Procedimiento para fabricar una espuma de poliuretano y espuma de poliuretano que puede obtenerse a partir del mismo.

Procedimiento para fabricar una espuma de poliuretano, que comprende las etapas:

- proporcionar una mezcla en un cabezal mezclador

, comprendiendo la mezcla:

A) un componente reactivo frente a isocianatos;

B) un componente de tensioactivo;

C) un componente de agente expansor seleccionado del grupo que comprende alcanos C1 a C6 lineales, ramificados o cíclicos, fluoroalcanos C1 a C6 lineales, ramificados o cíclicos, N2, O2, argón y/o CO2, encontrándose el componente de agente expansor C) en estado supercrítico o próximo a crítico;

D) un componente de poliisocianato;

- descargar la mezcla que comprende los componentes A), B), C) y D) del cabezal mezclador, reduciéndose en la descarga de la mezcla la presión imperante en la mezcla hasta presión atmosférica,

en el que tras el mezclado de los componentes A), B), C) y D) impera una presión de ≥ 8.000 kPa a ≤ 15.000 kPa, en el que la proporción del componente de agente expansor C) en la mezcla de reacción que comprende los componentes A), B), C) y D) asciende a de ≥ 3 % en peso a ≤ 60 % en peso,

en el que la temperatura se encuentra entre ≥ 20 ºC y ≤ 80 ºC y

en el que en la mezcla que comprende los componentes A), B) y C), la proporción en peso relativa γ del componente de tensioactivo B) en la composición total asciende a de ≥ 0,05 a ≤ 0,3.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/066738.

Solicitante: Bayer Intellectual Property GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ALFRED-NOBEL-STRASSE 10 40789 MONHEIM ALEMANIA.

Inventor/es: FRIEDERICHS, WOLFGANG, LINDNER,STEFAN, KHAZOVA,ELENA, STREY,REINHARD, SOTTMANN,THOMAS, KRAMER,LORENZ, DAHL,VERENA, CHALBI,AGNES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Productos poliméricos de isocianatos o isotiocianatos > C08G18/66 (Compuestos de los grupos C08G 18/42, C08G 18/48, ó C08G 18/52)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Productos poliméricos de isocianatos o isotiocianatos > C08G18/42 (Policondensados que tienen grupos éster carboxílico o carbónico en la cadena principal)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > Producción de sustancias macromoleculares para producir... > C08J9/12 (por un agente de soplado físico)

PDF original: ES-2535146_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para fabricar una espuma de poliuretano y espuma de poliuretano que puede obtenerse a partir del mismo

La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una espuma de poliuretano. Otro objeto de la invención es una espuma de poliuretano que puede obtenerse según el procedimiento según la invención. Particularmente pueden presentar tales espumas una distribución de tamaño de célula bimodal.

Las espumas poliméricas nanocelulares o nanoporosas son materiales especialmente buenos para el aislamiento térmico debido a consideraciones teóricas. A este respecto, las dimensiones internas de las estructuras de espuma se encuentran en el intervalo del recorrido libre medio de una molécula gaseosa. De esta manera puede reducirse la proporción de los gases en el transporte térmico. Un grupo pollméhco usado con frecuencia en el aislamiento térmico son los poliuretanos.

En la fabricación de espumas de poliuretano se hace reaccionar un componente de pollol, en el que está contenido también un agente expansor, con un ¡soclanato. Mediante la reacción de ¡soclanato con agua se produce dióxido de carbono que actúa también como agente expansor.

La etapa decisiva para la formación de espuma y con ello para la extensión celular posterior de la espuma endurecida es la nucleaclón del agente expansor, dado que cada célula en la espuma está formada por una burbuja de gas. A este respecto ha de observarse que por regla general tras la nucleaclón no se producen nuevas burbujas de gas, sino que el agente expansor se difunde hacia el Interior en las burbujas de gas ya existentes.

La adición de estabilizadores respalda la emulsión de los distintos componentes, influye en la nucleación e impide la coalescencla de las burbujas de gas que crecen. Además, éstos Influyen en la apertura celular. En caso de espumas de célula abierta se abren las membranas de los poros que crecen y perduran las partes planas entre orificios de los poros.

