ES2300423T3 - Adhesivos curables con humedad. - Google Patents
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Abstract
Una composición útil como adhesivo que comprende (a) del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha composición, de sílice cristobalita, y (b) del 50% al 99% en peso, en base a dicha composición, de prepolímero curable con humedad.
Description
Adhesivos curables con humedad.
Esta invención se refiere a adhesivos
termofusibles que se curan con humedad mejorados, que imparten
resistencia sin curar mejorada a artículos compuestos.
Los adhesivos termofusibles son conocidos como
materiales útiles. A temperatura ambiente, son sólidos o tienen una
viscosidad muy alta, pero, a temperaturas elevadas, tienen una
viscosidad mucho más baja y pueden aplicarse convenientemente a un
sustrato. Un segundo sustrato puede ponerse en contacto con la capa
de adhesivo fundido, y la unión del adhesivo se hace más fuerte a
medida que se enfría la composición y el adhesivo se
re-solidifica o vuelve a crear alta viscosidad.
Puesto que el enfriamiento sucede relativamente rápidamente, la
composición o el artículo compuesto desarrollan buena resistencia
sin curar (es decir, la unión es razonablemente fuerte poco después
de poner en contacto los materiales). Los adhesivos termofusibles se
basan a menudo en polímeros termoplásticos, y los artículos
compuestos fabricados con tales adhesivos desarrollan a menudo buena
resistencia sin curar, pero pierden generalmente resistencia cuando
se calienta el artículo o cuando se exponen a disolventes.
Como contraste, los adhesivos curables (sinónimo
aquí de "adhesivos reactivos"), una vez curados, mantienen
generalmente sus propiedades adhesivas cuando se calientan y/o
exponen a disolventes. Sin embargo, tales adhesivos son
generalmente fluidos antes de curar y tienen así mala resistencia
sin curar.
Una clase de materiales que tiene un nivel útil
de resistencia sin curar y tiene las ventajas de funcionamiento de
los adhesivos curables es el adhesivo termofusible reactivo (RHM).
Éstos son materiales que son sólidos o tienen muy alta viscosidad a
temperatura ambiente, pero tienen baja viscosidad a temperaturas
elevadas y pueden usarse para montar artículos compuestos de una
manera similar a la empleada con adhesivos termofusibles
termoplásticos. Después, a medida que se enfría el RHM, desarrolla
alguna resistencia sin curar rápidamente. Más tarde, a medida que
transcurre la reacción de curado a lo largo del tiempo, el adhesivo
RHM desarrolla las ventajas totales de un adhesivo reactivo curado.
Se describen composiciones de RHM basadas en una mezcla de un
prepolímero isocianato-funcional basado en un
poliéter poliol, un poliéster poliol, o mezclas de ellos, y un
elastómero termoplástico de poliéter poliéster, por Anderson et
al. en la Patente de los EE.UU. 5.939.499. Se cree que los
grupos isocianato en composiciones
isocianato-funcionales forman uniones entre sí por
reacción con agua, y tales composiciones son ejemplos de
composiciones curables con humedad (también denominadas "reactivas
con humedad").
El uso de sílice cristobalita como carga en
diversos polímeros se ha discutido por R. Halvorsen en
"Cristobalite: A Unique Form of Silica" en Adhesives Age,
Agosto de 1997, páginas 58-62.
Los adhesivos RHM tienen generalmente mejor
resistencia sin curar que los adhesivos curables ordinarios, pero
son deseables mejoras adicionales en resistencia sin curar, para
mejorar la facilidad de manipulación de artículos unidos, lo antes
posible después de montar. Se ha encontrado que la inclusión de
sílice cristobalita en composiciones de adhesivos termofusibles
curables con humedad mejora la resistencia sin curar de esas
composiciones.
En un primer aspecto de la presente invención,
se proporciona una composición útil como adhesivo que comprende
- (a)
- del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha composición, de sílice cristobalita, y
- (b)
- del 50% al 99% en peso, en base a dicha composición, de prepolímero curable con humedad.
En un segundo aspecto de la presente invención,
se proporciona un procedimiento para unir sustratos entre sí que
comprende fundir una composición de adhesivo; aplicar dicha
composición de adhesivo fundida a un primer sustrato; poner en
contacto un segundo sustrato con dicha composición de adhesivo
fundida; enfriar dichos sustratos y dicha composición de adhesivo, o
permitirles enfriarse; en el que dicha composición de adhesivo
comprende del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha
composición, de sílice cristobalita, y del 50% al 99% en peso, en
base al peso de dicha composición, de prepolímero curable con
humedad.
En un tercer aspecto de la presente invención,
se proporciona un cuerpo compuesto que comprende un primer
sustrato, un segundo sustrato y una composición de adhesivo que une
dichos sustratos entre sí, en el que dicha composición de adhesivo
comprende del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha
composición, de sílice cristobalita, y del 50% al 99% en peso, en
base al peso de dicha composición, de prepolímero curable con
humedad.
