Material de carga de núcleo a base de resina epoxídica que desarrolla bajo calor exotérmico.

Una composición curable que comprende:

(i) al menos una resina epoxídica que comprende al menos un resto aromático o un resto cíclico derivable por hidrogenación de un resto aromático y en la que la resina epoxídica no contiene un resto amina aromática,

(ii) un sistema endurecedor epoxídico que comprende:

(a) un anhídrido de ácido carboxílico,

(b) una primera amina con un punto de fusión de aproximadamente 30°C a aproximadamente 100°C y que contiene al menos un grupo amina primaria y

(c) una segunda amina con un punto de fusión de desde aproximadamente 50°C a aproximadamente 180°C y con al menos un grupo amina primaria, en la que la primera y segunda amina se seleccionan de manera que presenten una diferencia de puntos de fusión de al menos 10°C y en la que la primera y segunda amina están contenidas en cantidades minoritarias en peso cuando se compara con el anhídrido de ácido carboxílico;

(iii) una carga capaz de reducir la densidad de la composición curable y, opcionalmente,

(iv) un sistema retardante de llama que incluye una mezcla de:

(a) al menos un compuesto seleccionado del grupo que comprende hidróxidos de metal alcalino-térreo e hidróxidos del grupo del aluminio y

(b) al menos un material que contiene fósforo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/028778.

Solicitante: 3M INNOVATIVE PROPERTIES COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 3M CENTER POST OFFICE BOX 33427 SAINT PAUL, MN 55133-3427 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: ELGIMIABI, SOHAIB.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Policondensados que contienen varios grupos epoxi... > C08G59/50 (Aminas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Policondensados que contienen varios grupos epoxi... > C08G59/42 (Acidos policarboxílicos; Sus anhídridos, haluros o ésteres de bajo peso molecular)

PDF original: ES-2473968_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Material de carga de nïcleo a base de resina epoxïdica que desarrolla bajo calor exotïrmico Campo En general, esta descripciïn se refiere a composiciones de carga curables y curadas a base de resina epoxïdica de un componente. Las composiciones son adecuadas en particular como material de carga para estructuras de nido de abeja, en particular las usadas en aeronaves, embarcaciones y automïviles. Las composiciones de carga curables presentan resistencia al fuego mejorada y desarrollan solamente poco calor exotïrmico durante el curado. Las composiciones curadas muestran una buena resistencia a la compresiïn tambiïn a temperatura elevadas.

Tïcnica anterior

Los vehïculos de transporte, tales como automïviles, embarcaciones y aeronaves, se preparan cada vez mïs usando materiales de poco peso para reducir el consumo de combustible. Para conseguir este fin se emplean estructuras de nido de abeja para reemplazar estructuras sïlidas con mïs y mïs frecuencia. El tamaïo de las celdas vacïas en una estructura de nido de abeja influye en las propiedades mecïnicas de la estructura. Cuanto mayor el tamaïo mayor la reducciïn de peso pero mayor puede ser la pïrdida de resistencia mecïnica. Las celdas vacïas en estructuras de nido de abeja pueden oscilar tïpicamente de 5 mm hasta 10 cm en al menos una o las tres dimensiones. Se desea emplear estructuras de nido de abeja con celdas vacïas mïs grandes y encontrar soluciones para contrarrestar la potencial pïrdida de resistencia mecïnica. Una propuesta es rellenar parcialmente o completamente algunas o todas las celdas vacïas de la estructura de nido de abeja con materiales de carga. Las composiciones a base de resina epoxïdica se pueden usar para este fin.

En la Patente de EE.UU. Nï 6.635.202 para Bugg y Hayes, se describe un polvo espumante de manera tïrmica que se puede usar como carga en paneles nido de abeja. El polvo espumante de manera tïrmica contiene Araldite GY260 (una resina epoxïdica de bisfenol A) , diciandiamida, clorotolurïn, 3, 3'-dimetil-4, 4-diamin-diciclohexilmetano, Expancel 551 DU (microesferas no expandidas) y Cabosil TS720. El precursor pulverulento se obtiene por la mezcla de los compuestos de partida a temperaturas por debajo de la temperatura de comienzo del compuesto epoxïdico y por debajo de la temperatura donde tiene lugar la expansiïn de las microesferas termoplïsticas no expandidas. Con los polvos se rellena una estructura de nido de abeja y se calienta expandiïndose, formando espuma y curïndose de ese modo el polvo. Los polvos de US'202 no se pueden usar fïcilmente en geometrïas de uniïn vertical, que limita su aplicabilidad.

