ES2627001T3 - Uso de una dispersión de poliuretano que contiene alcanolaminas como aglutinante para adhesivos de laminación - Google Patents

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Abstract

Uso de una dispersión de poliuretano como aglutinante para adhesivos de laminación, caracterizado porque el poliuretano contiene grupos aniónicos que se neutralizan en al menos un 10 % en moles mediante alcanolaminas que tienen al menos dos grupos hidroxilo, excluyéndose dispersiones de poliuretano que contienen poliisocianatos emulsionables en agua.

Description

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DESCRIPCION
Uso de una dispersion de poliuretano que contiene alcanolaminas como aglutinante para adhesivos de laminacion
La invencion se refiere al uso de una dispersion de poliuretano como aglutinante para adhesivos de laminacion, caracterizado porque el poliuretano contiene grupos anionicos que son neutralizados en al menos 10% en moles por alcanolaminas con al menos dos grupos hidroxilo; se excluyen las dispersiones de poliuretano que contienen poliisocianatos emulsionables con agua.
Las dispersiones de poliuretano son neutralizadas frecuentemente con aminas terciarias como la trietilamina. Como alternativas a la trietilamina se conocen, por ejemplo, compuestos de metales alcalinos, amomaco u otras aminas. Las aminas con bajo peso molecular son casi siempre volatiles y por lo tanto no son deseadas. Las aminas de cadena larga, poco volatiles no son adecuadas para la neutralizacion de poliuretanos anionicos puesto que producen solamente dispersiones muy gruesas o no es posible del todo una dispersion.
El amomaco puede usarse solamente en casos excepcionales puesto que reacciona con los grupos extremos NCO del prepolfmero terminado con NCO que frecuentemente se prepara y da lugar a la interrupcion de la cadena. Las bases de metal alcalino hacen la pelfcula ostensiblemente mas dura y le confieren una propiedad hidrofflica permanente. Esto empeora la resistencia al agua en el barniz y la capacidad de activarse en el adhesivo.
Ademas, para una mejor capacidad de tratamiento se desea que las dispersiones presenten una viscosidad tan baja como sea posible a un contenido de solidos definido.
En el documento DE-A-37 39 332 se mencionan una serie de diferentes aminas como agentes de neutralizacion para dispersiones de poliuretano. Como aminas se consideran adecuadas en este caso basicamente solo aquellas que no contienen grupos reactantes con isocianato.
Del documento EP-A 806 443 se conocen dispersiones bicomponentes (2 K) de poliuretano que contienen los siguientes componentes:
a) un poliuretano con grupos anionicos
b) un poliisocianato emulsionable con agua y
c) una alcanolamina.
La alcanolamina se usa aqrn como adicion a una dispersion de poliuretano ya neutralizada con otras aminas. Al margen tambien se encuentra una indicacion de que las alcanolaminas c) tambien pueden ser agentes de neutralizacion para el poliuretano a). Con base en el estado de la tecnica anterior de acuerdo con el documento DE- A-37 39 332, el especialista no interpreta esta indicacion como ensenanza tecnica real para actuar.
El objetivo consistio en encontrar dispersiones de poliuretano neutralizadas como aglutinante para adhesivos de laminacion que no tengan las desventajas mencionadas.
Por consiguiente, ha sido encontrada la dispersion de poliuretano definida antes y su uso.
La dispersion de poliuretano segun la invencion contiene preferiblemente un poliuretano que esta construido a partir de
a) diisocianatos,
b) dioles, de los cuales
b1) 10 a 100 % en moles, respecto de la cantidad total de los dioles (b), presentan un peso molecular de 500 a 5000 g/mol, y
b2) 0 a 90 % en moles, respecto de la cantidad total de los dioles (b), presentan un peso molecular de 60 a 500 g/mol,
c) monomeros diferentes de los monomeros (a) y (b) con al menos un grupo isocianato o al menos un grupo que es reactivo frente a los grupos isocianato, que ademas portan al menos un grupo anionico, por lo cual se causa la dispersabilidad de los poliuretanos en agua,
d) dado el caso, otros compuestos monofuncionales o polifuncionales, diferentes de los monomeros (a) a (c), con grupos reactivos que son grupos hidroxilo de alcohol, grupos amino primarios o secundarios, o grupos isocianato, y
Como diisocianatos a) pueden nombrarse aquellos de la formula X(NCO)2, en la cual X representa un residuo de hidrocarburo alifatico con 4 a 12 atomos de carbono, un residuo de hidrocarburo cicloalifaticos o aromatico con 6 a 15 atomos de carbono o un residuo de hidrocarburo aralifatico con 7 a 15 atomos de carbono. Ejemplos de
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diisocianatos de este tipo son diisocianato de tetrametileno, diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de dodecametileno, 1,4-diisocianatociclohexano, 1-isocianato-3,5,5-trimetil-5-isocianatometilciclohexano (IPDI), 2,2-bis- (4-isocianatociclohexil)-propano, diisocianato de trimetilhexano, 1,4-diisocianato de benceno, 2,4-diisocianato de tolueno, 2,6-diisocianato de tolueno (TDI), 4,4'-diisocianato-difenilmetano, 2,4'-diisocianato-difenilmetano (MDI), diisocianato de p-xilileno, diisocianato de tetrametilxilileno (TMXDI), los isomeros del bis-(4-
isocianatociclohexil)metano (HMDI) tales como el isomero trans/trans, el isomero cis/cis y el isomero cis/trans as^ como las mezclas constituidas por estos compuestos.
