MXPA03008624A

MXPA03008624A - Proceso para la preparacion de espumas de poliuretano.

Info

Publication number: MXPA03008624A
Application number: MXPA03008624A
Authority: MX
Inventors: Fava Flavio
Original assignee: Dow Global Technologies Inc
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2004-06-30
Also published as: CN1229413C; WO2002077056A1; ITMI20010619A1; ITMI20010619A0; BR0208607A; JP2004523632A; CA2441694A1; EP1373351A1; CN1498235A; KR20030085039A

Abstract

Un proceso para preparar una espuma viscoelastica que tiene una densidad de 50 a 100 kg/m3, que comprende hacer reaccionar un componente isocianato que tiene una funcionalidad de 2.1 a 2.7, de la formula general (I): en la que F representa un grupo fenilo y n es un entero mayor que o igual a 1; con un componente poliol que comprende de 80 a 100 por ciento en peso de un polieter de poliol bifuncional que tiene un peso molecular promedio de 1,000 a 4,000; de 0 a 5 por ciento en peso de un alcohol monofuncional; de 0 a 20 por ciento en peso de un poliol que tiene una funcionalidad igual a o mayor que tres; y un peso molecular promedio de 92 a 4,000.

Description

PROCESO PARA LA PREPARACIÓN DE ESPUMAS DE POLIURETANO La presente invención se refiere a un proceso para la preparación de una espuma de poliuretano. En particular, la presente invención se refiere a un proceso para preparar una espuma viscoelástica de poliuretano, utilizando un componente isocianato basado en diisocianato de difenilmetano (MDI). El término "espuma viscoelástica de poliuretano", cuando se usa en la presente, se refiere en particular a materiales o expandidos o espumas de poliuretano de bloque y moldeo (calientes y fríos), con una densidad sustancial de 50 a 100 kg/m3, y que tienen adecuadamente un valor de elasticidad, medido de acuerdo con el método de prueba UNI 6357-68 (Material celular flexible de uretano -Determinación de elasticidad (rebote de bola)), menor que 30 por ciento; y un valor de deformación permanente a 50 por ciento de compresión, a 23°C, medido de acuerdo con el método de prueba ISO 1857-80, menor que 4 por ciento, de preferencia menor que 3 por ciento. Estas espumas tienen la característica de regresar lentamente a su forma original, después de haber sido comprimidas. Los materiales que tienen estas características son usados en la preparación de artículos absorbedores de impacto, en la industria mueblera, para la preparación de colchones y cojines y, más en general, en aplicaciones en las que un objeto capaz de moverse sin rebote o rebotando, tiene que ser soportado; y en el mercado de muebles para el cuidado de la salud, por ejemplo, en la producción de asientos y camas que no produzcan llagas. Se puede preparar espumas viscoelásticas de poliuretano haciendo reaccionar diisocianato de tolueno (TDI) con un compuesto poliol, que comprende un poliéter o poliéster de poliol, así como aditivos convencionales para este tipo de reacción. Sin embargo, el uso de TDI puede provocar problemas de naturaleza higiénica-ambiental, tanto en la fase de preparación de la espuma como durante su uso, debido a la posible presencia de monómero sin reaccionar, que puede ser liberado del producto final después de su preparación. La utilización de isocianatos alternativos, tales como el MDI, requiere típicamente el uso de ciertos