ESPUMA DE P0L1URETANQ PARA VEHÍCULO Y MÉTQOO PARA FABRICAR LA MISMA
Campo de la InvencSóm La presente invención se refiere a una espuma de poliuretano para vehículos, la cual se utiliza, por ejemplo, para partes de vehículos de automóviles tales como silenciador de la tapa del motor o silenciador del tablero de instrumentos, es de peso ligero, exhibe baja capacidad de combustión y muestra de coloración suprimida, y también se refiere a un método para fabricar la misma. Antecedentes de la [Invención Una espuma de poliuretano con la cual se combina un retardante de flama para proporcionar baja capacidad de combustión, se ha utilizado para partes de vehículos de automóviles, tales como materiales internos. Se ha deseado que esta espuma de poliuretano tenga una densidad aparente de 20 kg/m3 o menos, en términos de ahorro de tiempo. Se utiliza fibra de vidrio para una parte de vehículo tal como un silenciador de la tapa del motor formado en el interior de una tapa de motor, y un silenciador del tablero de instrumentos utilizado como una división entre un compartimento de motor y un compartimento de pasajeros. Sin embargo, aunque la fibra de vidrio tiene excelente capacidad para retardar la flama, tiene una gravidez específica superior (densidad) y es pesada. Por
consiguiente, se desea un silenciador de la tapa del motor y un silenciador del tablero de instrumentos que utilice una espuma de poliuretano, la cual es más ligera que la fibra de vidrio. La Publicación de Patente Japonesa Laid-Open No. 2004-43747, describe una espuma de uretano (espuma de poliuretano) que contiene grafito expandido y un retardante de flama a base de fósforo como un material para un material acústico aislante de calor, retardante de flama. Con el objeto de mejorar el consumo de combustible similares, se desea que el peso del autpmóvil sea reducido. La espuma de poliuretano utilizada para parte de vehículos, tal como silenciador de la tapa del motor, también se espera que tenga una menor densidad, manteniendo al mismo tiempo las propiedades físicas. Convencionalmente, ha sido difícil reducir la densidad aparente de la espuma de poliuretano a 20 kg/m3 o menos. Específicamente, con el objeto de fabricar una espuma de poliuretano que tenga una estructura de célula abierta, una dureza predeterminada y baja densidad, es necesario incrementar el contenido de agua, tal como un agente de expansión en un material sin procesar de la espuma de poliuretano. En este caso, el incremento en el contenido de agua, origina un incremento en la temperatura exotérmica del material sin procesar a 170°C o más. Como resultado, existe la posibilidad de un auto-arranque con base en el deterioro por oxidación (calcinación) de poliuretano, y la espuma de
poliuretano resultante se decolora de acuerdo con dicha calcinación. Con el objeto de evitar dicha situación, es conocida la adición de un auxiliar de soplado al material sin procesar, con el contenido convencional de agua. Como un auxiliar de soplado, se puede utilizar cloruro de metileno y dióxido de carbono licuado. Sin embargo, el cloruro de metileno es una de las sustancias que tiene una influencia adversa en el ambiente, y su uso está regulado. Por otra parte, la generación de espuma con dióxido de carbono licuado requiere equipo exclusivo para suministrar el dióxido de carbono licuado a una alta presión, y el con objeto de llevar a cabo suavemente la generación de espuma, no únicamente se limita en las condiciones de fabricación, sino también se incrementan los costos de fabricación. La Publicación de Patente Japonesa Laid-Open No. 2006-63296, describe una técnica en la cual se agrega un hidrato de compuesto inorgánico a un material de espuma sin procesar de poliuretano con el propósito de un endotermo. Como el hidrato de compuesto inorgánico, se puede utilizar, por ejemplo, hidrato de sulfato de hierro. Sin embargo, con el objeto de reducir la densidad de la espuma de poliuretano descrita en la Publicación de Patente Japonesa Laid-Open No. 2004-43747, es necesario incrementar el contenido de agua como un agente de expansión. Tal como se mencionó anteriormente, esta reacción de formación de
espuma promovida de un material sin procesar, incrementa la temperatura exotérmica del material sin procesar, y como resultado, ocurre la decoloración en la espuma debido a la calcinación. La espuma de poliuretano descrita en la Publicación de Patente Japonesa Laid-Open No. 2006-63296, tiene un efecto en la reducción de la temperatura exotérmica al momento de la reacción y generación de espuma del material sin procesar. Sin embargo, ya que un retardante de flama no se combina con el material de espuma sin procesar, existe el problema de que la espuma de poliuretano resultante no suprima la capacidad de combustión. Por consiguiente, se desea una espuma de poliuretano para vehículos que exhiba baja capacidad de combustión y la supresión de decoloración con un suficiente balance. Breve Descnpción de la Invención Es un objeto de la presente invención proporcionar una espuma de poliuretano para vehículos que exhiban una baja capacidad de combustión, particularmente una baja capacidad de combustión después del procesamiento calor o procesamiento higrotérmico y muestra una decoloración suprimida, o proporcione un método para fabricar el mismo. Con el objeto de lograr el objetivo anterior y de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se obtiene una espuma de poliuretano para vehículos mediante reacción, generación de espuma y curación de un material de espuma sin
procesar-poliuretano que comprende poliol, poli-isocianaío, un agente de expansión y un catalizador. La espuma de poliuretano se utiliza para partes de vehículo. El material sin procesar de poliuretano-espuma incluye grafito expandido y un hidrato de compuesto inorgánico. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para fabricar una espuma de poliuretano utilizada para partes de vehículos. El método incluye: preparar un material sin procesar de poliuretano-espuma que comprende poliol, poli-isocianato, un agente de expansión, un catalizador, grafito expandido y un hidrato de compuesto inorgánico; y producir una espuma de poliuretano mediante reacción, generación de espuma y curación del material sin procesar. Descripción Detallada de la Invenció Más adelante, se describirá con detalle una modalidad de la presente invención. Una espuma de poliuretano para vehículos en la presente modalidad se puede obtener mediante reacción, generación de espuma y curación del material de espuma sin procesar de poliuretano que comprende poliol, poli-isocianato, un agente de expansión y un catalizador, y se utiliza para partes de vehículos. En la descripción que se encuentra más adelante, la espuma de poliuretano para vehículos es referida únicamente como una espuma. El material de espuma sin procesar comprende además grafito expandido y un hidrato