Los diisocianatos de este tipo se encuentran disponibles en el comercio.
Como mezclas de estos isocianatos particularmente son importantes las mezclas de los respectivos isomeros estructurales de diisocianato de tolueno y diisocianato de difenilmetano, principalmente es adecuada la mezcla de 80 % en moles de 2,4-diisocianato de tolueno y 20 % en moles de 2,6-diisocianato de tolueno. Ademas, son particularmente ventajosas las mezclas de isocianatos aromaticos como 2,4-diisocianato de tolueno y/o 2,6- diisocianato de tolueno con isocianatos alifaticos o cicloalifaticos tales como diisocianato de hexametileno o IPDI, en cuyo caso la proporcion de mezcla preferida de los isocianatos alifaticos a los aromaticos es de 4 : 1 a 1 : 4.
Como compuestos para la smtesis de los poliuretanos tambien pueden emplearse, aparte de los isocianatos previamente mencionados, isocianatos que tienen ademas de los grupos isocianatos libres otros grupos isocianatos bloqueados, por ejemplo grupos de uretdiona o grupos carbodiimida.
Con respecto a una buena formacion de pelmula y una buena elasticidad, en calidad de dioles (b) se consideran principalmente dioles (b1) de alto peso molecular que tienen un peso molecular de aproximadamente 500 a 5000 g/mol, de preferencia aproximadamente 1000 a 3000 g/mol.
Los dioles (b1) son principalmente poliesterpolioles que se conocen, por ejemplo, de Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie [Enciclopedia de Ullmann de qmmica industrial], 4a edicion, volumen 19, paginas 62 a 65. Preferiblemente se emplean polioles de poliester que se obtienen mediante reaccion de alcoholes ditudricos con acidos carboxflicos dibasicos. En lugar de los acidos policarboxflicos libres, para la preparacion de los polioles de poliester tambien pueden usarse los respectivos antudridos de acido policarboxflico o los respectivos esteres de acido policarboxflico de alcoholes inferiores o sus mezclas. Los acidos policarboxflicos pueden ser alifaticos, cicloalifaticos, aralifaticos, aromaticos o heterodclicos y, dado el caso, pueden ser sustituidos por ejemplo con atomos de halogeno y/o ser insaturados. Como ejemplos de estos pueden mencionarse: acido suberico, acido azelaico, acido ftalico, acido isoftalico, antudridos de acido ftalico, antudrido de acido tetrahidroftalico, antudrido de acido hexahidroftalico, anhfdrido de acido tetracloroftalico, anhfdridos de acido endometilentetrahidroftalico, anhfdrido de acido glutarico, acido maleico, anhfdrido de acido maleico, acido fumarico, acidos grasos dimericos. Se prefieren acidos dicarboxflicos de la formula general HOOC-(CH2)y-COOH, en la cual y es un numero de 1 a 20, preferiblemente un numero entero de 2 a 20, por ejemplo acido sucdnico, acido adfpico, acido sebacico y acido dodecandicarboxflico.
Como alcoholes politudricos se consideran, por ejemplo etilenglicol, propan-1,2-diol, propan-1,3-diol, butan-1,3-diol, buten-1,4-diol, butin-1,4-diol, pentan-1,5-diol, neopentilglicol, bis-(hidroximetil)-ciclohexanos tales como 1,4-bis- (hidroximetil)ciclohexano, 2-metil-propan-1,3-diol, metilpentandioles, ademas dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol, polietilenglicol, dipropilenglicol, polipropilenglicol, dibutilenglicol y polibutilenglicoles. Se prefieren alcoholes de la formula general HO-(CH2)x-OH, en la cual x es un numero de 1 a 20, preferiblemente un numero entero de 2 a 20. Ejemplos de estos son etilenglicol, butan-1,4-diol, hexan-1,6-diol, octan-1,8-diol y dodecan-1,12- diol. Tambien se prefiere neopentilglicol.
Ademas, tambien se consideran dioles de policarbonato tales como, por ejemplo, los que pueden obtenerse mediante reaccion de fosgeno con un exceso de los alcoholes de bajo peso molecular mencionados como componentes de estructuracion para los polioles de poliester.
