ES2827430T3 - Aparatos con aislamiento térmico y acústico basado en poliuretano viscoelástico - Google Patents

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Abstract

Un aparato que comprende al menos un componente aislado térmica y acústicamente, en el que el componente aislado tiene una estructura de aislamiento aplicada a al menos una superficie del mismo, incluyendo la estructura de aislamiento al menos una capa de espuma de poliuretano viscoelástica, caracterizándose el poliuretano viscoelástico porque: a) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un valor de resiliencia de como máximo 20% medido de acuerdo con la norma ASTM 3574; b) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un tiempo de recuperación de al menos 3 segundos medido de acuerdo con la norma ASTM D3574 Ensayo M; y c) la espuma de poliuretano viscoelástica se produce mediante la reacción de un poliisocianato aromático con una mezcla de materiales reactivos con isocianato que incluye al menos 20 por ciento en peso, basado en el peso combinado de todos los materiales reactivos con isocianato en la mezcla, de al menos un poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula, y agua en una cantidad de al menos 0,2 partes por 100 partes en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato , en los que el índice de isocianato es de 60 a 100 y la espuma de poliuretano viscoelástica tiene una densidad volumétrica de 50 a 500 kg/m3 y una densidad superficial de 1.000 a 12.000 gramos por metro cuadrado.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparatos con aislamiento térmico y acústico basado en poliuretano viscoelástico
Esta invención se refiere a aparatos a los que se han aplicado aislamiento acústico y térmico.
Los electrodomésticos tales como lavavajillas, secadoras de ropa, lavadoras, aspiradoras, etc., a menudo se fabrican con aislamiento térmico y también se aíslan para reducir el ruido y las vibraciones.
El material aislante acústico es comúnmente una banda de fibra aislante, una masilla de betún o asfalto o un polímero de alta densidad. Estos materiales proporcionan aislamiento acústico, pero son malos aislantes térmicos. En consecuencia, ha sido necesario incorporar múltiples capas de material aislante para obtener tanto aislamiento acústico como térmico. Esto da lugar a aumentos no deseados en el peso del producto y los costes de producción.
Además, estos materiales aislantes convencionales, en la mayoría de los casos, se fabrican por separado y se fabrican para formar piezas especializadas que se ensamblan en el aparato.
Se ha sugerido aplicar ciertos tipos de materiales de poliuretano como aislamiento. Esto tiene varias ventajas potenciales, ya que el material de poliuretano se puede aplicar en forma de spray, lo que hace que la aplicación sea fácil y potencialmente costosa. En el documento de patente WO 2013/117685, por ejemplo, se describen aparatos que tienen un elastómero de poliuretano pulverizado que funciona como material aislante. Este elastómero de poliuretano está altamente cargado y no es celular, por lo que la densidad es de 1 a 3 g/cm.3 Este material bastante pesado añade mucho peso y no es especialmente eficaz como material aislante acústico.
Los documentos de patente WO 2011/086076 y US 2011/0168217 describen intentos de utilizar espumas de poliuretano rígidas o semirrígidas como aislamiento térmico y acústico para aparatos. Estas espumas tienen la ventaja de añadir menos peso al aparato, en comparación con los elastómeros de poliuretano de alta densidad del documento de patente WO 2013/117685. Sin embargo, como los resultados en el documento de patente WO 2011/086076 muestran claramente, estas espumas rígidas de poliuretano no proporcionan una buena combinación de propiedades térmicas y acústicas. Con estas espumas, existe de hecho una compensación entre estas propiedades, de modo que cuando las espumas proporcionan un aislamiento acústico eficaz, tienen peores propiedades de aislamiento térmico, y viceversa.
El documento de patente EP0449331 describe un elastómero de poliuretano de baja espumación para amortiguamiento de vibraciones que se forma a partir de un prepolímero y un polioxipropilentriol que tiene un peso molecular medio numérico de 400 a 5.000 y un diol de cadena corta que tiene un peso molecular de 120 o menos.
Esta invención es, en un aspecto, un aparato que comprende al menos un componente aislado térmica y acústicamente, en el que el componente aislado tiene una estructura de aislamiento aplicada a al menos una superficie del mismo, incluyendo la estructura de aislamiento al menos una capa de una espuma de poliuretano viscoelástica, caracterizándose la espuma de poliuretano viscoelástica porque:
a) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un valor de resiliencia de como máximo el 15% medido de acuerdo con la norma As Tm 3574;
b) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un tiempo de recuperación de al menos 3 segundos medido de acuerdo con la norma ASTM D3574 Ensayo M; y
c) la espuma de poliuretano viscoelástica se produce mediante la reacción de un poliisocianato aromático con una mezcla de materiales reactivos con isocianato que incluye al menos 20 por ciento en peso, basado en el peso combinado de todos los materiales reactivos con isocianato en la mezcla, de al menos un poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula, y agua en una cantidad de al menos 0,2 partes por 100 partes en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato, en donde el índice de isocianato es de 60 a 100 y la espuma de poliuretano viscoelástica tiene una densidad volumétrica de 50 a 500 kg/m3 y una densidad superficial de 1.000 a 12.000 gramos por metro cuadrado.
