MX2007000436A - Sistema de espuma de pulverizacion de poliuretano por insuflado con agua. - Google Patents

Sistema de espuma de pulverizacion de poliuretano por insuflado con agua.

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Ray J Anderson
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Abstract

Se proporcionan una composicion y un metodo para producir espumas de poliuretano esponjadas con agua. La composicion utiliza indices de isocianato mayores que el sistema de espuma convencional para proporcionar una espuma de poliuretano esponjada con agua, adecuada para una amplia variedad de aplicaciones que incluyen el material para techo mediante pulverizacion, aislamiento, etc. La composicion preferida para preparar una espuma de poliuretano comprende un componente de isocianato y un componente de poliol, en donde el componente de poliol de preferencia, comprende una combinacion de poliol Mannich, poliol de poliester y poliol de polieter. De preferencia, la composicion incluye agua para actuar a manera de un agente de esponjado y un catalizador de sal metalica para asistir en la reaccion. Preferentemente, el indice de isocianato es entre aproximadamente 1.2 y aproximadamente 2.0. Tambien pueden utilizarse catalizadores adicionales, agentes tensoactivos, agentes que retardan la flama y agentes de esponjado, dependiendo del producto acabado deseado.

Description

SISTEMA DE ESPUMA DE PULVERIZACIÓN DE POLIURETANO POR INSUFLADO CON AGUA La invención se refiere a composiciones y métodos para preparar espumas de poliuretano. En un aspecto, la invención se refiere a composiciones y métodos para preparar espumas de pulverización de poliuretano con agua de insuflado. En otro aspecto, la invención se refiere a un método de aplicación de espumas de poliuretano con agua de insuflado. Los constructores han utilizado espuma de poliuretano de pulverización en techado, aislamiento y productos de sellado durante muchos años. Sin embargo, los problemas medioambientales han impedido continuar usando formulaciones convencionales de espuma de poliuretano de pulverización. En particular, los agentes de insuflado utilizados en formulaciones convencionales para formar espumas de poliuretano de pulverización están bajo una reglamentación cada vez más rigurosa y en muchos casos han sido directamente prohibidos . El Protocolo de Montreal de 1987 ha enunciado las progresivas etapas del cambio dirigido a la protección de la capa de ozono que está sobre la tierra por reducción de la cantidad de cloro en la atmósfera. Una parte significativa del cloro se atribuye a los agentes de insuflado clorados que se utilizan en las espumas de poliuretano. La Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA) aprueba periódicamente nuevos agentes de insuflado que contienen menores cantidades de cloro y detiene (prohibe) agentes de insuflado previamente aprobados. Como parte de este protocolo, el 1 de enero de 1993, se requirió a la industria de poliuretano para que cambiara el agente de insuflado convencional CFC-11 por HCFC-141b. El cambio de CFC-11 a HCFC-141b no resultaba excesivamente difícil para la industria de poliuretano porque había varios fabricantes que comercializaban HCFC-141b y su coste era solo ligeramente mayor que el de CFC-11. Actualmente, a la industria de poliuretano se le requiere el cambio de HCFC-141b. Los agentes de insuflado sugeridos son ahora HFC-241fa, hidrocarburos (pentanos) y otros. Este cambio es un reto mucho mayor, en parte porque HFC-245fa hierve a aproximadamente 60°F (15,5°C) comparado con el HCFC-1 1b de punto de ebullición de aproximadamente 89°F (31°C) . Dado que el punto de ebullición 60°F (15,5°C) está por debajo de la mayoría de condiciones ambiente, el HFC-245fa crea problemas de presión para los materiales distribuidos en contenedores de acero o plástico (tambores y recipientes) que han sido utilizados comúnmente en el pasado con sistemas CFC-11 y HCFC-141b. La mayor parte de los autores de formulaciones de sistemas de poliuretano de pulverización han intentado utilizar HFC-245fa y agua como agentes de co-insuflado para impedir tener que utilizar cilindros a presión para almacenar y distribuir el producto.