Tambien son adecuados los dioles de poliester a base de lactonas los cuales son homopolfmeros o polfmeros mixtos de lactonas, preferiblemente productos de adicion de lactonas, los cuales tienen grupos hidroxilos ubicados en los extremos, a moleculas iniciadoras difuncionales adecuadas. Como lactonas preferiblemente se consideran aquellas que se derivan de compuestos de la formula general HO-(CH2)z-COOH, en la cual z es un numero de 1 a 20 y un atomo de H de una unidad de etileno tambien puede estar sustituido con un residuo alquilo C1 a C4. Ejemplos son £-caprolactona, U-propiolactona, Y-butirolactona y/o metil-£-caprolactona asf como sus mezclas. Componentes iniciadores adecuados son, por ejemplo, los alcoholes ditudricos de bajo peso molecular mencionados como componentes de smtesis para los polioles de poliester. Los polfmeros correspondientes de la £-caprolactona son particularmente preferidos. Como dioles de poliester o dioles de polieter con bajo peso molecular tambien pueden emplearse como iniciadores para la preparacion de los polfmeros de lactonas. En lugar de los polfmeros de lactonas tambien pueden emplearse los policondensados correspondientes, qmmicamente equivalentes, de los acidos hidroxicarboxflicos correspondientes a las lactonas.
Ademas, como monomeros (b1) se toman en consideracion dioles de polieter. Pueden obtenerse principalmente mediante polimerizacion de oxido de etileno, oxido de propileno, oxido de butileno, tetrahidrofurano, oxido de
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estireno o epiclorhidrina consigo mismos, por ejemplo en presencia de BF3 o por adicion de estos compuestos opcionalmente en mezcla o de manera consecutiva a los componentes iniciales con atomos de hidrogeno reactivos tales como alcoholes o aminas, por ejemplo agua, etilenglicol, propan-1,2-diol, propan-1,3-diol, 1,2-bis(4-hidroxi- difenil)-propano o anilina. Particularmente se prefiere politetrahidrofurano del intervalo de peso molecular de 240 a 5000 g/mol, y ante todo 500 a 4500 g/mol. Ademas, tambien pueden emplearse mezclas de dioles de poliester y dioles de polieter como monomeros (b1).
Igualmente son adecuadas las polihidroxiolefinas, preferiblemente aquellas con 2 grupos hidroxilo dos ubicados en los extremos, por ejemplo a,-w-dihidroxipolibutadieno, ester a,-w-dihidroxipolimetacnlico o ester a,-w- dihidroxipoliacnlico como monomeros (c1). Tales compuestos son conocidos a manera de ejemplo del documento EP-A 0 622 378. Otros polioles adecuados son poliacetales, polisiloxanos y resinas alqmdicas.
Los polioles tambien pueden emplearse como mezclas.
La dureza y el modulo de elasticidad de los poliuretanos (I) pueden elevarse si como dioles (b), ademas de los dioles (b1), se emplean ademas dioles (b2) de bajo peso molecular con un peso molecular de aproximadamente 60 a 500 g/mol, preferentemente de 62 a 200 g/mol.
Como monomeros (b2) ante todo se emplean los componentes de smtesis de los alcanodioles de cadena corta mencionados para la preparacion de polioles de poliesteres, en cuyo caso se prefieren dioles con 2 a 12 atomos de C, dioles no ramificados con 2 a 12 atomos de C y una cantidad par de atomos de C asf como pentan-1,5-diol y neopentilglicol.
La fraccion de los dioles (b1), respecto de la cantidad total de los dioles (b) es preferiblemente de 10 a 100 % en moles y la fraccion de los monomeros (b2), respecto de la cantidad total de los dioles (b) es de 0 a 90 % en moles. La relacion de los dioles (b1) a los dioles (b2) es de modo particularmente preferible de 0,1 : 1 a 5:1, de modo particularmente preferido de 0,2 : 1 a 2 : 1.
Con el fin de lograr la dispersabilidad en el agua de los poliuretanos, los poliuretanos contienen monomeros (c), que tienen al menos un grupo isocianato o al menos un grupo que es reactivo frente a los grupos isocianato y, ademas, al menos un grupo anionico.
La fraccion de los componentes con grupos anionicos en la cantidad total de los componentes (a), (b), (c) y (d) se calcula en terminos generales de tal manera que la cantidad en moles de los grupos anionicos, respecto de la cantidad en peso de todos los monomeros (a) a (d), sea de 30 a 1000 mmol/kg, preferiblemente de 50 a 500 mmol/kg y de modo particularmente preferido de 80 a 300 mmol/kg de poliuretano.
Los grupos anionicos son principalmente el grupo sulfonato, carboxilato y fosfato.
Como monomeros con grupos anionicos o con grupos acidos que pueden transferirse a un grupo anionico mediante neutralizacion se consideran habitualmente acidos sulfonicos y carboxflicos alifaticos, cicloalifaticos, aralifaticos o aromaticos que tienen al menos un grupo hidroxilo de alcohol o al menos un grupo amino primario o secundario.
