ES2381427T3 - Procedimiento para la preparación de espuma de poliuretano flexible y espuma obtenida de ese modo - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para la preparación de una espuma de poliuretano flexible, en el que una mezcla de reacción, que comprende un agente de expansión, se deja espumar para producir la espuma de poliuretano, caracterizado porque antes de dejar que se espume dicha mezcla de reacción, se dispersa en ella un material de organogel.

Description

Procedimiento para la preparación de espuma de poliuretano flexible y espuma obtenida de ese modo.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de una espuma de poliuretano flexible y a la espuma de poliuretano flexible preparada por ese procedimiento. La espuma es en particular una espuma de poliuretano flexible que tiene una densidad entre 25 y 120 kg/m3, una resiliencia, medida a 20ºC según la ASTM D 3574 H, mayor de 35%, y una dureza ILD al 40%, medida según la ISO 2439 B, entre 60 y 500 N.
Las espumas de poliuretano flexible son muy usadas para aplicaciones de apoyo para el cuerpo, tales como colchones, cubrecolchones, almohadas, cojines y cualquier tipo de uso en camas, asientos y otras aplicaciones tales como alfombrillas, etc. Además de proporcionar soporte funcional para el cuerpo humano, el material de apoyo para el cuerpo debe proporcionar también una buena distribución de la presión, un suficiente confort psicológico, así como una transpirabilidad adecuada.
Las espumas de poliuretano de alta resiliencia (HR) se han usado mucho para aplicaciones de apoyo para el cuerpo, debido a sus superiores características de soporte y resiliencia. Tienen en particular un alto factor SAG y también una alta resiliencia. Sin embargo, la uniformidad de la distribución de presión sobre tales tipos de espumas no es óptima, lo que puede conducir a puntos de presión, y a hacerlas de este modo no apropiadas para la gente que requiere alivio de la presión, por ejemplo, en hospitales en los que los pacientes de larga duración a menudo padecen llagas por presión.
Las espumas viscoelásticas (VE) han encontrado amplia aceptación como materiales de apoyo para el cuerpo. En contraste con las espumas de poliuretano convencionales y espuma de poliuretano de alta resiliencia tienen números de resiliencia que son notablemente más bajos de 40%, y que son usualmente incluso más bajos de 15%. Las espumas VE son materiales de espuma bastante blandos pero de soporte, caracterizados por una recuperación muy lenta y una resistencia a la penetración que es sensible a la temperatura. Esta propiedad permite que el cuerpo se hunda más profundamente en la espuma, manteniendo aún la sensación de firmeza de una espuma resiliente de buena calidad. Las espumas VE de este modo se adaptan suavemente a la forma del cuerpo del usuario, permitiendo que se absorba la presión uniformemente y se distribuya más equitativamente, que es de particular beneficio en la prevención y curación de las llagas de presión. Una desventaja de las espumas VE es sin embargo que su dureza se incrementa al disminuir la temperatura, lo que las hace muy incómodas para su uso en áreas o habitaciones frías. Además, las espumas VE son más densas y de celdas más cerradas que las espumas HR convencionales, lo que conduce a una peor transpirabilidad y de este modo confort termofisiológico disminuido.
Otra clase de materiales usados para materiales de apoyo para el cuerpo son geles. Los geles son bien conocidos por su distribución de presión excelentemente equilibrada, debido a sus propiedades de deformación tridimensional que conducen a aplanar los puntos de presión. Proporcionan adicionalmente un buen confort físico, tal como una menor dureza y una buena elasticidad, y proporcionan al usuario una buena “sensación”. Sin embargo, los geles, tales como los geles de poliuretano, exhiben una relativamente alta conductividad térmica así como una muy alta capacidad térmica. Esto conduce a una sensación fría ya que el calor es retirado del cuerpo cuando está en contacto con el gel. Una desventaja adicional de los geles es que tienen un peso muerto muy alto (peso específico usualmente entre 600-1100 kg/m3). Para disminuir el peso específico de los geles, se han desarrollado geles celulares, tales como los geles celulares de poliuretano, como se describe en el documento US 4 404 296. Se soplan con un gas inerte tal como aire, N2 o CO2. Además de su peso específico reducido, se reduce también su capacidad térmica. Sin embargo, los geles celulares tienen la desventaja de que bajo la influencia de compresión, las celdas del gel espumado se pegan entre sí debido a la matriz deficientemente reticulada, y de que el gel espumado tiene malas propiedades mecánicas, especialmente una muy mala elasticidad. Además de su muy baja resiliencia, no son transpirables de ningún modo dado que no permiten ninguna trasferencia de aire. Los geles espumados no son de ningún modo apropiados como material de apoyo para el cuerpo.
