ES2333731T3 - Prepolimeros de poliuretano con estabilidad de fases. - Google Patents
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Abstract
Composición de prepolímero, en especial para la generación de espumas de montaje de poliuretano y aislantes, conteniendo la composición de prepolímero prepolímeros de poliuretano de la reacción de un primer componente, que comprende poliesterpolioles con al menos dos grupos hidroxi, así como componentes hidrófobos, y un segundo componente que comprende poliisocianatos con al menos dos grupos isocianato, caracterizado porque el primer componente contiene cloroparafinas como componentes hidrófobos, siendo los poliesterpolioles al menos parcialmente productos de transesterificado de aceites vegetales o animales con ácidos di- y/o tricarboxílicos aromáticos, sus ésteres o anhídridos, así como polioles.
Description
Prepolímeros de poliuretano con estabilidad de
fases.
La invención se refiere a una composición de
prepolímero, en especial para la generación de espumas de
poliuretano, conteniendo la composición de prepolímero prepolímeros
de poliuretano de la reacción de un primer componente, que
comprende poliesterpolioles con al menos dos grupos hidroxilo, así
como componentes apolares, y un segundo componente, que comprende
poliisocianatos con al menos dos grupos isocianato.
La composición de prepolímeros según la
invención sirve para la generación de espumas aislantes de
poliuretano, cuyo campo de aplicación principal es la construcción.
Se emplean para el montaje de bastidores de ventanas y puertas, y
para el espumado de cavidades, también en productos técnicos, en los
que las cavidades se deben rellenar para evitar restos de agua de
exudación.
En tanto se hable de espumas de poliuretano de 1
componente, éstas se distribuyen y elaboran mediante distribución
de la composición de prepolímero desde depósitos de presión, a modo
de ejemplo envases de aerosol, con ayuda de agentes propulsores
in situ con un peso específico de 10 a 100 g/l. Las espumas
de 1 componente endurecen por sí mismas con ayuda de la humedad
contenida en el aire, es decir, endurecen en humedad bajo
condiciones apropiadas.
Las composiciones de prepolímero para espumas de
poliuretano de 2 componentes requieren un segundo componente, que
contiene grupos hidroxi en la mayor parte de los casos, para el
endurecimiento. Por regla general, en este caso se añade un poliol
inmediatamente antes de la formación de espuma. El endurecimiento de
la espuma de poliuretano se puede acelerar mediante catalizadores.
Los pesos específicos típicos en el caso de espumas de 2
componentes se sitúan en 10 a 100 g/l. El segundo componente que
contiene grupos hidroxi puede contener agua como reticulante. El
CO_{2} producido de la reacción con agua favorece la formación de
espuma.
No obstante, también son habituales las
denominadas espumas de poliuretano de 1,5 componentes, que
representan formas de transición entre espumas de 1 componente y 2
componentes. En las denominadas espumas de 1,5 componentes se añade
al prepolímero antes de la distribución una cantidad de un
componente hidroxi insuficiente para la reacción de los grupos
isocianato libres aún contenidos en el mismo. También se entiende
por espumas de 1,5 componentes generadores de espuma con más de un
componente separado reactivo.
Las composiciones de prepolímero convencionales
para espumas de poliuretano contienen un componente prepolímero que
presenta un contenido mínimo en grupos NCO reactivos. El propio
prepolímero es un polímero de viscosidad apropiada con grupos NCO
terminales. Para obtener prepolímeros de PU con grupos NCO
terminales, es habitual hacer reaccionar alcoholes polifuncionales
con un exceso de poliisocianatos monómeros, por regla general
diisocianato de modo predominante.
Los poliisocianatos convencionales apropiados
son, a modo de ejemplo, diisocianato de isoforona, también
denominado IPDI, diisocianato de toluileno, también denominado TDI,
1,5-diisocianatonaftalina, también denominado NDI,
triisocianatotrimetilmetano, 1,6-diisocianatohexano,
también denominado HDI, y
4,4'-diisocianatodifenilmetano, habitualmente
denominado MDI. Todos estos materiales de partida se pueden emplear
en forma cruda, es decir, como mezcla, como también en forma de
isómeros puros o mezclas de isómeros, o también en forma de sus
derivados reactivos. Como derivados reactivos entran en
consideración sobre todo formas dímeras y trímeras de isocianatos,
como también sus biurets y alofanatos. Es importante una
funcionalidad de \geq 2.