Se prefieren acidos dihidroxiaiquilcarboxflicos, ante todo con 3 a 10 atomos de carbono, tal como se describen tambien en el documento USA 3 412 054. Principalmente son compuestos de la formula general (c-i)
HO— R1—C—R2—OH (c,)
I
COOH
en la cual R1 y R2 representan una unidad de alcanodiilo C1 a C4 y R3 representa una unidad de alquilo C1 a C4 y ante todo se prefieren acido dimetilolpropionico (DMPA).
Ademas son adecuados los acidos dihidroxisulfonicos y dihidroxifosfonicos correspondientes tales como acido 2,3- dihidroxipropanfosfonico.
Por lo demas son adecuados los compuestos de hidroxilo con un peso molecular por encima de 500 a 10000 g/mol con al menos 2 grupos carboxilato, los cuales se conocen del documento DE-A 3 911 827. Pueden obtenerse mediante reaccion de compuestos de dihidroxilo con diantndridos de acido tetracarboxflico, como diantndrido de acido piromelftico o diantndrido de acido ciclopentantetracarboxflico en proporcion molar de 2 : 1 a 1,05 : 1 en una reaccion de poliadicion. Como compuestos de hidroxilo son adecuados principalmente los monomeros (b2) descritos como extensores de cadena asf como los dioles (b1).
Como monomeros (c) con grupos amino que son reactivos frente a isocianatos se toman en consideracion acidos aminocarboxflicos como lisina, 13-alanina o los productos de adicion de diaminas alifaticas diprimarias a acidos sulfonicos o carboxflicos a,p- insaturados, que se mencionan en el documento DE-A 2034479.
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Tales compuestos obedecen a manera de ejemplo a la formula (C2)
H2N-R4-NH-R5-X (C2)
en la cual
- R4 y R5 independientemente entre s^ representan una unidad de alcandiilo C1 a Ca, preferiblemente etileno y X representa COOH o SO3H.
Compuestos particularmente preferidos de la formula c2 son el acido N-(2-aminoetil)-2-aminoetano carbox^lico o - sulfonico.
Ademas, se prefieren los productos de adicion de las diaminas diprimarias alifaticas antes mencionadas al acido 2- acrilamido-2-metilpropansulfonico tal como se describen, por ejemplo, en el documento de patente DE 1 954 090. Monomeros c) igualmente bien adecuados son los productos de adicion de diaminas alifaticas, por ejemplo etilendiamina, o sino propilendiamina a acrilatos o metacrilatos. Los grupos anionicos del poliuretano son neutralizados en al menos 10 % en moles, de preferencia en al menos 40 % en moles, de modo particularmente preferido en al menos 70 % en moles, de modo muy particularmente preferido en al menos 90 % en moles y principalmente de manera total (100 % en moles) con una alcanolamina, es decir se presentan como sal, en cuyo caso el grupo acido es el anion y la alcanolaminas se presenta como el cation.
La neutralizacion con la alcanolaminas puede efectuarse antes, durante, aunque preferiblemente despues de la poliadicion de isocianato.
En calidad de componentes estructurales, el poliuretano puede contener otros monomeros (d), que son diferentes de los monomeros (a) a (c). Los monomeros (d) sirven por ejemplo para la reticulacion o la extension de cadena. En terminos generales son alcoholes no fenolicos con una funcionalidad mayor que dos, aminas con 2 o mas grupos amino, primarios y/o secundarios, asf como compuestos que ademas de uno o varios grupos hidroxilo de alcohol tienen uno o varios grupos amino, primarios y/o secundarios.
Alcoholes con una funcionalidad superior a 2 que pueden servir para ajustar cierto grado de ramificacion o reticulacion son, por ejemplo, trimetilolpropano, glicerina o azucares.
Las poliaminas con 2 o mas grupos amino, primarios y/o secundarios, se emplean ante todo si la extension de cadena o la reticulacion deben tener lugar en presencia de agua, puesto que las aminas por lo regular reaccionan con los isocianatos mas rapido que los alcoholes o el agua. Esto se requiere con frecuencia cuando se desean dispersiones acuosas de poliuretanos reticulados o poliuretanos con un alto peso molar. En tales casos se procede de tal manera que se preparan prepolfmeros con grupos isocianato, estos se dispersan rapidamente en agua y a continuacion se extiende su cadena o se reticulan adicionando compuestos con varios grupos amino que son reactivos frente a los isocianatos.
Las aminas adecuadas para esto son, en terminos generales, aminas polifuncionales de un intervalo de peso molar desde 32 a 500 g/mol, preferiblemente de 60 a 300 g/mol, que contienen al menos dos grupos amino, seleccionados del grupo de los grupos amino, primarios y secundarios. Ejemplos de estos son diaminas tales como diaminoetano, diaminopropano, diaminobutano, diaminohexano, piperazina, 2,5-dimetilpiperazina, amino-3-aminometil-3,5,5- trimetil-ciclohexano (isoforondiamina, IPDA), 4,4'-diaminodiciclohexilmetano, 1,4-diaminociclohexano, aminoetiletanolamina, hidrazina, hidrato de hidrazina o triaminas como dietilentriamina o 1,8-diamino-4- aminometiloctano.