Debido a su muy alto peso específico y su alta capacidad térmica, las capas de gel se usan preferentemente con una o más capas de apoyo para el cuerpo adicionales, tales como capas de espuma, capas de muelles y similares. Los colchones y cubrecolchones que comprenden capas de gel de poliuretano sobre capas de espuma son, por ejemplo, conocidos de los documentos WO 2006/100558, US 2001/0018466 y US 2005/0017396. Las capas de gel pueden estar integralmente unidas a las capas de soporte adicionales, por ejemplo, por encolado, costura, soldadura
o por enlace químico. Las capas de gel pueden ser también cuerpos separados insertados en capas de espuma, como se ilustra en el documento US2007/0226911. Para permitir que las capas de gel desarrollen su efecto de distribución de presión, necesitan un desarrollo completo por medio de una cubierta muy elástica relativamente delgada, que debe ser impermeable para prevenir la penetración del material de gel pegajoso a través de la cubierta. Tal cubierta es desventajosa para el paso de aire y de este modo para la transpirabilidad. Además, incrementa el coste de producción del procedimiento de fabricación del apoyo para el cuerpo. Debido al grosor mínimo requerido para conseguir las deseadas propiedades de distribución de presión, los colchones obtenidos con capas de gel integrado son aún muy pesados y de este modo difíciles de manejar.
Para rebajar el peso, la tasa total de transferencia térmica y la masa térmica total de un colchón de gel que consiste en una capa de gel cubierta con una capa superior e inferior de espuma, el documento US 2005/0017396 describe una capa de gel extruida que tiene columnas huecas verticales. Estas columnas huecas tienen paredes que se comban parcial o totalmente cuando una persona está acostada sobre el colchón. Un inconveniente de este colchón es que su peso es aun sustancialmente mayor que el peso de un colchón de espuma de poliuretano. La capa de gel tiene ciertamente que ser relativamente gruesa para proporcionar los efectos deseados de distribución de presión mejorada. Además, debido a las columnas huecas verticales en la capa de gel, estas propiedades de distribución de presión se pierden hasta cierto punto y, lo que es más, las propiedades de soportar carga del colchón se vuelven peores. Con respecto a esto el factor SAG es un importante parámetro de una espuma de apoyo para el cuerpo. Este factor SAG o factor de soporte es la resistencia a la compresión a 65% de indentación dividida entre la resistencia de compresión a 25% de indentación. Un buen soporte y una sensación confortable se proporcionan por espumas tales como espuma HR y espumas de látex que tienen un factor SAG relativamente alto, más particularmente un factor SAG mayor de 2,5. Un inconveniente de las columnas huecas en la capa de gel es que cuando sus paredes se comban bajo el peso de una persona acostada sobre el colchón, la resistencia de compresión proporcionada por estas paredes se reduce de modo que la persona no está o está menos óptimamente apoyada.
Es un objetivo de la invención proporcionar un nuevo procedimiento para preparar una espuma de poliuretano flexible que es resiliente y transpirable pero que aún permite proporcionar propiedades de espuma mejoradas sin mostrar sin embargo los inconvenientes de una capa de gel.
Con este fin, el procedimiento para la preparación de una espuma de poliuretano flexible según la presente invención, comprende la etapa de permitir que una mezcla de reacción, que comprende un agente de expansión, se espume para producir la espuma de poliuretano, y está caracterizado porque antes de que se deje espumar la mezcla de reacción, se dispersa en ella por lo menos un material de organogel. El material de organogel se incorpora de este modo en la espuma de poliuretano en la expansión de la espuma para formar por lo menos parte de las nervaduras de las celdas y/o las paredes de las celdas en esta espuma de poliuretano.
Incorporar un material de gel en un material de revestimiento de poliuretano ya es conocido per se del documento WO 01/32791. El material de revestimiento de poliuretano no es una espuma de poliuretano flexible sino que es una espuma rígida o un elastómero microcelular y tiene una densidad que es generalmente mayor de 200 kg/m3. El material de gel se incorpora en este material de revestimiento de poliuretano para mejorar sus propiedades de aislamiento. En contraste con la presente invención, el material de gel es por lo tanto un aerogel o xerogel, que no contiene líquido y que es de este modo un material sólido.
El material de organogel usado en el procedimiento de la presente invención es por el contrario un material del tipo de gelatina dimensionalmente estable. Los geles se definen como un sistema reticulado sustancialmente diluido que no exhibe flujo cuando está en el estado estacionario. Los geles son en su mayor parte líquidos, aunque se comportan como sólidos debido a la red tridimensional reticulada dentro del líquido. Aparte de los xerogeles, que se secan para formar un producto poroso que ya no es del tipo de gel, hay dos tipos principales de geles, a saber, hidrogeles y organogeles. Los hidrogeles contienen agua como medio (líquido) de dispersión. Los organogeles están compuestos de una fase orgánica líquida atrapada en una red tridimensional reticulada. Son muy elásticos. En la espuma de poliuretano flexible según la invención, el material de organogel forma parte de las nervaduras de las celdas y/o paredes de las celdas de modo que las propiedades físicas de la espuma son modificadas por ello. La incorporación del material de organogel en el material de poliuretano de la espuma puede en particular reducir el esfuerzo de tracción en el material de espuma cuando se comprime localmente este material. De este modo, se puede conseguir una mejor distribución de presión sin los inconvenientes de una capa de gel y manteniendo las deseadas propiedades de apoyo y resiliencia de la espuma de poliuretano. Tal efecto ventajoso no se puede conseguir cuando se revisten simplemente las nervaduras de las celdas y/o las paredes de las celdas de una espuma de poliuretano con un material de organogel, por ejemplo, por impregnación de la espuma con él.