Un posible enfoque es emulsionar un agente expansor supercrltlco en la mezcla de reacción y entonces endurecer la espuma tras una reducción de la presión. Como variante de esto se conoce el procedimiento POSME (principie of supercritical micro emulsión expansión, principio de expansión de microemulsión supercrítica). En éste, el agente expansor se encuentra en forma de una microemulsión. Las microemulsiones se forman en determinadas condiciones que entre otras cosas dependen de la concentración de los emulsionantes y de la temperatura. Las microemulsiones se caracterizan por que son estables y por que la fase no polar, o sea en este caso el agente expansor, puede encontrarse en gotas muy pequeñas dentro de la fase polar. Los diámetros de tales gotas pueden encontrarse en un intervalo de 1 a 1 nanómetros.

El documento DE 12 6 815 A1 da a conocer un material espumado y un procedimiento de fabricación para el material espumado. El material espumado debe generarse con burbujas de espuma en nanodlmensión, sin que deba superarse la barrera de energía que se produce habltualmente en caso de transiciones de fase y procesos de formación de germen. Unido a ello se encuentra el objetivo de generar un material espumado de manera que puede controlarse, que tiene una densidad proporcional de burbujas de espuma entre 112 y 118 por cm3 así como un diámetro promedio de las burbujas de espuma entre 1 nm y 1 pm. La base es la dispersión de un segundo fluido en forma de combinaciones en una matriz de un primer fluido. En un espacio de reacción se encuentra el primer fluido como matriz y el segundo fluido en combinaciones. Mediante la modificación de la presión y/o la temperatura se transfiere el segundo fluido a un estado supercrftlco o próximo a crítico con una densidad próxima a líquido. Por consiguiente, el segundo fluido se encuentra completamente o casi completamente en combinaciones que están distribuidas uniformemente en todo el primer fluido. Mediante la descompresión, el segundo fluido vuelve a un estado de densidad gaseosa, hinchándose las combinaciones para dar burbujas de espuma en dimensión nanométrica. No debe superarse ninguna barrera de energía, aún deben difundirse las moléculas de agente expansor hacia las burbujas que crecen.

Como primer fluido se propone en este caso generalmente una sustancia polimerizable. Sin embargo se mencionan expresamente sólo acrilamida, que se pollmerlza para dar pollacrllamlda, y melamlna, que se pollmeriza para dar resina de melamina. El segundo fluido debería seleccionarse de un grupo de sustancias de hidrocarburos tales como metano o etano, además alcanoles, hidrocarburos fluoroclorados o CO2. Además se usa un material anfifílico que debería presentar al menos un bloque Inclinado hacia el primer fluido y al menos un bloque Inclinado hacia el segundo fluido.

El documento US 24/5422 da a conocer la fabricación de espumas de poliuretano partiendo de un componente de poliol que contiene tensioactivos, introduciéndose dióxido de carbono en condiciones supercrfticas en el pollol. Como poliisocianato se usa PMDI.

El documento EP 353 61 publica la fabricación de espumas de poliuretano partiendo de un poliol saturado con CO2 en condiciones supercrítlcas.

Con respecto a las espumas de poliuretano, el documento WO 27/9478 A1 da a conocer una composición de resina con un poliol, un tensioactivo etoxilado/propoxilado iniciado con un compuesto de cadena corta así como un hidrocarburo como agente expansor. Mediante el tensioactivo etoxilado/propoxilado se eleva la solubilidad y/o compatibilidad del agente expansor de hidrocarburo y se mejora la estabilidad de fases de la composición de resina. La composición de resina es adecuada para la reacción con isocianatos orgánicos polifuncionales para la fabricación de espumas de poliuretano y poliisocianurato celulares.

Los tensioactivos se obtienen mediante la reacción de óxido de etileno y óxido de propileno con un iniciador del grupo de compuestos con un átomo de hidrógeno activo con óxido de alquileno y un grupo de hidrocarburo alifático o alicíclico Ci a Ce, compuestos con un átomo de hidrógeno activo con óxido de alquileno y un grupo de hidrocarburo arilo o alquiladlo C6 a Cío o combinaciones de los mismos. El iniciador se selecciona preferentemente del grupo de los alcoholes alifáticos o alicíclicos Ci a C6, fenol, alquilfenoles Ci a C4 y sus combinaciones.

Como ejemplo se menciona tensioactivo de óxido de propileno/óxido de etileno iniciado por butanol. Alternativamente, el tensioactivo puede comprender también un aducto de triglicérido alcoxilado o un derivado etoxilado de un áster de sorbitano. El agente expansor puede ser un hidrocarburo alifático C4 a C7, hidrocarburo cicloalifático C4 a C7 o una combinación de los mismos. Como ejemplo se mencionan pentanos.

