MX2014010292A - Sistemas de poliuretano de dos componentes con separacion de fases. - Google Patents
Sistemas de poliuretano de dos componentes con separacion de fases.Info
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Abstract
La invención se refiere a una composición de poliuretano de dos componentes que contiene i) 10 a 80% en peso de por lo menos un poliol con un peso molecular promedio de 200 g/mol a 3000 g/mol, ii) 5 a 60% en peso de por lo menos un poliisocianato aromático, y iii) 0 a 15% en peso de un aditivo. La composición tiene una relación de NCO:OH de 2:1 a 1:2, y la composición tiene una viscosidad de 20 a 3000 mPas (EN ISO 2555, viscosímetro de Brookfield, 25°C) y muestra una incompatibilidad de fase después del proceso de mezclado. La funcionalidad de la mezcla de polioles es mayor que 2.3.
Description
SISTEMAS DE POLIURETANO DE DOS COMPONENTES CON SEPARACIÓN DE
FASES
La invención se refiere a una composición de poliuretano de dos componentes basada en un componente de poliol y un componente de isocianato, en donde se ha de introducir a una baja viscosidad en moldes rellenos de fibra. La composición en forma liquida presenta una separación de fases. La composición ha de presentar una temperatura de transición vitrea alta en el estado entrelazado.
Elementos en forma de fibra reforzada están destinados a tener buenas propiedades mecánicas. Para este propósito, los materiales de matriz que se usan deben estar conectados en forma estable a los materiales de fibra. Cualesquiera defectos tienen un efecto negativo sobre las propiedades mecánicas de los elementos configurados. Tan pocos cavidades, defectos y/o burbujas como sea posible, por lo tanto, deben ser contenidos en la parte correspondiente. Se conocen materiales de matriz adecuados basados en agentes de unión de epoxi.- Sin embargo, éstos tienen una variedad de inconvenientes; por ejemplo, las reactividades de los sistemas son a menudo demasiado altas. Esto puede dar como resultado una mezcla de reacción altamente exotérmica que también puede afectar las propiedades de los polímeros. Por lo tanto, también se han desarrollado otros agentes de unión
basados en sistemas de poliuretano reactivos de dos componentes.
El documento WO 2008/110602 describe una composición de adhesivo de poliuretano que está hecha de un componente que contiene compuestos que tienen átomos de hidrógeno ácidos, y de un componente de poliisocianato junto con un catalizador de trimerización de los isocianatos. Se requiere, en las reivindicaciones, que los dos componentes sean compatibles entre si.
El documento WO 2011/067246 describe un sistema de resina que contiene poliisocianatos, compuestos que tienen átomos de hidrógeno ácidos reactivos con respecto al poliisocianato, un catalizador, y un ácido de mayor funcionalidad. El ácido debe ser soluble en el compuesto que tiene los grupos hidrógeno reactivos.
El documento WO 2010/023060 describe una mezcla de un compuesto reactivo con isocianato que contiene un catalizador de trimerización. El último se obtiene a partir de ácido itálico o ácido trimelítico por reacción con polioles, en donde se deben observar relaciones cuantitativas especiales .
El documento EP 1471088 describe composiciones de poliuretano que contienen polioles que tienen compuestos de amina aromáticos. Estos polioles se describen explícitamente como productores de compatibilidad.
El documento WO 2009/150010 describe una composición hecha de polioles que tienen un componente de isocianato, en donde el componente de isocianato comprende por lo menos 65% de los grupos NCO como grupos NCO estéricamente impedidos. La composición se ha de utilizar en materiales mixtos de fibra como una resina de matriz.
Las composiciones citadas anteriormente se usan a menudo con el fin de fabricar piezas moldeadas reforzadas con fibra: materiales de fibra correspondiente se colocan en moldes cerrados y luego son envueltos en los materiales citados anteriormente como una resina de matriz. Esto puede ser auxiliado por una variedad de métodos, por ejemplo mediante la aplicación de presión, la elevación de la temperatura o la aplicación de vacio. Debido a que los defectos deterioran de manera apreciable las propiedades de utilización, es útil si se utilizan materiales de viscosidad baj a .
Se ha encontrado que la viscosidad de los sistemas de poliuretano se puede ajustar para ser muy bajos al principio de la reacción. Los agentes de unión deben fluir alrededor de todos los componentes de la fibra, ya que incluso pequeñas burbujas residuales sobre las fibras, por ejemplo en los puntos de intersección, debilitan la parte conformada. Pero debido a que las piezas configuradas correspondientes también pueden tener dimensiones más grandes
o formas complejas, es necesario que la viscosidad también permanezca baja durante un periodo de tiempo suficiente para llenar el molde. Sólo bajo estas condiciones es posible asegurar que se produzcan tan pocos defectos como sea posible en el material de la matriz cuando la intención es lograr un alto grado de elemento de relleno de elemento de fibra en el componente. Por otra parte, la composición debe entrelazarse lo más rápidamente posible a fin de permitir un desmoldeo rápido y una mejor utilización de los moldes.