materiales, poliéteres, poliésteres o aditivos, para garantizar las propiedades viscoelásticas deseadas. El uso de MDI con materias primas convencionales produce típicamente espumas flexibles tradicionales (la elasticidad es mayor que 30 por ciento) o materiales no expandidos (productos aplastados), ya que es difícil procesar el MDI. Se ha descubierto ahora, sorprendentemente, que se puede preparar espumas viscoelásticas de poliuretano a partir de un componente isocianato basado en MDI y ciertos tipos de polioles de poliéter convencionales, y que se puede reducir o evitar los inconvenientes, por ejemplo, de la espuma de gran elasticidad y de la espuma que se aplasta, típicas del arte. En un primer aspecto, la presente invención provee un proceso para preparar una espuma viscoelástica que tiene una densidad de 50 a 100 kg/m3, que comprende hacer reaccionar: a) un componente isocianato, con una funcionalidad de 2.1 a 2.7, que tiene la fórmula general (I): F — CH2 — [— F — CH2 — ]n-i— F I I I NCO NCO NCO en la que F representa un grupo fenilo y n es un entero mayor que o igual a 1 ; b) un componente poliol que comprende: i) de 80 a 100 por ciento, y de preferencia de 85 a 95 por ciento en peso, con base en el componente poliol total, de un poliéter de poliol bifuncional, que tiene un peso molecular promedio de 1,000 a 4,000, de preferencia de 1,500 a 3,000; ii) de 0 a 5 por ciento, y de preferencia de 1 a 5 por ciento en peso, con base en el componente poliol total, de un alcohol monofuncional R-OH, donde R está seleccionada de un radical alquilo o isoalquilo de 1 a 20 átomos de carbono, y de preferencia un radical alquilo y/o isoalquilo de 1 a 12 átomos de carbono (en lo sucesivo mencionado aquí como un radical (iso)alquilo), y un grupo obtenido por condensación de un óxido olefínico de 2 a 6 átomos de carbono, en un radical alquilo y/o isoalquilo de 1 a 20 átomos de carbono; iii) de O a 20 por ciento, y de preferencia de 5 a 15 por ciento en peso, con base en el componente poliol total, de un poliol que tiene una funcionalidad igual a o mayor que tres, y un peso molecular promedio de 92 a 4,000; y c) agua. La cantidad de agua presente se selecciona a fin de que garantice que se pueda asegurar la densidad deseada de la espuma de poliuretano. El componente isocianato que tiene la fórmula general (!) es obtenido adecuadamente por fosgenación de condensados de formaldehído-anilina, y se denomina en general MDI crudo o MDI polimérico. Para obtener la funcionalidad isocianato deseada de 2.1 a 2.7, de ser necesario, se puede diluir el componente isocianato que tiene la fórmula (I), con diisocianato de 4,4'-difenilmetano, opcionalmente mezclado con diisocianato de 2,4'-difenilmetano. El poliéter de poliol bifuncional (i) usado en la preparación de materiales viscoelásticos expandidos, de acuerdo con el proceso, está seleccionado adecuadamente de poliéteres de poliol, obtenidos por condensación de un óxido olefínico de 2 a 8 átomos de carbono, en un compuesto que tiene dos átomos de hidrógeno activo (denominado en la presente "iniciador"), por ejemplo, dietilenglicol y dipropilenglicol, o agua. El óxido de etileno, el óxido de propileno o sus mezclas son los óxidos olefínicos preferidos. El alcohol monofuncional ii) tiene adecuadamente un peso molecular de 200 a 1,500 y, en especial, de 250 