La invención también es un método de aislar un aparato para producir el aparato del primer aspecto, que comprende aplicar una estructura de aislamiento a al menos un componente del aparato, en el que la estructura de aislamiento incluye al menos una capa de espuma viscoelástica, caracterizándose la espuma de poliuretano viscoelástica porque:
a) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un valor de resiliencia de como máximo 20% medido de acuerdo con la norma ATM 3574;
b) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un tiempo de recuperación de al menos 3 segundos medido de acuerdo con la norma ASTM D3574-08 Ensayo M; y
c) la espuma viscoelástica de poliuretano se produce en la reacción de un poliisocianato aromático con una mezcla de materiales reactivos con isocianato que incluye una cantidad principal, basada en el peso combinado de todos los materiales reactivos con isocianato en la mezcla, de al menos un poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula, y agua en una cantidad de al menos 0,2 partes por 100 partes en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato, en donde el índice de isocianato es de 60 a 100 y la espuma de poliuretano viscoelástica tiene una densidad volumétrica de 50 a 500 kg/m3 y una densidad superficial de 1.000 a 12.000 gramos por metro cuadrado.
Sorprendentemente, la espuma viscoelástica proporciona un aislamiento acústico y térmico eficaz, en contraste con, por ejemplo, las espumas de poliuretano rígidas y semirrígidas de los documentos de patente WO 2011/086076 y US 2011/0168217. La espuma viscoelástica se puede aplicar de forma fácil y económica, usando técnicas de pulverización, por ejemplo, que permiten que la espuma se forme en el sitio y de esa manera se evitan los costes asociados con la prefabricación y la fabricación. Se observa otra ventaja cuando la espuma viscoelástica tiene una densidad volumétrica algo baja. Esto permite obtener un aislamiento particularmente eficaz (tanto acústico como térmico) con una masa añadida determinada (y generalmente baja).
El aparato puede ser, por ejemplo, un dispositivo mecánico doméstico o comercial tal como un lavavajillas, horno, refrigerador, congelador, lavadora, secadora, triturador de basura, compactador de basura, aspiradora, dispositivo HVAC (calefacción, ventilación y/o aire acondicionado), y similares.
El aparato incluye al menos un componente que está aislado acústica y térmicamente de acuerdo con la invención. El "componente" puede ser cualquier pieza, conjunto o subconjunto del aparato. El componente puede ser, por ejemplo, una carcasa, tal como para un motor, una bomba, un sistema de dosificación de fluidos o una parte del mismo; un panel exterior del aparato, tal como un armario que encierra los componentes funcionales del aparato o una pared o puerta inferior, superior, vertical de dicho armario; una carcasa exterior que incluye dos o más de dichos paneles; o cualquier componente o dispositivo funcional que forme parte del aparato.
Se aplica una estructura de aislamiento a dicho componente. La estructura de aislamiento incluye al menos una capa de espuma de poliuretano viscoelástica. La espuma viscoelástica es una espuma flexible, caracterizada porque tiene un valor de resiliencia de como máximo 20% medido según la norma ATM 3574. El valor de resiliencia puede ser como máximo del 15%, como máximo del 8%, o como máximo del 5%.
La espuma viscoelástica se caracteriza además por tener un tiempo de recuperación de al menos 3 segundos medido de acuerdo con la norma ASTM D3574-08 Ensayo M. El tiempo de recuperación puede ser de al menos 5 segundos o de al menos 10 segundos.
La espuma viscoelástica tiene una densidad volumétrica de 50 a 500 kg/m3. En algunas realizaciones, la espuma tiene una densidad volumétrica de 250 a 500 kg/m3, de 300 a 500 kg/m3 o de 300 a 450 kg/m3. En otras realizaciones, la densidad volumétrica de la espuma viscoelástica es de 50 a 300 kg/m3, de 50 a 250 kg/m3 o de 100 a 150 kg/m3. Las densidades volumétricas para los fines de esta invención se calculan sin tener en cuenta el peso de la espuma atribuible a cualquier material de carga particulado que pueda estar presente. Por tanto, la densidad volumétrica medida se ajusta restando el peso de cualquiera de dichas cargas de la masa de la espuma. La densidad volumétrica es la masa ajustada dividida por el volumen de la muestra.
La espuma viscoelástica se produce mediante la reacción de un poliisocianato aromático con una mezcla de materiales reactivos con isocianato que incluye una cantidad principal, basada en el peso combinado de todos los materiales reactivos con isocianato en la mezcla, de al menos un poliol que tiene un peso molecular. de al menos 750 y un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450, y agua en una cantidad de al menos 0,2 partes por 100 partes en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato.
La mezcla de materiales reactivos con isocianato contiene dos o más compuestos reactivos con isocianato líquidos (a 23 °C y 1 atmósfera de presión) que reaccionan al menos de manera difuncional con grupos isocianato. Uno de los compuestos reactivos con isocianato es el agua. El agua consume dos grupos isocianato para formar un enlace urea y liberar dióxido de carbono, que funciona como un gas de expansión. El agua constituye al menos 0,2 partes en peso por 100 partes en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato y puede constituir, por ejemplo, de 0,2 a 3, de 0,25 a 2, o de 0,25 a 1,5 partes en peso, por 100 partes en peso de la mezcla.
La mezcla de materiales reactivos con isocianato incluye, además del agua, al menos un poliol que tiene un peso molecular medio numérico de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula. El peso molecular medio numérico en algunas realizaciones es de 800 a 1.300 o de 800 a 1.200, y el peso equivalente de hidroxilo en dichas realizaciones es de 250 a 400 o de 275 a 400. Los pesos moleculares se determinan adecuadamente mediante cromatografía de permeación en gel. El peso equivalente se mide convenientemente mediante métodos de titulación. Este poliol puede ser un poliéter poliol, tal como un homopolímero de óxido de 1,2-propileno o un copolímero de óxido de 1,2-propileno y óxido de etileno. Los grupos hidroxilo pueden ser primarios o secundarios o algunos de cada uno; en algunas realizaciones, al menos el 70% o al menos el 90% de los grupos hidroxilo son secundarios. Este poliol en algunas realizaciones tiene de 3 a 4 grupos hidroxilo por molécula. Si está presente una mezcla de dichos polioles, la mezcla puede tener un promedio de 2,8 a 3,5 o de 2,8 a 3,3 grupos hidroxilo por molécula. En el caso de un poliéter poliol, esta funcionalidad es una funcionalidad "nominal", que es el número medio de grupos oxialquilables en los compuestos iniciadores usados en la preparación del poliéter. La funcionalidad nominal de un poliéter poliol a menudo es ligeramente superior a la funcionalidad hidroxilo real del poliol debido a reacciones secundarias que se producen durante la polimerización de óxidos de alquileno para formar el poliéter.
El poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula, o una mezcla de dichos polioles, constituye al menos el 20%, preferiblemente al menos el 50%, más preferiblemente al menos el 60%, e incluso más preferiblemente al menos el 70% del peso total de los compuestos reactivos con isocianato en la mezcla. Puede constituir hasta el 99,8% en peso de los mismos, hasta el 95% en peso de los mismos, hasta el 90% en peso de los mismos o hasta el 85% en peso de los mismos. Para realizar este cálculo, las cargas, catalizadores, agentes de expansión físicos y tensioactivos no se consideran compuestos reactivos con isocianato.
La mezcla de materiales reactivos con isocianato puede incluir uno o más compuestos, además del agua y el(los) poliol(es) que tienen un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula. Dichos compuestos reactivos con isocianato adicionales tienen uno o más, preferiblemente dos o más, grupos reactivos con isocianato por molécula. Ejemplos de grupos reactivos con isocianato son grupos hidroxilo primarios o secundarios, grupos amino primarios o secundarios, grupos tiol y similares. Los compuestos que tienen uno o más grupos amino primarios o secundarios son menos preferidos y, si están presentes, preferiblemente constituyen como máximo el 20 por ciento en peso, más preferiblemente como máximo el 5 por ciento en peso, de la mezcla de materiales reactivos con isocianato. Estos materiales reactivos con isocianato adicionales son diferentes del poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula, en que al menos uno de estos parámetros es diferente, es decir, el peso molecular es menor que 750, el peso equivalente de hidroxilo es menor que 225 o mayor que 450, y/o la funcionalidad es menor que 2 o mayor que 4.
Estos materiales reactivos con isocianato adicionales pueden constituir de cero a 49,8 por ciento en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato. En algunas realizaciones, pueden constituir del 4,8 al 39,8 por ciento en peso de los mismos, del 4,8 al 29,8 por ciento en peso de los mismos o del 9,8 al 29,8 por ciento en peso de los mismos.
Entre los materiales reactivos con isocianato adicionales se encuentran monoles o polioles que tienen un peso equivalente de hidroxilo de 451 o más, tal como de 500 a 4000, de 500 a 2000 o de 800 a 1.750. Entre los materiales reactivos con isocianato adicionales de este tipo se encuentran los poliéter monoles y poliéter polioles. Dichos poliéter monoles y polioles pueden ser homopolímeros de óxido de 1,2-propileno o copolímeros de óxido de propileno y óxido de etileno. Dicho copolímero puede ser, por ejemplo, copolímeros de 50 a 80% en peso de óxido de etileno y correspondientemente de 50 a 20% en peso de óxido de propileno, o copolímeros de más del 80% en peso de óxido de propileno y menos del 20% en peso de óxido de etileno.
Otros materiales reactivos con isocianato adicionales útiles incluyen compuestos de bajo peso equivalente que tienen al menos dos grupos hidroxilo, al menos un grupo hidroxilo y al menos un grupo amino primario o secundario, al menos un grupo amino primario, al menos un grupo amino primario y al menos un grupo amino secundario, o al menos dos grupos amino secundarios, y que tienen un peso equivalente por grupo reactivo con isocianato de hasta 100 en el caso de un diol y 150 en caso contrario, preferiblemente de 30 a 100 y más preferiblemente de 30 a 75. Ejemplos de estos incluyen dietanolamina, trietanolamina, dietilenglicol, etilenglicol, glicerina, trimetilolpropano, trimetiloletano, pentaeritritol, eritritol y 1,4-butanodiol, y alcoxilatos de los mismos.
El poliisocianato aromático es uno o más compuestos que tienen un promedio de al menos 2 grupos isocianato unidos aromáticamente por molécula. El poliisocianato aromático puede tener, por ejemplo, de 2 a 6, preferiblemente de 2 a 4, grupos isocianato por molécula. Si se usa una mezcla de compuestos de isocianato aromáticos, la mezcla puede tener, por ejemplo, una media de 2 a 4 o de 2,3 a 3,2 grupos isocianato por molécula. El peso equivalente de isocianato puede ser, por ejemplo, de 80 a 250, de 85 a 200, o de 120 a 180. Ejemplos de poliisocianatos aromáticos útiles incluyen m-fenilen diisocianato, tolueno-2,4-diisocianato, tolueno-2,6-diisocianato, naftilen-1,5-diisocianato, 1,3- y/o 1.4- bis(isocianatometil)ciclohexano (incluidos los isómeros cis y/o trans), metoxifenil-2,4-diisocianato, difenilmetano-4,4'-diisocianato, difenilmetano-2,4'-diisocianato, 4,4'-bifenilen diisocianato, 3,3'-dimetoxi-4,4'-bifenil diisocianato, 3,3'-dimetil-4-4'-bifenil diisocianato, 3,3'-dimetildifenil metano-4,4'-diisocianato, 4,4',4 "-trifenilmetano triisocianato, polimetilenpolifenilisocianato (PMDI), tolueno-2,4,6-triisocianato y 4,4'-dimetildifenilmetano-2,2',5,5'-tetraisocianato. Poliisocianatos aromáticos modificados que contienen uretano, urea, biuret, carbodiimida, uretoneimina, alofonato, isocianurato u otros grupos formados por la reacción de un grupo isocianato consigo mismo o un grupo reactivo con isocianato tal como un alcohol, amina o agua, también son útiles.