Las composiciones conocidas citadas anteriormente comprenden catalizadores especiales. Éstos están destinados a garantizar que una reacción de entrelazamiento de los grupos isocianato/OH se retrase. Por lo tanto, es posible retrasar el aumento en la viscosidad de las composiciones. Sin embargo, el entrelazamiento final también se hace más lento. Además, es habitual que dichos catalizadores estén presentes sólo en pequeñas cantidades. Por lo tanto, deben estar contenidos en una proporción exactamente medida, ya que de lo contrario las propiedades no son suficientemente reproducibles para la producción industrial.
Un requerimiento adicional para los agentes de unión de matriz correspondientes es que después del entrelazamiento, las propiedades mecánicas se mantengan constantes, incluso en términos de condiciones externas. Se ha encontrado que un parámetro que influye sobre las
propiedades mecánicas es la temperatura de transición vitrea (Tg) . Ésta puede ser influenciada por medio de la selección de los polioles, o la densidad de entrelazamiento, pero la viscosidad necesaria para el procesamiento no debe ser influenciada negativamente. La Tg puede ser influenciada en particular por medio de- la selección de los polioles o la densidad de entrelazamiento, pero la viscosidad necesaria para el procesamiento no debe ser influenciada negativamente.
Se ha encontrado en la práctica que se producen mezclas incompatibles cuando se mezclan polioles e isocianatos. Esto se desprende de la opacidad en las mezclas inherentemente claras. Sin embargo, se sabe que una separación de fases de este tipo da como resultado componentes no homogéneos. En la técnica existente, por lo tanto, se añaden promotores de compatibilidad especiales o se debe hacer una selección especial de polioles.
Por consiguiente, surge el objeto de proveer un sistema de agente de unión de poliuretano que tiene una baja viscosidad en el estado no entrelazado y retiene esa baja viscosidad durante un periodo de tiempo de procesamiento prolongado. Una amplia selección de polioles ha de ser posible. Estos sistemas se pueden procesar directamente en composiciones de matriz. La matriz entrelazada ha de tener una temperatura de transición vitrea alta y buenas propiedades mecánicas.
El objeto se logra mediante una composición de poliuretano de dos componentes que contiene i) 10 a 80% en peso de por lo menos un poliol que tiene un peso molecular de 200 g/mol a 3000 g/mol, ii) 5 a 70% en peso de por lo menos un poliisocianato aromático, y opcionalmente de 0 a 15% en peso de aditivos, en donde la composición tiene una relación de NCO : OH de 2:1 a 1:2, la composición tiene una viscosidad de 20 a 3000 mPas (EN ISO 2555, viscosimetro Brookfield, 25°C) y presenta una incompatibilidad de fase después del mezclado, y la funcionalidad de la mezcla de polioles es mayor que 2.3.
Un objeto adicional de la invención es una composición de poliureLano de dos componentes que contiene i) 10 a 80% en peso de por lo menos un poliol que tiene un peso molecular promedio en número de 200 g/mol a 3000 g/mol, ii) 5 a 70% en peso de por lo menos un poliisocianato aromático, iii) 0 a 15% en peso de aditivos, en donde la composición tiene una relación de NCO:OH de 2:1 a 1:2, la composición tiene una viscosidad de 20 a 3000 mPas y presenta una incompatibilidad de fases después del mezclado.
Un objeto adicional de la invención es el uso de dichas composiciones de poliuretano de dos componentes para la fabricación de piezas moldeadas reforzadas con fibra.
Un objeto adicional es métodos para la fabricación de piezas configuradas de materiales de fibra y dichas
composiciones de poliuretano de dos componentes.
La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con la presente invención está hecha de un componente de poliol y un componente entrelazador . El componente de poliol contiene por lo menos un poliol liquido y opcionalmente aditivos. El componente entrelazador contiene los isocianatos y, opcionalmente, los aditivos que no reaccionan con grupos NCO.
Los compuestos de poliol habituales conocidos por un experto en la técnica pueden ser usados como un componente de poliol. Una pluralidad de alcoholes pol ifuncionales se pueden utilizar en el contexto de la invención. Estos polioles preferiblemente deben comprender no más grupos funcionales reactivos con grupos NCO, por ejemplo, grupos amino reactivos. Los compuestos que tienen múltiples grupos OH pueden ser aquellos que portan grupos OH terminales, o pueden ser compuestos que comprenden grupos OH laterales distribuidos en la cadena. Los grupos OH son aquellos que pueden reaccionar con isocianatos, en particular, son grupos OH primarios o secundarios. Los polioles que tienen de 2 a 10, preferiblemente de 2 a 6 grupos OH por molécula, son adecuados. Mezclas de diferentes polioles pueden usarse siempre que se mantenga una funcionalidad promedio correspondiente. El peso molecular ha de ser de 100 a 3000 ' g/mol (peso molecular promedio en número MN medido mediante
GPC), preferiblemente de 200 a 1500 g/mol. Ejemplos .de polioles adecuados son aquellos basados en poliéteres, polialquilenos, poliésteres, o poliuretanos . Los polioles están presentes preferiblemente como una mezcla en forma liquida a temperatura ambiente (25°C) ; en particular, cada poliol es individualmente liquido.