a 1,200. Cuando el alcohol ¡i) es un grupo obtenido por condensación de un óxido de olefina en un radical alquilo y/o isoalquilo de 1 a 20 átomos de carbono, el óxido de olefina comprende de preferencia óxido de etileno y/u óxido de propileno. En una modalidad preferida R es un grupo obtenido por condensación de óxido de etileno y, opcionalmente, óxido de propileno, en un radical alquilo y/o isoalquilo de 1 a 12 átomos de carbono y, especialmente un radical alquilo y/o isoalquilo de 2 a 8 átomos de carbono. Los ejemplos de polioles adecuados, con una funcionalidad de tres o más, incluyen: poliéteres de poliol basados en óxido de etileno y/u óxido de propileno, y donde el iniciador es un triol, tal como glicerina o trimetilolpropano; un tetrol, tal como pentaeritritol; una alcanolamina, tal como trietanolamina, o un hidroxialcano polifuncional, tal como xilitol, arabitol, sorbitol, mannitol y similares. Se puede usar estos polioles tal como son, o pueden contener, en dispersión o parcialmente injertadas en las cadenas del poliol, partículas sólidas, de preferencia poliméricas, que tengan adecuadamente dimensiones inferiores a las 20 mieras. Los polímeros adecuados para este propósito incluyen: poliacrilonitrilo, poliestireno, cloruro de polivinilo, poliurea, mezclas de ellos, sus copolímeros y similares. Se puede preparar estas partículas sólidas por medio de polimerización in situ en el poliol o, cuando se desee, pueden ser preparados separadamente y añadidos posteriormente al poliol. También puede comprender la composición de poliol otros aditivos usados comúnmente en la preparación de productos expandidos de poliuretano, tales como: catalizadores de amina, por ejemplo, trietilendiamina, y/o catalizadores metálicos, tales como octoato estanoso; entrelazadores, reguladores de celdas, estabilizadores contra la termo-oxidación, pigmentos, agentes contra las llamas, etc. Se han dado detalles acerca de la polimerización de poliuretanos en la obra "Saunders & Frisch - Polyurethanes, Chemistry and Technology, Interscience, Nueva York, 1964; y en Polyurethane Handbook, editado por G. Oertel, Hanser Publishers, Munich, Nueva York, 1993. En la producción de espumas viscoelásticas de poliuretano de acuerdo con la invención, el agente de expansión consiste adecuadamente de agua y un agente soplador auxiliar, por ejemplo C02, en forma líquida o gaseosa, y de preferencia consiste de agua. El agua tiene una función crítica, ya que provoca la formación de ligaduras urea, asociadas con el desprendimiento de dióxido de carbono, que provoca el proceso de expansión del polímero de poliuretano, obteniéndose la viscoelasticidad. Se emplea adecuadamente cantidades de agua de 1 a 3 partes en peso, con respecto a 100 partes de componente poliol. En una modalidad preferida, convenientemente la elasticidad de la espuma es inferior al 30 por ciento, y más convenientemente, inferior al 10 por ciento. Adecuadamente, el componente poliol comprende por lo menos algo de un monoalcohol de la fórmula R-OH, tal como se definió en la presente, ya que éste ayuda a proveer menor elasticidad. Es adecuado que el proceso de la invención utilice un índice de isocianato de por lo menos 70 y, de preferencia, de por lo menos 90. A continuación se han dado algunos ejemplos ilustrativos, pero que no imponen limitaciones.

