IT9021403A1 - Procedimento per la preparazione di corpi formati con pelle integrata in poliuretano e corpi formati cosi' ottenuti. - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale
La presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di corpi formati con pelle integrata in poliuretano ed i corpi formati così ottenuti.
Più in particolare la presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di corpi formati in poliuretano espanso con pelle integrata della stessa natura e che non prevede l'impiego necessario di espandenti di natura clorofluoroalcani ca.
Con il termine corpi formati come impiegato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni si intendono i manufatti in polimeri preferibilmente espansi ricoperti con uno strato sottile di poliuretano compatto. Esempi di tali manufatti sono: componenti interni per auto come appoggiatesta, copritunnel, cruscotti, pannelli laterali interni di portiere, coperture per volanti, pomelli per la leva del cambio, ecc. oppure selle per cicli e motocicli, sedili per arredamento o trasporto, braccioli per sedie e poltrone, carcasse per elettrodomestici o apparecchiature elettroniche, scatole per componenti elettrici, telai per finestre, componenti per mobili, ecc.
La tecnica per preparare articoli in poliuretano espanso a pelle integrata è ormai ben nota e consolidata presso tutti coloro che operano in questo settore.
Questa tecnica prevede di caricare in uno stampo mantenuto ad una temperatura prefissata una miscela costituita da reagenti poliuretanici addizionati di agente espandente, di catalizzatore di polimerizzazione e di ulteriori additivi come regolatori di celle, stabilizzanti, ecc.
L'agente di espansione è costituito essenzialmente da composti chimici di natura clorofiuoroalcanica (CFC) che hanno una temperatura di ebollizione/condensazione compresa fra 20 e 60°C.
Durante la polimerizzazione, per effetto del calore di reazione, i CFC evaporano agendo da espandenti per la resina poliuretanica. Quando quest'ultima arriva a contatto delle pareti "fredde" dello stampo i CFC condensano sia per effetto della temperatura che per effetto della compressione esercitata sulle pareti stesse dalla resina espansa. Pertanto a contatto delle pareti dello stampo la resina poliuretanica si presenta in forma compatta.
L'articolo che si estrae dallo stampo è quindi costituito da una massa interna a struttura cellulare rivestita, con adesione totale, da una pelle compatta di spessore non superiore a pochi mi11imetri.
Il metodo sopradescritto, pur non presentando problemi di natura tecnica, è caratterizzato dall’inconveniente di dover impiegare come agente d'espansione gas di natura clorofiuoroalcanica come i CFC che, come ormai ben noto, hanno un effetto nocivo sull'ambiente in quanto contribuiscono ad alterare e distruggere lo strato di ozono presente nella stratosfera.
Dal momento che sono state concordate a livello internazionale delle convenzioni atte a favorire la progressiva riduzione della produzione dei CFC, è molto forte la spinta a mettere a punto tecniche che permettano di sostituire questi prodotti con altri meno nocivi per l'ambiente
E' stato ora trovato dalla Richiedente un procedimento che permette di poter preparare articoli in polimeri espansi a pelle integrata che non richiede necessariamente l'impiego di CFC come agenti d'espansione.
Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di corpi formati con pelle integrata in poliuretano che comprende:
a) introdurre in uno stampo chiuso adattato allo stampaggio rotazionale un sistema reattivo poliuretanico premiscelato; b) ruotare lo stampo secondo la tecnologia dello stampaggio rotazionale per un tempo sufficiente a formare sulla sua superficie interna uno strato sottile di materiale parzialmente poiimerizzato; e
c) fermare la rotazione ed introdurre nello stampo un materiale reattivo che ne riempia la cavità interna.
Lo stampaggio rotazionale è una tecnica ben nota e descritta da E. Zuckmantel in KUNSTSTOFFE, voi, 63, Ottobre 1973, pag. 721, "Rotational Moulding".
Secondo una realizzazione del procedimento oggetto della presente invenzione lo strato sottile, che si forma durante la rotazione dello stampo, ha uno spessore inferiore a 10 mm, generalmente compreso tra 0,3 e 3,5 mm.
L'uniformità dello strato dipende dal numero di giri degli assi del rotore sul quale è montato lo stampo e dalla reologia del sistema poliuretanico costituente lo strato. Per poter avere strati sottili ed uniformi è preferibile operare con un numero di giri degli assi compreso fra 10 e 50 giri/min. e con un sistema poliuretanico avente viscosità iniziale inferiore a 5.000 mPa«sec., generalmente compreso fra 50 e 1.000 mPa-sec. Se necessario, la viscosità del sistema poliuretanico può essere regolata utilizzando sostanze viscodepressanti come, ad esempio, percloroeti1ene, dibutiladipati, eumene, ecc.
