ES2899035T3 - Artículo de espuma de poliuretano y método de formación del mismo - Google Patents

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Abstract

Un artículo de espuma de poliuretano que comprende el producto de reacción de: (A)un componente de isocianato que comprende un prepolímero de isocianato, dicho prepolímero de isocianato comprende el producto de reacción de: (i) un primer poliéter de poliol; y (ii) un diisocianato de difenilmetano, dicho diisocianato de difenilmetano comprende: de 40 % en peso a 60 % en peso de 2,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; de 40 % en peso a 60 % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y menos de 10 % en peso de 2,2'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y (B)una composición reactiva con isocianato que comprende: (i) un segundo poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales; y (ii) un poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene grupos hidroxilo primarios; en presencia de un agente espumante.

Description

DESCRIPCIÓN
Artículo de espuma de poliuretano y método de formación del mismo
Antecedentes de la invención
1. Campo de la Invención
La materia de la invención se refiere en general a un artículo de espuma de poliuretano y a un método para formar el artículo de espuma de poliuretano. Más específicamente, la materia de la invención se refiere a un método para formar un artículo de espuma de poliuretano que comprende el producto de reacción de una composición reactiva con isocianato y un componente de isocianato, en presencia de un agente espumante.
2. Descripción de la técnica relacionada
Se conoce en la técnica el uso de artículos de espuma de poliuretano en las industrias del transporte, la construcción, el deporte y otras. En la industria del deporte, los artículos de espuma de poliuretano se usan para fabricar tablas de surf. Como las tablas de surf, los artículos de espuma de poliuretano proporcionan una excelente flotabilidad en combinación con una excelente resistencia y durabilidad.
Como se conoce en la técnica, los artículos de espuma de poliuretano se forman mediante la reacción exotérmica de una composición de resina reactiva con isocianato y un isocianato en presencia de un agente espumante. La composición de resina reactiva con isocianato, el isocianato y el agente espumante, conocidos colectivamente como sistema de poliuretano, se seleccionan para optimizar la eficiencia de la fabricación y las propiedades de rendimiento del artículo de espuma de poliuretano para un uso particular. Por ejemplo, cuando se usa la espuma de poliuretano para una tabla de surf, los componentes del sistema de poliuretano se seleccionan para la eficiencia de moldeo y para producir un artículo de espuma de poliuretano (por ejemplo, un núcleo de tabla de surf) que tenga una flotabilidad excepcional, resistencia, durabilidad, color, estabilidad del color y otras propiedades de rendimiento. En las aplicaciones de tablas de surf, la composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato se mezclan típicamente en presencia del agente espumante para formar una mezcla de reacción, la cual se inyecta en un molde y reacciona para formar un núcleo de tabla de surf. En aplicaciones pasadas de tablas de surf, se ha usado diisocianato de tolueno para formar núcleos de tablas de surf flotantes que tienen excelente resistencia y color (es decir, color blanco). Sin embargo, las preocupaciones por la seguridad y el medio ambiente han comenzado a impedir que los fabricantes de tablas de surf usen diisocianato de tolueno.
Recientemente, los fabricantes de tablas de surf han intentado usar diisocianato de difenilmetano monomérico y polimérico, diisocianato de hexametileno, diisocianato de isoforona y otros isocianatos para la producción de núcleos de tablas de surf. Muchos de estos intentos han fracasado. Por ejemplo, el uso de diisocianato de difenilmetano monomérico y polimérico a menudo hace que los núcleos de tablas de surf se decoloren, se partan, se chamusquen, se quemen, se adhieran al molde y otros problemas asociados con una exotermia incontrolada la cual se genera durante la formación de los núcleos de tablas de surf. Además, una vez formados, los núcleos de tablas de surf formadas con diisocianato de difenilmetano monomérico y polimérico pueden presentar poca resistencia y estabilidad del color.
Con este fin, se han desarrollado varios sistemas de poliuretano los cuales no utilizan diisocianato de tolueno en un intento de producir núcleos de tablas de surf. El documento US 6423755 se refiere espumas rígidas de poliuretano las cuales tienen una combinación única de densidad moderadamente baja, útiles en la industria automovilística. El documento WO 2008/014227 por otro lado se refiere espumas de poliuretano y poliisocianurato para uso en tablas de surf y pretabla. También, el documento EP 0118725 se refiere a mezclas de poliisocianatos de diisocianatos de difenilmetano los cuales son líquidos a temperatura ambiente y pueden procesarse para dar grupos de plásticos de poliuretano, poliisocianurato y/o poliurea resistentes a la abrasión, ignífugos y, en particular, de baja retracción de celdas o compactos. A pesar de tal desarrollo, existe la necesidad de mejorar aún más los sistemas de poliuretano y los núcleos de tablas de surf formadas a partir de ellos.
Resumen de la invención y ventajas
La materia de la invención proporciona un artículo de espuma de poliuretano que comprende el producto de reacción de un componente de isocianato y una composición reactiva con isocianato en presencia de un agente espumante. El componente de isocianato incluye un prepolímero de isocianato que comprende el producto de reacción de un primer poliéter de poliol y un diisocianato de difenilmetano, y dicho diisocianato de difenilmetano comprende: de 40 % en peso a 60 % en peso de 2,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; de 40 % en peso a 60 % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y de 40 % en peso a 60 % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y menos de 10 % en peso de 2,2'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano. La composición reactiva con isocianato comprende un segundo poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales y un poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene grupos hidroxilo primarios.
La materia de invención también proporciona un método para fabricar el artículo de espuma de poliuretano que comprende las etapas de hacer reaccionar el primer poliéter de poliol y diisocianato de difenilmetano para formar el prepolímero de isocianato y hacer reaccionar el prepolímero de isocianato con la composición reactiva con isocianato en presencia del agente espumante para formar el artículo de espuma de poliuretano.
Ventajosamente, el artículo de espuma de poliuretano puede fabricarse de forma segura y eficiente para producir un artículo de espuma de poliuretano (por ejemplo, un núcleo de tabla de surf) que tenga flotabilidad, resistencia, durabilidad, color, estabilidad del color y otras propiedades excepcionales de rendimiento.
Descripción detallada de la invención
Se describe un artículo de espuma de poliuretano. El artículo de espuma de poliuretano resulta de una reacción exotérmica de un sistema de poliuretano que comprende una composición de resina reactiva con isocianato y un componente de isocianato en presencia de un agente espumante. El artículo de espuma de poliuretano de la presente invención se usa típicamente como un núcleo de tabla de surf. Sin embargo, debe apreciarse que la espuma rígida de poliuretano de la materia de descripción también puede usarse para muchas otras aplicaciones. La materia de invención proporciona un artículo de espuma de poliuretano que comprende el producto de reacción de un componente de isocianato y una composición reactiva con isocianato en presencia de un agente espumante. El componente de isocianato incluye un prepolímero de isocianato que comprende el producto de reacción de un primer poliéter de poliol y un diisocianato de difenilmetano, y dicho diisocianato de difenilmetano comprende: de 40 % en peso a 60 % en peso de 2,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; de 40 % en peso a 60 % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y de 40 % en peso a 60 % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y menos de 10 % en peso de 2,2'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano. La composición reactiva con isocianato comprende un segundo poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales y un poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene grupos hidroxilo primarios. La composición de resina reactiva con isocianato sin reaccionar, el componente de isocianato y el agente espumante se refieren colectivamente como sistema de poliuretano.