de compuesto inorgánico. El grafito expandido permite a la espuma exhibir baja capacidad de combustión (retardo de flama), particularmente una baja capacidad de combustión después del procesamiento con calor o procesamiento higrotérmico. El hidrato de compuesto inorgánico suprime la decoloración de la espuma. El poliuretano obtenido de generación de espuma-uretano de poliol-isocianato, está compuesto principalmente de un segmento duro a base de un enlace de uretano y un segmento blando a base, por ejemplo, de un enlace de poliéter. El segmento duro desarrolla propiedades físicas específicas, por ejemplo, dureza y rigidez, y el segmento blando desarrolla otras propiedades físicas, por ejemplo, flexibilidad y elasticidad. El poliol incluye, por ejemplo, poliol de poliéter, poliol de poliéster y poliol polimérico. En la presente modalidad, estos polioles descritos y los polioles descritos más adelante puede estar contenidos solos o en combinación de dos tipos o más. El poliol de poliéter incluye, por ejemplo, un poliol de poliéter compuesto de un polímero en el cual un alcohol polihídrico es polimerizado con adición con un óxido de alquileno y un producto modificado del mismo. El alcohol polihídrico, incluye, por ejemplo, polipropilenglicol, politef rametilenglicol , dipropilenglicol, glicerina, y trimetilolpropano. El óxido de alquileno incluye, por ejemplo, óxido de propileno y óxido de etileno. Los ejemplos específicos del poliol de poliéter,
incluyen, por ejemplo, un triol en el cual la glicerina se polimeriza con adición con óxido de propileno y se polimeriza con adición en forma adicional con óxido de etileno, y un diol en el cual el dipropilenglicol se polimeriza con adición con óxido de propileno y se polimeriza con adición en forma adicional con óxido de etileno. El poliol de poliéster incluye, por ejemplo, poliol de poliéster condensado obtenido haciendo reaccionar ácido policarboxílico con poliol, poliol de poliéster de lactona y poliol de policarbonato. El ácido policarboxílico incluye, por ejemplo, un ácido adípico y ácido ftálico. El poliol incluye, por ejemplo, etilenglicol, dietilenglicol , propilenglicol y glicerol. El poliol de poliéter es el preferido debido a que tiene mayor capacidad de reacción con el poli-isocianato que el poliol de poliéster y no se hidroliza. El poliol polimérico se obtiene mediante polimerización de injerto de un monómero de vinilo para el poliol de poliéter anterior de acuerdo con un método convencional. El poliol polimérico mejora la dureza y capacidad de moldeo (capacidad de moldeo con calentamiento) de la espuma debido a que la parte injertada del mismo refuerza la espuma, y el poliol de poliéster incrementa la densidad de reticulación de la espuma para incrementar el segmento duro. Él monómero de vinilo incluye, por ejemplo, acrilonitrilo, estireno y metacrilato de metilo. El contenido del monómero de vinilo en el poliol
polimérico, esto es el contenido la unidad de monómero de vinilo (parte injertada) en el poliol polimérico es preferentemente del 10 al 40% en masa, más preferentemente el 15 al 30% en masa, con base en la cantidad total de unidades de poliol de poliéter y unidades de monómero de vinilo. Cuando el contenido del monómero de vinilo es menor al 10% en masa, existe la posibilidad de que la parte injertada en el poliol polimérico pueda ser insuficiente, y la expresión funcional de esta parte injertada puede volverse insuficiente. Cuando el contenido del monómero de vinilo excede el 40% en masa, existe la posibilidad de que la parte injertada pueda volverse excesiva y la espuma pueda volverse excesivamente dura. El poliol polimérico, la parte injertada es sólida debido a la cristalización. El peso molecular promedio en masa del poliol polimérico es preferentemente de 3,000 a 6,000. Cuando el peso molecular promedio en masa del poliol polimérico es menor a 3,000, el injerto de la parte injertada no es lo suficientemente desarrollado, y se vuelve difícil incrementar las propiedades físicas, por ejemplo, dureza de la espuma. Cuando el peso molecular promedio de masa del poliol polimérico excede 6,000, la dureza de la espuma tiende a volverse excesivamente superior. Con el objeto de incrementar la densidad de reticulación de la espuma para mejorar de esta forma, las propiedades
mecánicas de la espuma, el poliol comprende preferentemente el poliol polimérico y un poliol de poliéter de bajo peso molecular. El poliol de poliéter de bajo peso molecular significa un poliol de poliéter que tiene un peso molecular promedio en masa de desde 400 hasta 1,000, en donde el alcohol polihídrico es polimerizado con adición con un óxido de alquileno. Este poliol de poliéter de bajo peso molecular se obtiene a través del mismo método de fabricación, utilizando el mismo material sin procesar que el poliol de poliéter anterior. El poliol de poliéter de bajo peso molecular incluye, por ejemplo, un triol en el cual la glicerina se polimeriza con adición con óxido de propileno, un triol en el cual el triol se polimeriza con adición en forma adicional con óxido de etileno, un diol en el cual el dipropilenglicol se polimeriza con adición con óxido de propileno, polipropilenglicol y politetrametilenglicol. Para la polimerización mediante adición del óxido de etileno, el contenido de óxido de etileno en el material sin procesar del poliol de poliéter de bajo peso molecular es de aproximadamente 5 a 15% por mol. Un mayor contenido de la unidad de óxido de etileno mejora la hidrofilicidad del poliol de poliéter de bajo peso molecular para mejorar la capacidad de mezclado con molécula altamente polares, por ejemplo, poli-isocianato, para mejorar de esta forma la capacidad de reacción. Cuando el peso molecular promedio en masa del poliol de poliéter de bajo peso molecular es menor a 400, la
espuma tendrá una densidad de reticulación excesivamente alta y un contenido de segmento duro incrementado, y por consiguiente la espuma tendrá una dureza excesivamente alta. Cuando el peso molecular promedio en masa del poliol de poliéter de bajo peso molecular excede 1,000, el efecto del poliol de poliéter de bajo peso molecular no se demostrará lo suficiente, por lo que la espuma tiende a volverse blanda. El contenido de poliol polimérico a base de la cantidad total del poliol de poliéter de bajo peso molecular anterior y el poliol polimérico es preferentemente 40 a 70% en masa. Por consiguiente, el contenido del poliol de poliéter de bajo peso molecular con base en una cantidad total del poliol de poliéter de bajo peso molecular y el poliol polimérico es preferentemente 25 a 60% en masa. Cuando el contenido del poliol polimérico es menor a 40% en masa, y cuando el contenido de poliol de poliéter de bajo peso molecular excede 60% en masa, la densidad de reticulación de la espuma será excesivamente alta, y no se formará de manera suficiente una estructura de celda abierta, y existe la posibilidad de que la función del poliol polimérico pueda no ser exhibida lo suficiente. Cuando el contenido del poliol polimérico excede 75% en masa, y cuando el contenido del poliol de poliéter de bajo peso molecular es menor a 25% en masa, la densidad de reticulación es la espuma será demasiado baja, y la dureza de esta espuma tiende a ser reducida.