Dopo un tempo di rotazione relativamente breve, tipicamente compreso fra 30 e 300 sec, durante il quale i componenti dello strato cominciano a reagire per dare un polimero uretanico parzialmente poiimerizzato, lo stampo viene fermato e riempito con un materiale reattivo.
Il materiale reattivo di riempimento è preferibilmente costituito da un sistema reattivo poliuretanico espandibile premiscelato, come di seguito descritto, o da altri materiali, ad esempio, resine fenoliche, resine epossidiche, plastisols a base di polivinilcloruro o poiimetilmetacrilato, ecc. eventualmente addizionati con agenti d'espansione.
Materiale di riempimento costituito da poliuretano non espanso può anche essere usato.
Qualsiasi metodo di riempimento può essere impiegato nel procedimento oggetto della presente invenzione; ad esempio si può iniettare il materiale di riempimento nello stampo chiuso oppure lo si può colare nello stampo aperto e successivamente chiudere lo stampo oppure ancora si può estrarre il guscio preformato e caricarlo col materiale al di fuori dello stampo.
Per una migliore adesione del componente interno a quello superficiale, e quindi per realizzare al meglio l'articolo a "pelle integrata", è preferibile effettuare l'alimentazione del secondo sistema reattivo (stadio c) quando il grado di polimerizzazione dello strato poliuretanico è avanzato ad un punto tale che da un lato possieda già una sua stabilità dimensionale e dall'altro offra ancora gruppi chimici o caratteri fisici tali da permettere un più favorevole aggancio del secondo materiale in via di formazione.
Il sistema poliuretanico dello strato sottile è costituito essenzialmente da una miscela reattiva contenente almeno un polisocianato organico, almeno un composto contenente idrogeni attivi terminali ed un sistema catalitico di polimerizzazione. I componenti del sistema poliuretanico espandibile, costituente un esempio di materiale reattivo di riempimento, possono essere uguali o differenti da quelli dello strato sottile e comprendono inoltre un agente di espansione costituito preferibilmente da anidride carbonica sviluppata in situ durante la polimerizzazione per reazione dei gruppi isocianici con acqua.
Nella realizzazione del procedimento oggetto della presente invenzione le quantità d'acqua che possono essere impiegate in combinazione con il composto contenente idrogeni attivi terminali del sistema poliuretanico espandibile dipendono dal grado di espansione che si vuole ottenere. In generale queste quantità sono ben note a chi opera nel settore e comprese tra 0,5 e 5 parti in peso rispetto a 100 parti del composto contenente idrogeni attivi terminali.
Tuttavia, questo metodo per introdurre il gas espandente nella massa di polimerizzazione non deve essere inteso come limitativo in quanto si possono impiegare altri gas ed altre tecniche, ad esempio gorgogliamente di aria, CO,,, azoto, ecc. nella massa di reazione per iniezione dall'esterno di detti gas sotto pressione, che rientrano sempre nello scopo della presente invenzione.
Poiché secondo il procedimento oggetto della presente invenzione 1 singoli componenti reattivi dello strato sottile possono essere anche diversi da quelli del sistema poliuretanico di riempimento, è possibile produrre articoli finiti costituiti da una massa interna, eventualmente espansa, ottenuta da prodotti di reazione non pregiati e rivestita da una pelle sottile integrata ottenuta da reagenti più nobili.
Qualsiasi poliisocianato organico in grado di dare resine e/o schiume poliuretaniche può essere impiegato nella realizzazione della presente invenzione anche se preferiti sono 1 poliisocianati alifatici, cicloalifatici, aromatici ed i corrispondenti derivati alchil sostituiti.
In particolare si possono impiegare diisocianati a basso peso molecolare di formula generale:
(I) dove R rappresenta un radicale alifatico, cicloalifatico, aromatico, eventualmente alchil sostituito, avente da 1 a 30 atomi di carbonio come 2,2,4-trimetilesametilendiisocianato, etilidendiisocianato, butilendiisocianato, esametilendiisocianato, cicloesilen-1,4-diisocianato, cicloesi1en-1,2-diisocianato, dicloroesameti1endiisocianato, xililendiisocianato, meta e/o para-fenilendiisocianato, 2,4-toluendiisocianato da solo o in miscela con l'isomero 2,6-toluendiisocianato, 4,4'-difenilmetandiisocianato, eventualmente in miscela con il suo isomero 2,4', 4,4'-dicicloesilmetandiisocianato, 1-isocianato-3-isocianatometi1-3,3,5-trimetilcicloesano (o isoforondiisocianato), ecc.
