MX2012015095A - Espuma viscoelastica de poliuretano de alto flujo de aire. - Google Patents

Espuma viscoelastica de poliuretano de alto flujo de aire.

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Abstract

Se proporcionan espumas de poliuretano y métodos para elaborar espumas de poliuretano. EJ método puede comprender la formación de una mezcla de reacción que incluye un componente de diisocianato de tolueno (TDI, por sus siglas en inglés), un componente reactivo al isocianato que comprende uno o más polioles ricos en óxido de propileno (ricos en PO, por sus siglas en inglés), uno o más polioles ricos en óxido de etileno (ricos en EO, por sus siglas en inglés) que tienen un peso equivalente promedio en número combinado desde 100 hasta 500 que comprende desde 10% hasta 28% en peso del componente total reactivo al isocianato, agua y un componente de catalizador que comprende al menos un catalizador, y someter la mezcla de reacción a condiciones suficientes para producir la mezcla de reacción a fin de expandirse y curarse para formar una espuma de poliuretano viscoelástica que tiene una elasticidad menor al 25%, determinada por la norma ASTM 03574 Prueba H.

Description

Campo de la Invención ! ? ' ? I Antecedentes de la Invención ! i 11 Las espumas de poliuretano se utilizan en una amplia variedad de I ( de la Tg de la espuma de poliuretano, aunque otros factores ! los niveles de agua y el índice de isocianato · también papeles significativos. 1 Típicamente, las espumas de poliuretano viscoelásticasj tienen I * preparación de una espuma de poliuretano viscoelástica. El sistema de reacción comprende (a) un componente de diisocianato de tol ueno (TDI) , (b) un componente reactivo al isocianato, y (c) un componente de catalizador. El componente reactivo al isocianato (b) comprende (i) desde 70% hasta 90% en peso del componente reactivo al isocianato de i i uno o más polioles ricos en óxido de propileno (ricos en PO.I por sus ! ? siglas en inglés), dicho uno o más polioles ricos en PO tienen ¡ un peso 1 1 equivalente promedio en número combinado desde 300 hasta 500, y (i¡) desde 1 0% hasta 28% en peso del componente reactivo al isocianato de i uno o más polioles ricos en óxido de etileno (EO, por sus siglas en ! ¡ inglés) que tienen un peso equivalente promedio en número cojn;ibinado desde 1 50 hasta 500, y (iii) desde 1 % hasta 5% en peso del com Iponente reactivo al isocianato de agua. : ¦ i j * En otra modalidad, se proporciona un método para preparar una espuma de poliuretano viscoelástica que tiene una: elasticidad njienor al 25% , determinada por la norma ASTM D3574 Prueba H .
Descripción Detallada de la Invención ! , Las modalidades de la presente invención se refieren a de poliuretano. Más particularmente, las modalidades de la invención se refieren a espumas de poliuretano que tienen un de aire, manteniendo simultáneamente propiedades viscoelásticas.
Como se utiliza en la presente, el término "espuma viscojejlástica" I i pretende designar a aquellas espumas que tienen una elasticidad menor 1 ' ! 11 al 25% , determinada por la norma ASTM D3574 Prueba H .
Preferentemente, la espuma tendrá una elasticidad menor al 2 h0% . En determinadas modalidades, la espuma tendrá una elasticidad m i 1'enor al 1 5% o incluso menor al 10%. i i < de la muestra de espuma de acuerdo con los procedimientos de la norma ASTM D-3574, Prueba E.
El término "resistencia al desgarro" se utiliza en la presente para I í referirse a la máxima fuerza promedio requerida' para desgaritar una ! i muestra de espuma que es pre-mellada con una hendidura a lo largo ! ! longitudinal en la muestra de espuma. Los resultados de la prueba se dimensiones (4 pulg * 4 pulg * 2 pulg de grosor) (10.16 * 10.16 * 5.08 1 cm) hasta 35% o 25% de su altura de espuma original, respectivamente. 3574M y se mide en segundos. Para una espuma viscoelástica este muestra, paralela a la dirección de elevación en la espuma. i t El término "dureza" se refiere a esa propiedad medida ipor los ? procedimientos de la norma ASTM D 3574, Prueba C que corresponde a CFD. ¡ ¡ Como se utiliza en la presente, el término "poliol de poliétér," es un poliol formado a partir de al menos un óxido de alquileno, preferentemente óxido de etileno, óxido de propileno o ción ; de los mismos, un poliol del tipo utilizado comúnmente ción de espumas de poliuretano, particularmente para de ? ? modalidades de esta invención, espumas de poliuretano viscoelasticas.