Preferiblemente, el poliisocianato es difenilmetano-4,4'-diisocianato, difenilmetano-2,4'-diisocianato, PMDI, tolueno-2.4- diisocianato, tolueno-2,6-diisocianato o mezclas de los mismos. El difenilmetano-4,4'-diisocianato, el difenilmetano-2,4'-diisocianato y mezclas de los mismos se denominan genéricamente MDI y todos pueden usarse. Se puede utilizar "MDI polimérico", que es una mezcla de PMDI y MDI. El 2,4-diisocianato de tolueno, el 2,6-diisocianato de tolueno y sus mezclas se denominan genéricamente TDI, y todos pueden usarse. Otro poliisocianato preferido es MDI, PMDI y/o un MDI polimérico modificado con un poliéter poliol para formar un cuasi-prepolímero que tiene grupos uretano, teniendo el prepolímero un peso equivalente de isocianato de 120 a 180 y una funcionalidad isocianato promedio de 2,3 a 3,2.
Se usa suficiente poliisocianato aromático para proporcionar un índice de isocianato de 60 a 100. El índice de isocianato se refiere a 100 veces la relación de grupos isocianato con respecto a grupos reactivos con isocianato proporcionada por los materiales de partida (es decir, antes del consumo de cualquiera de esos grupos en la reacción de curado que forma la espuma.) Un índice de isocianato preferido es de 60 a 85, y un índice de isocianato más preferido es de 70 a 85.
La espuma viscoelástica se prepara formando una mezcla de reacción que contiene la mezcla de materiales reactivos con isocianato y el(los) poliisocianato(s), y curando la mezcla. El agua y varios otros materiales reactivos con isocianato se pueden mezclar todos juntos antes de combinarlos con el poliisocianato. Alternativamente, se pueden combinar con el poliisocianato individualmente (es decir, como corrientes separadas), o se pueden formar en una o más submezclas que luego se combinan con el poliisocianato. Debido a la velocidad de la reacción de curado, se prefiere combinar el agua y otros compuestos reactivos con isocianato con el poliisocianato de forma simultánea o casi simultánea (por ejemplo, en 5 segundos). La reacción se desarrolla normalmente de forma espontánea a temperatura ambiente (22 °C). Se pueden usar temperaturas elevadas para acelerar el curado o impulsarlo hasta su finalización. Esto se puede hacer calentando algunos o todos los ingredientes antes de combinarlos, aplicando calor a la mezcla de reacción a medida que se cura, o alguna combinación de cada uno. Se continúa el curado hasta que la mezcla de reacción se haya expandido y curado lo suficiente para formar una espuma estable.
En algunas realizaciones, la mezcla de reacción se aplica directamente al componente o componentes a aislar y curar sobre el o los mismos para formar la espuma viscoelástica. La mezcla de reacción en algunas realizaciones se aplica rociándola sobre el componente o componentes.
Alternativamente, la mezcla de reacción se expande por separado (es decir, aparte de los componentes sobre los que se va a utilizar) para formar una espuma viscoelástica, que posteriormente se conforma (si es necesario) con una geometría deseada y se fija al componente o componentes a aislar. La pulverización, el moldeado, la elevación libre (placa) y otros métodos de formación de espuma son adecuados para producir la espuma viscoelástica. Una vez formada, la espuma puede fijarse al componente del aparato de varias formas, tal como mediante el uso de un adhesivo, unión por fusión, o mediante medios mecánicos. En algunas realizaciones, la espuma se produce para ajustarse al componente sin necesidad de medios de sujeción adicionales.
Para facilitar el curado rápido, la mezcla de reacción contiene preferiblemente uno o más catalizadores de reacción. Los catalizadores adecuados incluyen, por ejemplo, aminas terciarias, amidinas cíclicas, fosfinas terciarias, varios quelatos metálicos, sales metálicas ácidas, bases fuertes, alcoholatos y fenolatos metálicos diversos y sales metálicas de ácidos orgánicos. Ejemplos de catalizadores que contienen metales son sales de bismuto, cobalto y zinc. Los catalizadores de mayor importancia son los catalizadores de amina terciaria, las amidinas cíclicas y los catalizadores de estaño. Ejemplos de catalizadores de amina terciaria incluyen: trimetilamina, trietilamina, N-metilmorfolina, N-etilmorfolina, N,N-dimetilbencilamina, N,N-dimetiletanolamina, N,N,N',N'-tetrametil-1,4-butanodiamina, N,N-dimetilpiperazina, 1,4-diazobiciclo-2,2,2-octano, bis(dimetilaminoetil)éter, trietilendiamina y dimetilalquilaminas donde el grupo alquilo contiene de 4 a 18 átomos de carbono. A menudo se utilizan mezclas de estos catalizadores de amina terciaria.
También puede usarse un catalizador de amina reactiva, tal como DMEA (dimetiletanolamina) o DMAPA (dimetilaminopropilamina), o un poliol iniciado con amina, que actúa como un poliol autocatalítico, para reducir los VOC (compuestos orgánicos volátiles).
