MX2008014884A

MX2008014884A - Composicion de resina a base de poliuretano.

Info

Publication number: MX2008014884A
Application number: MX2008014884A
Authority: MX
Inventors: Jose Humberto Lopes
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2008-12-01
Also published as: JP2009538381A; CN101454370A; BRPI0712203A2; CA2652808A1; WO2007140104A1; KR20090019798A; EP2021392A1; US20070276114A1

Abstract

La presente invención se refiere a una resina a base de poliuretano útil, por ejemplo, para reparar una superficie de un componente a base de caucho que incluye un componente pre-polímero que se combina con un componente poliol. El componente pre-polímero incluye poliisocianato, poli-butadieno con terminación hidroxilo y éter diol. El componente poliol incluye aceite alifático, poli-butadieno con terminación hidroxilo y diamina aromática. El componente poliol y el componente pre-polímero se combinan por una cantidad de tiempo seleccionada para reaccionar conjuntamente y formar la resina a base de poliuretano. La resina se puede aplicar a la superficie de un componente a base de caucho.

Description

COMPOSICION DE RESINA ? BASE DE POLIURETANO Campo de la Invención La presente invención se refiere a una composición para reparar una componente a base de caucho dañado. Más particularmente, la presente invención se refiere a una resina a base de poliuretano para reparar una superficie dañada del componente a base de caucho. Antecedentes de la Invención Los componentes a base de caucho, si se construyen de unos polímeros naturales, sintéticos o modificados, se usan en una variedad de aplicaciones incluyendo bandas impulsoras, revestimientos y partes de máquinas. En cada una de estas aplicaciones, el componente a base de caucho tiene una tendencia a llegar a ser gradualmente dañado debido al desgaste con el tiempo. El componente a base de caucho también se puede dañar súbitamente debido a un impacto con un objeto. Un método típico para preparar el componente a base de caucho dañado incluye adherir una hoja de material a base de caucho al componente a base de caucho dañado ya sea con un adhesivo o un proceso de vulcanización. Sin embargo, la hoja tiene la tendencia de llegar a ser prematuramente desgastada debido a una superficie irregular y dañada del componente a base de caucho. La hoja también puede crear un intersticio de costura en la superficie del componente a base de caucho lo Ref . : 198364 cual puede acelerar el desgaste de la hoja. Breve Descripción de la Invención La presente invención incluye una resina a base de poliuretano que se puede utilizar para reparar una superficie de un componente a base de caucho. La resina a base de poliuretano incluye un componente pre-pol mero que se mezcla con un componente poliol. El componente pre-polímero comprende al menos un poliisocianato, al menos un políbutadieno con terminación hidroxilo, y al menos un éter diol. El componente poliol generalmente comprende un aceite de ricino, al menos un poli-butadieno con terminación hidroxilo y al menos una diamina aromática. El componente pre-polímero y el componente poliol se mezclan por una cantidad seleccionada de tiempo y se dejan reaccionar conjuntamente y formar la resina a base de poliuretano. La resina de poliuretano es útil para la aplicación a la superficie del componente a base de caucho. Descripción Detallada de la Invención La presente invención incluye resinas a base de poliuretano. Las resinas son útiles, por ejemplo, en la reparación de componentes a base de caucho. Los poliuretanos de la invención son generalmente resistentes a la abrasión, resistentes al agua e hidrocarburos tales como aceite y grasa y, cuando se aplican a un componente a base de caucho, llegan a ser curados (o fijados) en un período de tiempo relativamente corto. Los poliuretanos de la invención típicamente proporcionan utilidad sobre un amplio intervalo de temperaturas, por ejemplo, desde aproximadamente -10°C a aproximadamente 80°C . Las resinas de poliuretano preferidas incluyen aquellas resinas termoendurecibles o resinas capaces de formar estructuras poliméricas reticuladas herméticas que se pueden caracterizar por tenacidad, adhesión, y encogimiento relativamente bajo. Tales resinas son típicamente empleadas en revestimientos de superficie y adhesivos. Las resinas de poliuretano, incluyendo aquellas descritas anteriormente, encuentran utilidad en la reparación de componentes a base de caucho. Tales componentes a base de caucho incluyen cualquier material a base de caucho, típicamente hecho de unos polímeros naturales, sintéticos y/o modificados generalmente con pesos moleculares mayores de aproximadamente 10,000. Tales componentes o composiciones generalmente exhiben propiedades elásticas y, después de vulcanización, recuperación elástica. Los componentes a base de caucho específicos, ejemplares que se pueden reparar usando las resinas a base de poliuretano de la invención incluyen bandas impulsoras, mangueras, revestimientos y otros innumerables dispositivos y componentes de maquinaria industrial . La invención generalmente incluye un sistema en dos partes que comprende un componente pre-polímero y un componente poliol que cuando se mezclan conjuntamente forman una resina a base de poliuretano " tixotrópica " . El término " tixotrópico" generalmente se refiere a una propiedad de un líquido o mezcla de líquidos que cuando se agita, revuelve y/o mezcla forma un gel, una pasta o de otra forma alcanza un estado semi-sólido. El componente pre-polímero y el componente poliol se pueden mezclar conjuntamente en relaciones seleccionadas que son efectivas para producir un poliuretano tixotrópico sin escurrimiento (es decir, resistente al movimiento descendente) útil en la reparación de un área dañada del componente a base de caucho. El componente pre-pol ímero generalmente incluye al menos un poliisocianato , al menos una resina de pol i -butadieno con terminación hidroxilo y al menos un éter diol . Otros componentes también se pueden agregar al componente pre-polímero incluyendo, pero no limitado a, un plastif icante . Los intervalos típicos de los componentes del componente pre-polímero siguen en la tabla 1.

