ES2945792T3 - Formulaciones de espuma - Google Patents

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Abstract

Las realizaciones de la presente divulgación están dirigidas a formulaciones de espuma que incluyen un poliéter poliol de alta funcionalidad, un poliéter poliol aromático, un poliéter poliol alifático iniciado con amina y un diol. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Formulaciones de espuma
Campo
Las realizaciones de la presente descripción se refieren a formulaciones de espuma, más específicamente, las realizaciones se refieren a formulaciones de espuma que incluyen un poliéter poliol de alta funcionalidad, un poliéter poliol aromático, un poliéter poliol alifático iniciado con amina y un diol.
Antecedentes
Las espumas son dispersiones en donde se dispersa un gas en un material líquido, un material sólido o un material de gel. Las espumas se pueden formar por una reacción química de polioles e isocianato. Las espumas se pueden utilizar para una serie de aplicaciones diferentes, incluyendo aislamiento, ropa de cama, muebles, asientos de vehículos y reverso de alfombras, entre otros.
El documento WO2012/041709 describe una formulación de espuma que comprende una mezcla de isocianato y poliol con una funcionalidad promedio de 4. La mezcla incluye el 40 % en peso de un poliéter poliol con una funcionalidad de 6, el 13 % en peso de un poliéter poliol iniciado con amina aromática y el 7 % en peso de un poliéter poliol iniciado con amina alifático.
Resumen
La presente descripción proporciona formulaciones de espuma que incluyen una composición de poliol que incluye: un poliéter poliol de alta funcionalidad que tiene una funcionalidad hidroxilo promedio superior a 5,0 que es del 20 al 60 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol; un poliéter poliol aromático que es del 5 al 15 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol; un poliéter poliol alifático iniciado con amina que es del 3 al 10 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol; un diol que es del 20 al 60 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol, en donde la composición de poliol tiene una funcionalidad hidroxilo promedio de 3,7 a 6,0; y un isocianato, en donde la formulación de espuma forma una espuma que tiene un peso molecular por reticulación de 475 a 520.
El sumario anterior de la presente descripción no pretende describir cada realización descrita o cada implementación de la presente descripción. La descripción que sigue ejemplifica más particularmente las realizaciones ilustrativas. En varios lugares a lo largo de la solicitud se proporcionan directrices mediante listas de ejemplos, cuyos ejemplos pueden usarse en diversas combinaciones. En cada caso, la lista enumerada sirve sólo como un grupo representativo y no debe interpretarse como una lista exclusiva.
Descripción detallada
En el presente documento se describen formulaciones de espuma que incluyen una composición de poliol que incluye un poliéter poliol de alta funcionalidad, un poliéter poliol aromático, un poliéter poliol alifático iniciado con amina y un diol.
Ventajosamente, las formulaciones de espuma descritas en el presente documento pueden proporcionar una funcionalidad promedio alta y se pueden curar para proporcionar productos de espuma que tengan una o más propiedades deseables, tal como un mayor peso molecular por reticulación, es decir, una densidad de reticulación inferior. Una mayor reticulación por peso molecular puede proporcionar espumas más viscoelásticas, especialmente a temperatura ambiente baja, en comparación con otras espumas.
El comportamiento viscoelástico de la espuma se puede determinar mediante análisis mecánico dinámico (DMA, por sus siglas en inglés) a través de mediciones en función de la temperatura de tan delta y el módulo de pérdida. Las formulaciones de espuma descritas en el presente documento se pueden curar para proporcionar productos de espuma que tengan una tan delta ventajosamente mayor a baja temperatura, por ejemplo, por debajo de 0 0C, en comparación con las espumas formadas a partir de formulaciones que tengan un peso molecular por reticulación inferior. La tan delta ventajosamente aumentada indica que las espumas tienen una mayor viscoelasticidad. Esta mayor viscoelasticidad puede indicar que el producto de espuma es más capaz de disipar la tensión mecánica, en comparación con las espumas que tienen una delta relativamente inferior.
Las formulaciones de espuma descritas en el presente documento incluyen una composición de poliol. La composición de poliol incluye un poliéter poliol de alta funcionalidad, un poliéter poliol aromático, un poliéter poliol alifático iniciado con amina y un diol, como se analiza más adelante en el presente documento.
Tal como se ha mencionado, la composición de poliol de las formulaciones de espuma descritas en el presente documento incluye un poliéter poliol de alta funcionalidad. Tal como se usa en el presente documento, un “ poliol de alta funcionalidad” , por ejemplo, el poliéter poliol de alta funcionalidad, se refiere a un poliol que tiene una funcionalidad promedio, es decir, una funcionalidad hidroxilo, que es superior a 5,0. Por ejemplo, el poliéter poliol de alta funcionalidad puede tener una funcionalidad promedio de un límite inferior de 5,1, 5,3, 5,5 o 5,8 a un límite superior de 8,0, 7,8, 7,5 o 7,0. El poliéter poliol de alta funcionalidad puede ser un poliéter poliol iniciado con alcohol, por ejemplo, un poliéter poliol alifático o cíclico iniciado con alcohol. Un iniciador de alcohol puede tener una funcionalidad hidroxilo superior a 5,0 y/o un peso equivalente de hidroxilo inferior a 75 g/mol, por ejemplo, de 15 g/mol a 60 g/mol, de 20 g/mol a 50 g/mol, etc. Los ejemplos de iniciadores de alcohol que pueden usarse son sorbitol y/o sacarosa (solos o en combinación con otros iniciadores).