El término "número de hidroxilo" indica la concentración de residuos de hidroxilo en una composición de polímeros, particu Il *armente polioles. Un número de hidroxilo representa los mg de KOH/g d I e '' poliol , propileno) . Esto también se denomina funcionalidad nominal.
Los componentes reactivos al isocianato utilizados ! i en la producción de poliuretano generalmente son aquellos compuestos que 1 tienen al menos dos grupos hidroxilo. Esos compuestos se de i!bminan en la presente polioles. Los polioles incluyen aquellos obtenidos por la 1 1 alcoxilación de moléculas iniciales adecuadas (iniciadoras) con un óxido de alquileno. L sitios reactivos como alcoholes 399, especialm propilenglicol, trimetiloletano, o alcoholes de bajo peso molecular que cojhtienen grupos éter tales como d ietileng licol , trietilenglícol, dipropilenglicol , tripropilenglicol o butilenglicoles. Estos polioles ; convencionales preparados por métodos convencional para esta polimerización puede ser amónica; o que contienen aproximadamente 80% en peso de los 2,4-isómeros. i 'I Estas mezclas de poliisocianato se encuentran ampliamente disponibles i y son relativamente baratas, hasta ahora han sido difíciles de utilizar en procesos de espumas de VE a escala comercial debido a las dificultades al isocianato. | ' En determinadas modalidades, dicho uno o más polioles! ricos en más polioles ricos en PO pueden comprender desde 70% hasta' ¡90 % en peso o desde aproximadamente 75% o 80% en peso del componente total reactivo al isocianato (b).
En determinadas modalidades, dicho uno o más polioles Iricos en EO pueden comprenderán al menos 1 0% ps, 14% ps, 20% ps, o 25% ps del componente total reactivo al isocianato (b). En determinadas i ? modalidades, dicho uno o más polioles ricos en EO | pueden PO generalmente contendrán más de 70% en peso de óxido de propileno y preferentemente al menos 75% en peso de óxido de propile in 'o. En otras modalidades los polioles contendrán más del 80% ps de óxido de propileno y en una modalidad adicional, 85% ps o más de dichos> uno o I ; más polioles ricos en PO se derivarán del óxido de propileriió. En algunas modalidades, el óxido de propileno será el único óxido de alquileno utilizado en la producción del poliol. Cuando el óxido etileno (EO) se utiliza en la producción del poliol a base de ¡óxido de propileno, se prefiere que el EO se alimente con una coalimentación con el PO o que se alimente con un bloque interno.
Debe comprenderse además que aunque son predominantemente i combinado de entre 1 00 y 300, uno o más polioles ricos tienen una funcionalidad de entre 2 y 4 y un peso equivalen : en número combinado de entre 200 y 400, y uno o más polioxietileno-polioxipropileno iniciados de glicejina que funcionalidad de entre 2 y 4 y un peso equivalente promedio en número : i de entre 800 y 1 1 00. | ! En determinadas modalidades, dichos uno o más polioles ticos en PO comprenden uno o más polioles ricos en PO que tienen una funcionalidad de 3 y un peso equivalente promedio numero combinado de entre 300 y 350 y uno o más polioles ricos en ¡PO que tienen una funcionalidad de 3 y un peso equivalente promedio en número combinado de entre 200 y 250.
En determinadas modalidades, el componente reactivo al 1 isocianato (b) comprende múltiples componentes de poliol ricos en PO l poliol (iB) varía desde 800 hasta 1,450. En determinadas modjajlidades, el peso equivalente del poliol (iB) es menor que 1,250.
En determinadas modalidades, dicho uno o más polioles ¡ricos en PO (i) comprenden, por ejemplo, tres componentes separado un poliol que tiene un peso equivalente promedio én número hasta 700 (iA), al menos un segundo poliol tiene un peso equivalente de Cuando se utilizan tres polioles (iA), (iB), e (iC), el componente de I ¡ poliol (iA) generalmente comprenderá al menos 35% ps, 40% jps o al menos 45% ps del componente total reactivo al isocianato ¡ (b). El ! i ' componente de poliol (iA) puede comprender al menos 50% ps, 55% ps, 60% ps e incluso hasta 83% ps del componente total o al isocianato (b).