Con el objeto de mejorar la flexibilidad de la espuma, el poliol comprende preferentemente en forma adicional un poliol de poliéter de alto peso molecular además del poliol polimérico y el poliol de poliéter de bajo peso molecular. El poliol de poliéter de bajo peso molecular, significa un poliol de poliéter que tiene un peso molecular promedio en masa de 2,000 a 4,000, en donde un alcohol polihídrico es polimerizado con adición con un óxido de alquileno. La reacción del poliol de poliéter de alto peso molecular con el poli-isocianato, incrementa el rango del segmento blandp de la espuma. Cuando el peso molecular promedio en masa del poliol de poliéter de alto peso molecular es menor a 2,000, la densidad de reticulación de la espuma será incrementada, y existe la posibilidad de que el efecto de combinar el poliol de poliéter de alto peso molecular puede ser reducida. Cuando el peso molecular promedio en masa del poliol de poliéter de alto peso molecular excede 4,000, existe la posibilidad de que se incremente la flexibilidad de la espuma. El contenido de poliol de poliéter de alto peso molecular con base en la cantidad total del poliol polimérico anterior, el poliol de poliéter de bajo peso molecular y el poliol de poliéter de alto peso molecular es preferentemente del 50% en masa o menos. Cuando el contenido del poliol de poliéter de alto peso molecular excede 50% en masa, la flexibilidad de la espuma será excesivamente alta, y será difícil obtener una espuma
objetivo. El poliol de poliéter anterior puede ser poliol de éster de poliéter. El poliol de éster de poliéter sé obtiene dejando que el poliol de polioxialquileno reaccione con un anhídrido policarboxílico y un compuesto que tiene un grupo de éter cíclico. El poliol de polioxialquileno incluye, por ejemplo, polietilenglicol, polipropilenglicol, y un aducto de óxido de propileno de glicerina. El anhídrido policarboxílico incluye, por ejemplo, anhídrido succínico, anhídrido adípico, y anhídrido itálico. El compuesto que tiene un grupo de éter cíclico, incluye, por ejemplo, óxido de etileno y óxido de propileno. El número de grupos funcionales del grupo hidroxilo y el valor del hidroxilo en el poliol pueden variarse ajustando, por ejemplo, el tipo de ingrediente, peso molecular o grado de condensación de los componentes del material sin procesar del poliol. Con el objeto de incrementar la densidad de reticulación de la espuma para mejorar de esta forma las propiedades físicas, por ejemplo, la dureza de la misma, el material sin procesar de la espuma comprende preferentemente un agente de reticulación que tiene tres grupos hidroxilo por molécula. El agente de reticulación reacciona con poli-isocianato para formar una estructura de reticulación en la espuma. El agente de reticulación incluye, por ejemplo, glicerina y trimetilolpropano. El poli-isocianato que reacciona con el poliol, es un compuesto que tiene una pluralidad de grupos de isocianato. El
poli-isocianato incluye, por ejemplo, di-isocianato de tolileno (TDI), di-isocianato de 4,4-difenilmetano (MDI), di-isocianato de 1 ,5-naftaleno (NDI), tri-isocianato de trifenilmetano, di-isocianato de xilineno (XDI), di-isocianato de hexametileno (HDI), di-isocianato de diciclohexilmetano, di-isocianato de isoforona (IPDI), y productos modificados del mismo. Estos poli-isocianatos pueden estar contenidos solos o en una combinación de dos tipos o más. Un índice de isocianato del poli-isocianato, puede ser de 100 o menos, o puede ser de 100, aunque preferentemente es de 80 a 110. Cuando el índice de isocianato es menor a 80, el contenido de di-isocianato es demasiado pequeño para obtener una espuma que tenga propiedades mecánicas favorables, por ejemplo, dureza favorable. Cuando el índice de isocianato excede 110, la temperatura exotérmica al momento de la generación de espuma, incrementará, y existe la posibilidad de que la flexibilidad de la espuma pueda ser reducida. El índice de isocianato es una proporción equivalente de un grupo de isocianato del poli-isocianato, al total de un grupo de hidroxiio del polio, un grupo de hidroxiio del agente de reticulación y un grupo de hidrógeno activo del agente de expansión tal como agua, expresado mediante porcentaje. El índice de isocianato de más de 100, significa que el poli-isocianato es excesivo en comparación con el poliol y similares. El agente de expansión origina la generación es espuma
de una resina de poliuretano, para formar de esta manera la espuma. El agente de expansión incluye, por ejemplo, agua, pentano, ciclopentano, hexano, ciclohexano, diclorometano, cloruro de metileno, y gas de dióxido de carbono. Estos ejemplos específicos pueden estar contenidos solos o en combinación de dos tipos o más. Se prefiere el agua como un agente de expansión, debido a que el agua tiene alta reactividad en la reacción que forma espuma y es fácil de manejar. Cuando el agente de expansión es agua, el contenido de agua en el material sin procesar es preferentemente de 5 a 15 partes en masa con base en 100 partes en masa del poliol, con el objeto de obtener una densidad aparente de la espuma, tan baja como de 15 a 20 kg/m3. Cuando el contenido de agua es menor a 5 partes en masa, la cantidad de espuma es menor y existe la tendencia de que la densidad aparente de la espuma exceda 20 kg/m3. Por consiguiente, es difícil reducir la densidad de la espuma. Cuando el contenido de agua excede 15 partes en masa, la temperatura del material sin procesar se elevará fácilmente al momento de la reacción de la generación de espuma y será difícil reducir esta temperatura. El catalizador promueve, por ejemplo, la reacción de generación de espuma de uretano del poliol con el poli -isocianato, y la reacción de generación de formación de espuma del poli-isocianato con agua en la forma del agente del soplado. El catalizador incluye, por ejemplo, una amina