En un cuarto aspecto de la presente invención,
se proporciona un procedimiento para aumentar la resistencia sin
curar de artículos compuestos unidos con una composición de adhesivo
termofusible reactivo que cura con humedad, comprendiendo dicho
procedimiento fundir dicha composición de adhesivo; aplicar dicha
composición de adhesivo fundida a un primer sustrato; poner en
contacto un segundo sustrato con dicha composición de adhesivo
fundida; enfriar dichos sustratos y dicha composición de adhesivo, o
permitirles enfriarse; en el que dicha composición de adhesivo
comprende del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha
composición, de sílice cristobalita, y del 50% al 99% en peso, en
base al peso de dicha composición, de prepolímero curable con
humedad.
La composición de esta invención es una
composición de adhesivo termofusible curable con humedad. Por
"curable con humedad" (sinónimo aquí de "reactivo con
humedad") se quiere decir aquí que la composición contiene grupos
reactivos que son capaces de reaccionar con agua, deseablemente
para efectuar un aumento del peso molecular de la composición de
adhesivo y/o efectuar reticulación de la composición de adhesivo
para aumentar las propiedades de resistencia del adhesivo después
de ponerse en contacto con agua. Por "termofusible" se quiere
decir aquí que el adhesivo, que puede ser una masa sólida,
semisólida o viscosa, puede calentarse ventajosamente para
proporcionar un adhesivo fluido de una viscosidad adecuada para
aplicación y adhesión a sustratos. Por "resistencia sin curar"
se quiere decir aquí la fuerza o tensión requerida para separar dos
sustratos poco tiempo después de haberse puesto en contacto entre
sí con un adhesivo entre ellos, generalmente antes de que haya
tenido lugar un curado o una reticulación sustanciales.
En la práctica de la presente invención, un
ingrediente es sílice cristobalita, que es una forma de dióxido de
silicio que tiene lugar naturalmente y que puede producirse también
artificialmente calentando arena cuarzosa en un horno. Se describe,
por ejemplo, sílice cristobalita en "Goresil®", una publicación
disponible de C.E.O. Process Minerals, Inc., de Akron, Ohio, EE.UU.
Se sabe que la sílice cristobalita tiene diferente estructura de
cristal, índice de refracción, densidad, dureza, coeficiente de
expansión térmica y composición superficial de otras formas de
sílice. Se cree que la composición superficial hace que la sílice
cristobalita coja menos humedad que otros polvos minerales. La
sílice cristobalita puede obtenerse comercialmente como un polvo de
diversas distribuciones de tamaño de partículas. Los polvos de
sílice cristobalita adecuados pueden ser lo suficientemente finos
para que el 98% o más en peso del polvo pase a través de un tamiz de
malla 100; como se describe en la Especificación
E-11-01, publicada por la American
Society for Testing and Materials, un tamiz de malla 100 tienen un
tamaño de abertura nominal de 150 micrómetros (\mum). Los polvos
de sílice cristobalita preferidos tienen un 95% o más que pasa a
través de un tamiz de malla 325, que tiene un tamaño de abertura
nominal de 45 \mum; es más preferido un polvo con un tamaño de
partículas mediano de 8 \mum o menos y un tamaño de partículas
superior de 35 \mum o menos; es aún más preferido un polvo con un
tamaño de partículas mediano de 0,5 a 5 \mum y un tamaño de
partículas superior de 25 \mum o menos; y es todavía más
preferido un polvo con un tamaño de partículas mediano de 1 a 3
\mum y un tamaño de partículas superior de 10 \mum o menos. Una
cantidad adecuada de sílice cristobalita es del 1 al 50% en peso, en
base al peso de la composición termofusible reactiva total; se
prefiere del 5 al 30%, y es más preferido del 9 al 16%.
En la práctica de la presente invención, los
prepolímeros curables con humedad adecuados son cualesquiera
oligómeros, resinas o polímeros que sean curables con humedad como
se describe aquí y que puedan aplicarse razonablemente a sustratos
de la manera de un adhesivo termofusible, por ejemplo como se ha
definido aquí anteriormente. Los prepolímeros curables con humedad
preferidos son siloxanos curables con humedad y prepolímeros de
uretano curables con humedad; son más preferidos prepolímeros de
uretano curables con humedad.
En una realización de la presente invención, el
polímero curable con humedad es un prepolímero de uretano que es un
producto de reacción (al que se hace referencia aquí como un
"prepolímero RP") de al menos un poliol y al menos un
isocianato polifuncional. Los polioles adecuados incluyen, por
ejemplo, poliéter polioles, poliéster polioles, poliéter ésteres,
poliéster éteres y mezclas de ellos. El(los)
poliol(es) que pueden usarse para formar el prepolímero RP
pueden seleccionarse independientemente entre polioles cristalinos,
semicristalinos o amorfos; generalmente, un aumento del contenido
de poliol cristalino aumenta el desarrollo de resistencia de la
unión. Los polioles tienen preferiblemente un peso molecular medio
ponderado ("P.m.p.") medido por cromatografía de permeación de
gel de 250 a 8.000, más preferiblemente de 250 a 5.000.
