ES2315217T3 - Procedimiento para la fabricacion de una espuma semidirigida que absorbe energia con cargas de poliuretano. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para fabricar una espuma absorbente de energía con cargas de poliuretano que comprender hacer reaccionar: A) un componente de polimetilen poli(fenil) isocianato con B) un componente poliol que comprende: (i) un primer poliol que comprende al menos un poliol que tiene funcionalidades hidroxi de 2 ó 3 y pesos moleculares de entre 1.000 y 8.000 en una cantidad que varía entre 30 y 80 partes, basándose en el peso del componente poliol, y (ii) un segundo poliol que contiene al menos un poliol que tiene la funcionalidad mayor que 2 y peso molecular menor que 1.000 en una cantidad de entre 20 y 70 partes en peso, basándose en el peso del componente poliol, (ii) un componente tensioactivo que tiene una viscosidad que es menor que 2500 mPas.s a temperatura ambiente y que tiene una alta viscosidad, alto peso molecular, tensioactivo que abre las celdas no hidrolizable de poliéter-siloxano de silicona en una cantidad que es al menos 0,3% en peso, basándose en el peso del componente poliol; (iii) un agente de soplado en una cantidad que es al menos 1% en peso, basándose en el peso del componente poliol; (iv) un componente catalizador en una cantidad que es al menos 0,05% en peso, basándose en el peso del componente poliol; y C) cargas de poliuretano en una cantidad que es al menos 10 partes, basándose en el peso del componente poliol.
Description
Procedimiento para la fabricación de una espuma
semirrígida que absorbe energía con cargas de poliuretano.
La invención se refiere al campo de espumas
absorbentes de energía recicladas.
Una espuma absorbente de energía es una espuma
diseñada de manera específica que reduce el peso que experimenta un
pasajero en el vehículo, reduciendo por lo tanto la lesión
potencial. Existe una necesidad desde hace mucho tiempo en la
industria de automoción para desarrollar un procedimiento para la
preparación de una espuma absorbente de energía con cargas de
poliuretano reciclado que tiene propiedades que son comparables con
una espuma preparada sin cargas. De manera ideal, tal procedimiento
reduciría la cantidad de residuos de trituradora de automoción que
termina en los vertederos después de que se desguacen los
automóviles. La reutilización de las espumas poliuretano de
reciclado también reduciría la necesidad de nuevos reaccionantes que
dan como resultado la conservación de nuestras reservas de
petróleo. También, tal procedimiento reduciría la cantidad de
consumo de poliuretano que se dispone actualmente a partir de una
cantidad sustancial. Cada año, por ejemplo, más de 10 millones de
automóviles que contienen una cantidad apreciable de cantidad de
poliuretano duran más que su utilidad y se llevan al desguace. De
los automóviles llevados al desguace desde 1980 a 1994, existe un
promedio de aproximadamente 90 kg (200 lbs.) de plástico por
vehículo. De los que, aproximadamente 25% era poliuretano.
Existen dos procedimientos para reciclar las
espumas de poliuretano. En un procedimiento que glicolisis, la
espuma se muele y el poliuretano se transesterifica mediante
calentamiento en un glicol de bajo peso molecular tal como etilen o
dietilenglicol para proporcionar una mezcla de polioles que
contienen uretano y sin glicol. La mezcla después usa como un
entendedor de cadena en una mezcla de poliol reciente. El
procedimiento es desventajoso debido a que es un proceso químico de
energía intensivo y debido a que se pueden formar cantidades de
diaminas aromáticas como un subproducto de glicolisis.
En otro procedimiento, el poliuretano remolido
se usa como una carga mediante la suspensión en una mezcla de
poliol reciente. En este proceso, las pequeñas piezas de espuma
(cubos de 4 a 8 pulgadas (0,102 - 0,203 m)) se reducen primero a
partículas de tamaño menor que 0,5 pulgadas (12,75 cm). Usando un
granulador común o cortador de cuchilla rotatorio. Las partículas
después se reducen a un polvo usando uno de numerosas técnicas que
usan cizalla, fuerzas de impacto o compresoras, para pulverizar la
espuma (tal como las que usan molinos fitz, molinos de martillos,
pulverizadores de escobillado, y molinos de dos rodillos). El polvo
se recoge típicamente con un sistema de filtración de ciclón
centrífugo después de lo cual se envasa y se prepara para la
introducción en los polioles como filtro. Las cantidades medidas de
polvo de poliuretano se añaden mediante un tornillo de alimentación
a una cantidad predeterminada de poliol en un tanque de mezcla. Se
puede crear una mezcla uniforme mediante agitación con un mezclador
de alta velocidad capaz de manejar líquidos de alta viscosidad. Las
partículas deben ser menores que (< 200 micrómetros) que el
tamaño de celda original debido a que las celdas intactas
aumentarán con la mezcla de poliol, haciendo que el sistema no se
pueda procesar con esa viscosidad. El uso de las cargas en tales
procedimientos que forman espumas ha producido espumas con las
propiedades que absorben energía no deseada, y como tal, los
procedimientos no se ha usado con un grado apreciable de éxito
comercial.