terciara, un compuesto organometálico, un acetato y un alcoholato de metal álcali. La amina terciara incluye, por ejemplo, trietilendiamina, dimetiletanolamina y piperazina de aminoetil ?',?',?'-trimetilo. El compuesto organometálico incluye, por ejemplo, octilato de estaño (octoato de estaño) y dilaurato de dibutilestaño. Estos ejemplos específicos pueden estar contenidos solos o en una combinación de dos o más tipos. Con el objeto de aumentar el efecto de un catalizador, el material contiene preferentemente una Combinación de la amina terciaria y el compuesto organometálico como el catalizador. El contenido de la amina terciaria en el materiat es preferentemente de 0.01 a 0.5 partes n masa por 100 partes en masa del poliol. Cuando el contenido de la amina terciaria es menor a 0.01 partes en masa, existe la posibilidad de que la reacción de formación de uretano y la reacción de formación de espuma pueda no ser promovida en forma satisfactoria con un balance suficiente. Cuando el contenido de la amina terciaria excede 0.5 partes en masa, existe la posibilidad de que la reacción de formación de uretano y la reacción de formación de espuma se promuevan en forma excesiva o el contenido de cómo resultado la pérdida de balance entre estas reacciones. El contenido del compuesto organometálico en el material sin procesar es preferentemente de 0.1 a 0.5 partes en masa por 100 partes en masa del poliol. Cuando el contenido del
compuesto organometálico es menor a 0.1 partes en masa, existe la posibilidad de que el balance entre la reacción de formación de uretano y la reacción de formación de espuma se pierda, y la generación de espuma no pueda llevarse a cabo en forma adecuada. Cuando el contenido del compuesto de organometálico excede 0.5 partes en masa, la reacción de formación de uretano y la reacción de generación de espuma serán promovidas en forma excesiva y el balance entre estas reacciones se perderá, y existe la posibilidad de que se pueden reducir el ajuste de compresión de la espuma. Se requiere una baja capacidad de combustión de la espuma debido a que la espuma se utiliza para partes de vehículos tales como silenciador de la tapa del motor y silenciador del tablero de instrumentos. Por esta razón, el grafito expandido como un retardante de flama, está contenido dentro del material sin procesar de la espuma. Se inserta una sustancia química (intercalado) entre las capas del grafito en hojuelas para formas grafito expandido. La sustancia química que será intercalada incluye, por ejemplo, ácido nítrico, permanganato de potasio y ácido sulfúrico. Entre estos, el ácido sulfúrico es preferido debido a que la temperatura de inicio de expansión es alta. El diámetro de partícula promedio de grafito expandido es preferentemente de 45 a 500 pm. La temperatura de inicio de expansión es preferentemente de 180 a 200°C. El volumen de expansión es por ejemplo, de 100 a 300 ml/g. Este
grafito expandido es expandido calentando al mismo tiempo de la combustión, debido a la generación de un gas de la sustancia química para formar una fase sólida que tenga retardo de flama, desarrollando de esta forma una baja capacidad de combustión. La espuma obtenida del material sin procesar que contiene el grafito expandido puede cumplir con los estándares de aceptación de las pruebas de combustión con base en los estándares Federal Motor Vehicle Safety Standards, y también puede cumplir con los estándares de aceptación de la prueba de combustión después de una prueba de procesamiento térmico y una prueba de combustión después de la prueba de procesamiento higrotérmico. El contenido de grafito expandido en el material sin procesar es preferentemente de 5 a 50 partes en masa por 100 partes en masa del poliol. Cuando el contenido del grafito expandido es menor a 5 partes en masa, existe la tendencia de no proporcionar a la espuma una capacidad de combustión lo suficientemente baja. Cuando el contenido del grafito expandido excede 50 partes en masa, habrá la tendencia de que el grafito expandido es excesivo evite la generación de espuma siendo de esta forma que sea difícil obtener una espuma favorable. Además del grafito expandido anterior, un retardante de flama generalmente conocido puede ser combinado con el material sin procesar de acuerdo con un método convencional. Los retardantes de flama conocidos incluyen, por ejemplo, un
retardante de flama a base de fósforo, un retardante de flama a base de halógeno, y un retardante de flama inorgánico. Los ejemplos específicos de estos retardantes de flama inciuyen, por ejemplo, fosfato tetrakis (2-cloro-1 -metiletil) de oxidi-2,1-etanedilo (retardante de flama que contiene halógeno), éster fosfórico (retardante de flama que no contiene halógeno), y tetrabromobisfenol A. El hidrato del compuesto inorgánico antes descrito se descompone al momento de calentarse y genera agua a través de la descomposición. El hidrato del compuesto inorgánico reduce la temperatura exotérmica de la mezcla de reacción al momento de la reacción de material sin procesar, a través del calor latente de vaporización del agua producida por la disociación del mismo. Además, se reduce la densidad de la espuma y se suprime la decoloración de la misma a través del incremento en la cantidad de agua en la forma de un agente de expansión. El hidrato del compuesto inorgánico incluye, por ejemplo, dihidrato se sulfato de calcio (CaS04-2H20, alias: dihidrato de yeso, gravedad específica 2.32, temperatura de descomposición de 128 a 163°C (de -1.5H20 a -2.0 H20)], heptahidrato de sulfato de magnesio [ gS04-7H20, gravedad especifica 1.68, temperatura de descomposición 150°C (-6H20)], octahidrato de fosfato de magnesio [(Mg)3(P04)2-8H20, gravedad específica 2.41, temperatura de descomposición 120°C (-5H20)], monohidrato de sulfato de hierro a pentahidrato