Para la obtención de prepolímeros de poliuretano
(PU) se hacen reaccionar los citados poliisocianatos con
poliéteres, poliésteres o polioles que contienen grupos hidroxi,
debiéndose considerar una viscosidad del prepolímero producido en
este caso apropiada para el fin. Para acelerar, o bien ocasionar la
reacción, ésta tiene lugar en presencia de catalizadores,
tratándose generalmente de catalizadores a base de amina o
carboxilato.
Para la reacción para dar el prepolímero se
pueden emplear polioles habituales en este campo. En este caso han
dado buen resultado especialmente poliesterpolioles y
polieterpolioles, como se describen frecuentemente en la
literatura, en especial aquellos con un índice de OH en el intervalo
de 30 a 350.
Las espumas aislantes que se emplean en la
industria de la construcción se deben hacer ignífugas
correspondientemente a las prescripciones nacionales, por lo cual
es habitual la adición de agentes ignífugos en el caso de
prepolímeros (PU). A modo de agentes ignífugos, como se puede
extraer, a modo de ejemplo, de la WO 94/18268, se pueden emplear
fosfatos o fosfonatos plastificantes. En este caso ha dado buen
resultado especialmente el empleo de
tris-(2-cloropropil)-fosfato (TMCP).
TMCP puede servir simultáneamente como disolvente entre componentes
polares y apolares, véase la EP 0 811 645 A2.
TMCP es convenientemente apropiado como agente
ignífugo y plastificante, pero presenta el inconveniente de ser
relativamente costoso. Por este motivo existe demanda de
alternativas más económicas a TMCP como agente ignífugo, que se
pueden reemplazar completa o parcialmente el TMCP en la composición
de prepolímero.
A modo de ejemplo cloroparafinas representan tal
agente ignífugo más económico. El empleo de cloroparafinas y
similares como agentes ignífugos es ciertamente conocido en
principio desde hace tiempo, pero hasta la fecha se planteó el
problema de que, en el caso de empleo de poliesterpolioles y/o
polieterpolioles, la fracción de cloroparafinas en el componente
prepolímero de poliol no se puede aumentar significativamente por
encima de un 25% en peso, ya que, en caso contrario, tendría lugar
una disgregación, que se puede atribuir a las propiedades
fuertemente hidrófobas de cloroparafinas. No obstante, una
disgregación de la composición de prepolímero conduce a espumas
inservibles.
Por lo tanto, partiendo de este estado de la
técnica se plantea el problema de poner a disposición una
composición de prepolímero a base de poliesterpoliol, que permita
la adición de cloroparafinas como agente ignífugo en fracciones más
elevadas en comparación con el estado de la técnica.
Según la invención, este problema se soluciona
mediante una composición de prepolímero del tipo descrito
inicialmente, en el que el primer componente contiene
cloroparafinas como componentes hidrófobos, siendo los
poliesterpolioles productos de esterificado de aceites vegetales o
animales con ácidos di- y/o tricarboxílicos aromáticos, y sus
ésteres y anhídridos, así como polioles.
La invención se refiere además a un
procedimiento para la obtención de la composición de prepolímero
según la invención, al empleo de la composición de prepolímero
según la invención para la generación de espumas de 1, 1,5 y 2
componentes, así como envases a presión y cartuchos, que contienen
la composición de prepolímero según la invención.
La invención toma como base la idea de que a
partir de una reacción de transesterificado, a modo de ejemplo de
poliéteres de ácido tereftálico con aceites vegetales, se obtienen
poliesterpolioles claramente más hidrófobos que en el caso de
empleo de poliesterpolioles a base de ácido tereftálico. En este
caso, la salida de tereftalato de polietileno es especialmente
ventajosa en tanto a tal efecto se disponga de una pluralidad de
fuentes de referencia económicas, en especial ya que tereftalato de
polietileno (PET) haya encontrado amplio empleo para la obtención
de botellas para bebidas, y se forme como producto de reciclaje
económico.
