímero terminado en isocianato que tiene un
valor de NCO del 5 - 15% en peso y que es el producto de reacción
de un poliisocianato y un poliol de poliéter que tiene una
funcionalidad nominal promedio de 2 - 6, un peso equivalente
promedio de 500 - 5000 y un contenido en oxietileno del 50 - 90% en
peso y 25 - 500 partes en peso de agua por 100 partes en peso de
prepolímero. Además, la presente invención se refiere a un material
de poliuretano sin catalizador, elastomérico, moldeado que tiene
una densidad global de 200 - 1000 kg/m^{3} y preferiblemente de
200 - 500 kg/m^{3}, una carga de compresión, a una deformación
del 40%, de al menos 25 kPa y preferiblemente de 50 - 500 kPa, y un
contenido en oxietileno del 25 - 70, y preferiblemente del 35 - 60%
en peso. Preferiblemente, tal material se prepara según el
procedimiento anterior.
La mayoría de los catalizadores utilizados en la
preparación de materiales de poliuretano son aminas y compuestos de
estaño. Es una gran ventaja cuando tales materiales pueden
prepararse sin tales catalizadores. El procedimiento anterior
proporciona esta oportunidad.
En el contexto de la presente invención, los
siguientes términos tienen los siguientes significados:
1) La expresión "átomos de hidrógeno reactivos
con isocianato", tal como se utilizan en el presente documento
con el fin de calcular el índice de isocianato, hace referencia al
total de átomos de hidrógeno activos en grupos hidroxilo y amino
presentes en las composiciones reactivas; esto significa que, con el
fin de calcular el índice de isocianato en el procedimiento de
espumado real, se considera que un grupo hidroxilo comprende un
hidrógeno reactivo, se considera que un grupo amina primaria
comprende un hidrógeno reactivo y se considera que una molécula de
agua comprende dos hidrógenos activos.
2) Sistema de reacción: una combinación de
componentes en la que los poliisocianatos se mantienen en uno o más
recipientes separados de los componentes reactivos con
isocianato.
3) La expresión "espuma de poliuretano" tal
como se utiliza en el presente documento, hace referencia a
productos celulares como los obtenidos al hacer reaccionar
poliisocianatos con compuestos que contienen hidrógeno reactivo con
isocianato, utilizando agentes espumantes, y en particular incluye
productos celulares obtenidos con agua como agente espumante
reactivo (lo que implica una reacción de agua con grupos isocianato
proporcionando enlaces de tipo urea y dióxido de carbono y
produciendo espumas de poliurea-uretano), y con
polioles, aminoalcoholes y/o poliaminas como compuestos reactivos
con isocianato.
4) El término "funcionalidad de hidroxilo
nominal" se utiliza en el presente documento para indicar la
funcionalidad (número de grupos hidroxilo por molécula) del poliol
o composición de poliol suponiendo que ésta es la funcionalidad
(número de átomos de hidrógeno activos por molécula) del/de los
iniciador(es) utilizado(s) en su preparación, aunque
en la práctica a menudo será algo menor debido a cierta insaturación
terminal.
5) La palabra "promedio" hace referencia al
número promedio, a menos que se indique lo contrario.
Los poliisocianatos utilizados para preparar los
materiales de poliuretano pueden seleccionarse de poliisocianatos
alifáticos, cicloalifáticos y aralifáticos, especialmente
diisocianatos, como diisocianato de hexametileno, diisocianato de
isoforona, 1,4-diisocianato de ciclohexano,
4,4-diisocianato de diciclohexilmetano y
diisocianato de m- y p-tetrametilxilileno, y en
particular poliisocianatos aromáticos como diisocianatos de tolueno
(TDI), diisocianatos de fenileno, diisocianatos de naftaleno y lo
más preferiblemente, diisocianatos de metilendifenileno (MDI) y sus
homólogos que tienen una funcionalidad de isocianato de más de dos,
como el MDI bruto y MDI polimérico.
Los poliisocianatos preferidos son diisocianatos
de metilendifenileno seleccionados de 4,4'-MDI puro,
mezclas isoméricas de 4,4'-MDI,
2,4'-MDI y menos del 10% en peso de
2,2'-MDI, y variantes modificadas de estos
diisocianatos que contienen carbodiimida, uretonimina y/o grupos
uretano, como uretonimina y/o MDI modificado con carbodiimida que
tiene un contenido en NCO de al menos el 20% en peso y MDI
modificado con uretano obtenido haciendo reaccionar MDI en exceso y
un poliol de bajo peso molecular (peso molecular de hasta 1000) y
que tiene un contenido de NCO de al menos el 20% en peso.