de sulfato de hierro (de FeS04 H20 a FeS04-5H20, gravedad específica 2.97, temperatura de descomposición 100 a 130°C), y mezclas de los mismos. El agua de hidratación contenida en el hidrato del compuesto orgánico es agua de cristalización, y se encuentra de manera estable como un cristal sólido a temperatura ordinaria (25°C). El hidrato del compuesto inorgánico incluye preferentemente un hidrato de sulfato de calcio, un hidrato de sulfato de magnesio, y un hidrato de fosfato de magnesio. Esto se debe a que estos hidratos pueden disociarse gradualmente (decomponerse) a una temperatura de 100°C o superior a lo largo del proceso de generación de espuma del material sin procesar de la espuma para producir agua, con la capacidad de esta forma de desarrollar la acción endotérmica con base en el calor latente de vaporización. La gravedad específica del hidrato del compuesto inorgánico es preferentemente de 1.5 a 3.0. Cuando la gravedad específica del hidrato del compuesto inorgánico es menor a 1.5, es necesario agregar un volumen grande del hidrato del compuesto inorgánico, el cual es polvo, al material sin procesar de la espuma, por ejemplo, el poliol con el objeto de agregar una masa predeterminada del hidrato del compuesto inorgánico. Por consiguiente, existe la posibilidad de que el hidrato del compuesto inorgánico, el cual es un polvo, y el poliol no puedan ser mezclados y agitados de manera suficiente.
También es una posibilidad que el volumen del hidrato del compuesto inorgánico ocupado en la espuma pueda ser incrementado para reducir de esta forma las propiedades físicas de la espuma. Cuando la gravedad específica del hidrato del compuesto inorgánico excede 3.0, el hidrato del compuesto inorgánico se sedimentará fácilmente en el material sin procesar de la espuma, particularmente en el poliol durante el almacenamiento prolongado del mismo, y se reducirá la capacidad de dispersión en la mezcla de reacción. Como resultado, existe la posibilidad de que se pueda reducir la función del hidrato del compuesto inorgánico para reducir la temperatura exotérmica de la mezcla de reacción al momento de la reacción del material sin procesar. La temperatura de descomposición del hidrato del compuesto inorgánico es preferentemente de 100 a 170°C. Cuando la temperatura de descomposición es menor a 100°C, se produce agua debido a la descomposición en la etapa temprana de la generación de espuma y curación del material de espuma sin procesar, esto es, en la etapa en donde es baja la temperatura exotérmica. Por consiguiente, existe la posibilidad de que pueda haber una influencia adversa en la generación de espuma y curación del material sin procesar, o el agua producida pueda funcionar como un agente de expansión. El dihidrato de sulfato de calcio (dihidrato de yeso) pierda agua a una temperatura de 128°C para formar hemihidrato de sulfato
de calcio (hemihidrato de yeso), en donde 1.5 mol del agua en 2 mol de agua en la molécula se descompone para formar agua libre. El heptahidrato de sulfato de magnesio pierde agua a una temperatura de 150°C, para formar monohidrato de sulfato de magnesio, en donde 6 mi de agua en 7 moles de agua en la molécula se descomponen para formar agua libre. El contenido del hidrato del compuesto inorgánico en el material sin procesar es preferentemente de 10 a 80 partes en masa, más preferentemente de 10 a 50 partes en masa por 100 partes en masa de poliol. Cuando el contenido del hidrato del compuesto inorgánico es menor a 10 partes en masa, es pequeña la cantidad de agua producida por la descomposición, y el incremento de la temperatura exotérmica de la mezcla de reacción con base en la reacción y generación de espuma del material sin procesar no puede suprimirse de manera suficiente. Cuando el contenido del hidrato del compuesto inorgánico excede 80 partes en masa, existe la posibilidad de originar la reducción en las propiedades físicas, por ejemplo, dureza y capacidad de moldeo de la espuma. El material sin procesar de la espuma contiene preferentemente un estabilizador de espuma con el objeto de llevar a cabo suavemente la generación de espuma. En la forma del estabilizador de espuma de la presente invención, se encontrará disponible, un estabilizador de espuma generalmente utilizado para producir una espuma. Los ejemplos
específicos del estabilizador de espuma incluyen, por ejemplo, un compuesto de silicona, un tensioactivo aniónico, un siloxano de poliéter y un compuesto fenólico. El tensioactivo amónico incluye, por ejemplo, dodecilbencenosulfonato de sodio y sulfato laurilo de sodio. El contenido del estabilizador de espuma en el material sin procesar es preferentemente de 0.5 a 2.5 partes en masa por 100 partes en masa del poliol. Cuando el contenido del estabilizador de espuma es menor a 0.5 partes en masa, el efecto de estabilización de espuma en el momento de la generación de espuma del material de espuma sin procesar no se desarrolla lo suficiente, por lo que se vuelve difícil la obtención de una espuma favorable. Cuando el contenido del estabilizador de espuma excede 2.5 partes en masa, se vuelve fuerte el efecto de estabilización de espuma, y se reducirán las propiedades de pasaje libre de las células. El material de espuma sin procesar contiene un rellenador, un estabilizador, un colorante y un plastificante, además del componente anterior, si es necesario. La espuma se produce mediante reacción, generación de espuma y curación del material sin procesar. Aunque la reacción para producir la espuma es complicada, normalmente, la producción de la espuma implica principalmente las siguientes reacciones: de manera específica, existe una reacción de polimerización-adición (reacción de formación de uretano, reacción de segregación de resina) del poliol con el poliisocianato, una