Los polioles adecuados son, por ejemplo, polioles de poliéster líquidos que pueden ser fabricados por condensación de ácidos di- o tricarboxí lieos , por ejemplo, ácido adípico, .ácido sebácico, y ácido glutárico, con dioles o trioles de peso molecular bajo tales como et ilenglicol , propilenglicol, dietilenglicol , trietilenglicol , dipropilenglicol , 1 , 4 -bu tanodiol , 1 , 6-hexanodiol , glicerol o trimetilolpropano . Un grupo adicional de dichos polioles que se ha de usar son poliésteres basados en lactonas, tales como policaprolactona . Dichos poliésteres OH-funcionales son conocidos por un experto en la técnica y son comercialmente obtenibles. Los polioles de poliéster que contienen dos o tres grupos OH terminales son particularmente adecuados. Estos polioles de poliéster han de tener un peso molecular de hasta 2000 g/mol, preferiblemente en el intervalo desde 500 hasta 1000 g/mol.
Sin embargo, también se pueden usar polioles de poliéster de origen oleoquímico. Los polioles de poliéster de este tipo se pueden fabricar, por ejemplo, por apertura de
anillo completa de triglicéridos epoxidados de una mezcla de grasa que contiene ácidos grasos por lo menos en parte olefinicamente insaturados con uno o más alcoholes que tienen 1 a 12 átomos de carbono, y la transesterificación parcial posterior de los derivados de triglicéridos para producir polioles de éster de alquilo que tienen de 1 a 12 átomos de carbono en el residuo alquilo. Ejemplos de dichos polioles son aceite de ricino o dioles de dimeros. Estos polioles oleoquimicos han de tener índices de hidroxilo de 50 a 40? mg de KOH/g, preferiblemente de 100 a 300 mg de KOH/g, correspondientes a un peso molecular de aproximadamente 250 a 2000 g/mol.
Los polioles de policarbonato son además polioles de poliéster adecuados. Los pol icarbonatos se pueden obtener, por ejemplo, por reacción de dioles, tales como propilenglicol , butanodiol-1 , 4 o hexanodiol-1 , 6, dietilenglicol , t r iet i lengl icol , tetraetilenglicol o, o mezclas de dos o más de los mismos, con carbonatos de diarilo, por ejemplo carbonato de difenilo, o fosgeno. Un grupo adicional de polioles que ha de ser utilizado de conformidad con la presente invención son polilactonas , por ejemplo poliésteres basados en e-caprolactona . Esos polioles de poliéster que contienen uno o más grupos uretano en la cadena molecular también son adecuados.
También se pueden usar polioles alifáticos. Éstos
han de tener una funcionalidad de 2 a 10, en particular de 2 a 6. Éstos pueden ser polioles conocidos tales como etilenglicol , propanodiol, butanodiol-1 , , pentanodiol- 1 , 5 , hexanodiol-1, 6, heptanodiol-1 , 7 , octanodiol-1 , 8 , o 1,10-decanodiol, 1, 12-dodecanodiol, alcohol graso de dimero, glicerol, hexanotriol, glicerol, trimetilolpropano, pentaeritritol , alcohol neopentilico . También se pueden usar los llamados alcoholes de azúcar. Los alcoholes alifáticos adecuados poseen un peso molecular de 60 a 400 g/mol. Los alcoholes lineales que tienen de 2 a 30 átomos de carbono que comprenden dos a cuatro grupos OH, sin embargo, son usados en particular.
Los polioles de poliéter que son productos de reacción de alcoholes polifuncionales de peso molecular bajo con óxidos de alquileno son un grupo particularmente adecuado. Los óxidos de alquileno tienen preferiblemente de 2 a 4 átomos de carbono. Éstos pueden ser polioles difuncionales o de mayor funcionalidad; Se prefieren los polioles que tienen 2, 3, o 4 grupos OH. Ejemplos son etilenglicol, propanodiol, butanodiol, hexanodiol, octanodiol; alcoholes polifuncionales tales como glicerol, hexanotriol, trimetilolpropano, pentaeritritol, alcohol neopentilico; alcoholes de azúcar tales como manitol, sorbitol, glucósidos de metilo. Polioles aromáticos correspondientes tales como resorcinol, hidroquinona, 1,2,2-
o 1 , 1 , 2-tris ( hidroxi fenil ) etano también puede hacerse reaccionar con los óxidos de alquileno. Otros polioles adecuados en el contexto de la invención se producen por polimerización de tet rahidrofurano (poli-THF) . Se pueden utilizar polímeros de estadísticas y/o copolímeros de bloque de óxido de etileno y óxido de propileno. Se prefieren los polioles de poliéter que tienen 2, 3, o 4 grupos OH. Los polioles de poliéter se fabrican de una manera conocida por un experto en la técnica y están comercialmente obtenible.