Tabla 1 Componentes Porcentaje en peso Poliisocianato 40 - 60 Resina de poli-butadieno 15 - 25 Eter diol 5 - 12 Plastificante de ftalato 10 - 20 El pre-polímero se puede preparar mezclando o de otra forma combinando el poliisocianato y los materiales que contienen hidrógeno activo incluyendo la resina de poli-butadieno terminado en hidroxilo, el éter diol y el plastificante opcional en una atmósfera de nitrógeno a una temperatura entre aproximadamente 45°C y aproximadamente 110°C por un tiempo suficiente para formar una mezcla homogénea. La mezcla homogénea generalmente incluirá menos de 11 por ciento en peso de isocianato debido a las reacciones que ocurren con la resina de poli-butadieno terminado en hidroxilo y el éter diol. El pre-polímero homogéneo luego es preferiblemente envasado en un contenedor que tiene una atmósfera sustancialmente libre de oxígeno. Los poliisocianatos útiles incluyen aquellos vendidos bajo los nombres comerciales "Isonate 143 " de Dow Chemical Company of Midland, Michigan: "Desmodur 1806 " de Bayer Aktiengesellschaft de Leverkusen, Alemania; y "Rubinate" de Huntsman International LLC de Salt Lake City, Utah. Las resinas de poli-butadieno terminado en hidroxilo líquidas, útiles incluyen aquellas vendidas bajo los nombres comerciales "Liquiflex H" de Petroflex de ilmington, Delaware y " HT 4 5 " de Sartomer de Exton, Pennsylvania . Los éter dioles útiles incluyen aquellos vendidos bajo los nombres comerciales "Voranol 2 12 0 " y "Voranol 2040 " de Dow Chemical Company of Midland, Michigan. Los plastificantes útiles incluyen ftalato de dioctilo y ftalato de di-isononilo, ambos son comercialmente disponibles de Scandiflex de Sao Paulo, Brasil. El componente poliol incluye, por ejemplo, uno o más aceites alifáticos comunes tal como aceite de ricino (preferiblemente tiene una acidez de menos de o igual a 0.8 medido como mg de KOH/mg de aceite; uno o más poli-butadienos con terminación hidroxilo; y al menos una diamina aromática. La mezcla del aceite con el poli-butadieno con terminación hidroxilo minimiza la absorción de agua en el poliuretano y por lo cual imparte estabilidad hidrolítica al poliuretano cuando se aplica al componente a base de caucho. La diamina aromática, por ejemplo dietil toluen diamina, actúa como un agente tixotrópico por cadenas de polímero de reticulación para formar una estructura reticulada que espesa el poliueratano a una pasta cuando el componente pre-polímero se mezcla con el componente poliol . Una diamina aromática típica es dietil toluen diamina manufacturada por Huntsman International LLC de Salt Lake City, Utah. Otros agentes tixotrópicos que se pueden utilizar en el componente poliol incluyen ceras de amida, aceite de ricino hidrolizado y derivados de urea que se producen en un portador inerte tales como plastificantes e hidrocarburos. El componente poliol también puede incluir opcionalmente otros ingredientes incluyendo, pero no limitado a, rellenadores , plastificantes , negros de humo, silanos, depuradores de agua (tal como una zeolita) y anti-oxidantes . Los rellenadores típicos incluyen sales inorgánicas tal como silicato de aluminio, silicato de magnesio y carbonato de calcio así como otras sales inorgánicas. El rellenador se puede agregar al componente poliol como un agente tixotrópico y también se puede emplear para incrementar la resistencia a la abrasión del poliuretano cuando se aplica a un componente a base de caucho. Se puede agregar negro de humo al componente poliol como un pigmento para colorear el poliuretano a un color negro que es similar al color del componente a base de caucho. La utilización de negro de humo como un pigmento en el poliuretano puede minimizar la apariencia de la superficie reparada en el componente a base de caucho. Un plastificante típicamente se agrega al componente poliol para incrementar la flexibilidad del poliuretano fijo o curado que es adherido al componente a base de caucho. Los plastificantes típicos incluyen ftalato de dioctilo y ftalato de di-isononilo, ambos son comercialmente disponibles, de la Scandiflex Corporation de Sao Paulo, Brasil. Se puede agregar un antioxidante al componente poliol para prevenir la oxidación de al menos el poli-butadieno con terminación hidroxilo, ya que la oxidación de los componentes insaturados del poliuretano puede causar que el poliuretano se degrade con el tiempo. Uno o más componentes silano también se pueden agregar al componente poliol para incrementar la adhesión del poliuretano a la superficie del componente a base de caucho. Los silanos típicos incluyen organosilano comercialmente disponible, por ejemplo de la General Electric Corporation bajo la designación de producto "A1170". Los intervalos típicos (por porcentajes en peso) de los componentes que comprenden el componente poliol siguen en la tabla 2.