En los ejemplos mencionados no se da a conocer, sin embargo, ninguna composición de poliol en la que se encuentra el agente expansor en forma de una microemulsión mediante la elección del tensioactivo.

En el documento US 25/1319 A1 se tratan entre otras cosas tensioactivos de siloxano especiales. Se da a conocer en este caso un procedimiento para la fabricación de espumas duras de poliuretano mediante la reacción de un poliisocianato y un poliol en presencia de un catalizador de uretanización, de un agente expansor, opcionalmente agua y de un tensioactivo de silicona. Los agentes expansores usados son hidrocarburos C4 o C5 o sus mezclas. Los agentes expansores tienen un peso molecular promedio de < 72 g/mol y un punto de ebullición en el intervalo de 27,8 °C a 5 °C. El tensioactivo de silicona comprende un copolimero de poliéter-polisiloxano que se representa mediante la siguiente fórmula general: (CH3)3-Si--(Si(CH3)2-)x-(Si(CH3)(R))y-Si(CH3)3, en la que... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para fabricar una espuma de poliuretano, que comprende las etapas:

- proporcionar una mezcla en un cabezal mezclador, comprendiendo la mezcla:

A) un componente reactivo frente a isocianatos;

B) un componente de tensioactivo;

C) un componente de agente expansor seleccionado del grupo que comprende aléanos Ci a C6 lineales, ramificados o cíclicos, fluoroalcanos Ci a C6 lineales, ramificados o cíclicos, N2, O2, argón y/o CO2, encontrándose el componente de agente expansor C) en estado supercrítico o próximo a crítico;

D) un componente de poliisocianato;

- descargar la mezcla que comprende los componentes A), B), C) y D) del cabezal mezclador, reduciéndose en la descarga de la mezcla la presión imperante en la mezcla hasta presión atmosférica,

en el que tras el mezclado de los componentes A), B), C) y D) impera una presión de > 8. kPa a < 15. kPa, en el que la proporción del componente de agente expansor C) en la mezcla de reacción que comprende los componentes A), B), C) y D) asciende a de > 3 % en peso a < 6 % en peso, en el que la temperatura se encuentra entre > 2 °C y < 8 °C y

en el que en la mezcla que comprende los componentes A), B) y C), la proporción en peso relativa y del componente de tensioactivo B) en la composición total asciende a de > ,5 a < ,3.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en el cabezal mezclador están dispuestos medios para aumentar la resistencia al flujo en la descarga de la mezcla que comprende los componentes A), B), C) y D).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el componente A) comprende un poliésterpoliol con un índice de hidroxilo de > 2 mg de KOH/g a < 6 mg de KOH/g y un poliol de cadena corta con un índice de hidroxilo de > 8 mg de KOH/g.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el componente de tensioactivo B) comprende un poli(óxido de etilenoj-poliéter con grupos terminales oligodimetllsiloxano, siendo el número de las unidades de dimetilsiloxano < 5.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el componente de tensioactivo presenta un valor HLB de > 1 a < 18.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el componente de tensioactivo B) se encuentra unido covalentemente a un compuesto reactivo frente a isocianatos o a un poliisocianato.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el componente de poliisocianato D) comprende difenilmetan- 4,4-diisoc¡anato monomérico y/o polimérico.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los componentes A), B), C) y D) se encuentran en las siguientes cantidades:

A) de > 25 % en peso a < 35 % en peso

B) de > 4 % en peso a < 15 % en peso

C) de > 5 % en peso a < 4 % en peso

D) de > 3 % en peso a < 6 % en peso.

9. Espuma de poliuretano que puede obtenerse mediante un procedimiento según la reivindicación 1.

1. Espuma de poliuretano según la reivindicación 9, que se encuentra como espuma con un diámetro de poro promedio de > 1 nm a < 1 nm.

11. Espuma de poliuretano según la reivindicación 1 con distribución de tamaño de célula blmodal, en la que un máximo de la distribución de tamaño de célula se encuentra en el intervalo de > 1 nm a < 5 nm y otro máximo de la distribución de tamaño de célula se encuentra en el Intervalo de > 1 pm a < 5 pm.

12. Espuma de poliuretano según la reivindicación 1 con una densidad de poro de > 19 poros/cm3 a < 118 poros/cm3

13. Espuma de poliuretano según la reivindicación 1 con una conductividad térmica de > 6 mW/m K a < 3 mW/m

K.