reacción de formación de espuma (generación de espuma) del poliisocianato con el agente de expansión, por ejemplo, agua, y la reacción de reticulación (curación) de los productos resultantes de estas reacciones con el poliisocianato. En la producción de la espuma, se adopta un proceso de un disparo o una técnica de prepolímero. El proceso de un disparo es un proceso para hacer reaccionar directamente el poliol con el poliisocianato. La técnica de prepolímero es una técnica, por ejemplo, en la que se hace reaccionar la cantidad total del poliol o el poliisocianato con una parte del otro antes, para obtener un prepolímero que tenga un grupo de isocianato en una terminal, y posteriormente se hace reaccionar el producto con el resto del otro. Además, la espuma puede ser una espuma de bloque, obtenida generando al espuma y curando el material sin procesar bajo temperatura ordinaria y presión atmosférica, o una espuma de molde obtenida sujetando el molde, y posteriormente la generación de espuma y curación del material sin procesar dentro del molde. La espuma en bloque es preferida debido a que puede ser producida en forma continua. La espuma obtenida de esta forma tiene una densidad aparente con base en JIS K 7222: 1999, la cual es el estándar industrial japonés (ISO 845 el cual es un estándar internacional) de, por ejemplo, 15 a 20 kg/m3. Además, la espuma tiene una dureza con base en JIS K 6400-2: 2400 (ISO 2439) de, por ejemplo, 6 a 21 kPa. Por lo tanto, la espuma es
una espuma de poliuretano flexible que tiene baja densidad, propiedades de acolchado favorables y peso ligero. La espuma de poliuretano flexible es una espuma que tiene peso ligero, generalmente tiene una estructura de celda abierta (burbuja de aire), tiene flexibilidad y elasticidad y tiene propiedades de recuperación. La espuma puede pasar la prueba de combustión con base en los estándares de Federal Motor Vehicle Safety, y también puede pasar una prueba de combustión aún más severa después de la prueba de procesamiento térmico y la prueba de combustión después de la prueba del procesamiento higrotérmico. Además, la espuma tiene capacidad de moldeo favorable y también puede suprimir la decoloración (índice amarillo, valor ???) a 1.0 o menos. Por consiguiente, la espuma se utiliza de manera adecuada para partes de vehículo, por ejemplo, un silenciador de tapa de motor en los alrededores del motor de un automóvil y un silenciador del tablero de instrumentos utilizado como una división entre un compartimento del motor y un compartimento de pasajeros. Particularmente, un silenciador de la tapa del motor es un laminado producido pegando un material de cubierta con un adhesivo en un substrato compuesto de la espuma. En el proceso de fabricación de este laminado, se aplica primero un adhesivo a la superficie de un substrato, y posteriormente, se lamina un material de cubierta en el adhesivo. En forma subsecuente, el laminado se calienta y se presuriza con una
máquina de moldeo con prensa caliente durante un periodo de tiempo predeterminado, que comprime y se le da forma determinada, y posteriormente se elimina del molde. Por consiguiente, es recomendable que la espuma anterior constituye el laminado para tener una capacidad de moldeo favorable y una baja decoloración. De acuerdo con la presente modalidad, la espuma se produce mediante reacción, generación de espuma y curación del material de espuma sin procesar anterior a través de un procedimiento común. El material de espuma sin procesar contiene grafito expandido. Por consiguiente, el grafito expandido se calienta al momento de la combustión de la espuma, y una sustancia química intercalada genera un gas y se expande para formar una fase sólida que tiene capacidad de retardar la flama. Se asume que la combustión de la espuma es suprimida por la fase sólida. Además, el material de espuma sin procesar contiene el hidrato del compuesto inorgánico. Por consiguiente, el hidrato del compuesto inorgánico se disocia con un incremento en temperatura al momento de la reacción del material sin procesar, y de esta forma la generación de espuma produce agua, y el agua se evapora. A través de la evaporación del agua, el calor latente de vaporización se elimina, y se suprime el incremento en temperatura de la mezcla de reacción al momento de la reacción del material sin procesar. Además, la cantidad del agua como el agente de
expansión puede ser incrementada, y se puede lograr una reducción en densidad, suprimiendo al mismo tiempo la decoloración de la espuma. La presente modalidad tiene las siguientes ventajas: En la espuma de acuerdo con la presente modalidad, el grafito expandido y el hidrato del compuesto inorgánico están contenidos en el material de espuma sin procesar. Por consiguiente, a través del efecto de baja combustión con base en el grafito expandido y de acción endotérmica con base en el hidrato del compuesto inorgánico, la espuma puede tener baja densidad y puede exhibir baja capacidad de combustión, particularmente baja capacidad de combustión después del procesamiento térmico o procesamiento higrotérmico, y se suprime la decoloración de la espuma. Por consiguiente, la espuma puede utilizarse en forma adecuada para partes de vehículo en los cuales se requiere de manera especial una baja capacidad de combustión. El poliol comprende preferentemente poliol polimérico y el poliol de poliéter de bajo peso molecular descrito anteriormente. En este caso, cuando el poliol polimérico reacciona con el poliisocianato, la parte de grafito refuerza la espuma a través de su cristalinidad. Además, el poliol de poliéter de bajo peso molecular reacciona con el poliisocianato para incrementar la densidad de reticulación de la espuma e incrementa el segmento duro. Por consiguiente, la dureza y
capacidad de moldeo de la espuma se mejoran. El poliol comprende preferentemente en forma adicional el poliol de poliéter de alto peso molecular descrito anteriormente. En este caso, el poliol de poliéter de alto peso molecular reacciona con el poliisocianato para incrementar el rango de segmento blando. Por consiguiente, se puede mejorar la flexibilidad de la espuma. El material de la espuma sin procesar comprende preferentemente el agente de reticulación que tiene tres grupos hidroxilo por molécula. En este caso, la densidad de reticulación de la espuma puede incrementarse y se pueden mejorar las propiedades físicas, por ejemplo, dureza de la espuma. La espuma puede ser utilizada en forma adecuada para un silenciador de la tapa de motor o un silenciador del tablero de instrumentos, como partes de vehículos y puede demostrar el efecto descrito anteriormente en forma más efectiva en dichas partes de vehículos. El contenido del grafito expandido en el material sin procesar es preferentemente de 10 a 50 partes en masa por 100 partes en masa del poliol. En este caso, la espuma demuestra excelente capacidad de baja combustión sin interferir con la formación de espuma del material sin procesar. El hidrato del compuesto inorgánico es preferentemente un hidrato de sulfato o fosfato. En este caso, el hidrato de sulfato