Si se desea, pueden utilizarse mezclas de los
isocianatos mencionados anteriormente.
Si se desea, el poliisocianato puede contener
partículas de urea y/o partículas de uretano dispersas preparadas
de manera convencional, por ejemplo, añadiendo una cantidad menor de
una diamina de isoforona al poliisocianato.
El poliisocianato más preferido es un
poliisocianato que contiene al menos el 65%, preferiblemente al
menos el 80%, y más preferiblemente al menos el 95% en peso de
4,4'-diisocianato de difenilmetano o una variante
del mismo. Puede consistir esencialmente en
4,4'-diisocianato de difenilmetano puro o mezclas de
este diisocianato con uno o más poliisocianatos orgánicos
distintos, especialmente otros isómeros de diisocianato de
difenilmetano, por ejemplo el isómero 2,4' opcionalmente junto con
el isómero 2,2'. El poliisocianato más preferido también puede ser
una variante de MDI derivada de una composición de poliisocianato
que contiene al menos el 65% en peso de
4,4'-diisocianato de difenilmetano. Las variantes de
MDI se conocen bien en la técnica y, para su uso según la
invención, incluyen productos líquidos (a 25ºC) obtenidos
introduciendo grupos uretonimina y/o carbodiimida en dichos
poliisocianatos, tal como poliisocianato modificado con carbodiimida
y/o con uretonimina, que tiene preferiblemente un valor de NCO de
al menos el 20% en peso, y/o mediante reacción de tal poliisocianato
con uno o más polioles que tienen una funcionalidad de hidroxilo de
2 - 6 y un peso molecular de 62 - 1000, de forma que se obtiene un
poliisocianato modificado, que tiene preferiblemente un valor NCO de
al menos el 20% en peso. Se puede utilizar hasta el 25% en peso de
otro poliisocianato junto con este poliisocianato más preferido;
otros poliisocianatos preferidos son MDI polimérico y diisocianato
de tolueno.
El poliol que tiene un contenido en oxietileno
del 50 - 90% en peso que se utiliza en el prepolímero, se selecciona
de polioles de poliéter, que contienen otros grupos oxialquileno
como grupos oxipropileno y/o oxibutileno; preferiblemente, estos
polioles de poliéter son polioles de
polioxietileno-polioxipropileno. Estos polioles
tienen una funcionalidad nominal promedio de 2 - 6, y
preferiblemente de 2 - 4, un peso equivalente promedio de 500 -
5000 y preferiblemente de 1000 - 4000, y un peso molecular de 2000 -
12000, y más preferiblemente de 2000 - 10000, y preferiblemente
tienen un contenido en oxietileno del 60 - 85% en peso. La
distribución del oxietileno y de otros grupos oxialquileno sobre
las cadenas de polímero puede ser del tipo de una distribución
aleatoria, una distribución de copolímero de bloque o una
combinación de las mismas. Pueden utilizarse mezclas de polioles.
Se conocen los métodos para preparar tales polioles y tales polioles
están disponibles comercialmente. Ejemplos son Arcol^{TM} 2580 de
Bayer, Caradol^{TM} 3602 de Shell, Lupranol^{TM} 9205 de BASF y
Daltocel F442 de Huntsman Polyurethanes (Daltocel es una marca
registrada de Huntsman International LLC).
El prepolímero se prepara según métodos
conocidos en la técnica. Se conocen prepolímeros de este tipo;
véanse, por ejemplo, los documentos EP 547765 y WO 00/55232. En
general, el poliisocianato y el poliol se combinan en una cantidad
relativa de forma que llegan al valor de NCO deseado y se permite
que reaccionen, si se desea, a temperatura elevada y en presencia
de catalizador. Preferiblemente no se utiliza catalizador.
Se utiliza agua en una cantidad de 25 - 500
partes en peso por 100 partes en peso de prepolímero;
preferiblemente esta cantidad es de 25 - 300 partes en peso por 100
partes en peso de prepolímero.
Uno de los hallazgos sorprendentes es que no se
necesitan otros componentes con el fin de preparar los materiales
elastoméricos según la presente invención además del prepolímero y
el agua. Ésta es una de las realizaciones preferidas de la presente
invención: en el procedimiento según la presente invención no se
utiliza otro material además del prepolímero y el agua.
Sin embargo, si se desea, también pueden
utilizarse aquí otros compuestos reactivos con isocianato (además
del agua) que se utilizan a menudo en la preparación de materiales
elastoméricos moldeados. Ejemplos de otros compuestos de este tipo
son extendedores de cadena y reticulantes que son compuestos
reactivos con isocianato que tienen un peso equivalente inferior a
500 y una funcionalidad de 2 y 3 - 8, respectivamente, y otros
compuestos reactivos con isocianato que tienen un peso equivalente
promedio de más de 500, como polioles de poliéster, aminas de
poliéter y polioles de poliéter, que tienen un contenido en
oxietileno inferior al 50 o superior al 90% en peso.