El artículo de espuma de poliuretano incluye el producto de reacción del componente isocianato y la composición reactiva con isocianato en presencia del agente espumante, es decir, el prepolímero de isocianato y los polioles del componente reactivo con isocianato reaccionan químicamente en presencia del agente espumante. La presente descripción también describe un sistema de poliuretano que comprende el componente isocianato y el componente reactivo con isocianato. El sistema se proporciona típicamente en dos o más componentes discretos, tales como el componente de isocianato y la composición reactiva con isocianato (o resina), es decir, como un sistema de dos componentes (o 2K), el cual se describe más adelante. Debe apreciarse que la referencia al componente isocianato y la composición reactiva con isocianato, como se usa en la presente descripción, es simplemente para propósitos de establecer un punto de referencia para la colocación de los componentes individuales del sistema, y para establecer una base de partes en peso. Como tal, no debe interpretarse como una limitación de la presente descripción a solo un sistema 2K. Por ejemplo, los componentes individuales del sistema pueden mantenerse separados entre sí y mezclarse individualmente antes de la aplicación. Como otro ejemplo, un componente típicamente incluido (y descrito en la presente descripción como tal) en la composición reactiva con isocianato puede mezclarse y usarse con el componente isocianato.
El artículo de espuma de poliuretano de la presente descripción típicamente tiene un contenido de celdas cerradas de más de aproximadamente 85, alternativamente de aproximadamente 85 a aproximadamente 95 % cuando se prueba de acuerdo con la ASTM D2856-94.
El artículo de espuma de poliuretano de la presente descripción tiene típicamente una densidad de aproximadamente 16 a aproximadamente 240, de aproximadamente 24 a aproximadamente 80, de aproximadamente 28 a aproximadamente 60, de aproximadamente 40 a aproximadamente 60, de aproximadamente 47 a aproximadamente 52 kg/m3 cuando se prueba de acuerdo con la ASTM D1622-14.
El artículo de espuma de poliuretano de la presente invención puede describirse como una "espuma rígida de poliuretano". La terminología "espuma rígida de poliuretano" describe una clase particular de espuma de poliuretano en contraste con la espuma flexible de poliuretano. La espuma rígida de poliuretano es generalmente no porosa, tiene celdas cerradas y características elásticas mínimas, mientras que la espuma flexible de poliuretano es generalmente porosa y tiene celdas abiertas.
El Componente de Isocianato
El sistema de poliuretano de la presente descripción incluye el componente isocianato. El componente de isocianato incluye el prepolímero de isocianato. El prepolímero de isocianato comprende el producto de reacción del primer poliéter de poliol y el diisocianato de difenilmetano. En algunas realizaciones, el prepolímero de isocianato consiste esencialmente de producto de reacción del primer poliéter de poliol y el diisocianato de difenilmetano en presencia de varios aditivos. En algunas realizaciones, el prepolímero de isocianato consiste de producto de reacción del primer poliéter de poliol y el diisocianato de difenilmetano.
Los poliéter de polioles como se describen en la presente descripción y adecuados para los propósitos de la presente invención incluyen, pero no están limitados a, productos obtenidos por polimerización de un óxido cíclico (es decir, un óxido de alquileno), por ejemplo, óxido de etileno (EO), óxido de propileno (PO), óxido de butileno (BO) o tetrahidrofurano en presencia de iniciadores polifuncionales. Los compuestos iniciadores adecuados contienen una pluralidad de átomos activos de hidrógeno, e incluyen agua, butanodiol, etilenglicol, propilenglicol (PG), dietilenglicol, trietilenglicol, dipropilenglicol, etanolamina, dietanolamina, trietanolamina, toluendiamina, dietiltoluendiamina, fenil diamina, difenilmetanodiamina, etilendiamina, ciclohexano diamina, ciclohexano dimetanol, resorcinol, bisfenol A, glicerol, trimetilolpropano, 1,2,6-hexanotriol, pentaeritritol y combinaciones de los mismos.
Con este fin, los poliéter de polioles como se describen en la presente descripción incluyen una pluralidad de grupos alquilenoxi. El término grupo alquilenoxi describe un mer, o una unidad. El grupo alquilenoxi es la unidad la cual resulta de la polimerización del óxido de alquileno, por ejemplo, grupos EO, grupos PO y grupos BO. Si se hace referencia, la cantidad de grupos alquilenoxi en los poliéter de polioles se referencia en partes en peso, basado en el peso total de los grupos alquilenoxi usados para formar el poliéter de poliol. La pluralidad de grupos alquilenoxi puede disponerse para formar poliéter de polioles los cuales se describen como polioles que tienen grupos alquilenoxi aleatorios (que forman segmentos hetéricos), polímeros que tienen grupos alquilenoxi repetidos y polímeros que tienen grupos alquilenoxi en bloque. La pluralidad de cadenas laterales poliméricas tiene cubrimientos terminales de alcoxilo seleccionadas del grupo de cubrimientos terminales etilenoxi, cubrimientos terminales propilenoxi, cubrimientos terminales butilenoxi y combinaciones de los mismos. La cantidad de cubrimientos terminales de alquilenoxi en los poliéter de polioles se referencia en porcentaje (%), basado en el número total de cubrimientos terminales en una muestra del poliéter de poliol particular.
Con referencia ahora al primer poliéter de poliol, el primer poliéter de poliol tiene típicamente una funcionalidad mayor de aproximadamente 2, alternativamente mayor de aproximadamente 3, alternativamente de aproximadamente 2 a aproximadamente 5, alternativamente de aproximadamente 3 a aproximadamente 5, alternativamente aproximadamente 4; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 200 a aproximadamente 900, alternativamente de aproximadamente 300 a aproximadamente 700, alternativamente de aproximadamente 300 a aproximadamente 500, alternativamente de aproximadamente 350 a aproximadamente 450 g/mol; un índice de hidroxilo de aproximadamente 30 a aproximadamente 1100, alternativamente de aproximadamente 400 a aproximadamente 900, alternativamente de aproximadamente 435 a aproximadamente 570, alternativamente de aproximadamente 435 a aproximadamente 465, alternativamente de aproximadamente 540 a aproximadamente 570 mg de KOH/g; y una viscosidad a 20 °C de aproximadamente 1000 a aproximadamente 8000, alternativamente de aproximadamente 4000 a aproximadamente 6000, alternativamente de aproximadamente 4800 a aproximadamente 5600 cps cuando se prueba de acuerdo con la ASTM D2196-15. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
En algunas realizaciones, el primer poliéter de poliol se inicia con pentaeritritol. Un iniciador, también denominado promotor, funciona como base de reacción para compuestos, tales como óxidos de alquileno, los cuales se polimerizan para formar polioles, y también sirve para anclar polioles durante la formación. El primer poliéter de poliol de estas realizaciones puede comprender grupos EO, PO y/o BO y tiene varios porcentajes de cubrimiento de PO. El primer poliéter de poliol tiene más de aproximadamente 90, alternativamente más de aproximadamente 95, alternativamente más de aproximadamente 99, alternativamente aproximadamente 100 % de cubrimiento de PO. Más específicamente, por "aproximadamente" 100 % de cubrimiento con PO, se entiende que todo el cubrimiento pretendido del primer poliéter de poliol es un cubrimiento terminal con PO, sin ningún cubrimiento de EO resultante de trazas de otros óxidos de alquileno u otras impurezas. Como tal, el cubrimiento es típicamente de aproximadamente un 100 % de cubrimiento de PO, pero puede ser ligeramente más bajo, tal como al menos aproximadamente 99 % de cubrimiento de PO, y depende de las variables del proceso y la presencia de impurezas durante la producción del primer poliéter de poliol.
En una realización, el primer poliéter de poliol es un poliéter de poliol iniciado con pentaeritritol con un cubrimiento terminal de PO el cual tiene: una funcionalidad de aproximadamente 4; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 400 g/mol y un índice de hidroxilo de aproximadamente 555 mg KOH/g.
Con referencia ahora al diisocianato de difenilmetano, el diisocianato de difenilmetano es un líquido que tiene un contenido de NCO (% en peso) de aproximadamente 33,5. La determinación del contenido de NCO (% NCO) se realiza mediante un análisis estándar de titulación química conocido por los expertos en la técnica. El diisocianato de difenilmetano incluye isómeros seleccionados del grupo de 2,2'-isómero, 2,4'-isómero e 4,4'-isómero.