o fosfato se descompone con el proceso de generación de espuma del material de espuma sin procesar para producir agua, demostrando por lo tanto en forma adecuada la acción endotérmica. El contenido del hidrato del compuesto inorgánico en el material sin procesar es preferentemente de 10 a 50 partes en masa por 100 partes en masa del poliol. En este caso, la acción endotérmica se demuestra en forma adecuada sin interferir con la generación de espuma del material sin procesar y sin afectar las propiedades físicas de la espuma. Preferentemente, el agente de expansión es agua, y el contenido de agua en el material sin procesar es de 5 a 15 partes en masa por 100 partes en masa del poliol. En este caso, la reacción de formación de espuma del material sin procesar se promueve de manera suficiente, y se logra la reducción en densidad de la espuma. Preferentemente, la espuma es una espuma de poliuretano flexible. En este caso, se mejora la flexibilidad y elasticidad de la espuma. El método para producir la espuma de acuerdo con la modalidad de la presente invención, produce fácilmente una espuma que exhibe baja capacidad de combustión, particularmente baja capacidad de combustión después del procesamiento del calor y procesamiento higrotérmico y se suprime su decoloración.
La presente modalidad puede ser modificada como se indica a continuación. El material de espuma sin procesar puede contener, por ejemplo, una antioxidante o un absorsor ultravioleta, para suprimir la decoloración de la espuma mediante oxidación o radiación ultravioleta. El hidrato del compuesto inorgánico puede estar contenido solo o en el material sin procesar, o como el hidrato del compuesto inorgánico, puede estar contenido en el material sin procesar una combinación de una pluralidad de hidratos, por ejemplo, hidrato de sulfato de calcio e hidrato de sulfato de magnesio. En el caso en el cual la pluralidad de hidratos contenidos en el material sin procesar, se demuestra la función del hidrato del compuesto inorgánico en un rango de temperatura más amplio, y la temperatura exotérmica de la mezcla de reacción al momento de la reacción y generación de espuma del material sin procesar se reduce en forma efectiva. El material de espuma sin procesar puede contener poliol de poliéter que tiene un peso molecular promedio en masa de desde 1,000 hasta 2,000, como el poliol de poliéter. La espuma puede utilizarse para partes de vehículos además de un silenciador para tapa del motor y un silenciador para tablero de instrumentos, por ejemplo, para un silenciador para el piso y un silenciador para la cubierta inferior del motor. La modalidad descrita anteriormente se describirá a
continuación de manera específica con referencia a los ejemplos y ejemplos comparativos. Sin embargo, la presente invención no se limita a estos ejemplos. (Ejemplos 1 a 13 y ejemplos comparativos 1 a 3). Un material de espuma sin procesar que tiene una composición que se muestra en las tablas 1 y 2 fue preparado y vertido en un contenedor para generación de espuma de 500 mm de largo, ancho y profundidad, respectivamente. Posteriormente, después de que el material sin procesar se hizo en espuma a temperatura ordinaria y presión atmosférica, el material sin procesar hecho espuma se pasó a través de un horno de calentamiento para curarlo (reticulación) obteniendo de esta forma un bloque de espuma flexible. El bloque de espuma flexible obtenido se cortó para producir una espuma en forma de lámina. En los ejemplos comparativos 1 y 2, el material sin procesar no contenía grafito expandido como el retardante de flama, sino contenía únicamente un retardante de flama a base de fósforo. En el ejemplo comparativo 3, el material sin procesar no contiene el hidrato del compuesto inorgánico. La espuma de acuerdo con cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos se midió con respecto a densidad aparente, dureza, temperatura exotérmica pico y decoloración (valor ???) de acuerdo con los siguientes métodos, y se sometió a la prueba de combustión, la prueba de combustión después de una prueba de procesamiento térmico, y
la prueba de combustión después de una prueba de procesamiento higrotérmico de acuerdo con los siguientes métodos. En la tabla 1 y 2 se muestran los resultados. Los significados de las abreviaturas de las tablas 1 y 2 se muestran a continuación. Además, en las tablas 1 y 2, los valores numéricos en la columna que muestra los componentes en el material sin procesar son indicados en partes en masa. Además, la espuma de acuerdo con cada ejemplo se evaluó con respecto a capacidad de moldeo de acuerdo con los siguientes métodos. GP 3000: poliol de poliéter en donde la glicerina es polimerizada con adición con óxido de propileno, y la cual tiene un peso molecular promedio de 3,000, un valor hidroxilo de 56 mgKOH/g, y un número de grupos hidroxilo por molécula de tres; Excenol 941: poliol polimérico en el cual el 60% en masa del poliol de poliéter, en el cual la glicerina es polimerizada con adición con óxido de propileno, es polimerizada con grafito con 40% en masa de una mezcla de estireno y acri Ion itri lo que tiene una proporción en masa de estireno al acrilonitrilo de 8:2, y la cual tiene un peso molecular promedio de 5,000, un contenido sólido de 40% en masa, un valor hidroxilo de 33 mgKOH/g, y un número de grupos hidroxilo por molécula de tres; POP 31/28: poliol polimérico en el cual 60% en masa del poliol de poliéter, en el cual la glicerina es polimerizada con
