ES2568776T3 - Catálisis de espumas viscoelásticas con sales de bismuto - Google Patents
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Abstract
Una espuma de poliuretano viscoelástica, que comprende: el producto de reacción de una mezcla de reacción que incluye al menos un poliol y al menos un isocianato, en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar en presencia de al menos un catalizador que comprende bismuto, y en donde la espuma de poliuretano viscoelástica tiene una densidad de menos de 100 kg/m3 y una resiliencia de menos del 25 %.
Description
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DESCRIPCION
Catalisis de espumas viscoelasticas con sales de bismuto
Antecedentes
Campo de la invencion
Las realizaciones de la presente invencion se refieren generalmente a espumas de poliuretano; mas espedficamente, a espumas de poliuretano viscoelasticas.
Descripcion de la Tecnica Relacionada
Las espumas de poliuretano se usan en una amplia variedad de aplicaciones, que vanan desde el acolchado (tales como colchones, almohadas y cojines de asiento), el embalaje o el aislamiento termico. Se conoce una clase de espuma de poliuretano como viscoelastica (VE, por sus siglas en ingles) o espuma de "memoria". Las espumas viscoelasticas exhiben una respuesta retrasada en el tiempo y dependiente de la velocidad frente a una tension aplicada. Tienen una baja resiliencia y se recuperan lentamente cuando se comprimen. Estas propiedades se asocian a menudo con la temperatura de transicion vftrea (Tg) del poliuretano. La viscoelasticidad se manifiesta a menudo cuando el polfmero tiene una Tg en o cerca de la temperatura de uso, que es la temperatura ambiente para muchas aplicaciones.
Como la mayona de las espumas de poliuretano, las espumas de poliuretano VE se preparan mediante la reaccion de un componente de poliol con un isocianato, en presencia de un agente de soplado, catalizadores y otros aditivos. Los catalizadores usados incluyen catalizadores de sales organometalicas que promueven la reaccion poliol- isocianato (gelificacion). Por lo general, el catalizador de sal organometalica se basa en estano. Sin embargo, en algunos casos hay una preferencia para evitar un catalizador de estano por razones ambientales. Por lo tanto, existe una necesidad para un metodo de produccion de espumas viscoelasticas que use menos catalizador a base de estano, mientras que al mismo tiempo se mantengan, o incluso se superen propiedades de espuma tales como la deformacion remanente por compresion.
Resumen
Las realizaciones de la presente invencion proporcionan espumas de poliuretano viscoelasticas hechas en presencia de un catalizador que comprende bismuto. En una realizacion, se proporciona una composicion que incluye una espuma de poliuretano viscoelastica que es el producto de reaccion de una mezcla de reaccion que incluye al menos un poliol y al menos un isocianato, en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar en presencia de al menos un catalizador que comprende bismuto, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una densidad de menos de 100 kg/m3y una resiliencia de menos del 25 %.
En una realizacion alternativa, se proporciona un artfculo que incluye una espuma de poliuretano viscoelastica que es el producto de reaccion de una mezcla de reaccion que incluye al menos un poliol y al menos un isocianato, en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar en la presencia de al menos un catalizador que comprende bismuto, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una densidad de menos de 100 kg/m3 y una resiliencia de menos del 25 %.
En una realizacion alternativa, se proporciona un metodo para preparar una espuma de poliuretano viscoelastica, que incluye combinar una mezcla de reaccion que incluye al menos un poliol, al menos un isocianato, y al menos un catalizador que comprende bismuto para formar una espuma con una densidad de menos de 100 kg/m3 y una resiliencia de menos del 25 %.
En una realizacion alternativa, una espuma viscoelastica incluye un contenido de bismuto de entre 1 parte por millon y 750 partes por millon, y la espuma viscoelastica tiene una densidad de menos de 100 kg/m3 y una resiliencia de menos del 25 %.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artfculos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una resiliencia de menos del 20 %.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artfculos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una resiliencia de menos del 15 %.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artfculos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una resiliencia de menos del 10 %.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artfculos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la
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espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 10 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 5 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 3 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 75 y 100, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 5 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 75 y 100, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 3 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 75 y 100, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 2 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 80 y 95, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 5 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 80 y 95, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 3 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 80 y 95, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 1 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica comprende una deformacion remanente por compresion al 50 % de menos de 10 y una deformacion remanente por compresion al 75 % de menos del 10, y en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de menos del 85.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica comprende una deformacion remanente por compresion al 50 % de menos del 7 y una deformacion remanente por compresion al 75 % de menos del 7, y en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de menos del 85.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica comprende una deformacion remanente por compresion al 50 % de menos del 5 y una deformacion remanente por compresion al 75 % de menos del 5, y en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de menos del 85.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, el metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una emision de COV totales de menos de 1.000 pg/m3.
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En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, el metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una emision de COV totales de menos de 500 |jg/m3
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, el metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una emision de COV totales de menos de 300 jg/m3
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un isocianato incluye al menos uno de isomeros de TDI e isomeros de MDI.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el al menos un poliol comprende una composicion de poliol con un mdice de hidroxilo total de todas las especies reactivas con isocianato de la composicion de poliol, con exclusion de agua, de entre 100 mg KOH/g y 300 mg KOH/g.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la mezcla de reaccion comprende ademas al menos un catalizador de estano.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma viscoelastica comprende un contenido de bismuto de entre 1 parte por millon y 750 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma viscoelastica comprende un contenido de bismuto de entre 6 partes por millon y 450 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que la espuma viscoelastica comprende un contenido de bismuto de entre 12 partes por millon y 400 partes por millon.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el artmulo es un dispositivo de acolchado.
En una realizacion alternativa, se proporciona una composicion, un metodo de produccion de la misma, y los artmulos hechos a partir de la misma, de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores, excepto que el artmulo es uno de una almohada y un colchon.
Descripcion detallada
Las realizaciones de la presente invencion proporcionan un metodo de produccion de espumas viscoelasticas con excelentes propiedades ffsicas tales como la deformacion remanente por compresion, mientras que al mismo tiempo tienen bajas cantidades de COV y de aminas aromaticas en las espumas. Las espumas se producen por la reaccion de al menos una composicion de poliol con al menos un isocianato en presencia de al menos un catalizador a base de bismuto. Sorprendentemente, se ha encontrado que tales espumas producidas usando el al menos un catalizador a base de bismuto muestran cantidades reducidas de COV y tienen un orden de magnitud menos de aminas aromaticas que las espumas comparables hechas usando otros catalizadores. La composicion de poliol comprende al menos un poliol o una mezcla de polioles. La composicion de poliol puede incluirtambien otras especies reactivas con isocianato, tales como extensores de cadena y agentes de reticulacion.