El poliéter poliol de alta funcionalidad puede tener un peso equivalente de 75 a 150 g/mol. El peso equivalente se puede determinar como cociente del peso molecular y la funcionalidad. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 75 a 150 g/mol; por ejemplo, el poliéter poliol de alta funcionalidad puede tener un peso equivalente de un límite inferior de 75, 80 u 85 a un límite superior de 150, 145 o 140 g/mol.
El poliéter poliol de alta funcionalidad se puede preparar utilizando equipos y condiciones de reacción conocidos. El poliéter poliol de alta funcionalidad puede obtenerse comercialmente. Los ejemplos de poliéter polioles de alta funcionalidad comercialmente disponibles incluyen, pero no se limitan a, polioles comercializados con el nombre comercial VORANOL™, tales como VORANOL™ RN 482 y TERCAROL™, ambos disponibles en The Dow Chemical Company, entre otros.
El poliéter poliol de alta funcionalidad puede ser del 20 al 60 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 20 al 60 por ciento en peso; por ejemplo, el poliéter poliol de alta funcionalidad puede ser de un límite inferior del 20, 25 o 30 por ciento en peso a un límite superior del 60, 50 o el 40 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol.
La composición de poliol de las formulaciones de espuma descritas en el presente documento incluye un poliéter poliol aromático. Tal como se usa en el presente documento, un “poliéter poliol aromático” se refiere a un poliol que incluye un anillo aromático. El poliéter poliol aromático puede ser un poliol tipo Novolac.
El poliéter poliol aromático puede tener una funcionalidad hidroxilo promedio de 3,0 a 5,0. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 3,0 a 5,0; por ejemplo, el poliéter poliol aromático puede tener una funcionalidad promedio de un límite inferior de 3,0, 3,1 o 3,2 a un límite superior de 5,0, 4,5 o 4,0.
El poliéter poliol aromático puede tener un peso equivalente de 240 a 320 g/mol. El peso equivalente se puede determinar como cociente del peso molecular y la funcionalidad. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 240 a 320 g/mol; por ejemplo, el poliéter poliol de alta funcionalidad puede tener un peso equivalente de un límite inferior de 240, 245 o 250 g/mol a un límite superior de 320, 315 o 310 g/mol.
El poliéter poliol aromático se puede preparar utilizando equipos y condiciones de reacción conocidos. El poliéter poliol aromático puede obtenerse comercialmente. Los ejemplos de poliéter polioles aromáticos comercialmente disponibles incluyen, pero no se limitan a, polioles comercializados con el nombre comercial TERCAROL™, disponible en The Dow Chemical Company.
Tal como se ha mencionado, el poliéter poliol aromático puede ser un poliol tipo Novolac. Los polioles tipo Novolac son los productos de alcoxilación de una resina de fenol-formaldehído, que se forma por la reacción de fenol con formaldehído en presencia de un catalizador ácido, tal como ácido acético glacial, seguido de ácido clorhídrico concentrado. Como ejemplo, se puede añadir una pequeña cantidad del catalizador o catalizadores ácidos a un fenol miscible, tal como ácido p-toluenosulfónico, seguido de formaldehído. El formaldehído reaccionará entre dos fenoles para formar un puente de metileno, creando un dímero por sustitución electrófila aromática entre las posiciones orto y para del fenol y el formaldehído protonado. Este dímero es el bisfenol F. Otro ejemplo es el bisfenol A, que es el producto de condensación de la acetona con dos fenoles. A medida que aumenta la concentración de dímeros, también se pueden formar trímeros, tetrámeros y oligómeros superiores. Sin embargo, debido a que la relación molar del formaldehído con respecto al fenol se controla a algo menos de 1, la polimerización no se completa. Por lo tanto, la Novolac se puede alcoxilar para aumentar el peso molecular hasta el nivel deseado.
Los fenoles que pueden usarse para preparar un iniciador Novolac incluyen: o-, m- o p-cresoles, etilfenol, nonilfenol, p-fenilfenol, 2,2-bis(4-hidroxifenol) propano, beta-naftol, beta-hidroxiantraceno, p-clorofenol, o-bromofenol, 2,6-diclorofenol, p-nitrofenol, 4-nitro-6-fenilfenol, 2-nitro-4-metilfenol, 3,5-dimetilfenol, p-isopropilfenol, 2-bromo-4-ciclohexilfenol, 4-t-butilfenol, 2-metil-4-bromofenol, 2-(2-hidroxipropil)fenol, 2-(4-hidroxifenol)etanol, 2-carbetoxifenol, 4-clorometilfenol y mezclas de los mismos.
Los polioles tipo Novolac pueden producirse, por ejemplo, haciendo reaccionar un aducto condensado de fenol y formaldehído con uno o más óxidos de alquileno que incluyen óxido de etileno, óxido de propileno y óxido de butileno. Dichos polioles, a veces denominados polioles iniciados con Novolac, son conocidos por los expertos en la técnica y pueden obtenerse mediante métodos como los que se describen, por ejemplo, en las Patentes de EE.UU.