En una realización preferida del procedimiento según la invención, el material de organogel se dispersa en la mezcla de reacción en una cantidad de por lo menos 0,1% en peso, preferentemente por lo menos 1% en peso, más preferentemente por lo menos 5% en peso y lo más preferentemente por lo menos 10% en peso, calculado en base al peso total de la espuma de poliuretano preparada a partir de la mezcla de reacción.
En una realización preferida adicional del procedimiento según la invención, el material de organogel se dispersa en la mezcla de reacción en una cantidad de menos del 40% en peso, preferentemente menos de 30% en peso, y más preferentemente menos de 20% en peso, calculado en base al peso total de la espuma de poliuretano preparada a partir de la mezcla de reacción.
Ventajosamente, el organogel es un gel seleccionado del grupo que consiste en geles de poliuretano, geles de copolímero de bloques termoplástico diluido con aceite, en particular geles de SEBS, geles de silicona y geles plastisol de PVC, siendo el material de organogel preferentemente un gel de poliuretano.
En una realización particular, que es especialmente apropiada para aplicaciones de apoyo para el cuerpo, la espuma de poliuretano flexible obtenida por el procedimiento según la invención tiene una densidad de entre 25 y 120 kg/m3, una resiliencia, medida a 20ºC según la ASTM D 3574 H, mayo del 35%, y una dureza ILD 40% , medida según la ISO 2439 B, entre 60 y 500 N.
Para proporcionar buenas propiedades de soporte, el factor SAG de la espuma es preferentemente mayor de 1,8, más preferentemente mayor de 2,0 y los más preferentemente mayor de 2,2.
La invención se refiere también a la espuma de poliuretano flexible obtenida por el procedimiento según la invención. Esta espuma puede comprender las nervaduras de las celdas y las paredes de las celdas, siendo incorporado el material de organogel en la espuma para formar por lo menos parte de estas nervaduras de las celdas y/o paredes de las celdas, o la espuma puede comprender solo nervaduras de celdas (siendo en particular una espuma reticulada), siendo incorporado el material de organogel en la espuma para formar por lo menos parte de estas nervaduras de las celdas. En una realización preferida, el material de organogel forma inclusiones de gel en las nervaduras de las celdas y/o paredes de las celdas. Las propiedades físicas de la espuma son cambiadas de este modo por la presencia de las inclusiones de organogel en las nervaduras de las celdas y/o paredes de las celdas.
Otras particularidades y ventajas de la invención se volverán evidentes de la siguiente descripción de algunas realizaciones particulares del procedimiento para preparar una espuma de poliuretano flexible según la presente invención.
La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de una espuma de poliuretano flexible. La expresión espuma de poliuretano abarca no solo la espuma de poliuretano puro sino también espumas de poliuretano modificado con poliurea. El término “flexible” indica una espuma que tiene una dureza ILD 40% de menos de 400 N y de este modo abarca también espuma blandas y superblandas. La espuma de poliuretano flexible se puede desear para varias aplicaciones pero se desea especialmente para aplicaciones de asiento y cama. Tiene preferentemente una dureza ILD 40%, medida según la ISO 2439 B, entre 60 y 500 N, y más preferentemente entre 75 y 200 N. La resiliencia o rebote de la bola de la espuma, medida a 20ºC según la ASTM D 3574 H, es preferentemente mayor de 35% y más preferentemente mayor de 45%. La densidad de la espuma está preferentemente entre 25 y 120 kg/m3 y es más preferentemente menor de 100 kg/m3 y lo más preferentemente menor de 80 kg/m3. La espuma es preferentemente una espuma de celda abierta.
La espuma de poliuretano flexible se prepara dejando espumar una mezcla de reacción que comprende un agente de expansión. El agente de expansión comprende preferentemente agua que reacciona con grupos isocianato para producir dióxido de carbono gaseoso. Se pueden usar las conocidas técnicas de espumación directa “one-shot”, de semi-prepolímero o de prepolímero completo junto con equipo de mezcla convencional y las espumas se pueden producir en la forma de bloques, moldes o similares. En las técnicas de prepolímero completo, la mezcla de reacción se prepara mezclando un prepolímero de isocianato con una mezcla acuosa (que comprende un tensioactivo) para producir la espuma de poliuretano. Esta técnica se usa en particular para preparar espuma de poliuretano hidrófilo. Para producir espuma de poliuretano flexible para aplicaciones de asiento y cama, se aplican usualmente las técnicas de espumación directa o de semi-prepolímero. En estas técnicas una mezcla de reacción de poliuretano se compone mezclando por lo menos un componente de isocianato y un componente reactivo con isocianato. En las técnicas de semi-prepolímero, el componente de isocianato comprende un prepolímero de isocianato y/o el componente reactivo con isocianato comprende un prepolímero reactivo con isocianato, en particular un prepolímero de polialcohol.