Ejemplos de tales extendedores de cadena y
reticulantes son etilenglicol, propanodiol,
2-metil-propano-1,3-diol,
butanodiol, pentanodiol, hexanodiol, dietilenglicol,
propilenglicol, dipropilenglicol, polioxietilendioles y trioles que
tienen un peso equivalente inferior a 500, glicerol,
trimetilolpropano, pentaeritritol, sacarosa, sorbitol, mono, di y
trietanolamina, etilendiamina, toluendiamina, dietiltoluendiamina y
diaminas y triaminas de poliéster que tienen un peso equivalente
inferior a 500.
Preferiblemente, la cantidad de otros compuestos
reactivos con isocianato de este tipo utilizados en el procedimiento
según la presente invención es menor del 5% en peso, calculado
sobre la cantidad de prepolímero utilizado, más preferiblemente
esta cantidad es menor del 1% en peso.
Si se desea, pueden utilizarse aditivos que se
conocen para su uso en materiales de poliuretano elastoméricos en
el procedimiento según la presente invención. Ejemplos de tales
aditivos son: catalizadores que potencian la formación de enlaces
uretano como 1) catalizadores metálicos como octoato de estaño y
dilaurato de dibutilestaño, 2) catalizadores de aminas terciarias
como trietilendiamina e imidazoles como dimetilimidazol, y 3) otros
catalizadores como ésteres de maleato y ésteres de acetato;
tensioactivos; retardadores del fuego; supresores de humo;
estabilizantes de radiación UV; colorantes; inhibidores microbianos;
cargas; agentes de desmoldeo de molde internos y externos;
materiales de cambio de fase como hidratos de sal, clatratos, ácidos
grasos, hidrocarburos lineales como n-eicosano y
n-hexadecano; tintes; fragancias; materiales
higroscópicos como CaCl_{2} y gel de sílice; polímeros
superabsorbentes; fungicidas; insecticidas; otros pesticidas;
adsorbentes; caucho y otros látex poliméricos; arcillas como
nanoarcillas y micropartículas huecas como Expancel^{TM}.
Sin embargo, como ya se ha mencionado:
preferiblemente no se utilizan catalizadores.
Los materiales elastoméricos según la presente
invención se preparan alimentando el prepolímero y el agua, por
separado o mezclados, en un molde abierto o cerrado, cerrando el
molde en el caso de que esté abierto en la etapa previa,
permitiendo que el prepolímero y el agua reaccionen y, si se desea,
secando el material elastomérico obtenido a una temperatura
superior a la temperatura ambiente, calentándolo y/o sometiéndolo a
radiación, por ejemplo radiación de microondas. El secado puede
realizarse en el molde o después de que el material elastomérico se
ha extraído del molde. La superficie interna del molde puede
tratarse con un agente de desmoldeo de molde externo. Si se va a
realizar más de un moldeo, entonces la superficie interna del molde
puede tratarse con un agente de desmoldeo de molde externo de este
tipo antes de que se realice el primer moldeo, pero sin tratar al
molde con tal agente antes de los moldeos posteriores, tal como se
describe en el documento WO 00/55232.
El procedimiento puede realizarse en cualquier
tipo de molde conocido en la técnica. Ejemplos de moldes de este
tipo son moldes utilizados comercialmente para preparar partes de
muebles de poliuretano, asientos para automóviles y partes de
automóviles como volantes de dirección, reposabrazos, reposacabezas,
paneles de carrocería y parachoques, y para suelas exteriores,
suelas medias y plantillas para calzado.
El material del molde se puede seleccionar de
los conocidos en la técnica como metal, por ejemplo, acero
inoxidable y aluminio y resina epoxídica.
Si se utilizan otros compuestos o aditivos
reactivos con isocianato para la preparación de los materiales
elastoméricos, entonces estos pueden alimentarse en el molde por
separado o juntos (disueltos, dispersos o emulsionados - según sea
el caso) en agua.
La cantidad de prepolímero, agua y otros
compuestos y aditivos reactivos con isocianato opcionales que se
alimentan en el molde es preferiblemente de tal forma que el volumen
de aumento libre que puede obtenerse con tal cantidad es el 10 -
1000% más que el volumen interno del molde, y lo más preferiblemente
es el 25 - 500% superior. El prepolímero, el agua y/o el molde
pueden calentarse antes de que el prepolímero y el agua se
alimenten en el molde. Si se desea, la temperatura del agua es
superior a la temperatura del prepolímero, tal como se describe en
el documento EP 793681.