Ya que se cree que la composicion de poliol determina principalmente la Tg de la espuma, y por lo tanto el comportamiento viscoelastico de la espuma, en la mayona de los casos la composicion de poliol se selecciona para proporcionar la espuma con una Tg en el intervalo entre -20 y 40 °C, especialmente entre -10 y 25 °C. La composicion de poliol se puede seleccionar de manera que el mdice de hidroxilo total de todas las especies reactivas con isocianato de la composicion de poliol (excepto el agua) este entre 100 mg KOH/g y 300 mg KOH/g. Todos los valores individuales y los subintervalos entre 100 mg KOH/g y 300 mg KOH/g se incluyen en la presente invencion y se describen en la presente invencion; por ejemplo, el mdice de hidroxilo total puede ser desde un lfmite inferior de 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, o 150 a un lfmite superior de 200, 225, 250, 275, o 300. Por ejemplo, el mdice de hidroxilo total puede estar en el intervalo de 100 a 300; o como alternativa, el mdice de hidroxilo total puede estar en intervalo de 115 a 250; o como alternativa, el mdice de hidroxilo total puede estar en el intervalo de 125 a 225.
El al menos un poliol puede incluir aquellos polioles con una funcionalidad de desde 2,5 a 4 grupos hidroxilo por molecula y un peso molecular entre 300 y 1.500. En una realizacion, el al menos un poliol puede tener un peso
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molecular entre 400 y 1.300, y en otra, entre 400 y 1.100. Los pesos moleculares del poliol en la presente invencion son todos pesos moleculares promedios en numero.
El al menos un poliol puede ser un tipo polieter o poliester. Son adecuados poUmeros y copolfmeros de acrilato con funcionalidad hidroxilo. El al menos un poliol puede ser un polfmero de oxido de propileno u oxido de etileno, o un copolfmero (aleatorio o en bloque) de oxido de propileno y oxido de etileno. El poliol puede tener grupos hidroxilos primarios o secundarios, pero tiene preferiblemente grupos hidroxilos principalmente secundarios.
Ademas del al menos un poliol descrito anteriormente, la composicion de poliol puede incluir tambien monoalcoholes o polioles que tienen un peso equivalente de hidroxilo de al menos 150. El(Los) monoalcohol(es) o poliol(es) se puede(n) usar para realizar varias funciones, tales como abrir las celdillas, proporcionar transiciones vftreas a temperatura adicionales mas altas o mas bajas para el poliuretano, modificar el perfil de reaccion del sistema y modificar las propiedades ffsicas del polfmero, o para realizar otras funciones. Generalmente, el(los) monoalcohol(es) o poliol(es) adicional(es) pueden tener un peso molecular de desde 200 a 13.000, o mas, y una funcionalidad de desde 1 a 8 o mas grupos hidroxilo por molecula. Un monoalcohol o poliol puede tener, por ejemplo, un peso molecular de 1.500 a 9.000, especialmente de 2.400 a 7.500, y una funcionalidad de desde 1 a 8, especialmente de 1 a 4, grupos hidroxilo por molecula. Otro monoalcohol o poliol adecuado tiene una funcionalidad de desde 1 a 2 grupos hidroxilo por molecula y un peso molecular de 600 a 1.500.
El monoalcohol o poliol puede ser un polfmero de uno o mas oxidos de alquileno tales como oxido de etileno, oxido de propileno y oxido de 1,2-butileno, o mezclas de tales oxidos de alquileno. Polieteres preferidos son los oxidos de polipropileno o los polfmeros de una mezcla de oxido de propileno y oxido de etileno. El monoalcohol o poliol tambien puede ser un poliester. Estos poliesteres incluyen los productos de reaccion de polioles, preferiblemente dioles, con acidos policarboxflicos o sus anhfdridos, preferiblemente acidos dicarboxflicos o anhfdridos de acidos dicarboxflicos. Los acidos policarboxflicos o anhfdridos pueden ser alifaticos, cicloalifaticos, aromaticos y/o heterodclicos y pueden estar sustituidos, por ejemplo con atomos de halogeno. Los acidos policarboxflicos pueden ser insaturados. Ejemplos de estos acidos policarboxflicos incluyen acido succmico, acido adfpico, acido tereftalico, acido isoftalico, anhfdrido trimelttico, anhfdrido ftalico, acido maleico, anhfdrido del acido maleico y acido fumarico. Los polioles usados en la preparacion de polioles de poliester pueden tener un peso equivalente de 150 o menos, e incluyen etilenglicol, 1,2- y 1,3-propilenglicol, 1,4- y 2,3-butano diol, 1,6- hexano diol, 1,8-octano diol, neopentil glicol, ciclohexano dimetanol, 2-metil-1,3-propanodiol, glicerina, trimetilol propano, 1,2,6-hexano triol, 1,2,4-butano triol, trimetiloletano, pentaeritritol, quinitol, manitol, sorbitol, glucosido de metilo, dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol, dipropilenglicol, y dibutilenglicol.
Los polfmeros de polibutadieno con funcionalidad de hidroxilo tambien son utiles como monoalcoholes y polioles. Monoalcoholes y polioles adicionales de interes particular incluyen:
1) homopolfmeros de poli(oxido de propileno) o copolfmeros aleatorios de oxido de propileno y hasta un 20 % en peso de oxido de etileno, con una funcionalidad de desde 2 a 4 y un peso equivalente de 800 a 2.200;
2) homopolfmeros de oxido de etileno o copolfmeros (aleatorios o en bloques) de oxido de etileno y hasta un 50 % en peso de un oxido de alquileno de C3 o superior, con una funcionalidad de desde 3 a 8, especialmente de 5 a 8, y un peso equivalente de desde 1.000 a 3.000;
3) un homopolfmero de oxido de etileno u oxido de propileno, o un copolfmero aleatorio de oxido de etileno y oxido de propileno, con una funcionalidad de aproximadamente 1 y un peso molecular de 200 a 3.000, especialmente de 1.000 a 3.000, incluyendo aquellos monoalcoholes del tipo descrito en el Documento de Patente de Numero WO 01/57104;
4) un poliol polfmero que contiene un monoalcohol o poliol con un peso equivalente de 500 o mayor y una fase de polfmero disperso. La fase dispersa de polfmero puede ser partfculas de un monomero etilenicamente insaturado (de los que son de particular interes el estireno, el acrilonitrilo y los copolfmeros de estireno-acrilonitrilo), partfculas de poliurea o partfculas de poliuretano. La fase dispersa puede constituir del 5 al 60 % en peso del poliol polfmero;
5) un poliol polfmero con actividad autocatalttica y que puede sustituir a una parte o a la totalidad de la amina y/o del catalizador organometalico usado generalmente en la produccion de espumas de poliuretano. Polioles autocatalfticos son aquellos hechos a partir de un iniciador que contiene una amina terciaria, polioles que contienen un grupo amina terciaria en la cadena del poliol o un poliol parcialmente cubierto con un grupo amina terciaria. El poliol autocatalttico se puede anadir para sustituir entre el 10 % en peso y el 50 % en peso del catalizador de amina manteniendo al mismo tiempo el mismo perfil de reaccion. Alternativamente, tales polioles autocatalfticos se pueden anadir para mejorar el tiempo de desmolde. Tales polioles autocatalfticos se describen en el Documento de Patente Europea de Numero EP 539.819, en los Documentos de Patentes de los EE.UU. de Numeros 5,672,636; 3.428.708; 5.482.979; 4.934.579 y 5.476.969 y en el Documento de Patente de Numero WO 01/58.976. Ejemplos de tales polioles autocatalfticos incluyen los polioles VORANOL VORACTIV disponibles de The Dow Chemical Company, tal como el VORANOL VORACTIV VV 7000.