Una característica esencial del procedimiento según la invención es que antes de que se deje espumar la mezcla de reacción, se dispersa en ella por lo menos un material de organogel. El material de organogel, en otras palabras, se distribuye sustancial y uniformemente por toda la mezcla líquida de reacción. EL organogel se puede dispersar en la mezcla de reacción añadiéndolo separadamente a esa mezcla de reacción. Cuando la mezcla de reacción se compone mezclando por lo menos un componente de isocianato y un componente reactivo con isocianato, se puede dispersar en uno o ambos de estos componentes, preferentemente en el componente reactivo con isocianato.
El organogel es un material del tipo de gelatina dimensionalmente estable. Consiste principalmente en un líquido pero se comporta como un sólido debido a la presencia de una red tridimensional reticulada dentro del líquido. El líquido en un organogel es un líquido orgánico mientras que el líquido en un hidrogel es agua. Un importante inconveniente de los hidrogeles es que se secan fácilmente debido a la evaporación de agua, lo que conduce al endurecimiento de los hidrogeles. En el procedimiento según la invención esto no se puede evitar envolviendo el material de gel en una película elástica dado que el material de gel se va a dispersar en la mezcla de reacción. Los hidrogeles son adicionalmente desventajosos en el procedimiento según la invención, porque la gran cantidad de agua atrapada en el hidrogel, puede interferir con la reacción de formación de la espuma de poliuretano, lo que no es deseable. Consecuentemente, se hace uso en el procedimiento según la presente invención de organogeles que contienen un líquido orgánico. Este líquido orgánico es menos volátil que el agua y/o está unido en el gel de modo que no se evaporará o sustancialmente no se evaporará del material de gel. El gel es preferentemente un gel anhidro que no contiene sustancialmente agua.
Una propiedad física del gel es la resistencia del gel o la rigidez del gel. La rigidez del gel expresada en gramos Bloom, se determina por el peso en gramos requerido para comprimir un gel una distancia de 4 mm con un pistón circular que tiene un área transversal de 1 centímetro cuadrado a 23ºC. Se puede determinar según el estándar británico BS 757 (1975). El organogel usado en el procedimiento de la presente invención tiene preferentemente una rigidez de gel de por lo menos 5 gramos, más preferentemente por lo menos 10 gramos y lo más preferentemente por lo menos 20 gramos. Tales rigideces de gel son suficientemente altas para soportar una configuración de gel tridimensional, que no es el caso para los prepolímeros que pueden estar contenidos también como se explica aquí anteriormente en la mezcla de reacción y que pueden ser bastante viscosos pero que no muestran ninguna rigidez de gel en absoluto. El organogel tiene preferentemente una rigidez de gel que es menor de 700 gramos, más preferentemente menor de 500 gramos y lo más preferentemente menor de 350 gramos.
El material de organogel puede ser de diferentes composiciones. Puede comprender por ejemplo un gel de silicona, en particular un gel de organosiloxano. Los ejemplos de tal gel se describen en el documento US 4 072 635, que se incorpora aquí a modo de referencia. El material de organogel puede comprender también un gel plastisol de PVC. Los ejemplos de tal gel se describen en el documento US 5 330 249, que se incorpora aquí a modo de referencia. Los geles de copolímero de bloques termoplástico diluido con aceite son también geles apropiados. Los ejemplos de estos geles aceitosos, más particularmente de geles de SEBS (geles de poli(estireno-etileno-butileno-estireno)) se describen en los documentos US 5 508 334 y US 5 336 708, que se incorporan aquí a modo de referencia. Estos geles de aceite contienen altos niveles de un aceite plastificante para conseguir las propiedades gelatinosas.
El material de organogel usado en el procedimiento de la presente invención preferentemente comprende un gel de poliuretano. Los ejemplos de tales geles de poliuretano se describen en los documentos US 4.404 296, US 4 456 642 y en el documento US 5 362 834, que se incorporan aquí a modo de referencia.
Los geles de poliuretano, son materiales de consistencia del tipo gel, que contienen uno o más polialcoholes dentro de cierto intervalo de peso molecular como agente dispersante coherente en el que se dispersa una red polimérica que está covalentemente unida vía enlaces de uretano. Se pueden obtener, por ejemplo, haciendo reaccionar uno o más polialcoholes de más alto peso molecular más alta funcionalidad con una cantidad de un di- o poli-isocianato orgánico en presencia de apropiados catalizadores de formación de poliuretano, con tal de que se aplique un índice de isocianato entre 15-60 y con tal de que el componente de isocianato o el componente de polialcohol tenga una cierta mínima funcionalidad y de que el polialcohol esté esencialmente libre de cualquier polialcohol que tenga un número de OH mayor de 112 o un peso molecular por debajo de 800. Los geles de poliuretano anhidros preparados de este modo consisten en una matriz de poliuretano reticulado covalentemente de alto peso molecular, dispersa en un agente (polialcohol) dispersante líquido firmemente unido en la matriz. El agente dispersante líquido es un compuesto polihidroxilado (polialcohol) que tiene un peso molecular entre 1000 y 12000 y un numero de OH entre 20 y 112, y está libre de compuestos hidroxilados que tienen un peso molecular por debajo de 800. La ventaja de estos geles de poliuretano es que su consistencia se puede variar entre un estado de gelatina o del tipo de gelatina y una gelatina sólida variando el índice de isocianato y la funcionalidad de los materiales de partida, y de que tienen una excepcional estabilidad, incluso a altas temperaturas, debido al hecho de que el agente dispersante de polialcohol está firmemente unido en el gel. La preparación de los geles se puede obtener por el denominado procedimiento de espumación directa o por un procedimiento de prepolímero, como se describe claramente en el documento US 4 456
642. Los geles obtenidos se pueden usar en una amplia variedad de formas, tales como granulados, láminas, artículos moldeados. Es particularmente preferido un granulado de gel cuando el gel se va a mezclar con una composición de formación de poliuretano.