Las aminas tambien pueden usarse en forma bloqueada, por ejemplo en forma de las correspondientes cetiminas (vease, por ejemplo, el documento CA-A 1,129,128), cetazinas (cf., por ejemplo, el documento US-A 4,269,748) o las sales de amina (vease el documento US-A 4,292,226). Las oxazolidinas, tal como se usan a manera de ejemplo en el documento US-A 4,192,937, tambien representan poliaminas bloqueadas, que se pueden emplearse para la preparacion de los poliuretanos segun la invencion, para la extension de cadena de los prepolfmeros. Al usar poliaminas bloqueadas de este tipo, en terminos generales estas se mezclan con los prepolfmeros en ausencia de agua y a continuacion esta mezcla se mezcla con el agua de dispersion o una parte del agua de dispersion de modo que se liberen de modo hidrolttico las correspondientes poliaminas.
Se usan preferiblemente mezclas de di- y triaminas, de modo particularmente preferido mezclas de isoforondiamina (IPDA) y dietilentriamina (DETA).
En una forma de realizacion preferida, en calidad de monomeros (d) los poliuretanos pueden contener, por ejemplo, 1 a 30 % en moles, de modo particularmente preferido 4 a 25 % en moles, respecto de la cantidad total de los componentes (b) y (d) de una poliamina con al menos 2 grupos amino que son reactivos frente a los isocianatos.
Los alcoholes con una funcionalidad superior a 2, que pueden servir para ajustar cierto grado de ramificacion o reticulacion, son por ejemplo trimetilolpropano, glicerina o azucares.
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Para el mismo proposito, como monomeros (d) tambien pueden emplearse isocianatos con funcionalidad superior a dos. Compuestos habituales en el comercio son, por ejemplo, el isocianurato o la biureta del diisocianato de hexametileno.
Como monomeros (d) se toman en consideracion ademas monoalcoholes que ademas del grupo hidroxilo tienen otro grupo que es reactivo frente a los isocianatos, tales como monoalcoholes con uno o varios grupos amino primarios y/o secundarios, por ejemplo monoetanolamina.
Los monomeros (d) que en dado caso pueden usarse conjuntamente son monoisocianatos, monoalcoholes y aminas mono-primarias y -secundarias. En terminos generales su fraccion es de maximo 10 % en moles respecto de la cantidad molar total de los monomeros. Estos compuestos mono funcionales tienen habitualmente otros grupos funcionales como grupos olefmicos o grupos carbonilo y sirven para introducir grupos funcionales al poliuretano los cuales hacen posible la dispersion o la reticulacion o la conversion adicional, analoga a la polimerica, del poliuretano. Para esto se toman en consideracion monomeros como el isocianato de isopropenil-a,a-dimetilbencilo (TMI) y esteres de acido acnlico o metacnlico tales como acrilato de hidroxietilo o metacrilato de hidroxietilo.
Como monomeros (d) se toman en consideracion ademas monomeros que tienen al menos un grupo isocianato o un grupo que es reactivo con isocianato y otro grupo hidrofflico, por ejemplo un grupo no ionico o un grupo cationico.
Como grupos hidrofflicos no ionicos se consideran principalmente eteres de polietilenglicol preferiblemente de 5 a 100, de preferencia 10 a 80 unidades de repeticion de oxido de etileno. El contenido de unidades de oxido de polietileno puede ser de 0 a 10, preferiblemente de 0 a 6 % en peso, respecto de la cantidad en peso de todos los monomeros (a) a (d).
Los monomeros preferidos con grupos hidrofflicos no ionicos son dioles de oxido de polietileno, monooles de oxido de polietileno asf como los productos de reaccion de un polietilenglicol y un diisocianato, los cuales tienen un residuo de polietilenglicol eterificado ubicado en un extremo. Los diisocianatos de este tipo, asf como los procedimientos para su preparacion, se indican en los documentos de patentes US-A 3,905,929 y US-A 3,920,598.
En el campo de la qmmica de poliuretanos se conoce de manera general como puede ajustarse el peso molecular de los poliuretanos seleccionando las fracciones de los monomeros reactivos entre sf, asf como la media aritmetica de la cantidad de los grupos funcionales reactivos por molecula.
Normalmente, los componentes (a) a (d) asf como sus respectivas cantidades molares se seleccionan de tal manera que la relacion A : B, en la cual
A) es la cantidad molar pos isocianato y
B) es la suma de la cantidad molar de grupos hidroxilo y la cantidad molar de los grupos funcionales que pueden reaccionar con los isocianatos en una reaccion de adicion
sea de 0,5 : 1 a 2 : 1, preferiblemente de 0,8 : 1 a 1,5, de modo particularmente preferido de 0,9 : 1 a 1,2 : 1. De modo muy particularmente preferido, la relacion de A : B se encuentra tan cerca como sea posible a 1 : 1.