La patente de Estados Unidos nº 5.847.014 se
refiere a una mezcla de reactivo de isocianato que contiene al
menos un poliéter poliol sin carga, al menos una amina no terciaria
que contiene poliéter polioles, y agua. La patente también se
refiere a una energía de soplado por agua que absorbe la espuma
producida mediante reacción de esta mezcla con (i) un polimetilen
poli (isocianato de fenilo), una silicona, tensioactivo que abre la
celda, catalizadores, y al menos un catalizador de amina terciaria.
La patente no describe la preparación de espumas de poliuretano con
cargas de poliuretano.
Nodelman et al, en el informe titulado
"A Viable Technology for the Recycling of Polyurethane
Energy-Absorbing (EA) Foams", presentado en la
Sociedad de Ingenieros de Automoción (2/97), describe que la
resistencia a la compresión de una espuma de poliuretano
semirrígida fabricada con cargas de poliuretano pueden estar
influenciadas por el tensioactivo usado para estabilizar la
estructura celular antes de la gelificación. La publicación también
muestra que la adición de una carga sólida a una espuma de
poliuretano reduce la resistencia al impacto durante el ensayo de
impacto dinámico si se usa un tensioactivo específico. La referencia
describe una espuma que absorbe energía fabricada con cargas de
poliuretano que tienen propiedades alérgicas que son comparables
con una espuma fabricada sin cargas. Sin embargo, la publicación no
describe el tensioactivo que se usa. En vista del hecho que existen
literalmente millones de tipos diferentes de tensioactivos que se
pueden usar para fabricar espumas absorbentes de energía, la
referencia no habilita la invención.
En Dimitroff, "New Surfactants and Catalysts
Developed for Energy Absorbing Polyurethane Foam", Polyurethanes
Expo, 1996, los autores describen tensioactivos que se dice que
forman espuma que tienen un alto contenido en celdas abiertas con
buen estabilización de celda. La publicación describe sistemas que
implican espumas de isocianurato rígidas, friables y no describe
sistemas que implican espumas semirrígidas. La publicación no
describe sistemas en los que las espumas están fabricadas con
cargas.
Sería deseable desarrollar un procedimiento para
fabricar una espuma reciclada que superar las desventajas descritas
anteriormente.
La invención se refiere a un procedimiento para
fabricar una espuma absorbente de energía con una carga de
poliuretano y un componente tensioactivo muy específico que tiene
una viscosidad menor de 2500 cp (2500 mPas.s) a temperatura
ambiente y una alta viscosidad, tensioactivo de celda abierta de
silicona de poliéter-siloxano no hidrolizable de
alto peso molecular que produce una espuma con propiedades que
absorben energía que son comparables a una espuma fabricada sin un
componente reciclado. El procedimiento reduce la cantidad de
materiales usada para fabricar espumas de poliuretano y reduce la
cantidad de consumo de poliuretano Estas y otras características,
aspectos, y ventajas se entenderán mejor con referencia a la
siguiente descripción y reivindicaciones anexas.
El procedimiento implica hacer reaccionar A) un
componente poliisocianato que contiene polimetilen poli (fenil)
isocianatos; con B) un componente poliol que incluye (i) un primer
poliol que tiene al menos un poliol que tiene funcionalidades
hidroxi de 2 ó 3 y pesos moleculares de entre 1.000 y 8.000 en una
cantidad que varía entre 30 y 80 partes, basándose en el peso del
componente poliol, y (ii) un segundo poliol que contiene al menos
un poliol que tiene la funcionalidad mayor que 2 y peso molecular
menor que 1.000 en una cantidad de entre 20 y 70 partes en peso,
basándose en el peso del componente poliol, (ii) un componente
tensioactivo que tiene una viscosidad que es menor que 2500 cp
(2500 mPas.s) a temperatura ambiente y una alta viscosidad, alto
peso molecular, tensioactivo que abre las celdas no hidrolizable de
poliéter-siloxano de silicona en una cantidad que
es al menos 0,3% en peso, basándose en el peso del componente
poliol; (iii) agua en una cantidad que es al menos 1% en peso,
basándose en el peso de un componente poliol; y (iv) un componente
catalizador en una cantidad que es al menos 0,05% en peso,
basándose en el peso del componente poliol; y C) cargas de
poliuretano en una cantidad que es al menos 10 partes, basándose en
el peso del componente poliol.