Se prefieren los dioles o trioles de polioxietileno o-propileno. El peso molecular de estos poliéteres puede ser de aproximadamente 200 a 3000 g/mol, en particular hasta 1000 g/mol .
Los polioles que contienen grupos amino terciarios preferiblemente no se encuentran en la composición. Se degradan las propiedades de la aplicación. La funcionalidad de la mezcla de poliol ha de ser mayor que 2.3, en particular 2.5 a 4. En una modalidad de la invención, la composición se caracteriza porque que los polioles de poliéster y/o, en particular, polioles de poliéter que tienen una funcionalidad promedio mayor que 2.5 se usan como polioles. Si la densidad de entrelazamiento no es suficiente, el 'agente de unión matriz entrelazado no es lo suficientemente estable mecánicamente.
Los isocianatos polifuncionales son adecuados como
poliisocianatos en el componente de isocianato. Los isocianatos contienen preferiblemente en promedio de 2 a 5, preferiblemente hasta 4 grupos NCO. Ejemplos de isocianatos adecuados son isocianatos aromáticos tales como diisocianato de 1, 5-naffileno, diisocianato de 2,4- o 4 , 4 ' -difenilmetano (MDI) , diisocianato de xilileno (XDI), diisocianato de m- y p-tetrametilxilileno (TMXDI), isómeros de diisocianato de toluileno (TDI), diisocianato de di- y tetraalquildifenilmetano, 4 , 4 ' -diisocianato de 3,3'-dimetildifenilo (TODI) diisocianato de 1 , 3-fenileno, diisocianato de 1 , 4-fenileno, diisocianato de , 4 ' -dibencilo ; isocianatos alifáticos tales como MDI hidrogenado (H12MDI), l-metil-2, -diisocianatociclohexano , 1, 12-diisocianato-dodecano, 1, 6-diisocianato-2 , 2, 4-trimetilhexano, 1,6-diisocianato-2, 4 , -trimetilhexano, l-isocianatometil-3-isocianato-1, 5, 5-trimetilciclohexano (IPDI), tetrametoxi-butano- 1 , 4 -diisocianato, 1 , 4-diisocianato de butano, 1,6-diisocianato de hexano (IDH), dimero de diisocianato de ácido graso, diisocianato de diciclohexilmetano, ciclohexano-1 , 4-diisocianato, diisocianato de etileno, o éster de bis-isocianatoetilo de ácido itálico.
También se pueden utilizar porciones de prepolimeros de peso molecular bajo, por ejemplo, productos de reacción de MDI o TDI con dioles de peso molecular bajo, por ejemplo etilenglicol, dietilenglicol , propilenglicol ,
dipropilenglicol o trietilenglicol . Estos prepolimeros se pueden producir haciendo reaccionar un exceso de poliisocianato monomérico en presencia de dioles. El peso molecular de los dioles es generalmente por debajo de 1000 g/mol. Los isocianatos monoméricos opcionalmente se pueden eliminar del producto.de reacción por destilación.
En una modalidad, los diisocianatos aromáticos se prefieren de conformidad con la presente invención; en otra modalicad, se utilizan preferiblemente mezclas de isocianatos alifáticos y aromáticos. En particular, por lo menos 50% molar de los grupos NCO han de ser basados en DI y sus isómeros. En una modalidad, la composición de poliuretano de dos componentes se caracteriza porgue por lo menos 50% molar de NCO grupos de MDI y sus isómeros están contenidos como grupos isocianato. Los isocianatos líquidos se pueden usar siempre que presenten una incompatibilidad de fase con los polioles. De conformidad con la presente invención, también es posible, pero no necesario, que la cantidad de grupos isocianato sea reducid por reacción con carbodiimidas y derivados de las mismas, en particular, a uretoniminas . En una modalidad, la composición de poliuretano . de dos componentes se caracteriza porque la composición contiene carbodiimidas y/o uretoniminas de los isocianatos aromáticos. La proporción de grupos NCO que han reaccionado puede ser de 3 a 25% molar de los grupos NCO originalmente presentes. La
mezcla de poliisocianatos preferiblemente ha de ser capaz de fluir a temperatura ambiente (25°C) . Con el fin de obtener composiciones estables, este componente no ha de contener ningún componente que producen reacciones que den lugar a un aumento de la viscosidad bajo condiciones de- almacenamiento .