Los monomeros (a) a (d) empleados tienen en promedio habitualmente 1,5 a 2,5, preferiblemente 1,9 a 2,1, de modo particularmente preferido 2,0 grupos isocianato o grupos funcionales que pueden reaccionar con isocianatos en una reaccion de adicion.
La poliadicion de los componentes (a) a (d) para la preparacion del poliuretano presente en las dispersiones acuosas de la invencion puede efectuarse a temperaturas de reaccion de 20 a 180°C, preferiblemente de 70 a 150°C bajo presion atmosferica o presion autogena.
Los tiempos requeridos de reaccion se encuentran habitualmente en el intervalo de 1 a 20 horas, principalmente en el intervalo de 1,5 a 10 horas. En el campo de la qmmica de poliuretanos se conoce como se ve influenciado el tiempo de reaccion por una gran cantidad de parametros como la temperatura, la concentracion de los monomeros, la reactividad de los monomeros.
La reaccion, es decir la poliadicion de los monomeros a), b), c) asf como dado el caso d) para la preparacion de los poliuretanos puede capitalizarse con ayuda de compuestos organicos o de compuestos organometalicos. Compuestos organometalicos adecuados son, entre otros, dilaurato de dibutilestano, octoato de estano-II o diazobiciclo-(2,2,2)-octano. Tambien son catalizadores adecuados para la reaccion de los monomeros a), b), c) y dado el caso d) y e) las sales de cesio, principalmente carboxilatos de cesio tales como, por ejemplo, el formiato, el acetato, el propionato, hexanoato o el 2-etilhexanoato de cesio.
Como aparatos de polimerizacion para realizar la poliadicion, es decir la reaccion de los monomeros a), b), c) y dado el caso d) y e), se consideran tanques con agitacion principalmente cuando se proporciona una baja viscosidad con buena disipacion de calor al usar conjuntamente disolventes.
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Los disolventes preferidos son miscibles de manera ilimitada con agua, tienen un punto de ebullicion a presion atmosferica de 40 a 100°C y no reaccionan o reaccionan lentamente con los monomeros.
Las dispersiones casi siempre se preparan de acuerdo con uno de los siguientes procedimientos:
De acuerdo con el "procedimiento de acetona", en un disolvente miscible con agua y con un punto de ebullicion por debajo de 100 °C a presion normal, se prepara un poliuretano ionico a partir de los componentes (a) a (c). Se adiciona tanta agua hasta que se forme una dispersion en la cual el agua represente la fase coherente.
El "procedimiento de mezclado de prepolfmero" se diferencia del procedimiento de acetona en que no se prepara un poliuretano ionico (potencialmente) reaccionado completamente sino mas bien primero un prepolfmero que tienen grupos isocianato. En este caso los componentes se seleccionan de tal manera que la relacion de acuerdo con la definicion A : B sea mayor que 1,0 a 3, preferiblemente de 1,05 a 1,5. El prepolfmero se dispersa primero en agua y a continuacion es opcionalmente reticulado mediante reaccion de los grupos isocianato con aminas que tienen mas de 2 grupos amino que son reactivos frente a los isocianatos; o se extiende su cadena con aminas que tienen 2 grupos amino que son reactivos frente a los isocianatos. Una extension de cadena tambien tiene lugar cuando no se adiciona amina. En este caso se hidrolizan los grupos isocianato en grupos amino los cuales reaccionan con los grupos isocianato del polfmero que aun quedan, lo cual causa una extension de cadena.
Si durante la preparacion del poliuretano habitualmente se usa un disolvente, la mayor parte del disolvente se retira de la dispersion, por ejemplo mediante destilacion a presion reducida. Las dispersiones tienen un contenido de disolvente de menos de 10 % en peso y de modo particularmente preferido son libres de disolventes.
La dispersion de poliuretanos segun la invencion contiene, tal como se ha descrito antes en el caso del monomero c), alcanolaminas para la neutralizacion de los grupos anionicos.
Las alcanolaminas contienen al menos dos grupos hidroxilo; preferiblemente contienen al menos grupos hidroxilo, de modo particularmente preferido contienen tres grupos hidroxilo.
Las alcanolaminas son de preferencia aquellas de la formula
R1\ ^R2 N
_u
en la cual R1 representa un atomo de H, un grupo de hidrocarburo o un grupo de hidrocarburo sustituido con al menos un grupo hidroxilo y R2 y R3 representan respectivamente un grupo hidrocarburos sustituido con al menos un grupo hidroxilo.
Los grupos hidrocarburo o grupos hidrocarburo sustituidos con grupos hidroxilo tienen preferiblemente 1 a 10 atomos de C, principalmente 2 a 10 atomos de C y preferentemente no contienen otros heteroatomos distintos del grupo hidroxilo.
