ES2901417T3

ES2901417T3 - Espuma de poliuretano con dispersión acuosa de polímero

Info

Publication number: ES2901417T3
Application number: ES15825696T
Authority: ES
Inventors: Kaoru Aou; Joseph Jacobs; Christopher Thiede
Original assignee: Dow Global Technologies LLC; Rohm and Haas Co
Current assignee: Dow Global Technologies LLC; Rohm and Haas Co
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: BR112017011940B1; EP3233956A1; EP3233956B1; PT3233956T; US20170320995A1; WO2016100306A1; HUE057686T2; AU2015362724B2; AU2015362724A1; PL3233956T3; JP6636525B2; US10450401B2; CN107001573A; BR112017011940A2; JP2017538825A; MX2017007080A; CN107001573B

Abstract

Un sistema de reacción para formar una espuma de poliuretano que tiene una resiliencia superior al 20 % medida según la norma ASTM D 3574, comprendiendo el sistema de reacción: un componente de isocianato que incluye al menos un isocianato, siendo un índice de isocianato del sistema de reacción de 70 a 150; y un componente reactivo con isocianato que es una mezcla formada mediante la adición de al menos un componente de poliol, un componente de aditivo y una dispersión acuosa de polímero preformado, incluyendo la mezcla: del 50,0 % en peso al 99,8 % en peso de un componente de poliol, basado en el peso total de la mezcla, incluyendo el componente de poliol al menos un poliol de poliéter, del 0,1 % en peso al 50,0 % en peso de un componente de aditivo, basado en el peso total de la mezcla, que incluye al menos un catalizador, y del 0,1 % en peso al 6,0 % en peso de una dispersión acuosa de polímero preformado, basado en el peso total de la mezcla, teniendo la dispersión acuosa de polímero preformado un contenido de sólidos del 10 % en peso al 80 % en peso, basado en el peso total de la dispersión acuosa de polímero, y siendo una de una dispersión acuosa polimérica ácida o una dispersión acuosa polimérica de poliolefina modificada con ácido en la que la poliolefina se deriva de al menos una alfa-olefina de C2 a C20.

Description

DESCRIPCIÓN

Espuma de poliuretano con dispersión acuosa de polímero

Campo

Las realizaciones se refieren a espumas de poliuretano preparadas usando una dispersión acuosa de polímero preformado y un método de fabricación de tales espumas de poliuretano.

Introducción

La espuma de poliuretano (tal como la espuma de alta resiliencia, la espuma convencional/espuma en placa, la espuma de baja densidad, la espuma de alta densidad, la espuma rígida y/o la espuma viscoelástica) se caracteriza por la formación de polímeros de poliuretano. Los polímeros de poliuretano pueden ser polímeros termoendurecibles. Por ejemplo, los polímeros de poliuretano se pueden usar en productos de espuma tales como asientos, paneles de espuma rígida, productos elastoméricos (tales como sellos, juntas, ruedas, neumáticos, etc.), adhesivos, revestimientos, selladores, aplicaciones de confort (tales como ropa de cama y almohadas), aplicaciones de absorción de impactos (tales como en cascos y acolchados deportivos) y aplicaciones insonorizadas (tales como interiores de automóviles). El Documento de Patente Europea de Número EP 2 172 501 A1 describe espumas de poliuretano flexibles con una resiliencia de al menos el 40 % según la norma ASTM D3574, obteniéndose las espumas a partir de una composición de poliol que comprende partículas de polímero dispersas tales como polioles de poliéter a base de SAN (por su siglas, estireno/acrilonitrilo).

Resumen

Las realizaciones se pueden realizar proporcionando un sistema de reacción para formar una espuma de poliuretano que tenga una resiliencia superior al 20 % medida según la norma ASTM D 3574, incluyendo el sistema de reacción un componente de isocianato que tiene al menos un isocianato y un índice de isocianato del sistema de reacción es de 70 a 150; y un componente reactivo con isocianato que es una mezcla formada mediante la adición de al menos un componente de poliol, un componente de aditivo y una dispersión acuosa de polímero preformado. La mezcla incluye del 50,0 % en peso al 99,8 % en peso de un componente de poliol, basado en el peso total de la mezcla, incluyendo el componente de poliol al menos un poliol de poliéter, del 0,1 % en peso al 50,0 % en peso de un componente de aditivo, basado en el peso total de la mezcla, que incluye al menos un catalizador, y del 0,1 % en peso al 6,0 % en peso de una dispersión acuosa de polímero preformado, basado en el peso total de la mezcla. La dispersión acuosa de polímero preformado tiene un contenido de sólidos del 10 % en peso al 80 % en peso, basado en el peso total de la dispersión acuosa de polímero preformado, y es una de una dispersión acuosa polimérica ácida o una dispersión acuosa polimérica de poliolefina modificada con ácido en la que la poliolefina se deriva de al menos un alfaolefina de C²a C²⁰.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra una representación esquemática ejemplar de un aparato de extrusión por fusión usado para preparar una dispersión acuosa de polímero preformado.

Descripción detallada

Una espuma de poliuretano (tal como una espuma flexible convencional y/o una espuma de alta resiliencia) se puede caracterizar por tener una resiliencia superior al 20 % medida según la norma ASTM D 3574 (también se puede denominar prueba de rebote de bola) . Por ejemplo, la resiliencia puede ser superior al 20 % y hasta el 45 % para una espuma flexible convencional. La resiliencia puede ser superior al 45 % para una espuma de alta resiliencia. Por ejemplo, la resiliencia puede ser inferior al 75 % para la espuma de alta resiliencia.

Las espumas de poliuretano se pueden preparar usando un sistema de reacción que incluye un componente de isocianato y un componente reactivo con isocianato. En particular, la espuma de poliuretano se forma como el producto de reacción del componente de isocianato y del componente reactivo con isocianato. El componente de isocianato incluye al menos un isocianato tal como un prepolímero terminado en isocianato y/o un poliisocianato. El componente reactivo con isocianato incluye al menos un compuesto con un grupo de átomo de hidrógeno reactivo con isocianato, tal como un grupo hidroxilo y/o un grupo amina. El componente de isocianato y/o el componente reactivo con isocianato pueden incluir un aditivo tal como un catalizador, un agente de curado, un tensioactivo, un agente de expansión, una poliamina y/o una carga.

Según realizaciones, el componente reactivo con isocianato incluye al menos tres componentes. En particular, el componente reactivo con isocianato incluye un componente de poliol, un componente de aditivo y una dispersión acuosa de polímero preformado.

El componente de poliol representa del 50,0 % en peso al 99,8 % en peso (por ejemplo, del 60,0 % en peso al 99,8 % en peso, del 70,0 % en peso al 99,5 % en peso, del 80,0 % en peso al 99,0 % en peso, del 90,0 % en peso al 99,0 % en peso, etc. para ser el componente mayoritario en el sistema de reacción para formar la espuma de poliuretano) del componente reactivo con isocianato. El componente de poliol incluye al menos un poliol de poliéter y opcionalmente puede incluir al menos un poliol de poliéster.

El componente de aditivo puede incluir un catalizador, un agente de curado, un tensioactivo, un agente de expansión, una poliamina, agua y/o una carga. El componente de aditivo representa del 0,1 % en peso al 50,0 % en peso (por ejemplo, del 0,1 % en peso al 40,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 30,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 20,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 15,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 10,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 5,0 % en peso, etc.) del componente de aditivo, basado en el peso total del componente reactivo con isocianato. El componente de aditivo en realizaciones ejemplares incluye al menos un catalizador y al menos un tensioactivo.