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6) mezcla de cualquiera de dos o mas de los anteriores.
La composicion de poliol puede incluir tambien al menos un poliol a base de un aceite natural. Los polioles a base de aceite natural son polioles a base de o derivados de recursos de materias primas renovables tales como aceites de semillas de plantas vegetales naturales y/o modificadas geneticamente (GMO, por sus siglas en ingles) y/o grasas de origen animal. Dichos aceites y/o grasas esta formados generalmente por trigliceridos, es decir, acidos grasos junto con glicerol. Tales aceites vegetales pueden tener al menos un 70 por ciento de acidos grasos insaturados en los trigliceridos. El producto natural puede contener al menos un 85 por ciento en peso de acidos grasos insaturados. Ejemplos de aceites vegetales incluyen, aceites de ricino, soja, oliva, cacahuete, colza, mafz, sesamo, algodon, colza, cartamo, linaza, palma, pepitas, grosella negra, pipas de calabaza, semilla de borraja, germen de madera, pipas de albaricoque, pistacho, almendra, nuez de macadamia, aguacate, falso espino, canamo, avellana, onagra, rosa salvaje, abrojo, nuez, girasol, semilla de jatrofa o una de sus combinaciones. De manera adicional, tambien se pueden usar aceites obtenidos a partir de organismos, tales como algas. Ejemplos de productos animales incluyen manteca de cerdo, sebo de ternera, aceites de pescado y sus mezclas. Tambien se puede usar una combinacion de aceites vegetales/grasas de origen animal.
Para su uso en la produccion de espumas de poliuretano, el material natural se puede modificar para dar al material grupos reactivos con isocianato o para aumentar el numero de grupos reactivos con isocianato en el material. Preferiblemente, dichos grupos reactivos son un grupo hidroxilo. Para preparar los polioles a base de aceite natural se pueden usar varios agentes qrnmicos. Tales modificaciones de un recurso renovable incluyen, por ejemplo, epoxidacion, hidroxilacion, ozonolisis, esterificacion, hidroformilacion, o alcoxilacion. Tales modificaciones son conocidas comunmente en la tecnica y se describen, por ejemplo, en los Documentos de Patente de los Estados Unidos de Numeros 4.534.907, 4.640.801, 6.107.433, 6.121.398, 6.897.283, 6.891.053, 6.962.636, 6.979.477, y en las Publicaciones PCT de Numeros WO 2004/020497, WO 2004/096744 y WO 2004/096882.
Despues de la produccion de tales polioles por modificacion de aceites naturales, los productos modificados se pueden alcoxilar de manera adicional. El uso de oxido de etileno (EO, por sus siglas en ingles) o de mezclas de EO con otros oxidos, introduce restos hidrofilos en el poliol. En una realizacion, el producto modificado se somete alcoxilacion con EO suficiente para producir un poliol a base de aceite natural con entre un 10 % en peso y un 60 % en peso de EO; preferiblemente entre 20 % en peso y 40 % en peso de EO.
En otra realizacion, los polioles a base de un aceite natural se obtienen mediante un proceso de multiples etapas en donde los aceites vegetales/grasas animales se someten a transesterificacion y se recuperan los acidos grasos constituyentes. Esta etapa es seguida por la hidroformilacion de los dobles enlaces carbono-carbono en los acidos grasos constituyentes para formar grupos hidroximetilo, y luego por la formacion de un poliester o polieter/poliester por reaccion del acido graso hidroximetilado con un compuesto iniciador apropiado. Tal proceso de multiples etapas se conoce comunmente en la tecnica, y se describe, por ejemplo, en la Publicaciones PCT de Numeros WO 2004/096882 y 2004/096883. El proceso de multiples etapas tiene como resultado la produccion de poliol con restos tanto hidrofobos como hidrofilos, lo que da lugar a una miscibilidad mejorada por un lado con agua y por otro con polioles convencionales basados en petroleo.
El iniciador para su uso en el proceso de multiples etapas para la produccion de los polioles a base de aceite natural puede ser cualquier iniciador usado en la produccion de polioles convencionales a base de petroleo. Preferiblemente, el iniciador se selecciona del grupo que consiste en neopentilglicol. 1,2-propilenglicol; trimetilolpropano; pentaeritritol; sorbitol; sacarosa; glicerol; dietanolamina alcanodioles, tales como 1,6-hexanodiol y 1,4-hexanodiol; 1,4-ciclohexano diol; 2,5-hexanodiol; etilenglicol; dietilenglicol, trietilenglicol; bis-3-aminopropil metilamina; etilendiamina; dietilentriamina; 9(1)-hidroximetiloctadecanol, 1,4-bishidroximetilciclohexano; 8,8- bis(hidroximetil)triciclo[5,2,1,026]deceno; Alcohol dimerol (diol de 36 atomos de carbono disponible en Henkel Corporation); bisfenol hidrogenado; 9,9(10,10)-bishidroximetiloctadecanol; 1,2,6-hexanotriol y una combinacion de los mismos. Mas preferiblemente, el iniciador se selecciona del grupo que consiste en glicerol; etilenglicol; 1,2- propilenglicol; trimetilolpropano; etilendiamina; pentaeritritol; dietilentriamina; sorbitol; sacarosa; o cualquiera de los mencionados previamente, donde al menos uno de los grupos alcohol o amina presente en el mismo, se ha hecho reaccionar con oxido de etileno, oxido de propileno, o una mezcla de los mismos; y una combinacion de los mismos. Mas preferiblemente, el iniciador es glicerol, trimetilolpropano, pentaeritritol, sacarosa, sorbitol, y/o una mezcla de los mismos.