Las composiciones de poliuretano de dos componentes de conformidad con la presente invención pueden contener además adyuvantes que preferiblemente se mezclan total o parcialmente en el componente de poliol. Éstos se han de entender como sustancias que, como regla general, se añaden en pequeñas cantidades con el fin de modificar las propiedades de la composición, por ejemplo viscosidad, comportamiento de humectación, estabilidad, velocidad de reacción, formación de burbujas, vida de anaquel, o adhesión, y también adaptar propiedades de utilización para la aplicación prevista. Ejemplos de adyuvantes son agentes de nivelación, agentes humectantes, catalizadores, protectores de enve ecimiento, colorantes, agentes de secado, resinas, y/o ceras.
Por ejemplo, la composición de conformidad con la presente invención puede contener adicionalmente estabilizadores. Los "estabilizadores" se han de entender para los propósitos de esta invención como antioxidantes, estabilizadores de UV o estabilizadores de hidrólisis. Ejemplos de los mismos son los fenoles esféricamente
impedidos comercialmente disponibles y/o tioéteres y/o benzotriazoles sustituidos y/o aminas del tipo de estabilizador de luz de amina impedida (HALS) .
También se pueden utilizar catalizadores. Los compuestos organometálicos habituales conocidos en la química de poliuretano se utilizan como catalizadores, por ejemplo compuestos de hierro, titanio, zirconio, aluminio, plomo, bismuto, o también, en particular, estaño. Es preferiblemente posible que estos catalizadores contengan, como una mezcla o como un complejo y en una relación molar de 0.25:1 a 2:1, compuestos de polihidroxi seleccionados de a-hidroxicetonas y/o trifenoles que tienen tres grupos OH adyacentes. En particular, compuestos de 5, 6 o 7 anillos pueden utilizarse como a-h'idroxicetonas cíclicas, y derivados de 2,3,4- o 3,4,5-OH 1-alquilo-sustituidos se puede usar como trifenoles. Éstas son sustancias que actúan como agentes formadores de complejos con los átomos de metal mencionados anteriormente. Estos agentes formadores de complejo han de tener una masa molar por debajo de 500 g/mol, o también pueden ser unidos a un vehículo. Esas sustancias que comprenden opcionalmente un grupo OH adicional, grupo COOH o un grupo éster, son particularmente adecuados como un agente formador de complejo. En la reacción de entrelazamiento, este agente formador de complejo también puede reaccionar con la composición reactiva y puede ser incorporado de forma
permanente en la matriz.
Otro grupo de catalizadores es aquellos basados en aminas terciarias. Las aminas alifáticas lineales o cíclicas son adecuadas, por ejemplo, tales como metilciclohexilamina, dimetilbencilamina, tributilamina, monoetanolamina , trietanolamina, dietilentriamina , trietilentetramina, t riet i lendi amina , guanidina, morfolina, N-metilmorfolina, diazabiciclooctano (DABCO) , 1 , 8 -dia zabiciclo- ( 5 , 4 , 0 ) -undeceno-7 (OBU) , o diazabiciclonones (DBN) . El catalizador se puede utilizar en una cantidad de 0.01 a aproximadamente 5% en peso basado en el peso total de la composición.
Una modalidad de la composición de poliuretano de dos componentes se caracteriza porque los compuestos de estaño, en particular catalizadores de estaño que tiene compuestos de polihidroxi como agentes forraadores de complejo o aminas terciarias, seleccionadas de -hidroxicetonas cíclicas o l-alquil-2, 3, 4-trifenoles, están contenidos como un catalizador.
También es posible que pequeñas cantidades de plastificantes, pastas de color, o un tamiz molecular estén contenidos. Los compuestos líquidos que capturan la humedad durante el almacenamiento también se pueden usar como desecantes. Sin embargo, la cantidad de dichos constituyentes ha de ser de menos de 10% en peso (con base en la composición de dos componentes) . Preferiblemente no están contenidos
pigmentos, tamices moleculares, llenadores, y/o plastificantes . La composición de conformidad con la presente invención preferiblemente no debe contener solventes orgánicos. Por "solventes" se ha de entender aqui sustancias liquidas que tienen un punto de ebullición inferior a 200°C. Los compuestos sustancialmente no volátiles que se usan con el fin de dispersar o disolver los aditivos no se consideran solventes en este sentido.
Además, las resinas pueden opcionalmente ser contenidas. Éstas pueden ser resinas naturales o resinas sintéticas. Una modalidad particular utiliza resinas que contienen grupos OH, en particular resinas que tienen múltiples grupos OH. Éstas pueden reaccionar con los isocianatos. En una modalidad preferida, la cantidad puede ser de hasta 15% en peso.
Los aditivos se añaden a los componentes de tal manera que se obtiene estabilidad de almacenamiento. En particular, no se han de añadir aditivos que promueven la formación de burbujas de gas, tales como el CO2, en el adhesivo, por ejemplo ácidos carboxilicos mono- o polifuncionales.