La invención se basa en el descubrimiento
sorprendente de que mediante el uso de una combinación particular
de poliisocianatos, componentes reactivos de isocianato, un
componente tensioactivo específico y notablemente, cargas de
poliuretano, es posible preparar una espuma absorbente de energía
que muestra resistencia a la compresión y/o propiedades de impacto
dinámico que son comparables con las espumas fabricadas sin cargas.
Esto es sorprendente debido a procedimientos convencionales que
utilizan cargas y otros componentes tensioactivos que se sabía que
producen espumas que reducen la resistencia a la comprensión
reducida y propiedades de impacto dinámico reducidas cuando se
comparan con las espumas fabricadas sin cargas. De hecho, el
pensamiento convencional enseñó que ya que los filtros de
poliuretano desplazaban la espuma de uretano reactivo, una cantidad
más pequeña de la mezcla de líquido de reacción se introdujo en el
molde. La espuma de expansión, también requería llenar el volumen
en parte, da como resultado una densidad de matriz menor con
propiedades físicas degradadas.
El componente de poliisocianato incluye
cualquier poliisocianato que puede reunir los objetivos de la
invención. Preferiblemente, el componente de poliisocianato en
general incluye polimetilen poli(fenil) isocianatos, también
conocidos como MDI polimérico y disponibles como Mondur MR de Bayer
Corporation. Los procedimientos conocidos para preparar los
condensados de anilina/formaldehído y los poliisocianatos
resultantes se describen en muchas patentes, por ejemplo, las
Patentes de estados Unidos números 2.683.730, 2.950.263, 3.012.008,
3.344.162 y 3.362.979. Los isocianatos útiles en el presente
documento contienen entre 40 y 85% en peso de mutilen
bis(fenil isocianato) y tienen un contenido en grupo
isocianato de entre 20 y 35% en peso, preferiblemente entre 30 y
35% en peso, y lo más preferiblemente entre 31 y 33%. El índice de
isocianato del sistema total está entre 80 y 130. Otros
poliisocianatos incluyen los diisocianatos de hidrocarburos, (por
ejemplo, el alquilen diisocianato y los arilen diisocianatos) así
como triisocianatos conocidos.
El componente poliol en general incluye a) al
menos dos polioles diferentes, b) un componente tensioactivo, c) un
agente de soplado, y d) un componente catalizador en cantidades
suficientes para producir una espuma que tiene una estructura
celular fina sustancialmente homogénea y propiedades absorbentes de
energía (resistencia a la compresión y propiedades de ensayo de
imparto dinámico) que son comparables o mejor que las espumas hechas
sin cargas.
Los polioles en general incluyen (i) poliéteres
que tienen funcionalidades hidroxi de 2 ó 3 y pesos moleculares de
entre 1.000 y 8.000 y (ii) poliéteres que tienen una funcionalidad
mayor que 2 y un peso molecular de número de peso que es menos que
1000. Estos poliéteres y sus procedimientos de fabricación se
conocen en general en la técnica. Los ejemplos de poliéteres
adecuados incluyen poliéter polioles no cargados basados en
glicerina, óxido de propileno, y óxido de etileno (17% en peso) con
un número de OH de 35 disponible como Multranol 9143 de Bayer
Corporation; polioles cargados (20% en peso de sólidos (poliurea))
basados en glicerina, óxido de propileno, y óxido de etileno (17%
en peso) con un número OH de 28 disponible como Multranol 9151 de
Bayer Corporation; poliéter polioles basados en propilenglicol,
óxido de propileno, y óxido de etileno (13% en peso) con un número
de OH de 28 disponible como Multranol 9182 de Bayer Corporation;
poliéter polioles basados en etilendiamina y óxido de propileno
(número de OH de 630), disponible como Multranol4050 de Bayer
Corporation. Los poliéter polioles iniciados en amina adecuados y
los procedimientos para su producción se conocen y se describen,
por ejemplo, en las patentes de estados Unidos números 4.877.879 y
5.786.405, y los resúmenes japoneses 57168917A y 5716918, o sus
mezclas. Las cantidades de los poliéteres varían dependiendo de su
aplicación específica. Se ha descubierto que los poliéteres que
tienen funcionalidades hidroxi de 2 ó 3 y pesos moleculares de entre
1.000 y 8.000 se pueden usar entre 30 y 80 partes en peso. Los
polioles que tienen funcionalidad >2 y peso molecular <1,000
se usan en general entre 20 y 70 partes en peso (basándose en el
componente poliol total).