Se puede incluir hasta 50% de un ingrediente activo en la composición de formación del gel. Los ingredientes activos hacen referencia a cualquier aditivo capaz de proporcionar un beneficio al usuario, tales como por ejemplo biocidas, fragancias, agentes anti-alérgicos, fungicidas, materiales de cambió de fase (PCM). Se mezclan o dispersan preferentemente en el componente de polialcohol antes de que se combinan los otros reactantes con el polialcohol. Los organogeles que contienen ingredientes activos tienen la ventaja sobre las espumas de poliuretano conocidas, de que la salida de ingredientes activos de baja volatilidad o incluso sólidos, permanece activa durante un largo periodo de tiempo. Se pueden añadir también al gel otros tipos de cargas, tales como polvos, nanopartículas, microesferas de materiales naturales o sintéticos.
El organogel se dispersa preferentemente en la mezcla de reacción en una cantidad de por lo menos 0,1% en peso, preferentemente por lo menos 1% en peso, más preferentemente por lo menos 5% en peso y lo más preferentemente por lo menos 10% en peso. La cantidad de organogel disperso en la mezcla de reacción es preferentemente menor de 40% en peso, más preferentemente menor de 30% en peso y lo más preferentemente menor de 20% en peso. Estos porcentajes se calculan en base al peso total de la espuma de poliuretano preparada de la mezcla de reacción.
El organogel se dispersa preferentemente en la mezcla de reacción en la forma de partículas que tienen un volumen medio entre 0,001 y 10 mm3, volumen medio que es preferentemente mayor de 0,01 mm3, más preferentemente mayor de 0,1 mm3, y preferentemente menor de 2 mm3, más preferentemente menor de 0,5 mm3. Tales tamaños de partícula se pueden conseguir añadiendo el organogel en forma de partículas, más particularmente en una forma granular o de polvo o se pueden conseguir añadiendo trozos más grandes de material de gel y homogeneizando estos trozos de material de gel. Esto se puede hacer en la mezcla de reacción misma y/o en uno o más de los componentes que se mezclan entre sí para componer la mezcla de reacción.
Debido al hecho de que el material de organogel se dispersa en la mezcla de reacción, y no se disuelve totalmente en ella, las partículas dispersas del organogel se incorporan a la espuma de poliuretano flexible durante la expansión de la espuma, más particularmente en sus nervaduras de las celdas y/o paredes de las celdas. El organogel forma inclusiones en estas nervaduras de las celdas y/o paredes de las celdas. En la interfase entre el material de poliuretano y el material de organogel, algunos de los componentes de reacción del material de poliuretano pueden haber penetrado algo dentro del material de organogel, que puede proporcionar una adhesión incrementada entre ambos materiales. Cuando el material de organogel comprende grupos reactivos que pueden reaccionar con uno más de los componentes de reacción del material de poliuretano, se puede conseguir también un enlace químico entre ambos materiales, que conduce a una fuerte inmovilización del gel de PU en la espuma de PU.
La presencia de las inclusiones de organogel en las nervaduras de las celdas y/o las paredes de las celdas de la espuma de poliuretano influye en las propiedades físicas y/o termofisiológicas de la espuma. Puede, por ejemplo, reducir las tensiones de tracción en la espuma mejorando de este modo las propiedades de distribución de presión. Por otra parte, pueden dar a la espuma también una sensación más blanda del tipo de gel y mejorar de este modo la sensación de confort de la espuma. Pueden tener también un efecto sobre la capacidad calorífica de la espuma e incluso sobre la conductividad térmica, dando de este modo a la espuma una sensación más fría. Dado que las partículas de gel tendrán también algún efecto sobre la formación de la espuma, pueden incrementar también el contenido de celdas abiertas de la espuma.
La presencia de inclusiones de otro material en el material de poliuretano de la espuma flexible, puede reducir también algunas propiedades físicas de la espuma tales como la deformación permanente por comprensión en húmedo. Se ha encontrado sin embargo que la deformación permanente por compresión en húmedo de la espuma se puede mejorar por el uso de un polialcohol que tiene un alto contenido de unidades de oxietileno.
Como ya se explicó aquí anteriormente, la mezcla de reacción se compone preferentemente mezclando por lo menos un componente de isocianato y un componente reactivo con isocianato. El organogel se puede dispersar en la mezcla de reacción misma, en el componente de isocianato y/o en el componente reactivo con isocianato.