Ejemplos de catalizadores de estaño incluyen cloruro estánnico, cloruro estannoso, octoato estannoso, oleato estannoso, dilaurato de dimetilestaño, dilaurato de dibutilestaño, ricinoleato de estaño y otros compuestos de estaño de fórmula SnRn (O)4-n, en donde R es alquilo o arilo y n es de 0 a 18, mercaptidos de estaño, tioglicolatos de estaño y similares. Los carboxilatos de estaño en los que el grupo carboxilato tiene de 6 a 18 átomos de carbono a veces se asocian con VOC más bajos en la espuma VE. Los catalizadores de estaño se usan generalmente junto con uno o más catalizadores de amina terciaria, si se usan.
Los catalizadores se usan típicamente en pequeñas cantidades, por ejemplo, cada catalizador se emplea en una cantidad de aproximadamente 0,0015 a aproximadamente 5% en peso de poliol(es). Los catalizadores de estaño se utilizan generalmente en cantidades muy pequeñas dentro de este intervalo, tales como de 0,0015 a 0,25% en peso.
Es muy preferido incluir un tensioactivo estabilizador de espuma en la mezcla de reacción. El tensioactivo estabilizador de espuma ayuda a estabilizar las burbujas de gas formadas durante el proceso de formación de espuma hasta que el polímero se haya curado. Se puede usar una amplia variedad de tensioactivos de silicona que se usan comúnmente para producir espumas de poliuretano para producir las espumas con los polioles poliméricos o dispersiones de esta invención. Los ejemplos de dichos tensioactivos de silicona están disponibles comercialmente con los nombres comerciales Tegostab™ (Th. Goldschmidt and Co.), Niax™ (GE OSi Silicones) y Dabco™ (Air Products and Chemicals).
Puede ser deseable incluir un agente de expansión auxiliar en la mezcla de reacción. Dichos agentes de expansión auxiliares incluyen agentes de expansión físicos (endotérmicos) tales como varios clorofluorocarbonos, fluorocarbonos, hidrocarburos y similares de bajo punto de ebullición; así como agentes de expansión químicos (exotérmicos) (distintos del agua) que se descomponen o reaccionan en las condiciones de la reacción de formación de poliuretano. Además, se puede usar un gas tal como dióxido de carbono, aire, nitrógeno o argón como agente de expansión auxiliar en un proceso de formación de espuma. El dióxido de carbono también se puede utilizar como líquido o como fluido supercrítico. Se pueden omitir cualquiera o todos estos agentes de expansión auxiliares.
Además de los componentes anteriores, la mezcla de reacción puede contener varios otros ingredientes opcionales tales como abridores de células; cargas tales como melamina, carbonato de calcio, sulfato de bario, partículas de caucho de tipo núcleo-carcasa, partículas de polímero (que incluyen partículas de elastómero trituradas tales como cauchos reciclados así como partículas de polímero injertadas tales como las que están presentes en los denominados productos de poliol polimérico); pigmentos y/o colorantes tales como dióxido de titanio, óxido de hierro, óxido de cromo, colorantes azo/diazo, ftalocianinas, dioxazinas y negro de carbono; agentes de refuerzo tales como fibra de vidrio, fibras de carbono, vidrio en escamas, mica, talco y similares; biocidas; conservantes; antioxidantes; retardantes de llama; plastificantes, aceite de parafina, aceites o grasas vegetales o animales, aceites vegetales epoxidados y/o grasas animales, partículas de cera, partículas de gel y similares.
La capa de espuma viscoelástica en la estructura de aislamiento puede tener, por ejemplo, de 1 a 100 mm de espesor, de 5 a 100 mm de espesor, de 10 a 100 mm de espesor, de 10 a 50 mm de espesor, o de 17 a 50 mm de espesor. Los mayores espesores en general corresponden a un mayor aislamiento acústico y térmico, pero el peso también aumenta con el aumento del espesor y, por lo tanto, el espesor de la capa de espuma viscoelástica es en muchos casos una compensación entre los valores de aislamiento, por un lado, y las limitaciones de espacio y peso por el otro.
El espesor de la capa de espuma viscoelástica se selecciona junto con la densidad volumétrica de dicha capa, de modo que la capa de espuma viscoelástica tenga una densidad superficial (incluido el peso de cualquier carga que pueda estar presente) de 1.000 a 12.000 gramos por metro cuadrado de superficie específica de sustrato que está cubierta por la capa de espuma viscoelástica. En algunas realizaciones, la densidad superficial puede ser de 2.500 a 10.000, de 3.000 a 9.000, de 3.000 a 7.500, o de 3.000 a 6.000 gramos por metro cuadrado de superficie de sustrato cubierta por la capa de espuma viscoelástica. Dentro de estos intervalos, se obtiene un aislamiento térmico especialmente bueno junto con una buena absorción de ruido y vibraciones. La densidad superficial es igual al peso de la capa de espuma dividido por la superficie específica total del sustrato sobre el cual se aplica la capa de espuma; este valor también es igual a la densidad volumétrica de la espuma multiplicada por el espesor de la capa. Por tanto, se necesitan capas de espuma viscoelástica algo más gruesas para lograr las densidades superficiales mencionadas anteriormente cuando la densidad volumétrica de la espuma es baja, y se necesitan capas algo más delgadas cuando la densidad volumétrica de la espuma es mayor.
