MX2012010969A - Elastomeros de poliuretano anti-estaticos o semi-conductores. - Google Patents
Elastomeros de poliuretano anti-estaticos o semi-conductores.Info
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Abstract
Un elastómero de poliuretano que muestra propiedades conductoras deseables comprende por lo menos el 0.3 por ciento por peso de un negro de carbono en partículas agregado, que tiene un tamaño de partícula de menos de o igual a 100 nanómetros, que forma una trayectoria conductora continua dentro del elastómero de poliuretano. El elastómero de poliuretano puede exhibir una resistividad de superficie que varía desde 1x104 hasta 1x108 Ohms. Puede elaborarse preparando primero un pre-polímero terminado por isocianato que contiene el negro de carbono, el pre-polímero teniendo un volumen de resistividad desde 1x104 hasta 1x108 Ohms, entonces haciendo reaccionar el pre-polímero terminado por isocianato con un componente reactivo de isocianato. La proporción del pre-polímero asegura que éste forma una fase continua en el elastómero final.
Description
ELASTÓMEROS DE POLIURETANO ANTI-ESTÁTICOS O
SE MI-CONDUCTORES
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a elastómeros de poliuretano que son conductores eléctricamente. Más particularmente, la presente invención se refiere a elastómeros de poliuretano que permiten la descarga estática a través de una estructura diseñada que proporciona y mantienen la trayectoria conductora mientras forman elastómeros bifásicos.
Antecedentes de la Invención
Los elastómeros de poliuretano han Ganado una posición única en las aplicaciones de ingeniería debido a su capacidad para combinar las propiedades elastoméricas con la resistencia alta al desgarre y abrasión. Esto ha permitido que estos materiales sean utilizados en equipos que tienen una cara de soporte de carga que debe tener la capacidad de un servicio riguroso y prolongado. Debido a que dicha superficie hace contacto rápidamente durante dicho uso, con frecuencia existe la integración de una carga estática que debe ser descargada a través de dispositivos de conexión a tierra con el objeto de evitar el peligro de que el operador del equipo resulte electrocutado.
Esa función de descarga, con frecuencia es auxiliada asegurando que el elastómero es antiestático. Esto requiere la modificación del material para permitir conducir la electricidad al punto de conexión a tierra. Esta modificación se ha provisto con frecuencia al incluir en el elastómero aditivos que proporcionan un transporte de electrones asumiendo que se mantiene una trayectoria conductora continua.
Un método es el uso de sales de amonio cuaternarias y agentes hidrófilos para el elastómero. En este caso, se han logrado valores de resistividad tan bajos como de 108 ohms. Sin embargo, las industrias que utilizan elastómeros antiestáticos requieren valores de resistividad de superficie desde 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms, los cuales son más adecuados para asegurar que se logra la descarga adecuada.
Otro método ha sido el uso de materiales de relleno metálicos o de negro de carbono para mejorar la conductancia eléctrica. Desafortunadamente, ha sido difícil garantizar una trayectoria conductor para los elastómeros de poliuretano debido a su morfología bifásica única.
Por consiguiente, permanece la necesidad en la material de elastómeros de poliuretano que puedan ser preparados con seguridad para tener propiedades conductoras y antiestáticas.
Breve Descripción de la Invención
En una modalidad, la presente invención proporciona a elastómero de poliuretano semi-conductor, que comprende por lo menos 0.3 por ciento por peso de un negro de carbono en partículas agregado, que tiene un diámetro de partícula promedio que es menor que o igual a 100 nanómetros, que forma una trayectoria conductora dentro del elastómero de poliuretano, el elastómero de poliuretano habiéndose preparado incorporando el negro de carbono en partículas agregado en un pre-polímero terminado por isocianato, de manera que el elastómero de poliuretano tiene una resistividad de superficie desde 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms (10"4 hasta 10"8 siemens (mho)). En las modalidades preferidas el negro de carbono es Ketjenblack™ EC-600JD, Ketjenblack™ EC-330JMA, o una combinación de los mismos. El Ketjenblack™ es una marca comercial de Akzo Nobel Chemicals.
En otra modalidad, la presente invención proporciona a proceso para preparar a elastómero de poliuretano semiconductor que comprende los pasos de (a) preparar un pre-polímero terminado por isocianato en donde por lo menos 0.3 por ciento por peso de un negro de carbono en partículas agregadas, que tiene un diámetro de partícula promedio que es menor que o igual a 100 nm, que está incorporado en el pre-polímero, el pre-polímero teniendo una resistividad de volumen desde 1 x 1 O4 hasta 1 X 108 ohms; y (b) haciendo reaccionar el pre-polímero terminado por isocianato y un componente reactivo al isocianato para formar un elastómero de poliuretano semiconductor; el pre-polímero terminado por isocianato y el componente reactivo por isocianato estando en proporciones, de manera que el pre-polímero terminado por isocianato forma una fase continua y el componente reactivo por isocianato forma una fase discontinua; bajo condiciones tales que el negro de carbono en partículas agregadas forma una trayectoria conductora en el elastomero de poliuretano.
Descripción Detallada de la Invención
La presente invención proporciona elastómeros antiestáticos y/o semi-conductores que pueden ser útiles para una variedad de propósitos, y los cuales también pueden incluir propiedades deseables adicionales, tales como niveles deseables de resistencia a la abrasión y desgarre. El poliuretano generalmente es un elastomero de poliuretano de dos componentes, preparado empezando con un pre-polímero terminado por isocianato el cual se hace reaccionar entonces con un componente reactivo por isocianato. El poliuretano como una totalidad tiene un valor de resistividad de superficie que varía desde 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms. Esta resistividad de superficie se puede atribuir a una estructura de negro de carbono dispersa, percolada que forma una trayectoria conductora a través del elastómero para permitir la descarga estática. El término, "percolado" como se utiliza en la presente descripción significa que las partículas de negro de carbono están presentes en una concentración tal que, la muestra de poliuretano determinada tiene la capacidad de conducir electricidad desde cualquier superficie hasta su superficie opuesta. Por consiguiente, la presente invención es útil tanto para el diseño de elastómeros como para componentes que requieren una disipación de estática, tales como cubiertas de instrumentos.
Un componente clave incluido en la formulación, que forma la estructura de negro de carbono dispersa, percolada, es un negro de carbono que es una partícula agregada, con un tamaño de partícula menor que o igual a 100 nanómetros (nm). El término "agregado" como se utiliza en la presente descripción, significa que las partículas son, en su estado de formulación previa, realmente interconectadas, y esta interconexión es suficientemente estrecha para que las partículas no sean separadas por las fuerzas de corte que son aplicadas durante la formulación. Por consiguiente, éstas permanecen interconectadas dentro del pre-polímero y, como resultado, tanto su interconexión como la concentración del negro de carbono, en la formulación final. Los Ejemplos de negro de carbono en partículas adecuados pueden incluir productos diseñados como Ketjenblack™ EC-600JD y Ketjenblack™ EC-330JMA, disponibles de Akzo Nobel Polímero Chemicals. De estos, Ketjenblack™ EC-600JD es, en ciertas modalidades, más preferidos. Dichos productos pueden tener un tamaño de partícula dentro del rango de, por ejemplo, desde 30 nm hasta 100 nm. Las propiedades adicionales que pueden ser útiles en el negro de carbono seleccionado pueden incluir por lo menos uno de una densidad de volumen aparate menor que 200 kilogramos por metro cúbico (kg/m) un volumen deficiente de por lo menos 300 mililitros por 100 gramos (mL/100 g), una absorción de yoduro de por lo menos 700 miligramos por gramo (mg/g), y un parea de superficie Brunauer, Emmett, Teller (BE"f) de por lo menos 800 metros cuadrados por gramo (m2/g).