En una realización, el diisocianato de difenilmetano comprende: menos de 10 % en peso del 2,2'-isómero; de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 % en peso del 2,4'-isómero; y de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 % en peso del 4,4'-isómero, con el % en peso basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
En otra realización, el diisocianato de difenilmetano comprende: cantidades trazas (por ejemplo, menos de 1, menos de 0,5 % en peso) del 2,2'-isómero; aproximadamente 50 % en peso (por ejemplo, 50 ± 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, % en peso) del 2,4'-isómero; y aproximadamente 50 % en peso (por ejemplo, 50 ± 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, % en peso) del 4,4'-isómero.
En aun otra realización, el diisocianato de difenilmetano incluye aproximadamente 50 % en peso de 2,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano y el otro 50 % aproximadamente comprende cualquier combinación de 2,2'-isómero e 4,4'-isómero.
Como se establece anteriormente, el prepolímero de isocianato comprende el producto de reacción del primer poliéter de poliol y el diisocianato de difenilmetano. En varias realizaciones, el primer poliéter de poliol está presente en el prepolímero de isocianato en una cantidad de aproximadamente 2 a aproximadamente 20, alternativamente de aproximadamente 5 a aproximadamente 15, alternativamente de aproximadamente 7 a aproximadamente 10 % en peso basado en el peso total de dicho prepolímero de isocianato y dicho diisocianato de difenilmetano está presentes en dicho prepolímero de isocianato en una cantidad de aproximadamente 80 a aproximadamente 98, alternativamente de aproximadamente 85 a aproximadamente 95, alternativamente de aproximadamente 90 a aproximadamente 93 % en peso basado en el peso total de dicho prepolímero de isocianato. Por supuesto, el prepolímero de isocianato comprende el producto de reacción del primer poliéter de poliol y el diisocianato de difenilmetano, y los intervalos anteriores son esencialmente, o pueden considerarse en la alternativa, las cantidades del primer poliéter de poliol y diisocianato de difenilmetano reaccionado y para formar el prepolímero de isocianato. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
Además, se contemplan en la presente descripción, realizaciones en donde el prepolímero de isocianato comprende el producto de reacción de más de un isocianato (por ejemplo, diferentes isocianatos además del diisocianato de difenilmetano) y/o más de un poliol (por ejemplo, diferentes polioles además del primer poliéter de poliol). En tales realizaciones, la cantidad total de todos los polioles incluidos está dentro de los intervalos anteriores.
La reacción química del primer poliéter de poliol y el diisocianato de difenilmetano para formar el prepolímero de isocianato puede realizarse en presencia de uno o más aditivos. Los aditivos adecuados para los propósitos de la presente invención incluyen, pero no se limitan a, catalizadores, extensores de cadena, reticulantes, terminadores de cadena, inhibidores de reacción, aditivos de procesamiento, plastificantes, promotores de adhesión, antioxidantes, desespumantes, agentes antiespumantes, captadores de agua, tamices moleculares, sílices pirógenas, estabilizadores de luz ultravioleta, rellenos, agentes tixotrópicos, siliconas, colorantes, diluyentes inertes y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, la reacción ocurre en presencia de un inhibidor de la reacción tal como cloruro de benzoilo y/o un plastificante como tributilfosfito. Si se incluye, el aditivo puede incluirse en la composición de resina reactiva con isocianato en varias cantidades. Por ejemplo, en cantidades menores de 5, 4, 3, 2, 1, 0,5, 0,1, 0,5, de 0,005 a 0,03, % en peso basado en el peso total de los reactivos usados para formar el prepolímero o basado en el peso total del prepolímero.
En muchas realizaciones, el prepolímero de isocianato tiene una gravedad específica de aproximadamente 1,05 a 1,10 g/cm3 y es un líquido a 25 °C. Además, en muchas de tales realizaciones, el prepolímero de isocianato tiene una viscosidad de aproximadamente 900 a aproximadamente 1300, alternativamente de aproximadamente 900 a aproximadamente 1300 cps a 25 °C. Además, en muchas de tales realizaciones, el prepolímero de isocianato tiene un contenido de NCO de aproximadamente 15 a aproximadamente 40, alternativamente de aproximadamente 20 a aproximadamente 30, alternativamente de aproximadamente 26 a aproximadamente 28 % en peso. La determinación del contenido de NCO (% NCO) se realiza mediante un análisis estándar de titulación química conocido por los expertos en la técnica. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción. En algunas realizaciones, el componente de isocianato incluye uno o más tipos de isocianatos suplementarios. El isocianato suplementario puede ser un poliisocianato que tiene dos o más grupos funcionales, por ejemplo, dos o más grupos funcionales NCO. Los isocianatos suplementarios adecuados para los propósitos de la presente descripción incluyen, pero no se limitan a, isocianatos alifáticos y aromáticos. En diversas realizaciones, el isocianato suplementario se selecciona del grupo de diisocianatos de difenilmetano (MDI), diisocianatos de difenilmetano poliméricos (pMDI), diisocianatos de tolueno (TDI), diisocianatos de hexametileno (HDI), diisocianatos de isoforona (IPDI), y combinaciones de los mismos.
El isocianato suplementario puede ser un prepolímero de isocianato suplementario el cual es diferente del prepolímero de isocianato mencionado anteriormente. El prepolímero de isocianato suplementario es típicamente un producto de reacción de un isocianato y un poliol y/o una poliamina. El isocianato usado en el prepolímero de isocianato suplementario puede ser cualquier isocianato como se describió anteriormente. El poliol usado para formar el prepolímero de isocianato suplementario se selecciona típicamente del grupo de etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, butanodiol, glicerol, trimetilolpropano, trietanolamina, pentaeritritol, sorbitol, biopolioles y combinaciones de los mismos. La poliamina usada para formar el prepolímero se selecciona típicamente del grupo de etilendiamina, toluendiamina, diaminodifenilmetano y polimetilenpolifenilenpoliaminas, aminoalcoholes y combinaciones de los mismos. Los ejemplos de aminoalcoholes adecuados incluyen etanolamina, dietanolamina, trietanolamina y combinaciones de los mismos.
Los isocianatos suplementarios específicos que pueden usarse para los propósitos de la presente descripción incluyen, pero no se limitan a, diisocianato de toluileno; 4,4'-diisocianato de difenilmetano; diisocianato de mfenileno; 1,5-diisocianato de naftaleno; 4-cloro-1,3-diisocianato de fenileno; diisocianato de tetrametileno; diisocianato de hexametileno; 1,4-diisocianato de diciclohexilo; 1,4-diisocianato de ciclohexilo, 2,4,6-triisocianato de toluileno, 1,3-diisopropil-2,4-disocianato de fenileno; 1-metil-3,5-dietil-2,4-diisocianato de fenileno; 1,3,5-trietil-2,4-diisocianato de fenileno; 1,3,5-triisopropil-2,4-diisocianato de fenileno; 3,3'-dietil-4,4'-diisocianato de bisfenilo; 3,5,3',5'-tetraetil-4,4'-diisocianato de difenilmetano; 3,5,3',5'-tetraisopropil-4,4'-diisocianato de difenilmetano; 1 -etil-4-etoxi-2,5-diisocianato de fenilo; 1,3,5-trietil-2,4,6-triisocianato de benceno; 1-etil-3,5-diisopropil-2,4,6-triisocianato de benceno y 1,3,5-triisopropil-2,4,6-triisocianato de benceno.
El componente de isocianato puede comprender uno o más aditivos. Los aditivos pueden incluirse en el componente de isocianato como parte del prepolímero de isocianato o pueden adicionarse al prepolímero de isocianato para un propósito específico. Los aditivos adecuados para los propósitos de la presente invención incluyen cualquier aditivo descrito en la presente descripción, así como otros aditivos conocidos en la técnica.
Composición reactiva con Isocianato
El sistema de poliuretano de la presente invención comprende la composición de resina reactiva con isocianato. La composición reactiva con isocianato comprende un segundo poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales, opcionalmente un tercer poliéter de poliol, y un poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene grupos hidroxilo primarios.