2.838.473; 2.938.884; 3.470.118; 3.686.101; y 4.046.721. Los materiales de partida de Novolac se pueden preparar haciendo reaccionar un fenol (por ejemplo, un cresol) con formaldehído, donde la relación molar del formaldehído con respecto al fenol es inferior a uno, en presencia de un catalizador ácido para formar un producto de condensación polinuclear que contiene de 2,1 a 12, tal como de 2,2 a 6, o de 2,5 a 4,5 unidades de fenol por molécula. A continuación, la resina Novolac se hace reaccionar con un óxido de alquileno, tal como óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno u óxido de isobutileno para formar un producto oxialquilado que contiene una pluralidad de grupos hidroxilo.
El poliéter poliol aromático puede ser del 5 al 15 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 5 al 15 por ciento en peso; por ejemplo, el poliéter poliol aromático puede ser de un límite inferior del 5, 6 u 8 por ciento en peso a un límite superior del 15, 12 o el 10 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol.
La composición de poliol de las formulaciones de espuma descritas en el presente documento incluye un poliéter poliol alifático iniciado con amina. El poliéter poliol alifático iniciado con amina puede tener una funcionalidad hidroxilo promedio de 2,5 a 5,0. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 3,0 a 5,0; por ejemplo, el poliéter poliol alifático iniciado con amina puede tener una funcionalidad promedio de un límite inferior de 2,5, 3,0 o 3,2 a un límite superior de 5,0, 4,9, 4,8, 4,7 o 4,5. El poliéter poliol alifático iniciado con amina puede iniciarse mediante una amina alifático que tenga una funcionalidad amino que sea inferior a 5,0 (por ejemplo, superior a 2,5) y/o un peso equivalente de amino que sea inferior a 60 g/mol (por ejemplo, de 15 g/mol a 60 g/mol, 20 g/mol a 50 g/mol, etc.). Las aminas alifáticas de ejemplo que pueden usarse incluyen etilendiamina (sola o en combinación con otros iniciadores de amina).
El poliéter poliol alifático iniciado con amina puede tener un peso equivalente de 60 a 120 g/mol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 60 a 120 g/mol; por ejemplo, el poliéter poliol alifático iniciado con amina puede tener un peso equivalente de un límite inferior de 60, 65 o 70 g/mol a un límite superior de 120, 115 o 110 g/mol.
El poliéter poliol alifático iniciado con amina se puede preparar utilizando equipos y condiciones de reacción conocidos, por ejemplo, un proceso de reacción que incluye una amina y un óxido de alquileno en presencia de un catalizador. El poliéter poliol alifático iniciado con amina puede obtenerse comercialmente. Los ejemplos de poliéter polioles alifáticos iniciados con amina comercialmente disponibles incluyen, pero no se limitan a, polioles comercializados con el nombre comercial VORANOL™, tal como VORANOL™RA 500, disponible en The Dow Chemical Company, entre otros.
El poliéter poliol alifático iniciado con amina puede ser del 3 al 10 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 3 al 10 por ciento en peso; por ejemplo, el poliéter poliol alifático iniciado con amina puede ser de un límite inferior del 3, 3,5 o el 4 por ciento en peso a un límite superior del 10, 9,5 o el 9 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol.
La composición de poliol de las formulaciones de espuma descritas en el presente documento incluye un diol. Tal como se usa en el presente documento, un “diol” se refiere a una molécula que tiene una funcionalidad hidroxilo promedio de 1,5 a 2,4. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 1,5 a 2,4; por ejemplo, el diol puede tener una funcionalidad promedio de un límite inferior de 1,5, 1,7 o 1,9 a un límite superior de 2,4, 2,3 o 2,1.
El diol puede tener un peso equivalente de 200 a 520 g/mol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 200 a 520 g/mol; por ejemplo, el diol puede tener un peso equivalente de un límite inferior de 200, 205 o 210 g/mol a un límite superior de 520, 515 o 510 g/mol.
Las realizaciones de la presente descripción prevén que el diol puede ser un poliéter diol, un poliéster diol o combinaciones de los mismos.
El diol se puede preparar utilizando equipos y condiciones de reacción conocidos. El diol puede obtenerse comercialmente. Los ejemplos de dioles comercialmente disponibles incluyen, pero no se limitan a, dioles comercializados con el nombre comercial VORANOL™, tales como VORANOL™P 400 y VORANOL™P1010, entre otros.
El diol puede ser del 20 al 60 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 20 al 60 por ciento en peso; por ejemplo, el diol puede ser de un límite inferior del 20, 25 o el 30, por ciento en peso a un límite superior del 60, 55 o el 50 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol.
Las realizaciones de la presente descripción prevén que la composición de poliol puede incluir un catalizador. El catalizador puede ser un catalizador de soplado, un catalizador gelificante, un catalizador de trimerización o combinaciones de los mismos. Tal como se usan en el presente documento, los catalizadores de soplado y los catalizadores gelificantes pueden diferenciarse por una tendencia a favorecer o bien la reacción de urea (soplado), en el caso del catalizador de soplado, o bien la reacción de uretano (gelificación), en el caso del catalizador gelificante. Puede utilizarse un catalizador de trimerización para promover la reactividad de las formulaciones de espuma.
Los ejemplos de catalizadores de soplado, por ejemplo, catalizadores que pueden tender a favorecer la reacción de soplado incluyen, pero no se limitan a, aminas terciarias de cadena corta o aminas terciarias que contienen un oxígeno.