R1 representa de modo particularmente preferido un grupo alquilo C1 a C4, principalmente un grupo alquilo C2 a C4 o un grupo alquileno C1 a C4 sustituido con un grupo hidroxilo, principalmente un grupo alquileno C2 a C4, y R2 y R3 representan respectivamente un grupo alquileno C1 a C4, principalmente C2 a C4 o bien C2 o C3 sustituido con un grupo hidroxilo.
Alcanolaminas preferidas son por ejemplo trietanolamina y de modo muy particularmente preferido triisopropanolamina.
Los adhesivos de laminacion (en resumen breve, composiciones acuosas) pueden constituirse exclusivamente de dispersiones de poliuretano; para este uso pueden contener otros adyuvantes y/o aditivos como agentes de reticulacion, propelentes, antiespumantes, emulsionantes, espesantes y agentes tixotropicos, asf como colorantes tales como tintes y pigmentos.
La composicion acuosa puede contener agentes de reticulacion deseados, por ejemplo carbodiimidas o aziridinas.
Las composiciones acuosas son adecuadas tanto como sistemas monocomponentes 1 K o bicomponentes 2K. Los sistemas 1 K contienen un reticulador y son estables durante el almacenamiento. En los sistemas 2 K el reticulador se adiciona solo brevemente antes del uso.
Al usar como adhesivo de laminacion, las laminas polimericas, el papel, principalmente el papel de decoracion, que se empapan o se recubren con un polfmero, o el cuero se adhieren principalmente con objetos de madera, entre los cuales tambien se entienden materiales de fibra de madera aglutinada como tableros de madera aglomerada u otros tableros de materiales celulosicos, de metal o de plastico; por ejemplo, los muebles o las partes de muebles se
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laminan con papel o pelmulas polimericas, o las partes internas de los automoviles se laminan con pelmulas polimericas.
En el caso de los sistemas 1 K tambien es posible primero aplicar la composicion de la invencion al papel o a la pelmula polimerica con la cual se va a laminar y luego almacenar la pelmula polimerica recubierta o el papel recubierto hasta que un momento mas tarde en el tiempo se debe efectuar la laminacion, por ejemplo de la parte del mueble o de la pieza interior del automovil.
La dispersion de poliuretanos segun la invencion tiene una baja viscosidad. Al usar la dispersion de poliuretano como adhesivo de laminacion se obtienen materiales composite con alta resistencia, principalmente tambien con alta resistencia termica, es decir resistencia a temperatura elevada. Las composiciones segun la invencion como sistema 1 K (reticuladores con grupos reactivos bloqueados) son estables durante el almacenamiento y pueden aplicarse a las pelmulas polimericas o al papel que estan destinados para laminar y se almacenan de esta manera.
Ejemplos
La viscosidad de las dispersiones fue medida en un viscosfmetro de rotacion de la comparria Paar Physica por medio del instrumento de medicion Viscolab LC 10 de la comparria Paar Physica a 23°C y una velocidad de cizallamiento de 250 s-1.
Ejemplo
Dispersion de PUR con triisopropanolamina
Se cargaron previamente 800 g (0,40 mol) de un polipropilenglicol con el mdice de OH 56, 80,48 g (0,60 mol) de
acido dimetilolpropionico y 100 g de acetona, se mezclaron a 60 °C con 174,16 g (1,00 mol) de diisocianato de
tolueno y se agitaron durante 6 horas a 90°C. Luego se dosificaron sucesivamente 800 g de acetona, 54,01 g de triisopropanolamina (TIPA) (0,240 mol) y 50 g de agua y se agito por otros 5 minutos. La mezcla de reaccion fue dispersada con 1600 g de agua; despues se destilo al vacm la acetona y se ajusto el contenido de solidos a 40 %.
Viscosidad: 31 mPas
Ejemplo comparativo 1 dispersion de PUR con NaOH
Se cargaron previamente 800 g (0,40 mol) de un polipropilenglicol con un mdice de OH 56, 80,48 g (0,60 mol) de
acido dimetilolpropionico y 100 g de acetona, se mezclaron a 60 °C con 174,16 g (1,00 mol) de diisocianato de
tolueno y se agitaron durante 6 horas a 90 °C; luego se adicionaron sucesivamente 800 g de acetona y se dosifico una solucion de 19,2 g de hidroxido de sodio (0,240 mol) en 25 g de agua y se agito por otros 5 minutos. La mezcla de reaccion se dispersa con 1600 g de agua; despues la acetona se destila al vacm y el contenido de solidos se ajusta a 40 %.
Viscosidad: 190 mPas
Ejemplo comparativo 2 dispersion de PUR con tributilamina
Se carga previamente 800 g (0,40 mol) de un polipropilenglicol con un mdice de OH 56, 80,48 g (0,60 mol) de acido dimetilolpropionico y 100 g de acetona, se mezclan a 60 °C con 174,16 g (1,00 mol) de diisocianato de tolueno y se agitan durante 6 horas a 92,0 °C. Luego se dosifican sucesivamente 800 g de acetona, 44,49 g de tributilamina (TBA) (0,240 mol) y 50 g de agua y se agitan por otros 5 minutos. La mezcla de reaccion se dispersa con 1600 g de agua. El experimento se coagula; no se obtuvo una dispersion util.