En una realizacion, los iniciadores se alcoxilan con oxido de etileno o con una mezcla de etileno y al menos otro oxido de alquileno para dar un iniciador alcoxilado con un peso molecular entre 200 y 6.000, preferiblemente entre 500 y 3.000.
La funcionalidad del al menos un poliol a base de aceite natural, no esta por encima de 1,5 y generalmente no es mayor de 6. En una realizacion, la funcionalidad esta por debajo de 4. El mdice de hidroxilo del al menos un poliol a base de aceite natural esta por debajo de 300 mg KOH/g, preferiblemente entre 20 y 300, mas preferiblemente entre 40 y 200. En una realizacion, el mdice de hidroxilo esta por debajo de 100. En una realizacion, el mdice de hidroxilo esta entre 20 y 40.
Tambien se puede usar una combinacion de dos tipos o mas de polioles a base de aceite natural, ya sea para
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maximizar el nivel del aceite de semilla en la formulacion de la espuma, o para optimizar el procesamiento de la espuma y/o caractensticas espedficas de la espuma, tales como la resistencia al envejecimiento en humedo.
La composicion de poliol se hace reaccionar con al menos un isocianato para formar una espuma de poliuretano. El isocianato puede ser un isocianato organico con una media de 1,8 o mas grupos isocianato por molecula. La funcionalidad de isocianato es preferiblemente de 1,9 a 4, y mas preferiblemente de 1,9 a 3,5 y especialmente 1,9 a 2,5. Isocianatos adecuados incluyen isocianatos aromaticos, alifaticos y cicloalifaticos. Generalmente se prefieren isocianatos aromaticos a base del coste, a la disponibilidad y a las propiedades impartidas al producto de poliuretano. Isocianatos de ejemplo incluyen, por ejemplo, diisocianato de m-fenileno, 2,4- y/o 2,6-diisocianato de tolueno (TDI, por sus siglas en ingles), los diversos isomeros del diisocianato de difenilmetano (MDI, por sus siglas en ingles), 1,6-diisocianato de hexametileno, 1,4-diisocianato de tetrametileno, 1,4-diisocianato de ciclohexano, diisocianato de hexahidrotolueno, MDI hidrogenado (H12 MDI), 1,5-diisocianato de naftileno, 2,4-diisocianato de metoxifenilo, diisocianato de 4,4'-bifenileno, diisocianato de 3,3'-dimetoxi-4,4'-bifenilo, 4,4'-diisocianato de 3,3'- dimetildifenilmetano, triisocianato de 4,4',4"-trifenilmetano, polifenilisocianatos de polimetileno, polifenilisocianatos de polimetileno hidrogenados, 2,4,6-triisocianato de tolueno, y 2,2',5,5'-tetraisocianato de 4,4'-dimetil- difenilmetano. Isocianatos preferidos incluyen MDI y derivados de MDI tales como los productos de MDI "lfquido" modificado con biuret y MDI polimerico, asf como mezclas de los isomeros 2,4- y 2,6- del TDI. En una realizacion, el isocianato es una mezcla de 2,4- y 2,6-diisocianato de tolueno que contiene al menos un 80 % en peso del isomero 2,4-.
El al menos un isocianato se hace reaccionar a un mdice de isocianato de entre 70 y 110, preferiblemente entre 75 y 100, mas preferiblemente entre 80 y 95. El mdice de isocianato es la relacion de grupos isocianato a atomos de hidrogeno reactivos con isocianato presentes en una formulacion, dada como un porcentaje. De este modo, el mdice de isocianato expresa el porcentaje de isocianato realmente usado en la formulacion con respecto a la cantidad de isocianato teoricamente requerida para hacer reaccionar la cantidad de hidrogeno reactivo con isocianato usada en la formulacion.
Uno o mas agentes de reticulacion estan opcionalmente presentes en la formulacion de la espuma, ademas de los polioles descritos anteriormente. Si se usan, las cantidades de los agentes de reticulacion usados son preferiblemente al menos 0,1, mas preferiblemente al menos 0,25, y preferiblemente como maximo 1, mas preferiblemente como maximo 0,5 partes en peso, por 100 partes en peso de los polioles totales.
Los agentes de reticulacion pueden ser materiales con tres o mas grupos reactivos con isocianato por molecula y preferiblemente un peso equivalente por grupo reactivo con isocianato de menos de 400. Los agentes de reticulacion tienen preferiblemente al menos 3 y preferiblemente como maximo 8, mas preferiblemente aproximadamente 4 grupos hidroxilo, amina primaria o amina secundaria por molecula y tienen un peso equivalente de preferiblemente al menos 30, mas preferiblemente al menos 50 y, de forma independiente preferiblemente como maximo 200, mas preferiblemente como maximo 125. Ejemplos de agentes de reticulacion adecuados incluyen dietanol amina, monoetanol amina, trietanol amina, mono- di- o tri(isopropanol) amina, glicerina, trimetilol propano, pentaeritritol, y sorbitol.
Tambien es posible usar uno o mas extensores de cadena en la formulacion de espuma. Un extensor de cadena puede ser un material con dos grupos reactivos con isocianato por molecula y un peso equivalente por grupo reactivo con isocianato de preferiblemente menos de aproximadamente 400, preferiblemente al menos aproximadamente 31 y mas preferiblemente como maximo aproximadamente 125. Los grupos reactivos con los grupos isocianato son preferiblemente grupos hidroxilo, amina primaria alifatica o aromatica o amina secundaria alifatica o aromatica. Ejemplos representativos de extensor de cadena incluyen aminas, etilenglicol, dietilenglicol, 1,2-propilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, etilendiamina, fenilendiamina, bis(3-cloro-4-aminofenil)metano y 2,4-diamino-3,5-dietiltolueno. Si se usan, los extensores de cadena estan tfpicamente presentes en una cantidad de preferiblemente al menos 1, mas preferiblemente al menos aproximadamente 3 y, de forma independiente, preferiblemente como maximo 50, mas preferiblemente como maximo 25 partes en peso por 100 partes en peso del poliol de alto peso equivalente.
El uso de tales agentes de reticulacion y de extensores de cadena se conoce en la tecnica como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU. de Numero 4.863.979 y en el Documento de Patente de Europa de Numero EP 0 549 120.