Los elastómeros de poliuretano de la presente invención comprenden un componente que contiene el grupo isocianato (en lo sucesivo "componente terminado por isocianato") y un componente reactivo de isocianato (en lo sucesivo "componente reactivo por isocianato"). En ciertas las modalidades preferidas, éste puede ser un elastómero tipo copolímero de bloque. Con el objeto de preparar el elastómero de poliuretano, es necesario hacer reaccionar el componente reactivo por isocianato con el componente terminado por isocianato. Los poliisocianatos adecuados pueden ser alifático, cicioalifático, aralifático, o poliisocianatos aromáticos, o combinaciones de los mismos. Los mismos pueden incluir, por ejemplo, diisocianatos de alquileno, particularmente aquellos que tienen desde 4 hasta 12 átomos de carbono en la porción alquileno, tales como 1 , 12-dodecano diisocianato, 2-etiltetrametileno 1 ,4-diisocianato, 2-metil-pentametileno 1 ,5-diisocianato, 2-etil-2-butilpentametileno 1,5 -diisocianato, tetrametileno 1 ,4-diisocianato y preferentemente hexametileno 1 ,6-diisocianato; diisocianatos cicloalifáticos, tales como ciclohexano 1,3- y 1 ,4-diisocianato y cualquier mezcla deseada de estos isómeros, 1 -isocianato-3,3,5-trimetil- 5-isocianato-metilciclohexano (diisocianato de isoforona), 2,4- y 2,6- diisocianato hexahidrotolileno, y las mezclas isoméricas correspondientes, 4,4-, 2,2'- y 2,4'-diciclohexilmetano diisocianato y las mezclas isoméricas correspondientes, aralifático diisocianatos, por ejemplo, 1,4-xilileno diisocianato y mezclas isoméricas de xilileno diisocianato, y preferentemente diisocianatos y poliisocianatos aromáticos, por ejemplo, 2,4- y 2,6-tolíleno diisocianato y las mezclas isoméricas correspondientes, 4,4'- ,2,4'- y 2,2' -difenilmetano diisocianato y las mezclas isoméricas correspondientes, mezclas de 4,4'- y 2,4' -difenilmetano diisocianatos, polifenil-polimetileno poliisocianatos, mezclas de 4,4'-, 2,4'- y 2,2'-difenilmetano diisocianatos y polifenil-polimetileno poliisocianatos (MDI crudo), y mezclas de MDI crudo y tolileno diisocianatos. Los diisocianatos y poliisocianatos orgánicos pueden emplearse en forma individual o en la forma de combinaciones de los mismos. El componente de ¡socianato es, en ciertas modalidades particulares, de manera deseable, un pre-polímero, es decir, un poliisocianato modificado por uretano, y en otras modalidades no limitantes es un poliisocianato aromático modificado por uretano, tal como un pre-polímero preparado a partir de 4,4'-difenilmetano diisocianato.
Los poliisocianatos orgánicos pueden prepararse mediante los procesos conocidos. Estas son preparadas preferentemente mediante fosgenation de las poliaminas correspondientes con la formación de cloruros de policarbamoilo, seguidos por termólisis de los cloruros de policarbamoilo para producir el poliisocianato orgánico y el cloruro de hidrógeno. De manera alternativa, éstos pueden prepararse mediante procesos libres de fosgeno, tales como, por ejemplo, haciendo reaccionar las poliaminas correspondientes con urea y alcohol para producir policarbamatos, seguidos por termólisis de los policarbamatos para producir el poliisocianato y alcohol.
En donde los poliisocianatos serán modificados, grupos tales como ésteres, ureas, biurets, alofanatos, uretanoiminas, carbodiimidas, isocianuratos, uretodionas y/o uretanos se agregan a los mismos. Un producto de ejemplo es un poliisocianato orgánico que contiene uretano, preferentemente aromático, que contiene desde 33.6 hasta 15 por ciento por peso, preferentemente desde 31 hasta 21 por ciento por peso, de NCO, con base en el peso total. La preparación empieza con 4,4'-difenilmetano diisocianato, 4,4'- y mezclas de 2,4'difenilmetano diisocianato, o MDI crudo o 2,4- o 2,6 -tolileno diisocianato, los cuales entonces son modificados por medio de la reacción con dioles, trioles, dialquilénglicoles, trialquilénglicoles o polioxialquilenglicoles que tienen un peso molecular de hasta 6,000. Los ejemplos específicos de di- y polioxialquilenglicoles, los cuales pueden emplearse en forma individual o como mezclas para este propósito, son dietileno, dipropileno, polioxietileno, polioxipropileno y polioxi- propilenpolioxietileno glicoles, trioles y/o tetroles. Los pre-polímeros que contienen NCO contienen desde 25 hasta 3.5 por ciento por peso, preferentemente desde 21 hasta 14 por ciento por peso, de NCO, con base en el peso total, pueden prepararse a partir de los polioles de poliéter descritos anteriormente habiéndose hecho reaccionar con 4,4'-difenilmetano diisocianato, mezclas de 2,4'- y 4,4'-difenilmetano diisocianato, 2,4- y/o 2,6-tolileno diisocianatos o MDI crudo. Adicionalmente, los poliisocianatos líquidos que contienen los grupos carbodiimida y/o anillos de isocianurato y que contienen desde 33.6 hasta 15 por ciento por peso, preferentemente desde 31 hasta 21 por ciento por peso, de NCO, con base en el peso total, por ejemplo, con base en 4,4'-, 2,4'- y/o 2,2'-difenilmetano diisocianato y/o 2,4' y/o 2,6-tolileno diisocianato, también pueden seleccionarse.
Los poliisocianatos modificados pueden mezclarse unos con los otros o con poliisocianatos orgánicos no modificados, tales como, por ejemplo, 2,4'- o 4,4'difenilmetano diisocianato, MDI crudo, y/o 2,4- y/o 2,6-tolileno diisocianato. Un componente de isocianato que se emplea con frecuencia en la industria de suela de zapato puede preparando haciendo reaccionar un 4,4'-metano-diisocianato monomérico; un diol tapado con óxido de etileno que tiene un peso molecular de 4000; un triol tapado con óxido de etileno que tiene un peso molecular de 6000; y un extensor de segunda cadena que incluye dipropilénglicol , tripropilénglicol, o una mezcla de los mismos; bajo condiciones adecuadas para formar un pre-polímero. Este pre-polímero se hace reaccionar entonces con un componente de poliol y un agente de expansión para elaborar la espuma de poliuretano final.