Una modalidad preferida de la composición contiene 30 a 70% en peso de polioles que tienen una uncionalidad por arriba de 2.5, en particular polioles de poliéter y/o polioles de poliéster, 70 a 30% en peso de poliisocianatos ,
en particular, que tiene por lo menos 50% molar de todos los grupos isocianato de MDi y sus isómeros, 0.1 a 5% en peso de aditivos seleccionados de estabilizadores y catalizadores, en donde la suma de los constituyentes ha de dar 100%. La mezcla es en particular, ha de estar libre de constituyentes que contienen aminas reactivas, por ejemplo polioles.
Una mezcla de conformidad con la presente invención debe presentar una incompatibilidad en la temperatura del mezclado después del mezclado.
Por "incompatibilidad" se han de entender los propósitos de la invención en el sentido de que los componentes son miscibles entre si pero forman dos fases. Esto puede comprobarse, en particular, visualmente. Los componentes individuales son transparentes; después del mezclado y, opcionalmente, de la desgasificación, se forma una fase turbia. En una prueba simple de los dos componentes, opcionalmente sin pigmentos, se mezclan a 25°C. Las muestras entonces se deja que reposen y se evalúan ópticamente. Si la solución de los componentes es turbia por un máximo de 2 minutos, existe una separación de fases.
A fin de permitir un uso de conformidad con la presente invención, una composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con la presente ' invención tiene una viscosidad en forma mixta de 20 a 3000 mPas (medida con Brookfield RTV, DIN ISO 2555) medida a una temperatura entre
20 y 60°C. En particular, la viscosidad ha de ser de 100 a 1000 mPas, medida a 20 a 40°C. La composición de poliuretano de dos componentes se puede aplicar a estas temperaturas. La viscosidad se ha de determinar inmediatamente después del mezclado, por ejemplo, hasta 2 minutos después del mezclado; aumenta lentamente a medida que la reacción de entrelazamiento empieza a ocurrir.
La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con la presente invención tiene un buen tiempo de procesamiento. Ese tiempo ha de ser más de 10 minutos. El "tiempo de procesamiento" se ha de entender como el tiempo después del cual la viscosidad de una mezcla a 25°C ha aumentado a más de 300% del valor original, pero por lo menos por arriba de 3000 mPas. El tiempo de procesamiento puede ser influenciado por la selección de los isocianatos y los catalizadores .
Las composiciones de poliuretano de dos componentes forman un sistema de dos fases- después del mezclado. Esto se puede ver por medio de la incompatibilidad. Sistemas de fase múltiples dispersas entre si se forman a aproximadamente 25 °C, como puede comprobarse por la turbidez de la mezcla que se produce. Las mezclas de conformidad con la presente invención se han de usar en el estado de separación de fases.
Por medio de la selección de los componentes, la composición de conformidad con la presente invención ha de
tener una temperatura de transición vitrea (Tg) de más de 60°C (medida con DSC, DIN 11357), en otra modalidad, en particular de 100 a 130°C. La alta Tg es necesaria con el fin de obtener la estabilidad mecánica requerida en el sistema de material mixto curado también. Una excelente estabilidad mecánica de la composición se obtiene gracias a la selección de conformidad con la presente invención del poliol y el componente isocianato. La estabilidad estructural del material de la matriz se puede medir, por ejemplo, por medio del módulo E. La composición de conformidad con la presente invención asegura que el módulo E es mayor que 1000 Pa a temperaturas entre -10°C y +70°C (análogo a la norma DIN EN ISO 527) .
Las composiciones de poliuretano de dos componentes de conformidad con la presente invención son adecuadas como resina de matriz para piezas moldeadas reforzadas con fibra (mixtas) . Éstas se pueden utilizar en una variedad de métodos de aplicación, por ejemplo, en métodos de RT o en el método de infusión.
También un objeto de la invención es un método para la fabricación de materiales mixtos en los que se utilizan las composiciones de poliuretano de dos componentes. Las composiciones de conformidad con la presente invención se aplican mediante la introducción en un . molde.
Los materiales de fibra de alta resistencia
conocidos son adecuados como constituyentes de los materiales compuestos. Estos se pueden hacer, por ejemplo, de fibras de vidrio; fibras sintéticas tales como fibras de poliéster, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de poliamida, fibras de poliimida, o fibras de aramida; fibras de carbono; fibras de boro; fibras cerámicas de tipo óxido o de tipo no óxido tales como fibras de óxido de aluminio/ dióxido de silicio, fibras de carbono-silicio; fibras de ' metal, por ejemplo hechas de acero o de aluminio; o fibras naturales tales como lino, cáñamo o yute. Estas fibras pueden introducirse en forma de esteras, telas tejidas, telas de punto, pliegues, telas en capas, telas no tejidas o telas de vidrio. Dos o más de estos materiales de fibra también se pueden usar como una mezcla. Fibras cortadas se 'pueden seleccionar, pero se prefiere usar fibras sintéticas largas, en particular las telas tejidas y telas en capas. Estas fibras de alta resistencia, telas en capas, tejidos, y telas de vidrio son conocidas por un experto en la técnica.