Además de los problemas de presión, los costes de HFC-245fa superan en más de cuatro veces a los de HCFC-141b en los Estados Unidos. Hay solo un suministrador de HFC-245fa y solamente un suministrador de ese suministrador de fabricante del material base para producir el HFC-245fa. El coste adicional representa un requerimiento de dinero en efectivo mucho más alto para la mayor parte de los autores de formulaciones con pequeño negocio para comprar las cantidades necesarias de HFC-245fa. Para la industria de techados de espuma de poliuretano de pulverización, el coste adicional afecta adversamente la competitividad de la espuma de poliuretano de pulverización frente a otros productos de techado sobre la base de los costes. El intento de utilización de hidrocarburos supone más de un reto. Estos compuestos son muy inflamables y tienen propiedades explosivas específicas. No es que se diga que no pueden utilizarse hidrocarburos para producir sistemas de espuma de pulverización y vertido de poliuretano y poliisocianurato, pero cualquier intento por parte del contratante o fabricante de OEM que quiera utilizar estos compuestos tiene que tener en cuenta que deberá ir acompañado con gastos significativos de equipo y entrenamiento. En la industria de espuma de pulverización la mayor parte de suministradores y contratantes de sistemas han elegido no trabajar con estos materiales debido a su naturaleza peligrosa y su garantía potencial a la baja. La utilización de agua en composiciones que forman espuma de poliuretano no es nueva. De hecho, casi todas las formulaciones de espuma de poliuretano tienen algo de contenido de agua ya sea añadida a propósito o como componente traza en la materia prima utilizada. El agua se transforma en agente de insuflado por reacción con el isocianato en el sistema de espuma. Esta reacción produce dióxido de carbono como sub-producto. El dióxido de carbono es un gas y se expande debido al calor de reacción del sistema de espuma. El agente de insuflado debe crear la naturaleza celular de la estructura de espuma y ayudar a controlar la densidad de la espuma aplicada. Los sistemas de espuma de poliuretano de pulverización y vertido han reducido al mínimo tradicionalmente la utilización de agua como agente de insuflado debido al suministro adecuado de los agentes de formación de espuma CFC y HCFC que están disponibles a un coste razonable. El alto coste de HFC-245fa y limitaciones técnicas asociadas a HFC-245fa y otros agentes de insuflado potenciales han sido el origen de redoblar los esfuerzos en la utilización de agua. La utilización de agua, sin embargo, en lugar de agentes de insuflado HCFC o HFC no supone un camino sencillo. El agua es un agente de insuflado reactivo en sistemas de espuma de poliuretano, mientras que los compuestos CFC, HCFC y HFC no son reactivos. Dado que el agua consume una gran cantidad de isocianato (aproximadamente 9 libras (4 kilos) de agua reaccionan con 134 libras (61 kilos) de isocianato) , el sistema queda limitado por la cantidad de agua que puede utilizarse. En los sistemas de espuma de poliuretano, el isocianato reacciona con los componentes polialcohol para formar la estructura de polímero. El isocianato reacciona con el agua para dar lugar a la matriz de espuma. El isocianato y los componentes que reaccionan con el isocianato deben equilibrarse química, estequiométricamente, para asegurar una reacción completa de los componentes. En la práctica, los sistemas de poliuretano se formulan con un pequeño exceso de isocianato para asegurar una reacción completa. Este parámetro es citado como índice de isocianato o simplemente "índice de NCO". Comúnmente, las espumas de poliuretano se diseñan en un intervalo de índice de NCO de 1,05-1,20. El índice de NCO se fija y destina a sistema líquido cuando éste se produce. No es fácilmente controlable en la aplicación de uso final. La cantidad de isocianato en las formulaciones de espuma de poliuretano utilizada está normalmente limitada por el equipo de aplicación convencional industrial y es una relación de 1:1 (A:B) en volumen. En la publicación de solicitud de Patente estadounidense No. 2002/0040122A1 para Mirasol y col., ahora abandonada, se encuentra un intento de proporcionar una composición que forma espuma de poliuretano de insuflado con agua. Mirasol y col. establecen que la utilización de polialcoholes de Mannich convencionales en sistemas insuflados por agua podría causar un fallo del equipo y otras dificultades del procesado. Mirasol y col. señalan también que las espumas preparadas utilizando polialcoholes de Mannich convencionales y agua como agente de insuflado pueden tener una estructura celular gruesa, una superficie rugosa, pobre estabilidad dimensional y poca adhesión al substrato. Además, Mirasol establece que la combinación de agua y polialcoholes de Mannich podría crear formulaciones con viscosidad demasiado alta y podría causar problemas en algunos tipos de equipo de producción de espuma. En parte, Mirasol ha reconocido que una desventaja del agua como agente de insuflado en formulaciones de polialcohol es que el agua no reduce la viscosidad de polialcoholes de Mannich tan eficazmente como los agentes de insuflado hidrocarburos halogenados. En un intento de resolver estos problemas, Mirasol ha propuesto un componente de la parte B que incluye polialcohol de Mannich de viscosidad ultra-baja que tiene una viscosidad de menos de 3.500 centipoises (cps) a 25°C, junto con un segundo polialcohol que incluye polialcoholes de Mannich que tienen una viscosidad de más de 3.500 cps a 25°C, polialcoholes Novolaca, y otros polialcoholes que contienen grupo aromático. Mirasol introduce solamente cantidades menores de otros polialcoholes en su formulación. En general los polialcoholes de Mannich de baja viscosidad tienen la característica de producir espumas que son mucho más lentas de curado y de alcanzar la firmeza adecuada. En formulaciones para pulverización, estas características son perjudiciales durante la aplicación. Permanece la necesidad, pues, de una composición que forme espuma de poliuretano que no esté basada en un agente de insuflado hidrocarburo halogenado. Además, existe la necesidad de una espuma de pulverización de poliuretano insuflado con agua con propiedades equivalentes o mejores comparadas con las espumas de insuflado con hidrocarburos halogenados convencionales. Además hay necesidad también de una formulación de espuma de poliuretano que pueda utilizar polialcoholes más fácilmente asequibles, incluyendo los polialcoholes de Mannich convencionales, fácilmente disponibles, y producir aún espuma de poliuretano superior cuando se utiliza agua como agente de insuflado.
