ES2384353B1 - Procedimiento de obtención de espumas de resinas. - Google Patents

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    • B29C44/04—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles for articles of definite length, i.e. discrete articles consisting of at least two parts of chemically or physically different materials, e.g. having different densities
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Abstract

La presente invención es un procedimiento de obtención de espumas de poliuretano moldeadas que comprende la inyección combinada en el molde de una primera capa de mezcla poliol-isocianato y una posterior de una segunda capa de mezcla poliol-isocianato igual o distinto del anterior, seguido del curado de la pieza. El procedimiento es llevado a cabo mediante sucesión de técnicas de inyección por colada y spray o inyección a baja presión. El producto obtenido es de aplicación en la fabricación de colchones, almohadas, piezas de tapicería y relax moldeados.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invencíon es de aplicación en el sector textil, en concreto en la fabricación de colchones, almohadas, piezas de tapicería y relax moldeados.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
El proceso de preparación de espumas de resinas, ya sea como espumas moldeadas u otras, se basa en la reacción de un poliol con un iso cianato a base por ejemplo de metilendifenilisocianato (MDI) o toluendiisocianato (TDI). Este proceso está muy extendido y explotado en la actualidad y sus aplicaciones incluyen desde el sector del
mueble, automóvil o decoración, hasta aplicaciones médicas, calzado y otras.
Para producir espumas de poliuretano flexibles se hace reaccionar un poliol con un poliisocianato en presencia de agua, generando CO2 en la propia reacción. Además se añaden distintos catalizadores y agentes químicos cuyas funciones son las de controlar tanto el tiempo de curado de la espuma de poliuretano como la estabilidad de la espuma obtenida, optimizar los tiempos de reacción y modificar las propiedades fisicas de las espumas resultantes. Además, y según el tipo de isocianato que se use se incluirán o no agentes expandentes con el fin de obtener espumas de una densidad específica.
También hay que tener en cuenta que el mercado actual ofrece además de una gran variedad de isocianatos, ya sea en forma de prepolimeros modificados o poliisocianatos de distintas características moleculares, una aún más extensa gama de polio les, poliéteres y poliésteres, lo que hace que las aplicaciones de los productos de poliuretano sean casi infinitas. Sólo hay que echar un vistazo a un hogar convencional cualquiera para encontrar sin esfuerzo hasta un mínimo de diez productos distintos de poliuretanos. Se ha convertido en un producto casi imprescindible en el uso cotidiano debido a la amplia gama de propiedades y características que se pueden obtener con simples variaciones en las formulas de obtención y/o el proceso de producción.
Además la capacidad de producir espumas de poliuretano (PU) de distintas
características y propiedades y de casi todos los tamaños y formas requeridas, explican
su gran aceptación y sus posibilidades.
5
Los métodos de obtención más usuales son por colada (inyección de la mezcla de poliol
e isocianato en estado líquido) en máquina de alta o baja presión, spray (mezcla de
poliol, isocianato y gas) en máquina de alta presión y finalmente, espumación de bloque
bien en proceso discontinuo o continuo. Éste último requiere una gran instalación pero
presenta la ventaja de que permite la producción de grandes volúmenes de espuma con
1 O
mínimo personal, reduciendo el descarte de materia prima tanto en la producción como
en el posterior manipulado de la gomaespuma. El proceso discontinuo se puede hacer
manual o automatizado en una instalación que puede ser tan simple como incorporar un
simple agitador mural y un polipasto o tan compleja como se desee para obtener grandes
volúmenes.
15
Los colchones y las zonas acolchadas de sofás están hechos hoy en día normalmente de
dos capas de gomaespuma con diferentes calidades. Una cubierta elástica exterior, o
capa baja, cubierta por un material blando con memoria (viscoelástico), y que han sido
curadas en dos procesos de curado independientes. Ambas gomaespumas quedan unidas
20
mediante un adhesivo que se endurece progresivamente con el tiempo. Este adhesivo
obliga a las empresas que comercializan dichos productos al cumplimiento de una
normativa muy específica. La incorporación del adhesivo introduce un elemento en el
proceso que a la postre resulta susceptible de deterioro del producto final debido a un
mal pegado, a la existencia de espacios de aire entre ambas superficies o a un material
25
defectuoso. Además, para que dos láminas de recubrimiento queden unidas, las
superficies interconectadas deben estar en perfecto contacto en el caso de ser superficies
lisas, y en caso de superficies curvas deben ser de gran radio para que ambas capas
estén unidas de un modo laminar. Este requerimiento de añadir el adhesivo dificulta por
tanto el proceso de fabricación tradicional, incrementa los costes de producción y no
30
asegura una adhesión perfecta y homogénea en el producto acabado, afectando a la
calidad.