Los poliéster polioles adecuados para su uso en
prepolímeros RP incluyen los formados a partir de diácidos, o sus
contrapartidas monoéster, diéster o anhídrido, y dioles. Los
diácidos pueden ser ácidos alifáticos
C_{4}-C_{12} saturados, incluyendo materiales
ramificados, no ramificados o cíclicos, y/o ácidos aromáticos
C_{8}-C_{15}. Los ejemplos de ácidos alifáticos
adecuados incluyen, por ejemplo, los ácidos succínico, glutárico,
adípico, pimélico, subérico, azelaico, sebácico,
1,12-dodecanodioico,
1,4-ciclohexanodicarboxílico y
2-metilpentanodioico. Los ejemplos de ácidos
aromáticos adecuados incluyen, por ejemplo, los ácidos tereftálico,
isoftálico, ftálico, 4,4'-benzofenona
dicarboxílico, 4,4'-difenilamina dicarboxílico y
mezclas de ellos. Los dioles pueden ser dioles alifáticos
ramificados, no ramificados o cíclicos
C_{2}-C_{12}. Los ejemplos de dioles adecuados
incluyen, por ejemplo, etilenglicol,
1,3-propilenglicol,
1,2-propilenglicol, 1,4-butanodiol,
neopentilglicol, 1,3-butanodiol, hexanodioles,
2-metil-2,4-pentanodiol,
ciclohexano-1,4-dimetanol,
1,12-dodecanodiol y mezclas de ellos. Otros
poliéster polioles adecuados incluyen policaprolactona polioles y
policarbonato polioles. Los poliéster polioles adecuados pueden
producirse haciendo reaccionar un diácido adecuado o una mezcla de
diácidos adecuados con un diol adecuado o con una mezcla de dioles
adecuados. También son adecuadas para su uso en la presente
invención mezclas de los diversos poliéster polioles adecuados. Los
poliéster polioles preferidos son butanodiol adipatos,
neopentilgicol adipatos, poliéster polioles adipatos producidos a
partir de dioles mezclados, hexanodiol adipatos y poliéster
polioles producidos a partir de ácido ftálico y dietilenglicol.
Los poliéter polioles adecuados para su uso en
prepolímeros RP incluyen polioxialquilen
C_{2}-C_{6} polioles, incluyendo grupos
alquileno ramificados y no ramificados. También son adecuados
politetrametilenglicoléter polioles. Los ejemplos de poliéter
dioles adecuados incluyen, por ejemplo, poli(óxido de etileno),
poli(óxido de 1,2 y 1,3-propileno), poli(óxido de
1,2-butileno), copolímeros aleatorios o de bloques
de óxido de etileno y óxido de 1,2-propileno, y
mezclas de ellos. También son adecuadas para su uso en la presente
invención mezclas de los diversos poliéter polioles adecuados. Se
prefieren los polímeros de óxido de propileno, también llamados
polipropilenglicoles.
Para formar el prepolímero RP, se hace
reaccionar el poliol con al menos un isocianato polifuncional, es
decir, un isocianato que lleva al menos dos grupos isocianato. Los
isocianatos polifuncionales adecuados incluyen, por ejemplo,
isocianatos polifuncionales aromáticos, alifáticos y
cicloalifáticos, y combinaciones de ellos, tales como, por ejemplo,
diisocianato de m-fenileno, diisocianato de
2,4-tolueno, diisocianato de
2,6-tolueno, diisocianato de hexametileno,
diisocianato de tetrametileno, diisocianato de
1,4-ciclohexano, diisocianato de hexahidrotolueno,
diisocianato de 1,5-naftaleno, diisocianato de
1-metoxi-2,4-fenileno,
diisocianato de 4,4'-difenilmetano, diisocianato de
2,4'-difenilmetano, diisocianato de
4,4'-bifenileno, diisocianato de
3,3'-dimetoxi-4,4'-bifenilo,
diisocianato de
3,3'-dimetil-4,4'-bifenilo,
diisocianato de
3,3'-dimetil-4,4'-difenilmetano,
diisocianato de isoforona, triisocianato de
4,4',4''-trifenilmetano, isocianato polifuncional de
polimetileno polifenileno, triisocianato de
2,4,6-tolueno y tetraisocianato de
4,4'-dimetildifenilmetano, prepolímeros que tengan
un P.m. medio numérico (P.m.n.) menor que 2000 y que lleven al
menos dos grupos isocianato, y mezclas de ellos. Se prefiere una
mezcla de diisocianato de 4,4'-difenilmetano y
diisocianato de 2,4'-difenilmetano.