BREVE COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención incluye una composición y un método para producir una espuma de poliuretano principalmente insuflada con agua. La presente invención utiliza una combinación única de componentes y relaciones de isocianato mayores que los sistemas convencionales para proporcionar una espuma de poliuretano de insuflado con agua adecuada para una amplia variedad de aplicaciones que incluyen techado por pulverización, aislamiento, etc. La composición preferida para preparar una espuma de poliuretano comprende un componente isocianato y un componente polialcohol, donde el componente polialcohol comprende preferiblemente una combinación de polialcohol de Mannich, poliéster polialcohol y poliéter polialcohol. Preferiblemente, la composición incluye agua para actuar como agente de insuflado y un catalizador de sal metálica para favorecer la reacción. Preferiblemente, el índice de isocianato está entre aproximadamente 1,2 y aproximadamente 2,0. Se pueden utilizar también catalizadores adicionales, agentes tensioactivos, retardadores de la inflamación y agentes de insuflado dependiendo del producto acabado deseado.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Componente de la parte A El componente poliisocianato de la parte A de las formulaciones de la presente invención incluye preferiblemente los conocidos por los especialistas en esta técnica, sin que haya de entenderse que el componente de la parte A queda limitado a los ilustrados aquí específicamente. Por ejemplo, el componente poliisocianato de la parte A de las formulaciones de la presente invención se puede seleccionar ventajosamente entre poliisocianatos orgánicos, poliisocianatos modificados, prepolímeros basados en isocianato, y mezclas de ellos. Entre estos pueden incluirse isocianatos alifáticos y cicloalifáticos, pero los preferidos son los isocianatos aromáticos, especialmente los isocianatos aromáticos multifuncionales, y el polifenil polimetilen poliisocianato (PMDI) es el más preferido. Los productos PMDI comercialmente disponibles que son preferidos incluyen Mondur® MR Lite de Bayer Corporation, Rubinate® M de Huntsman Corporation y similares. El poliisocianato preferido en primer lugar, para utilizarlo en la presente invención, es el PMDI en cualquiera de sus formas Cuando se utiliza, tiene preferiblemente un peso equivalente entre aproximadamente 125 y aproximadamente 300, más preferiblemente, de aproximadamente 130 a aproximadamente 180, y una funcionalidad media superior a aproximadamente 1,5. Lo más preferido es una funcionalidad media de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 3,0. La viscosidad del componente poliisocianato es, preferiblemente, de aproximadamente 100 a aproximadamente 1.000 cps, pero son preferidos valores de aproximadamente 100 a aproximadamente 500 cps a 25°C para facilitar el procesado. Se prefieren viscosidades similares cuando se seleccionan componentes poliisocianato alternativos . Preferiblemente aún, el componente poliisocianato de las formulaciones de la presente invención se selecciona del grupo de MDI, PMDI, un prepolímero de MDI, un prepolímero de PMDI, un MDI modificado y mezclas de ellos. Componente de la parte B Por lo general el componente de la parte B comprende uno o más polialcoholes de Mannich, uno o más poliéster polialcoholes, y uno a más poliéter polialcoholes. Adicionalmente, el componente de la parte B incluye preferiblemente agua como agente de insuflado y catalizador de sal metálica para favorecer la reacción. También se pueden utilizar catalizadores adicionales, agentes tensioactivos, agentes retardadores de la combustión y agentes de insuflado auxiliares. En la práctica de la presente invención, el componente de la parte B comprenderá preferiblemente polialcohol de Mannich en un intervalo de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 por ciento, poliéster polialcohol en un intervalo de aproximadamente 10 a aproximadamente 80 por ciento y poliéter polialcohol en un intervalo de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 por ciento en peso. Más preferiblemente, el componente de la parte B comprenderá polialcohol de Mannich en el intervalo de aproximadamente 15 a aproximadamente 45 por ciento en peso, poliéster polialcohol en el intervalo de aproximadamente 15 a aproximadamente 75 por ciento en peso, y poliéter polialcohol en el intervalo de aproximadamente 15 a aproximadamente 45. Lo más preferible es que el componente de la parte B comprenda polialcohol de Mannich en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento en peso, poliéster polialcohol en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento en peso, y poliéter polialcohol en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento en eso. En el método de producción del componente de la parte B, el polialcohol de Mannich, el poliéster polialcohol, el poliéter polialcohol se mezclan juntos utilizando cualquiera de los métodos y aparatos adecuados conocidos por los especialistas en la técnica de combinación de polialcoholes. En la práctica de la presente invención, el componente de la parte B puede comprender solo uno, o comprender una mezcla de polialcoholes de Mannich. Los polialcoholes de Mannich son muy conocidos en la técnica y son muy adecuados para añadir resistencia a la estructura de polímero de uretano. Preferiblemente, el componente de la parte B de la formulación de espuma de poliuretano incluye un polialcohol de Mannich que tiene una funcionalidad igual o mayor de 3,0, viscosidad mayor de 3.500 cps pero menos de 40.000 cps a 25°C. Los polialcoholes de Mannich comunes en la industria que pueden utilizarse con la presente invención incluyen los iniciados con fenol o nonil-fenol u otros derivados de fenol adecuados conocidos por los especialistas en la técnica. Entre los ejemplos de polialcoholes de Mannich comercialmente adecuados se incluyen Voranol® R350X, R470X y R650X de Dow Chemical, Jeffol® R350-X, R466-X y R650-X de Huntsman Corp, y similares . Los poliéster polialcoholes se pueden utilizar también con el componente de la parte B de la presente invención. Los poliéster polialcoholes son muy conocidos en la técnica y son muy adecuados para mejorar la resistencia a incendios de los productos de espuma de uretano resultantes. El componente de poliéster polialcohol puede consistir en cualquier poliéster polialcohol. Preferiblemente, el polialcohol tiene un peso molecular de aproximadamente 200 a aproximadamente 1.000 y una funcionalidad de hidroxilo de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 6,0. Lo más preferible es que el peso molecular caiga dentro del intervalo de aproximadamente 300 a 600 y una funcionalidad de hidroxilo de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 4,0. Preferiblemente, el polialcohol