Diisocianato di formula generale (I) preferito è il 2,4-toluendiisocianato (TDI) da solo o in miscela con almeno il 20% in peso di isomero 2,6 ed il 4,4'-difeni1metandiisocianato (MDI) da solo o in miscela con almeno il 5% in peso di isomero 2,4'.
Toluendiisocianato non distillato o grezzo e cioè un toluendiisocianato parzialmente purificato estratto da un qualsiasi piatto della colonna di distillazione può essere comunemente impiegato.
Alternativamente si possono impiegare poiiisocianati a medio o alto peso molecolare a vario grado di condensazione ottenuti dalla fosgenazione di condensati anilina-formaldeide. Questi prodotti sono costituiti da miscele di poiimetilenpolifeni1poiiisocianati aventi formula generale:
(II)
dove n rappresenta un numero intero maggiore o uguale a 1.
Poiiisocianati a medio o alto peso molecolare preferiti sono le miscele di poiimetilenpolifenilpoliisocianati aventi funzionalità media di 2,6-2,8; tali prodotti sono commercializzati con vari nomi quali "Tedimon 31" della società Montedipe, "Suprasec DNRU della Società ICI o "Desmodur 44 V20" della società Bayer.
Ulteriori esempi di poiiisocianati impiegabili nel procedimento oggetto della presente invenzione sono i prepolimeri isocianici ottenuti per reazione dei poiiisocianati di formule (I) e (II) con un difetto equivalente di polioli, polieterl o poliesteri, a funzionalità ossidrilica o amminica di almeno 2 e a peso molecolare medio compreso fra 500 e 8000.
Il composto contenente idrogeni attivi terminali è generalmente costituito da almeno un poìiolo polietere. Esempi di polioli polieteri sono quelli a basso peso molecolare contenente almeno due atomi di idrogeno attivi come glicoli, trioli, tetroli, animine, alcanolammine o loro miscele. Esempi illustrativi sono dipropilenglicol, 1,4-butilenglicol, glicerina, trimeti1olpropano, pentaeritrolo, etilendiammina, trietanolammina, ecc.
Ulteriori esempi di polioli polieteri sono quelli ad alto peso molecolare, ad esempio tra 500 e 8000, preferibilmente tra 3000 e 6000, a funzionalità ossidrilica o amminica di almeno 2 ottenuti dalla condensazione di miscele di ossidi C2-Cg su starter aventi almeno due atomi di idrogeni attivi come quelli sopra elencati. Polioli ad alto peso molecolare preferiti sono quelli ottenuti da ossido di etilene e/o ossido di propilene.
Il sistema catalitico presente sia tra i componenti dello strato sottile che tra i componenti del sistema espandibile è costituito da catalizzatori amminici, come trieti1endiammina, e/o metallici come ottoato stannoso.
Oltre ai componenti sopramenzionati possono essere presenti nelle composizioni dello strato sottile e del sistema espandibile ulteriori additivi come, ad esempio, stabilizzanti, pigmenti, reticolanti, regolatori di celle, ecc. il cui impiego è illustrato e descritto in letteratura come in "Saunders and Frisch - Poiyurethanes, Chemistry and Technology" Interscienee, New York 1964.
Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa vengono di seguito riportati alcuni esempi illustrativi ma non limitativi.
ESEMPIO 1
Su uno stampo riscaldato a 45°C montato su una macchina per stampaggio rotazionale, riproducente una sfera del diametro di 22,5 cm, si sono introdotti 550 gr di un sistema poliuretanico premiscelato avente la seguente composizione: componenete A:
. prepolimero da difenilmetandiisocianato (MDI)
e poliolo polietere Glendion 5964 della MONTEDIPE p.p. 65 (%NC0 = 19,5; viscosità a 26°C = 400 mPa.s)
componente B
. poliolo polietere di peso molecolare 6000
Glendion 5964 della MONTEDIPE p.p. 85,5 . estensore di catena (monoetilenglicole) p.p. 7,7 . catalizzatore DABC033LV (Air Product) p.p. 0,3 . zeolite p.p. 4,3 (viscosità del componente B a 25°C = 1600 mPa»s).
Dopo l'introduzione a 23°C della miscela si è avviata la rotazione dello stampo la quale era programmata in modo tale da imprimere al rotore principale e a quello secondario rispettivamente 11 e 15 girl/minuto.