Por ejemplo, los catalizadores de soplado incluyen bis-(2-d¡met¡lam¡noet¡l)éter; pentametildietilentriamina, trietilamina, tributilamina, N,N-dimetilaminopropilamina, dimetiletanolamina, N,N,N',N'-tetrametiletilendiamina y combinaciones de los mismos, entre otros.
Los ejemplos de catalizadores gelificantes, por ejemplo, un catalizador que puede tender a favorecer la reacción de gelificación, incluyen, pero no se limitan a, compuestos organometálicos, aminas terciarias cíclicas y/o aminas de cadena larga, por ejemplo, que contienen varios átomos de nitrógeno y combinaciones de los mismos. Los compuestos organometálicos incluyen compuestos de organoestaño, tales como sales de estaño (II) de ácidos carboxílicos orgánicos, por ejemplo, diacetato de estaño (II), dioctanoato de estaño (II), dietilhexanoato de estaño (II) y dilaurato de estaño (II), y sales de dialquilestaño (IV) de ácidos carboxílicos orgánicos, por ejemplo, diacetato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño, maleato de dibutilestaño y diacetato de dioctilestaño. Las sales de bismuto de ácidos carboxílicos orgánicos también se pueden utilizar como el catalizador gelificante, tal como, por ejemplo, octanoato de bismuto. Las aminas terciarias cíclicas y/o aminas de cadena larga incluyen dimetilbencilamina, N,N,N',N'-tetrametilbutanodiamina, dimetilciclohexilamina, trietilendiamina y combinaciones de las mismas.
Los ejemplos de catalizadores de trimerización incluyen tris(dialquilaminoalquil)-s-hexahidrotriazinas, tales como 1.3.5- tris(N,N-dimetilaminopropil)-s-hexahidrotriazina; [2,4,6-tris(dimetilaminometil)fenol]; acetato de potasio, octoato de potasio;, hidróxidos de tetraalquilamonio tales como hidróxido de tetrametilamonio; hidróxidos de metales alcalinos tales como hidróxido de sodio; alcóxidos de metal alcalino tales como metóxido de sodio e isopropóxido de potasio; y sales de metales alcalinos de ácidos grasos de cadena larga que tienen de 10 a 20 átomos de carbono y, combinaciones de los mismos. Algunos catalizadores de trimerización comercialmente disponibles incluyen DABCO® TMR, DABCO® TMR-2, DABCO® TMR-30, DABCO® K 2097; DABCO® K15, POLYCAT® 41, POLYCAT® 43 y POLYCAT® 46, entre otros.
El catalizador puede ser del 0,1 al 5,0 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 0,1 al 5,0 por ciento en peso; por ejemplo, el catalizador puede ser de un límite inferior del 0,1, 0,2 o el 0,3 por ciento en peso a un límite superior del 5,0, 4,5, 4,0, 3,5, 3,4 o el 3,3 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol.
Las realizaciones de la presente descripción prevén que la composición de poliol puede incluir un agente de soplado. El agente de soplado puede ser un agente de soplado físico, un agente de soplado químico o combinaciones de los mismos.
Los ejemplos de agentes de soplado físicos incluyen dióxido de carbono líquido; alcanos; cicloalcanos, tales como, ciclopentano, ciclohexano, ciclobutano y mezclas de los mismos; otros cicloalcanos que tienen hasta 7 átomos de carbono; éteres dialquílicos, éteres de cicloalquileno, fluoroalcanos, hidrofluoroolefinas, hidroclorofluoroolefinas y mezclas de los mismos. Los ejemplos de alcanos incluyen, pero no se limitan a, propano, butano, n-butano, isobutano, pentano, isopentano y combinaciones de los mismos. Los ejemplos de dialquil éteres incluyen dimetil éter, metil etil éter, metil butil éter, dietil éter y combinaciones de los mismos. Un ejemplo de un éter de cicloalquileno es furano. Los ejemplos de fluoroalcanos incluyen, pero no se limitan a pentafluoropropano, trifluorometano, difluorometano, difluoroetano, tetrafluoroetano, hepta-fluoropropano, pentafluoroetano, heptafluorobutano, y combinaciones de los mismos, entre otros. Los ejemplos de hidrofluoroolefinas y/o hidroclorofluoroolefinas incluyen, pero no se limitan a, 1.1.1.4.4.5.5.5- octafluoro-2-penteno (HFC-1438mzz), Z-1,1,1,4,4,4-hexafluoro-2-buteno (HFC-1336mzz, isómero Z), trans-1,3,3,3-tetrafluoropropeno, 1 -cloro-3,3,3-trifluoropropeno (HFO-1233zd).
Un ejemplo de un agente de soplado químico es agua.
El agente de soplado puede ser del 1,0 al 8,0 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 1,0 al 12,0 por ciento en peso; por ejemplo, el agente de soplado puede ser de un límite inferior del 1,0, 1,5 o el 2,0 por ciento en peso a un límite superior del 12,0, 11,0, 10,0, 7,0 o el 6,0 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol.