El componente tensioactivo debe incluir una
viscosidad alta, peso molecular alto, tensioactivo de apertura de
celdas de silicona no hidrolizable. En general, el tensioactivo
tiene un peso molecular medio de número que es más de 9.000 y un
copolímero de óxido de polioxialquenilo de silicona es está
compuesto de dos poliéteres. Los tensioactivos se cree que tienen
la es los tensioactivos enseñados en las patentes de Estados Unidos
números 5.145.879, y 5.489.617. Ya que el tensioactivo es
extremadamente viscoso, se debe diluir de manera que el componente
tensioactivo tenga una viscosidad que es menos de 2500 cp (2500
mPas.s). Sin dilución, los copolímeros de alta densidad han
producido resultados indeseables, presumiblemente debido a la
dificultad en la dispersión de los copolímeros en la matriz de la
espuma en los primeros pocos segundos que se permiten en el proceso
de formación de espuma. Como tal, ya que las fases tempranas del
proceso de formación de espuma son críticas en la dispersión de los
compuestos químicos y la formación de núcleos de burbujas, la
incapacidad de los tensioactivos viscosos para dispersar y disolver
conduce a un comportamiento no reproducible sin dilución. El
componente tensioactivo se puede preparar mediante procedimientos
conocidos tales como los descritos en la Patente de Estados Unidos
nº 5.489.617. Los ejemplos de tensioactivos de silicona que abren
las celdas incluyen los vendidos como L3801 (anteriormente conocido
como UAX 6137 y UAX 6191) de WITCO. La cantidad del tensioactivo es
en general al menos 0,3, y más preferiblemente entre 0,5 y 2%,
basándose en el componente poliol.
El agente de soplado puede ser agente de soplado
que lleva a cabo los objetos de la invención. En general, se usa
agua como agente de soplado. Cuando se usa agua como el único agente
de soplado, se usa típicamente en una cantidad que es al menos 1
parte, y preferiblemente entre 1 y 10 por ciento en peso basándose
en el 100% en peso del componente poliol. Las cantidades adecuadas
para una aplicación específica se pueden determinar mediante
experimentación de rutina. De hecho, se puede usar agua en
combinación con otros agentes de soplado.
La mezcla de reacción también puede contener al
menos un catalizador de amina terciaria para catalizar la reacción
entre los grupos isocianato y los grupos hidroxilo (un catalizador
de uretano) o agua (agente de soplado). Los catalizadores de
uretano son en general conocidos e incluyen aminas terciarias tales
como trietilamina, tributilamina, N-metilmorfolina,
N-etil-morfolina,
N-coco-morfolina,
N,N,N',N''-tetrametil-etilen-diamina,
1,4-diaza-biciclo-(2,2,2)-octano,
N-metil-N'-dimetil-amino-etilpiperazina,
N,N-dimetilbencilamina,
bis-(N,N-dietil-aminoetil)-adipato,
N,N-dietilbencilamina,
pentametil-dietilentriamina,
N,N-dimetil-ciclohexilamina,
N,N,N',N'-tetrametil-1,3-butanediamina,
N,N-dimetil-\beta-feniletilamina,
1,2-dimetil-imidazol,
2-metilimidazol y similares. También son útiles las
aminas terciarias comercialmente disponibles tales como Niax
A-1, disponible de WITCO; Thancat DD, disponible de
Huntsman; y similares. Las bases de Mannich conocidas per se
obtenidas de aminas secundarias tales como dimetilamina y
aldehídos, preferiblemente formaldehído, o cetonas tales como
acetona, metil etil cetona o ciclohexanona y fenoles tales como
fenol nonilfenol o bisfenol también se pueden usar como
catalizadores. Silaaminas que tienen enlaces carbono - silicio como
se describen, por ejemplo, en la patente alemana nº 1.229.290 y
Patente de Estados Unidos Nº 3.620.984, también se pueden usar como
catalizadores. Los ejemplos incluyen
2,2,4-trimetil2-silamorfolina y
1,3-dietilamino-etiltetrametil-disiloxano.
También se pueden usar catalizadores de acción retardada tales como
NIAX A-300, NIAX A-400,
NIAX-107, DABCO 8154, DABCO OC-1 y
DABCO OC-2.
Los catalizadores adicionales que también se
pueden usar incluyen catalizadores organometálicos, entre otros.
Algunos ejemplos de catalizadores organometálicos incluyen
compuestos organometálicos de estaño, plomo, hierro, bismuto,
mercurio, y similares. Los catalizadores de estaño orgánicos
incluyen compuestos tales como acetato de estaño, octoato de
estaño, etilhexanoato de estaño, oleato de estaño, laurato de
estaño,dilaurato de dimetil estaño, óxido de dibutil estaño,
bicloruro de dibutil estaño, bicloruro de dimetil estaño, diacetato
de dibutil estaño, diacetato de dietil estaño, diacetato de dimetil
estaño, dilaurto de dibutil estaño, dilaurato de dietil estaño,
dilaurato de dimetil estaño, maleato de dibutil estaño, maleato de
dimetil estaño, diacetato de dioctl estaño, dilaurato de dioctl
estaño, óxido de
di(2-etilhexil)estaño, y similares.