Dentro de los intervalos de densidad volumétrica descritos en la presente memoria, las capas de espuma viscoelástica de menor densidad volumétrica generalmente proporcionan un mejor aislamiento térmico, a una densidad superficial determinada, que las espumas de mayor densidad volumétrica. Se cree que la densidad volumétrica de la espuma tiene poco efecto sobre el amortiguamiento del ruido y la vibración a una densidad superficial determinada. Para una densidad superficial determinada, se prefieren capas algo más gruesas de espumas viscoelásticas de menor densidad volumétrica sobre capas más delgadas de espumas de mayor densidad volumétrica, debido a las mejores propiedades térmicas.
En algunas realizaciones específicas, la densidad volumétrica de la espuma (sin tener en cuenta los materiales de carga que puedan estar presentes) es de 50 a 300 kg/m3, el espesor de la capa de espuma es de 3,3 a 100 mm y la densidad superficial (incluido el peso de cualquier material de carga) es de 1.000 a 10.000 g/m2, de 3.000 a 7.500 g/m2 o de 3.500 a 6.000 g/m2. En otras realizaciones específicas, la densidad volumétrica de la espuma es de 100 a 150 kg/m3, el espesor de la capa de espuma es de 17 a 50 mm y la densidad superficial es de 3.000 a 7.500 g/m2, preferiblemente de 3.000 a 6.000 g/m2.
La capa de espuma viscoelástica es en algunas realizaciones el único componente de la estructura de aislamiento; es decir, la capa de espuma viscoelástica (además de los medios para fijar la capa de espuma en su lugar) constituye la estructura de aislamiento completa en un componente particular del aparato.
En otras realizaciones, la estructura de aislamiento incluye otros materiales, típicamente en forma de una o más capas de material aislante adicionales (acústico, térmico o ambos) que pueden estar debajo o encima (o ambas) de la capa de espuma viscoelástica. Dichas capas adicionales pueden incluir, por ejemplo, una o más capas de espuma de polímero de alta densidad volumétrica (> 500 kg/m3); una o más capas de masilla; una o más capas de una masilla de fibra; una o más capas de espuma de polímero de baja densidad volumétrica (<50 kg/m3); varios tipos de deflexión, y similares. El espesor de cualquiera de estas capas puede ser, por ejemplo, de 1 a 100 mm, de 1 a 50 mm, de 1 a 25 mm o de 1 a 20 mm.
La capa de espuma viscoelástica puede tener un valor lambda inferior a 0,1 W/m-°K, medido según la norma EN 12667. El valor lambda de la capa de espuma viscoelástica puede ser inferior a 0,075 W/m-°K o inferior a 0,06 W/m-°K.
El componente aislado en algunas realizaciones presenta una pérdida de transmisión de sonido de al menos 8 decibelios, de al menos 10 decibelios o de al menos 12 decibelios mayor que la pérdida de transmisión de sonido del componente no aislado (desnudo). Para los fines de esta invención, la pérdida de transmisión de sonido se mide de acuerdo con la norma EN ISO 15186: 2010, calculándose la pérdida de transmisión de acuerdo con la relación:
TL = Lp,s - Li.r - 6DB.
Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar la invención, pero no se pretende que limiten su alcance. Todas las partes y porcentajes son en peso a menos que se indique lo contrario. En los siguientes ejemplos:
MEG es monoetilenglicol.
El abridor de celda es un copolímero de óxido de propileno de alto peso molecular y una gran cantidad de óxido de etileno. DEOA es dietanolamina.
El catalizador A es una disolución de bis(2-dimetilaminoetil)éter disponible comercialmente.
El catalizador B es una disolución de trietilendiamina disponible comercialmente.
El catalizador C es un catalizador de estaño disponible comercialmente.
El tensioactivo A es un tensioactivo de silicona disponible comercialmente como Ortegol 501 de Evonik.
El tensioactivo B es un tensioactivo de silicona disponible comercialmente como Tegostab B8715 LF2 de Evonik. El poliol A es un poli(óxido de propileno) nominalmente trifuncional, que tiene un peso molecular de aproximadamente 1.000 y un peso equivalente de hidroxilo de aproximadamente 335.
El poliol B es un poli(óxido de propileno) protegido terminalmente con óxido de etileno de peso molecular 5000 nominalmente trifuncional.
El poliol C es un poli(óxido de propileno) de peso molecular 450 nominalmente trifuncional.
El Isocianato es un prepolímero de un poliéter poliol trifuncional de alto peso molecular y una mezcla de MDI y PMDI. El isocianato tiene una funcionalidad isocianato promedio de 2 a 3 y un peso equivalente de isocianato de aproximadamente 140 g/mol.
Para producir los siguientes ejemplos, se preparan espumas viscoelásticas a partir de las siguientes formulaciones:
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Las espumas viscoelásticas producidas a partir de las formulaciones 1 y 2 tienen valores de resiliencia inferiores al 15% medidos según la norma ATM 3574 y tiempos de recuperación superiores a 3 segundos medidos según la norma ASTM D3574-08 Ensayo M.
Las muestras de ensayo se preparan de la siguiente manera: Todos los componentes, excepto el Isocianato, se mezclan para formar un curativo. El curativo y el isocianato se procesan a través de un robot de pulverización para formar una mezcla de reacción que se pulveriza sobre placas de acero (500 X 500 X 0,5 mm, con un peso de 650 g) y se cura sobre las placas de acero. Se miden en cada caso los pesos de las placas revestidas y el espesor de la espuma.
Las conductividades térmicas de las placas revestidas se determinan de acuerdo con la norma EN 12667.
La pérdida de transmisión de sonido se mide de acuerdo con la norma EN ISO 15186: 2010. La pérdida de transmisión (TL) se calcula de acuerdo con la relación:
TL - Lp,s - Li.r - 6DB
donde Lpd es el nivel de presión sonora en decibelios (DB) en la habitación que contiene la fuente de sonido y Ll, r es la presión acústica medida en DB en la habitación que contiene la muestra de ensayo. La pérdida de transmisión de sonido se mide en el intervalo de frecuencia de 50 a 10.000 Hz.