El componente de poliisocianato comprende usualmente solo uno pero puede comprender más de un compuesto de poliisocianato (= poliisocianatos). Los poliisocianatos orgánicos que se usan convencionalmente en la preparación de espumas de poliuretano flexible incluyen poliisocianatos alifáticos, cicloalifáticos y aralifáticos, así como poliisocianatos aromáticos, tales como el TDI (diisocianato de tolueno) comercial, MDI (diisocianato de difenilmetano), y MDI en bruto o polimérico.
El MDI polimérico puede contener por lo menos 70% en peso de MDI puro (isómero 4,4’ o mezcla de isómeros) y hasta 30% en peso del llamado MDI polimérico que contiene de 25 a 65% en peso de diisocianatos, siendo el resto en su mayor parte poliisocianatos de polimetileno polifenileno que tienen funcionalidades isocianato mayores de 2. También se pueden usar mezclas de composiciones de MDI puro y MDI polimérico que contienen mayores proporciones (hasta 100%) de dichos poliisocianatos de mayor funcionalidad.
También son útiles los isocianatos modificados. Tales isocianatos se preparan generalmente por la reacción de un isocianato comercial, por ejemplo TDI o MDI, con un dialcohol o amina de bajo peso molecular. Los isocianatos modificados se pueden preparar también por la reacción de los isocianatos consigo mismos, produciendo isocianatos que contienen uniones alofanato, uretonimina, carbodiimida o isocianurato. Las formas modificadas de MDI incluyen dispersiones de poliurea en MDI que, por ejemplo, se han descrito en el documento EP-A-0 103 996.
El componente reactivo con isocianato puede comprender además uno o más polímeros sólidos, que no son organogeles, establemente dispersos en este componente. La producción de polímeros establemente dispersos dentro de polialcoholes para fabricar polialcoholes poliméricos es conocida en la técnica. Las patentes básicas en el campo son US 3 383 351 y US 3 304 273. Tales composiciones se pueden producir polimerizando uno o más monómeros etilénicamente insaturados disueltos o dispersos en un polialcohol en presencia de un catalizador de radicales libres para formar una dispersión estable de partículas de polímero en el polialcohol. Estas composiciones de polialcohol polimérico tienen la valiosa propiedad de impartir a las espumas de poliuretano producidas con ellas más altas propiedades de soporte de carga que las proporcionadas por los correspondientes polialcoholes sin modificar. También están incluidos los polialcoholes como los enseñados en los documentos US 3 325 421 y US 4 374 209.
Se puede utilizar una amplia variedad de monómeros en la preparación del polialcohol polimérico. Se describen numerosos monómeros etilénicamente insaturados en las patentes previas y se pueden utilizar también polímeros de suspensión de poliuretano y poliurea. Los monómeros ejemplares incluyen estireno y sus derivados tales como para-metilestireno, acrilatos, metacrilatos tales como metacrilato de metilo, acrilonitrilo y otros derivados de nitrilo tales como metacrilonitrilo, y similares. Se puede emplear también cloruro de vinilideno. Las mezclas monoméricas preferidas usadas para fabricar el polialcohol polimérico son mezclas de acrilonitrilo y estireno (polialcoholes SAN) o acrilonitrilo, estireno y cloruro de vinilideno.
Para evitar la influencia negativa de las partículas de organogel y de las partículas de polímero sólido sobre la deformación permanente por compresión en húmedo de la espuma, el componente reactivo con isocianato comprende preferentemente compuestos reactivos con isocianato que incluyen, por 100 de sus partes en peso (no incluyendo el agua ni ningún organogel o ningún polímero sólido dispersado en él):
a) de 50 a 80 partes de uno o más polioxialquileno polialcoholes que tienen un contenido de unidades de oxietileno de por lo menos 40% en peso de las unidades de oxialquileno del polioxialquileno polialcohol, un número de hidroxilo entre 20 y 100, preferentemente entre 20 y 60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4; y
b) de 20 a 50 partes de uno o más polioxialquileno polialcoholes adicionales que no contienen unidades de oxietileno o que tienen un contenido de unidades de oxietileno menor de 40% en peso de las unidades de oxialquileno del polioxialquileno polialcohol adicional, y que tienen un número de hidroxilo de entre 20 y 100, preferentemente de entre 20 y 60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4.
La expresión “funcionalidad nominal” se usa aquí para indicar la funcionalidad (número de grupos hidroxilo por molécula) del polialcohol con la suposición de que la funcionalidad del polioxialquileno polialcohol es igual a la funcionalidad (= número de átomos de hidrógeno activo por molécula) del iniciador usado en su preparación, aunque en la práctica será a menudo algo menor debido a alguna insaturación terminal. Cuando se usan dos o más iniciadores de modo que se obtiene una mezcla de polioxialquileno polialcohol, cada uno de los diferentes polialcoholes de esta mezcla se va a considerar como un polialcohol (compuesto reactivo con isocianato) separado. El iniciador puede ser, por ejemplo, glicerina, trimetilolpropano o dietilentriamina.
Las partes y porcentajes mencionados en la presente memoria descriptiva son todos en peso.
La expresión “número de hidroxilo” indica el número de miligramos de KOH que son equivalentes a un gramo de muestra de polialcohol de modo que el peso equivalente del polialcohol = 56100/ número de hidroxilo.