Para producir una espuma de poliuretano, se puede usar un agente de soplado. En la produccion de espumas de poliuretano flexibles, puede ser preferible el agua como agente de soplado. La cantidad de agua es preferiblemente al menos 0,5, mas preferiblemente al menos 0,8, y con independencia preferiblemente como maximo 6, mas preferiblemente como maximo 4 partes en peso por 100 partes en peso del poliol total. Otros agentes de soplado y sus usos son bien conocidos por los expertos en la tecnica. Por ejemplo, los acidos carboxflicos o sus sales se usan opcionalmente como agentes de soplado reactivos. Otros agentes de soplado incluyen dioxido de carbono lfquido o gaseoso, cloruro de metileno, acetona, pentano, isopentano, metilal o dimetoximetano, carbonato de dimetilo, o una combinacion de los mismos. Tambien se contempla en la practica de la presente invencion el uso de la presion atmosferica reducida o aumenta artificialmente, como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU. de Numero 5.194.453. Una espuma se sopla opcionalmente con uno cualquiera o con cualquier combinacion de tales agentes o medios.
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Ademas de los componentes anteriores, puede ser deseable emplear otros ciertos ingredientes en la preparacion de los poKmeros de poliuretano. Entre estos ingredientes adicionales estan emulsionantes, tensioactivos de silicona, conservantes, retardadores de llama, colorantes, antioxidantes, agentes antimicrobianos, agentes de refuerzo, cargas, incluyendo espuma de poliuretano reciclada en forma de polvo, o una combinacion de estos, con o sin otros aditivos.
Se usan uno o mas catalizadores para la reaccion de la composicion de poliol y, opcionalmente, del agua con el isocianato. En las diversas realizaciones de la invencion, al menos un catalizador es un catalizador a base de bismuto. Catalizadores a base de bismuto incluyen, por ejemplo, carboxilatos de bismuto tales como acetato, oleato, octoato o neodecanoato, por ejemplo, nitrato de bismuto, haluros de bismuto tales como bromuro, cloruro o yoduro, por ejemplo, sulfuro de bismuto, carboxilatos basicos de bismuto tales como neodecanoato de bismuto, subgalato de bismuto o subsalicilato de bismuto, por ejemplo, y combinaciones de los mismos. Cada catalizador a base de bismuto es preferiblemente un catalizador de organo-bismuto. Tales catalizadores de organo-bismuto incluyen, por ejemplo, carboxilatos y sulfonatos, que son los preferidos entre los catalizadores de organo-bismuto. Ejemplos de sulfonatos incluyen sulfonatos aromaticos tales como p-toluensulfonato y sulfonatos alifaticos tales como metanosulfonato y trifluorometanosulfonato. El catalizador a base de bismuto incluye mas preferiblemente al menos un carboxilato de bismuto, tal como 2-etilhexanoato, estearato, tris(2-etil-hexaoctoate) o octoato, decanoato, preferiblemente el carboxilato de acidos carboxflicos con preferiblemente al menos 2, mas preferiblemente al menos 5, lo mas preferiblemente al menos 8 atomos de carbono, y ventajosamente como maximo 20, preferiblemente como maximo 17, mas preferiblemente como maximo 15, lo mas preferiblemente como maximo 12 atomos de carbono, y de tales acidos carboxflicos, preferiblemente los acidos alifaticos. En una realizacion de la invencion, el catalizador a base de bismuto es neodecanoato de bismuto. En una realizacion, el catalizador a base de bismuto es un catalizador organometalico de baja acidez (acido libre menor del 34 por ciento), especialmente neodecanoato de bismuto, como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU de Numero 6.825.238.
El nivel de catalizador a base de bismuto o combinacion del mismo empleado para formar el poliuretano es entre 0,005 partes por cien partes (PPHP, del ingles per hundred parts) de poliol en peso y 2 PPHp. Todos los valores individuales y los subintervalos entre 0,005 PPHP y 2 PPHP se incluyen en la presente invencion y se describen en la presente invencion; por ejemplo, el nivel de catalizador a base de bismuto sera desde un lfmite inferior de 0,005, 0,01, 0,015, 0,02, 0,025, 0,03 o 0,03 PPHP, a un Kmite superior de 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5 o 2,0 PPHP. Por ejemplo, el nivel de catalizador a base de bismuto puede estar en el intervalo de 0,005 a 2 partes PPHP; o como alternativa, el nivel de catalizador a base de bismuto puede estar en el intervalo de 0,01 a 1,5 PPHP; o como alternativa, el nivel de catalizador a base de bismuto puede estar en el intervalo de 0,02 a 1,0 PPHP. Es decir, cuando el catalizador a base de bismuto se usa para catalizar, por ejemplo para la formacion de un prepolfmero, el peso total de los polioles como una base para determinar la cantidad de catalizador a usar es el peso de todos los polioles que van a compensar el prepolfmero. Del mismo modo, cuando la reaccion en cuestion incluye, por ejemplo, un prepolfmero con funcionalidad hidroxilo y otros polioles a reaccionar con el isocianato, el peso del prepolfmero total incluye el del prepolfmero con funcionalidad hidroxilo y el de los otros polioles que entran en reaccion para formar un poliuretano. El uso de un catalizador a base de bismuto en cualquier etapa de la formacion del poliuretano, es decir, en la formacion de al menos un prepolfmero, en la formacion de un poliuretano final o en una combinacion de las mismas esta dentro de la practica de la invencion. En una realizacion, el catalizador a base de bismuto se usa al menos en la formacion del poliuretano final, si estan o no implicados uno o mas prepolfmeros en una etapa anterior o intermedia y si esta implicado o no al menos un catalizador a base de bismuto en cualquier etapa anterior o intermedia que opcionalmente pueda producirse.
Ademas del catalizador a base de bismuto, se usa opcionalmente cualquier catalizador adecuado para formar catalizadores de uretanos. Tales catalizadores incluyen compuestos de amina terciaria, aminas con grupos reactivos con isocianato y compuestos organometalicos. Tales catalizadores incluyen compuestos de amina terciaria, aminas con grupos reactivos con isocianato y compuestos organometalicos. Compuestos de amina terciaria de ejemplo incluyen trietilendiamina, N-metilmorfolina, N,N-dimetilciclohexilamina, pentametildietilentriamina, tetrametiletilendiamina, bis(dimetilaminoetil) eter, 1-metil-4-dimetilaminoetil-piperazina, 3-metoxi-N- dimetilpropilamina, N-etilmorfolina, dimetiletanolamina, N-cocomorfolina, N,N-dimetil-N',N'-dimetil isopropilpropilendiamina, N,N-dietil-3-dietilamino-propilamina, dimetilbencilamina y combinaciones de las mismas. Catalizadores organometalicos de ejemplo incluyen organo-mercurio, organo-plomo, organo-ferricos, organo-estano, organo-litio y combinaciones de los mismos. Entre los diversos catalizadores adicionales, se prefieren aquellos compuestos que contienen nitrogeno tales como los enumerados. Algun catalizador adicional, que contiene preferiblemente nitrogeno, a menudo es particularmente util cuando el catalizador a base de bismuto es distinto de un carboxilato.