Los catalizadores de estaño de acción retardada o activados por
calor tales como por ejemplo, dimercaptiduro de dibutil estaño,
diisooctilmercaptoacetato de dibutil estaño, dimercaptiduro de
dimetil estaño, dilaurilmercaptiduro de dibutil estaño,
dilaurilmercaptiduro de dimetil estaño, diisooctilmercaptoacetato de
dimetil estaño, bis(isooctilmercapto-acetato
de di(n-butil)estaño), y
bis(isooctilmercaptoacetato de
di(isooctil)estaño), todos los cuales están
comercialmente disponibles de WITCO Chemical Corp., son
especialmente preferidos. El uso de un catalizador acción retardada
tales como una pentanodiona de hierro o un carboxilato de bismuto
como se describen en Patente de Estados Unidos Nº 4.611.044,
también es posible. El componente de poliisocianato y el componente
reactivo de isocianato se usan en general a una relación
equivalente de 1:1. Aunque no se prefiere, el componente poliol
también puede contener un catalizador tales como catalizadores de
trimerización tales como los descritos en la Patente de Estados
Unidos Nº 4.169.921.
Las partículas de carga de poliuretano están en
general suspendidas en el componente poliol y están presentes en
una cantidad que es suficiente para llevar a cabo los objetos de la
invención. Las partículas de carga de poliuretano se pueden
preparar mediante molienda de una espuma de poliuretano mediante
cualquier procedimiento que pulverice la espuma en partículas lo
suficientemente pequeñas de manera que la estructura de las celdas
de la espuma original no esté presente. Por ejemplo, la espuma se
puede cargar a través de un molino de martillos múltiples veces
hasta que las partículas resultantes sean lo suficientemente finas
para pasar a través de un tamiz de malla que sea 100. El tamaño de
las partículas es en general menor de 200 micrómetros.
Preferiblemente, el tamaño de las partículas es menos de 150
micrómetros, e incluso más preferiblemente menos de 100 micrómetros.
La cantidad de las partículas de la carga de poliuretano usada para
preparar la espuma es en general al menos 10 partes, basándose en
100 partes del componente poliol, y más preferiblemente entre 20 y
30, basándose en 100 partes del componente poliol.
El componente de poliisocianato y el componente
poliol se pueden hacer reaccionar conjuntamente mediante
procedimientos conocidos a menudo usando dispositivos mecánicos
tales como los descritos en la Patente de Estados Unidos nº
2.764.565.
Los detalles relativos al aparato de
procesamiento que se pueden usar de acuerdo con la invención se
pueden encontrar en Kunststoff-Handbuch, Volumen
VII, publicado por Vieweg y Hochtlen,
Carl-Hanser-Verlag, Munich, 1966,
páginas 121 y 205.
La reacción de formación de espuma que produce
productos de espuma en general se lleva a cabo dentro de moldes. En
esta versión de la invención, la mezcla de reacción capaz de formar
espuma se introduce en un molde que se puede preparar de un metal
tal como aluminio o material de plástico tal como una resina
epoxídica. La mezcla de reacción forma espuma hasta dentro del
molde para producir el producto configurado. El producto de
formación de espuma en los moldes se lleva a cabo para producir un
producto que tiene una estructura no celular (piel) sobre su
superficie. El resultado deseado se puede obtener mediante la
introducción justa suficiente de mezcla de reacción capaz de formar
espuma para llenar el molde con espuma después de que la reacción se
haya completado.
A modo de ejemplo, para preparar las espumas
recicladas de la invención, se coloca una cantidad adecuada del
poliisocianato en el lado "A" de la máquina formadora de
espuma. El componente poliol se coloca en el lado "B". Se usa
una máquina de moldeado de inyección de reacción (RIM) para preparar
los bloques de espuma, por ejemplo, una máquina "Hennecke
RIM-DO-MAT" con un cabezal
mezclador Hennecke MQ-8. Las partes se pueden
preparar en un procedimiento de vertido abierto en un molde de
aluminio calentado. Una presión de inyección adecuada, por ejemplo,
175 bar (17500 kPa), se crea sobre el lado de poliol e isocianato y
el rendimiento en el cabezal de mezcla se mantiene a una velocidad
adecuada. La mezcla de poliol no cargada se calienta a una
temperatura adecuada, por ejemplo, 30ºC en la máquina RIM y al 10%
de carga de las cargas (18,7% sobre el lado B) la temperatura se
incrementa hasta 45ºC. La temperatura de isocianato se puede llevar
a 30ºC para el sistema no cargado y 35ºC para el sistema cargado.
