Procedimiento de fabricación de espuma de poliuretano con propiedades antimicrobianas y espuma de poliuretano así obtenida.

Procedimiento de fabricación de espuma de poliuretano con propiedades antimicrobianas y espuma de poliuretano obtenida.

Que comprende: preparar una dispersión de nanopartículas de plata disolviendo un agente estabilizante en un agente reductor de la plata; preparando una disolución de un precursor de la plata en un agente reductor; añadiendo la disolución de dicho precursor sobre la disolución de dicho agente estabilizante; y mezclando ambas disoluciones para dar una dispersión de plata metálica; y a continuación, añadir al sistema poliol una cantidad de dispersión, agitar el conjunto; añadir al sistema poliisocianato la mezcla anterior con agitación; y verter la mezcla en el molde para el curado de la espuma a temperatura y presión ambiente. También se refiere a la espuma así obtenida para utilizar en medicina, farmacia, cosmética, textil, purificación de aguas u otros sectores que emplean espumas flexibles de poliuretano, en especial el sector descanso, colchonería y almohadas, y tapizado.

Procedimiento de fabricación de espuma de poliuretano con propiedades antimicrobianas y espuma de poliuretano así obtenida.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de espuma flexible de poliuretano donde el producto acabado presenta propiedades antimicrobianas debido a la presencia de nanopartículas de plata en su matriz.

La presente invención proporciona un procedimiento de fabricación de espuma flexible de poliuretano donde las nanopartículas de plata son sintetizadas in situ y adicionadas en unas condiciones tal que la espuma de poliuretano obtenida presenta excelentes propiedades antimicrobianas a bajo coste.

Antecedentes de la invención

La espuma flexible de poliuretano es uno de los materiales más versátiles que existen. Es un polímero celular flexible y resistente, permeable al paso del aire y con mejores propiedades de amortiguamiento que cualquier otro producto sintético o natural.

El poliuretano es un polímero que se obtiene mediante la reacción de condensación entre un poliisocianato y un poliol tipo éster o éter. Estos dos reactivos, junto con los aditivos y catalizadores adecuados, son agitados vigorosamente para dar una estructura polimérica celular: OH-R-OH + OCN-R'-NCO - -(-CONH-R'-NHCO-ORO-)n -

Los isocianatos son compuestos que poseen el grupo R-N=C=0 en su estructura, los cuales reaccionan con compuestos que contengan hidrógenos activos, como pueden ser, entre otros, polioles, alcoholes, agua, extendedores de cadena, aminas, ácidos, etc. Los isocianatos más empleados en la síntesis de espumas flexibles de poliuretano, aunque no los únicos, son TDI y MDI, cuya estructura química son, respectivamente:

Otros isocianatos comúnmente usados en este tipo de síntesis son los isocianatos alifáticos como HDI, IPDI, HDMI, usados normalmente en forma de isocianatos modificados.

Los polioles comprenden una amplia variedad de compuestos que contienen grupos hidroxilos (- OH). Dentro de los polioles se incluyen los poliésteres y los poliéteres. Generalmente, ambos poseen alto peso molecular con grupos OH terminales. Para la formulación de espumas flexibles de poliuretano suelen emplearse aquellos que poseen larga cadena o alto peso molecular, y baja funcionalidad (2-3).

La fórmula general de los poliéteres es la siguiente:

H0-CHR-CH2-(0-CHR-CH2-)n

Dentro de los poliéteres, los más utilizados son el polietilenglicol (R:H) y el polipropilenglicol (R:CH3), también llamados óxido de polietileno (PEO) y óxido de propileno (PPO)

CH

NCO

respectivamente.

La fórmula general de los poliésteres es:

H O- R-0-(-C0- R' -CO-O- R-0-) n- H

Más del 90% de los polioles que se usan en la síntesis de los poliuretanos son poliéteres con grupos OH terminales.

En la formulación del poliuretano es importante tener en cuenta y controlar la relación de materias primas empleadas (relación polioUsocianato). Para hallar la relación óptima a emplear se determina el peso equivalente de los reactivos que intervienen, así como el contenido en grupos reactivos (-OH y -NCO) de cada uno de ellos. Normalmente, se emplea un índice de isocianato, Ix (relación entre la cantidad de poliisocianato realmente utilizada en la formulación y la estequiométricamente necesaria para reacción con los hidrógenos activos presentes) en el rango de 0,9 a 1,4.