La dispersión acuosa de polímero preformado representa del 0,1 % en peso al 6,0 % en peso (por ejemplo, del 0,1 % en peso al 5,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 4,1 % en peso, del 0,1 % en peso al 4,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 3,5 % en peso, del 0,1 % en peso al 3,0 % en peso, del 0,4 % en peso al 2,5 % en peso, del 0,5 % en peso al 2,4 % en peso, etc.) del componente reactivo con isocianato. La dispersión acuosa de polímero preformado es una de una dispersión acuosa polimérica ácida o una dispersión acuosa polimérica de poliolefina modificada con ácido en la que la poliolefina se deriva de al menos una alfa-olefina de C²a C²⁰(por ejemplo, al menos una alfa-olefina de C²a C¹⁰y/o una alfa-olefina de C²a C8). La dispersión acuosa de polímero preformado tiene un contenido de sólidos del 10 % en peso al 80 % en peso, basado en el peso total de la dispersión acuosa de polímero preformado. La dispersión de polímero acuosa puede ser una combinación de una o más dispersiones poliméricas acuosas que se usan para formar la espuma de poliuretano.

La espuma de poliuretano preparada usando el aditivo de dispersión acuosa de polímero preformado puede tener un flujo de aire superior a aproximadamente 2,4 l/s (5,0 pies cúbicos estándar por minuto (scfm)) en condiciones estándar. Por ejemplo, se puede preparar una espuma de poliuretano que tenga un mayor flujo de aire sin sacrificar la resiliencia.

Dispersión acuosa de polímero preformado

La dispersión acuosa de polímero incluye al menos (a) un polímero base que incluye un polímero ácido y/o un polímero de poliolefina modificado con ácido y (b) un medio fluido (en este caso agua), en donde el polímero base está disperso en el medio fluido. La dispersión acuosa de polímero preformado puede ser un componente de fase líquida continua en condiciones ambientales de temperatura ambiente y presión atmosférica y se deriva de una fase líquida (es decir, el medio fluido) y una fase sólida (es decir, el polímero base).

En realizaciones, la dispersión acuosa de polímero preformado es una de una dispersión acuosa polimérica ácida o una dispersión acuosa polimérica de poliolefina modificada con ácido en la que la poliolefina se deriva de al menos una alfa-olefina de C²a C²⁰. Por dispersión polimérica ácida se entiende una dispersión acuosa preparada con un polímero a base de ácido. Por dispersión acuosa polimérica de poliolefina modificada con ácido se entiende una dispersión acuosa preparada con un polímero de poliolefina modificada con ácido. Por derivado de al menos una alfaolefina de C²a C²⁰se entiende que la poliolefina es un polímero preparado usando al menos una alfa-olefina, en la que cada alfa-olefina usada es una de alfa-olefina de C²a C²⁰(por ejemplo, la poliolefina se puede derivar de al menos uno de etileno, propileno, butileno, hexeno y/u octeno). En realizaciones ejemplares, la poliolefina puede ser un polímero a base de etileno y/o un polímero a base de propileno.

Como se usa en la presente invención, por polímero se entiende un compuesto preparado mediante polimerización de monómeros, ya sean del mismo tipo o de un tipo diferente. Por tanto, el término polímero abarca el término homopolímero, normalmente empleado para referirse a polímeros preparados a partir de un solo tipo de monómero, y el término interpolímero. También abarca todas las formas de interpolímeros, por ejemplo, aleatorio, de bloques, homogéneo, heterogéneo, etc. Por copolímero/interpolímero se entiende un polímero preparado mediante la polimerización de al menos dos tipos diferentes de monómeros. Estos términos incluyen tanto copolímeros clásicos, es decir, polímeros preparados a partir de dos tipos diferentes de monómeros, como polímeros preparados a partir de más de dos tipos diferentes de monómeros, por ejemplo, terpolímeros, tetrapolímeros, etc.

Por polímero a base de etileno se entiende un polímero que incluye un porcentaje en peso mayoritario de monómero de etileno polimerizado (basado en el peso total de monómeros polimerizables), y opcionalmente puede comprender al menos un comonómero polimerizado diferente de etileno (tal como al menos uno seleccionado de una alfa-olefina de C³a C²⁰) para formar un interpolímero a base de etileno. Por ejemplo, cuando el polímero a base de etileno es un copolímero de etileno-propileno, la cantidad de etileno puede ser superior al 50 % en peso, basado en el peso total del copolímero. "Unidades derivadas de etileno" y términos similares significan las unidades de un polímero que se formó a partir de la polimerización de monómeros de etileno.

Por polímero a base de propileno se entiende un polímero que incluye un porcentaje en peso mayoritario de monómero de propileno polimerizado (basado en el peso total de monómeros polimerizables), y opcionalmente puede comprender al menos un comonómero polimerizado diferente de propileno (tal como al menos uno seleccionado de una alfa-olefina de C²y de C⁴a C²⁰) para formar un interpolímero a base de propileno. Por ejemplo, cuando el polímero a base de propileno es un copolímero de propileno-etileno, la cantidad de propileno puede ser superior al 50 % en peso, basado en el peso total del copolímero. "Unidades derivadas de propileno" y términos similares significan las unidades de un polímero que se formó a partir de la polimerización de monómeros de propileno.

La dispersión acuosa polimérica ácida ejemplar puede incluir interpolímeros de etileno-ácido acrílico, interpolímeros de etileno-ácido metacrílico y/o interpolímeros de etileno-ácido crotónico. El interpolímero de etileno-ácido acrílico se prepara mediante la copolimerización de al menos etileno y ácido acrílico. El interpolímero de etileno-ácido metacrílico se prepara mediante la copolimerización de al menos etileno y ácido metacrílico. El interpolímero de etileno-ácido crotónico se prepara mediante la copolimerización de al menos etileno y ácido crotónico. Se entiende que en una dispersión acuosa polimérica ácida de este tipo, las realizaciones ejemplares no se limitan a interpolímeros de etilenoácido acrílico, interpolímeros de etileno-ácido metacrílico y/o interpolímeros de etileno-ácido crotónico. Por ejemplo, el etileno se puede copolimerizar con más de uno de los siguientes: ácido acrílico, ácido metacrílico y/o ácido crotónico.

Las dispersiones acuosas poliméricas ácidas ejemplares pueden incluir al menos un copolímero de etileno-ácido acrílico (EAA) (y/o copolímero de etileno-ácido metacrílico) como polímero base que se dispersa en el medio fluido (en este caso agua). La dispersión puede estar habilitada por la tecnología BLUEWAVE™, que es una tecnología de dispersión mecánica de propiedad y patentada que es una marca comercial de The Dow Chemical Company o de una compañía afiliada de The Dow Chemical Company. Por ejemplo, el EAA se puede preparar mediante la copolimerización de etileno con ácido acrílico, que produce copolímeros de etileno-ácido acrílico EAA. El copolímero de etileno-ácido acrílico puede tener un contenido de ácido acrílico de al menos el 10 % en peso (por ejemplo, del 10 % en peso al 70 % en peso, del 10 % en peso al 60 % en peso, del 10 % en peso al 50 % en peso, del 10 % en peso al 40 % en peso, del 10 % en peso al 30 % en peso y/o del 15 % en peso al 25 % en peso). Copolímeros de EAA ejemplares están disponibles como productos PRIMACOR™, disponibles de The Dow Chemical Company. El copolímero de EAA puede tener un índice de fusión de 100 a 2.000 g/10 minutos (Método de la norma ASTM D-1238 a 190°C y 2,16 kg). El copolímero de EAA puede tener una viscosidad Brookfield de 5.000 a 13.000 cps a 177°C (350°F) y está disponible en The Dow Chemical Company.