El prepolímero RP de la presente invención puede
fabricarse por un procedimiento de una fase, un procedimiento de
dos fases o un procedimiento de fases múltiples. También son
adecuadas para su uso en la presente invención mezclas de
prepolímeros RP adecuados.
En una realización de la presente invención en
la que el prepolímero RP se fabrica usando un procedimiento de una
fase, se mezcla al menos un poliol con al menos un isocianato
polifuncional. Las mezclas adecuadas tienen una relación de grupos
NCO/OH de los componentes en base equivalentes de 1,05 a 3,0,
preferiblemente de 1,5 a 2,2, y más preferiblemente de 1,8 a 2,1.
Los componentes contienen menos del 1% de agua, preferiblemente
menos del 0,1% de agua. Los componentes pueden mezclarse por medios
convencionales, preferiblemente en una atmósfera seca inerte, y
hacerse reaccionar, preferiblemente a una temperatura de 80ºC a
120ºC, preferiblemente durante un tiempo suficiente para reaccionar
sustancialmente todos los grupos hidroxilo.
En esta realización de la presente invención, se
añade a la mezcla de reacción sílice cristobalita antes, durante o
después de que tenga lugar la reacción para formar el prepolímero
RP. La sílice cristobalita se añade preferiblemente en un momento
en el que la mezcla de reacción tenga una viscosidad lo
suficientemente baja para ser agitada, de modo que pueda mezclarse
la sílice cristobalita con los otros componentes. Más
preferiblemente, la sílice cristobalita se añade al(a los)
poliol(es) cuando están lo suficientemente calientes para
tener baja viscosidad, pero antes de añadir el(los)
isocianato(s) polifuncional(es).
En otra realización de la presente invención, el
prepolímero RP puede prepararse por un procedimiento de dos fases.
En la primera fase, se forma un polímero inicial
hidroxilo-funcional haciendo reaccionar los primeros
componentes, incluyendo un poliol seleccionado del grupo que
incluye poliéter polioles, poliéster polioles y mezclas de ellos, y
un isocianato polifuncional, siendo la relación de grupos OH/NCO de
los primeros componentes en base a equivalentes de 1,05 a 3,0. Los
primeros componentes contienen menos del 1% de agua, preferiblemente
menos del 0,1% de agua, en peso, en base al peso total de los
componentes. Los primeros componentes pueden mezclarse por medios
convencionales, preferiblemente en una atmósfera seca inerte, y
hacerse reaccionar, preferiblemente a una temperatura de 80ºC a
120ºC.
En esta realización de la presente invención, la
segunda fase puede incluir mezclar segundos componentes que
comprenden el polímero inicial hidroxilo-funcional,
un poliol seleccionado del grupo que incluye poliéster polioles,
poliéter polioles y mezclas de ellos, y al menos un isocianato
polifuncional, siendo la relación en peso del polímero inicial
hidroxilo-funcional al(a los)
poliol(es) incluido(s) en los segundos componentes de
9/1 a 1/9, y hacer reaccionar, o dejar reaccionar, la mezcla. El
polímero inicial hidroxilo-funcional se ha
descrito aquí anteriormente. El(los)
poliol(es) puede(n) ser cristalino(s), semicristalino(s) o amorfo(s) y puede(n) seleccionarse de los polioles descritos y puestos como ejemplo aquí anteriormente, y puede(n) ser igual(es) o diferente(s) del(de los) polioles usados para formar el polímero inicial hidroxilo-funcional. Se prefiere un poliol que sea un poliéster poliol cristalino. El al menos un isocianato polifuncional puede seleccionarse de los isocianatos polifuncionales descritos y puestos como ejemplo aquí anteriormente y puede ser igual o diferente del(de los) isocianato(s) polifuncional(es) usado(s) para formar el polímero inicial hidroxilo-funcional.
poliol(es) puede(n) ser cristalino(s), semicristalino(s) o amorfo(s) y puede(n) seleccionarse de los polioles descritos y puestos como ejemplo aquí anteriormente, y puede(n) ser igual(es) o diferente(s) del(de los) polioles usados para formar el polímero inicial hidroxilo-funcional. Se prefiere un poliol que sea un poliéster poliol cristalino. El al menos un isocianato polifuncional puede seleccionarse de los isocianatos polifuncionales descritos y puestos como ejemplo aquí anteriormente y puede ser igual o diferente del(de los) isocianato(s) polifuncional(es) usado(s) para formar el polímero inicial hidroxilo-funcional.
En esta realización de dos fases de la presente
invención, durante la segunda fase, la relación de grupos NCO/OH de
todos los segundos componentes mezclados tomada en base a
equivalentes es de 1,05 a 3,0, preferiblemente de 1,5 a 2,2, y más
preferiblemente de 1,8 a 2,1, con el fin de proporcionar una
composición de adhesivo con un exceso de grupos isocianato. Mayores
niveles de la relación NCO/OH producirían niveles más altos que los
deseados de monómero isocianato libre, y niveles menores de la
relación NCO/OH producirían una viscosidad de aplicación más alta
que la deseada. Los segundos componentes contienen menos del 1% de
agua, preferiblemente menos del 0,1% de agua, en peso, en base al
peso total de los componentes.