Las composiciones de poliol descritas en el presente documento pueden incluir un tensioactivo. Los ejemplos de tensioactivos incluyen compuestos a base de silicio tales como aceites de silicona y copolímeros de organosiliconapoliéter, tales como copolímeros de bloques de polidimetilsiloxano y polidimetilsiloxano-polioxialquileno, por ejemplo, polidimetil siloxano modificado con poliéter, y combinaciones de los mismos. Los ejemplos de tensioactivos incluyen partículas de sílice y polvos de aerogel de sílice, así como tensioactivos orgánicos, tales como etoxilatos de nonilfenol. Los tensioactivos están disponibles comercialmente e incluyen aquellos disponibles con nombres comerciales, tales como NIAX™, tal como NIAX™ L 6900; DABCO®; y TEGOSTAB™, tal como TEGOSTAB™ B 8427; entre otros.
Las realizaciones de la presente descripción prevén que el tensioactivo, cuando se utiliza, puede ser del 0,1 al 5,0 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 0,1 al 5,0 por ciento en peso; por ejemplo, el tensioactivo puede ser de un límite inferior del 0,1, 0,2 o el 0,3 por ciento en peso a un límite superior del 5,0, 4,0 o el 3,0 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol.
Una o más realizaciones de la presente descripción prevén que las formulaciones de espuma pueden incluir uno o más componentes adicionales. Se pueden utilizar diferentes componentes adicionales y/o diferentes cantidades de los componentes adicionales para diversas aplicaciones. Los ejemplos de componentes adicionales incluyen pigmentos, colorantes, retardantes de llama, reticuladores, prolongadores de cadena, antioxidantes, agentes biorretardantes y combinaciones de los mismos, entre otros.
Las composiciones de poliol de las formulaciones de espuma descritas en el presente documento tienen una funcionalidad hidroxilo promedio de 3,7 a 6,0. La funcionalidad promedio de la composición de poliol se puede determinar como un cociente de los moles totales de OH en la composición de poliol y los moles totales de una combinación del poliéter poliol de alta funcionalidad, el poliéter poliol aromático, el poliéter poliol alifático iniciado con amina, y el diol en la composición de poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 3,7 a 6,0; por ejemplo, la composición de poliol puede tener una funcionalidad promedio de un límite inferior de 3,7, 3,6 o 3,5 a un límite superior de 6,0, 5,8 o 5,7.
Las composiciones de poliol de las formulaciones de espuma descritas en el presente documento pueden tener un índice de OH de 270 a 410. El índice de OH se puede determinar a partir de un método analítico húmedo para determinar el contenido de hidroxilo de un poliol como miligramos de hidróxido de potasio equivalente al contenido de hidroxilo en un gramo de poliol u otro compuesto de hidroxilo. El índice de OH se puede expresar mediante la siguiente fórmula
Figure imgf000006_0001
donde 56,1 es el peso atómico del hidróxido de potasio y 1000 es el número de miligramos en un gramo de muestra. El índice de OH para las composiciones de poliol de las formulaciones de espuma descritas en el presente documento se puede determinar como la suma de los índices de OH respectivos del poliéter poliol de alta funcionalidad, el poliéter poliol aromático, el poliéter poliol alifático iniciado con amina y el diol.
Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 270 a 410; por ejemplo, la composición de poliol puede tener un índice de OH de un límite inferior de 270, 280 o 290 a un límite superior de 410, 400 o 390.
Tal como se ha mencionado, las formulaciones de espuma descritas en el presente documento pueden incluir un isocianato. El isocianato puede ser un poliisocianato. Tal como se usa en el presente documento, “ poliisocianato” se refiere a una molécula que tiene un promedio de más de 1,0 grupos de isocianato/molécula, por ejemplo, una funcionalidad promedio superior a 1,0.
El isocianato puede ser un poliisocianato alifático, un poliisocianato cicloalifático, un poliisocianato aralifático, un poliisocianato aromático, o combinaciones de los mismos, por ejemplo. Los ejemplos de isocianatos incluyen, pero no se limitan a, tolueno 2,4-/2,6-diisocianato (TDI), diisocianato de metilendifenilo (MDI), MDI polimérico, triisocianatononano (TIN), diisocianato de naftilo (NDI), 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano, isocianato de 3-isocianatometil-3,3,5-trimetilciclohexilo (diisocianato de isoforona IPDI), diisocianato de tetrametileno, diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de 2-metilpentametileno, diisocianato de 2,2,4-trimetilhexametileno (THDI), diisocianato de dodecametileno, 1,4-diisocianatociclohexano, 4,4'-diisocianato-3,3'-dimetildiciclohexilmetano, 4,4'-diisocianato-2,2-diciclohexilpropano, 3-isocianatometil-1 -metil-1 -isocianatociclohexano (MCI), 1,3-diisooctilcianato-4-metilciclohexano, 1,3-diisocianato-2-metilciclohexano y combinaciones de los mismos, entre otros. Además de los isocianatos mencionados anteriormente, pueden utilizarse poliisocianatos parcialmente modificados que incluyen uretdiona, isocianurato, carbodiimida, uretonimina, alofanato o estructura biuret, y combinaciones de los mismos, entre otros.
El isocianato puede ser polimérico. Tal como se usa en la presente descripción “polimérico” , al describir el isocianato, se refiere a homólogos y/o isómeros de peso molecular más alto. Por ejemplo, el isocianato de metilen-difenilo polimérico se refiere a un homólogo de peso molecular más alto y/o un isómero de isocianato de metilen-difenilo.