tiene una viscosidad de aproximadamente 1.500 a aproximadamente 40.000 cps a 25°C. Más preferiblemente, la viscosidad está dentro del intervalo de aproximadamente 2.000 a aproximadamente 10.000 cps a 25°C. Se pueden utilizar diversidad de poliéster polialcoholes convencionales en la presente invención. Por ejemplo, se pueden utilizar los poliéster polialcoholes derivados de tereftalato de dimetilo, anhidrido ftálico o tereftalato de polietileno. Entre los ejemplos de poliéster polialcoholes disponibles comercialmente, adecuados, se incluyen Terate® 3520, 4020, 4026 de Invista, Terol® 352 de Oxid L.P., y similares. Con la presente invención se pueden utilizar también poliéter polialcoholes. La porción de poliéter polialcohol del componente de la parte B puede consistir en cualquier poliéter polialcohol de poliglicol. Los poliéter polialcoholes se utilizan primariamente para equilibrar el índice de NCO del sistema. Pueden emplearse poliéter polialcoholes de funcionalidad más baja para ajustar la viscosidad mientras que se pueden utilizar poliéter polialcoholes de funcionalidad más alta para añadir resistencia mecánica adiciona al polímero. Preferiblemente, el poliéter polialcohol tiene un peso molecular de aproximadamente 200 a 7.000 y una funcionalidad hidroxol de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 8,0. Más preferiblemente, el peso molecular del poliéter polialcohol cae dentro del intervalo de aproximadamente 200 a aproximadamente 1.000 y tiene funcionalidad hidroxol de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 7,0. Preferiblemente, el poliéster polialcohol tiene una viscosidad de aproximadamente 10 a aproximadamente 100.000 cps a 25°C, más preferiblemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 20.000 cps a 25°C, lo más preferiblemente de aproximadamente 25 a 8.000 cps a 25°C. Entre los ejemplos de poliéter polialcoholes comerciales adecuados se incluyen los poliglicoles E400, E600, E1000, P2000, P4000, P241, D350 de Dow Chemical o Polialcoholes M3901, M9171 de Bayer Corporation, y similares. El agua es el agente de insuflado preferido para las formulaciones de la presente invención. En las formulaciones útiles para preparar las espumas de poliuretano de la presente invención, el agua estará presente a una concentración de 0,75 a 10 por ciento en peso de componente de la parte B. Preferiblemente, el agua está presente en 1,0 a 6,0 en peso de componente de la parte B. Incluso más preferiblemente, el agua está presente en 2,0 a 4,0 por ciento en peso de componente de la parte B. Aunque las formulaciones de espuma que incluyen agua como único agente de insuflado son los modos de realización preferidos de la presente invención, se contempla también que la presente invención incluya formulaciones que tienen cantidades menores de agentes de insuflado auxiliares también. Cuando se emplea un agente de insuflado auxiliar, éste preferiblemente está presente entre aproximadamente 0,01 y 10 por ciento en peso del citado componente de la parte B. Más preferiblemente, el agente de insuflado auxiliar está presente entre aproximadamente 0,1 y 5,0 por ciento en peso. Por ejemplo, se podría utilizar como agentes de insuflado agua y uno o más de los siguientes materiales para las formulaciones de la presente invención: HCFC-22, HFC-134 a, HCFC-142b, HFC-245fa, dicloroetileno, hidrocarburos tales como n-pentano, isopentano, ciclopentano, y similares. Se ha encontrado que pequeñas cantidades de tales agentes de insuflado auxiliares, cuando se utilizan con la composición de la presente invención pueden dar valores de aislamiento más altos. Se cree que los agentes de insuflado auxiliares, cuando quedan atrapados por la espuma de celdillas cerradas producidas por la composición de la presente invención proporcionan aislamiento térmico adicional. El componente de la parte B incluye preferiblemente catalizador de sal metálica. Los catalizadores de sal metálica, junto con el exceso de calor de reacción, hacen reaccionar al isocianato residual consigo mismo para formar una funcionalidad isocianurato muy estable. Los catalizadores de sal metálica son sales de metal alcalino de ácidos orgánicos, preferiblemente sales de sodio o potasio. El catalizador de sal metálica está presente preferiblemente en una cantidad entre aproximadamente 0,05 a 10 por ciento en peso. Entre los ejemplos de catalizador de sal metálica comerciales adecuados para la presente invención se incluye Dabco® K-15 y Polycat® 46 de Air Products y similares. Además de los anteriores componentes citados, el componente de la parte B puede incluir también catalizadores adicionales, agentes tensioactivos, agentes que retardan la combustión u otros aditivos tales como los conocidos por los especialistas en la técnica. Preferiblemente, el componente de la parte B incluye al menos un catalizador amina. Catalizadores amina comercialmente disponibles adecuados para la presente invención incluyen Polycat® 5, Polycat® 8, Polycat® 11 y Dabco® BL-11 de Air Products. Se pueden utilizar también otros catalizadores amina. En el modo de realización preferido, el catalizador amina está presente entre aproximadamente 1,0 y aproximadamente 4,0 por ciento en peso de componente de la parte B. Adicionalmente, se pueden utilizar agentes de retardo de la combustión tales como PHT-4 Diol de Great Lakes, Fyrol®PCF de Akzo-Nobel, y similares en el componente de la parte B de la presente invención. Pueden ser aceptables también otros agentes de retardo de la combustión. En un modo de realización preferido, se emplea entre aproximadamente 5,0 y aproximadamente 15 por ciento en peso de agente de retardo de la combustión para satisfacer las normas de resistencia a incendios . Preferiblemente, la presente invención tiene una relación A:B en volumen más alta que la de las composiciones que forman espuma de poliuretano convencionales. Preferiblemente, la relación en volumen A:B está entre aproximadamente 1,05:1 y aproximadamente 5:1. Más preferiblemente, la relación en volumen A:B está entre aproximadamente 1,2:1 y aproximadamente 2,5:1. Incluso más preferiblemente, la relación en volumen A:B está entre aproximadamente 1,25:1 y aproximadamente 2,0:1. Lo más preferible es que la relación en volumen A:B sea aproximadamente 1,5:1. Con el fin de un procesado apropiado, en algunos modos de realización de la presente invención, el equipo de procesado se modifica preferiblemente la relación en volumen de A:B 1:1 convencional para operar a una relación en volumen más alta en A, preferiblemente A:B 1,5:1. Esto se lleva a cabo fácilmente por cambio de las bombas de distribución para proporcionar la relación deseada. Una vez que se cambian las bombas a la relación apropiada, el nuevo sistema de espuma de poliuretano de pulverización pueden trabajar fácilmente sin más modificación.