Con referencia ahora al segundo poliéter de poliol, el segundo poliéter de poliol típicamente tiene una funcionalidad mayor de aproximadamente 4, alternativamente mayor de aproximadamente 5, alternativamente de aproximadamente 4 a aproximadamente 8, alternativamente de aproximadamente 5 a aproximadamente 7, alternativamente de aproximadamente 6; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 400 a aproximadamente 2000, alternativamente de aproximadamente 500 a aproximadamente 900, alternativamente de aproximadamente 600 a aproximadamente 800, alternativamente de aproximadamente 650 a aproximadamente 725 g/mol; un índice de hidroxilo de aproximadamente 30 a aproximadamente 1100, alternativamente de aproximadamente 300 a aproximadamente 900, alternativamente de aproximadamente 400 a aproximadamente 600, alternativamente de aproximadamente 450 a aproximadamente 550 mg de KOH/g; y una viscosidad a 25 °C de aproximadamente 15 000 a aproximadamente 30 000, alternativamente de aproximadamente 20 000 a aproximadamente 24000, alternativamente de aproximadamente 21000 a aproximadamente 23000 cps cuando se prueba de acuerdo con la ASTM D2196-15. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción. En algunas realizaciones, el segundo poliéter de poliol se inicia con sorbitol. Un iniciador, también denominado promotor, funciona como base de reacción para compuestos, tales como óxidos de alquileno, los cuales se polimerizan para formar polioles, y también sirve para anclar polioles durante la formación. El segundo poliéter de poliol de estas realizaciones puede comprender grupos EO, PO y/o BO y tiene varios porcentajes de cubrimiento de PO. El segundo poliéter de poliol tiene más de aproximadamente 90, alternativamente más de aproximadamente 95, alternativamente más de aproximadamente 99, alternativamente aproximadamente 100 % de cubrimiento de PO. Más específicamente, por "aproximadamente" 100 % de cubrimiento con PO, se entiende que todo el cubrimiento previsto del segundo poliéter de poliol es cubrimiento con PO, sin ningún cubrimiento que no sea PO resultante de trazas de otros óxidos de alquileno u otras impurezas. Como tal, el cubrimiento es típicamente de aproximadamente un 100 % de cubrimiento de PO, pero puede ser ligeramente más bajo, como al menos aproximadamente un 99 % de cubrimiento de PO, y depende de las variables del proceso y la presencia de impurezas durante la producción del segundo poliéter de poliol.
El cubrimiento de aproximadamente el 100 % de PO proporciona sustancialmente (aproximadamente el 100 %) todos los grupos hidroxilo secundarios, los cuales típicamente reaccionan más lentamente que los grupos hidroxilo primarios y producen una exotermia más controlada. En otras palabras, el segundo poliéter de poliol que tiene aproximadamente un 100 % de cubrimiento terminal de PO también reacciona típicamente más lentamente que un poliol que tiene un cubrimiento terminal de EO, ya que un poliol con cubrimiento de PO está impedido estéricamente y un poliol cubierto con EO no está impedido estéricamente.
En una realización, el segundo poliéter de poliol es un poliéter de poliol iniciado con sorbitol con un cubrimiento terminal de PO el cual tiene: una funcionalidad de aproximadamente 6; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 687 g/mol y un índice de hidroxilo de aproximadamente 490 mg KOH/g.
En varias realizaciones, el segundo poliéter de poliol está presente en la composición reactiva con isocianato en una cantidad de aproximadamente 20 a aproximadamente 90, alternativamente de aproximadamente 20 a aproximadamente 70, alternativamente de aproximadamente 20 a aproximadamente 60, alternativamente de aproximadamente 30 a aproximadamente 50, alternativamente de aproximadamente 35 a aproximadamente 45 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
Con referencia ahora al tercer poliéter de poliol, si se incluye, el tercer poliéter de poliol es diferente de dicho segundo poliéter de poliol. El tercer poliéter de poliol tiene típicamente una funcionalidad de más de aproximadamente 2, alternativamente de aproximadamente 2 a aproximadamente 4, alternativamente de aproximadamente 3; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 300 a aproximadamente 1500, alternativamente de aproximadamente 400 a aproximadamente 1300, alternativamente de aproximadamente 500 a aproximadamente 1100, alternativamente de aproximadamente 600 a aproximadamente 800, alternativamente de aproximadamente 650 a aproximadamente 750 g/mol; un índice de hidroxilo de aproximadamente 100 a aproximadamente 400, alternativamente de aproximadamente 150 a aproximadamente 300, alternativamente de aproximadamente 200 a aproximadamente 260 mg KOH/g; y una viscosidad a 25 °C de aproximadamente 200 a aproximadamente 1000, alternativamente de aproximadamente 200 a aproximadamente 500, alternativamente de aproximadamente 250 a aproximadamente 300 cps cuando se prueba de acuerdo con la ASTM D2196-15. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
En algunas realizaciones, el tercer poliéter de poliol se inicia con glicerina. Un iniciador, también denominado promotor, funciona como base de reacción para compuestos, tales como óxidos de alquileno, los cuales se polimerizan para formar polioles, y también sirve para anclar polioles durante la formación. El tercer poliéter de poliol de estas realizaciones puede comprender grupos EO, PO y/o BO y tiene varios porcentajes de cubrimiento de PO. El tercer poliéter de poliol tiene más de aproximadamente 90, alternativamente más de aproximadamente 95, alternativamente más de aproximadamente 99, alternativamente de aproximadamente 100 % de cubrimiento de PO. Más específicamente, por "aproximadamente" 100 % de cubrimiento con PO, se entiende que todo el cubrimiento previsto del tercer poliéter de poliol es cubrimiento con PO, sin ningún cubrimiento que no sea de PO resultante de trazas de otros óxidos de alquileno u otras impurezas. Como tal, el cubrimiento es típicamente de aproximadamente un 100 % de PO, pero puede ser ligeramente más bajo, como al menos aproximadamente un 99 % de cubrimiento de PO, y depende de las variables del proceso y la presencia de impurezas durante la producción del tercer poliéter de poliol.
El cubrimiento de aproximadamente el 100 % de PO proporciona sustancialmente (aproximadamente el 100 %) todos los grupos hidroxilo secundarios, los cuales típicamente reaccionan más lentamente que los grupos hidroxilo primarios y producen una exotermia más controlada. En otras palabras, el tercer poliéter de poliol que tiene aproximadamente un 100 % de cubrimiento terminal de PO también reacciona típicamente más lentamente que un poliol que tiene un cubrimiento terminal de EO, ya que un poliol de PO está impedido estéricamente y un poliol cubierto con EO no está impedido estéricamente.
En una realización, el tercer poliéter de poliol es un poliéter de poliol iniciado con glicerina con un cubrimiento de PO el cual tiene: una funcionalidad de aproximadamente 3; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 700 g/mol, y un índice de hidroxilo de aproximadamente 222 a aproximadamente 237 mg KOH/g.
En varias realizaciones, el tercer poliéter de poliol está presente en la composición reactiva con isocianato en una cantidad de aproximadamente 20 a aproximadamente 70, alternativamente de aproximadamente 20 a aproximadamente 60, alternativamente de aproximadamente 30 a aproximadamente 50, alternativamente de aproximadamente 35 a aproximadamente 45 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
Con referencia ahora al poliéter de poliol catalítico iniciado por amina, el poliéter de poliol catalítico iniciado por amina típicamente tiene una funcionalidad de más de aproximadamente 3, alternativamente de aproximadamente 2 a aproximadamente 6, alternativamente de aproximadamente 3 a aproximadamente 5, alternativamente aproximadamente 4; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 200 a aproximadamente 1500, alternativamente de aproximadamente 200 a aproximadamente 1000, alternativamente de aproximadamente 200 a aproximadamente 500, alternativamente de aproximadamente 250 a aproximadamente 450, alternativamente de aproximadamente 300 a aproximadamente 400 g/mol; un índice de hidroxilo de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000, alternativamente de aproximadamente 300 a aproximadamente 700, alternativamente de aproximadamente 400 a aproximadamente 500, alternativamente de aproximadamente 450 a aproximadamente 550 mg KOH/g; y una viscosidad a 25 °C de aproximadamente 200 a aproximadamente 1000, alternativamente de aproximadamente 200 a aproximadamente 500, alternativamente de aproximadamente 250 a aproximadamente 350 cps cuando se prueba de acuerdo con la ASTM D2196-15. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
En algunas realizaciones, el poliéter de poliol catalítico iniciado por amina se inicia con monoetanolamina. Un iniciador, también denominado promotor, funciona como base de reacción para compuestos, tales como óxidos de alquileno, los cuales se polimerizan para formar polioles, y también sirve para anclar polioles durante la formación. Como se expuso anteriormente, el poliol catalítico se deriva de un iniciador a base de amina. El poliol catalítico se denomina poliol "catalítico" porque puede usarse el poliol catalítico en lugar de un catalizador para facilitar la reacción química del isocianato con el componente poliol. Dicho de otra manera, un componente de poliol que incluye el poliol catalítico reaccionará típicamente de manera química con el isocianato a temperaturas más bajas en presencia de menos catalizador (incluso sin catalizador) que un componente de poliol que no incluye el poliol catalítico. Sin estar ligado o limitado por ninguna teoría particular, se cree que el contenido de amina del poliol catalítico facilita la reacción del isocianato con el componente de poliol.