El copolímero de etileno-ácido metacrílico se puede preparar mediante la copolimerización de etileno con ácido metacrílico. Ejemplos de copolímeros de etileno-ácido acrílico, etileno-ácido metacrílico y/o etileno-ácido crotónico se discuten en los Documentos de Patente de los EE.UU. de Números 4.599.392 y/o 4.988.781.

Las dispersiones acuosas poliméricas de poliolefinas modificadas con ácido ejemplares incluyen las dispersiones vendidas como productos HYPOD™, disponibles de The Dow Chemical Company. Los productos HYPOD™ pueden estar habilitados por la tecnología BLUEWAVE™, que es una tecnología de dispersión mecánica de propiedad y patentada que es una marca comercial de The Dow Chemical Company o de una compañía afiliada de The Dow Chemical Company. La tecnología BLUEWAVE™ puede usar un proceso mecánico de alto cizallamiento que puede funcionar tomando polímeros termoplásticos y elastómeros tradicionales y dividiéndolos en partículas submicrónicas. Las dispersiones acuosas poliméricas de polímero modificado con ácido pueden incluir dispersiones a base de propileno y dispersiones a base de etileno, que pueden combinar el rendimiento de los termoplásticos y elastómeros de alto peso molecular con las ventajas de la aplicación de una dispersión a base de agua de alto contenido de sólidos. La poliolefina de la dispersión puede ser una poliolefina catalizada por metaloceno. Poliolefinas ejemplares se venden en los productos AFFINITY™, ENGAGE™, VERSIFY™ e INFUSE™, disponibles en The Dow Chemical Company.

La dispersión acuosa de polímero se puede preparar usando un agente neutralizante. Agentes neutralizantes ejemplares incluyen amoniaco, hidróxido de amonio, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, hidróxido de litio y combinaciones de los mismos. Por ejemplo, si un grupo polar del polímero base es de naturaleza ácida o básica, el polímero se puede neutralizar parcial o totalmente con un agente neutralizante para formar una sal correspondiente. Con la dispersión de polímero modificado con ácido preparado usando EAA, el agente neutralizante es una base, tal como hidróxido de amonio, hidróxido de potasio y/o hidróxido de sodio. Los expertos en la técnica apreciarán que la selección de un agente neutralizante apropiado puede depender de la composición específica formulada, y que dicha elección está dentro del conocimiento de los expertos en la técnica.

La dispersión acuosa de polímero se puede preparar en un proceso de extrusión, por ejemplo, como se discute en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 8.318.257. La Figura 1 ilustra un diagrama esquemático a modo de ejemplo de un aparato de extrusión para fabricar dispersiones acuosas de polímero. Una extrusora 1 (tal como una extrusora de doble tornillo) se puede acoplar a un dispositivo de control de presión 2 (tal como una válvula de control de presión, un regulador de contrapresión, una bomba de masa fundida y/o una bomba de engranajes). Un depósito de agente neutralizante 3 y un depósito de agua inicial 4, cada uno de los cuales incluye una bomba (no mostrada), se pueden proporcionar en conexión con la extrusora 1. Las cantidades deseadas de agente neutralizante y de agua inicial se proporcionan desde el depósito de agente neutralizante 3 y desde el depósito de agua inicial 4, respectivamente. Se puede usar cualquier bomba adecuada, por ejemplo, en base al flujo deseado. El agente neutralizante y el agua inicial se pueden precalentar en un precalentador.

La resina polimérica (tal como un polímero ácido y/o un polímero de poliolefina) se puede alimentar desde el alimentador 7 a una entrada 8 de la extrusora 1, donde la resina se funde o se mezcla. La resina polimérica se puede proporcionar en forma de gránulos, polvo y/o escamas, por ejemplo. Se puede añadir un agente dispersante a la extrusora a través y junto con la resina polimérica o se puede proporcionar por separado a la extrusora 1. Por ejemplo, el polímero (y el agente dispersante si se incluye) se puede fundir, mezclar y transportar mediante tornillos en una zona de mezcla y transporte. La resina polimérica fundida se entrega luego desde la zona de mezcla y transporte a una zona de emulsificación de la extrusora donde se añaden las cantidades iniciales de agua y de agente neutralizante (procedentes de los depósitos 3 y 4) a través de una entrada 5. La mezcla emulsionada resultante se puede diluir adicionalmente al menos una vez usando agua adicional a través de la entrada 9 procedente del depósito 6 en una zona de dilución y enfriamiento de la extrusora 1. Como entendería un experto en la técnica, al menos a la vista del Documento de Patente de los EE.UU. de Número 8.318.257, el esquema de dilución de la mezcla emulsionada resultante se puede variar (por ejemplo, basándose en el contenido de sólidos deseado). Por ejemplo, la mezcla emulsionada se puede diluir adicionalmente con un medio de dispersión adicional procedente de depósitos adicionales en una zona de dilución de la extrusora 1. La dispersión se puede diluir hasta al menos el 30 por ciento en peso de la dispersión en la zona de dilución.

Con respecto a los tornillos en la zona de mezcla y de transporte, se pueden ubicar uno o más orificios de restricción giratorios a lo largo del tornillo. El orificio de restricción giratorio puede mejorar la estabilidad del proceso de formación de la dispersión. Se pueden usar orificios de restricción no giratorios. En algunas realizaciones, los tornillos pueden incluir discos de amasado de alta mezcla. Además los discos de amasado de alta mezcla 60 descritos anteriormente y, opcionalmente, los discos de amasado de bajo volumen libre 62, pueden minimizar la distribución del tamaño de partícula ponderado en volumen de las dispersiones formadas usando la extrusora 1.

La extrusora 1 incluye a lo largo de una longitud de la misma zonas de alta creación de emulsión de fase interna (HIPE, por sus siglas en inglés), por ejemplo, como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 8.318.257. Por ejemplo, la dispersión acuosa de polímero se puede preparar usando un sistema que incorpora zonas HIPE 12, en las que se varía la temperatura en las zonas. Dependiendo de la composición de la alimentación (tal como el polímero, agente dispersante, agente neutralizante, etc.), puede ser deseable tener zonas HIPE más largas o más cortas. Se pueden proporcionar múltiples puntos de inyección del medio de dispersión para permitir que las zonas HIPE se amplíen o acorten según sea necesario. A medida que se forma el tamaño de partícula de las partículas de polímero dispersas en la zona HIPE, se debe proporcionar una mezcla adecuada para desarrollar el tamaño de partícula deseado. Tener una longitud variable para la zona HIPE puede permitir que se procese una gama más amplia de polímeros en una sola extrusora, lo que proporciona flexibilidad de proceso, entre otros beneficios.