Además, en la formulación de las espumas flexibles de poliuretano es necesaria la incorporación de aditivos y catalizadores que favorezcan la reacción y la conduzcan hacia la vía de reacción deseada. Los aditivos comúnmente empleados son aminas terciarias, catalizadores organometálicos, inhibidores, agentes espumantes, surfactantes, siliconas, plastificantes, cargas, colorantes y pigmentos, retardantes de llama, etc.

Los pasos generales a seguir para la obtención de la espuma flexible de poliuretano son:

En primer lugar, se formula un sistema A o primer sistema que contiene el reactivo poliol tipo áster o éter junto con la totalidad de los aditivos necesarios en la reacción, mediante agitación mecánica vigorosa. A continuación, se añade la cantidad necesaria de un sistema B o segundo sistema que comprende un poliisocianato y se agita la mezcla durante un tiempo inferior al tiempo de crema del sistema, que es el tiempo que tarda la mezcla hasta que empieza a expandirse. Por último, se procede a verter la mezcla en el molde de trabajo y se le permite crecer libremente, dejando luego el tiempo necesario para el curado completo de la espuma, momento en el cual puede desmoldearse para obtener el producto acabado.

Una de las limitaciones que presentan las espumas flexibles de poliuretano es que, debido a su estructura propia, es un material propenso a la acumulación de bacterias y microorganismo, hecho que provoca su degradación y afecta a la salud del usuario final del producto elaborado con dicha espuma.

Existe una amplia diversidad de agentes antimicrobianos empleados en las espumas flexibles de poliuretano para proporcionar la propiedad antibacteriana deseada. Dichos agentes antimicrobianos suelen ser reactivos químicos que en mayor o menor grado, afectan a la reacción de espumación del poliuretano, o son tóxicos para el ser humano. Además, otros agentes antimicrobianos que han sido estudiados son productos naturales, como aloe vera, que con el paso del tiempo migra a la superficie del material, influyendo este hecho en las propiedades de la espuma, y perdiéndose así las propiedades antibacterianas del material.

La plata coloidal es muy eficaz frente a un amplio rango de bacterias (Gram positivas y Gram negativas), hongos y levaduras. La acción de la plata metálica consiste en inhibir las enzimas implicadas en el proceso respiratorio celular de los microorganismos, provocando así su muerte.

La solicitud de patente US 2004/007595, "Antimicrobial polyurethane foam" (2004), describe una

espuma con propiedades antimicrobianas en la que el agente antimicrobiano es Alpha San RC5000, de Milliken Corporation, un compuesto basado en plata iónica, presente en una concentración del 0,12 al 2,00 %.

Existen otras divulgaciones como, por ejemplo, la patente americana US 4.664.662 que describe un procedimiento para la obtención de una espuma flexible donde puede incorporarse una sal de plata (sulfadiazina de plata) como agente antibacteriano durante la fabricación de la espuma o bien puede incorporarse sumergiendo la espuma en una solución que contenga el agente antibacteriano.

También la patente americana US 4.937.273 describe un procedimiento para la fabricación de una espuma flexible de poliuretano con propiedades antibacterianas. En dicha patente se describe el problema de la durabilidad del efecto antibacteriano de las espumas impregnadas con agentes antibacterianos y postula que la difusión del agente antibacteriano a través de las celdas abiertas de la espuma es la responsable de la baja durabilidad del efecto antimicrobiano. Para solucionar dicho problema propone una espuma en la que el agente antibacteriano se incorpora en forma de iones soportados en una zeolita. El agente antibacteriano se añade en forma de polvo con un tamaño de diámetro de partícula comprendido entre 0,1 y 1 p,m.

La solicitud de patente americana US 2011/0200674 A1, "Antimicrobial foam and method of manufacture", describe un proceso de obtención de una espuma flexible antimicrobiana mediante la incorporación de nanopartículas de plata, donde la espuma es de celda abierta o cerrada aunque es preferible de celda abierta.

Sin embargo, en dicha solicitud de patente americana las nanopartículas empleadas son un producto comercial llamado Smart Silver, obtenido de NanoHorizons. Este producto es una dispersión que contiene nanopartículas de plata en dipropilenglicol y el rango de concentración de nanopartículas de plata en la espuma es de 0,20 - 0,01 % sobre el peso total de la espuma. Según se describe en dicha solicitud, la plata metálica (Ag0) se oxida por efecto de la humedad a plata iónica (Ag+) y es la plata iónica la que actúa como agente antimicrobiano en la espuma obtenida.