En esta realización de dos fases de la presente
invención, durante la segunda fase, los segundos componentes pueden
mezclarse por medios convencionales, preferiblemente en una
atmósfera seca inerte, y hacerse reaccionar, preferiblemente a una
temperatura de 80ºC a 120ºC preferiblemente durante un tiempo
suficiente para que reaccionen sustancialmente todos los grupos
hidroxilo. Se añade la sílice cristobalita a la mezcla de reacción
antes, durante o después de que tenga lugar cualquiera de las
reacciones para formar el prepolímero RP. La sílice cristobalita se
añade preferiblemente en un momento en el que la mezcla de reacción
tenga una viscosidad lo suficientemente baja para ser agitada, de
modo que pueda mezclarse la sílice cristobalita con los otros
componentes. Más preferiblemente, la sílice cristobalita se añade
al(a los) poliol(es) de los primeros componentes
cuando están lo suficientemente calientes para tener baja
viscosidad, pero antes de añadir el(los) isocianato(s)
polifuncional(es).
En otras realizaciones de la presente invención,
el prepolímero RP puede fabricarse por procedimientos usando fases
múltiples que implican poliol(es) e isocianato(s)
polifuncional(es) descritos aquí anteriormente, en tanto en
cuanto el prepolímero RP resultante tenga suficientes grupos
isocianato disponibles para ser curable con humedad y tenga una
viscosidad lo suficientemente baja cuando se calienta para funcionar
útilmente como componente de un adhesivo RHM. La sílice
cristobalita puede añadirse al prepolímero RP en las mismas maneras
y cantidades que en los procedimientos de una y dos fases.
En las realizaciones de la presente invención
que implican procedimientos de una fase, de dos fases o de fases
múltiples, puede usarse un catalizador opcional antes, durante o
después de la reacción para formar el polímero RP. El catalizador
opcional puede ser, por ejemplo, un catalizador amina tal como una
amina terciaria, o puede ser un catalizador basado en estaño.
Típicamente, tales catalizadores se usan en niveles inferiores al
0,5% en peso, en base al peso total de los componentes mezclados.
Otros componentes opcionales que pueden añadirse a la mezcla de
reacción antes, durante o después de la reacción para formar el
polímero RP incluyen indicadores ultravioleta, antioxidantes,
cloruro de benzoilo y compuestos silanos. Todos los componentes
opcionales se añaden preferiblemente en un momento en el que la
mezcla de reacción tiene una viscosidad lo suficientemente baja
para permitir una agitación razonable para mezclar los
ingredientes.
El prepolímero de la presente invención, tanto
si es siloxano, uretano o de otro tipo, puede formularse mezclando
con él ingredientes convencionales adicionales tales como agentes de
pegajosidad, plastificantes, modificadores de reología, cargas
distintas de la sílice cristobalita, pigmentos, resinas acrílicas
termoplásticas, etc., considerando debidamente la reactividad de
los grupos reactivos con agua que se mantienen deseablemente.
Cualquiera de tales ingredientes opcionales se añade
preferiblemente en un momento en el que la mezcla de reacción tiene
una viscosidad suficientemente baja para ser agitada.
El prepolímero de la presente invención es un
adhesivo termofusible curable con humedad. Se guarda,
preferiblemente en una atmósfera seca e inerte, antes de usar.
En el procedimiento de la presente invención
para unir sustratos, el adhesivo termofusible curable con humedad
se calienta a una temperatura de 80-140ºC,
preferiblemente a una temperatura de 100ºC a 130ºC, con el fin de
conseguir una viscosidad adecuada para transportar el adhesivo, tal
como mediante alimentación por bombeo o gravedad, al equipo de
aplicación y para la aplicación del adhesivo a un primer sustrato en
presencia de humedad. La aplicación del adhesivo puede efectuarse
por medios convencionales tales como, por ejemplo, aplicador de
pulverización calentado, aplicador de cordón calentado, boquilla
calentada o revestidor de rodillo calentado, para formar una
película continua o discontinua de adhesivo, según se desee. El
adhesivo puede aplicarse típicamente en un nivel de 50 a 250
g/m^{2}, aunque en aquellos casos en los que uno de los sustratos
sea una tela, puede aplicarse en un nivel tan bajo como
1-50 g/m^{2}. Se considera que la humedad, es
decir, agua, que se prevé para efectuar la reacción con los grupos
reactivos con agua aumentando por ello la resistencia cohesiva
final del adhesivo aplicado, pueda ser, por ejemplo, resultado de la
humedad ambiente, aire humidificado aumentado o controlado
artificialmente, una niebla de gotitas de agua o una pulverización
de agua líquida que tome contacto con el adhesivo aplicado. Se
considera adicionalmente que puede aumentarse la humedad por otros
ingredientes que reaccionan con grupos reactivos con agua del
prepolímero tales como, por ejemplo, aminas. En realizaciones
alternativas, el adhesivo termofusible reactivo puede aplicarse a un
primer sustrato sustancialmente seco en ausencia de contacto con
humedad y guardarse en ausencia de humedad para su uso subsiguiente
o ponerse en contacto con un segundo sustrato en presencia o
ausencia de
humedad.
humedad.