La obtención de poliesterpolioles mediante
reacción de tereftalato de polietileno con polioles y aceites
vegetales es conocida en principio por la US 6 133 329. Sin
embargo, estos poliesterpolioles no sirven para la obtención de
prepolímeros, que se mezclan con un gas propulsor y se conservan en
un envase a presión, para obtener a partir de los mismos, en caso
necesario, una espuma de poliuretano, en especial para empleo en el
sector de la construcción.
Según la US 6 133 329 se disuelve tereftalato de
polietileno en una mezcla de glicoles, a modo de ejemplo
dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol y/o
pentaetilenglicol, y se calienta durante tres horas a 232ºC. Tras
enfriamiento a 149ºC se filtra material no transformado, y el
filtrado se mezcla con un alcohol polifuncional y un aceite
vegetal. La mezcla se destila a 232ºC y 130 mbar, hasta que se ha
separado la cantidad de etilenglicol a esperar, lo que muestra el
final de la reacción. En caso dado, para la aceleración de la
reacción se puede añadir un catalizador, como el complejo quilato
titanato de trietanolamina. Según una forma de ejecución
alternativa, además de aceite vegetal y alcohol polifuncional se
emplea también anhídrido de ácido ftálico. Son igualmente
empleables diésteres de ácido ftálico, a modo de ejemplo ésteres de
alquilo con 1 a 6 átomos de carbono.
En principio es posible emplear diversos tipos
de polioles, considerándose polioles en el ámbito de esta invención
compuestos que contiene dos o más grupos hidroxi. Además de los
glicoles mencionados, también se pueden emplear en especial
pentaeritritol y glicerina como poliol.
Como aceites vegetales empleables se deben
citar, entre otros, aceite de girasol, aceite de germen de maíz,
aceite de soja, aceite de ricino, aceite de palma, aceite de colza o
aceite de cacahuete. No obstante, además entran en consideración
también toda una serie de aceites adicionales de origen vegetal, en
especial con restos ácido graso insaturados. Además es apropiado
talol, así como una pluralidad de grasas y aceites vegetales, a
modo de ejemplo aceite de pescado.
La fracción de cloroparafinas se puede aumentar
claramente en la composición de prepolímero en comparación con el
estado de la técnica. Si hasta la fecha, a modo de ejemplo, un
contenido en cloroparafina, referido al primer componente
prepolímero que contiene los poliesterpolioles, de aproximadamente
un 27% en peso era el máximo alcanzable a lo sumo, ahora se puede
aumentar el contenido en cloroparafina a hasta un 70% en peso. Por
consiguiente, éste se sitúa preferentemente en un intervalo de un 25
a un 70% en peso, referido al primer componente prepolímero.
Simultáneamente se puede reducir de modo correspondiente el
contenido de otros agentes ignífugos, en especial TMCP, que
asciende aproximadamente a un 20% en peso del primer componente
prepolímero en composiciones convencionales. De modo ideal se
substituye completamente TMCP.
Para aumentar adicionalmente la estabilidad de
moldeo, fases y dimensional de las espumas de PU generadas a partir
de la composición de prepolímeros, es razonable añadir
adicionalmente polieterpolioles al primer componente, situándose el
contenido preferentemente en un intervalo de un 10 a un 30% en peso,
en especial en aproximadamente un 20% en peso. La fracción de
poliesterpolioles se sitúa preferentemente en un intervalo de un 20
a un 80% en peso, de modo especialmente preferente en un 25 a un 45%
en peso, referido al primer componente prepolímero.
Por lo demás, las composiciones de prepolímero
según la invención pueden contener aceites vegetales como tales, a
modo de ejemplo aceite de ricino, en una cantidad de hasta un 30% en
peso, referido al primer componente prepolímero.