Cuando se usa al menos un catalizador que contiene nitrogeno, preferiblemente un catalizador de amina, con al menos un catalizador a base de bismuto la cantidad de catalizador que contiene nitrogeno o combinacion de los mismos es preferiblemente al menos 0,05, mas preferiblemente al menos 0,08, mas preferiblemente al menos 0,1; y opcionalmente preferiblemente como maximo 5, mas preferiblemente como maximo 4, mas preferiblemente como maximo 2 PPHP a base del peso de los polioles totales en la reaccion que se cataliza.
El procesamiento para producir productos de poliuretano se conoce bien en la tecnica. En general, los componentes de la mezcla de reaccion que forman el poliuretano se pueden mezclar entre sf de cualquier manera conveniente,
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por ejemplo usando cualquiera de los equipos de mezcla y de los procesos descritos en la tecnica anterior para el proposito de la invencion, tal como se describe en "Polyurethane Handbook", por G. Oertel, Editor Hanser.
En general, la espuma de poliuretano se prepara mezclando el isocianato y la composicion de poliol en presencia de al menos un agente de soplado, al menos un catalizador y otros ingredientes opcionales como se desea, en condiciones tales que el isocianato y la composicion de poliol reaccionan para formar un polfmero de poliuretano y/o de poliurea mientras el agente de soplado genera un gas que se expande la mezcla de reaccion. La espuma se forma opcionalmente por el denominado metodo del prepolfmero, tal como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU de Numero 4.390.645, por ejemplo, en donde se hace reaccionar primero un exceso estequiometrico de isocianato con el(los) poliol(es) de alto peso equivalente para formar un prepolfmero, el cual en una segunda etapa se hace reaccionar con un extensor de cadena y/o agua para formar la espuma deseada. Por ejemplo, tambien son adecuados los metodos de espumacion, como los descritos en los Documentos de Patente de los EE.UU de Numeros 3.755.212; 3.849.156 y 3.821.130. Se prefieren los denominados metodos de una etapa simple, como los que se describen en el Documento de Patente de los EE.UU de Numero US 2.866.744. En estos metodos de una etapa simple, el isocianato y todos componentes reactivos con isocianato se ponen juntos simultaneamente y se hacen reaccionar. Tres metodos de una etapa simple ampliamente usados, que estan entre los metodos adecuados para su uso en esta invencion, incluyen los procesos convencionales de espuma en forma de plancha, los procesos de espuma en forma de plancha de alta resiliencia, el proceso de espuma en forma de plancha viscoelastica y los metodos de espuma moldeada.
Se prepara convenientemente espuma en placas mezclando los ingredientes de la espuma y dispensandolos a una cuba u otra region donde la mezcla reacciona, se hincha libremente contra la atmosfera (a veces bajo una pelfcula u otra cubierta flexible) y se cura. En la produccion de espuma en bloques a escala comercial comun, los ingredientes de la espuma (o diversas mezclas de estos) se bombean independientemente a una cabeza de mezclado donde se mezclan y se dispensan a un transportador recubierto con papel o plastico. En el transportador la espuma se forma y se cura formando una masa de espuma. Las espumas resultantes tienen densidades por debajo de 100 kg/m3. Todos los valores individuales y los subintervalos por debajo de 100 kg/m3 se incluyen en la presente invencion y se describen en la presente invencion; por ejemplo, la densidad puede ser desde un lfmite inferior de 30, 35,40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, u 80, hasta un lfmite superior de 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 o 95.
La espuma moldeada se puede hacer segun las realizaciones de la invencion transfiriendo los reactivos (composicion de poliol, isocianato, agente de soplado, y agente tensioactivo) a un molde cerrado donde tiene lugar la reaccion de espumacion para producir una espuma conformada. Se usan opcionalmente cualquiera de un proceso llamado de "moldeo en fno", en donde el molde no se precalienta significativamente por encima de la temperatura ambiente, o un proceso de "moldeo en caliente", en donde el molde se calienta para controlar el curado. Las espumas moldeadas pueden tienen densidades por debajo de 100 kg/m3. Todos los valores individuales y los subintervalos por debajo de 100 kg/m3 se incluyen en la presente invencion y se describen en la presente invencion; por ejemplo, la densidad puede ser desde un lfmite inferior de 30, 35,40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, u 80, hasta un ifmite superior de 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 o 95.
Las aplicaciones para las espumas producidas por las realizaciones de la presente invencion son conocidas en la tecnica, o dentro de la experiencia en la tecnica. Por ejemplo, las espumas viscoelasticas encuentran uso en aplicaciones tales como ropa de cama, muebles, suelas interiores de zapatos, tapones para los ofdos, asientos de automoviles, viseras para el sol, aplicaciones de embalaje, reposabrazos, paneles de puertas, piezas de aislamiento de ruido, forros para cascos, otras aplicaciones de amortiguacion y de gestion de energfa, o cuadros de mando.
Las realizaciones de la presente invencion incluyen espumas con una resiliencia de como maximo un 25 por ciento, medido segun la norma ASTM D3574-03. Por ejemplo, la resiliencia puede ser desde un lfmite inferior de 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 8,5, 9, 9,5, 10 o 10,5, hasta un limite superior de 5, 6,5, 7, 7,5, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 o 25.