Cabe destacar que en este proceso de pegado convencional se reqmeren grandes
conocimientos de materiales y adhesivos por parte del personal, siendo otra desventaja
más la aparición de alergias durante el proceso de producción y en su uso posterior
debido a la necesidad de empleo de agentes químicos.
Debido a estos múltiples inconvenientes se han desarrollado diversos procedimientos
5
para eludir la unión con adhesivo convencional. La solicitud de patente francesa
FR 2895890 Al describe dos capas superpuestas de poliuretano unidas mediante un
adhesivo de la misma familia de materiales: un prepoliuretano que mediante una
semireacción química resulta funcionalmente en un pegamento. Este procedimiento
evita los problemas de manejo de los adhesivos convencionales, pero sigue
1 O
introduciendo un tercer material que mantiene los problemas de calidad de la unión
descritos por el uso. Por otro lado, la solicitud de patente europea EP 1430814 Al
describe la unión directa de las dos espumas por medio de una fusión por calor, lo cual
evita la introducción de un tercer material pero no consigue una unión íntima entre las
dos espumas sino que resulta en una capa dura de unión que tampoco resuelve los
15
problemas de imperfecciones y deterioro.
La presente invención soluciona estos inconvenientes del estado de la técnica al
eliminar la utilización de adhesivos y conseguir una unión íntima entre las dos espumas
inyectadas, obteniendo piezas que mantienen la disposición de ambas al conseguir una
20
perfecta unión química y fisica entre ellas.
DESCRIPCIÓN Y REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención es un procedimiento de obtención de espumas de poliuretano
moldeadas que comprende la inyección por colada en el molde de una primera capa de
25
mezcla poliol-isocianato, la inyección posterior por spray de al menos una segunda capa
de mezcla poliol-isocianato igual o distinto del anterior y el curado de la pieza. Otra
realización es que la inyección de la segunda capa de mezcla poliol-isotiocianato de
realice con una máquina de inyección de PUde baja presión. Una realización particular
de la invención comprende además el paso previo de calentar el molde si es necesario
30
y/o la aplicación de desmoldeante.
Este sistema de fabricación de p1ezas por doble moldeo permite obtener múltiples
formas de configuración geométrica entre los dos componentes en función de los
materiales inyectados y la funcionalidad del producto que se desee fabricar. Otra
característica muy importante es la posibilidad de insertar en el molde elementos postizos como fibras, rellenos, sistemas de muelles, elementos huecos, elementos de sensorización o calefacción, entre los dos materiales inyectados. De forma que una realización de la invención comprende la incorporación de postizos o piezas entre dos inyecciones de espuma.
Otra realización de la invención es que dicha inyección por spray sea inyección a alta presión, y una realización más es que el poliol-isocianato inyectado por spray sea de una densidad menor que la del inyectado previamente por colada. En una realización el poliol-isocianato inyectado por colada es una gomaespuma de alta resiliencia o HR (High Resiliency); en una realización de la invención puede ser aplicada a una densidad comprendida entre 45 y 80 kg/m3, en una realización preferente se aplica a una densidad comprendida entre 50 y 60 kg/m3 y en otra más preferente aún dicha densidad es de 55 kg/m3 . En otra realización de la invención el poliol-isocianato inyectado por spray se aplica a una densidad de 80-100 kg/ m3, y en otra realización más preferentemente se aplica a 90-95 kg/ m3.
La principal aplicación y realización preferente de la invención es que estas espumas de poliuretanos moldeadas se utilicen en el sector textil. La realización más preferente de todas es utilizar es procedimiento de la invención para fabricar colchones, almohadas y/o piezas de tapicería y relax.