Tal como se mencionó, el isocianato puede tener una funcionalidad promedio superior a 1,0 grupos de isocianato/molécula. Por ejemplo, el isocianato puede tener una funcionalidad promedio de 1,75 a 3,50. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 1,75 a 3,50; por ejemplo, el isocianato puede tener una funcionalidad promedio de un límite inferior de 1,75, 1,85 o 1,95 a un límite superior de 3,50, 3,40 o 3,30.
El isocianato puede tener un peso equivalente de isocianato de 125 g/equiv. a 300 g/equiv. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 125 a 300 g/equiv.; por ejemplo, el isocianato puede tener un peso equivalente de isocianato de un límite inferior de 125, 135 o 145 a un límite superior de 300, 290 o 280 g/equiv.
El isocianato puede prepararse mediante un proceso conocido. Por ejemplo, el poliisocianato se puede preparar mediante fosgenación de las poliaminas correspondientes con la formación de cloruros de policarbamαlo y termólisis de los mismos para proporcionar el poliisocianato y cloruro ácido, o mediante un proceso libre de fosgeno, tal como haciendo reaccionar las poliaminas correspondientes con urea y alcohol para dar policarbamatos, y termólisis de los mismos para dar el poliisocianato y el alcohol, por ejemplo.
El isocianato puede obtenerse comercialmente. Los ejemplos de isocianatos comerciales incluyen, pero no se limitan a, poliisocianatos con los nombres comerciales VORANATE™, tales como VORANATE™ M 220 y PAPI™, disponibles en The Dow Chemical Company, entre otros isocianatos comerciales.
El isocianato se puede utilizar de manera que la formulación de espuma tenga un índice de isocianato en un intervalo de 100 a 125. El índice de isocianato se puede determinar como un cociente, multiplicado por cien, de una cantidad real de isocianato utilizada y una cantidad teórica de isocianato para el curado. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 100 a 125; por ejemplo, la formulación de espuma puede tener un índice de isocianato de un límite inferior de 100, 105 o 110 a un límite superior de 125, 120 o 115.
Las formulaciones de espuma descritas en el presente documento se pueden curar para formar un producto de espuma. Los productos de espuma se pueden preparar utilizando métodos y condiciones conocidos, que pueden variar para diferentes aplicaciones. Una o realizaciones de la presente descripción proporcionan un proceso para formar un producto de espuma. El proceso incluye curar las formulaciones de espuma descritas en el presente documento. El proceso puede utilizar equipos y condiciones conocidos, tal como un proceso de un solo paso, entre otros.
El producto de espuma descrito en el presente documento puede ser una espuma de celdas cerradas. Tal como se usa en el presente documento, una “espuma de celdas cerradas” se refiere a una espuma que tiene un porcentaje de volumen de celdas abiertas inferior o igual al 10 por ciento. El producto de espuma puede tener un porcentaje de volumen de celdas abiertas del 3 por ciento en volumen al 10 por ciento en volumen. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 3 al 10 por ciento en volumen; por ejemplo, el producto de espuma puede tener un porcentaje de volumen de celdas abiertas de un límite inferior del 3, 4 o el 5 por ciento en volumen a un límite superior del 10, 9 o el 8 por ciento en volumen.
El producto de espuma descrito en el presente documento puede tener un peso molecular por reticulación de 475 a 520. El peso molecular por reticulación puede determinarse como se analiza más adelante en el presente documento. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 475 a 520; por ejemplo, el producto de espuma puede tener un peso molecular por reticulación de un límite inferior de 475, 480 o 485 a un límite superior de 520, 515 o 510.
Tal como se ha mencionado, los productos de espuma descritos en el presente documento pueden tener una o más propiedades ventajosas, en comparación con otras espumas. Por ejemplo, los productos de espuma descritos en el presente documento pueden tener una tan delta ventajosamente superior y/o un módulo de pérdida ventajosamente superior, en comparación con las espumas formadas a partir de otras formulaciones.
Además, las formulaciones de espuma descritas en el presente documento se pueden curar para proporcionar productos de espuma que tengan una deformación del revestimiento ventajosamente mejorada, es decir, reducida, en comparación con la espuma formada a partir de otras formulaciones. La deformación reducida del revestimiento puede ser deseable para una serie de aplicaciones, por ejemplo, cuando las espumas se someten a fuertes choques térmicos inmediatamente después de la producción. Un ejemplo, como resultará evidente para los expertos en la técnica, de dichas aplicaciones son los calentadores de agua espumados con un sobreembalaje mínimo sin el uso de un soporte estructural. Este tipo de calentador de agua está asociado con una mayor deformación del revestimiento, en comparación con otros calentadores de agua producidos con un proceso de moldeo estándar.