EJEMPLO 1 Se hace reaccionar 42.7 partes en peso de un componente isocianato que tiene la fórmula general (I), y una funcionalidad isocianato de 2.2 (TEDIMON 4420, de Enichem S. p. A.), de acuerdo con la técnica de "alzado libre" con una formulación de poliol que consiste de 95 partes en peso de un poliol de poliéter bifuncional, que tiene un peso molecular promedio igual a 2,000 (TERCAROL VD 2000, de Enichem S. p. A.); 5 partes en peso de poliéter trifuncional, que tiene un peso molecular promedio de 300 (TERCAROL G 310, Enichem S. p. A.); 1.5 partes en peso de agua; 0.7 partes de un agente tensioactivo a base de silicón (TEGOSTAB B 8002 de Goldschmidt); 0.05 partes en peso de amina alifática terciaria (NIAX A-1, Crompton Corporation); 0.23 partes en peso de una solución de dilaurato de dibutil-estaño y 0.5 partes en peso de dietanolamina. El índice de reacción es igual a 100.

Al finalizar la reacción se obtiene una espuma viscoelástica, que tiene una densidad de 65 kg/m3, una deformación permanente por compresión de 2.35 por ciento, y elasticidad de 24 por ciento.

EJEMPLO 2 (COMPARATIVO) Se adopta el mismo procedimiento descrito en el ejemplo 1, excepto por el uso de 39.2 partes de diisocianato de 4,4'-difenil-metano, que tiene una funcionalidad de 2, en lugar de TEDIMON 4420, y 0.25 partes en peso de un catalizador de amina (NIAX A 107 de Witco Corporation). Al finalizar la reacción se obtiene un producto aplastado.

EJEMPLO 3 Se hace reaccionar 43.3 partes en peso de TEDIMON 4420, de acuerdo con la técnica de "alzado libre", con una formulación de poliol que consiste de 93 partes en peso de un poliéter de poliol bifuncional que tiene un peso molecular promedio igual a 2,000 (TERCAROL VD 2000); 7 partes en peso de poliéter trifuncional que tiene un peso molecular promedio de 300 (TERCAROL G 310); 1.5 partes en peso de agua; 0.7 partes de un agente tensioactivo a base de silicón (TEGOSTAB B 8002); 0.3 partes en peso de una solución de dilaurato de dibutil-estaño; 0.05 partes en peso de NIAX A 107 y 0.01 parte en peso de dimetiletanolamina (DABCO DMEA de Air Products). El índice de reacción es igual a 98. Al finalizar la reacción se obtiene una espuma viscoelástica que tiene una densidad de 55 kg/m3, una deformación permanente por compresión de 3.5 por ciento y una elasticidad de 29 por ciento.

EJEMPLO 4 Se hace reaccionar 43.75 partes en peso de TEDIMON 4420, de acuerdo con la técnica de "alzado libre", con una formulación de poliol que consiste de 95 partes en peso de un poliéter de poliol bífuncional, que tiene un peso molecular promedio igual a 2,000 (TERCARON VD 2000); 5 partes en peso de poliéter trifuncional que tiene un peso molecular promedio de 300 (TERCAROL G 310); 1 parte en peso de poliéter de poliol trifuncional que tiene un peso molecular promedio de 4,000 y que contiene un nivel elevado de óxido de etileno (TERCAROL 241 de Enichem S. p. A.), que actúa como abridor de celdas; 1.6 partes en peso de agua; 0.8 parte de un agente tensioactivo de silicón (TEGOSTAB B 8002); 0.23 parte en peso de una solución de dilaurato de dibutil-estaño y 0.5 parte en peso de dimetiletanolamina. El índice de reacción es igual a 100. Al finalizar la reacción se obtiene una espuma viscoelástica que tiene una densidad de 77 kg/m3, una deformación permanente por compresión de 2.70 por ciento y una elasticidad de 28 por ciento.

EJEMPLO 5 (COMPARATIVO) Se hace reaccionar 60.5 partes en peso de TEDIMON 4420, de acuerdo con la técnica de "alzado libre", con una formulación de poliol que consiste de 90 partes en peso de un poliéter de poliol trifuncional, que tiene un peso molecular promedio igual a 6,000 (TERCAROL 427 de Enichem, S. p. A.); 10 partes en peso de poliéter de poliol trifuncional que tiene un peso molecular promedio de 4,000 (TERCAROL 241); 3.1 partes en peso de agua; 3.5 partes en peso de dietanolamina; 0.15 partes en peso de amina alifática terciaria (DABCO 33 LV); 0.6 parte de un agente tensioactivo de silicón (TEGOSTAB B 8636); 0.15 partes de una solución de dilaurato de dibutil-estaño (DABCO T-12 de Air Products). El índice de reacción es igual a 100. Al finalizar la reacción se obtiene una espuma de gran elasticidad, que tiene una densidad de 36 kg/m3, una deformación permanente por compresión de 11.5% y una elasticidad de 51 por ciento.