Para obtener los propios prepolímeros según la
invención se requieren poliisocianatos como segundo componente
prepolímero, entendiéndose por poliisocianatos en este contexto
aquellos compuestos que contienen dos o más grupos isocianato. Por
regla general, en este caso se trata de diisocianatos. Para que el
prepolímero contenga aún suficientes grupos NCO, los
poliisocianatos se emplean habitualmente en exceso. Se han mostrado
especialmente ventajosos
4,4'-diisocianatodifenilmetano (MDI), diisocianato
de isoforona (IPDI) y diisocianato de toluileno (TDI). Los
catalizadores especialmente apropiados, que catalizan la formación
de prepolímeros, son aminas terciarias, en especial derivados de
morfolina, como por ejemplo dimorfolinodimetiléter,
dimorfolinodietiléter,
di-(2,6-dimetilmorfolinoetil)-éter y
N-metilmorfolina. Otras aminas terciarias
preferentes son
N,N,N',N'-tetrametilhexano-1,6-diamina,
N,N,N',N'-tetrametiletilendifenil-4,4'-diamina,
N,N,N',N'-tetrametilmetilen-dihexil-4,4'-diamina,
N,N-dimetilciclohexil-amina,
N,N-dipropilciclohexilamina,
N,N-diciclohexilmetilamina. Los catalizadores
citados anteriormente se pueden emplear tanto por separado, como
también en mezcla para la obtención de la composición de
prepolímero, una composición de polímero para la mezcla con otros
poliisocianatos, como también para el endurecimiento del
prepolímero.
Además, las composiciones de prepolímero según
la invención pueden contener otros aditivos habituales. Además de
los agentes ignífugos y catalizadores ya mencionados, entre éstos
cuentan estabilizadores, generadores de poros, plastificantes,
emulsionantes, fungicidas, pigmentos y agentes antienvejecimiento.
En el caso de empleo de la composición de prepolímeros para la
generación de espumas en envases a presión, además es necesario un
gas propulsor, en especial propano, butano y/o dimetiléter. Como
otros gases propulsores entran en consideración hidrocarburos
fluorados, que son licuables bajo las condiciones de presión
dominantes en un depósito de presión, a modo de ejemplo R125,
R134a, R143, R152a y R365 mfc. Para mantener reducida la fracción de
gases propulsores combustibles y halogenados se pueden añadir otros
gases, que no son condensables bajo las condiciones de presión
dominantes en el envase a presión, a modo de ejemplo CO_{2},
N_{2}O o N_{2}. De los citados gases, en el gas propulsor es
especialmente preferente CO_{2}, ya que se puede disolver
parcialmente en el componente prepolímero, y de este modo puede
contribuir a la formación de espuma, pero además también actúa como
buen gas propulsor.
Los componentes del gas propulsor constituyen un
5 a un 40% en peso de la composición de prepolímero. El contenido
en CO_{2} puede ascender, a modo de ejemplo, aproximadamente a un
5% en peso, referido al componente de gas propulsor total. El
contenido en gases no condensables bajo las condiciones de presión
dominantes se debía dimensionar de modo que el volumen referido a
la cavitación del depósito de presión da por resultado una presión
de aproximadamente 8 a 10 bar, máximo 12 bar a 50ºC, según la
prescripción nacional pertinente para depósitos de presión (envases
en aerosol). La cavitación del depósito de presión es el espacio que
es ocupado por los componentes no condensables de la composición de
prepolímero.
Las composiciones de prepolímero según la
invención se pueden distribuir a partir de envases de presión
habituales como sistemas de 1, 1,5 y 2 componentes. En el caso de
espumas de 1,5 y 2 componentes, el componente poliol requerido para
el endurecimiento de la espuma ahora se mantiene separado de la
composición de prepolímero de modo conocido, y se añade
inmediatamente antes o en la distribución. Los procedimientos a tal
efecto se describen frecuentemente, y son conocidos por el
especialista, al igual que envases de presión de 2 componentes
apropiados a tal efecto.
Además de la composición de prepolímero, el
procedimiento se refiere también a un procedimiento para la
obtención de tal composición de prepolímero, recipientes de presión
o cartuchos para la distribución de la composición de prepolímero
en forma de espumas aislantes de poliuretano, así como el empleo de
la composición de prepolímero para la generación de espumas
aislantes de poliuretano.
Las composiciones de prepolímero según la
invención se obtuvieron de modo conocido por el especialista en sí,
pudiéndose obtener el prepolímero tanto en el envase de presión,
como también fuera del mismo. Al prepolímero se añaden entonces los
aditivos requeridos en el envase de presión, que se mencionaron ya
anteriormente. Después se cierra el envase de presión de aerosol, y
se aplica a presión el agente propulsor.