EJEMPLOS Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar la presente invención. Los ejemplos no han de entenderse como limitativos del marco de la presente invención y no deben ser interpretados de esta forma. Las cantidades se dan como partes en peso o porcentajes en peso a menos que se indique de otra manera. Ej emplo 1 Se preparó un sistema de formación de espuma de poliuretano a una relación de 1:1 utilizando agua como principal agente de formación de espuma. La composición de este sistema se muestra en la Tabla 1. Se añadió aproximadamente 3 partes (o partes por cada cien partes delcomponente de la parte B, es decir un 3%) de HFC-134 a en adición al agua con el fin de obtener una densidad aceptable de la espuma manteniendo mientras muy marginalmente aceptable el índice de 1,05. Los especialistas en esta técnica se darán cuenta que se puede sustituir el HFC-134a por otros agentes de insuflado auxiliares tales como HCFC-22. El sistema de espuma quedaba bien procesado pero había grandes secciones de espuma chamuscadas internamente y o que habían ardido sin llama y/o con autoinflamación para dar lugar a fuego. Esto puede ser un problema especialmente a temperaturas ambiente más calurosas que es cuando se realizan la mayoría de las aplicaciones de espuma para techados . El chamuscado/inflamación tenía lugar debido al calor de reacción en el sistema de espuma. Los sistemas de espuma de poliuretano convencionales de relación 1:1 que utilizan agentes de insuflado líquidos tales como CFC's, HCFC's, o HFC's hacen volatilizar estos agentes y por tanto actúan como disipador de calor para absorber mucho del calor de reacción. Esta formulación fallaba en satisfacer la clasificación de Clase II para incendios del procedimiento de ensayo E-84 de ASTM, que es la requerida para la mayor parte de las aplicaciones de paredes y tejados de espuma de uretano de pulverización. Ej emplo 2 Para solucionar el problema del Ejemplo 1 del calor de reacción, los solicitantes experimentaron con sistemas fuera de la relación A:B de 1:1. Se ha encontrado que los sistemas fuera de esa relación con una cantidad incrementada de isocianato disponible (índice de NCO) podían acomodar niveles más altos de agua. Con una elección apropiada de catalizadores, los componentes reaccionan por completo y absorben la suficiente cantidad de calor de reacción para proporcionar un producto de espuma aceptable. Por "elección apropiada de catalizador" se entiende la adición de un catalizador de sal metálica como se ha descrito antes. Estos catalizadores, junto con el exceso de calor de reacción, hacen que el isocianato residual reaccione consigo mismo para formar funcionalidad de isocianurato muy estable. Esta configuración química tiene una estabilidad al calor significativamente más alta comparada con la química de poliuretano encontrada en una formulación de espuma insuflada con agua de relación 1:1 de A:B. Los catalizadores de sal metálica se utilizan comúnmente a concentraciones más altas en sistemas de espuma donde es deseable producir un alto nivel de estructura isocianurato con un índice NCO de 2,5 o más alto en vez del índice NCO normal de 1,2 o más bajo para poliuretano. Como se muestra en la Tabla 1, el Ejemplo 2 ilustra un modo de "realización de la presente invención que comprende una composición de formulación de espuma insuflada con agua de una relación 2:1 en volumen de A:B. El sistema de espuma 10 se procesó bien y, como se puede ver, presentaba un contenido de celdillas cerradas de más del 90%. La espuma presentaba también excelentes propiedades de estabilidad dimensional después de envejecimiento en húmedo de 28 días. El valor del aislamiento, sin embargo, no era tan alto como el 15 experimentado en el Ejemplo 1.