Ejemplos
En los ejemplos, se usan diversos términos y designaciones para materiales que incluyen, por ejemplo, los siguientes:
VORANOL™ RN 482 (poliéter poliol de alta funcionalidad; poliéter poliol alifático; poliol propoxilado iniciado con sorbitol; funcionalidad promedio 6,0; peso equivalente 117 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); VORANOL™ CP 1055 (poliéter poliol alifático; funcionalidad promedio 3,0; peso equivalente 360 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); VORANOL™ 280 (poliéter poliol de alta funcionalidad; poliéter poliol alifático; poliol propoxilado iniciado con sacarosa/glicerina; funcionalidad promedio 7,0; peso equivalente 200 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); VORANOL™ P 400 (diol; poliéter diol alifático; funcionalidad promedio 2,0; peso equivalente 214 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); poliéter poliol aromático A (funcionalidad promedio 3,3; peso equivalente 286 g/mol; oxipropilen-oxietilen poliol iniciado con resina aromática (poliol tipo Novolac)); VORANOL™P1010 (diol; poliéter diol alifático; funcionalidad promedio 2,0; peso equivalente 510 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); VORANOL™ RA 500 (poliéter poliol alifático iniciado con amina; poliol propoxilado iniciado con etilendiamina; funcionalidad promedio 4,0; peso equivalente 112 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); VORANOL™ CP 450 (poliéter poliol alifático; funcionalidad promedio 3,0; peso equivalente 148 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); VORANOL™ CP 260 (poliéter poliol alifático; funcionalidad promedio 3,0; peso equivalente 85 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); VORANOL™ RH 360 (poliéter poliol alifático; funcionalidad promedio 4,6; peso equivalente 156 g/mol; obtenido en The Dow Chemical Company); dimetilciclohexilamina [DMCHA] (catalizador gelificante; obtenido en BordsoChem); NIAX™ A1 (catalizador de soplado; bis(dimetil aminoetil)éter activo al 70 % en DPG; obtenido en MOMENTIVE™); pentametildietilen-triamina [Pm DeTA] (catalizador de soplado; obtenido de Evonik); dimetilbencilamina [DMBA] (catalizador gelificante; obtenido en MOMENTIVE™); DABCO®TMR-2 (catalizador de trimerización, obtenido en EVONIK™); TEGOSTAB™ B 8427 (tensioactivo; obtenido de Evonik); NIAX™ L 6900 (tensioactivo; obtenido en MOMENTIVE™); HFC 245fa (pentafluoropropano; agente de soplado físico; obtenido en Honeywell); HFC 134a (tetrafloroetano; agente de soplado físico; obtenido en Arkema); HFC 365mfc/HFC 227ea (mezcla de pentafluorobutano/heptafluorobutano; agente de soplado físico; obtenido en Solvay); VORANATE™ M 220 (isocianato; MDI polimérico; obtenido en The Dow Chemical Company); fosfato de trietilo (retardante de llama; obtenido en Quimidroga).
Los Ejemplos 1-2, las formulaciones de espuma, se prepararon de la siguiente manera. Para cada Ejemplo, los elementos enumerados en la tabla 1 se combinaron en un recipiente respectivo mediante mezcla.
Los Ejemplos comparativos A-C se prepararon como los Ejemplos 1-2, con el cambio de que se utilizaron respectivamente los elementos indicados en la tabla 1.
Tabla 1
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Se determinaron el índice de isocianato, el índice de OH y la funcionalidad promedio para los Ejemplos 1-2 y los Ejemplos comparativos A-C; los resultados se indican en la tabla 3.
Tabla 3
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Los Ejemplos 3-4, los productos de espuma, y los Ejemplos comparativos D-F se formaron respectivamente curando los Ejemplos 1 -2 y los Ejemplos comparativos A-C una vez que reaccionaron con isocianato en condiciones de un solo paso, de la siguiente manera.
Cada muestra se preparó con una máquina de laboratorio Cannon A 40 de alta presión que tenía un cabezal mezclador unido a un orificio de inyección del molde. Los componentes respectivos de los Ejemplos 1-2 y los Ejemplos comparativos A-C se inyectaron junto con isocianato en una relación de mezcla definida, en un molde Brett de aluminio a una presión de cabezal mezclador de aproximadamente 150 bar. El molde Brett tenía 200 cm de largo, 20 cm de ancho y 5 cm de profundidad y se mantuvo a aproximadamente 45 0C. Se aplicó un agente de liberación al molde Brett antes de la inyección para facilitar el desmoldeo. El molde Brett incluía orificios de ventilación para facilitar el flujo de aire fuera del molde durante la formación de espuma. Cada uno de los Ejemplos 1-2 y los Ejemplos comparativos A-C se mantuvieron respectivamente en el molde Brett durante un período de tiempo para experimentar la formación de espuma y formar productos de espuma, los Ejemplos 3-4 y los Ejemplos comparativos D-F.
Para cada uno de los Ejemplos 3-4 y los Ejemplos comparativos D-F, se determinaron el tiempo de gelificación, la densidad moldeada, la resistencia a la compresión de desviación de densidad promedio, el factor k a 10 0C, factor k a 24 0C, el porcentaje de celdas abiertas y el peso molecular por reticulación. Los resultados se indican en la tabla 4.
El tiempo de gelificación se determinó por observación de la siguiente manera. El tiempo de gelificación se determina como el tiempo en segundos desde el comienzo del proceso de mezcla hasta que se puede tirar de una cuerda de la espuma ascendente usando un bajalenguas.
La densidad moldeada se determinó según la norma ASTM 1622-88.
La desviación de densidad promedio (DDP) se determinó a partir de 17 especímenes (20 cm x 10 cm x 5 cm) formados en el molde Brett, utilizando la siguiente fórmula:
Figure imgf000009_0001
Donde, di es la densidad de la iésima muestra, d (sobrerayado) es la densidad promedio, y 17 es el número de muestras.
La resistencia a la compresión se determinó según la norma ASTM D 1621, utilizando porciones de 10 cm x 10 cm x 5 cm.