Los poliisocianatos orgánicos que también pueden ser particularmente exitosos pueden incluir adicionalmente, mezclas de poliisocianatos orgánicos modificados que contienen grupos de uretano, que tienen un contenido de NCO desde 33.6 hasta 15 por ciento por peso, en particular aquellos que se basan en tolileno diisocianatos, 4,4'-difenilmetano diisocianato, mezclas isoméricas de difenilmetano diisocianato o MDI crudo, en particular 4,4'-, 2,4'- y 2,2' -difenilmetano diisocianato, polifenil-polimetileno poliisocianatos, 2,4- y 2,6-tolileno diisocianato, MDI crudo que tiene un contenido isomérico de difenilmetano diisocianato desde el 30 hasta el 80 por ciento por peso, preferentemente desde el 35 hasta el 45 por ciento por peso, y mezclas de por lo menos dos de los poliisocianatos indicados anteriormente, por ejemplo, MDI crudo o mezclas de tolileno diisocianatos y MDI crudo.
El segundo componente principal es la formulación de elastómero de la invención que es un componente reactivo por isocianato. Este puede incluir uno o más materiales que contienen grupos terminales que hacen reacción con los grupos isocianato, incluyendo sin limitación grupos hidroxilo, grupos amino; grupos tiol; grupos sulfidrilo; y combinaciones y especies híbridas de los mismos. El componente reactivo por isocianato, en lo sucesivo, es denominado, por conveniencia así como también por convención, como el "poliol," independientemente de si una formulación contiene únicamente un compuesto, o dos o más compuestos. En ciertas modalidades el poliol tiene una funcionalidad desde 2 hasta 8, preferentemente desde 2 hasta 4. La viscosidad puede variar, de acuerdo con los dictados relacionados con la formulación, disponibilidad, factibilidad y/o equipo.
Los ejemplos de los polioles que pueden estar incluidos en el sistema son polioles de poliéter, polioles de poliéster, poliaminas, polioles de poliéter-éster, policaprolactonas, policarbonatos, copolímeros de los mismos, y combinaciones de los mismos. Otros ejemplos pueden incluir politio-éter-polioles, poliéster-amidas, poliacetales que contiene hidroxilo y policarbonatos alifáticos que contienen hidroxilo. Otras selecciones pueden incluir mezclas de por lo menos dos o más compuestos de polihidroxilo y poliamina mencionados anteriormente.
Los polioles de poliéster adecuados pueden prepararse a partir de, por ejemplo, ácidos dicarboxílicos orgánicos que tienen desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 12 átomos de carbono, preferentemente ácidos dicarboxílicos aromáticos que tienen desde 8 hasta 12 átomos de carbono y alcoholes polihídricos, preferentemente dioles que tienen desde 2 hasta 12 átomos de carbono, preferentemente desde 2 hasta 6 átomos de carbono. Los ejemplos de ácidos dicarboxílicos adecuados son ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido subérico, ácido azeláico, ácido sebácico, ácido decanodicarboxílico, ácido maléico, ácido fumárico, y preferentemente ácido itálico, ácido isoftálico, ácido tereftálico y los ácidos naftaleno-dicarboxílicos isoméricos. Los ácidos dicarboxílicos pueden utilizarse ya sea individualmente o mezclados unos con otros. Los ácidos dicarboxílicos libres, también pueden ser reemplazados por los derivados de ácido dicarboxílico correspondientes, por ejemplo, ésteres dicarboxílicos de alcoholes que tienen de 1 a 4 átomos de carbono o anhídridos dicarboxílicos. Se da preferencia a las mezclas de ácido dicarboxílico que comprenden ácido succínico, ácido glutárico y ácido adípico en proporciones de, por ejemplo, desde 20 hasta 35 : 35 hasta 50 : 20 hasta 32 partes por peso, y ácido adípico, y en particular mezclas de ácido itálico y/o anhídrido itálico y ácido adípico, mezclas de ácido ftálico o anhídrido ftálico, ácido isoftálico y ácido adípico o mezclas de ácido dicarboxílico de ácido succínico, ácido glutárico y ácido adípico y mezclas de ácido tereftálico y ácido adípico o mezclas de ácido dicarboxílico de ácido succínico, ácido glutárico y ácido adípico. Los ejemplos de alcoholes dihídricos y polihídricos, en particular díoles, son etanodiol, dietilénglicol, 1,2- y 1 ,3-propanodiol, dipropilénglicol, 1,4-butanodiol, 1 ,5-pentanodiol, 1 ,6-hexanodiol, 1 , 1 O-decanodiol, glicerol, trimetilpropano. Se da preferencia al etanodiol, dietilénglicol, 1 ,4-butanodiol, 1 ,5-pentanodiol, 1 ,6-hexanodiol o mezclas de por lo menos dos de dichos dioles, en particular las mezclas de 1 ,4-butanodiol, 1 ,5-pentanodiol y 1 ,6-hexanodiol. Adicionalmente, los poliéster-polioles elaborados a partir de lactonas, por ejemplo, e-caprolactona o ácidos hidroxicarboxílicos, por ejemplo, ácido co-hidroxicapróico y ácido hidroxibenzóico, también pueden emplearse.
Los polioles poliéster pueden ser preparados mediante poli-condensación de los ácidos poiicarboxílicos orgánicos, por ejemplo, alifático y preferentemente aromático y mezclas de ácidos poiicarboxílicos aromático y alifático, y/o derivados de los mismos, y alcoholes polihídricos sin el uso de un catalizador o preferentemente en la presencia de un catalizador de esterificación, de manera expediente en una atmósfera de gas inerte, por ejemplo, nitrógeno, monóxido de carbono, helio, argón, entre otros, en la mezcla a una temperatura desde aproximadamente 150°C hasta aproximadamente 250°C, preferentemente desde 180°C hasta 220 °C, a presión atmosférica o bajo presión reducida hasta que se alcanza el número de ácido deseado, el cual es ventajosamente menor que 10, preferentemente menor que 2. En una modalidad preferida, la mezcla de esterificación es policondensada a las
temperaturas mencionadas anteriormente bajo presión atmosférica y de manear subsiguiente bajo una presión menor que 0.5 bar (50,000 N/m2), preferentemente desde 0.05 bar hasta 0.150 bar (5,000 N/m2 hasta 15,000 N/m2), hasta que se ha alcanzado un número de ácido desde 80 hasta 30, preferentemente desde 40 hasta 30. Los ejemplos de catalizadores de esterificación adecuados son hierro, cadmio, cobalto, plomo, zinc, antimonio, magnesio, titanio y catalizadores de estaño en la forma de metales, óxidos metálicos o sales metálicas. Sin embargo, la policondensación también puede ser realizada en la fase líquida en la presencia de diluyentes y/o entrenadores, por ejemplo, benceno, tolueno, xileno o clorobenceno, para la remoción de agua de la condensación mediante destilación azeotrópica.
Los polioles de poliéster ventajosamente son preparados mediante la poli-condensación de los ácidos policarboxílicos orgánicos y/o derivados de los mismos con alcoholes polihídricos en una proporción molar desde 1:1 hasta 1:1.8, preferentemente desde 1:1.05 hasta 1:1.2. Los polioles de poliéster, preferentemente tienen una funcionalidad desde 2 hasta 3 y un número hidroxilo desde 150 hasta 600, particularmente, desde 200 hasta 400.