Los cilindros de la extrusora de doble tornillo, los tornillos y los puntos de inyección del medio de dilución se pueden variar de manera que la longitud al diámetro (L/D) de la zona HIPE sea al menos 16 cuando se produzcan dispersiones que contengan EEA. Los aparatos descritos anteriormente se pueden usar para producir dispersiones, en las que, en algunas realizaciones, la velocidad de alimentación del polímero puede variar de aproximadamente 22 a aproximadamente 907 kg/h (de aproximadamente 50 a aproximadamente 2.000 lb/h). En otras realizaciones, la velocidad de alimentación del polímero puede oscilar entre aproximadamente 45,4 y aproximadamente 454 kg/h (entre aproximadamente 100 y aproximadamente 1.000 lb/h). En otras realizaciones, la velocidad del tornillo puede oscilar entre aproximadamente 300 rpm y aproximadamente 1.200 rpm. En otras realizaciones más, la presión de descarga de la extrusora se puede mantener a una presión que varía de aproximadamente 21 bar a aproximadamente 56 bar (de aproximadamente 300 a aproximadamente 800 psig).

Componente de poliol

El componente de poliol incluye al menos un poliol de poliéter y/o poliol de poliéster. Ejemplos de polioles de poliéter son el producto de reacción de óxidos de alquileno (tales como al menos un óxido de etileno, óxido de propileno y/o óxido de butileno) con iniciadores que contienen de 2 a 8 átomos de hidrógeno activos por molécula. Iniciadores ejemplares incluyen etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, butanodiol, glicerol, trimetilolpropano, trietanolamina, pentaeritritol, sorbitol, etilendiamina, tolilendiamina, diaminodifenilmetano, polimetilen polifenilen poliaminas, atanolaminas , dietanolamina, mezclas de tales iniciadores. Polioles ejemplares incluyen los productos VORANOL™ y VORALUX™, disponibles en The Dow Chemical Company. El componente de poliol puede incluir polioles que se pueden usar para formar espumas de poliuretano.

Por ejemplo, el componente de poliol puede incluir al menos un poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno que tiene un contenido de óxido de etileno de menos del 20 % en peso, tiene una funcionalidad hidroxilo de 1,5 a 5,2 (por ejemplo, 2,0 a 4,5 y/o 2,5 a 4,5), y tiene un peso equivalente de hidroxilo de 200 g/equivalentes mol a 2.200 g/equivalentes mol (por ejemplo, de 300 g/equivalentes mol a 2.100 g/equivalentes mol, de 500 g/equivalentes mol a 2.000 g/equivalentes mol, de 800 g/equivalentes mol a 1.950 g/equivalentes mol y/o de 1.000 g/equivalentes mol a 1.900 g/equivalentes mol). Por ejemplo, el poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno se puede considerar un triol o tetraol.

El poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno puede representar al menos el 50 % en peso y hasta el 99 % en peso (por ejemplo, del 60 % al 99 % en peso, del 70 % al 99 % en peso, del 75 % al 99 % en peso, del 75 % en peso al 98 % en peso, del 80 % en peso al 98 % en peso, del 85 % en peso al 98 % en peso, y/o del 90 % en peso al 98 % en peso) del componente reactivo con isocianato, por ejemplo, cuando el componente de poliol se usa para fabricar una espuma flexible convencional/espuma en placa. Cuando el poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno se usa en espuma flexible convencional/espuma en placa, el peso equivalente de hidroxilo puede ser de 800 g/equivalentes mol a 1.500 g/equivalentes mol, y/o de 1.000 g/equivalentes mol a 1.300 g/equivalentes mol.

El poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno puede representar al menos el 50 % en peso y hasta el 99 % en peso (por ejemplo, del 55 % en peso al 99 % en peso, del 60 % al 95 % en peso, del 65 % al 90 % en peso, del 70 % en peso al 85 % en peso, y/o del 70 % en peso al 80 % en peso) del componente reactivo con isocianato, por ejemplo, cuando el componente de poliol se usa para preparar una espuma de alta resiliencia. Cuando el poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno se usa en espuma de alta resiliencia, el peso equivalente de hidroxilo puede ser de 1.000 g/equivalentes mol a 2.000 g/equivalentes mol y/o de 1.500 g/equivalentes mol a 1.950 g/equivalentes mol.

Por ejemplo, el componente de poliol puede incluir un poliol de poliéter de polioxietileno-polioxipropileno que tiene un contenido de óxido de etileno de al menos el 50 % en peso (al menos el 60 % en peso y/o al menos el 65 % en peso, y un resto de unidades derivadas de óxido de propileno) que tiene una funcionalidad hidroxilo de 2,7 a 8,2 (por ejemplo, de 4,0 a 7,5, de 5,0 a 7,5 y/o de 6,5 a 7,2), y tiene un peso equivalente de hidroxilo de 200 g/equivalentes mol a 2.200 g/equivalentes mol (por ejemplo de 300 g/equivalentes mol a 2.100 g/equivalentes mol, de 800 g/equivalentes mol a 2.000 g/equivalentes mol, de 1.000 g/equivalentes mol a 1.950 g/equivalentes mol y/o de 1.500 g/equivalentes mol a 1.950 g/equivalentes mol). El poliol de poliéter de polioxietileno-polioxipropileno que tiene un contenido de óxido de etileno de al menos el 50 % puede representar del 5 % en peso al 90 % en peso (por ejemplo, del 5 % al 70 % en peso, del 10 % al 50 % en peso, del 10 % al 40 % en peso, 15 % en peso a 35 % en peso y/o del 20 % en peso al 30 % en peso) del componente reactivo con isocianato, por ejemplo, cuando el componente de poliol se usa para hacer una espuma de alta resiliencia. El poliol de poliéter de polioxietileno-polioxipropileno que tiene un contenido de óxido de etileno de al menos el 50 % en peso puede ser el componente minoritario en el componente reactivo con isocianato cuando se forma la espuma de alta resiliencia, por ejemplo, puede estar presente en una cantidad menor que el poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno que como un contenido de óxido de etileno de menos del 20 % en peso.

El componente de poliol puede incluir un poliol de copolímero a base de estireno-acrilonitrilo (es decir, un poliol de copolímero a base de SAN). El poliol de copolímero a base de SAN puede incluir polioles convencionales a base de petróleo (por ejemplo, un poliol de poliéter) que incluye partículas de polímero a base de SAN dispersas en el mismo. La preparación de los polioles de polímero a base de SAN puede incluir la preparación (mediante polimerización in situ) de una mezcla de acrilonitrilo y estireno en un poliol. Se pueden usar los métodos conocidos en la técnica. La relación de estireno a acrilonitrilo polimerizado in situ en el poliol puede estar en el intervalo de 0:100 a 100:0 partes en peso (por ejemplo, de 80:20 a 20:80), basado en el peso total de la mezcla estireno/acrilonitrilo. El poliol de copolímero a base de SAN puede tener valores de hidroxilo dentro del intervalo de desde 10 a 200 y/o de 20 a 60. Los polioles de copolímero a base de SAN pueden tener un contenido de sólidos del 5 % en peso al 70 % en peso, del 10 % en peso al 65 % en peso, del 15 % en peso al 60 % en peso, del 25 % en peso al 55 % en peso, del 30 % en peso al 55 % en peso y/o del 40 % en peso al 50 % en peso. El poliol de copolímero a base de SAN puede representar menos del 50 % en peso del componente reactivo con isocianato, por ejemplo, cuando el componente de poliol se usa para hacer una espuma de alta resiliencia. Por ejemplo, la cantidad de poliol de copolímero a base de SAN puede ser del 0,5 % en peso al 50,0 % en peso, del 1,0 % en peso al 30,0 % en peso, del 1,0 % en peso al 20,0 % en peso y/o del 1,0 % en peso al 5,0 % en peso.