Los polioxialquileno polialcoholes del tipo a que tienen un contenido de unidades de oxietileno de por lo menos 40% en peso, es decir, el polialcohol o polialcoholes ricos en EO, se usan preferentemente en una cantidad de por lo menos 55 partes, más preferentemente en una cantidad de por lo menos 60 partes, y lo más preferentemente en una cantidad de por lo menos 65 partes por 100 partes de los compuestos que contienen grupos reactivos con isocianato. Preferentemente se usan en una cantidad de menos de 75 partes por 100 partes de los compuestos que contienen grupos reactivos con isocianato en vista de las mejores propiedades mecánicas que se pueden conseguir y también en vista a mantener una buena procesabilidad.
La alta cantidad de polialcohol o polialcoholes ricos en EO también incrementa el contenido de celdas abiertas de la espuma. Una ventaja de una espuma de celdas abiertas es que no se encoge después de su producción, y no requiere una etapa separada de trituración o reticulación, como se requiere usualmente con las espumas de poliuretano HR convencional. El polialcohol o polialcoholes ricos en EO preferentemente tienen un contenido de unidades de oxietileno de por lo menos 50% en peso, más preferentemente de por lo menos 60% en peso y lo más preferentemente de por lo menos 70% en peso de las unidades de oxialquileno del polioxialquileno polialcohol. Ventajosamente, el polialcohol o polialcoholes ricos en EO tienen un contenido de unidades de oxietileno de menos de 90% en peso, preferentemente menos de 85% en peso y más preferentemente de menos de 80% en peso de unidades de oxialquileno del polioxialquileno polialcohol.
Además de las unidades de oxietileno, las cadenas de oxialquileno usualmente comprenden unidades de oxipropileno. Una porción del óxido de etileno (en particular menos de 25% de las unidades de oxialquileno) se puede usar para cerrar en el extremo las cadenas de oxialquileno de modo que el polialcohol tenga un más alto contenido de hidroxilo primario, por ejemplo, un contenido de OH primario mayor de 50%. De este modo, el polialcohol es más reactivo con los isocianatos. La parte restante de las unidades de oxietileno se debe distribuir en la cadena de oxialquileno y esto preferentemente al azar.
Los compuestos reactivos con isocianato pueden contener, además del polialcohol o polialcoholes ricos en EO del tipo a y el polialcohol y polialcoholes adicionales del tipo b (que tienen un contenido más bajo de EO), otros compuestos que tienen un peso equivalente relativamente grande, más particularmente un peso equivalente mayor de 561 (=56100/100). Estos compuestos incluyen, por ejemplo, poliésteres que contienen grupos hidroxilo primario o secundario o también poliaminas. Sin embargo, los compuestos reactivos con isocianato preferentemente comprenden, por 100 partes, por lo menos 85 partes, más preferentemente por lo menos 95 partes, del polialcohol o polialcoholes ricos en EO del tipo a y del polialcohol o polialcoholes adicionales del tipo b (que son poliéter polialcoholes).
Por el procedimiento según la invención, se pueden producir espumas que tienen una resistencia al desgarro, medida según la ASTM D3574 F, mayor de 1 N/m, una elongación, medida según la EN ISO 1789, mayor de 100%, y una resistencia a la tracción, medida según la EN ISO 1798, mayor de 50 kPa, preferentemente mayor de 70 kPa.
El agente espumante preferido para uso en el procedimiento de la invención es agua, opcionalmente en conjunción con un agente de expansión física, por ejemplo, un compuesto de organofluoro de bajo punto de ebullición. Como sabe un experto en la técnica, la cantidad de agente espumante se puede variar para conseguir la densidad deseada de la espuma. Preferentemente el único agente espumante es agua. El índice de isocianato (índice NCO) del sistema de reacción puede variar entre 80 y 120, pero es preferentemente mayor de 90 y más preferentemente mayor de 100. Un mayor índice de isocianato puede ayudar a conseguir una mayor dureza de la espuma.
La formulación de espuma puede contener uno o más de los aditivos convencionales para las formulaciones de espuma de poliuretano. Tales aditivos incluyen catalizadores, por ejemplo aminas terciarias y compuestos de estaño, agentes tensioactivos y estabilizantes de la espuma, por ejemplo, copolímeros de siloxano-oxialquileno, retardantes de la llama, cargas orgánicas e inorgánicas, pigmentos, agentes para suprimir el denominado efecto de ebullición de la espuma tales como polidimetilsiloxanos, y agentes de desprendimiento del molde interno para aplicaciones de moldeo.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Un procedimiento para la preparación de una espuma de poliuretano flexible, en el que una mezcla de reacción, que comprende un agente de expansión, se deja espumar para producir la espuma de poliuretano, caracterizado porque antes de dejar que se espume dicha mezcla de reacción, se dispersa en ella un material de organogel.
  2. 2.
    Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material de organogel se dispersa en la mezcla de reacción en una cantidad de por lo menos 0,1% en peso, preferentemente por lo menos 1% en peso, más preferentemente por lo menos 5% en peso y lo más preferentemente por lo menos 10% en peso, calculado en base al peso total de la espuma de poliuretano preparada de la mezcla de reacción.