Cuando se encuentran presentes tres polioles (ÍA), (iB) e ¡(|iC), el ; 1 I poliol (iB) generalmente comprenderá al menos 1% ps, al menos ¡3% ps o al menos 5% ps del componente total reactivo al isocia . El poliol (iB) generalmente comprenderá menos del ps, preferentemente menos del 20% ps o incluso menos del del componente total reactivo al isocianato (b). al menos 93% de óxido de etileno en peso. En algunas modalidades, (bii) prácticamente carece de óxidos de alquileno diferentes al cjxido de etileno. El poliol (bii) generalmente tiene una funcionalidad nominal de 0.5 hasta aproximadamente 5 partes por 100 polioles totales (pphp) . En determinadas modalidades, el contenido de agua varía ' desde aproximadamente 0.8 hasta aproximadamente 2 partes, espec Ii "almente desde 1 .0 hasta 2.25 partes, y en una modalidad adicional d i' ;sde 0.8 I hasta 1 .8 partes, en peso por 1 00 partes en peso de poliol otal. En determinadas modalidades, el contenido de agua varía desde % hasta 5% en peso del componente reactivo al isocianato. En determinadas modalidades, el contenido de agua varía desde 1 % hasta 2% | én peso del componente total reactivo al isocianato (b).
El sistema de reacción puede contener opcionalmente cantidades menores de hasta 1 0% en peso del sistema de reacción total (pero típicamente cero o hasta menos del 5% ps) de especie reactivas (formación de po l í me ros ) , sin incluir ningún éxtensor de j cadena, carboxílicos, beta-dicetonas y 2-(N,N-dialquilamino)alcoholes; metal de ¡i tierra alcalina, sales de carboxilato de Bi, Pb, Sn o Al; y compuestos de estaño tetravalente y compuestos de bismuto, antimonio o arsénico tri o pentavalente. Los catalizadores preferidos incluyen catalizadores de i amina terciaria y catalizadores de organoestaño. Los ejerrplos de catalizadores de amina terciaria comercialmente disponibles incluyen: trimetilamina, trietilamina, N-metilmorfolina, N-etilmorfolina N,N- ; ! ( : I » dimetilbencilamina, ?,?-dimetiletanolamina, ?,?,?',? '-tetra nietil-1 ,4- por Air Products and Chemicals) , y Dabco™ 33LV (trietilendiamina en dipropilenglicol, disponible por Air Products and Chemicals) , í Isi !iax™ A-400 (una sal de amina terciaria/carboxílica de propiedad registrada y un bis(2-dimetilaminoetil)éter en agua y un compuesto de hidróxilo de propiedad registrada, disponible por Momentive Performance Materials) ; i : Niax™ A-300 (un sal de amina terciaria/carboxílica de propiedad i registrada y trietilendiamina en agua , disponible por Momentive determinadas modalidades, el catalizador a base de estaño puede estar presente en cantidades desde 0 hasta 0.5 pph 'p, preferente im " ente 0 hasta 0.05 pphp.
Los catalizadores se utilizan típicamente en pequeñas cantidades , por ejemplo, cada catalizador se emplea desde aproximadamente 0.001 5 hasta aproximadamente 5% en peso del sistema reactivo I to !tal. La promotores de adhesión, abridores de celdas y combinación de estos. determinadas modalidades, los abridores de celdas estar presentes en cantidades desde 0 hasta 1 pphp.
Un agente tensioactivo puede incluirse en la ón de espuma viscoelástica para ayudarle a la espuma a estabilizarse a ! i I » medida que se expande y cura. Los ejemplos de agentes tensioactivos incluyen agentes tensioactivos no iónicos y agentes humectantes tales como aquellos preparados por la adición secuencial de óxido de I ! propileno y después óxido de etileno a propilengíicol, organosiliconas : ? í sólidas o l íquidas, y éteres de polietilenglicol de alcoholes de1, 'cadena ayudar a modificar las propiedades reológicas de la composición de manera benéfica, reducir el costo e impartirle propiedadelj físicas benéficas a la espuma. Los materiales de relleno adecuados /Incluyen materiales orgánicos e inorgánicos particulados que son estables y que no se funden a las temperaturas encontradas durante la reajc-ción de formación de poliuretano. Los ejemplos de materiales de¡ ' relleno incluyen caolín, montmorilonita, carbonato de calcio, mica, wo astonita, talco, termoplásticos de alto punto de fusión, vidrio, cenizas volantes, dióxido de titanio de negro de carbón, óxido de hierro, óxido djej cromo, tintes azo/diazo, ftalocianinas, dioxazinas y lo similar. El material de relleno puede impartirle propiedades tixotrópicas a la composición de poliuretano espumable . La sílice ahumada es un ejemplo de tal material de relleno.