Las espumas viscoelasticas pueden, segun las realizaciones de la invencion, tener una emision de COV totales por debajo de 1.000 pg/m3, medida por el metodo de ensayo EUROPUR. El metodo de ensayo EUROPUR se realiza como se describe en texto tecnico EuroPUR titulado "CertiPUR Label for Flexible Polyurethane Foams" publicado el 6 de Agosto de 2008, bajo el tftulo "1.4. Emssion of volatile organic compounds". Todos los valores individuales y los subintervalos por debajo de 1.000 kg/m3 se incluyen en la presente invencion y se describen en la presente invencion; por ejemplo, la emision de COV totales puede ser desde un lfmite inferior de 1, 2, 3, 4, 5, 10, 50, 75 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 o 600 pg/m3 a un lfmite superior de 200, 250, 300, 500, 750 o 1.000 mg/m3. Por ejemplo, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 100 pg/m3 a 600 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 50 pg/m3 a 500 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 10 pg/m3 a 500 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 100 pg/m3 a 500 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 200 pg/m3 a 500 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 300 pg/m3 a 500 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 500 pg/m3 a 400 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener una emision de COV en el intervalo de 100 pg/m3 a 400 pg/m3; o como alternativa, las espumas viscoelasticas
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
pueden tener una emision de COV en el intervalo de 200 |jg/m3 a 400 jg/m3;
Las espumas viscoelasticas pueden, segun las realizaciones de la invencion, tener un contenido de amina aromatica total por debajo de 10 partes por millon (ppm), segun lo medido por el metodo de ensayo EUROPUR para la 2,4- Toluendiamina (2,4 TDA) y para el 4,4-Diaminodifenilmetano (4,4' MDA). El metodo de ensayo EUROPUR se realiza como se describe en texto tecnico EuroPUR titulado "CertiPUR Label for Flexible Polyurethane Foams" publicado el 6 de Agosto de 2008, bajo el tftulo "1.3. TDA and/or MDA (resp. for TDI and/or MDI based foam)". Todos los valores individuales y los subintervalos por debajo de 10 ppm se incluyen en la presente invencion y se describen en la presente invencion; por ejemplo, el contenido de amina aromatica puede ser desde un lfmite inferior de 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 6,0 o 7.0 ppm a un lfmite superior de 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0 o 9,5 ppm. Por ejemplo, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de amina aromatico total en el intervalo de 0,2 a 5 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de amina aromatica en el intervalo de 0,5 a 5,0 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de aminas aromaticas en el intervalo de 0,8 a 5,0 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de amina aromatica en el intervalo de 1 a 5 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de aminas aromaticas en el intervalo de 0,2 a 3,5 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de aminas aromaticas en el intervalo de 0,5 a 3,5 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de aminas aromaticas en el intervalo de 0,8 a 3,5 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de aminas aromaticas en el intervalo de 1,0 a 3,5 ppm;
Las espumas viscoelasticas pueden, segun las realizaciones de la invencion, tener un contenido de bismuto de entre 1 ppm y 750 ppm. El bismuto puede estar presente en la forma del catalizador a base de bismuto, como un producto derivado del catalizador a base de bismuto, o como catalizador en base bismuto reaccionado. Todos los valores individuales y subintervalos entre 1 ppm y 750 ppm se incluyen en la presente memoria y se describen en la presente memoria; por ejemplo, el contenido de bismuto puede ser desde un lfmite inferior de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20 o 25 ppm, hasta un lfmite superior de 100, 150, 200, 250, 300, 325, 350, 375, 400, 425, 450, 475, 500, 525, 550, 600, 625, 650, 675, 700, 725 o 750 ppm. Por ejemplo, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de bismuto en el intervalo de 3 a 725 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de bismuto en el intervalo de 6 a 450 ppm; o como alternativa, las espumas viscoelasticas pueden tener un contenido de bismuto en el intervalo de 12 a 400 ppm.
Ejemplos
Se proporcionan los siguientes ejemplos para ilustrar las realizaciones de la invencion, pero no se pretende que limiten su alcance. A menos que se indique lo contrario, todas las partes y porcentajes son en peso.
Se usaron los siguientes materiales:
VORANOL* CP 3322
VORANOL* CP 1421
VORALUX* HT760
NIAX A-1 NIAX L 620 NIAX L 627 DABCO 33LV
DABCO MB 20 KOSMOS 29 VORATANE* T-80:
Un triol de peso equivalente 48 de un 87 por ciento de oxido de propileno y un 13 por ciento de oxido de etileno, disponible de The Dow Chemical Company.
Un triol de peso equivalente 1700 de un 25 por ciento de oxido de propileno y un 75 por ciento de oxido de etileno, disponible de The Dow Chemical Company.
Un triol de oxido de propileno de peso equivalente 240, disponible de The Dow Chemical Company.
Un catalizador de amina terciaria disponible de Momentive Performance Materials.
Un tensioactivo de silicona disponible de Momentive Performance Materials.
Un tensioactivo de silicona disponible de Momentive Performance Materials.
Una disolucion de trietilendiamina al 33 % en peso en propilenglicol disponible de Air Products and Chemicals Inc.
Un neodecanoato de bismuto disponible de Air Products & Chemicals Inc.
Un catalizador de octoato estannoso disponible en Evonik Industries.
Un neodecanoato de bismuto disponible de Air Products & Chemicals Inc. Una composicion de diisocianato de tolueno (diisocianato de 2,4-tolueno al 80 % y diisocianato de 2,6-tolueno al 20 % en peso) disponible en The Dow Chemical Company.
* VORALUX, VORANOL y VORANATE son marcas registradas de The Dow Chemical Company.
La espuma en forma de plancha continua se produce usando una maquina de plancha continua Polymech equipada con corrientes separadas para polioles, agua, catalizadores, tensioactivos, aditivos, e isocianato acondicionados a
una temperatura de 22 °C. Los polioles se vierten con una velocidad combinada de 20 kg/min sobre una cinta transportadora en movimiento a una velocidad de transporte de 3,4 a 3,5 m/minuto. Todas las formulaciones para los ejemplos y los ejemplos comparativos incluyen los materiales listados en la Tabla 1:
Tabla 1
- Material
- Partes
- VORALUX* HT 760
- 73
- VORANOL* CP 3322
- 21
- VORANOL* CP 1421
- 6
- NIAX A-1
- 0,15
- DABCO 33LV
- 0,3
- Niax L620
- 0,3
- Niax L627
- 1,0
- Agua
- 1,5
5
Ademas, las formulaciones incluyen ya sea un catalizador a base de estano (KOSMOS 29, Ejemplos Comparativos C1-C4) o un catalizador a base de bismuto (DABCO MB 20, Ejemplos E1-E6) e isocianato (VORaNaTE* T-80) como se recoge en la Tabla 2:
Tabla 2
- Unidad Metodo de Prueba C1 C2 C3 C4 E1 E2 E3 E4 E5 E6
- Material
- KOSMOS 29
- Partes 0,04 0,02 0,12 0,08
- Dabco MB 20
- Partes 0,08 0,04 0,02 0,16 0,12 0,08
- VORATANE* T-80
- Fusion 90 90 80 80 90 90 90 80 80 80
- Propiedad de la Espuma
- Densidad
- kg/m3 ISO 3386:1986 57,7 55,9 60.4 70.4 58.5 59,5 59.3 63 64,6 66,7
- Dureza de identacion (CFD, por sus siglas en ingles) 25 %
- KPa ISO 3386:1986 1,78 1,25 0,45 0,47 2,88 1,82 1,75 0,83 0,078 1,10
- CFD 40 %
- KPa ISO 3386:1986 2,23 1,55 0,69 0,70 2,33 2,23 2,17 1,09 1,02 1,38
- CFD 50 %
- KPa ISO 3386:1986 2,72 1,9 0,92 0,98 2,86 2,73 2,63 1,38 1,30 1,71
- CFD 65 %
- KPa ISO 3386:1986 4,45 3,15 1,76 2,09 4,74 4,53 4,38 2,49 2,37 2,95
- Factor de Soporte (SAG, por sus siglas en ingles)
- KPa ISO 3386:1986 1,52 1,52 2,20 2,09 1,52 1,51 1,50 1,67 1,67 1,56
- Histeresis
- m3/h (scfm) ISO 3386:1986 113,4 (67,1) 114,9 (68) 50,0 (29,6) 48,2 (28,5) 112,1 (66) 115,9 (68,2) 117,9 (69,4) 91,2 (53,7) 94,0 (55,9) 115,2 (67,8)
- Resistencia al Desgarro
- N/m ISO 8067:1989 207 190 93 111 226 219 215 128 120 137
- Resiliencia
- % ASTM D3574-05 3 3 1,2 2,5 2,6 3 3,0 3,9 3,8 4,9
- Flujo de aire sin apretar
- m3/h (scfm) ASTM D3574-05 1,37 (0,81) 2,00 (1,18) 0,57 (0,34) 1,15 (0,68) 1,61 (0,95) 1,83 (1,08) 2,20 (1,3) 0,81 (0,48) 1,46 (0,86) 2,93 (1,37)
- CS 50 %
- % ASTM 357405 0,9 1,0 11,4 13,2 0,9 1,1 1,0 4,0 4,1 1,7
- CS 75 %
- % ASTM 357405 0,6 1,1 42,5 19 1,0 0,9 0,4 3,5 2,8 1,3
- 2,4-toluendiamina
- mg/kg EUROPUR** 7,8 27,0 0,6 2,0
- 4,4'-diamino-fenilmetano
- mg/kg EUROPUR** <0,2 <0,2 <0,2 <0,2
- ** El metodo de ensayo EUROPUR se realiza como se describe en texto tecnico EuroPUR titulado "CertiPUR Label for Flexible Polyurethane Foams" publicado el 6 de Agosto de 2008, bajo el titulo "1.3. TDA and/or MDA (resp. for TDI and/or MDI based foam)". Las muestras se ensayaron por extraccion (usando una disolucion acuosa de acido acetico al 1%) seguido por el analisis con HPLC (del ingles high performance liquid chromatography) (cromatograffa lfquida de alta resolucion).
La Tabla 2 proporciona tambien los resultados de las mediciones de propiedades de varias espumas. Se puede observar que el nivel de 2,4-toluendiamina es mucho menor en las espumas basadas en el catalizador a base de bismuto a un mdice de 90, y sorprendentemente mas bajo a un mdice de 80. El nivel de 2,4-toluendiamina es mas de un orden de magnitud menor en las espumas basadas en el catalizador a base de bismuto que en las espumas 5 basadas en el catalizador de estano, y estan muy por debajo del lfmite estandar de CertiPUR de 5 ppm. Tambien se puede ver que los resultados de la deformacion remanente por compresion al 50 % y al 70 % (CS 50 % y CS 75 %) para las espumas basadas en el catalizador a base de bismuto y para los catalizadores a base de estano son comparables a un mdice de isocianato de 90. Sin embargo, a un mdice de isocianato de 80, las espumas basadas en el catalizador a base de bismuto tienen sorprendentemente deformaciones permanentes por compresion al 50 % 10 y al 75 % mucho mas bajas.
Aunque la descripcion anterior se refiere a las realizaciones de la presente invencion, se pueden encontrar otras y posteriores realizaciones de la invencion sin desviarse del alcance basico de la misma, y el alcance de la misma se determina segun las realizaciones que siguen.
Claims (17)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Una espuma de poliuretano viscoelastica, que comprende:el producto de reaccion de una mezcla de reaccion que incluye al menos un poliol y al menos un isocianato, en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar en presencia de al menos un catalizador que comprende bismuto, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una densidad de menos de 100 kg/m3 y una resiliencia de menos del 25 %.
- 2. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 1, en donde la resiliencia es menordel 15 %.
- 3. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 1, en donde la resiliencia es menordel 10 %.
- 4. La espuma de poliuretano viscoelastica de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que ademas comprende ademas un contenido de amina aromatica de menos de 10 partes por millon.
- 5. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 1, en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 70 y 110, y en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene un contenido de amina aromatica de menos de 5 partes por millon.
- 6. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 4 o 5, en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 75 y 100, y en donde el contenido de amina aromatica es menor de 2 partes por millon.
- 7. La espuma de poliuretano viscoelastica de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de entre 80 y 95.
- 8. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 1, que ademas comprende una deformacion remanente por compresion al 50 % de menos de 10 y una deformacion remanente por compresion al 75 % de menos de 10, y en donde el al menos un poliol y el al menos un isocianato se hacen reaccionar a un mdice de isocianato de menos de 85.
- 9. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 8, en donde la deformacion remanente por compresion al 50 % es menor de 5 y la deformacion remanente por compresion al 75 % es menor de 5.
- 10. La espuma de poliuretano viscoelastica de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una emision de COV totales de menos de 1.000 |jg/m3
- 11. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 1, en donde la espuma de poliuretano viscoelastica tiene una emision de COV totales de menos de300 jg/m3
- 12. La espuma de poliuretano viscoelastica de la reivindicacion 1, en donde el al menos un poliol comprende una composicion de poliol con un mdice de hidroxilo total de todas las especies reactivas con isocianato de la composicion de poliol, con exclusion del agua, de entre 100 mg KOH/g y 300 mg KOH/g.
- 13. Un metodo para preparar una espuma de poliuretano viscoelastica, que comprende: combinar una mezcla de reaccion que incluye al menos un poliol, al menos un isocianato, y al menos un catalizador que comprende bismuto para formar una espuma con una densidad de menos de 100 kg/m3 y una resiliencia de menos del 25 %.
- 14. Un artmulo que comprende la espuma de poliuretano viscoelastica de una cualquiera de las reivindicaciones 113.
- 15. El artmulo de la reivindicacion 14, en donde el artmulo es un dispositivo de acolchado.
- 16. Una espuma viscoelastica, que comprende un contenido de bismuto de entre aproximadamente 1 parte por millon y 750 partes por millon, en donde la espuma viscoelastica tiene una densidad de menos de 100 kg/m3 y una resiliencia de menos del 25 %.
- 17. La espuma viscoelastica de la reivindicacion 16, en donde el contenido de bismuto esta entre 12 partes por millon y 400 partes por millon.
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