Para los sistemas tanto cargado como no cargado, la temperatura del
molde es 55ºC y los bloques se desmoldean en 5 minutos. Las
espumas, con una densidad de crecimiento libre entre 2,7 y 3,0 pcf,
se moldean a 4,5 pcf. De hecho, se pueden usar diferentes
procedimientos.
Los denominados "agentes de liberación de
moldes externos" conocidos en la técnica tales como ceras y
aceites de silicona, se usan frecuente mente cuando la formación de
espuma se lleva a cabo en el interior de los moldes. El
procedimiento también se puede llevar a cabo con la ayuda de los
denominados agentes de liberación de moldes externos, si se desea,
en combinación con los agentes de liberación de moldes externos, por
ejemplo, los descritos en los documentos German
Offenlegungsschriften números 2.121.670 y 2.307.589. De manera
notable, las propiedades de las espumas recicladas fabricadas de
acuerdo con la invención son comparables con las propiedades de las
espumas fabricadas sin cargas.
Las propiedades de absorción de energía de las
espumas se pueden evaluar mediante la determinación de la
resistencia a la compresión y propiedades de impacto dinámicas. La
resistencia a la compresión de una espuma se puede determinar con
un procedimiento adecuado, por ejemplo, de acuerdo con ensayos ASTM
conocidos con dispositivos de tensión Instron. Las propiedades de
impacto dinámico incluyen la fuerza de impacto máximo a la que una
muestra de espuma está sometida así como la deflexión máxima que
experimenta una muestra de espuma cuando se golpea con un objeto,
por ejemplo, la longitud que la punta de impacto de un trineo
penetra en la muestra de espuma. En general, cuanto más alta es la
deflexión, más débil (o más suave) es la espuma. La energía residual
del trineo se manifiesta a la deflexión máxima cuando el trineo y
la espuma de compresión golpean contra una pared de contención. En
general, las espumas más suaves muestran mayores fuerzas de impacto
que las espumas que no absorben el momento del impacto del trineo
tanto como las espumas con mejores propiedades de absorción de
energía. La resistencia al aplastamiento se puede determinar a
partir de las propiedades de impacto dinámicas mediante
procedimientos bien conocidos. Las propiedades de impacto dinámico
se pueden determinar mediante cualquier medio adecuado. Para
determinar las propiedades de impacto dinámico de una espuma, se
puede usar un trineo de impacto adecuado diseñado de manera
especial de acuerdo con el procedimiento descrito en la Patente de
Estados Unidos nº 5.847.014 y además descrito en D. F. Sounik, D. W.
McCullough, J. L. Clemons, y J. L. Liddle, Dynamic Impact Testing
of Poliuretano Energy-Absorbing (EA) Foams, SAE
Technical Paper No. 940879, (1994).
La invención además se ilustra pero no se
intenta que esté limitada por por los siguientes ejemplos en los
que las partes y porcentajes están en peso salvo que se especifique
de otra manera.
En los ejemplos que siguen, se usaron los
siguientes materiales:
- A)
- un poliéter poliol no cargado basado en glicerina, óxido de propileno, y óxido de etileno (17% en peso) con un número de OH de 35 disponible como Multranol 9143 de Bayer Corporation;
- B)
- un poliol cargado (20% en peso de sólidos (poliurea)) basado en glicerina, óxido de propileno, y óxido de etileno (17% en peso) con un número de OH de 28 disponible como Multranol 9151 de Bayer Corporation;
- C)
- a poliéter poliol basado en propilen glicol, óxido de propileno, y óxido de etileno (13% en peso) con un número de OH de 28, disponible como Multranol 9182 de Bayer Corporation;
- D)
- un poliéter poliol basado en etilendiamina y óxido de propileno (un número de OH de 630), disponible como Multranol 4050 de Bayer Corporation;
- E)
- Agua;
- F)
- 70% Bis(dimetiaminoetil), disponible como Niax A-1 de WITCO;
- G)
- un bajo peso molecular, tensioactivo de silicona de baja viscosidad, disponible como B-4690 de Goldshmidt (este tensioactivo se usa como un tensioactivo comparativo);
- H)
- un tensioactivo de silicona, disponible como L-3801 de WITCO;
- I)
- remolienda (cargas de poliuretano) preparado de acuerdo con el procedimiento descrito en Nodelman et al, A Viable Technology for the Recycling of Poliuretano Energy-Absorbing (EA) Foams, incorporado en el presente documento como referencia en su totalidad;
- J)
- polimetilen poli(fenil isocianato) (Mol polimérico) disponible como Mondur MR, de Bayer Corporation; y
- K)
- 2-metilpentanediamina, disponible Dytek A de Oupont
Las formulaciones se prepararon mediante
combinación de los componentes respectivos de un componente de
poliisocianato y un componente reactivo de isocianato con técnicas
de mezclado sencillas. La Tabla 1 muestra las diferentes
formulaciones que se usaron.