Las partículas reactivas también pueden incluirse en el sistema de reacción para modificar las propiedades de la espuma viscoj lástica. Tales sistemas reactivos incluyen polioles copoliméricos tales como ventajosamente desde aproximadamente 0.5 hasta aproximaclamente ; i i 30% , especialmente aproximadamente 0.5 a aproximadamente |1,0% , en peso de la composición.
Aunque generalmente no se utiliza ningún agente de¡ ¡soplado material esponjado en bloques, la mezcla de , reacción se fexpande li bremente o bajo m íni mas restricciones (tal como puede aplicarse debido al peso de una lám ina o película de cubierta) .
También es posible producir la espuma viscoelásticja' en un proceso de moldeo , i ntrod uciendo la mezcla de reacción en yin molde cerrado donde se expande y cura . A menudo, el molde ryijsmo se asientos de piloto, tapones para los oídos y diversas aplicaciones de comercialmente disponible por The Dow Chemical Company; bajo la denominación comercial VORANOL™ 31 50. ! ! El poliol B es una glicerina iniciada, trif uncional , jsbn peso equivalente 236 toda poliol de poliéter de óxido de propileno bajo la denominación comercial poliol VORANOL™ 4053.
El agente tensioactivo A es un agente tensoactivo de organosilicona vendido comercialmente por Osi Specialties cómo el agente tensioactivo Niax™ L-627.
El catalizador de amina A es una solución de éter Ide bis-dimetilaminoetilo al 70% en dipropilenglicol, suminiistrado comercialmente como el catalizador DABCO™ BL-11 disponible por Air Products and Chemicals, Inc.
El catalizador de amina B es una solución; al 33% de diamina de trietileno en dipropilenglicol, comercialmente disponible por Air; Products and Chemicals como DABCO™ 33LV.
El catalizador de estaño A es un catalizador de octoato! éstañoso comerciante disponible por Evonik AG como KOSMOS™ 29.
TI-80 es una mezcla 80/20 de los de 2,4- y 2,6-isómeros de diisocianato de tolueno disponibles por The Dow Chemical ¡Company bajo la denominación comercial VORANATE™ T-80.
Métodos de prueba A menos que se especifique de otra manera, las propiedades de la de la misma manera, con el poliisocianato. La mezcla final se vertió inmediatamente dentro de la caja abierta y se dejó reaccionar sin apljicar calor. Los pesos totales de la formulación fueron 2500 gramos, Las formulaciones utilizadas para producir espuma de poliuretanó se proporcionan en la Tabla 1 . El Ejemplo C 1 es una espuma de contl'ol a base de una formulación para la producción de una espuma viscoelástica.
Las muestras de espuma se caracterizaron de acuerdo con la norma ASTM D 3574. Las pruebas de deflexión de fuerza de compresión "CFD" se realizaron en las piezas de muestra de espuma de 4" * 4' (1 0 cm * 10 cm * 5 cm). Las propiedades de las espumas producidas se proporcionan en la Tabla 2.
Los datos muestran que las espumas basadas en las modalidades descritas en la presente tiene valores de referencia buenos (altos) en flujo de aire, buenos (bajos) en elasticidad y buenos (bajos) en compresión.