  3. 3.
    Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dicho material de organogel se dispersa en la mezcla de reacción en una cantidad de menos de 40% en peso, preferentemente menos de 30% en peso y más preferentemente menos de 20% en peso, calculado en base al peso total de la espuma de poliuretano preparada de la mezcla de reacción.
  4. 4.
    Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho material de organogel es un gel seleccionado del grupo que consiste en geles de poliuretano, geles de copolímero de bloques termoplástico diluido con aceite, en particular geles de SEBS, geles de silicona y geles plastisol de PVC, y siendo el material de organogel preferentemente un gel de poliuretano.
  5. 5.
    Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho material de organogel se dispersa en dicha mezcla de reacción en la forma de partículas que tienen un volumen medio de entre 0,001 y 10 mm3, volumen medio que es preferentemente mayor de 0,01 mm3, más preferentemente mayor de 0,1 mm3, y preferentemente menor de 2 mm3, más preferentemente menor de 0,5 mm3.
  6. 6.
    Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha mezcla de reacción es una mezcla de reacción de poliuretano compuesta mezclando por lo menos un componente de isocianato y un componente reactivo con isocianato, siendo dispersada por lo menos una porción de dicho material de organogel en dicho componente reactivo con isocianato antes de mezclarlo con el componente de isocianato.
  7. 7.
    Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha mezcla de reacción es una mezcla de reacción de poliuretano compuesta mezclando por lo menos un componente de isocianato y un componente reactivo con isocianato, comprendiendo el componente reactivo con isocianato compuestos reactivos con isocianato que incluyen, por 100 de sus partes en peso,
    a) de 50 a 80 partes de uno o más polioxialquileno polialcoholes que tienen un contenido de unidades de oxietileno de por lo menos 40% en peso, preferentemente por lo menos 50% en peso, más preferentemente por lo menos 60% en peso y lo más preferentemente por lo menos 70% en peso de las unidades de oxialquileno del polioxialquileno polialcohol, un número de hidroxilo entre 20 y 100, preferentemente entre 20 y 60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4, siendo el contenido de unidades de oxietileno preferentemente menor de 90% en peso, preferentemente menor de 85% en peso y más preferentemente menor de 80% en peso de las unidades de oxialquileno del polioxialquileno polialcohol; y
    b) de 20 a 50 partes de uno o más polioxialquileno polialcoholes adicionales que no contienen unidades de oxietileno
    o que tienen un contenido de unidades de oxietileno menor de 40% en peso de las unidades de oxialquileno del polioxialquileno polialcohol adicional, y que tienen un número de hidroxilo de entre 20 y 100, preferentemente de entre 20 y 60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4,
    comprendiendo los compuestos reactivos con isocianato, por 100 de sus partes en peso, preferentemente por lo menos 85 partes, y más preferentemente por lo menos 95 partes, de dicho uno o más polioxialquileno polialcoholes y dicho uno o más polioxialquileno polialcoholes adicionales.
  8. 8.
    Un procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque los compuestos reactivos con isocianato comprenden, por 100 de sus partes en peso, por lo menos 55 partes, preferentemente por lo menos 60 partes, más preferentemente por lo menos 65 partes de dicho uno o más polioxialquileno polialcoholes que tienen un contenido de unidades de oxietileno de por lo menos 40% en peso.
  9. 9.
    Un procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque los compuestos reactivos con isocianato comprenden, por 100 de sus partes en peso, menos de 75 partes de dicho uno o más polioxialquileno polialcoholes que tienen un contenido de unidades de oxietileno de por lo menos 40% en peso.
  10. 10.
    Una espuma de poliuretano flexible preparada por un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
  11. 11.
    Una espuma de poliuretano flexible según la reivindicación 10, caracterizada porque dicho material de
    organogel se incorpora en la espuma para formar por lo menos parte de las nervaduras de las celdas, formando el material de organogel en particular inclusiones en dichas nervaduras de las celdas.
  12. 12.
    Una espuma de poliuretano flexible según la reivindicación 10, caracterizada porque dicho material de organogel se incorpora en la espuma para formar por lo menos parte de las nervaduras de las celdas y/o paredes de
    5 las celdas, formando el material de organogel en particular inclusiones en dichas nervaduras de las celdas y/o paredes de las celdas.
  13. 13. Una espuma de poliuretano flexible según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque la mezcla de reacción comprende tal cantidad de dicho agente de expansión que la espuma de poliuretano preparada tiene una densidad de entre 25 y 120 kg/m3, siendo la densidad de la espuma de poliuretano preparada
    10 preferentemente menor de 100 kg/m3 y más preferentemente menor de 80 kg/m3.
  14. 14.
    Una espuma de poliuretano flexible según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizada porque la espuma de poliuretano flexible tiene una resiliencia, medida a 20ºC según la ASTM D 3574 H, mayor de 35% y preferentemente mayor de 45%.
  15. 15.
    Una espuma de poliuretano flexible según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizada
    15 porque la espuma de poliuretano preparada tiene una dureza ILD 40%, medida según la ISO 2439 B, entre 60 y 500 N, y preferentemente entre 75 y 200 N.
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