El factor K se determinó según la Norma EN 12667.
Porcentaje de celdas abiertas determinado según la norma ASTM D 6226.
El peso molecular por reticulación se determinó mediante la siguiente fórmula:
Figure imgf000009_0002
donde Mc es el peso molecular por reticulación, Wpol es el peso combinado del poliol utilizado para formar la espuma, W iso, esteq es el peso de la cantidad estequiométrica de isocianato en gramos, W iso, exc es el peso del isocianato que excede el cantidad estequiométrica de isocianato, Fiso es una funcionalidad promedio numérica del isocianato, Fpol es una funcionalidad promedio numérica del poliol utilizado, Eiso es el peso equivalente del isocianato, y Epol es el peso equivalente del poliol utilizado.
Tabla 4
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Los datos de la tabla 4 ilustran que cada uno del Ejemplo 3 y el Ejemplo 4 tienen un peso molecular por reticulación ventajoso, es decir, mayor, en comparación con cada uno de los Ejemplos comparativos D-F.
Se realizó un análisis mecánico dinámico (DMA) en muestras de espuma obtenidas de los Ejemplos 3-4 y los Ejemplos comparativos D-F utilizando una máquina Q800 de TA Instrument. La medición se realizó con una configuración de doble voladizo; con una frecuencia de oscilación de 1 Hz y una rampa de temperatura de 3 °C/minuto desde -50 hasta 200 0C. Los resultados se indican en la tabla 5.
Tabla 5
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Los datos de la tabla 5 ilustran que cada uno del Ejemplo 3 y el Ejemplo 4 tienen una tan delta ventajosa, es decir, mayor, tanto a -10 0C como a -20 0C, en comparación con cada uno de los Ejemplos comparativos D-F. Además, los datos de la tabla 5 ilustran que cada uno del Ejemplo 3 y el Ejemplo 4 tienen un módulo de pérdida ventajoso, es decir, mayor, tanto a -10 0C como a -20 0C, en comparación con cada uno de los Ejemplos comparativos D-F.
El Ejemplo 5, un producto de espuma, se preparó inyectando la composición utilizada para el Ejemplo 1 (360 g) y VORANATE™ M 220 (560 g) en un calentador de agua (capacidad de 80 litros). Una hora después de la inyección, el calentador de agua se colocó en un entorno de -20 0C durante una semana, después de lo cual se observó visualmente si el calentador de agua tenía deformaciones en el revestimiento y grietas en la espuma. Los resultados se indican en la tabla 6.
Los Ejemplos comparativos G y H se prepararon como el Ejemplo 5, con el cambio de que se usaron los Ejemplos comparativos 2 y 3 respectivamente, en lugar del Ejemplo 1.
Tabla 6
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Los datos de la tabla 6 ilustran que, ventajosamente, no se observó deformación del revestimiento para el Ejemplo 5, mientras que se observó deformación del revestimiento tanto para el Ejemplo comparativo G como para el Ejemplo comparativo H.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Una formulación de espuma que comprende:
    una composición de poliol que incluye:
    un poliéter poliol de alta funcionalidad que tiene una funcionalidad hidroxilo promedio superior a 5,0, que es del 20 al 60 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol;
    un poliéter poliol aromático que es del 5 al 15 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol;
    un poliéter poliol alifático iniciado con amina que es del 3 al 10 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol;
    un diol que es del 20 al 60 por ciento en peso del peso total de la composición de poliol, en donde la composición de poliol tiene una funcionalidad hidroxilo promedio de 3,7 a 6,0; y un isocianato,
    en donde la formulación de espuma forma una espuma que tiene un peso molecular por reticulación de 475 a 520.
  2. 2. La formulación de espuma de la reivindicación 1, en donde la formulación de espuma tiene un índice de isocianato de 100 a 125.
  3. 3. La formulación de espuma de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde el poliéter poliol de alta funcionalidad tiene una funcionalidad hidroxilo promedio de 5,1 a 8,0 y un peso equivalente de 75 a 150 g/mol.
  4. 4. La formulación de espuma de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, en donde el poliéter poliol alifático iniciado con amina tiene una funcionalidad hidroxilo promedio de 2,5 a 5,0 y un peso equivalente de 60 a 120 g/mol.
  5. 5. La formulación de espuma de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, en donde el poliéter poliol aromático tiene una funcionalidad hidroxilo promedio de 3,0 a 5,0 y un peso equivalente de 240 a 320 g/mol.
  6. 6. La formulación de espuma de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el diol tiene un peso equivalente de 200 a 520 g/mol.
  7. 7. La formulación de espuma de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, que incluye un catalizador, en donde el catalizador se selecciona de catalizadores de soplado, catalizadores gelificantes, catalizadores de trimerización o combinaciones de los mismos, y un agente de soplado, en donde el agente de soplado se selecciona de agentes de soplado físicos, agentes de soplado químicos o combinaciones de los mismos.
  8. 8. Un producto de espuma formado mediante el curado de la formulación de espuma de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7.
  9. 9. El producto de espuma de la reivindicación 8, en donde el producto de espuma tiene un porcentaje de volumen de celdas abiertas de 3,0 a 10,0 según lo determinado por la norma ASTM D 6226.
  10. 10. Un proceso para formar un producto de espuma, comprendiendo el proceso: curar la formulación de espuma de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7.
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