En una realización ejemplar, el componente de poliol puede incluir una mezcla del poliol de poliéter de polioxietilenopolioxipropileno que tiene un contenido de óxido de etileno de al menos el 50 % en peso, del poliol de poliéter de polioxietileno-polioxipropileno que tiene un contenido de óxido de etileno de menos del 20 % en peso y del poliol de poliéter de polioxipropileno.

El componente de poliol se puede mezclar con la dispersión acuosa de polímero preformado (y opcionalmente al menos parte del componente de aditivo) antes de ponerlo en contacto con el componente de isocianato.

Componente de aditivo

El componente de aditivo está separado de los componentes que forman la dispersión acuosa preformada y el componente de poliol. El componente de aditivo es parte del componente reactivo con isocianato, pero se pueden incorporar otros aditivos al componente isocianato. El componente de aditivo puede incluir un catalizador, un agente de curado, un agente reticulante, un tensioactivo, un agente de expansión (acuoso y no acuoso, separado de la dispersión de polímero acuosa), una poliamina, un plastificante, una fragancia, un pigmento, un antioxidante, un estabilizador de UV, agua (separada de la dispersión de polímero acuosa) y/o una carga. Otros aditivos ejemplares incluyen un extensor de cadena, retardante de llama, supresor de humo, agente de secado, talco, polvo, agente de desmoldeo, partículas de polímero de caucho (“gel”) y otros aditivos que se conocen en la técnica para su uso en espumas de poliuretano y en productos de espuma de poliuretano.

El componente de aditivo puede incluir catalizador de estaño, catalizador de zinc, catalizador de bismuto y/o catalizador de amina. La cantidad total de catalizador en el componente reactivo con isocianato puede ser del 0,1 % en peso al 3.0 % en peso.

En el componente de aditivo se puede incluir un tensioactivo, por ejemplo, para ayudar a estabilizar la espuma a medida que se expande y cura. Ejemplos de tensioactivos incluyen tensioactivos no iónicos y agentes humectantes tales como los preparados mediante la adición secuencial de óxido de propileno y luego óxido de etileno a propilenglicol, organosiliconas sólidas o líquidas y éteres de polietilenglicol de alcoholes de cadena larga. Se pueden usar tensioactivos iónicos tales como sales de aminas terciarias o alcanolaminas de ésteres de sulfato ácido de alquilo de cadena larga, ésteres de alquilo sulfónico y ácidos alquil arilsulfónicos. Por ejemplo, la formulación puede incluir un tensioactivo tal como un tensioactivo de organosilicona. La cantidad total de un tensioactivo de organosilicona en el componente reactivo con isocianato puede ser del 0,1 % en peso al 5,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 3,0 % en peso, del 0,1 % en peso al 2,0 % en peso y/o del 0,1 % en peso al 1,0 % en peso.

El componente de aditivo puede incluir agua, que está separada de la dispersión acuosa de polímero preformado. El agua puede representar menos del 2,0 % en peso del peso total del componente reactivo con isocianato. El agua total, incluida el agua de la dispersión acuosa de polímero preformado y el agua del componente de aditivo, puede representar menos del 5 % en peso del peso total del componente reactivo con isocianato.

El componente de aditivo puede excluir cualquier abridor de celdas químico convencional de espuma de poliuretano basado en el uso de la dispersión acuosa de polímero. El componente de aditivo puede excluir polibuteno, polibutadieno e hidrocarburos alifáticos céreos tales como aceites (por ejemplo, aceite mineral, aceite de parafina y/o aceite nafténico) que se emplean comúnmente como abridores de celdas en espumas de baja resiliencia. El componente de aditivo puede excluir los abridores de celdas que son polioles derivados principalmente de la alcoxilación de óxidos de a, p-alquileno con al menos 4 átomos de carbono, por ejemplo, como se discute en el Documento de Patente de los EE.Uu . de Número 4.596.665. El componente de aditivo puede excluir los abridores de celdas que son poliéteres de hasta aproximadamente 3.500 de peso molecular que contienen una alta proporción (generalmente el 50 por ciento o más) de unidades derivadas de óxido de etileno u óxido de butileno, por ejemplo, como se discute en la sección de antecedentes del Documento de Patente de los EE.UU. de Número 4.863.976. El componente de aditivo puede excluir los abridores de celdas que son polioles de poliéteres con un peso molecular de al menos 5.000 y con al menos el 50 % en peso de unidades de oxietileno, por ejemplo, como se discute en las reivindicaciones del Documento de Patente de los EE.UU. de Número 4.863.976.

Componente de isocianato

El componente de isocianato incluye al menos un isocianato. El componente de isocianato está presente a un índice de isocianato de 70 a 150 (por ejemplo, de 85 a 140, de 90 a 130, de 95 a 120, de 95 a 115 y/o de 100 a 110). El índice de isocianato se define como el exceso estequiométrico molar de restos de isocianato en una mezcla de reacción con respecto al número de moles de unidades reactivas con isocianato (hidrógenos activos disponibles para la reacción con el resto de isocianato), multiplicado por 100. Un índice de isocianato de 100 significa que no hay exceso estequiométrico, de modo que hay 1,0 mol de grupos isocianato por 1,0 mol de grupos reactivos con isocianato, multiplicado por 100.

El componente de isocianato puede incluir uno o más isocianatos tales como poliisocianato y/o prepolímero terminado en isocianato. El isocianato pueden ser reactivos que contienen isocianato que son poliisocianatos alifáticos, cicloalifáticos, alicíclicos, arilalifáticos y/o aromáticos o derivados de los mismos. Derivados ejemplares incluyen prepolímero terminado en alofanato, biuret y NCO (resto isocianato). Por ejemplo, el componente de isocianato puede incluir al menos un isocianato aromático, por ejemplo, al menos un poliisocianato aromático o al menos un prepolímero terminado en isocianato derivado de un poliisocianato aromático. El componente de isocianato puede incluir como al menos un isómero del diisocianato de tolueno (TDI), TDI en bruto, al menos un isómero del diisocianato de difenilmetano (MDI), MDI en bruto y/o poliisocianato de polifenilmetileno de funcionalidad superior. Ejemplos incluyen el TDI en la forma de sus isómeros 2,4 y 2,6 y sus mezclas, y MDI en la forma de sus isómeros 2,4’, 2,2’ y 4,4’ y sus mezclas. Las mezclas de MDI y sus oligómeros pueden ser MDI en bruto o polimérico y/o una variante conocida de MDI que comprende grupos uretano, alofanato, urea, biuret, carbodiimida, uretonimina y/o isocianurato. Isocianatos ejemplares incluyen VORANATE™ M 220 (un diisocianato de difenilmetileno polimérico disponible de The Dow Chemical Company). Otros poliisocianatos ejemplares incluyen diisocianato de tolileno (TDI), diisocianato de isoforona (IPDI) y diisocianatos de xileno (XDI), y modificaciones de los mismos.

Espuma de poliuretano

La espuma de poliuretano puede ser útil en una variedad de aplicaciones de envasado, aplicaciones de confort (tales como colchones, incluidos cubre-colchones, almohadas, muebles, cojines de asientos, etc.), aplicaciones de absorbedores de impactos (tales como protectores de parachoques, equipos deportivos y médicos, forros de cascos, etc.) y aplicaciones de amortiguación de ruidos y/o de vibraciones (tales como tapones para los oídos, paneles de automóviles, etc.).