Un grupo de compuestos polihidroxilo fácilmente disponible incluyen a los polioles de poliéter. Estos pueden ser preparados mediante los procedimientos conocidos, por ejemplo, mediante polimerización amónica utilizando hidróxidos de metal alcalino tales como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, o alcóxidos de metal alcalino, tales como metóxido de sodio, etóxido de sodio, etóxido de potasio o isopropóxido de potasio como el catalizador y con la adición de por lo menos una molécula de iniciador que contiene desde 2 hasta 8, preferentemente de 3 a 8, átomos de hidrógeno reactivo en forma enlazada o mediante polimerización catiónica utilizando ácidos de Lewis, tales como, pentacloruro de antimonio, eterato de boruro de boro, entre otros, o tierras blanqueadoras o catalizadores, a partir de uno más óxidos de alquileno óxidos que tienen desde 2 hasta 4 átomos de carbono en la porción alquileno.
Los ejemplos de óxidos de alquileno adecuados son tetrahidrofurano, óxido de 1 ,3-propileno, óxido de 1,2- y 2,3-butileno, óxido de estireno y preferentemente óxido de etileno y óxido de 1 ,2-propileno. Los óxidos de alquileno pueden utilizarse en forma individual, alternativamente uno después del otro, o en la forma de mezclas. Los ejemplos de moléculas de iniciador adecuadas son agua, ácidos dicarboxílicos orgánicos, tales como ácido succínico, ácido adípico, ácido itálico y ácido tereftálico, y una variedad de aminas, incluyendo, sin limitación diaminas alifáticas y aromáticas, insustituidas o N-mono-, N,N-y ?,?' -dialquil-substituídas que tienen desde 1 hasta 4 átomos de carbono en la porción alquilo, tales como etilenodiamina insustituida o mono- o dialquil-sustituida, dietilenotriamina, trietilenotetramina, 1 ,3-propileno-diamina, 1,3- y 1,4-butileno diamina, 1,2-, 1,3-, 1,4-, 1,5- y 1 ,6-hexametilenodiamina, anilina, fenilenodiaminas, 2,3-, 2,4-, 3,4- y 2,6-tolilenodiamina y 4,4' -,2,4' - y 2,2' -diaminodifenilmetano.
Otras moléculas de iniciador adecuadas son alcanolaminas, por ejemplo, etanolamina, N-metil- y N-etiletanolamina, dialcanolaminas, por ejemplo, dietanolamina, N-metil- y N-etildi-etanolamina, y trialcanolaminas, por ejemplo, trietanolamina, y amoniaco, y alcoholes polihídricos, en particular alcoholes dihídricos y/o trihídricos, tales como etanodiol, 1,2- y 1 ,3-propanodiol, dietilénglicol, dipropilénglicol, 1 ,4-butanodiol, 1 ,6-hexanodiol, glicerol, trlmetilpropano, pentaeritritol, sorbitol y sacarosa, fenoles polihídricos, por ejemplo, 4,4' -dihidroxi-difenilmetano y 4,4'-dihidroxi-2,2-difenilpropano, resoles, por ejemplo, productos oligoméricos de la condensación de fenol y formaldehído, y condensados de annich de fenoles, formaldehído y dialcanolaminas, y melamina.
En algunas modalidades es ventajoso que los polioles incluidos en el sistema de poliol sean polioles de poliéter que tienen una funcionalidad desde 2 hasta 8 y un número hidroxilo desde 100 hasta 850 preparado por la poliadición aniónico de por lo menos un óxido de alquileno, preferentemente óxido de etileno u óxido de 1 ,2-propileno o óxido de 1 ,2-propileno y óxido de etileno, sobre, como una molécula de iniciador, por lo menos un compuesto aromático que contiene por lo menos dos átomos de hidrógeno reactivos y que contiene por lo menos un grupo hidroxilo, amino y/o carboxilo. Los ejemplos de dichas moléculas de iniciador son los ácidos policarboxílicos aromáticos, por ejemplo, ácido hemimelítico, ácido trimelítico, ácido trimésico y preferentemente ácido ftálico, ácido isoftálico y ácido tereftálico, o mezclas de por lo menos dos de dichos ácidos policarboxílicos, ácidos hidroxicarboxílicos, por ejemplo, ácido salicílico, y ácido m-hidrobenzóico y ácido gálico, ácidos aminocarboxilóicos, por ejemplo, ácido antranílico, ácido m- y p-aminobenzóico, polifenoles, por ejemplo, resorcinol, y preferentemente dihidroxidifenil-metanos y dihidroxi-2,2-difenilpropanos, condensados de annich de fenoles, formaldehído y dialcanolaminas, preferentemente dietanolamina, y preferentemente poliaminas aromáticas, por ejemplo, 1,2-, 1,3- y 1 ,4-fenilenodiamina y en particular 2,3-, 2,4-, 3,4- y 2,6-tolilenodiamina, 4,4' -2,4' y 2,2' -diamino-difenilmetano, polifenil-polimetilen-poliaminas, mezclas de diamino-difenilmetanos y polifenil-polimetileno-poliaminas, como las que se forman, por ejemplo, mediante la condensación de anilina con formaldehído, y mezclas de por lo menos dos de dichas poliaminas.
La preparación de polioles de poliéter utilizando por lo menos moléculas de iniciador difuncional aromáticas de este tipo es conocida y descrita en, por ejemplo, los documentos DD-A-290 201; DD-A-290 202; DE-A-34 12 082; DE-A-4 232 970; y GB-A-2, 187,449, las cuales están incorporadas en la presente como referencia en sus totalidades.
Los polioles de poliéter, preferentemente tienen una funcionalidad desde 3 hasta 8, en particular desde 3 hasta 7, y los números hidroxilo desde 120 hasta 770, en particular desde 200 hasta 650.
Otros polioles de poliéter adecuados son dispersiones de melamina/poliol de poliéter como las descritas en los documentos EP-A-23 987 (patente Norteamericana No. US-A-4,293,657), dispersiones de polímero/poliol de poliéter preparadas a partir de poliepoxidos y agentes de curación de resina epoxi en la presencia de poliéterpolioles, como se describe en el documento DE 29 43 689 (patente Norteamericana No. 4,305,861), dispersiones de poliésteres aromáticos en compuestos polihidroxilo, como se describe en el documento EP-A-62 204 (patente Norteamericana No. US-A-4,435,537) y DE-A 33 00 474, dispersiones de materiales de relleno orgánicos y/o inorgánicos en compuestos polihidroxilo, como se describe en el documento EP-A-II 751 (patente Norteamericana No. US 4,243,755), dispersiones de poliurea/poliol de poliéter, como se describe en el documento DE-A-3I 25 402, dispersiones tris(hidroxialquil)isocianurato/poliol de poliéter, como se describe en el documento EP-A-136 571 (patente Norteamericana No. 4,514,426), y suspensiones de cristalita, como se describe en el documento DE-A-33 42 176 y DE-A-33 42 177 (patente Norteamericana No. 4,560,708), estas publicaciones de patente están incorporadas en la presente en su totalidad como referencia. Otros tipos de dispersiones que pueden ser útiles en la presente invención incluyen a aquellas en donde los agentes de nucleación, tales como perfluoroalcanos e hidrofluoroéteres líquidos, y sólidos inorgánicos, tales como arcillas no modificadas, parcialmente modificadas y modificadas, incluyendo, por ejemplo, silicatos esféricos y aluminatos, laponitas plana, montmorilonitas y vermiculitas, y partículas que comprenden superficies de borde, tales como sepiolitas y sílices de caolinita. Los pigmentos y agentes de compatibilidad orgánicos e inorgánicos, tales como titanatos y siliconatos, también pueden estar incluidos en las dispersiones de poliol útiles.