Tabla 1 Ingrediente Porcentaje en peso Aceite de ricino 40 ¦ - 60 Plastificante de ftalato 5 - 12 Silicato de aluminio 20 · - 30 Resina de poli-butadieno 7 - 15 Amino silano 0.2 ¦ - 1.0 Antioxidante 0.4 ¦ - 0.8 Diamina aromática 0.5 · - 2.0 Zeolita 2.5 · - 4.0 Negro de humo 0.5 ¦ - 1.5 Los ingredientes del componente poliol son preferiblemente mezclados conjuntamente en un ambiente sustancialmente libre de oxígeno en una manera para producir una mezcla homogénea. El componente poliol preferiblemente luego se envasa en un ambiente sustancialmente libre de oxigeno para prevenir la oxidación de los ingredientes. Cuando se usan las resinas a base de poliuretano para reparar un componente a base de caucho, la superficie del componente preferiblemente se prepara para aceptar la resina previo al mezclado del componente poliol y el componente pre-polímero para formar el poliuretano. Tal preparación de superficie típicamente incluirá la remoción de humedad y contaminantes de superficie tales como polvo, pintura y arena. Después de la remoción de la humedad y los contaminantes, la superficie también es preferiblemente abradida con un raspador de caucho u otra herramienta abrasiva (tal como una rueda de alambre unida a un molino) . La abrasión pone áspera la superficie del componente a base de caucho y típicamente libera los aceites y grasa del componente a base de caucho los cuales son removidos con un limpiador industrial. La superficie también se puede limpiar con una tela limpia hasta que la superficie está sustancialmente libre de residuo. La superficie se puede considerar suficientemente limpia para aceptar la resina cuando la tela no recolecta más tiempo residuo de componente a base de caucho cuando la tela se limpia frotando sobre la superficie. Cuando la superficie del componente a base de caucho se prepara, el componente poliol y el componente pre-polímero luego se puede mezclar o de otra forma combinar en relaciones seleccionadas para preparar la resina a base de poliuretano. El componente pre-polímero y el componente poliol son generalmente combinados en el intervalo de entre 40 por ciento en peso del componente pre-polímero y 60 por ciento en peso del componente poliol y 30 por ciento en peso del componente pre-polímero y 70 por ciento en peso del componente poliol o cualquier relación entre éstos . Cuando el componente poliol y el componente pre-polímero se combinan, ocurre una reacción exotérmica la cual incrementa la temperatura del poliuretano. Después de la combinación del componente poliol y el componente pre-polímero por aproximadamente 60 segundos, la resina de poliuretano típicamente obtiene una consistencia de una pasta debido a los agentes tixotrópicos . La resina de poliuretano se puede aplicar a la superficie del componente a base de caucho con cualquier herramienta adecuada, por ejemplo con una espátula o navaja para macilla. Después de completar la aplicación de la resina al componente a base de caucho, el poliuretano es típicamente curado por una cantidad de tiempo suficiente para endurecer la resina y adherirla al componente a base de caucho. Generalmente, la resina se cura por aproximadamente 90 minutos antes de que el componente a base de cuacho se pueda colocar de manera segura de nuevo en uso. Generalmente, mientras que el poliuretano se cura en aproximadamente 90 minutos, la resina se endurece lo suficiente en aproximadamente 7 minutos después del mezclado para prevenir la aplicación adicional del poliuretano al componente a base de caucho. Por lo tanto es generalmente benéfico tener la superficie del componente a base de caucho preparada previo a la preparación de las resinas de la invención . Ejemplos Los siguientes ejemplos son ilustrativos solamente y no se proponen para limitar la presente invención.