Las formulaciones del Ejemplo 1 se usan para
ejemplos comparativos. El 0%, 10% y 12% de remolienda se refiere a
la remolienda basada en el bloque de espuma final, además descrito
más adelante.
Para preparar los bloques de espuma, se usó una
máquina de moldeado de inyección de reacción (RIM) una máquina
Hennecke RIM-DO-MAT con un cabezal
de mezclado Hennecke MQ-8. Las partes se prepararon
en un procedimiento de vertido abierto en un molde de aluminio
calentado de 10 pulgadas (25,4 cm) x 10 pulgadas (25,4 cm) x 2,5
pulgadas (6,35 cm). La presión de inyección fue 175 bar (17500 kPa)
sobre el lado poliol y isocianato. El rendimiento en el cabezal de
mezcla se mantuvo a 120 g/segundo para el 10% sistemas de carga 160
g/seco para el control sin carga. La mezcla de poliol no cargada se
calentó a 30ºC en la máquina RIM y al 10% de carga de cargas (18,7%
sobre el lado B) la temperatura se incrementó hasta 45ºC. La
temperatura de isocianato se llevó a 30ºC para el sistema sin carga
y 35ºC para el sistema cargado. Para los sistemas tanto cargado como
no cargado, la temperatura del molde fue 55ºC y los bloques se
desmoldearon en 5 minutos.
Para determinarla resistencia a la compresión de
las espumas, se ensayó la compresión cuasiestática (resistencia a
la compresión) (bloque completo de 50% de CLD (Pc)) de acuerdo con
ASTM D 1621-94, modificado para la medición de
bloque completo, usando un aparato de tensión de la serie Instron
4200 con una celda de compresión de 10.000 libras (4535,9 kg). En
general, cuanto más alto es el número, más resistencia a la
compresión tiene la espuma. El ejemplo 1 es un ejemplo comparativo.
La Tabla 1 muestra las formulaciones. La Tabla 2 muestra las
propiedades de resistencia a la compresión de las espumas.
Para determinar las propiedades de impacto
dinámico de las espumas un trineo de impacto dinámico diseñado de
manera especial de acuerdo con el procedimiento descrito en D. F.
Sounik, D. W. McCullough, J. L. Clemons, y J. L. Liddle, Dynamic
Impact Testing of Polyurethane Energy-Absorbing (EA)
Foams, SAE Technical Paper No. 940879, (1994). El trineo de impacto
dinámico fue diseñado por Hennecke Machinery Group y fue un trineo
de impacto dinámico de alta velocidad horizontal diseñado para
impactar una muestra de espuma a velocidades de hasta 35 millas/h
(56,33 km/h). En los ejemplos, el trineo movible (martillo) era
cilíndrico y se pesó 19,5 kg. La Tabla 3 muestra propiedades de
impacto dinámico de las espumas.
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(Impacto dinámico, 17 millas/h (27,36 km/h), 43
libras (19,50 kg) Martillo cilíndrico).
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La resistencia a la compresión de las espumas
que contienen 10% y 12% de cargas de poliuretano (44,9 y 42,3 psi
(309,57 y 291,65 kPa) respectivamente) era mayor que la resistencia
a la compresión (40 psi 275,79 kPa)) de la espuma fabricada sin
cargas. Los resultados de las propiedades de impacto dinámico
indican que el 10% de la espuma remolida tiene aproximadamente la
misma resistencia a aplastamiento que el control sin cargas. El 12%
de la espuma remolida era solamente ligeramente más débil que la
espuma fabricada sin remolienda. Estos resultados no son los que se
se observan típicamente tras la adición de una carga sólida a una
espuma.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos comparativos
I-IV
El procedimiento de los Ejemplos 2 - 3 se
repitió excepto que no se usó un alto peso molecular, tensioactivo
de silicona de apertura de celdas. También, se usaron las
formulaciones. La Tabla 4 muestra las formulaciones. La Tabla 5
muestra las propiedades de resistencia a la compresión de las
espumas. La Tabla 6 muestra las propiedades de impacto dinámico de
las espumas.
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\vskip1.000000\baselineskip
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(Impacto dinámico, 17 millas/h (27,36 km/h), 43
libras (19,50 kg) Martillo cilíndrico).
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\vskip1.000000\baselineskip
La resistencia a la compresión de las espumas
fabricadas con cargas era menor que la resistencia a la compresión
de la espuma fabricada sin cargas. Los resultados de las propiedades
de impacto dinámico muestran que a medida que el % de carga se
incrementa, la deflexión se incrementa (sugiriendo una espuma más
suave). Estos resultados son los que se observan tras la adición de
una carga sólida a una espuma.