Como en el caso de los polioles de poliéster, los polioles de poliéter pueden ser utilizados en forma individual o en la forma de mezclas. Adicionalmente, éstos pueden ser mezclados con el injerto de poliol de poliéteres o polioles de poliéster y las amidas de poliéster que contienen hidroxilo, poliacetales, policarbonatos y/o polioles fenólicos.
Los ejemplos de poliacetales que contienen hidroxilo adecuados son los compuestos que pueden ser preparados a partir de glicoles, tales como dietilénglicol, trietilénglicol, 4,dihidroxietoxi-difenildimetilmetano, hexanodiol y formaldehído. Los poliacetales adecuados también pueden ser preparados mediante los acétales de polimerización cíclicos.
Los policarbonatos que contienen hidroxilo adecuados son aquellos de un tipo convencional, los cuales pueden ser preparados, por ejemplo, haciendo reaccionar los dioles, tales como 1 ,3-propanodiol, 1 ,4-butanodiol y/o 1 ,6-hexanodiol, dietilénglicol, trietilénglicol o tetraetilénglicol, con carbonatos de diarilo, por ejemplo, difenilcarbonato, o fosgeno.
Las amidas de poliéster que incluyen, por ejemplo, los condensados predominantemente lineales obtenidas a partir de ácidos carboxílicos polibásicos, saturados y/o insaturados o anhídridos de los mismos y alcoholes amino polihídricos, saturados y/o insaturados, o mezclas de alcoholes polihídricos y alcoholes amino y/o poliaminas.
Los compuestos adecuados que contienen por lo menos dos átomos de hidrógeno reactivos, adicionalmente son polioles fenólicos y fenólicos halogenados, por ejemplo, resol-polioles que contienen grupos de éter bencílico. Los resol-polioles de este tipos pueden ser preparados, por ejemplo, a partir de fenol, formaldehído, paraformaldehído expediente mente, y alcoholes alifáticos polihídricos. Los mismos se describieron, por ejemplo, en el documento EP-A-0 116 308 y el documento EP-A-0 116 310, los cuales están incorporados en la presente descripción como referencia en su totalidad.
En ciertas modalidades preferidas, el componente reactivo por isocianato puede incluir una mezcla de poliol de poliéteres que contienen por lo menos un poliol de poliéter basado en una molécula de iniciador polifuncional, aromática y por lo menos un poliol de poliéter basado en una molécula de iniciador no aromática, preferentemente un alcohol trihídrico a octahídrico.
Con el objeto de acelerar y facilitar la reacción para la formación del elastómero, deseablemente se incluye uno o más catalizadores en la formulación. En donde se está preparando una espuma, puede ser deseable incluir, en particular, un catalizador que favorece a la reacción con urea (soplado). Los ejemplos de dichos catalizadores pueden incluir bis-(2-dimetilaminometil)éter; tris(dialquilaminoalquil)-s-hexahidrotriazinas tales como hidróxidos de 1 ,3,5-tris-(N,N-dimetilaminopropil)-s-hexahidrotriazina; penta-metildietilenotriamina; tetra-alquilamonio tales como hidróxido de tetrametilamonio; hidróxidos de metal alcalino tales como hidróxido de sodio; alcóxidos de metal alcalino tales como metóxido de sodio e isopropóxido de potasio; y sales de metal alcalino de ácidos grasos de cadena larga que tienen de 10 a 20 átomos de carbono y, en algunas modalidades, grupos hidroxilo pendientes. En una modalidad, puede ser efectiva una combinación de bis(dimet¡lam¡noetil)éter y dipropilénglicol como catalizador de soplado efectivo, por ejemplo, en una proporción de porcentaje por peso de 70/30. Las combinaciones de cualquiera de los anteriores también pueden ser seleccionadas.
Los ejemplos de catalizadores adecuados que pueden tender a favorecer la reacción con uretano (gel), la cual puede ser particularmente útil para formulaciones tanto en espuma como diferentes de espuma, puede incluir, generalmente, amidinas, aminas terciarias, compuestos organometálicos, y combinaciones de los mismos. Estos pueden incluir, sin limitación, amidinas tales como 1 ,8-diazabiciclo[5.4. 0]undec-7-eno y 2,3-dimetil-3,4,5,6-tetrah¡dropir¡midina, y aminas terciarias tales como trietilamina, tributilamina, dimetilbencilamina, N-metil-, N-etil-, y N-c¡clohexilmorfolino, N.N.N'.N'-tetra-metiletilenodiamina, ?,?,?',?'-tetrametil-butanodiamina y -hexanodiamina, pentametildietilenotriamina, tetrametildiaminoetil éter, bis(dimetilaminopropil)urea, dimetilpiperazina, dimetilciclohexilamina, 1 ,2-dimetil-imidazol, 1 -aza-biciclo[3.3.0]octano, y, en algunas modalidades preferidas, 1 ,4-diazabiciclo[2.2.2]octano. Los compuestos alcanolamina, tales como trietanolamina, triisopropanolamina, N-metil- y N-etildietanolamina, y dimetiletanolamina también pueden seleccionarse. Las combinaciones de cualquiera de los anteriores también pueden emplearse de manera efectiva.
Los compuestos organometálicos pueden incluir compuestos de organoestaño, tales como sales de estaño(ll) de ácidos carboxílicos orgánicos, por ejemplo, estaño(ll) diacetato, esta ñ o( 11 ) dioctanoato, estaño(ll) dietilhexanoato, y estaño(ll) dilaurato, y sales de dialquilestaño(l V) de ácidos carboxilóicos orgánicos, por ejemplo, diacetato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño dilaurate, maleato de dibutilestaño y diacetato de dioctilestaño. Sales de bismuto de ácidos carboxilóicos orgánicos también pueden seleccionarse, tales como, por ejemplo, octanoato de bismuto. Los compuestos organometálicos basados en mercurio, plomo, y zinc también pueden ser útiles. Los catalizadores de mercurio, tales como los carboxilatos de mercurio incluyendo, sin limitación, neodeconato fenilmercúrico, son catalizadores particularmente efectivos para aplicaciones de elastómero de poliuretano, recubrimiento y sellador, debido a que son altamente selectivos hacia la reacción de uretano (gel). Estos pueden utilizarse en niveles bajos para producir sistemas de vida de conservación larga, mientras que todavía proporcionan una cura de extremo posterior excelente. Los catalizadores de plomo pueden ser útiles en aplicaciones de aislamiento de espuma de rocío rígida altamente reactivas, debido a que éstos mantienen su potencia en condiciones de temperatura baja y humedad alta. Sin embargo, la toxicidad conocida de los materiales basados en mercurio y plomo, así como también los desafíos de eliminación y, en algunos países, las clasificaciones de materiales peligrosos de estos materiales, debe tomarse en cuenta al seleccionar una formulación adecuada. Las selecciones de esta
categoría de catalizadores pueden utilizarse solas o en combinaciones, o, en algunas modalidades, en combinación con una o más de las aminas altamente básicas que se relacionaron anteriormente. En una modalidad particular, la cantidad combinada de los catalizadores que favorecen el uretano y que favorecen la ureas mayor que aproximadamente 1.7 por ciento, con base en el peso del sistema de poliol.