EJEMPLO 6 Después de premezclar, se alimenta a un molde de forma cúbica 37.6 partes de TEDIMON 4420 y una formulación de poliol que consiste de 90 partes en peso de un poliéter de poliol bifuncional, que tiene un peso molecular promedio igual a 2000 (TERCAROL VD 2000); 10 partes en peso de un poliéter hexafuncional, que tiene un peso molecular promedio de 2700 (GLEDION PS 1504 de Enichem S. p. A.); 1.6 partes en peso de agua; 0.3 partes de un agente tensioactivo a base de silicón (TEGOSTAB B 8002); 0.3 parte en peso de catalizador de amina (NIAX A-1) y 0.6 parte en peso de dietanolamina. El índice de reacción es igual a 95. Al finalizar la reacción se obtiene una espuma viscoelástica que tiene una densidad de 100 kg/m3, una deformación permanente por compresión de 2.1 por ciento, y una elasticidad de 18 por ciento.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un proceso para la preparación de una espuma viscoelástica que tiene una densidad de 50 a 100 kg/m3, caracterizado porque comprende hacer reaccionar: a) un componente isocianato, con una funcionalidad de 2.1 a 2.7, que tiene la fórmula general (I): f _ CH2 — [— F — CH2 — ]n-i— F

I I I NCO NCO NCO en la que F representa un grupo fenilo y n es un entero mayor que o igual a 1 ; b) un componente poliol que comprende: i) de 80 a 100 por ciento, y de preferencia de 85 a 95 por ciento en peso, con base en el componente poliol total, de un poliéter de poliol bifuncional, que tiene un peso molecular promedio de 1,000 a 4,000, de preferencia de 1 ,500 a 3,000; ii) de 0 a 5 por ciento, y de preferencia de 1 a 5 por ciento en peso, con base en el componente poliol total, de un alcohol monofuncional R-OH, donde R está seleccionada de un radical alquilo o isoalquilc de 1 a 20 átomos de carbono, y de preferencia un radical alquilo y/o isoalquilo de 1 a 12 átomos de carbono (en lo sucesivo mencionado aquí como un radical (iso)alquilo), y un grupo obtenido por condensación de un óxido olefínico de 2 a 6 átomos de carbono, en un radical alquilo y/o isoalquilo de 1 a 20 átomos de carbono; iii) de 0 a 20 por ciento, y de preferencia de 5 a 15 por ciento en peso, con base en el componente poliol total, de un poliol que tiene una funcionalidad igual a o mayor que tres, y un peso molecular promedio de 92 a 4,000; y c) agua. 2. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el componente isocianato que tiene la fórmula general (I) es obtenido por fosgenacion de un condensado de formaldehído-anilina y, opcionalmente, diisocianato de 4,4'-difenilmetano; siendo mezclado opcionalmente el isómero 4,4' con su isómero 2,4'.

3. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado además porque el poliéter de poliol bifuncional comprende un poliéter de poliol obtenido a partir de la condensación de un óxido olefínico de 2 a 8 átomos de carbono, en un compuesto (iniciador) que tiene dos átomos de hidrógeno activo.

4. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el poliol que tiene una funcionalidad igual a o mayor que tres, y un peso molecular promedio de 92 a 4,000, está presente a un nivel de 5 a 15 por ciento en peso.

5. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el poliol que tiene una funcionalidad igual a o mayor que tres, comprende un poliéter de poliol, a base de óxido de etileno y/o de óxido de propileno, condensados sobre un triol, un tetrol, una alcanolamina o un hidroxialcano polifuncional.

6. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque está presente el agua a un nivel de 1 a 3 partes en peso, con respecto a 100 partes de componente poliol.

7. - Una espuma viscoelástica de poliuretano, caracterizada porque tiene una densidad de 50 a 100 kg/m3, un valor de deformación permanente por compresión, a 23°C, medido de acuerdo con la regla ISO 1856-80, inferior al 4 por ciento; y una elasticidad menor que 30 por ciento, medida de acuerdo con la regla UNI 6357-68, que se obtiene mediante un proceso como el definido por cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.