En dicha solicitud no se describe la obtención de la dispersión que contiene las nanopartículas de plata, ni se especifican las propiedades físicas, térmicas ni mecánicas de la espuma obtenida (densidad, dureza, módulo elástico), ni las aplicaciones de la misma.

Por lo tanto, no existe todavía en el estado de la técnica un procedimiento de fabricación de espuma flexible de poliuretano con propiedades antimicrobianas capaz de solventar los inconvenientes detectados hasta el momento.

Descripción de la invención

Con el procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de espuma de poliuretano que comprende preparar un primer sistema que comprende un poliol tipo éster o éter, preparar un segundo sistema que comprende un poliisocianato, mezclar y agitar ambos sistemas y, finalmente, verter la mezcla preparada en un molde para el curado de la espuma de poliuretano y, proceder al desmoldeo,

caracterizado por el hecho de que además comprende:

i) preparar una dispersión de nanopartículas de plata, donde dicha dispersión presenta una concentración de nanopartículas de plata comprendida entre 0,5 y 10%, preferiblemente comprendida entre el 2 y el 4% en peso con respecto al peso total de la dispersión, y donde dicha dispersión se prepara de acuerdo con las siguientes etapas:

a) disolver un agente estabilizante en un agente reductor de la plata a una relación agente reductor:agente estabilizante comprendida entre 6:1 y 2:1 partes en peso;

b) preparar una disolución de un precursor de la plata en un agente reductor de la plata a una relación precursor:agente reductor comprendida entre 4:1 y 2:1 partes en peso;

c) añadir la disolución de dicho precursor sobre la disolución de dicho agente estabilizante; y

d) mezclar ambas disoluciones, permitiendo dicha mezcla la reacción de reducción de la plata iónica a plata metálica para dar una dispersión de nanopartículas de plata en forma metálica (Ag°);

ii) añadir a dicho primer sistema preparado previamente una cantidad de dicha dispersión de nanopartículas de plata comprendida entre 0,005 y 4% en peso con respecto al peso de dicho primer sistema, y agitar el conjunto;

iii) manteniendo la agitación, añadir dicho segundo sistema preparado previamente a la mezcla preparada en la etapa ii) y continuar con la agitación hasta un tiempo inferior al tiempo de crema del conjunto;

finalmente, verter la mezcla resultante de la etapa iii) en el molde para el curado de la espuma de poliuretano con propiedades antibacterianas y, proceder al desmoldeo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa i)-d) dicha mezcla se lleva a cabo bajo agitación ultrasónica.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, donde después de la etapa i)-a) se calienta la disolución del agente estabilizante y el agente reductor hasta una temperatura comprendida entre 100 y 180°C, preferiblemente comprendida entre 120 y 140°C, y se mantiene la temperatura hasta completar la reacción de reducción de la etapa i)-d).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa i)-a)-b) dicho agente reductor de la plata es un poliol o una mezcla de polioles.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, donde dicho poliol se selecciona entre etilenglicol, polipropilenglicol, butilenglicol, propanodiol, butanodiol o glicerol.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa i)-a) dicho agente estabilizante es polivinilpirrolidona (PVP).

7. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa i)-b) dicho precursor de la plata

es nitrato de plata.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa i)-c) dicha disolución de dicho precursor se añade lentamente sobre dicha disolución de dicho agente estabilizante.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa i)-a) dicha relación agente reductor:agente estabilizante está comprendida entre 3:1 y 2,5:1 partes en peso.

10. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa i)-b) dicha relación 10 precursor:agente reductor está comprendida entre 3:1 y 2,5:1 partes en peso;

11. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa ii) se añade una cantidad de dispersión de nanopartículas de plata comprendida entre 0,01% y 0,5% en peso con respecto al peso de dicho primer sistema.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa ii) dicho primer sistema comprende un poliol tipo éster o éter y por lo menos un aditivo.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, donde dicho poliol es un poliéter con grupos OH 20 terminales.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, donde en dicha etapa iii) dicho primer sistema comprende un poliol tipo éster o éter y por lo menos un aditivo.

15. Espuma flexible de poliuretano con propiedades antibacterianas obtenida de acuerdo con el

procedimiento definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para su empleo en medicina, farmacia, cosmética, industria textil o purificación de aguas, sector descanso y tapizado.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

ESPAÑA

N.° solicitud:

Fecha de presentación de la solicitud: 27.12.2012 Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

(5) int. ci.: Ver Hoja Adicional

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