Además del empleo de recipientes de presión,
también es posible el empleo de cartuchos. En este caso, los
componentes prepolímeros se encuentran exentos de gas propulsor en
un cartucho, del cual se expulsan con un émbolo.
Para la obtención de composiciones de
prepolímero con estabilidad de fases según la invención se añadieron
a un recipiente de presión mezclas de poliol A con MDI crudo en las
proporciones de mezcla expuestas a continuación, y se mezclaron en
el mismo con gas propulsor bajo presión. Todas las mezclas
proporcionaron productos con estabilidad de fases y estables al
almacenaje con buenas propiedades de espumado. Los poliesterpolioles
I y II eran productos de esterificado de PET con glicoles y aceite
de soja.
Claims (17)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Composición de prepolímero, en especial para la generación de espumas de montaje de poliuretano y aislantes, conteniendo la composición de prepolímero prepolímeros de poliuretano de la reacción de un primer componente, que comprende poliesterpolioles con al menos dos grupos hidroxi, así como componentes hidrófobos, y un segundo componente que comprende poliisocianatos con al menos dos grupos isocianato, caracterizado porque el primer componente contiene cloroparafinas como componentes hidrófobos, siendo los poliesterpolioles al menos parcialmente productos de transesterificado de aceites vegetales o animales con ácidos di- y/o tricarboxílicos aromáticos, sus ésteres o anhídridos, así como polioles. - 2. Composición de prepolímero según la reivindicación 1, caracterizada porque la fracción de componentes hidrófobos se sitúa entre un 25 y un 70% en peso del primer componente.
- 3. Composición de prepolímero según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque al menos una parte de polioles son glicoles.
- 4. Composición de prepolímero según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el poliol es al menos parcialmente pentaeritritol.
- 5. Composición de prepolímero según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el aceite es aceite de girasol, aceite de germen de maíz, aceite de soja, aceite de ricino, aceite de palma, aceite de colza, aceite de cacahuete, talol, aceite de pescado, o una grasa animal.
- 6. Composición de prepolímero según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la fracción de poliesterpolioles se sitúa entre un 20 y un 80% en peso del primer componente.
- 7. Composición de prepolímero según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el primer componente contiene hasta un 30% en peso de polieterpolioles.
- 8. Procedimiento para la obtención de una composición de prepolímero según una de las reivindicaciones 1 a 7, constituido por los siguientes pasos:
- a)
- reacción de tereftalato de polietileno, anhídrido de ácido ftálico o diftalato con polioles;
- b)
- reacción del producto de reacción del paso a) con aceites vegetales y/o grasas animales;
- c)
- adición de cloroparafinas, y en caso dado de otros aditivos para la obtención de un primer componente con estabilidad de fases, y
- d)
- reacción del primer componente del paso c) con poliisocianatos como segundo componente, conteniendo los poliisocianatos al menos dos grupos isocianato.
- 9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la fracción de cloroparafinas se sitúa entre un 25 y un 70% en peso del primer componente.
- 10. Procedimiento según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque como polioles se emplean glicoles al menos parcialmente.
- 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque como poliol se emplea pentaeritritol al menos parcialmente.
- 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque como aceite vegetal se emplea aceite de girasol, aceite de germen de maíz, aceite de soja, aceite de ricino, aceite de palma, aceite de colza, aceite de cacahuete, talol, aceite de pescado, o una grasa animal.
- 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la fracción de poliesterpolioles se sitúa entre un 25 y un 45% en peso del primer componente.
- 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque el primer componente contiene hasta un 30% en peso de polieterpolioles.
- 15. Envase de presión o cartucho con una composición de prepolímero según una de las reivindicaciones 1 a 7.
- 16. Envase de presión según la reivindicación 15, caracterizado porque el envase de presión contiene adicionalmente una mezcla de gases propulsores.
- 17. Empleo de la composición de prepolímero según una de las reivindicaciones 1 a 7 para la generación de espumas de poliuretano de 1, 1,5 y 2 componentes.
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