En la parte mecánica, la máquina de inyección de poliuretano de alta presión dispone de un caudal de salida adecuado al volumen y peso de la pieza. Esta máquina está dotada de un sistema de inyección en spray al que se le ha adaptado en la salida, y no en el cabezal como se venía haciendo hasta ahora, un sistema de presurización y compresión del aire del entorno para optimizar tanto el reparto del material de PU que se inyecta en el molde como la propiedad expandente de dicho material. El sistema de presurización y compresión del aire del entorno consta de un compresor de aire cuyo caudal está en correspondencia con la cantidad de aire requerida por la instalación para funcionar y que, mediante un sistema de tuberías e inyectores, se sitúa al final de la camisa de la cabeza inyectora ayudando al material a salir despedido contra el molde. La cantidad de superficie cubierta por el material es mayor debido a la distribución de las gotas de material de poliuretano mezclado y a la alta velocidad que incide contra las paredes del molde.
Con este sistema añadido no sólo se cons1gue optimizar el proceso, smo también eliminar por completo la cantidad de agente expandente químico incluido en la formulación gracias al sistema de aporte de co2 a la mezcla de poliuretano en el momento de la mezcla. Con lo cual, tanto el coste de la fórmula como el impacto medioambiental queda reducido. Si además tenemos en cuenta que la cantidad de mezcla poliol formulado/isocianato se reduce hasta en un 20% según el diseño y características del molde, es evidente el gran ahorro que supone la incorporación de este compresor/ presurizador de aire al proceso de inyección.
El uso del aire presurizado incorporado al sistema de inyección de poliuretano tal como se ha desarrollado en la presente invención no implica una reducción en la densidad de trabajo o en las propiedades de la espuma de poliuretano axial producida, ya que en la formulación se incluyen catalizadores reticulantes y estabilizadores de celda. Esto permite obtener una celda mucho más pequeña y cerrada cuya función es mantener el aire presurizado que se le aporta en el proceso de inyección dentro de la propia celda.
La formulación de trabajo es la estándar proporcionada por cualquier proveedor de materias primas para sistemas de poliuretano adaptada al sistema de trabajo de la invención, con una adicción propia de distintos porcentajes de los catalizadores provistos por el fabricante. Es decir, ni los catalizadores, que se distribuyen en toda una amplia de gama y proveedores, ni la formula base es objeto de esta solicitud. El dispositivo utilizado por la presente invención sólo añade los subsistemas necesarios a la máquina de inyección de poliuretano. Asimismo, se adicionan a la materia prima los mismos catalizadores que ya trae de firma pero en los porcentajes que permitan obtener el tipo de espuma deseado en su forma, dimensiones y características según el uso.
La perfecta combinación entre la parte química (formulación usada) y física (cantidad de aire suministrado a la mezcla) permite obtener y combinar los mejores resultados de cada una de ellas. La regulación de la cantidad de aire suministrado es crítica puesto que influye directamente en la mezcla de poliol formulado e isocianato y consecuentemente, en las propiedades de la espuma de poliuretano que se obtiene.
La diferencia con las espumas tradicionales moldeadas consiste en que en la presente invención se realizan dos inyecciones de dos tipos de espuma distintos en el mismo molde. La espuma proyectada en primer lugar debe ofrecer ciertas propiedades de adherencia con respecto al segundo tipo de espuma que se inyecta a continuación, para crear una superficie que permita que esta segunda espuma quede adherida a la primera sin dejar espacios de aire entre ellos. Mientras los sistemas tradicionales de adhesión dejan espacios de aire entre las distintas superficies, el sistema de compresión de la presente invención impulsa a gran presión el segundo componente contra el primero ya inyectado con anterioridad en el molde, con lo que tanto la adherencia como el reparto del segundo componente dejan de ser un problema.
La adición de catalizadores se ajusta a cada pieza, basándose en la observación de la inyección del segundo componente sobre el primero, para obtener las propiedades y los tiempos de curado y fluidez óptimos a nuestra pieza en concreto. Este sistema se ha desarrollado para moldes de distintos tamaños y formas que se pueden utilizar en diferentes productos y sectores.
La espuma obtenida en la primera inyección puede ser cualquier tipo de PU que asegure una superficie impermeable y resistente a los productos de limpieza y, al no ser absorbentes como las espumas tradicionales, se puede limpiar cuantas veces se desee.
Antes de la inyección del segundo componente se pueden realizar diferentes configuraciones geométricas de la piezas a obtener mediante la incorporación de postizos o piezas entre los dos componentes. Por lo que este sistema no tiene limitaciones en cuanto a geometrías a obtener con el molde y materiales a combinar.