Además de los componentes planteados anteriormente, la formulación puede incluir componentes adicionales, opcionales. Entre estas, pueden existir extensores de cadena y/o agentes de reticulación, los cuales, a diferencia de los polioles, no son polímeros por derecho propio. Los extensores de cadena se utilizan para unir cadenas de poliuretano de peso molecular más bajo con el objeto de formar cadenas de poliuretano de peso molecular superior, y generalmente son agrupados por tener una funcionalidad igual a 2. Los agentes de reticulación sirven para promover o regular el enlace intermolecular covalente o iónico entre las cadenas poliméricas, enlazándolas para crear una estructura más rígida. Los agentes de reticulación generalmente son agrupadas teniendo una funcionalidad igual a 3 o más. Ambos de estos grupos normalmente son representados por moléculas de peso molecular relativamente cortas o de peso molecular bajo tales como hidroquinona di( -hidroxietil)éter, polioles de aceites naturales (NOP) que contienen grupos hidroxilo reactivos, tales como aceite de castor, glicerina, etilenglicol (EG), dietilénglicol (DEG), trietilénglicol, tetraetilénglicol, propilénglicol, dipropilénglicol, tripropilénglicol, 1 ,3-propanodiol, 1,3-butanodiol, 1 ,4-butanodiol (BDO), neopentilglicol, 1,6-hexanodiol, 1 ,4-ciclo-hexanodimetanol, etanolamina, dietanolamina, metildietanolamina, fenildietanolamina, glicerol, trimetilpropano (TMP), 1 ,2,6-hexanetriol, trietanol-amina, pentaeritritol, N,N,N',N'-tetrakis(2-hidroxipropil)-etilenod ¡amina, dietil-toluenodiamina, dimetiltiotoluenodiamina, combinaciones de los mismos, y los similares. Particularmente, los que se utilizan con frecuencia son 1 ,4-butanodiol (BDO), dietilénglicol (DEG), glicerina, 1 ,4-trimetilpropano (TMP), y combinaciones de los mismos. Algunas moléculas pueden contribuir tanto a la extensión de cadena como a la reticulación. Aquellos expertos en la materia se familiarizan con un rango amplio de los extensores de cadena y/o agentes de reticulación adecuados.
Sin embargo, no obstante lo anterior, se debe observar que en donde un butanodiol, por ejemplo, 1 ,3-butanodiol o 1,4-butanodiol, se selecciona como un extensor de cadena y/o agente de reticulación, se prefiere que el butanodiol no esté incluido en el pre-polímero. Esto se debe a que el negro de carbono puede ser, en algunas modalidades, relativamente incompatible con el butanodiol. Por consiguiente, la inclusión del butanodiol en el pre-polímero puede afectar la formación del pre-polímero y/o la formación de la trayectoria conductora
mediante el negro de carbono en partículas agregadas utilizadas en la presente invención.
Los componentes de la formulación adicional opcionalmente pueden estar incluidos, de acuerdo con el deseo del practicante. El mismo puede incluir, en las modalidades no-limitantes, pigmentos y colorantes; retardantes de flama; antioxidantes; modificadores de superficie; agentes tensoactivos; agentes bioretardantes; agentes de liberación de molde; modificadores de viscosidad; agentes de plastificación; y combinaciones de los mismos.
Durante la formación de los elastómeros de la presente invención, es deseable formar primero un pre-polímero. Haciendo reaccionar un poliol (es decir, una parte del componente reactivo por isocianato) con un exceso del componente de isocianato (el cual, en las modalidades preferidas, es todo del componente de isocianato) produces a pre-polímero que tiene grupos de isocianato terminal libre, el cual puede entonces hacerse reaccionar con el resto del componente reactivo por isocianato. Un cuasi-pre-polímero se forma cuando la proporción estequiométrica de los grupos isocianato para hidroxilo o los grupos amino es mayor que 2:1. Un pre-polímero verdadero se forma cuando la proporción estequiométrica es igual a 2:1. La presente invención requiere que el negro de carbono en partículas agregadas sea incorporado en el pre-polímero de manera que el pre-polímero tenga una resistividad de volumen que varía desde 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms (1 x 10"4 hasta 1 X 10"8 siemens (mho)). Con el objeto de lograr esto, el negro de carbono es empleado generalmente en una cantidad que varía desde el 0.3 por ciento (%) hasta el 5 %, más deseablemente desde el 0.3 % hasta el 1 %, con base en el peso del componente de isocianato. Adicionalmente, es deseable que la cantidad total de pre-polímero sea de manera que, cuando se combina con el resto del componente reactivo por isocianato, el pre-polímero, que contiene el negro de carbono en partículas agregadas, forma la fase continua en el sistema de dos fases. En este sistema, el negro de carbono se dispersa de manera que se forma una estructura, denominada en la presente como una "estructura percolada." Con el objeto de asegurar esto, en primer lugar es necesario logra la dispersión del negro de carbono en el pre-polímero y, en consecuencia, en la formulación. La naturaleza del negro de carbono, asegura de manera general que la formación de la estructura, es decir, la formación de la trayectoria conductora, no es afectada, incluso por el uso de las técnicas de mezcla de corte relativamente alta tales como aquellas que resultan de, en el ejemplo no limitante, utiliza un dispositivo de rotor/estator de mezclado u homogeneizador. No obstante, en donde las pruebas muestran que el nivel deseado de conductividad no se ha logrado utilizando la metodología descrita en la presente, puede ser necesario para un experto en la materia reducir el efecto de corte con el objeto de asegurar que la formación de la estructura se establece y mantiene.
Una vez que los componentes de la formulación se han mezclado, estos se han introducido en un moldeo o cavidad, o sobre un sustrato, en cualquier forma conocida en la materia para producir un elastómero de poliuretano o espuma de poliuretano. Se debe observar que ciertas aplicaciones de espuma pueden realizarse bajo condiciones adecuadas para asegurar que el producto final es un tipo particular de espuma, tales como una espuma microcelular o una espuma de célula abierta moldeado en cerrado o material esponjado en bloques. Aquellos expertos en la materia estarán consientes de los diversos tipos de aparatos para lograr el contacto, mientras que aseguran que ocurre un nivel de mezclado de manera uniforme del elastómero final. Una forma de hacer esto es utilizar una cabeza de inyección de mezclado, en donde los dos "lados" de la formulación (el pre-polímero terminado en isocianato que contiene el negro de carbono, y el resto del componente reactivo por isocianato) se combinan y mezclan, y entonces, más o menos en forma simultánea, se inyectado en el molde o cavidad a llenarse. La así denominada inyección de "un disparo", en donde el molde o cavidad se llena desde un punto de inyección única mientras que extrae en forma simultánea el vacío desde otro punto, puede ser particularmente deseable. En los casos en que se utiliza un molde, el desmolde puede realizarse utilizando metodologías estándar, y en los casos en que es deseable, se pueden emplear agentes de liberación de molde externos y/o internos adecuados.