La espuma de poliuretano se puede preparar en un proceso de placa (por ejemplo, como espuma de crecimiento libre), en un proceso de moldeo (tal como en un proceso de espumado en caja) o en cualquier otro proceso conocido en la técnica. En un proceso de placa, los componentes se pueden mezclar y verter en una cubeta u otra región donde la formulación reacciona, se expande libremente en al menos una dirección y se cura. Los procesos de placa se operan generalmente de forma continua a escalas comerciales. En un proceso de moldeo, los componentes se pueden mezclar y verter en un molde/caja (calentado o no calentado) donde la formulación reacciona, se expande sin el molde en al menos una dirección y se cura.

La espuma de poliuretano se puede preparar en las condiciones ambientales iniciales (es decir, temperatura ambiente comprendida entre 20°C y 25°C y presión atmosférica estándar de aproximadamente 1 atm). Por ejemplo, la espuma de poliuretano puede incluir un polímero ácido y/o un polímero de poliolefina modificada con ácido (por ejemplo, un polímero que tiene un punto de fusión por encima de 100°C) sin requerir calentamiento o aplicación de presión al componente reactivo con isocianato. También se puede hacer la espumación a una presión por debajo de las condiciones atmosféricas, para reducir la densidad de la espuma y ablandar la espuma. Se puede hacer la espumación a una presión por encima de las condiciones atmosféricas para aumentar la densidad de la espuma y, por lo tanto, la carga de la espuma medida por la deflexión-fuerza de indentación (IFD, por sus siglas en inglés). En un proceso de moldeo, la espuma de poliuretano se puede preparar a la temperatura inicial del molde por encima de las condiciones ambientales, por ejemplo, 50°C y más. Se puede sobrecargar el molde, es decir, llenar el molde con material espumante adicional, para aumentar la densidad de la espuma.

El contenido total del agua calculado para el sistema de reacción usado para formar la espuma de poliuretano puede ser menos del 5 % en peso, menos del 3 % en peso, menos del 2,0 % en peso y/o menos del 1,6 % en peso, basado en el peso total del sistema de reacción para formar la espuma de poliuretano. El contenido total del agua calculado se calcula como la cantidad total de DI (agua desionizada) añadida a la formulación más la cantidad de agua añadida a la formulación como parte de la dispersión acuosa de polímero preformado. Por ejemplo, el contenido total del agua calculado puede ser del 0,5 % en peso al 5,0 % en peso, del 0,5 % en peso al 4,5 % en peso y/o del 1,0 % en peso al 4,0 % en peso.

Todas las partes y porcentajes son en peso a menos que se indique lo contrario. Todos los datos de peso molecular se basan en el peso molecular promedio en número, a menos que se indique lo contrario.

Ejemplos

Los materiales usados principalmente son los siguientes:

AD 1

Una dispersión acuosa de un copolímero a base de etileno modificado con ácido acuoso, con un contenido de sólidos del 40,5 % en peso al 43,5 % en peso, basado en el peso total de la dispersión acuosa (disponible como HYPOD™ 8503 de The Dow Chemical Company y habilitado con la tecnología BLUEWAVE™).

AD 2

Una dispersión acuosa de polímero ácido que incluye aproximadamente el 21,7 % en peso de una sal del copolímero de etileno-ácido acrílico neutralizada con hidróxido de potasio y el 78,3 % en peso de agua, fabricada usando una extrusora de doble tornillo y un esquema de dilución como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 8.318.257, se prepara de la siguiente manera:

Una primera alimentación incluye el 100 % en peso de PRIMACOR™ 5986 (una resina de etileno-ácido acrílico con aproximadamente el 20,5 % en peso de ácido acrílico) a un caudal de 29,5 g/s (234 lb/h), una segunda alimentación incluye el 100 % en peso de hidróxido de potasio a un caudal de 15,8 g/s (125 lb/h), y una tercera alimentación incluye el 100 % en peso de agua a un caudal de 6,3 g/s (50 lb/h). Una primera bomba de dilución alimenta agua a 27,7 g/s (220 lb/h) y una segunda bomba de dilución a 67,8 g/s (538 lb/h) para lograr el contenido de sólidos deseado.

Las condiciones de control de temperatura del barril/zona son las siguientes:

Tabla 1

Poliol 1

Poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno iniciado con glicerina, con un contenido de óxido de etileno de menos del 20 % en peso, una funcionalidad hidroxilo de 2,7, un índice de hidroxilo de 54 mg KOH/g y un peso equivalente de hidroxilo de aproximadamente 1.148 g/equivalentes mol (disponible como VORANOL™ 3136 y VORANOL™ 8136 de The Dow Chemical Company, mientras que el Ejemplo 4 y el Ejemplo Comparativo C usan VORANOL™ 8136, y los otros Ejemplos usan v Or a No L™ 3136).

Poliol 2

Poliol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno iniciado con una mezcla de glicerol y sacarosa, con un contenido de óxido de etileno de menos del 20 % en peso (aproximadamente 15-16 % en peso), una funcionalidad hidroxilo de aproximadamente 4,2, un índice de hidroxilo de entre aproximadamente 29,0 y 33,0 mg KOH/g, un peso molecular equivalente de hidroxilo de aproximadamente 1.810 g/equivalentes mol y un porcentaje de OH primario de aproximadamente el 79 % (disponible como VORANOL™ w J 4001 de The Dow Chemical Company).

Poliol 3

Poliol de copolímero a base de estireno-acrilonitrilo con el 43 % de contenido de sólidos especialmente diseñado para la producción de espumas flexibles en bloques de alta resiliencia (HR, por sus siglas en inglés) y de alta resiliencia modificadas por combustión (CMHR, por sus siglas en inglés), con un índice de hidroxilo de 31 mg KOH/g (disponible como VORALUX™ WH 4043 de The Dow Chemical Company).

Poliol 4

Un poliol de poliéter de copolímero aleatorio de polioxietileno-polioxipropileno iniciado con sacarosa/glicerina, con un contenido de óxido de etileno superior al 70 % en peso, una funcionalidad hidroxilo de 6,9, un índice de hidroxilo de aproximadamente 31 mg KOH/g y un peso equivalente de hidroxilo de aproximadamente 1.800 g/equivalentes mol (disponible como VORANOL™ 4053 de The Dow Chemical Company y usable como abridor de celdas).

Isocianato

Un diisocianato de tolueno - TDI (disponible como VORANATE™ T-80 de The Dow Chemical Company).

Tensioactivo 1

Un tensioactivo de organosilicona (disponible como Niax™ L-620 de Momentive Performance Materials).

Tensioactivo 2

Un tensioactivo de silicona (disponible como Niax™ U-2000 de Momentive Performance Materials).

Tensioactivo 3

Un tensioactivo de silicona (disponible como Niax™ L-618 de Momentive Performance Materials).

Amina 1

Un catalizador de amina terciaria (disponible como Dabco® BLV de Air Products).

Amina 2

Un catalizador de amina terciaria (disponible como Dabco® 33-LV de Air Products).

Amina 3

Un catalizador de amina que incluye el 70 por ciento de bis(2-dimetilaminoetil) éter (disponible como Niax™ A-1 de Momentive Performance Materials).