Ejemplo 1 Una banda transportadora de caucho vulcanizado con una superficie dañada se reparó usando la resina a base de poliuretano de la presente invención. Previo al mezclado del poliuretano, la superficie dañada se preparó removiendo sustancialmente toda la humedad y contaminantes de superficie, tales como polvo, pintura y arena. La superficie fue abradida para poner áspera la superficie para aceptar mejor el poliuretano a base de poliuretano. Durante el proceso de abrasión, las grasas y aceites se liberaron y removieron con un limpiador. La superficie luego se limpio con una tela blanca hasta que ningún residuo negro se adhirió a la tela. Después de preparar la superficie, el componente poliol y el componente pre-polímero se mezclaron conjuntamente a una relación seleccionada de aproximadamente 65 por ciento en peso de componente poliol y aproximadamente 35 por ciento en peso de componente pre-polimero . El componente pre-polimero y el componente poliol se mezclaron conjuntamente por aproximadamente 1 minuto para formar una pasta que tiene una consistencia adecuada para aplicación a la superficie abradida. Durante el proceso de mezclado, ocurrió una reacción exotérmica la cual elevó la temperatura del poliuretano a aproximadamente 60°C a un máximo. La pasta se aplicó a la banda transportadora con una espátula para reconstruir la superficie dañada. Debido a que el poliuretano tuvo propiedades de no escurrimiento , la pasta retuvo la forma deseada y no fluyó fuera de un borde de la banda transportadora. Aproximadamente 5 a 7 minutos después de la formación de la pasta, el poliuretano se endureció a una consistencia que fue incapaz de ser aplicada a la banda transportadora. La resina llegó a estar libre de pegajosidad después de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 25°C. Después de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 25°C, la resina se ha curado lo suficiente para permitir que la banda transportadora sea colocada de nuevo en servicio como se probó usando el protocolo de ASTM D2240. La composición del pre-polímero se utiliza para reparar la banda transportadora reproducida posteriormente en la tabla 3.

Tabla 3 Composición de componente pre-polímero Ingrediente Porcentaje en peso Poliisocianato 50.10 Resina de poli-butadieno 23.20 Eter diol 13.70 Plastificante ftalato 23.20 Total 100.00 La composición del componente poliol utilizado para reparar la banda transportadora se reproduce posteriormente en la tabla 4.