En el procedimiento de la presente invención
para unir sustratos, el adhesivo aplicado es puesto en contacto a
continuación por un segundo sustrato para proporcionar una
construcción compuesta. La construcción compuesta se somete
opcionalmente a presión aplicada, y la magnitud de la presión
depende generalmente de la resistencia y deformabilidad de los
sustratos. La magnitud y duración de la presión aplicada
opcionalmente se escoge para efectuar un contacto aumentado de los
sustratos con el adhesivo. La construcción compuesta se enfría
después o se deja
enfriar.
enfriar.
En una realización de la presente invención, la
estructura compuesta que se forma es una construcción de
estratificado. En la formación de una construcción de
estratificado, cuando se aplica presión opcional después de poner en
contacto los sustratos y el adhesivo, un método para aplicar la
presión es haciendo pasar la construcción de estratificado entre
rodillos, típicamente bajo una presión de 100 a 2.000 kg por metro,
dependiendo de la resistencia y deformabilidad de los sustratos. La
magnitud y duración de la presión aplicada opcionalmente se escoge
para efectuar un contacto aumentado de los sustratos con el
adhesivo. La construcción de estratificado se enfría después o se
deja enfriar.
En otra realización, el adhesivo puede aplicarse
simultánea o secuencialmente a dos o más superficies del primer
sustrato. Las dos o más capas de adhesivo resultantes se unen
después simultánea o secuencialmente a dos o más sustratos
adicionales, que pueden ser iguales o diferentes. Se considera
además que la construcción compuesta puede unirse a continuación a
otro(s) sustrato(s) usando el mismo o diferente
adhesivo antes o después del procedimiento descrito aquí.
El primero, el segundo y los sustratos
adicionales opcionales a unir en el procedimiento de esta invención
pueden ser iguales o diferentes e incluyen, por ejemplo, metal,
madera, productos de madera consolidados, papel, telas tejidas y no
tejidas, y plásticos que pueden tener superficies lisas o
estructuradas y pueden proporcionarse en forma de, por ejemplo,
rollos, láminas, películas, hojas, etc. Incluyen, por ejemplo,
contrachapado de caoba lauan o filipina, papel impregnado, espuma
de poliestireno extruido, espuma de poliestireno expandido,
poliéster reforzado con fibra de vidrio, tela de poliéster,
estratificado a alta o baja presión, contrachapado, aluminio,
acero, PVC, plásticos de ingeniería u otros, plásticos formulados
con cargas y/o pigmentos, y plásticos formulados con fibras.
Un procedimiento útil para evaluar la utilidad
de la presente invención es el ensayo de cizallamiento de
superposición. El adhesivo se calienta a 130ºC y se aplica a un
sustrato de madera lauan de aproximadamente 0,32 cm de espesor para
dar un revestimiento de 100-130 g por metro
cuadrado. Se aplica a la capa de adhesivo una piel de plástico
reforzado con fibra ("FRP") en presencia de humedad ambiental,
y se hace pasar el cuerpo compuesto a través de un rodillo de
arrastre con una presión de 800-1.800 kg por metro.
Se determina después la resistencia al cizallamiento de la
superposición por el método de ASTM D-1002 usando un
Instron Modelo 4502 con una velocidad de la cruceta de 0,127
cm/minuto.
En los Ejemplos que siguen, "MDI" significa
diisocianato de difenilmetano e "índice de hidroxilo" es una
caracterización de los grupos OH en un poliol, como se describe por
K. Uhlig en Discovering Polyurethanes, publicado por Hanser,
1999.
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\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
Se instaló un recipiente de reacción con un tubo
de entrada de gas, termómetro, agitador, vacío y una camisa de
calentamiento. Los polioles se precalentaron durante la noche a
75-85ºC para facilitar la manipulación. Se
añadieron al recipiente de reacción 6.300 g de Rucoflex®
S102-40 (poliéster de adipato de butanodiol poliol
con un índice de OH de aproximadamente 40, peso molecular de
aproximadamente 2.800, de Bayer Inc.), 1.250 g de Rucoflex®
S107-55 (poliéster de adipato de neopentilglicol
poliol con un índice de OH de aproximadamente 55, peso molecular de
aproximadamente 2.000, de Bayer Inc.), 3 g de Irganox® 245
(antioxidante fenólico, de Ciba-Geigy Corp.), 12 g
de Silquest® A-171 (viniltrimetoxisilano, de OSI
Specialities) y 1.000 g de Goresil® 210 (sílice cristobalita, de
CED Minerals), y se elevó la temperatura a 105ºC con agitación.