La pérdida de amortiguamiento se mide suspendiendo la placa recubierta con dos cuerdas elásticas para que pueda vibrar libremente. La placa suspendida se suspende golpeándola con un martillo. El martillo es un martillo de impacto PCB 086D05 controlado por un acelerómetro PCB 353 B18. La aceleración se mide en un punto cercano a una esquina inferior y se eligen cinco puntos de excitación en diferentes áreas de la placa. Para cada punto de excitación, se realizan tres mediciones utilizando un software y libro de sonidos Samurai de 8 canales. El tiempo de reverberación estructural se calcula en las bandas de frecuencia 1/3 octavas de 100 a 800 Hz. Los resultados se promedian para obtener un tiempo de reverberación RT, calculado a partir de un decaimiento de 20 DB pero referido a un decaimiento estandarizado de 60 DB. Los ensayos se realizan a temperatura ambiente.
Los ejemplos 1-5 se preparan revistiendo las placas de acero con la Formulación 1 o la Formulación 2, a los pesos de revestimiento indicados en la Tabla 1. La Muestra comparativa A es el acero no revestido, y la Muestra comparativa B es un panel de acero revestido con una capa de betún. La muestra omparativa C se obtiene revistiendo una placa de acero con la Formulación 3. Los resultados de los ensayos de estas diversas muestras son los indicados en la Tabla 1.
Tabla 1
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La Muestra comparativa A representa un caso de referencia a partir del cual se pueden evaluar las capacidades de aislamiento acústico y térmico de los revestimientos. En la Muestra comparativa B, el revestimiento de betún convencional aumenta el factor de amortiguamiento y la pérdida de transmisión de manera muy significativa, pero es un mal aislante térmico. El revestimiento denso de elastómero de poliuretano de la Muestra comparativa C se comporta de manera similar a la Muestra comparativa B, con buenas propiedades acústicas pero malas propiedades térmicas.
Los ejemplos 1 -5 muestran el efecto altamente beneficioso de una capa de espuma viscoelástica. El amortiguamiento y la pérdida de transmisión son comparables a los de las muestras comparativas A y B. A diferencia de las muestras comparativas A y B, los ejemplos 1-5 presentan valores lambda muy bajos, lo que indica que las espumas viscoelásticas proporcionan una excelente resistencia térmica además de excelentes propiedades acústicas.
En los ejemplos 6-10, se incluyen aditivos en partículas en las formulaciones 1 y, por lo tanto, se incorporan a la espuma. Las muestras comparativas D, E y F se preparan utilizando la Formulación 3, en cada caso modificada con un aditivo particulado. Los aditivos en cada caso son:
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Para cada uno de los ejemplos 6-8 y las muestras comparativas D y E, se aplican capas del material de espuma a las placas de acero pulverizando la formulación cargada sobre las placas y curando la formulación en las placas. Para los ejemplos comparativos 9 y 10 y la muestra comparativa E, el material de carga se mezcla manualmente en la formulación de espuma, que luego se extiende sobre las placas y se cura. Esto da como resultado densidades volumétricas algo más altas para estas muestras. Los resultados del ensayo de estas muestras son los indicados en la Tabla 2.
Tabla 2
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Todos los ejemplos 6-10 proporcionan un excelente aislamiento térmico y acústico. Los aditivos en estos casos casi no tienen efecto sobre las propiedades de aislamiento térmico, pero mejoran las propiedades acústicas en comparación con los ejemplos 1-5. Las propiedades acústicas de los ejemplos 6-10 son comparables a las muestras comparativas D, E y F. Los ejemplos comparativos D, E y F tienen malas propiedades de aislamiento térmico.
En los ejemplos 11-17, el sistema de aislamiento incluye una primera capa de espuma viscoelástica (Formulación 1 o 2) y una segunda capa de una espuma de poliuretano casi compacta (Formulación 3). Al preparar estos ejemplos, la capa de espuma viscoelástica se aplica y cura como antes, y luego se rocía la Formulación 3 sobre la capa de espuma viscoelástica y se cura para producir la muestra final. Los resultados de ensayo de estos ejemplos son los indicados en la Tabla 3.
Tabla 3
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Los ejemplos 11-17 muestran que se pueden obtener propiedades acústicas incluso mejores, sin pérdida de las propiedades de aislamiento térmico, aplicando un sistema de aislamiento de dos capas que incluye una capa de espuma viscoelástica y una capa superior de poliuretano casi compacta.
Ejemplo 18
Las formulaciones de espuma viscoelástica 4, 5 y 6 se realizan haciendo pequeños ajustes a la formulación de espuma 2 para disminuir la densidad volumétrica y, en el caso de la Formulación 6, reducir el módulo de tracción. Las espumas 4, 5 y 6 tienen las siguientes propiedades:
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Estas espumas tienen tiempos de recuperación superiores a 3 segundos medidos de acuerdo con ASTM D3574-08 Ensayo M.