El poliéter de poliol catalítico iniciado por amina de estas realizaciones puede comprender grupos EO, PO y/o BO y tiene varios porcentajes de cubrimiento con EO. El poliéter de poliol catalítico iniciado por amina tiene más de aproximadamente 90, alternativamente más de aproximadamente 95, alternativamente más de aproximadamente 99, alternativamente de aproximadamente 100 % de cubrimiento de OE. Más específicamente, por "aproximadamente" 100 % de cubrimiento con EO, se entiende que todo el cubrimiento pretendido del poliéter de poliol catalítico iniciado por amina es un cubrimiento con EO, sin ningún cubrimiento que no sea EO resultante de trazas de otros óxidos de alquileno u otras impurezas. Como tal, el cubrimiento es típicamente de aproximadamente un 100 % de cubrimiento con EO, pero puede ser ligeramente más bajo, como al menos aproximadamente un 99 % de cubrimiento con EO, y depende de las variables del proceso y la presencia de impurezas durante la producción del poliéter de poliol catalítico iniciado por amina.
El cubrimiento terminal de aproximadamente 100 % de OE proporciona sustancialmente (aproximadamente 100 %) todos los grupos hidroxilo primarios, los cuales normalmente reaccionan más rápido que los grupos hidroxilo secundarios y produce un mejoramiento del efecto catalítico. En otras palabras, el poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene aproximadamente un 100 % de cubrimiento terminal de OE reacciona típicamente más rápido que el segundo y tercer poliéter de polioles que tienen cubrimiento terminal con PO, ya que un poliol protegido con OP está estéricamente impedido.
En una realización, el poliéter de poliol catalítico iniciado por amina es un poliéter de poliol con un cubrimiento de EO que tiene: una funcionalidad de aproximadamente 4; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 334 g/mol, y un índice de hidroxilo de aproximadamente 500 mg KOH/g.
En varias realizaciones, el poliéter de poliol catalítico iniciado por amina está presente en la composición reactiva con isocianato en una cantidad de menos de aproximadamente 10, menos de aproximadamente 8, de aproximadamente 1 a aproximadamente 10, alternativamente de aproximadamente 2 a aproximadamente 8, alternativamente de aproximadamente 3 a aproximadamente 7, alternativamente de aproximadamente 4 a aproximadamente 6 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
La composición de resina reactiva con isocianato puede incluir opcionalmente uno o más de un poliol suplementario que es diferente del segundo poliéter de poliol, el tercer poliéter de poliol y el poliol catalítico iniciado por amina. El poliol suplementario incluye uno o más grupos funcionales OH, típicamente al menos dos grupos funcionales OH. Típicamente, el poliol suplementario se selecciona del grupo de poliéter de polioles, poliéster de polioles, poliéter/éster de polioles y combinaciones de los mismos; sin embargo, también pueden emplearse otros polioles. El poliol suplementario puede incluirse en la composición de resina reactiva con isocianato en varias cantidades.
La composición de resina reactiva con isocianato incluye típicamente un catalizador. La composición de resina reactiva con isocianato puede incluir uno o más catalizadores adecuados seleccionados entre los conocidos en la técnica. El catalizador está típicamente presente en la composición de resina reactiva con isocianato para catalizar la reacción exotérmica entre la composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato. Debe apreciarse que el catalizador no se consume típicamente en la reacción exotérmica entre la composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato. Es decir, el catalizador participa típicamente en la reacción exotérmica, pero no se consume en ella. Los ejemplos de catalizadores adecuados incluyen, pero no se limitan a, catalizadores de gelificación, por ejemplo, catalizadores de amina en dipropilenglicol; catalizadores espumantes, por ejemplo, éter de bis(dimetilaminoetilo) en dipropilenglicol; y catalizadores metálicos, por ejemplo, estaño, bismuto, plomo, etc. En algunas realizaciones, la composición de resina reactiva con isocianato comprende uno o más catalizadores de amina, por ejemplo, N,N-dimetilciclohexilamina (DMCHA). Si se incluye, el catalizador puede incluirse en varias cantidades.
La composición de resina reactiva con isocianato incluye típicamente un estabilizador de espuma. La composición de resina reactiva con isocianato puede incluir uno o más estabilizadores de espuma adecuados seleccionados entre los conocidos en la técnica. Los ejemplos no limitantes de estabilizadores de espuma adecuados incluyen copolímeros de siloxanoxialquileno y otros organopolisiloxanos, alquilfenoles oxietilados, alcoholes grasos oxietilados, aceites de parafina, ésteres de aceite de ricino, ésteres de ácido ricinoleico, aceite rojo de castor sulfatado y aceite de cacahuete. En una realización, el estabilizador de espuma es un copolímero de polietersiloxano resistente a la hidrólisis. Si se incluye, el estabilizador de espuma puede incluirse en la composición de resina reactiva con isocianato en varias cantidades.
La composición de resina reactiva con isocianato puede incluir opcionalmente un tensioactivo. La composición de resina reactiva con isocianato puede incluir uno o más tensioactivos adecuados seleccionados entre los conocidos en la técnica. El tensioactivo típicamente soporta la homogeneización del agente espumante y el poliol y regula la estructura de celda de la espuma de poliuretano. Los ejemplos no limitantes de tensioactivos adecuados incluyen varios tensioactivos de silicona, sales de ácidos sulfónicos, por ejemplo, sales de metales alcalinos y/o amonio de ácido oleico, ácido esteárico, ácido dodecilbenceno o dinaftilmetano- disulfónico y ácido ricinoleico, estabilizadores de espuma tales como copolímeros de siloxanoxialquileno y otros organopolisiloxanos, alquil-fenoles oxietilados, alcoholes grasos oxietilados, aceites de parafina, aceite de ricino, ésteres de aceite de ricino y ésteres de ácido ricinoleico, y reguladores de celda, tales como parafinas, alcoholes grasos y dimetilpolisiloxanos. Si se incluye, el tensioactivo puede incluirse en la composición de resina reactiva con isocianato en varias cantidades.
La composición de resina reactiva con isocianato puede incluir opcionalmente un paquete UV (por ejemplo, un componente UV que comprende uno o más componentes UV tales como componentes UV seleccionados de absorbentes ultravioleta; estabilizadores de luz de amina impedida, abrillantadores ópticos y combinaciones de los mismos.
En muchas realizaciones, el paquete de UV comprende una o más de una amina, es decir, un solo tipo de amina o más de un tipo de amina. La amina puede incluir uno o más grupos amina. Es decir, la amina puede ser mono, di, tri, amina, etc. La amina puede incluir un grupo de amina terciaria, un grupo de amina secundaria, un grupo de amina primaria o combinaciones de las mismas. La amina puede incluir cualquier combinación de aminas terciarias, primarias y secundarias. Por ejemplo, la amina puede incluir 2 grupos de amina terciaria. En muchas realizaciones, la amina comprende 1 o más grupos -COOC-, 1 o más grupos piperdinilo y/o 1 o más grupos sebacato. En diversas realizaciones, la amina es hidroxi funcional, es decir, incluye 1 o más grupos hidroxilo. Una o más aminas del paquete UV son diferentes de los polioles y aditivos iniciados con amina descritos anteriormente.