TABLA 1 (1) Se podía utilizar de varios fabricantes, tales como R350X, R470X de Huntsman o equivalente 5 (2) Se podía utilizar de varios fabricantes, tales como Terate 3529, 4020, 4026, Oxid Terol 352, de KOSA, o equivalentes (3) Se podía utilizar de varios fabricantes de polialcano glicol 10 (4) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como Polycat 45, 8, 11, Dabco-BL-11, de Air Products u otros. (5) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como Dabco K-15, Polycat- 15 46 de Air Products, u otros. (6) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como LK- 443, Dabco DC-193, de Air Products, u otros (7) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como PHT- 4-Diol de Great Lakes, Fyrol PCF de Akzo-Nobel, u otros. (8) El tiempo en minutos después de aplicada la espuma hasta que se puede caminar sobre ella sin romper la superficie de la espuma o dejar marcas en la superficie de la espuma. (9) Esta clasificación de extensión de la inflamación no intenta reflejar los riesgos presentados por este o cualquier otro material en condiciones de fuego reales.
Ejemplo 3 Respecto a la Tabla 2, el Ejemplo 3 ilustra otro modo de realización de la presente invención que comprende una composición de una formulación de espuma insuflada por agua de relación en volumen 1,5:1 de A:B. Este ejemplo incluye también un bajo nivel de HFC-134a como agente auxiliar de insuflado. El sistema de espuma se procesaba muy bien con superficie de encima lisa y excelente adhesión interlaminar entre distintas piezas (pasadas de máquina) de espuma. Se encuentra que las propiedades de espuma de este ejemplo se potencian. Esto es así especialmente con respecto al factor de aislamiento y propiedades de retardo de la inflamación.
Ejemplo 4 En relación con la Tabla 2, el Ejemplo 4 ilustra otro modo de realización de la presente invención que comprende una composición mejorada de formulación de espuma de insuflado con agua de relación en volumen A;B de 1,5:1. El sistema de espuma se procesaba muy bien quedando una superficie de encima lisa y excelente adhesión interlaminar entre piezas (pasadas de máquina) de espuma. Las propiedades físicas mostraban excelente resistencia a la compresión, factor de aislamiento, propiedades de estabilidad dimensional y características de inflamabilidad.
TABLA 2 (1) Se podía utilizar de varios fabricantes, tales como R350X, R470X , o equivalente, de Huntsman (2) Se podía utilizar de varios fabricantes, tales como Terate 3520, 4020, 4026, Oxid Terol 352, de KOSA, o equivalentes (3) Se podía utilizar de varios fabricantes de polioxialcano glicol (4) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como Polycat 5, 8, 11, Dabco- BL-11, de Air Products u otros. (5) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como Dabco K-15, Polykat 46, de Air Products, u otros. (6) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como LK- 443, Dabco DC-193, de Air Products, u otros (7) Se podía utilizar de varios fabricantes tales como PHT- 4-Diol de Great Lakes, Fyrol PCF de Akzo-Nobel, u otros. (8) El tiempo en minutos después de aplicada la espuma hasta que se puede caminar sobre ella sin romper la superficie de la espuma o dejar marcas en la superficie de la espuma. (9) Esta clasificación de extensión de la inflamación no intenta reflejar los riesgos presentados por este o cualquier otro material bajo condiciones de incendio real.
El coste de la formulación de los modos de realización preferidos de la presente invención puede ser comparable al de una formulación de espuma de relación 1:1 en volumen, de insuflado con HCFC-141b, convencional, actual, típica, como se muestra en la Tabla 3. Adicionalmente, los modos de realización preferidos de la presente invención pueden ser significativamente más bajos en costes al comparar con una formulación de sistema HFC-245fa típica como se muestra en la Tabla 3. En la Tabla 3 se incluyen también los requerimientos de propiedades físicas según ?STM C1029-2002. Se puede ver que los modos de realización preferidos de la presente invención satisfacen o sobrepasan estos requerimientos.
TABLA 3 + De datos disponibles de espuma de HCFC-141b ++ De hojas de datos de varios suministradores +++ El requerimiento del Código de Construcción típico es de menos de 75 * No especificado, lo típico es 2,5-3,5 ** Para determinarse por el criterio 12 de aceptación del informe de evaluación Con el fin de procesar apropiadamente algunos modos de realización de la presente invención, el equipo de procesado se modifica preferiblemente desde el convencional de 1:1 de A:B de relación en volumen para operar a una relación en volumen de A más alta, preferiblemente menos de 5:1, y lo más preferiblemente menos de 2,5:1, y, más preferiblemente 1,5:1.
En un modo de realización, la espuma preparada desde las composiciones preferidas es espuma de calidad para tejados de poliuretano de pulverización. Preferiblemente, la espuma tiene una densidad de núcleo de espuma aplicada de menos de cinco libras por pie cúbico (80kg por m3) más preferiblemente menos de cuatro libras por pie cúbico (64,08 kg por m3) , y lo más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,5 libras por pie cúbico (40 a 48 kg por m3) . Aunque este intervalo es el más preferido, los especialistas en la técnica se darán cuenta de que se pueden emplear espumas con densidades más bajas utilizando los detalles aquí descritos. Adicionalmente, empleando las espumas preparadas utilizando los modos de realización preferidos se satisfacen los requerimientos de C1029-2002 de ASTM incluyendo las que tienen un contenido de celdillas cerradas de aproximadamente 90%. Preferiblemente la espuma resultante tiene un valor de la propiedad de aislamiento (valor R) mayor que aproximadamente 3,75. Cuando se utilizan pequeñas cantidades de agente de insuflado auxiliar en la formulación, el valor de la propiedad de aislamiento se eleva preferiblemente a al menos aproximadamente 5,0. Las espumas resultantes de varios modos de realización de la composición que forma espuma de la presente invención son adecuadas para techado, aislamiento de paredes, flotación, paneles laminados o estructuras, relleno de huecos, estructuras prefabricadas o compuestas, y estructuras de aislamiento. Aunque los modos de realización ilustrativos de la invención han sido descritos en particular, ha de entenderse que se pueden hacer otras diversas modificaciones, que quedarán claras para los especialistas en esta técnica, sin separarse del espíritu y marco de la invención. Según esto, no ha de entenderse que el marco de las reivindicaciones adjuntas queda limitado a los ejemplos y descripciones aquí fijadas sino que en vez de eso, ha de entenderse que las reivindicaciones abarcan todos las características de novedad patentable que reside en la presente invención, incluyendo todas las características que podrían ser tratadas como equivalentes de ellas por los especialistas en la técnica a la que pertenece la invención.