Amina 4

Un catalizador de amina terciaria (disponible como Dabco® BL-11 de Air Products).

Estaño 1

Un catalizador de estaño (disponible como KOSMOS® 29 de Evonik Industries).

Estaño 2

Un catalizador de estaño, dilaurato de dibutilestaño (disponible como Dabco® T-12 de Air Products).

Estaño 3

Un catalizador de estaño, dilaurato de dibutilestaño (disponible como Dabco® T-9 de Air Products).

FR

Un retardante de llama a base de tris(1,3-dicloroisopropil) fosfato (disponible como Fyrol® FR-2 de Akzo).

DI

Agua desionizada.

El Ejemplo de Trabajo 1 y el Ejemplo Comparativo A son muestras de espuma convencional que se preparan según las formulaciones de la Tabla 2, mostrada a continuación. En ambos casos, la masa total de la formulación se establece en 850 gramos. El Ejemplo de T rabajo 1 se prepara usando AD 1, que es una dispersión acuosa ácida preformada. El Ejemplo Comparativo A se prepara usando solo agua, es decir, sin usar una dispersión. La densidad del Ejemplo de T rabajo 1 es 23,5 kg/m3 (1,47 lb/pie3) y la densidad del Ejemplo Comparativo A es 22,3 kg/m3 (1,39 lb/pie3) (según la norma ASTM D 3574).

Tabla 2

Los Ejemplos de Trabajo 2 y 3 y el Ejemplo Comparativo B son muestras de espuma de alta resiliencia preparadas según las formulaciones de la Tabla 3, mostrada a continuación. En ambos casos, la masa total de la formulación se establece en 1.300 gramos. Los Ejemplos de T rabajo 2 y 3 se preparan usando AD 1, que es una dispersión acuosa ácida preformada. El Ejemplo Comparativo B se prepara usando solo agua, es decir, sin usar una dispersión. La densidad de cada uno de los Ejemplos de Trabajo 2 y 3 y del Ejemplo Comparativo B es de aproximadamente 30 kg/m3 (1,9 lb/pie3) (según la norma As TM D 3574).

Tabla 3

En la presente invención no se incluye un Ejemplo Comparativo en donde se intente preparar una espuma de poliuretano usando copolímero de etileno-ácido acrílico y agua añadidos por separado, es decir, sin usar una dispersión preformada. En particular, debido a la incapacidad del copolímero de etileno-ácido acrílico para disolverse en agua en condiciones ambientales (se cree, sin pretender estar soportado por esta teoría, que se necesitaría una temperatura de al menos aproximadamente 120°C para fundir los cristales del copolímero de etileno-ácido acrílico en agua) dicha mezcla no sería preferida y/o sería inadecuada para su uso en una reacción de espumación para formar una espuma de poliuretano. En otras palabras, se cree que la alta temperatura requerida para obtener la solubilidad no sería preferida y/o sería inadecuada para el propósito de la presente invención y/o los cristales del copolímero de etileno-ácido acrílico no disueltos no serían preferidos y/o serían inadecuados para el propósito de la presente invención.

Para cada uno de los Ejemplos de Trabajo y de los Ejemplos Comparativos, las muestras de espuma se preparan mediante espumado en caja en condiciones ambientales, bajo una campana extractora usando una caja de madera de 38 cm x 38 cm x 24 cm (15” x 15” x 9,5”) forrada con una película plástica transparente. Para los Ejemplos de Trabajo 2 y 3, así como para el Ejemplo Comparativo B, se usa un mezclador de 16 varillas (4 varillas en cada una de las cuatro direcciones radiales que están separadas por 90°) a alta velocidad de rotación en el ajuste de alta velocidad de rotación, junto con una taza de 4,5 litros (1 galón) (16,5 cm de diámetro, 18 cm de alto); para el Ejemplo de Trabajo 1 y para el Ejemplo Comparativo A, se usó una taza de 2,25 litros ( / galón). Los componentes en el Componente reactivo con isocianato, con la excepción del catalizador de estaño, se mezclan primero durante 15 segundos a 2.400 rpm (1.500 rpm para el Ejemplo de Trabajo 1 y para el Ejemplo Comparativo A). Luego, se añade el catalizador de estaño y se mezcla inmediatamente durante otros 15 segundos a 2.400 rpm (1.500 rpm para el Ejemplo de Trabajo 1 y para el Ejemplo Comparativo A). A continuación, se añade el componente de isocianato e inmediatamente se mezcló durante otros 3 segundos a 3.000 rpm (2.400 rpm para el Ejemplo de T rabajo 1 y para el Ejemplo Comparativo A). Luego, el Componente reactivo con isocianato y el Componente de isocianato mezclados se vierten en la caja forrada con la película de plástico. Se observa que la espuma ha alcanzado la altura máxima cuando se 12parecían burbujas en la superficie superior de la espuma. Una vez que se completa la espumación, la espuma se deja curar durante la noche bajo la campana extractora. Las paredes de la muestra de espuma se descartan y se caracterizan las muestras restantes.

El contenido total del agua calculado (partes en peso) se calcula como la cantidad total de DI (agua desionizada) añadida a la formulación más la cantidad de agua añadida a la formulación como parte de la dispersión acuosa.

El flujo de aire es una medida del aire que puede pasar a través de la espuma bajo una determinada presión de aire aplicada. El flujo de aire se mide como el volumen de aire que pasa a través de una sección cuadrada de espuma de 2,54 cm (1,0 pulgada) de espesor x 5,08 cm (2 pulgadas) x 5,08 cm (2 pulgadas) a 125 Pa (0,018 psi) de presión. Las unidades se expresan en litros por segundo (l/s) o en pies cúbicos estándar por minuto (scfm). TexTest AG de Zúrich, Suiza, fabrica una unidad comercial representativa para medir el flujo de aire, identificada como TexTest Fx3300. En la presente invención, el flujo de aire se mide según la norma ASTM D 3574.

La resiliencia promedio se mide según la norma ASTM D 3574, en particular usando la prueba de rebote de bola.

La IFD se conoce como la deflexión-fuerza de indentación y se mide según la noma ASTM D 3574. La IFD se define como la cantidad de fuerza en Newton (N) (o libras (lb)) requerida para indentar una muestra de 322,58 cm2 (cincuenta pulgadas cuadradas) en un cierto porcentaje del espesor original de la muestra. Aquí, la IFD se especifica como el número de Newtons (libras) al 25 % de deflexión y al 65 % de deflexión para la muestra de espuma. Se buscan valores de IFD más bajos para las espumas de poliuretano. Por ejemplo, una IFD al 25 % de 26,68 a 53,38 N (6 a 12 lb) se puede usar para almohadas de cama, almohadas de respaldo gruesas, etc. Una IFD al 25 % de 53,38 a 80,07 N (12 a 18 lb) se puede usar para almohadas de respaldo de grosor medio, acolchado de tapicería, etc. Una IFD al 25 % de 80,07 a 106,76 N (de 18 a 24 lb) se puede usar para almohadas de respaldo delgadas, matrices de acolchado, cojines de asientos muy gruesos, etc. Una IFD al 25 % mayor de 106,76 N (24 lb) se puede usar para cojines de asiento de promedio a más firmes, colchones firmes, espumas absorbentes de impactos, espumas de embalaje, almohadillas para alfombras y otros usos que requieren espumas ultra firmes.