Las fibras se colocan en los moldes en una orientación predefinida. La cantidad de materiales de fibra puede ser muy alta; en particular, se usan proporciones de fibra por arriba de 60% (% en volumen), con base en el elemento configurado. Además, las piezas colocadas opcionalmente , también pueden ser insertadas. Después se introduce la composición pre-mezclada de conformidad con la
presente invención.
Una modalidad del método de conformidad con la presente invención es un método para fabricar materiales mixtos de fibra en el que se provee un molde externo que tiene materiales de fibra y una composición de poliuretano de dos componentes liquida se introduce en dicho molde a presión, en donde dicha composición es introducida en el estado de incompatibilidad fases, caracterizado porque la proporción de materiales de fibra es de más de 60%.
En los métodos de conformidad con la presente invención, la mezcla de dos componentes se utiliza directamente después de la fabricación. Estas son mezclas sustancialmente ópticamente variables, que se consideran como una indicación de la incompatibilidad de fases. Debido a que la composición mixta reacciona, es útil mezclar sólo la cantidad de los componentes que pueden ser procesados inmediatamente después. Asimismo es posible mezclar y llenar los moldes continuamente. Debido a que las fases incompatibles están presentes en forma de una dispersión fina, las composiciones se pueden procesar sin dificultad usando el aparato de costumbre, tales como bombas, boquillas o mangueras. Independientemente de cualquier teoría, se puede suponer que la incompatibilidad provoca una disminución en la velocidad de .reacción.
El método de conformidad con la presente invención
comprende dos modalidades. El flujo de entrada se puede llevar a cabo en un corto período de tiempo por inyección bajo presión (método de moldeo por transferencia de resina (RTM)), opcionalmente también con la ayuda de vacío. Las composiciones que tienen un tiempo de procesamiento más corto, pero presentan una reacción rápida a partir de entonces, se prefieren' aquí. En otra modalidad, el molde se llena por la aplicación de vacío (método de infusión) . Un tiempo abierto largo es ventajoso en esta modalidad. La viscosidad de la composición adecuada de conformidad con la presente invención debe ser baja. Se debe elevar sólo ligeramente incluso bajo las condiciones del proceso de llenado del molde. De conformidad con la presente invención, la mezcla de la composición inmediatamente después del mezclado ha de ser entre 20 y 3000 mPas (EN ISO 2555, viscosímetro Brookfield, 25°C), preferiblemente por debajo de 1000 mPas. Se debe tener cuidado aquí en seleccionar la velocidad de flujo ya que el aire o los gases entre los materiales de fibra pueden escapar.
Un tiempo de procesamiento largo es especialmente importante en la modalidad de métodos de infusión. Por lo tanto, las composiciones que no contienen catalizadores se usan, en particular, en esta modalidad. El flujo de entrada en los materiales de fibra, el desplazamiento de las burbujas de aire y el llenado del molde se pueden llevar a cabo
durante un período de tiempo más largo. Como resultado de la ejecución lenta o progreso de la reacción, los materiales de fibra pueden ser completamente incrustados en el material de la matriz.
En la modalidad, como un método de RTM, el llenado del molde debe producirse en un corto período de tiempo. Aquí, la mezcla de reacción turbia se introduce a presión en el molde. La incrustación rápida de las fibras puede ser asegurada por la baja viscosidad inicial. En esta modalidad, las composiciones preferiblemente también contienen catalizadores. Esto último rápidamente dio como resultado una aceleración de la reacción, por lo que se produce un curado rápido. Esto también puede ser auxiliado por una temperatura elevada. Un corto tiempo de permanencia en el molde entonces es también posible.
Una vez que el molde se llena, la composición comienza a curarse. Esto puede ocurrir sin el suministro adicional de calor. El calor de reacción resultante de la reacción de entrelazamiento no conduce a un sobrecalentamiento local de los sustratos. Con el fin de acelerar la reacción de entrelazamiento, es posible calentar el molde lleno. Se puede calentar a temperaturas de hasta 120°C; el entrelazamiento más rápido del material de la matriz se logra de ese modo. Por lo tanto, el molde se puede remover más rápidamente de la parte configurada, y está
entonces disponible para otros pasos de trabajo.
Un objeto adicional de la invención es también una pieza de material mixto de fibra hecho de por lo menos un 60% de fibras y hasta 40% de la composición de poliuretano de dos componentes entrelazado de conformidad con la presente invención. Estas piezas de fibra configuradas presentan un alto nivel de estabilidad mecánica después del entrelazamiento. Este es el caso incluso a temperaturas ambiente elevadas.
' Un objeto adicional de la invención es un material mixto de fibra que contiene por lo menos 60% de materiales de fibra sintéticos y hasta 40% de una composición de poliuretano de dos componentes éntrela zable .