En diversas realizaciones, la amina tiene un peso molecular promedio en peso (Mw) de aproximadamente 100 a aproximadamente 2000, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 1500, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 900, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 700, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 600, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 500, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 400, alternativamente de aproximadamente 200 a aproximadamente 300 g/mol.
En una realización particular, el paquete UV incluye (1) al menos 1 diamina múltiple funcional con piperdinilo y al menos unas primeras aminas, algunas de las cuales
Por ejemplo, en una de tales realizaciones, el paquete UV incluye:
(1) un primer componente líquido estabilizador de luz de amina impedida que comprende una mezcla de sebacato de bis(1,2,2,6,6, -pentametil-4-piperdinilo) y sebacato de 1-(metil)-8-(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperdinilo) típicamente dispersos en agua;
(2) un segundo estabilizador líquido de luz de amina impedida (absorbente de UV de hidroxifenil-triazina (HPT)) que comprende una mezcla de 2-[4-[(2-hidroxi-3-dodeciloxipropil)oxi]-2-hidroxifenil]-4,6-bis(2,4-dimetilfenil)-1,3,5-triazina y 2-[4-[(2hidroxi-3-trideciloxipropil)oxi]-2-hidroxifenil]-4,6-bis(2,4-dimetilfenil)-1,3,5-triazina dispersas en 1-metoxi-2-propanol; y
(3) un abrillantador óptico que comprende una mezcla de N-(4-etoxicarbonilfenil)-N-fenil formamidina y tiene un contenido de OH de aproximadamente 13 a aproximadamente 15 mg/KOH/g y una viscosidad a 25 °C de aproximadamente 700 a aproximadamente 1500 cps cuando se prueba de acuerdo con la ASTM D2196-15. En varias realizaciones, una o más aminas del paquete UV están presentes en la composición reactiva con isocianato en una cantidad de menos de aproximadamente 10, menos de aproximadamente 8, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 6, alternativamente de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 8, alternativamente de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 7, alternativamente de aproximadamente 0,4 a aproximadamente 6 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción. Por ejemplo, una o más aminas pueden estar presentes en la composición reactiva con isocianato en cantidades de cualquiera de los siguientes valores de intervalo inferiores: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3.6, 3,7, 3,8, 3,9, 4, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9 o 5 a cualquiera de los siguientes valores de intervalo superiores: 1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3.6, 3,7, 3,8, 3,9, 4, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4, 6,5, 6,6, 6,7, 6,8, 6,7, 6,9, 7, 7,1, 7,2, 7,3, 7,4, 7,5, 7,6, 7,7, 7,8, 7,9 u 8 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato. Por supuesto, debe apreciarse que puede incluirse más de una amina en la composición lubricante, en cuyo caso la cantidad total de todas las aminas incluidas está dentro de los intervalos anteriores.
La composición de resina reactiva con isocianato puede incluir opcionalmente uno o más aditivos. El aditivo puede incluir cualquier aditivo adecuado o mezclas de aditivos conocidos en la técnica. Los aditivos adecuados para los propósitos de la presente invención incluyen, pero no se limitan a, extensores de cadena, reticulantes, terminadores de cadena, aditivos de procesamiento, promotores de adhesión, antioxidantes, desespumantes, agentes anti­ espumantes, captadores de agua, tamices moleculares, retardadores de llama, sílices pirógenas, rellenos, agentes tixotrópicos, siliconas, colorantes, diluyentes inertes y combinaciones de los mismos. Si se incluye, el aditivo puede incluirse en la composición de resina reactiva con isocianato en varias cantidades.
El componente de isocianato y la composición reactiva con isocianato reaccionan en presencia de un agente espumante para formar el artículo de espuma de poliuretano. Como se conoce en la técnica, durante la reacción exotérmica de la composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato, el agente espumante promueve la liberación de un gas de expansión que forma espacios, o celdas, en el artículo de espuma de poliuretano. El agente espumante puede ser un agente espumante físico, un agente espumante químico o una combinación de un agente espumante físico y un agente espumante químico. El agente espumante puede incluirse en la composición reactiva con isocianato.
La terminología agente espumante físico describe agentes espumantes que no reaccionan químicamente con el isocianato y/o el componente reactivo con isocianato. El agente espumante físico puede ser un gas o un líquido. El agente espumante físico líquido típicamente se evapora a gas cuando se calienta, y típicamente regresa a líquido cuando se enfría. Los ejemplos no limitantes de agentes espumantes físicos incluyen hidrofluorocarbonos (HFC), hidrocarburos y combinaciones de los mismos.
La terminología agente espumante químico describe agentes espumantes que reaccionan químicamente con el isocianato o con otros componentes para liberar un gas para la formación de espuma. Dos ejemplos específicos y no limitantes de agentes espumantes químicos son el agua y el ácido fórmico. En varias realizaciones, el agente espumante incluye ácido fórmico, agua y combinaciones de los mismos.
Como se estableció anteriormente, el artículo de espuma de poliuretano comprende el producto de reacción del componente de isocianato y la composición reactiva con isocianato. Típicamente, la composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato se combinan con un índice de isocianato de aproximadamente 75 a aproximadamente 140, alternativamente de aproximadamente 90 a aproximadamente 140, alternativamente de aproximadamente 90 a aproximadamente 130, alternativamente de aproximadamente 90 a aproximadamente 130, alternativamente de aproximadamente 100 a aproximadamente 130, alternativamente de aproximadamente 110 a aproximadamente 130, alternativamente de aproximadamente 115 a aproximadamente 125.
En muchas realizaciones, el artículo de espuma de poliuretano es un núcleo de tabla de surf, es decir, se usa para formar una tabla de surf. El sistema de poliuretano de la presente invención produce un artículo de espuma de poliuretano que tiene una resistencia, color y estabilidad del color excelentes. Sin estar unido a ninguna teoría, se cree que el poliol específico reaccionó para producir el prepolímero de isocianato y la formación del prepolímero reduce la exotermia producida cuando el componente isocianato y el componente reactivo con isocianato reaccionan para formar el núcleo de la tabla de surf. Además, la combinación particular de polioles terminados secundarios lentos y "lentos" con un poliol "catalítico" incluido en la composición reactiva con isocianato reaccionan para producir núcleos de tablas de surf que tienen una resistencia excelente, una estructura uniforme de celdas y una apariencia blanca con excelente estabilidad UV. Esto es, la exotermia se controla con la producción primero de un prepolímero de isocianato y luego se controla adicionalmente mediante la reacción de isocianato con una combinación particular de polioles "lentos" y polioles "catalíticos" para proporcionar resultados inesperados excelentes.
Además, el sistema de poliuretano forma un núcleo de tabla de surf el cual se moldea y pule bien. Además, las tablas de surf formadas a partir de los núcleos de tablas de surf de la presente invención tienen mejor rendimiento que las tablas de surf formadas a partir de núcleos de espumas convencionales que comprenden espumas a base de toluendiisocianato o espumas estirénicas.
En una realización, también se describe en la presente descripción un artículo compuesto que incluye el artículo de espuma de poliuretano como núcleo/pieza de tabla de surf y una composición laminada que comprende resina epoxi y fibra de vidrio dispuesta sobre el artículo de espuma de poliuretano. En otra realización, el núcleo de tabla de surf se recubre con una composición laminada que comprende resina de poliéster (a diferencia de la composición laminada que comprende resina epoxi y fibra de vidrio) para formar el laminado. En diversas realizaciones, debido a que el artículo de espuma de poliuretano/núcleo de tabla de surf tiene una estructura uniforme de celda y una resistencia excelente, solo se requiere un único recubrimiento o capa de la composición laminada.