Una IFD al 25 % de retorno es la capacidad de recuperación de la espuma. En particular, la IFD al 25 % de retorno se mide como el porcentaje de IFD al 25 % que se recupera después de pasar por la IFD al 65 % de medición y volver al 25 % de compresión.

La histéresis de la IFD es la relación de la IFD al 25 % de retorno a la IFD al 25 %. Entonces, por ejemplo, si la IFD al 25 % de retorno es 106,76 N (24 lb) y la IFD al 25 % es 133,45 N (30 lb), entonces la histéresis If D es del 80 %. La histéresis IFD se mide en base a la IFD al 25 % de retorno y a la IFD al 25 %, ambas medidas según la norma ASTM D 3574.

El Ejemplo de Trabajo 4 y el Ejemplo Comparativo C son una evaluación adicional de los valores del flujo de aire para un producto de espuma de muestras de espuma convencional, pre-triturado, preparado usando un equipo de espumado piloto Varimax™ 300 “Slabline” (fabricado por Periphlex Ltd.). El equipo está construido según los estándares de la industria, pero en una escala ligeramente más pequeña, con un tamaño de bloque de 137 cm (54 pulgadas) de ancho por 244 cm (96 pulgadas) de largo por 66 a 84 cm (26 a 33 pulgadas) de alto. El caudal total es tal que el Poliol 1 se alimenta a una velocidad de 907 g/s (120 lbm por minuto). Las temperaturas del proceso de los componentes son 21 °C (70°F); la presión del cabezal de la mezcla se mantiene ente 129 a 150 kPa (entre 4 y 7 psig); la velocidad del transportador es de entre 5,6 y 7,6 cm/s (11 y 15 pies por minuto). El tamaño de la artesa para todos los experimentos es de 24 litros. El tiempo de ejecución por experimento es de entre 1 y 2 minutos. Todas las demás corrientes se inyectan a través de boquillas de alta presión. La presión del componente de isocianato está entre 4.200 y 6.300 kPa (entre 600 y 900 psig) y se añade en una cantidad para lograr el índice indicado. Todas las demás corrientes se inyectan entre 1.500 y 4.200 kPa (200 y 600 psig).

Tabla 4

El flujo de aire se mide según la norma ASTM D 3574. Con referencia al Ejemplo de Trabajo 4, se muestra que se recibe un buen flujo de aire incluso para muestras de espuma más grandes cuando se usa una dispersión preformada.

Como se usa en la presente invención, el término “resistencia al desgarro” se usa en la presente invención para referirse a la fuerza promedio máxima requerida para rasgar una muestra de espuma que está previamente marcada con una hendidura cortada longitudinalmente en la muestra de espuma. Los resultados de la prueba se determinan según los procedimientos de la norma ASTM D3574-F en newtons por metro (N/m) o en libras por pulgada lineal (lbf/in).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de reacción para formar una espuma de poliuretano que tiene una resiliencia superior al 20 % medida según la norma ASTM D 3574, comprendiendo el sistema de reacción:

un componente de isocianato que incluye al menos un isocianato, siendo un índice de isocianato del sistema de reacción de 70 a 150; y

un componente reactivo con isocianato que es una mezcla formada mediante la adición de al menos un componente de poliol, un componente de aditivo y una dispersión acuosa de polímero preformado, incluyendo la mezcla: del 50,0 % en peso al 99,8 % en peso de un componente de poliol, basado en el peso total de la mezcla, incluyendo el componente de poliol al menos un poliol de poliéter,

del 0,1 % en peso al 50,0 % en peso de un componente de aditivo, basado en el peso total de la mezcla, que incluye al menos un catalizador, y

del 0,1 % en peso al 6,0 % en peso de una dispersión acuosa de polímero preformado, basado en el peso total de la mezcla, teniendo la dispersión acuosa de polímero preformado un contenido de sólidos del 10 % en peso al 80 % en peso, basado en el peso total de la dispersión acuosa de polímero, y siendo una de una dispersión acuosa polimérica ácida o una dispersión acuosa polimérica de poliolefina modificada con ácido en la que la poliolefina se deriva de al menos una alfa-olefina de C²a C²⁰.

2. El sistema de reacción según se reivindica en la reivindicación 1, en donde la dispersión acuosa de polímero preformado es un componente de fase líquida continua en condiciones ambientales de temperatura ambiente y presión atmosférica y se deriva de una fase líquida y una fase sólida, siendo la fase líquida agua y siendo la fase sólida una poliolefina ácida o una poliolefina modificada con ácido en la que la poliolefina se deriva de al menos una alfa-olefina de C²a C²⁰.

3. El sistema de reacción según se reivindica en la reivindicación 1, en donde la dispersión acuosa de polímero preformado es un componente de fase líquida continua en condiciones ambientales de temperatura ambiente y presión atmosférica y se deriva de una fase líquida y una fase sólida, siendo la fase líquida agua y la fase sólida que incluye un copolímero de etileno-ácido acrílico.

4. El sistema de reacción según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la dispersión acuosa de polímero preformado se proporciona por separado del componente de poliol y del componente de aditivo.

5. El sistema de reacción según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el componente de aditivo incluye al menos un tensioactivo.

6. El sistema de reacción según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el componente de aditivo incluye agua que representa menos del 2,0 % en peso del peso total de la mezcla.

7. El sistema de reacción según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la espuma de poliuretano es una espuma de alta resiliencia con una resiliencia superior al 45 %.

8. El sistema de reacción según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la espuma de poliuretano es una espuma flexible convencional con una resiliencia superior al 20 % y hasta el 45 %.

9. Una espuma de poliuretano que tiene una resiliencia superior al 20 %, medida según la norma ASTM D 3574, preparada usando el sistema de reacción según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, teniendo la espuma de poliuretano un flujo de aire de al menos 2,4 l/s (5,0 pies3/min) medido según la norma ASTM D3574, y un tiempo de recuperación de menos de 20 segundos.

10. Espuma de poliuretano según se reivindica en la reivindicación 9, en donde un flujo de aire es superior a 2,1 l/s (4,5 scfm).

11. Un método para formar una espuma de poliuretano que tiene una resiliencia superior al 20 % medida según la norma ASTM D 3574, comprendiendo el método:

preparar un componente reactivo con isocianato mezclando al menos un componente de poliol, un componente de aditivo y una dispersión acuosa preformada, incluyendo la mezcla resultante:

del 50,0 % en peso al 99,8 % en peso de un componente de poliol, basado en el peso total de la mezcla, incluyendo el componente de poliol al menos un poliol de poliéter,

del 0,1 % en peso al 50,0 % en peso de un componente de aditivo, basado en el peso total de la mezcla, que incluye al menos un catalizador y al menos un tensioactivo, y

del 0,1 % en peso al 6,0 % en peso de una dispersión acuosa de polímero preformado, basado en el peso total de la mezcla, teniendo la dispersión acuosa de polímero preformado un contenido de sólidos del 10 % en peso al 80 % en peso basado en el peso total de la dispersión acuosa de polímero preformado y siendo una de una dispersión acuosa polimérica ácida o una dispersión acuosa polimérica de poliolefina modificada con ácido en la que la poliolefina se deriva de al menos una alfa-olefina de C²a C²⁰;

proporcionar un componente de isocianato que incluye al menos un isocianato de manera que un índice de isocianato del sistema de reacción sea de 70 a 150; y

permitir que el componente de isocianato reaccione con el componente reactivo con isocianato para formar la espuma de poliuretano.