I Componentes C1 Ej. #1 Ej. #2 Ej. #3 Ej. #4 Ej. #5 Ej. #6 Factor de soporte 2.12 2.2 3.06 2.63 3.72 4.1 Tiempo de 12 43 52 recuperación (seg) Elasticidad (%) 3.6 12 8.8 9.2 18 Solidificación por compresión @ 75% 2.5 0.4 4.4 1.4 3.7 6.0 (%) Solidificación por compresión @ 90% 2.7 0.4 5.1 1.7 5.0 6.4 (%) Aunque lo anterior se refiere a modalidades de la invención, pueden considerarse modalidades adicionales y otras más de la invención sin aislarse del alcance básico de la misma.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema de reacción para la preparación de una espuma de poliuretano viscoelástica que comprende: (a) un componente de diisocianato de tolueno¡ (TDI); (b) un componente reactivo al isocianato que ¡comprende: (i) desde 70% hasta 90% en peso| del componente reactivo al isocianato de uno o más polioles ricos en óxido de propileno (ricos en PO) que tiene un peso equivalente promedj iio en número combinado desde 300 hasta 500; (ii) desde 10% hasta 28% en peso del componente reactivo al isocianato de uno o más polioles ricos en óxido de etileno (EO) que tienen un peso equivalente promedio en número combinado desde 150 hasta 500, y (iii) desde 1% hasta 5% en peso del componente reactiyo al isocianato de agua; y (c) un componente de catalizador. 2. El sistema de reacción según la reivindicación 1,| que comprende además: (d) un agente tensioactivo de organosilicona. 3. El sistema de reacción según la reivindicación 1 o 2¡ 'que comprende además: (e) un aditivo seleccionado del grupo ¡que consiste en extensores de cadena, reticuladores, agentes tensioac ivos, plastificantes, materiales de relleno, supresores de ¡humo, fragancias, dicho uno o más polioles ricos en PO comprende: uno o más polioles ricos en PO que tienen una funcionalidad de 3 y un peso equivalente promedio en número combinado de entre 300 y 350; y uno o más polioles ricos en PO que tienen una funcionalidad de 3 y un peso equivalente promedio en número combinaldo de entre 200 y 250. 8. El sistema de reacción según las reivindicaciones 6 o 7, donde menos del 25% de todas las unidades de polioxialquileno e¡ri los polioles son unidades de oxietileno. 9. El sistema de reacción según la reivindicación 1, dónde dicho uno o más catalizadores se seleccionan a partir de catalizadores de amina y catalizadores de estaño. 10. Un método para preparar una espuma viscoelástica ,que comprende: formar una mezcla de reacción que incluye: un componente de diisocianato de toluenoj (TDI); un componente reactivo al isocianato que comprende: uno o más polioles ricos en óxido de propileno ricos en PO) que tienen un peso equivalente pr medio en número combinado desde 300 hasta 500 que comprende desde 70% i!asta 90% en peso del componente reactivo al isocianato; uno o más polioles ricos en óxido ele etileno (ricos en EO) que tienen un peso equivalente promedio en numero combinado desde 175 hasta 400 que comprende desde 10% Ihasta 28% en peso del componente total reactivo al isocianato; y agua; un componente de catalizador que comprjende al menos un catalizador; y someter la mezcla de reacción a condiciones suficientes Ipara producir la mezcla de reacción a fin de expandirse y curarse para formar una espuma de poliuretano viscoelástica que tiene una elasticidad menor al 25%, determinada por la norma AST D3574¡ Prueba H. 11. El método según la reivindicación 11, donde el componente de diisocianato de tolueno es una mezcla de aproximadamente 180% peso 2,4 TDI y 20% peso 2,6 TDI. 12. El método según las reivindicaciones 10 u 11, donde el componente reactivo al isocianato comprende: uno o más polioles ricos en EO que tienen una funcionalidad de entre 2 y 4 y un peso equivalente promedio en número combinado de entre 100 y 300; uno o más polioles ricos en PO que tienen una funcionalidad de entre 2 y 4 y un peso equivalente promedio en número combinado de entre 200 y 400; y uno o más polioles de polioxietileno-polioxipropileno iniciadosjcon |peso 1 ¡0 - 12 , donde dicho uno o más polioles ricos en PO comprenden: uno o más polioles a base de polioxipropilerio que tienen' una funcionalidad de 3 y un peso equivalente promedio en nú'mero combinado de entre 300 y 350; y uno o más podóles a base de polioxipropilerio que tienen una funcionalidad de 3 y un peso equivalente prornedio en número combinado de entre 200 y 250. 14. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 3- 1 3 , donde la espuma viscoelástica tiene un flujo de aire de al menos aproximadamente cualquiera de entre 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, o 1 .3 litros/segundo y una solidificación por compresión < 75% o menor al 5%. 1 5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10-14, donde menos del 25% de todas las unidades de polioxialquileno ejn los polioles son unidades de oxietileno.
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