Tabla 4 Composición de componente poliol Ingrediente Porcentaje en peso Aceite de ricino 45.00 Ftalato de dioctilo 13.00 Silicato de aluminio 23.00 Resina de poli-butadieno 13.00 Amino silano 0.4 Antioxidante 0.2 Dietil toluen diamina 2.7 Zeolitas 2.0 Negro de humo 0.7 Total 100.0 Las propiedades físicas del componente poliol y el componente pre-polímero previo al mezclado son resumidas posteriormente en la tabla 5.

Tabla 5 Composició de pre- Composición de Propiedad física polímero poliol Fase líquido líquido Color amarillo negro Densidad (ASTM D 638) (g/cm3) 1.10 1.35 Viscosidad (ASTM D 792) (cP) 1,250 15,000 Temperatura de inflamabilidad >150°C >150°C (ASTM D 92) Después de 24 horas el poliuretano tuvo siguientes propiedades como listan en la tabla 6.

Tabla 6 Propiedad física Valor Absorción de agua (ASTM D570) 0.2% en peso Resistencia dieléctrica (ASTM D257) 20 kV/mm-min. Dureza (ASTM D2240) 70-80 Shore A Una vez que regresó al servicio, la banda transportadora fue capaz de realizar la función deseada por un período de tiempo extendido sin desgaste acelerado de la superficie reconstruida. Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a las modalidades preferidas, los trabajadores expertos en la técnica reconocerán que se pueden hacer cambios en la forma y detalle sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Resina a base de poliuretano, caracterizada porque comprende: un componente pre-polímero que comprende al menos un poliisocianato, al menos un poli-butadieno con terminación hidroxilo y al menos un éter diol; y un componente poliol que comprende al menos un aceite alifático, al menos un poli-butadieno con terminación hidroxilo y al menos una diamina aromática; en donde el componente poliol y el componente pre-polímero son combinados y dejados reaccionar conjuntamente y formar una resina a base de poliuretano.
2. Resina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poliisocianato comprende entre aproximadamente 40 y aproximadamente 60 por ciento en peso del componente pre-polímero.
3. Resina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poli-butadieno con terminación hidroxilo comprende entre aproximadamente 15 y aproximadamente 25 por ciento en peso del componente pre-polímero.
4. Resina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la cantidad seleccionada de éter diol comprende entre aproximadamente 5 y aproximadamente 12 por ciento en peso del componente pre-polímero .
5. Resina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aceite alifático comprende entre aproximadamente 40 y aproximadamente 60 por ciento en peso del componente poliol.
6. Resina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el poli-butadieno con terminación hidroxilo comprende entre aproximadamente 7 y aproximadamente 15 por ciento en peso del componente poliol.
7. Resina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el componente pre-polímero comprende entre aproximadamente 30 y aproximadamente 40 por ciento en peso del poliuretano mezclado.
8. Resina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el componente poliol comprende entre aproximadamente 60 y aproximadamente 47 por ciento en peso del poliuretano mezclado.
9. Método para reparar un componente a base de caucho, caracterizado porque comprende : preparar un componente pre-polímero mezclando al menos un poliisocianato, al menos un poli-butadieno con terminación hidroxilo y al menos un éter diol conjuntamente en una atmósfera sustancialmente libre de oxígeno a una temperatura en un intervalo entre aproximadamente 45°C y aproximadamente 110°C por un tiempo suficiente para formar una primera mezcla homogénea; almacenar el componente pre-pol mero en un primer contenedor que tiene un ambiente sustancialmente libre de oxígeno; preparar un componente poliol combinando al menos un aceite alifático, al menos un poli-butadieno con terminación hidroxilo y al menos una dietil toluen diamina conjuntamente en una atmósfera sustancialmente libre de oxígeno por un tiempo suficiente para formar una segunda mezcla homogénea; almacenar el componente poliol en un segundo contenedor que tiene un ambiente sustancialmente libre de oxígeno; mezclar al menos una porción del componente pre-polímero y al menos una porción del componente poliol conjuntamente por un tiempo suficiente para formar una pasta; aplicar la pasta a la superficie de un componente a base de caucho y curar la pasta en el componente a base de caucho por un tiempo suficiente para que la pasta se endurezca y adhiera al componente a base de caucho.
10. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la pasta comprende entre aproximadamente 30 y aproximadamente 40 por ciento en peso del pre-polímero y entre aproximadamente 60 y aproximadamente 70 por ciento del componente poliol .