Claims (48)

  1. REIVINDICACIONES 1. Una composición para preparar espuma de poliuretano que comprende : un componente de la parte A que comprende poliisocianato, y un componente de la parte B que comprende entre aproximadamente 10 y aproximadamente 50 por ciento en peso de polialcohol de Mannich, entre aproximadamente 10 y aproximadamente 80 por ciento en peso de poliéster polialcohol, entre aproximadamente!0 y aproximadamente 50 por ciento en peso de poliéter polialcohol, entre ' aproximadamente 0,05 y aproximadamente 10 por ciento en peso de catalizador de sal metálica, y entre aproximadamente 0,75 y aproximadamente 10 por ciento en peso de agua; donde la relación en volumen del componente de la parte A a componente de la parte B está entre aproximadamente 1,05 a aproximadamente 5.
  2. 2. La composición según la reivindicación 1 donde el citado polialcohol de Mannich comprende un polialcohol de Mannich que tiene una funcionalidad igual o mayor que 3,0 y una viscosidad mayor de 3.500 pero menor de 40.000 cps a 25°C.
  3. 3. La composición según la reivindicación 2 donde el citado polialcohol de Mannich comprende un polialcohol de Mannich iniciado desde fenol, nonil-fenol u otros derivados de fenol .
  4. 4. La composición según la reivindicación 1 donde el citado poliéster polialcohol es un poliéster polialcohol que tiene una funcionalidad igual o mayor a 2,0, y una viscosidad menor de 40.000 cps a 25°C.
  5. 5. La composición según la reivindicación 4 donde el citado poliéster polialcohol comprende un poliéster polialcohol iniciado desde tereftalato de dimetilo, anhidrido ftálico o polietilen tereftalato.
  6. 6. La composición según la reivindicación 1 donde el citado poliéter polialcohol comprende un poliéter polialcohol de poliglicol que tiene una funcionalidad igual o mayor de 2,0 y una viscosidad igual o mayor de 10 cps a 25°C, pero menos de 100.000 cps a 25°C
  7. 7. La composición según la reivindicación 6 donde el citado poliéter polialcohol comprende un poliéter polialcohol iniciado desde agua, glicol, glicerina, sacarosa o sorbita.
  8. 8. La composición según la reivindicación 1 que comprende además un agente de insuflado auxiliar.
  9. 9. La composición según la reivindicación 8 donde el citado agente de insuflado auxiliar comprende hidrocarburo fluorado o hidrocarburo clorofluorado.
  10. 10. La composición según la reivindicación 8, donde el citado agente de insuflado auxiliar se selecciona del grupo que consiste en HCFC-22 HCFC-142b, HFC-134 a, HFC-245fa, o HFC-365mfc.
  11. 11. La composición según la reivindicación 8 donde el citado agente de insuflado auxiliar comprende un agente de insuflado hidrocarburo.
  12. 12. La composición según la reivindicación 8 donde el citado agente de insuflado comprende dicloroetileno.
  13. 13. La composición según la reivindicación 8 donde el citado agente de insuflado auxiliar comprende entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 10 por ciento en peso del citado componente de la parte B.
  14. 14. La composición según la reivindicación 8 donde el citado agente de insuflado auxiliar comprende entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 5 por ciento en peso del citado componente de la parte B.
  15. 15. La composición según la reivindicación 1, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 por ciento en peso de polialcohol de Mannich.
  16. 16. La composición según la reivindicación 1, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de polialcohol de Mannich.
  17. 17. La composición según la reivindicación!, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 15 y aproximadamente 75 por ciento en peso de poliéster polialcohol .
  18. 18. La composición según la reivindicación 1, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de poliéster polialcohol.
  19. 19. La composición según la reivindicación 1, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 por ciento en peso de poliéter polialcohol.
  20. 20. La composición según la reivindicación 1, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de poliéter polialcohol.
  21. 21. La composición según la reivindicación 1, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 por ciento en peso de polialcohol de Mannich, entre aproximadamente 15 y aproximadamente 75 por ciento en peso de poliéster polialcohol, y entre aproximadamente 15 y aproximadamente 45 por ciento en peso de poliéter polialcohol.
  22. 22 La composición según la reivindicación 1, donde el componente de la parte B comprende entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de polialcohol de Mannich, entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de poliéster polialcohol, y entre aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento en peso de poliéter polialcohol.