Un Método para Fabricar el Artículo de Espuma de Poliuretano
La materia de invención también proporciona un método para fabricar el artículo de espuma de poliuretano que comprende las etapas de hacer reaccionar el primer poliéter de poliol y diisocianato de difenilmetano para formar el prepolímero de isocianato, y hacer reaccionar el prepolímero de isocianato con la composición reactiva con isocianato en presencia del agente espumante para formar el artículo de espuma de poliuretano. El componente de isocianato, el prepolímero de isocianato y la composición reactiva con isocianato son exactamente como se describe anteriormente.
La composición de resina reactiva con isocianato sin reaccionar, el componente de isocianato y el agente espumante se denominan colectivamente sistema de poliuretano. El método incluye las etapas de proporcionar la composición de resina reactiva con isocianato, el componente de isocianato y el agente espumante. En otras palabras, la composición de resina reactiva con isocianato, el componente de isocianato y el agente espumante pueden suministrarse para uso en el método. El agente espumante puede proporcionarse con la composición de resina reactiva con isocianato o puede proporcionarse por separado. Típicamente, la composición de resina reactiva con isocianato y el componente de isocianato se formulan fuera del sitio y se entregan a un área donde estos se usan. Típicamente, el sistema de poliuretano, incluida la composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato, se suministran conjuntamente.
La composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato pueden combinarse (reaccionar) mediante cualquier mecanismo conocido en la técnica para formar la mezcla de reacción. Típicamente, la etapa de combinación se produce en un aparato de mezclado, como un mezclador estático, una cámara de mezclado por impacto o una bomba de mezclado. La composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato también pueden combinarse en una boquilla de pulverización.
En una realización típica, la etapa de hacer reaccionar el prepolímero de isocianato con la composición reactiva con isocianato se define además como moldeo de una mezcla de reacción que comprende el prepolímero de isocianato y la composición reactiva con isocianato. Por ejemplo, la mezcla de reacción puede moldearse en la forma de una tabla de surf, es decir, en un núcleo de tabla de surf. En tales realizaciones, la etapa de moldeo puede realizarse a una presión de aproximadamente 100 psi a aproximadamente 2000, alternativamente de aproximadamente 200 a aproximadamente 2000, alternativamente de aproximadamente 1000 psi a aproximadamente 2000, alternativamente de aproximadamente 1250 a aproximadamente 1750 psi y/o temperaturas de aproximadamente 25 a aproximadamente 95 °C. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción. Por ejemplo, la etapa de moldeo puede realizarse a presiones de cualquiera de los siguientes valores de intervalo inferiores: 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 o 1500 a cualquiera de los siguientes valores de intervalo superiores: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, o 2000 psi. Por ejemplo, la etapa de moldeo puede realizarse a temperaturas de cualquiera de los siguientes valores de intervalo inferiores: 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 a cualquier de los siguientes valores de intervalos superiores: 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 o 95, °C.
En algunas realizaciones del método, el artículo de espuma de poliuretano se cura (en el molde o fuera del molde) a temperaturas de cualquiera de los siguientes valores de intervalo inferiores 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 a cualquiera de los siguientes valores de intervalo superiores 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 o 95, °C, para tiempos de cualquiera de los siguientes valores de intervalo inferiores 1, 2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, a cualquiera de los siguientes valores de intervalo superiores: 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, minutos.
En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
En algunas realizaciones del método, la composición de resina reactiva con isocianato y el isocianato se calientan a una temperatura de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 55 °C antes de la etapa de reacción/moldeo. En el método, la composición de resina reactiva con isocianato y el componente de isocianato o prepolímero de isocianato reaccionan con un índice de isocianato como se ha establecido anteriormente, por ejemplo, con un índice de isocianato de aproximadamente 90 a aproximadamente 120.
El método puede incluir la etapa de aplicación de una composición de laminado sobre la superficie exterior de un artículo de espuma de poliuretano (por ejemplo, un núcleo de tabla de surf) para formar el laminado. En algunas realizaciones, la composición laminada del método comprende resina de poliéster. En otras realizaciones, la composición laminada del método comprende resina epoxi y fibra de vidrio. Además, el método puede incluir la etapa de calentamiento del artículo de espuma de poliuretano que tiene la composición laminada sobre el mismo para curar la composición laminada y formar un laminado. Por ejemplo, el artículo de espuma de poliuretano que tiene la composición laminada dispuesta sobre él a una temperatura de 35 a 85 °C durante hasta 8 horas. En varias realizaciones no limitantes, todos los valores e intervalos de valores entre los valores mencionados anteriormente se contemplan expresamente en la presente descripción.
Los siguientes ejemplos están destinados a ilustrar la presente invención y no deben considerarse de ningún modo como limitantes del alcance de la presente invención.
Ejemplo
El ejemplo 1 se describe en la presente descripción. El componente de isocianato del ejemplo 1 consiste esencialmente en el prepolímero de isocianato. El prepolímero de isocianato se describe en la Tabla 1, con cantidades en % en peso basadas en el peso total de los componentes usados para formar el prepolímero de isocianato o basadas en el peso total del prepolímero de isocianato. Los componentes de la Tabla 1 se combinan o reaccionan para formar el prepolímero de isocianato.
Tabla 1: Formación del Prepolímero de Isocianato
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El isocianato es el diisocianato de difenilmetano que comprende trazas (por ejemplo, menos de 0,5 % en peso) de 2,2'-isómero, aproximadamente 50 % en peso de 2,4'-isómero y aproximadamente 50 % en peso del 4,4'-isómero. El primer poliéter de poliol es un poliéter de poliol iniciado con pentaeritritol con un cubrimiento de PO el cual tiene: una funcionalidad de aproximadamente 4; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 400 g/mol y un índice de hidroxilo de aproximadamente 555 mg KOH/g.
El sistema de isocianato del Ejemplo 1 se describe en la Tabla 2, con cantidades en % en peso basadas en el peso total de la composición reactiva con isocianato. Los componentes de la Tabla 2 reaccionan a presión en un molde para formar el artículo de espuma de poliuretano que tiene la forma de un núcleo de tabla de surf.
Tabla 2: El Artículo de Espuma de Poliuretano
Figure imgf000012_0001
El segundo poliéter de poliol es un poliéter de poliol iniciado con sorbitol con cubrimiento de PO el cual tiene: una funcionalidad de aproximadamente 6; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 687 g/mol y un índice de hidroxilo de aproximadamente 490 mg KOH/g.
El tercer poliéter de poliol es un poliéter de poliol iniciado con glicerina con cubrimiento de PO el cual tiene: una funcionalidad de aproximadamente 3; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 700 g/mol, y un índice de hidroxilo de aproximadamente 222 a aproximadamente 237 mg KOH/g.
El poliol catalítico iniciado por amina es un poliéter de poliol con cubrimiento de OE el cual tiene: una funcionalidad de aproximadamente 4; un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 334 g/mol, y un índice de hidroxilo de aproximadamente 500 mg KOH/g.
El Estabilizador de Espuma es un copolímero de polietersiloxano resistente a la hidrólisis.
Los catalizadores A y B son catalizadores de amina.
El paquete UV comprende sebacato de bis(1,2,2,6,6,-pentametil-4-piperdinilo) y sebacato de 1-(metil)-8-(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperdinilo), 2-[4-[(2-hidroxi-3-dodeciloxipropil)oxi]-2-hidroxifenil]-4,6-bis(2,4-dimetilfenil)-1,3,5-triazina, 2-[4-[(2-hidroxi-3-trideciloxipropil)oxi]-2-hidroxifenil]-4,6-bis(2,4-dimetilfenil)-1,3,5-triazina y N-(4-etoxicarbonilfenil)-N-fenil formamidina.
El Agente Espumante A es agua.
El Agente Espumante B es ácido fórmico.