Claims (11)
1. Un procedimiento para fabricar una espuma
absorbente de energía con cargas de poliuretano que comprender
hacer reaccionar:
- A)
- un componente de polimetilen poli(fenil) isocianato con
- B)
- un componente poliol que comprende:
- (i)
- un primer poliol que comprende al menos un poliol que tiene funcionalidades hidroxi de 2 ó 3 y pesos moleculares de entre 1.000 y 8.000 en una cantidad que varía entre 30 y 80 partes, basándose en el peso del componente poliol, y (ii) un segundo poliol que contiene al menos un poliol que tiene la funcionalidad mayor que 2 y peso molecular menor que 1.000 en una cantidad de entre 20 y 70 partes en peso, basándose en el peso del componente poliol,
- (ii)
- un componente tensioactivo que tiene una viscosidad que es menor que 2500 mPas.s a temperatura ambiente y que tiene una alta viscosidad, alto peso molecular, tensioactivo que abre las celdas no hidrolizable de poliéter-siloxano de silicona en una cantidad que es al menos 0,3% en peso, basándose en el peso del componente poliol;
- (iii)
- un agente de soplado en una cantidad que es al menos 1% en peso, basándose en el peso del componente poliol;
- (iv)
- un componente catalizador en una cantidad que es al menos 0,05% en peso, basándose en el peso del componente poliol; y
- C)
- cargas de poliuretano en una cantidad que es al menos 10 partes, basándose en el peso del componente poliol.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la alta viscosidad, alto peso molecular de tensioactivo de
apertura de celdas de silicona tiene un peso molecular en número que
es al menos 9000.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el primer componente poliol comprende poliéteres no cargados
de 0,5 a 2%, basándose en el peso del componente poliol.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que las cargas se usan en una cantidad que varía entre 5 y 10%,
basándose en el peso del componente poliol.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la resistencia a la compresión es más de 275,79 kPa.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que el primer poliol y el segundo poliol comprenden un componente
seleccionado entre el grupo de polioles que constan de poliéter
polioles no cargados basados en glicerina, óxido de propileno, y
óxido de etileno, polioles cargados, poliéter polioles basados en
propilenglicol, óxido de propileno, y óxido de etileno, poliéter
polioles basados en etilendiamina y óxido de propileno, poliéter
polioles iniciados en amina y mezclas de los anteriores.
7. Una espuma absorbente de energía fabricada
mediante el procedimiento de la reivindicación 1.
8. Una espuma absorbente de energía que contiene
espuma de poliuretano que contiene cargas y que tiene una
resistencia a la compresión que es más de 275,79 kPa que comprende
el producto de reacción de:
- A)
- un componente poliisocianato,
- B)
- un componente poliol que comprende:
- (i)
- un primer poliol que comprende al menos un poliol que tiene funcionalidades hidroxi de 2 ó 3 y pesos moleculares de entre 1.000 y 8.000 en una cantidad que varía entre 30 y 80 partes, basándose en el peso del componente poliol, y (ii) un segundo poliol que contiene al menos un poliol que tiene la funcionalidad mayor que 2 y peso molecular menor que 1.000 en una cantidad de entre 20 y 70 partes en peso, basándose en el peso del componente poliol,
- (ii)
- un componente tensioactivo que tiene una viscosidad que es menor que 2500 cp (2500 mPas.s) a temperatura ambiente y que tiene una alta viscosidad, tensioactivo que abre las celdas no hidrolizable de poliéter-siloxano de silicona que tiene un peso molecular en número que es al menos 9000, en una cantidad que es al menos 0,3% en peso, basándose en el peso del componente poliol;
- (iii)
- un agente de soplado en una cantidad que es al menos 1% en peso, basándose en el peso del componente poliol;
- (iv)
- un componente catalizador en una cantidad que es al menos 0,05% en peso, basándose en el peso del componente poliol; y
- C)
- cargas de poliuretano en una cantidad que es al menos 10 partes, basándose en el peso del componente poliol.
9. La espuma de la reivindicación 8, en la que
el primer componente poliol comprende poliéteres no cargados a 0,5
a 2%, basándose en el peso del componente poliol.
10. La espuma de la reivindicación 8, en la que
las cargas se usan en una cantidad que varía entre 20 y 30 partes,
basándose en el peso del componente poliol.
11. La espuma de la reivindicación 8, en la que
el primer poliol y el segundo poliol comprenden un componente
seleccionado entre el grupo de polioles que constituidos por
poliéter polioles no cargados basados en glicerina, óxido de
propileno, y óxido de etileno, polioles cargados, poliéter polioles
basados en propilenglicol, óxido de propileno y óxido de etileno,
poliéter polioles basados en etilendiamina y óxido de propileno,
poliéter polioles iniciados en amina y las mezclas de los
anteriores.
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