adición con óxido de propileno, es polimerizada con injerto con 40% en masa de una mezcla de estireno y acrilonitrilo que tiene una proporción de masa de estireno al acrilonitrilo de 8:2, y que tiene un peso molecular promedio de 6,000, un contenido de sólido del 20% en masa, un valor hidroxilo de 28 mgKOH/g, y un número de grupos hidroxilo por molécula de tres; G 700: poliol de poliéter en el cual la glicerina es polimerizada con adición con óxido de propileno, y la cual tiene un peso molecular promedio de 700, un valor hidroxilo de 240 mgKOH/g, y un número de grupos hidroxilo por molécula de tres; G 400: poliol de poliéter en el cual la glicerina es polimerizada con adición con óxido de propileno, y que tiene un peso molecular promedio de 400, un valor hidroxilo de 420 mgKOH/g, y un número de grupos hidroxilo por molécula de tres; Dihidrato de yeso: dihidrato de yeso que tiene una gravedad específica de 2.32 y un diámetro de partícula promedio de 40 µ??; Heptahidrato de sulfato de magnesio: heptahidrato de sulfato de magnesio que tienen una gravedad específica de 1.68 y un diámetro de partícula promedio de 20 µ??; Octahidrato de fosfato de magnesio: octahidrato de fosfato de magnesio que tiene una gravedad específica de 1.68 y un diámetro de partícula promedio de 40 µ?t?;
Dimetiletanolamina: amina terciaria; Compuesto organometálico MRH-110: octilato de estaño fabricado por Johoku Chemical Co., Ltd.; Estabilizador de espuma F650: un estabilizador de espuma de silicona fabricado por Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.; Grafito expandido: SYZR502 disponible en Sanyo Trading Co., Ltd., el cual tiene un diámetro de partícula promedio de 300 µ??, temperatura de inicio de expansión de 200°C y un volumen de expansión de 180 a 200 ml/g; Retardante de flama CR 504: fosfato de tetrakis (2-cloro-1-metiletil) de oxidi-2, 1 -etanodiil fabricado por Daihachi Chemical Industry Co., Ltd., y Poliisocianato T-65: diisocianato de tolileno fabricado por Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd. (una mezcla de 65% en masa de diisocianato de 2,4-tolileno y 35% en masa de diisocianato de 2,6-tolileno). (Método de medición! Densidad aparente (kg/cm2): Una espuma en cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos se midió con respecto a densidad aparente de acuerdo con JIS K 7222: 1999. Dureza (kPa): Una muestra de 150 mm de largo, 100 mm de ancho, y 50 mm de alto, la cual se elaboró a partir de una espuma en cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos, se midió con respecto a tensión de compresión cuando se comprimió en un 25% de acuerdo con JIS K 6400-2: 2004.
Temperatura máxima (°C): Se insertó un termoacople en la parte central de un contenedor de generación de espuma, y el material sin procesar en cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos se midió con respecto a temperatura máxima durante la reacción y generación de espuma de material sin procesar. Decoloración (valor ???): Una parte (parte central) de una espuma que mostró una alta temperatura y una parte (parte de superficie lateral) de la espuma que mostró una baja temperatura, durante la reacción y generación de espuma de material sin procesar en cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos, se midió con respecto al grado de amarillo (grado color crema) con un medidor de diferencia de color [computadora SM-4 color SM elaborado por Suga Test instrumente Co., Ltd.], y la decoloración se mostró a través de la diferencia de color (valor ???) de estos valores. Prueba de combustión: La prueba de combustión de una espuma en cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos se llevó a cabo a través de la prueba de combustión horizontal de acuerdo con los estándares Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS 302) (FMVSS 302). Prueba de combustión después de prueba de procesamiento higrotérmico: La prueba de combustión descrita anteriormente se llevó a cabo después de conducir una prueba de procesamiento higrotérmico bajo una condición de una
temperatura de 70°C y una humedad de 95% durante 500 horas.
Prueba de combustión después de prueba de procesamiento térmico: La prueba de combustión antes descrita se llevó a cabo después de conducir una prueba de procesamiento térmico bajo una condición de una temperatura de 110°C durante 1,000 horas. Capacidad de moldeo: una espuma en cada uno de los ejemplos y ejemplos comparativos que tiene un grosor de 15 mm, se ajustó en una máquina de prensa caliente, la cual se ajustó previamente a una temperatura de la platina de 200°C, y se comprimió a 7.5 mm en grosor (una capacidad de compresión del 50%) en un tiempo de prensa de 30 minutos, y la capacidad de moldeo de la espuma se determinó en forma visual.
Tabla 1
Tabla 2
Tal como se muestra en la tabla 1, en los ejemplos 1 a 13, ya que los materiales de espuma sin procesar se comprimen cada uno con grafito expandido y el hidrato de compuesto inorgánico, las espumas obtenidas pasaron todas la prueba de combustión, la prueba de combustión déspués de la prueba de procesamiento higrotérmico, y la prueba de combustión después de la prueba de procesamiento térmico. Además, la espuma en cada ejemplo mostró un ??? de desde 0.2 hasta 0.8 y no mostró decoloración. La espuma de acuerdo con cada ejemplo tuvo una densidad aparente tan bajo como de 15.2 a 19.8 kg/cm3, y la espuma mantuvo una dureza de desde 6 a 21 kPa. Además, la espuma de acuerdo con cada ejemplo tuvo capacidad de moldeo
favorable. Por otra parte, tal como se muestra en la tabla 2, en los ejemplos comparativos 1 y 2, ya que los materiales sin procesar no contenían grafito expandido como retardante de flama, sino contenían únicamente un retardante de flama a base de fósforo, las espumas obtenidas fallaron tanto en la prueba de combustión después de la prueba procesamiento higroíérmico como en la prueba de combustión después de la prueba procesamiento térmico. En el ejemplo comparativo 3, ya que el material sin procesar no contenía el hidrato de compuesto inorgánico, la temperatura exotérmica pico del material sin procesar fue de 198°C, y el valor ??? de la espuma incrementó a 12.5, mostrando una decoloración significativa.