Ventajosamente, el artículo de espuma de poliuretano de la presente invención mejora la técnica anterior. Esto es, el sistema de poliuretano del Ejemplo 1 produce un artículo de espuma de poliuretano el cual tiene una resistencia, color y estabilidad de color excelentes cuando se usa como/en un núcleo de tabla de surf. La combinación particular de polioles secundarios lentos y "lentos" terminados con un poliol "catalítico" incluido en la composición reactiva con isocianato reacciona para producir núcleos de tablas de surf que tienen una resistencia excelente, una estructura de celda uniforme y una apariencia blanca con excelente estabilidad UV. Esto es, la exotermia del poliuretano se controla con la producción primero de un prepolímero de isocianato, y luego se controla adicionalmente mediante la reacción del isocianato con una combinación particular de polioles "lentos" y polioles "catalíticos" para proporcionar resultados inesperados excelentes.
Además, el sistema de poliuretano del Ejemplo 1 forma un núcleo de tabla de surf que moldea y pule bien. Además, las tablas de surf formadas a partir de los núcleos de tablas de surf de la presente invención tienen mejor rendimiento que las tablas de surf formadas a partir de núcleos de espumas convencionales que comprenden espumas a base de toluendiisocianato o espumas estirénicas.
También debe entenderse que cualquier intervalo y subintervalo en el que se basa para describir diversas realizaciones de la presente invención, independiente y colectivamente, se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, y se entiende que describen y contemplan todos los intervalos, incluidos los valores totales y/o fraccionarios, incluso si tales valores no están expresamente escritos en la presente descripción. Un experto en la técnica reconocerá fácilmente que los intervalos y subintervalos enumerados describen suficientemente y permiten diversas realizaciones de la presente invención, y tales intervalo y subintervalos pueden delimitarse adicionalmente en mitades, tercios, cuartos, quintos, etc. Como solo un ejemplo, un intervalo "de 0,1 a 0,9" puede delinearse más en un tercio inferior, es decir, de 0,1 a 0,3, un tercio medio, es decir, de 0,4 a 0,6, y un tercio superior, es decir, de 0,7 a 0,9, los cuales individualmente, y colectivamente están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, y puede ser confiable individualmente y/o colectivamente y proporcionan un soporte adecuado para realizaciones específicas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Además, con respecto al lenguaje el cual define o modifica un intervalo, tal como "al menos", "mayor que", "menor que", "no más que" y similares, debe entenderse que tal lenguaje incluye subintervalos y/o un límite superior o inferior. Como otro ejemplo, un intervalo de "al menos 10" incluye inherentemente un subintervalo de al menos 10 a 35, un subintervalo de al menos 10 a 25, un subintervalo de 25 a 35, y así sucesivamente, y cada subintervalo puede ser confiable individualmente y/o colectivamente y proporciona un soporte adecuado para realizaciones específicas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Finalmente, puede confiarse en un número individual dentro de un intervalo descrito y proporción un soporte adecuado para realizaciones específicas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, un intervalo "de 1 a 9" incluye varios números enteros individuales, como 3, así como números individuales que incluyen un punto decimal (o fracción), como 4,1, los cuales son confiables y proporcionan el soporte adecuado para determinadas realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención se ha descrito de manera ilustrativa, y debe entenderse que la terminología la cual se ha usado pretende ser de naturaleza descriptiva más que de limitación.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Un artículo de espuma de poliuretano que comprende el producto de reacción de:
(A) un componente de isocianato que comprende un prepolímero de isocianato, dicho prepolímero de isocianato comprende el producto de reacción de:
(i) un primer poliéter de poliol; y
(ii) un diisocianato de difenilmetano, dicho diisocianato de difenilmetano comprende:
de 40 % en peso a 60 % en peso de 2,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano;
de 40 % en peso a 60 % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y
menos de 10 % en peso de 2,2'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y (B) una composición reactiva con isocianato que comprende:
(i) un segundo poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales; y
(ii) un poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene grupos hidroxilo primarios;
en presencia de un agente espumante.
2. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en la reivindicación 1, en donde dicho primer poliéter de poliol tiene un peso molecular promedio en peso de 200 a 900 g/mol.
3. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en la reivindicación 1 o 2, en donde dicho primer poliéter de poliol tiene una funcionalidad hidroxilo de 2 a 5.
4. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicho primer poliéter de poliol comprende más de 99 % de cubrimientos terminales de propilenoxi en base al número total de cubrimientos terminales presentes en dicho primer poliéter de poliol.
5. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicho primer poliéter de poliol está presente en dicho prepolímero de isocianato en una cantidad de 2 a 20 % en peso basado en el peso total de dicho prepolímero de isocianato, y dicho diisocianato de difenilmetano está presente en dicho prepolímero de isocianato en una cantidad de 80 a 98 % en peso basado en el peso total de dicho prepolímero de isocianato.
6. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicho prepolímero de isocianato tiene un contenido de NCO de 15 a 40 % en peso basado en el peso total de dicho prepolímero de isocianato.
7. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicho segundo poliéter de poliol tiene un peso molecular promedio en peso de 400 a 2000 g/mol y/o una funcionalidad hidroxilo de 4 a 8.
8. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicho segundo poliéter de poliol está presente en dicha composición reactiva con isocianato en una cantidad de 20 a 90 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato.
9. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicha composición reactiva con isocianato comprende además un tercer poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales el cual es diferente de dicho segundo poliéter de poliol.
10. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en la reivindicación 9, en donde dicho tercer poliéter de poliol tiene un peso molecular promedio en peso de 300 a 1500 g/mol y/o una funcionalidad hidroxilo de 2 a 4.
11. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en la reivindicación 9 o 10, en donde dicho tercer poliéter de poliol está presente en dicha composición reactiva con isocianato en una cantidad de 20 a 60 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato.
12. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicho poliéter de poliol catalítico iniciado por amina tiene un peso molecular promedio en peso de 200 a 1500 g/mol y/o una funcionalidad hidroxilo de 2 a 6.
13. Un artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente, en donde dicho poliéter de poliol catalítico iniciado por amina está presente en dicha composición reactiva con isocianato en una cantidad inferior a 10 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato.
14. Un artículo compuesto que comprende:
un núcleo que comprende dicho artículo de espuma de poliuretano como se establece en cualquier reivindicación precedente; y
un laminado que comprende fibra de vidrio y epoxi dispuesto sobre dicho artículo de espuma de poliuretano.
15. Una tabla de surf que comprende dicho artículo compuesto como se establece en cualquier reivindicación precedente.
16. Un método para fabricar un artículo de espuma de poliuretano que comprende las etapas de:
(A)hacer reaccionar un primer poliéter de poliol y diisocianato de difenilmetano para formar un prepolímero de isocianato, en donde el diisocianato de difenilmetano comprende:
de 40 % en peso % en peso de 2,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano;
de 40 % en peso % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y
menos de 10 % en peso de 2,2'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y (B)hacer reaccionar el prepolímero de isocianato con una composición reactiva con isocianato en presencia de un agente espumante para formar el artículo de espuma de poliuretano, la composición de resina reactiva con isocianato comprende:
(i) un segundo poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales; y
(ii) un poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene grupos hidroxilo primarios.
17. Un sistema de poliuretano para uso en la formación de un artículo de espuma de poliuretano para una tabla de surf, dicho sistema de poliuretano comprende:
(A) un componente de isocianato que comprende un prepolímero de isocianato, dicho prepolímero de isocianato comprende el producto de reacción de:
(i) un primer poliéter de poliol; y
(ii) un diisocianato de difenilmetano, dicho difenilmetano comprende:
de 40 % en peso a 60 % en peso de 2,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano;
de 40 % en peso a 60 % en peso de 4,4'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y
menos de 10 % en peso de 2,2'-isómero basado en el peso total del diisocianato de difenilmetano; y (B) una composición reactiva con isocianato que comprende:
(i) un segundo poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales y una funcionalidad hidroxilo de 5 a 7;
(ii) un tercer poliéter de poliol que tiene grupos hidroxilo secundarios terminales y una funcionalidad hidroxilo de 2 a 4; y
(iii) un poliéter de poliol catalítico iniciado por amina que tiene grupos hidroxilo primarios y está presente en dicha composición reactiva con isocianato en una cantidad inferior a 10 % en peso basado en el peso total de dicha composición reactiva con isocianato.
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