Después de 30 minutos a 105ºC y un vacío de 20 mm de mercurio, se
disminuyó a 90ºC la temperatura del lote. Se añadieron 1.429 g de
una mezcla 98/2 de 4,4'-MDI y
2,4'-MDI (Bayer Inc.) y se mantuvo la temperatura en
100-105ºC durante una hora con agitación y bajo
atmósfera de nitrógeno. Durante los últimos 40 minutos, la velocidad
de agitación se redujo y se aplicó un vacío de
200-300 mm Hg. Después de mantener una hora, se
añadieron 1 g de cloruro de benzoilo y 5 g de Jeffcat DMDEE
(catalizador basado en amina, de Huntsman Co.). Se continuó el
mezclado durante 20-30 minutos más bajo nitrógeno.
En este momento, se vertió el producto de reacción en un recipiente
que se puso después bajo nitrógeno seco y
se cerró.
se cerró.
Comparativo
A
Se preparó un adhesivo termofusible reactivo
como en el Ejemplo 1, excepto que se omitieron los siguientes
ingredientes: Irganox® 245, Silquest® A-171 y
Goresil® 210. Los restantes ingredientes se usaron en las mismas
proporciones que en el Ejemplo 1, pero se aumentaron todas las
cantidades para hacer una preparación con el mismo peso total que
en el Ejemplo 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
Usando el procedimiento del Ejemplo 1, se hizo
otra preparación. En lugar de los polioles usados en el Ejemplo 1,
se usaron los siguientes polioles: Dynacoll® 7250 (poliéster de
adipato basado en glicoles mezclados, con índice de hidroxilo
alrededor de 21, de Creanova, Inc.), agente Stepanpol®
2429-39 (poliéster basado en ácido ftálico y
dietilenglicol, con índice de hidroxilo alrededor de 290, de Stepan
Co.), Rucoflex® S105-30 (adipato de hexanodiol con
índice de hidroxilo alrededor de 30, de Ruco Polymer) y Rucoflex®
S107-30 (adipato de neopentilglicol con índice de
hidroxilo alrededor de 30, de Ruco Polymer).
Las proporciones de los ingredientes usados
fueron como sigue:
- \underbar{Ingrediente}
- \underbar{Partes en peso}
- Dynacoll® 7250
- 7,15
- Stepanpol® 2429-39
- 10,12
- Rucoflex® S105-30
- 31,95
- Rucoflex® S107-30
- 18,90
- Irganox® 245
- 0,03
- Silquest® A-171
- 0,15
- Goresil® 210
- 15,38
- Mezcla de MDI
- 16,26
- Cloruro de benzoilo
- 0,01
- Jeffcat® DMDEE
- 0,05
\vskip1.000000\baselineskip
Comparativo
B
Se preparó un adhesivo termofusible reactivo
como en el Ejemplo 2, excepto que se omitieron los siguientes
ingredientes: Irganox® 245, Silquest® A-171,
Goresil® 210, cloruro de benzoilo y Jeffcat® DMDEE. Los restantes
ingredientes se usaron en las mismas proporciones que en el Ejemplo
2, pero se aumentaron todas las cantidades para hacer una
preparación con el mismo peso total que en el Ejemplo 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
Se instaló un recipiente de reacción con un tubo
de entrada de gas, termómetro, agitador, vacío y una camisa de
calentamiento. Los polioles se precalentaron durante la noche a
75-85ºC para facilitar la manipulación. Se
añadieron al recipiente de reacción 1.508 g de Lexorez®
1400-120P (poliéster de adipato de
hexanodiol-neptentilglicol poliol con un índice de
OH de aproximadamente 120, peso molecular de aproximadamente 935, de
Inolex Chemical), 2.082 g de PPG® 1025 (poliéter poliol, peso
molecular de aproximadamente 1.000, de PPG Ind.), 2 g de Blankophor®
SOL (indicador UV de BASF Corp.), 2 g de Irganox® 245 (antioxidante
fenólico, de Ciba-Geigy Corp.) y 1.551 g de
Goresil® 210 (sílice cristobalita, de CED Minerals), y se elevó la
temperatura a 105ºC con agitación. Después de 30 minutos a 105ºC y
un vacío de 20 mm de mercurio, se disminuyó a 90ºC la temperatura
del lote. Se añadieron 547 g de una mezcla 98/2 de
4,4'-MDI y 2,4'-MDI (Bayer Inc.) y
se mantuvo la temperatura en 100-105ºC durante una
hora con agitación y bajo atmósfera de nitrógeno. Se añadieron 3.103
g de Rucoflex® S105-30 (adipato de hexanodiol, con
un índice de OH de alrededor de 30, peso molecular aproximadamente
3.750, de Ruco Polymer) y 13 g de Silquest® A-171
viniltrimetoxisilano, de OSI Sprecialities) y se elevó la
temperatura de reacción a 103-105ºC, se aplicó
vacío de 20 mm de mercurio durante 30 minutos, y se dejó caer
después la temperatura del lote a 90ºC. Se añadieron 1.186 de la
mezcla de MDI usada en el Ejemplo 1, se observó exotermicidad y se
mantuvo la temperatura de reacción en 100-105ºC bajo
nitrógeno durante una hora. Durante los últimos 40 minutos, la
velocidad de agitación se redujo y se aplicó un vacío de
200-300 mm Hg. Después de mantener una hora, se
añadieron 1 g de cloruro de benzoilo y 5 g de Jeffcat® DMDEE. Se
continuó el mezclado durante 20-30 minutos más bajo
nitrógeno. En este momento, se vertió el producto de reacción en un
recipiente que se puso después bajo nitrógeno seco y se cerró.