Cada una de las formulaciones de espuma 4, 5 y 6 se aplica por separado al tambor y a la puerta de un lavavajillas doméstico comercial, aplicando la formulación de espuma directamente sobre la superficie externa del tambor y de la puerta, respectivamente, y permitiendo que la formulación aplicada se cure a temperatura ambiente y forme una capa de espuma adherida al metal subyacente. En el caso de la Formulación de espuma 4, la cantidad de espuma aplicada es de 11 kg. En el caso de cada una de las formulaciones de espuma 5 y 6, la cantidad de espuma aplicada es 5,9­ 6,7 kg. La superficie cubierta por la espuma es de aproximadamente 1,7 m2. La densidad superficial para la formulación de espuma 4 es de 6,470 g/m2 y de 3.470-3.941 g/m2 para cada una de las formulaciones 5 y 6. El espesor medio de la capa de espuma es de aproximadamente 30,4 mm para la Formulación de espuma 4, de 32,4-36,8 mm para la Formulación de espuma 5 y de 29,9-34,0 mm para la Formulación de espuma 6. Cuando se utilizan, los lavavajillas emiten significativamente menos ruido que cuando no se tratan y utilizan menos energía debido a la menor cantidad de calor que se pierde a través del tambor y de la puerta.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato que comprende al menos un componente aislado térmica y acústicamente, en el que el componente aislado tiene una estructura de aislamiento aplicada a al menos una superficie del mismo, incluyendo la estructura de aislamiento al menos una capa de espuma de poliuretano viscoelástica, caracterizándose el poliuretano viscoelástico porque:
a) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un valor de resiliencia de como máximo 20% medido de acuerdo con la norma ASTM 3574;
b) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un tiempo de recuperación de al menos 3 segundos medido de acuerdo con la norma ASTM D3574 Ensayo M; y
c) la espuma de poliuretano viscoelástica se produce mediante la reacción de un poliisocianato aromático con una mezcla de materiales reactivos con isocianato que incluye al menos 20 por ciento en peso, basado en el peso combinado de todos los materiales reactivos con isocianato en la mezcla, de al menos un poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula, y agua en una cantidad de al menos 0,2 partes por 100 partes en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato , en los que el índice de isocianato es de 60 a 100 y la espuma de poliuretano viscoelástica tiene una densidad volumétrica de 50 a 500 kg/m3 y una densidad superficial de 1.000 a 12.000 gramos por metro cuadrado.
2. El aparato según e la reivindicación 1, que es un lavavajillas, horno, frigorífico, congelador, lavadora de ropa, secadora de ropa, triturador de basura, compactador de basura, aspiradora o dispositivo HVAC.
3. El aparato según la reivindicación 1 o 2, en el que el componente aislado térmica y acústicamente es una carcasa para un motor, bomba, sistema de dosificación de fluidos o una parte de dicha carcasa; un armario que encierra componentes funcionales del aparato; una pared o puerta inferior, superior, vertical de dicho armario; o un componente o dispositivo funcional que forme parte del aparato.
4. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la espuma viscoelástica tiene una densidad volumétrica de 50 a 300 kg/m3 y un espesor de 3,3 a 100 mm.
5. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la espuma viscoelástica tiene una densidad superficial de 3.000 a 7.500 gramos por metro cuadrado, una densidad volumétrica de 100 a 150 kg/m3 y un espesor de 17 a 50 mm.
6. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que la densidad de volumen de la espuma de poliuretano viscoelástica es de 250 a 500 kg/m3, el valor de resiliencia de la espuma es como máximo del 15%, y la mezcla de materiales reactivos con isocianato incluye al menos 50 por ciento en peso, basado en el peso combinado de todos los materiales reactivos con isocianato en la mezcla, del poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula.
7. El aparato según cualquier reivindicación anterior, en el que la espuma de poliuretano viscoelástica tiene una resiliencia de como máximo un 8% y un tiempo de recuperación de al menos 10 segundos.
8. El aparato según cualquier reivindicación anterior, en el que la capa de espuma viscoelástica constituye la estructura de aislamiento completa.
9. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la estructura de aislamiento incluye una o más capas de material aislante acústico y/o térmico adicional.
10. El aparato según la reivindicación 9, en el que la capa o capas adicionales son una o más capas de una espuma de polímero de alta densidad; una o más capas de masilla; una o más capas de una masilla de fibra; o una o más capas de una espuma de polímero de baja densidad.
11. Un método para aislar un aparato para producir el aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende aplicar una estructura de aislamiento a al menos un componente del aparato, en el que la estructura de aislamiento incluye al menos una capa de espuma viscoelástica, caracterizándose el poliuretano viscoelástico porque:
a) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un valor de resiliencia de como máximo 20% medido de acuerdo con la norma ATM 3574;
b) la espuma de poliuretano viscoelástica tiene un tiempo de recuperación de al menos 3 segundos medido de acuerdo con la norma ASTM D3574-08 Ensayo M; y
c) la espuma viscoelástica de poliuretano se prepara mediante la reacción de un poliisocianato aromático con una mezcla de materiales reactivos con isocianato que incluye al menos un 20 por ciento en peso, basado en el peso combinado de todos los materiales reactivos con isocianato en la mezcla, de al menos un poliol que tiene un peso molecular de al menos 750, un peso equivalente de hidroxilo de 225 a 450 y de 2 a 4 grupos hidroxilo por molécula, y agua en una cantidad de al menos 0,2 partes por 100 partes en peso de la mezcla de materiales reactivos con isocianato , en los que el índice de isocianato es de 60 a 100 y la espuma de poliuretano viscoelástica tiene una densidad de espuma de 50 a 500 kg/m3 y una densidad superficial de 1.000 a 12.000 gramos por metro cuadrado.
12. El método según la reivindicación 11, en el que el poliisocianato aromático y la mezcla de materiales reactivos con isocianato se aplican directamente al componente y se curan en el mismo para formar la espuma de poliuretano viscoelástica.
13. El método según la reivindicación 11, en el que la espuma de poliuretano viscoelástica se expande aparte del componente, y luego se fija al componente.
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