  23. 23. La composición según la reivindicación 1 donde la relación en volumen de componente de la parte A a componente de la parte B está entre aproximadamente 1,2:1 y aproximadamente 2,5:1.
  24. 24. La composición según la reivindicación 1 donde la relación en volumen de componente de la parte A a componente de la parte B está entre aproximadamente 1,2:1 y aproximadamente 1,5:1.
  25. 25. La composición según la reivindicación 1 donde el citado componente de la parte B comprende además entre aproximadamente 1 y aproximadamente 5 por ciento en peso de catalizadores amina.
  26. 26. La composición según la reivindicación 1 donde el citado componente de la parte B comprende además entre aproximadamente 5 y aproximadamente 20 por ciento en peso de agente de retardo de la combustión.
  27. 27. La composición según la reivindicación 1 donde el citado componente de la parte B comprende además entre aproximadamente 0,25 a aproximadamente 3,0 por ciento en peso de agente tensioactivo.
  28. 28. La composición según la reivindicación 1 donde el citado poliisocianato comprende metilen difenil diisocianato polimérico.
  29. 29. La composición según la reivindicación 1 donde el citado poliisocianato comprende metilen difenil diisocianato polimérico.
  30. 30. La composición según la reivindicación 1 donde el catalizador de sal metálica comprende sales de metal alcalino de ácidos orgánicos.
  31. 31. La composición según la reivindicación 30 donde el catalizador de metal alcalino comprende sal de sodio.
  32. 32. La composición según la reivindicación 30 donde el catalizador de la sal metálica comprende sal de potasio.
  33. 33. La composición según la reivindicación 1 donde el agua forma entre aproximadamente el 1,0 y aproximadamente el 6,0 por ciento en peso de componente de la parte B.
  34. 34. La composición según la reivindicación 1 donde el agua forma entre aproximadamente el 2,0 y aproximadamente el 4,0 por ciento en peso de componente de la parte B.
  35. 35. Una espuma de poliuretano que comprende el producto de reacción de: un componente de la parte A que comprende poliisocianato, y un componente de la parte B que comprende entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de polialcohol de Mannich, entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de poliéster polialcohol, entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40 por ciento en peso de poliéter polialcohol, entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 10 por ciento en peso de catalizador de sal metálica, y entre aproximadamente 2,0 y aproximadamente 40 por ciento en peso de agua; donde la relación en volumen del componente de la parte A a componente de la parte B está entre aproximadamente 1,2:1 y aproximadamente 2,0:1.
  36. 36. Una espuma de poliuretano que comprende el producto de reacción de: un componente de la parte A que comprende poliisocianato, y un componente de la parte B que comprende entre aproximadamente 10 y aproximadamente 50 por ciento en peso de polialcohol de Mannich, entre aproximadamente 10 y aproximadamente 80 por ciento en peso de poliéster polialcohol, entre aproximadamente 10 y aproximadamente 50 por ciento en peso de poliéter polialcohol, entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 10 por ciento en peso de catalizador de sal metálica, y entre aproximadamente 0,75 y aproximadamente 10 por ciento en peso de agua. donde la relación en volumen del componente de la parte A a componente de la parte B está entre aproximadamente 1,05 y aproximadamente 5.
  37. 37. La espuma según la reivindicación 36 donde la citada espuma tiene una propiedad de aislamiento (valor R) superior a aproximadamente 3,75.
  38. 38. La espuma según la reivindicación 36 donde la citada espuma satisface los requerimientos de ASTM C1029-2002.
  39. 39. La espuma según la reivindicación 36 donde el citado componente de la parte B de la reacción comprende además agente de insuflado y la citada espuma tiene un valor de propiedad de aislamiento de aproximadamente 5,0.
  40. 40. La espuma según la reivindicación 36 donde la citada espuma es de un contenido en celdillas cerradas igual o mayor del 90% .
  41. 41. Un método de aplicación de espuma de poliuretano que comprende las etapas de: proporcionar un componente de la parte A que comprende poliisocianato, y un componente de la parte B que comprende entre aproximadamente 10 y aproximadamente 50 por ciento en peso de polialcohol de Mannich, entre aproximadamente 10 y aproximadamente 80 por ciento en peso de poliéster polialcohol, entre aproximadamente 10 y aproximadamente 50 por ciento en peso de poliéter polialcohol, entre aproximadamente 0,05 y aproximadamente 10 por ciento en peso de catalizador de sal metálica, y entre aproximadamente 0,75 a aproximadamente 10 por ciento en peso de agua; donde la relación en volumen del componente de la parte A a componente de la parte B está entre aproximadamente 1,05 y aproximadamente 5; preparación de la superficie sobre la que se aplica la espuma reacción de los componentes de la parte A y la parte B; y aplicación de los componentes de reacción a la superficie.
  42. 42. El método según la reivindicación 41 donde la citada superficie consiste en un tejado.
  43. 43. El método según la reivindicación 41 donde la citada superficie consiste en una pared de una estructura.
  44. 44. El método según la reivindicación 41 donde la superficie consiste en una superficie exterior.
  45. 45. El método según la reivindicación 41 donde la superficie consiste en una superficie interior.
  46. 46. El método según la reivindicación 41 donde la citada superficie consiste en un depósito de almacenamiento.
  47. 47. El método según la reivindicación 41 donde la citada superficie consiste en una cavidad aislada.
  48. 48. El método según la reivindicación 41 donde la citada superficie consiste en un recipiente de procesado.
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