Los materiales de poliuretano elastoméricos
obtenidos muestran además un buen endurecimiento por compresión por
compresión y elasticidad y pueden utilizarse tal como se indicó
anteriormente. La densidad total (OD, kg/m^{3}) y la deformación
por carga de compresión al 40% (CLD, 40% kPa) se miden según las
normas DIN 53420 y DIN 53577, respectivamente. Las propiedades
físicas deben medirse después una vez que los moldeos se han secado
hasta un punto tal que el peso del moldeo no disminuye en más del
0,5% por hora cuando se mantiene a 50ºC.
La invención se ilustra con los siguientes
ejemplos:
Se preparó un prepolímero haciendo reaccionar
Suprasec MPR, de Huntsman Polyurethanes (Suprasec es una marca
registrada de Huntsman International LLC) y Caradol^{TM} 3602, de
Shell en condiciones ambientales en una razón en peso de 40:60. A
75,5 g de este prepolímero se añadieron 37,75 g de agua, seguido por
mezclado, vertiendo en un molde de aluminio (temperatura ambiente),
cerrando el molde y permitiendo que reaccione. El tamaño interno
del molde era de 15 x 20 x 1,5 cm y se pulverizó la superficie
interna con un agente de desmoldeo de molde externo Münch
ES-940/M.
Tras 5 minutos, se separó el material de
poliuretano elastomérico moldeado se desmoldeó y se secó a 50ºC
durante 24 horas en un horno.
Se repitió el ejemplo 1 con la condición de que
la cantidad de agua fuera de 75,5 gramos.
Se repitió el ejemplo 1 con la condición de que
Caradol^{TM} 3602 se sustituyó por un poliol de
polioxietileno-polioxipropileno que tiene un peso
molecular de 8000, una funcionalidad de hidroxilo nominal de 3 y un
contenido en oxietileno del 75% en peso (todo aleatorio). Se
mezclaron 114,2 g de prepolímero y 57,1 g de agua y se vertieron en
el molde.
Las propiedades físicas de los elastómeros
obtenidos se facilitan en la siguiente tabla.
Claims (10)
1. Procedimiento para preparar un material de
poliuretano, elastomérico, moldeado que tiene una densidad global
de 200 - 1000 kg/m^{3}, y una carga de compresión a una
deformación del 40%, de al menos 25 kPa haciendo reaccionar, en un
molde cerrado, un prepolímero terminado en isocianato que tiene un
valor NCO del 5 - 15% en peso y que es el producto de reacción de
un poliisocianato y un poliol de poliéter que tiene una
funcionalidad nominal promedio de 2 - 6, un peso equivalente
promedio de 500 - 5000 y un contenido en oxietileno del 50 - 90% en
peso y 25 - 500 partes en peso de agua por 100 partes en peso de
prepolímero.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el poliisocianato es un poliisocianato que contiene al menos
el 65% en peso de diisocianato de 4,4'-difenilmetano
o una variante del mismo y el poliol es un poliol de
polioxietileno-polioxipropileno que tiene una
funcionalidad nominal promedio de 2 - 4, un peso equivalente
promedio de 1000 - 4000, un peso molecular de 2000 - 10000 y un
contenido en oxietileno del 60 - 85% en peso y la cantidad de agua
es de 25 - 300 partes en peso por 100 partes en peso de
prepolímero.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
2, en el que no se utiliza catalizador.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 -
3, en el que los otros compuestos reactivos con isocianato se
utilizan en una cantidad de como máximo 5 partes en peso por 100
partes en peso de prepolímero.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 -
4, en el que el material se seca a temperatura elevada.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 -
5, en el que la cantidad de prepolímero, agua y otros compuestos
reactivos con isocianato opcionales es de tal forma que el volumen
de aumento libre que se puede obtener con tal cantidad es el 10 -
1000% más que el volumen interno del molde.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que el volumen de aumento libre es el 25 - 500% más que el
volumen interno del molde.
8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 -
7, en el que la densidad es 200 - 500 kg/m^{3} y la carga de
compresión a una deformación del 40% es de 50 - 500 kPa.
9. Material de poliuretano, sin catalizador,
elastomérico, moldeado que tiene una densidad global de 200 - 1000
kg/m^{3}, una carga de compresión a una deformación del 40% de al
menos 25 kPa y un contenido en oxietileno del 25 - 70% en peso.
10. Material según la reivindicación 9, en el
que la densidad global es de 200 - 500 kg/m^{3}, el contenido en
oxietileno es del 35 - 60% en peso y la carga de compresión a una
deformación del 40% es de 50 - 500 kPa.
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