Las composiciones de poliuretano de dos componentes de conformidad con la presente invención que presentan incompatibilidad al mezclarse son adecuadas en particular para la incrustación de materiales de fibra, por ejemplo, para el método de infusión o el método de RTM. Aquí, los materiales de fibra conocidos están dispuestos juntos e incrustados en una matriz de polímero. La composición muestra una buena adhesión a los sustratos de fibra. Una matriz sin defectos se puede producir gracias a la disminución de la viscosidad; en particular, las burbujas en la parte configurada se evitan. Una ventaja adicional es que la buena incrustación de las fibras se hace posible por la reactividad
retardada. El sobrecalentamiento de las piezas de material mixto se evita, por lo que también se evitan daños a los materiales de fibras sensibles. La separación de fases de la mezcla no da lugar a una degradación de las propiedades de los polímeros entrelazados, sino más bien mejora las propiedades de aplicación.
EJEMPLOS
Los siguientes ejemplos explican la invención.
Ejemplo 1:
Componente A
Triol de póliéter (sin amina, Mn aproximadamente
350)
Componente B
Mezcla de isómeros de MDI
Relación de NCO:OH de 1.5:1
Método: Los constituyentes se mezclan en un recipiente usando un agitador de alta velocidad sin humedad; la mezcla después se desgasifica bajo vacío mientras se agita.
Los constituyentes fueron claramente turbios 3 minutos, 5 minutos y 7 minutos después del mezclado.
Los componentes se mezclaron y se determinó la viscosidad (25°C).
Viscosidad: inicio 190 mPas
5 min 270 mPas
10 min 480 mPas
Existió un tiempo abierto.
Ejemplo 2:
Los componentes A y B se mezclaron, junto con 0.2% de DABCO, en una relación NCO : OH de 1.15:1.
La mezcla fue aún turbia después de 4 minutos y 7 minutos .
Las muestras de prueba (4 mm de espesor) se colaron * de las muestras inmediatamente después de la fabricación, y se entrelazaron a 95°C (45 min) y 130°C (.60 min) .
Las muestras entrelazadas presentaron un módulo E de aproximadamente 2700 MPa (25°C) .
Claims (14)
1. Una composición de poliuretano de dos componentes que contiene - 10 a 80% en peso de por lo menos un poliol que tiene un peso molecular promedio en número de 200 g/mol a 3000 g/mol, - 5 a 70% en peso de por lo menos un poliisocianato aromático, o - 0 a 15% en peso de aditivos, - en donde la composición tiene una relación de NCO:0H de 2:1 a 1:2, la composición tiene una viscosidad de 20 a 3000 mPas (EN ISO 2555, viscosímetro Brookfield, 25°C) y presenta una incompatibilidad de fase después del mezclado, y la funcionalidad de la mezcla de polioles es mayor que 2.3.
2. La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la mezcla tiene una viscosidad de menos de 1000 mPas (25°C) .
3. La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque por lo menos 50% molar de grupos isocianato de MDI y sus isómeros están contenidos.
4. La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los polioles de poliéster y/o, en particular, polioles de poliéter, con una funcionalidad promedio de más de 2.5, se usan como polioles.
5. La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las aminas terciarias o compuestos de Sn, en particular catalizadores de Sn, con compuestos de polihidroxi como agentes formadores de complejo, se usan como un catalizador, en donde los agentes formadores de complejo se seleccionan de a-hidroxicetonas cíclicas o l-alquil-2 , 3, 4-trí fenoles .
6. La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición entrelazada tiene una temperatura de transición vitrea Tg por arriba de 60°C.
7. La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la cantidad de grupos isocianato se reduce por reacción con carbodiimidas y derivados de las mismas, en particular, a uretoniminas .
8. La composición de poliuretano de dos componentes de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición entrelazada tiene un módulo E de más de 1000 MPa .
9. Un método para la fabricación de materiales mixtos de fibra, en donde se provee un molde externo que tiene materiales de fibras y una composición de poliuretano de dos componentes liquida de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8 se introduce en dicho molde a presión, en donde dicha composición se introduce en el estado de incompatibilidad de fase.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque se usan proporciones de fibra de más de 60% (% en volumen), con base en el elemento configurado.
11. El método de conformidad con una de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque el molde lleno se cura a una temperatura de hasta 120°C.
12. El método de conformidad con una de las reivindicaciones 9. a 11, caracterizado porque la composición se desgasifica inmediatamente después del mezclado.
13. Un material mixto de fibra que contiene por lo menos 60% de materiales de fibra sintética y hasta 40% de una composición de poliuretano de dos componentes entrelazada obtenible a partir de una composición de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8.
14. El material mixto de fibra de conformidad con la reivindicación 13 o 14, caracterizado porque el agente de unión de matriz tiene una Tg por arriba de 60°C.
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