Comparativo
C
Se preparó un adhesivo termofusible reactivo
como en el Ejemplo 3, excepto que se omitió el Goresil® 210. Los
restantes ingredientes se usaron en las mismas proporciones que en
el Ejemplo 3, pero se aumentaron todas las cantidades para hacer
una preparación con el mismo peso total que en el Ejemplo 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
Los resultados de los ensayos en los Ejemplos y
Comparativos fueron como sigue:
En cada caso, cuando se suprime de la
composición la sílice cristobalita, la resistencia sin curar de
cizallamiento de superposición cae drásticamente.
Claims (10)
1. Una composición útil como adhesivo que
comprende
- (a)
- del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha composición, de sílice cristobalita, y
- (b)
- del 50% al 99% en peso, en base a dicha composición, de prepolímero curable con humedad.
2. La composición de la reivindicación 1, en la
que la cantidad de dicha sílice cristobalita es del 9% al 16% en
peso, en base a dicha composición.
3. La composición de la reivindicación 1, en la
que dicha sílice cristobalita es un polvo con un tamaño medio de
partículas de 1 a 3 micrómetros y un tamaño máximo de partículas de
25 micrómetros.
4. La composición de la reivindicación 1, en la
que dicho prepolímero curable con humedad se selecciona del grupo
constituido por prepolímeros de siloxano curables con humedad y
prepolímeros de uretano curables con humedad.
5. La composición de la reivindicación 1, en la
que dicho prepolímero curable con humedad comprende al menos un
prepolímero de uretano que comprende el producto de reacción de al
menos un poliol y al menos un isocianato polifuncional.
6. La composición de la reivindicación 5, en la
que dicha sílice cristobalita es un polvo con un tamaño medio de
partículas de 1 a 3 micrómetros y un tamaño máximo de partículas de
25 micrómetros, y en la que la cantidad de dicha sílice
cristobalita es del 9% al 16% en peso, en base al peso de dicha
composición.
7. Un procedimiento para unir sustratos entre sí
que comprende fundir una composición de adhesivo; aplicar dicha
composición de adhesivo fundida a un primer sustrato; poner en
contacto un segundo sustrato con dicha composición de adhesivo
fundida; enfriar dichos sustratos y dicha composición de adhesivo, o
permitirles enfriarse; en el que dicha composición de adhesivo
comprende del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha
composición, de sílice cristobalita, y del 50% al 99% en peso, en
base al peso de dicha composición, de prepolímero curable con
humedad.
8. Un artículo compuesto que comprende un primer
sustrato, un segundo sustrato y una composición de adhesivo que une
dichos sustratos entre sí, en el que dicha composición de adhesivo
comprende del 1% al 50% en peso, en base al peso de dicha
composición, de sílice cristobalita, y del 50% al 99% en peso, en
base al peso de dicha composición, de prepolímero curable con
humedad.
9. El artículo compuesto de la reivindicación 8,
en el que dicho prepolímero curable con humedad comprende al menos
un prepolímero de uretano que comprende el producto de reacción de
al menos un poliol y al menos un isocianato polifuncional, y en el
que dicha sílice cristobalita es un polvo con un tamaño medio de
partículas de 1 a 3 micrómetros y un tamaño máximo de partículas de
25 micrómetros, y en el que la cantidad de dicha sílice
cristobalita es del 9% al 16% en peso, en base al peso de dicha
composición.
10. Un procedimiento para aumentar la
resistencia sin curar de artículos compuestos unidos con una
composición de adhesivo termofusible reactivo que cura con humedad,
comprendiendo dicho procedimiento fundir dicha composición de
adhesivo; aplicar dicha composición de adhesivo fundida a un primer
sustrato; poner en contacto un segundo sustrato con dicha
composición de adhesivo fundida; enfriar dichos sustratos y dicha
composición de adhesivo, o permitirles enfriarse; en el que dicha
composición de adhesivo comprende del 1% al 50% en peso, en base al
peso de dicha composición, de sílice cristobalita, y del 50% al 99%
en peso, en base al peso de dicha composición, de prepolímero
curable con humedad.
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