Ejemplo comparativo 3 dispersion de PUR con trietilamina
Se carga previamente 800 g (0,40 mol) de un polipropilenglicol con un mdice de OH 56, 80,48 g (0,60 mol) de acido dimetilolpropionico y 100 g de acetona, se mezclan a 60 °C con 174,16 g (1,00 mol) de diisocianato de tolueno y se agitan durante 6 horas a 92,0 °C. Luego se dosifican sucesivamente 800 g de acetona, 24,29 g de trietilamina (TEA) (0,240 mol) y 50 g de agua y se agita por otros 5 minutos. La mezcla de reaccion es dispersada con 1600 g de agua.
Viscosidad: 374 mPas,
Tabla: Contenido de solidos y viscosidad de las dispersiones de poliuretano
Ensayo
Base CS [%] Viscosidad [mPas]*
Ejemplo
TIPA 40 30,8
Ejemplo comparativo 1
NaOH 40 190
Ensayo
Base CS [%] Viscosidad [mPas]*
Ejemplo comparativo 2
TBA ./. ./.
Ejemplo comparativo 3
TEA 40 374
*medida a 23°C y 250 s-1 Determinacion de la resistencia a pelarse
Para el ensayo se mezcla la dispersion de poliuretano con una dispersion de acetato de etileno-vinilo (Airflex® EP 17) en una relacion de 1:1. Para determinar la resistencia a pelarse se recubren una pieza moldeada de ABS con la 5 mezcla de dispersion por medio de un rascador con un espesor de aplicacion de aproximadamente 80 pm. La pieza moldeada recubierta se seca. En una prensa de laboratorio calentada a 90 °C, a una presion de aproximadamente 3 bar, durante 30 segundos se lamina una pelfcula de PVC espumada, habitual en el comercio, tal como se usa para la laminacion de piezas internas de automoviles. Despues de un almacenamiento de 3-5 dfas de la laminacion a temperatura ambiente, a un angulo de retirada de 90° se mide la resistencia a pelarse de la pegadura en una 10 temperatura ambiente de 100 °C.__________________________________________________
Dispersion de
Base Resistencia a pelarse a 100°C (N/50 mm)
Ejemplo
TIPA 13
Ejemplo comparativo 1
NaOH 9
Ejemplo comparativo 3
TEA 5

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Uso de una dispersion de poliuretano como aglutinante para adhesivos de laminacion, caracterizado porque el poliuretano contiene grupos anionicos que se neutralizan en al menos un 10 % en moles mediante alcanolaminas que tienen al menos dos grupos hidroxilo, excluyendose dispersiones de poliuretano que contienen poliisocianatos emulsionables en agua.
  2. 2. Uso de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el poliuretano esta estructurado a partir de
    a) diisocianatos,
    b) dioles, de los cuales
    b1) del 10 al 100 % en moles, respecto de la cantidad total de los dioles (b), presentan un peso molecular de 500 a 5000 g/mol, y
    b2) del 0 al 90 % en moles, respecto de la cantidad total de los dioles (b), presentan un peso molecular de 60 a 500 g/mol,
    c) monomeros diferentes de los monomeros (a) y (b) que tienen al menos un grupo isocianato o al menos un grupo que es reactivo frente a los grupos isocianato, los cuales tienen ademas al menos un grupo anionico, por lo cual se produce la capacidad de los poliuretanos para dispersarse en agua, y
    d) dado el caso, otros compuestos monofuncionales o polifuncionales diferentes de los monomeros (a) a (c) que tienen grupos reactivos, que son grupos hidroxilo de alcohol, grupos amino primarios o secundarios o grupos isocianato.
  3. 3. Uso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el contenido de grupos anionicos o grupos potencialmente anionicos en el poliuretano es de 30 a 1000 mmol/kg de poliuretano.
  4. 4. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las alcanolaminas son aquellas de la formula
    R1\ ^R2 N
    U
    en la cual R1 representa un atomo de H, un grupo de hidrocarburo o un grupo de hidrocarburo sustituido con al menos un grupo hidroxilo y R2 y R3 representan respectivamente un grupo de hidrocarburo sustituido con al menos un grupo hidroxilo.
  5. 5. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque R1 representa un atomo de H, un grupo alquilo C1 a C4 o un grupo alquileno C1 a C4 sustituido con un grupo hidroxilo y R2 y R3 respectivamente representan un grupo alquileno C1 a C4 sustituido con un grupo hidroxilo.
  6. 6. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la alcanolamina es triisopropanolamina.
  7. 7. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los grupos anionicos del poliuretano se neutralizan en al menos el 80 % en moles con alcanolaminas.
  8. 8. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la dispersion de poliuretano contiene adicionalmente un agente de reticulacion.
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