El elastómero de poliuretano final exhibe de manera deseable la capacidad mejorada para disipar la electricidad estática, es decir, tiene una resistividad de superficie que varía de 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms (1 x 10-4 hasta 1 X 10'8 siemens (mho)), y en las modalidades preferidas, desde 1 x 104 hasta 1 X 106 ohms (1 x 10-4 hasta 1 X 1(T6 siemens (mho)). Éste también puede exhibir otras propiedades deseables, tales como, por ejemplo, para un elastómero que tiene una densidad de 1.23 gramos por mililitro (g/mL): una dureza Shore A desde 70 hasta 80; un módulo del 100% de por lo menos 3.5 mega-pascales (MPa); un módulo del 300% de por lo menos 7.5 MPa; una fuerza elástica de por lo menos 20 MPa; un alargamiento en la ruptura de por lo menos el 400%; una fuerza de desgarre de muescas de media luna de por lo menos 30 newtons por milímetro (N/mm); una fuerza de desgarre de separación de por lo menos 9 N/mm; un ajuste de compresión después de 22 horas a una temperatura de 70°C de por lo menos el 30%; una abrasión de menos que 80 milímetros cúbicos (mm3) de pérdida; un retardo de flama de "Pass VO" (muestra de 6 mm; y/o una elasticidad de rebote de por lo menos el 28%. Los valores de prueba provistos en este párrafo se basan en los protocolos estándar definidos en la Tabla 5.
EJEMPLOS
Los siguientes materiales se utilizan en todos los Ejemplos y Ejemplos comparativos.
Componente A - DIOREZ™ 8035, un poliol de poliéster saturado que tiene una funcionalidad de 2, peso molecular de 1,700, el cual es 2-metil-1 ,3-propanodiol. DIOREZ™ es una marca comercial de Dow Hyperlast, Ltd.
Componente B - Para-nitrobenzoil cloruro, agregado al 0.1 por ciento de peso total del pre-polímero.
Componente C - ISONATE™ M125, diisocianato de difenilmetano, que contiene aproximadamente el 97 por ciento de diisocianato de 4,4-difenil-methano y 3 por ciento de diisocianato 2,4'-difenil-metano, agregado al 40 por ciento del peso total del pre-polímero. ISONATE™ es una marca comercial de The Dow Chemical Company.
Componente D - ISONATE™ M143 es diisocianato modificado que contiene un porcentaje alto del diisocianato de difenil-pmetano, agregado al 10 por ciento de peso total del pre-polímero.
Componente E - Kletjenblack™ EC-600-JD es un producto de negro de carbono en partículas agregadas que tienen un diámetro de partícula promedio que varía desde 30 nm hasta 100 nm.
Componente F - DIOREZ™ 687, un poliol de poliéster saturado que tiene una funcionalidad de 2, peso molecular de 1,000, el cual es un etileno/butano/neopentil adipato. DIOREZ™ es una marca comercial de Dow Hyperlast, Ltd.
Componente G - BYK™ 085 es polimetil alquil siloxano, disponible de BYK Chemie.
Componente H - 1 ,4-butanodiol es un extensor de cadena.
Componente I - UOP L Powder, un tipo A de polvo de Zeolita, disponible de UOP, LLC.
Componente J - THORCAT™ 535 es un neodecanoato mercúrico de fenilo en un catalizador de ácido neodecanóico.
Componente K - EXOLIT™ AP 422 es un polvo retardante de flama de polifosfato de amonio de partícula fina. EXOLIT™ es una marca comercial de Clariant International, Ltd.
Componente L - PENNWHYTE™ Aceite de silicón 47-V-50 es un aceite de silicón de propósito general, disponible de Penn Whyte, Ltd.
Componente M -- DIOREZ™ PR3 es un poliol de poliéster saturado, ramificado que tiene a peso molecular de 2,000, con base en el etileno-adipato de propileno.
Ejemplo 1
Un pre-polímero se prepara cargando el Componente A en un reactor de acero inoxidable. El contenido del reactor es deshidratado entonces a menos del 0.04% de agua, con base en el peso del Componente A, calentándose a una temperatura de 120 grados Celsius (°C) durante 120 minutos, bajo vacío. El contenido de agua es verificado nuevamente, si es necesarios, se continúa con la deshidratación, de lo contrario, los contenidos del reacción son enfriados a una temperatura de 50°C.
El componente B es agregado entonces. Los contenidos del reactor son entonces enfriados adicionalmente a una temperatura de 50°C y el componente C es cargado. Los contenidos del reactor se dejan reaccionar durante 2 horas a una temperatura de 75°C. El componente D es cargado entonces y los contenidos del reactor son enfriados a una temperatura de 50°C. El resultado es un intermediario de pre-polímero, y las proporciones de cada componente se muestran en la Tabla 1. La prueba por medio de una técnica potenciométrica o de titulación en humedad utilizando di-n-butilamina muestra un contenido de NCO del 14.0% y una viscosidad de 15 Poise a una temperatura de 50°C.
Tabla 1
En un Segundo paso, el Componente E es combinado con el intermediario de pre-polímero y es dispersado en forma cruda en el mismo, utilizando un mezclador tipo paleta. Los contenidos del reactor se hacen fluir entonces varias veces a través de un mezclador de tipo corte hasta que el Componente E se dispersa por completo. La viscosidad en este punto se determina ser de 20 poise (P) (2 segundos de pascal, Pa's) a una temperatura de 50°C, como se mide mediante un Viscómetro de Cono y placa 101. La Tabla 2, muestra las proporciones del intermediador de pre-polímero y el Componente E en el pre-polímero final contiene el negro de carbono en partículas.
Tabla 2
El pre-polímero final es probado y se determina que tiene una resistividad de aproximadamente 1.0 x 104 ohms. El pre-polímero se mantiene a una temperatura desde 30°C hasta 50°C, y un poliol formulado, que incluye a los Componentes F a L, se preparó, incluyendo los componentes y proporciones mostrados en la Tabla 3. El poliol formulado se llevó a una temperatura desde 40°C hasta 60°C, y entonces se combinó y se hizo reaccionar con el poliol formulado para formar un poliuretano elastómerico. La Tabla 3, también muestra el valor hidroxilo teórico del poliol formulado y la proporción de poliol formulado para el pre-polímero final.
Tabla 3
cumplimiento con el BS EN ISO 868
2 Proporción de mezcla de componente reactivo por
isocianato con el pre-polímero
La formulación completada, que incluye tanto el pre-polímero final como el poliol formulado, se vierte o vacía en un molde que se ha calentado previamente a una temperatura de 80°C y se deja hacer reacción. El tiempo de gel se determina y el elastómero de poliuretano entonces es desmoldado. Los tiempos de gel y desmolde se registraron en la Tabla 3. La Tabla 4, muestra las propiedades físicas del elastómero de poliuretano.