Este procedimiento también asegura un ahorro de materia prima. A modo de ejemplo se puede citar que realizando un doble moldeo con HR en la primera inyección y un componente viscoelástico en la segunda, se obtuvo un ahorro del 15% para el material viscoelástico y de un 20% de ahorro en la espuma HR.
El ajuste de este procedimiento para uso combinado de dos resinas da como resultado piezas inyectadas y moldeadas con dos tipos distintos de materiales en un proceso
simultaneo cuyas ventajas son, entre otras, la eliminación de componentes adhesivos
(generalmente nocivos para la salud y el medio ambiente aunque sean en base acuosa),
y una total adherencia de materiales distintos en toda la superficie eliminando las
burbujas de aire o zonas sin contacto entre ellos, lo que garantiza que el peso del cuerpo
5
que descansa sobre esta pieza va a estar correctamente repartido, distribuido de forma
equitativa y saludable.
Para ilustrar el procedimiento de la invención se describen a continuación los siguientes
ejemplos, que en ningún modo pretenden ser limitativos. Es más, la invención cubre
1 O
cualquier posible combinación de las realizaciones particulares y preferidas que se
describen.
EJEMPLOS
Ejemplo 1: Producción de una almohada de asiento.
15
Producción de una almohada de asiento compuesta por una pnmera capa de
gomaespuma HR y una segunda capa unida sin adhesivo a la misma de gomaespuma
viscoelástica. Se aplicó desmoldeante al molde y seguidamente se proyectó con una
máquina de inyección de PU una primera capa de HR de Elastogran (BASF, densidad
entre 24-40 kg/m3) de calidad y propiedades resistentes a la humedad y a los agentes
20
normales de limpieza. A continuación se proyectó la segunda capa de espuma flexible
de poliuretano de Elastogran (BASF densidad 80-100 kglm\ mediante la inyección de
la mezcla de poliol-isocianato de la gomaespuma viscoelástica. Una vez realizadas
ambas inyecciones, se cerró el molde para asegurar la correcta expansión de las mezclas
inyectadas. Pasados 1 O min se extrajo la pieza, se eliminaron las rebabas y se preparó la
25
pieza para comercialización.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1: Configuración de inyección alta presión-inyección alta presión (a) y de
inyección alta presión-inyección baja presión (b). Constan de Máquina de inyección(!),
30
cabezales de spray (2 y 3), Molde (4), Máquina de inyección (5).

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    l. Un procedimiento de obtención de espumas de poliuretano moldeadas caracterizado porque comprende: -inyección por colada en el molde de una primera capa de mezcla poliolisocianato, -inyección por spray de al menos una segunda capa de mezcla poliol
    isocianato igual o distinto del anterior, y -curado de la pieza.
  2. 2.
    Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la inyección de la segunda capa de mezcla poliol-isotiocianato se realiza con una máquina de inyección de PU de baja presión.
  3. 3.
    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende además los pasos previos de calentamiento del molde y/o aplicación de desmo ldeante.
  4. 4.
    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende la incorporación de postizos o piezas entre dos inyecciones de poliolisocianato.
  5. 5.
    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha inyección por spray es inyección a alta presión.
  6. 6.
    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicho poliol-isocianato inyectado por spray es de una densidad mayor que la del inyectado previamente por colada.
  7. 7.
    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicho poliol-isocianato inyectado por colada es gomaespuma de alta resiliencia (HR).
  8. 8.
    Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha gomaespuma HR se aplica a una densidad comprendida entre 45 y 80 kg/m3 .
  9. 9.
    Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque dicha gomaespuma HR se aplica a una densidad comprendida entre 50 y 60 kg/m3 .
  10. 10.
    Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque dicha gomaespuma HR se aplica a una densidad de 55 kg/m3 .
  11. 11.
    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 1O, caracterizado porque dicho poliol-isocianato inyectado por spray se aplica a una densidad de 80 a 100 kg/m3
  12. 12.
    Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho poliolisocianato inyectado por spray se aplica a una densidad de 90 y 95 kg/ m3 .
  13. 13.
    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dicho poliol-isocianato inyectado por spray es gomaespuma viscoelástica.
    5 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dichas espumas de poliuretanos moldeadas se utilizan en el sector textil.
  14. 15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque dichas espumas de poliuretano moldeadas se utilizan para fabricar colchones, almohadas y/o piezas de tapicería y relax.
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