Dopo 1 minuto e 30 secondi si è fermata la rotazione e dopo altri 5 minuti si è aperto lo stampo.
Su tutta la superficie della sfera si era depositata una pelle che non presentava difetti superficiali.
Il suo spessore era uniforme e variava da 2,4 e 3,3 mm. ESEMPIO 2
Al fine di ridurre lo spessore della pelle si è operato utilizzando un sistema di viscosità inferiore.
La composizione del sistema era la seguente: componenete A:
. MDI puro modificato con 25% in peso d1 Ρ·Ρ· 37 uretonimina PU ISO 9001 della MONTEDIPE
(%NC0 = 29,5; viscosità a 25°C = 75 mPa*s) ;componente B ;. poliolo polietere di peso molecolare 6000 ;(Glendion 5964 della MONTEDIPE) p.p. 90,2 . estensore di catena (monoeti1englicole) p.p. 6,3 . catalizzatore DABC033LV p.p. 0,3 (Air Produci) ;. zeolite p.p. 3,5 . viscodepressante (percloroetilene) p.p. 12,4 (viscosità del componente B a 25°C = 800 mPa*s).
Si sono introdotti 340 gr di materiale imprimendo ai rotori dello stampo dell'esempio 1 le velocità di 15 e 30 giri/minuto per 90 secondi. Si è depositato sulla superficie della sfera uno strato che non presentava alcun difetto superficiale e che aveva uno spessore medio di 1,5 mm.
ESEMPIO 3
Dopo aver ricoperta la sfera con la pelle operando come riportato nell'esempio 2, si è proceduto al suo riempimento con un sistema poliuretanico espanso.
A stampo chiuso, 5 minuti dopo che si è fermato il rotore, si sono introdotti 400 gr di materiale avente la seguente composizione:
componente A
. prepolimero da MDI e poliolo polietere p.p. 60,5
Glendion 5964 della MONTEDIPE
(3⁄4NC0 = 28)
componente B
. poliolo polietere di peso molecolare 6000
Glendion 5964 della MONTEDIPE p.p. 100,0
. acqua p.p. 3,1
. catalizzatore SA (dibuti1stagnodi1aurato) p.p. 0,4
. catalizzatore DABC033LV (AIR PRODUCI) p.p. 1,0
. silicone KS43 (BAYER) p.p. 3,5
. algofrene 11 {MONTEFLUOS) p.p. 10,0
Dopo 6 minuti dall'introduzione del secondo materiale si è aperto lo stampo.
La schiuma aveva riempito completamente la cavità interna della sfera , aveva una densità di 50 gr./lt. e aderiva alla pelle senza soluzione di continuità.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione di corpi formati con pelle integrata in poliuretano che comprende: a) introdurre in uno stampo chiuso adattato allo stampaggio rotazionale un sistema reattivo poliuretanico premiscelato; b) ruotare lo stampo secondo la tecnologia dello stampaggio rotazionale per un tempo sufficiente a formare sulla sua superficie interna uno strato sottile di materiale parzialmente polimerizzato; e c) fermare la rotazione ed introdurre nello stampo un materiale reattivo che ne riempia la cavità interna.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui lo strato sottile, ha uno spessore inferiore a 10 mm, generalmente compreso tra 0,3 e 3,5 mm.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il numero di giri degli assi del rotore sul quale è montato lo stampo è compreso fra 10 e 50 giri7min.
- 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema reattivo poliuretanico ha viscosità iniziale inferiore a 5.000 mPa*sec., generalmente compreso fra 50 e 1.000 mPa*sec.
- 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tempo di rotazione è compreso fra 30 e 300 sec.
- 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale reattivo di riempimento è costituito da un sistema reattivo poliuretanico espandibile premiscelato.
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui il sistema poliuretanico espandibile comprende come agente di espansione anidride carbonica sviluppata in situ durante la polimerizzazione.
- 8. Corpi formati a pelle integrata in poliuretano ottenuti da un procedimento che comprende: a) introdurre in uno stampo chiuso adattato allo stampaggio rotazionale un sistema reattivo poliuretanico premiscelato; b) ruotare lo stampo secondo la tecnologia dello stampaggio rotazionale per un tempo sufficiente a formare sulla sua superficie interna uno strato sottile di materiale parzialmente poiimerizzato; e c) fermare la rotazione ed introdurre nello stampo un materiale reattivo che ne riempia la cavità interna.
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