Tabla 4
1 Estándar Europeo adoptado por británicos [comité para la estandarización]
2 Estándar británico
3 Sociedad americana para el estándar de materiales de prueba
4 Instituto Alemán para Estándar de estandarización
5 Suscripción de laboratorios de prueba
Ejemplo 2
Con el uso de los procedimientos del Ejemplo 1, se elabora una segunda preparación, aunque el Componente E es dispersado primero en el Componente A en el reactor de acero inoxidable. Los contenidos del reactor son deshidratados entonces a menos del 0.04% de agua, con base en el peso del Componente A, mediante el calentamiento a una temperatura de 120 grados Celsius (°C) durante 120 minutes, bajo vacío. El contenido de agua es verificado nuevamente, si es necesario se continúa con la deshidratación, de lo contrario, los contenidos del reactor son enfriados entonces a una temperatura de 50°C. El Componente B es agregado entonces, y se sigue el resto del
Ejemplo 1.
Ejemplo 3 y Ejemplos comparativos A y B
Siguiendo los procedimientos del Ejemplo 1, se prepararon tres elastómeros comparativos de poliuretano, utilizando los mismos componentes que en el Ejemplo 1, sin incluir al Componente L, e incluyendo adicionalmente el Componente M, el cual es combinado en los polioles formulados con los Componentes F a K. Las diferencias, sin embargo, son que en el Ejemplo 3, el negro de carbono (Componente E) se incorpora primero en el Componente F y entonces, con el Componente F, en el pre-polímero; en el Ejemplo A comparativo, el Componente E se incorpora primero en el Componente F y entonces, con el Componente F, parcialmente en el pre-polímero y parcialmente en el poliol formulado que no es pre-polímero; y en el Ejemplo B comparativo, éste se incorpora primero en el Componente F y entonces, con el Componente F, únicamente en el poliol formulado que no es pre-polímero. Las proporciones del poliol formulado se muestran en la Tabla 5, y las pruebas son realizadas, con los resultados registrados en la Tabla 5. La Tabla 5 demuestra el mejoramiento obtenido en donde se dispersó el negro de carbono en la fase de pre-polímero. Los resultados que se muestran más adelante muestran que el negro de carbono se dispersa en el pre-polímero, las propiedades anti-estáticas del elastómero permanecen estables durante un período de tiempo. Cuando el negro de carbono, en su lugar, se dispersa en la fase de poliol, las propiedades anti-estáticas disminuyen con el paso del tiempo.
Tabla 5
Componente Ejemplo 3 Ejemplo A Ejemplo B comparativo comparativo
Componente F 68.95 42.59 28.95
Componente 11.04 11.04 11.04
2.5% de Componente E en el Componente — 26.63 40.00 p
Componente G 0.11 0.11 0.11
Componente H 6.63 6.63 6.63
Componente 1 1.66 1.66 1.66
Componente J 0.28 0.28 0.28
Componente K 11.33 11.33 11.33
Dureza (Shore A) 75 75 75
Parte que contiene el Componente E Únicamente Tanto pre- Únicamente
(antes de la reacción del pre-polímero y pre- polímero poliol poliol) polímero como poliol
Carga de Componente E calculada en 0.38 0.56 0.56 cada elastómero
Resistividad de superficie inicial (ohms) 4.4x105 1.09X105 1.0 x105
Resistividad de superficie después de 8 2.4 x 105 2.2x106 3x 107 semanas
Claims (12)
1. Un elastómero de poliuretano semi-conductor, que comprende por lo menos el 0.3 por ciento por peso de un negro de carbono en partículas agregadas, que tiene un diámetro de partícula promedio que es menor que o igual a 100 nanómetros, que forma una trayectoria conductora dentro del elastómero de poliuretano, el elastómero de poliuretano que ha sido preparado incorporando el negro de carbono en partículas agregadas en un pre-polímero terminado por isocianato, de manera que el elastómero de poliuretano tiene una resistividad de superficie desde 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms.
2. El elastómero de poliuretano tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el negro de carbono se selecciona de Ketjenblack™ EC-600JD, Ketjenblack™ EC-330JMA, y combinaciones de los mismos
3. El elastómero de poliuretano tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el negro de carbono está presente en una cantidad desde el 0.3 por ciento por peso hasta el 5 por ciento por peso.
4. El elastómero de poliuretano tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el negro de carbono tiene un tamaño de partícula desde 30 hasta 100 nanómetros.
5. El elastómero de poliuretano tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el negro de carbono tienen propiedades adicionales incluyendo por lo menos una de una densidad de volumen aparente de menos que 200 kilogramos por metro cúbico, un volumen de poro de por lo menos 300 mililitros por 100 gramos, una absorción de yoduro de por lo menos 700 miligramos por gramo, y un área de superficie Brunauer, Emmett, Teller (BET) de por lo menos 800 metros cuadrados por gramo
6. El elastómero de poliuretano tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el elastómero de poliuretano exhibe una resistividad de superficie desde 1 x 104 hasta 1 x 106 ohms .
7. Un proceso para preparar un elastómero de poliuretano semi-conductor, que comprende los pasos de (a) preparar un pre-polímero terminado por isocianato caracterizado además porque por lo menos el 0.3 por ciento por peso de un negro de carbono en partículas agregadas, que tiene un diámetro de partícula promedio que es menor que o igual a 100 nanómetros, se incorpora en el pre-polímero, el pre-polímero tiene una resistividad de volumen desde 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms; y (b) haciendo reaccionar el pre-polímero terminado por isocianato y un componente reactivo por isocianato para formar un pre-polímero de elastómero de poliuretano que tiene una resistividad de superficie desde 1 x 104 hasta 1 X 108 ohms; el pre-polímero terminado por isocianato y el componente reactivo por isocianato estando en proporciones de manera que el pre-polímero terminado por isocianato forma una fase continua y el componente reactivo por isocianato forma una fase discontinua; bajo condiciones tales que negro de carbono en partículas agregadas forma una trayectoria conductora en el elastómero de poliuretano.
8. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 7, caracterizado además porque el negro de carbono se selecciona de Ketjenblack™ EC-600JD, Ketjenblack™ EC-330JMA, y combinaciones de los mismos
9. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 7, caracterizado además porque el negro de carbono está presente en una cantidad desde el 0.3 por ciento por peso hasta el 5 por ciento por peso.
10. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 7, caracterizado además porque el negro de carbono tiene un tamaño de partícula desde 30 hasta 100 nanómetros.
11. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 7, caracterizado además porque el negro de carbono tiene propiedades adicionales que incluyen por lo menos una de una densidad de volumen aparente de menos que 200 kilogramos por metro cúbico, un volumen de poro de por lo menos 300 mililitros por 100 gramos, una absorción de yoduro de por lo menos 700 miligramos por gramo, y a una superficie de área Brunauer, Emmett, Teller (BET) de por lo menos 800 metros cuadrados por gramo.
12. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 7, caracterizado además porque el elastómero de poliuretano exhibe una resistividad de superficie desde 1 x 104 hasta 1 X 106 ohms.
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