Por otra parte, cuando se usan resinas epoxïdicas curables como cargas del nïcleo la reacciïn de curado es tïpicamente exotïrmica. En general, esto no es un problema en aplicaciones clïsicas de formulaciones de resinas epoxïdicas curables, donde las resinas epoxïdicas se usan para unir componentes. En dichas aplicaciones se aplican tïpicamente composiciones de resinas epoxïdicas curables como capas delgadas entre los sustratos que se tienen que juntar y unir. Sin embargo, la reacciïn exotïrmica puede llegar a ser apreciable cuando se curan capas gruesas de resinas epoxïdicas, como puede ser el caso cuando se usan resinas epoxïdicas curables como materiales de carga, por ejemplo, en estructuras de nido de abeja. Debido al tamaïo comparativamente grande de las celdas, las composiciones de resinas epoxïdicas puede que se tengan que aplicar en un espesor mayor que 30 o incluso mayor que 50 mm. El calor generado por la reacciïn de curado exotïrmica de cantidades sustanciales de resinas epoxïdicas puede daïar de manera tïrmica la composiciïn de resina epoxïdica y afectar a sus propiedades mecïnicas. Tambiïn puede afectar a la estructura de nido de abeja o a los componentes unidos a la estructura de nido de abeja. Por lo tanto, hay una necesidad de proporcionar composiciones de resinas epoxïdicas curables que desarrollen poco calor exotïrmico durante la reacciïn de curado.

En la solicitud de patente internacional WO 2006/071820 se describe una composiciïn de carga de base epoxïdica. La patente internacional WO 2006/071820 enseïa a evitar endurecedores a base de aminas para superar la generaciïn exotïrmica de calor en el curado de la composiciïn epoxïdica.

Ademïs de superar el problema de generaciïn de calor, tambiïn se desean composiciones de carga curables que se puedan curar para proporcionar composiciones con buena resistencia a la compresiïn no sïlo a temperatura ambiente sino tambiïn a temperatura elevadas, tales como por ejemplo 135ïC o incluso a 150ïC.

Ademïs, las composiciones de carga curables son deseablemente pastas que se pueden extruir para permitir la aplicaciïn fïcil a estructuras de nido de abeja.

Finalmente, se desea que las composiciones de carga curables presenten ademïs de las propiedades mencionadas anteriormente una buena vida ïtil a temperatura ambiente.

Sumario En lo que sigue se proporciona una composiciïn curable que comprende:

(i) al menos una resina epoxïdica que comprende al menos un resto aromïtico o un resto cïclico derivable por

hidrogenaciïn de un resto aromïtico y en la que la resina epoxïdica no contiene un resto amina aromïtica,

(ii) un sistema endurecedor epoxïdico que comprende:

(a) un anhïdrido de ïcido carboxïlico,

(b) una primera amina con un punto de fusiïn de aproximadamente 30ïC a aproximadamente 100ïC y que contiene al menos un grupo amina primaria y

(c) una segunda amina con un punto de fusiïn de desde aproximadamente 50ïC a aproximadamente 180ïC y con al menos un grupo amina primaria, en la que la primera y segunda amina se seleccionan de manera que presenten una diferencia en puntos de fusiïn de al menos 10ïC y en la que la primera y segunda amina estïn contenidas en cantidades minoritarias en peso cuando se compara con el anhïdrido de ïcido carboxïlico;

(iii) una carga capaz de reducir la densidad de la composiciïn curable.

Tambiïn se proporciona una composiciïn curada que comprende:

(i) el producto de reacciïn de una resina epoxïdica y un sistema endurecedor epoxïdico, donde la resina epoxïdica comprende al menos un resto aromïtico o un resto cïclico derivable por hidrogenaciïn de un resto aromïtico y en la que la resina epoxïdica no contiene un resto amina aromïtica y en la que el sistema endurecedor epoxïdico comprende:

(a) un anhïdrido de ïcido carboxïlico,

(b) una primera amina con un punto de fusiïn de aproximadamente 30ïC a aproximadamente 100ïC y que contiene al menos un grupo amina primaria y

(c) una segunda amina con un punto de fusiïn de desde aproximadamente 50ïC a aproximadamente 180ïC y con al menos un grupo amina primaria, en la que la primera y segunda amina se seleccionan de manera que presenten una diferencia de puntos de fusiïn de al menos 10ïC y en la que la primera y segunda amina estïn contenidas en cantidades minoritarias en peso cuando se compara con el anhïdrido de ïcido carboxïlico

y en la que la composiciïn comprende ademïs:

(ii) una carga capaz de reducir la densidad de la composiciïn curable y, opcionalmente,

(iii) un sistema retardante de llama que incluye una mezcla de:

(a) al menos un compuesto seleccionado del grupo que comprende hidrïxidos de metal alcalino-tïrreo e hidrïxidos del grupo del aluminio y

(b) al menos un material que contiene fïsforo.

En un aspecto mïs se proporciona un procedimiento para rellenar celdas de una estructura de nido de abeja que comprende aplicar una composiciïn curable como anteriormente a la estructura de nido de abeja y curar la composiciïn.

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Reivindicaciones:

1. Una composiciïn curable que comprende:

(i) al menos una resina epoxïdica que comprende al menos un resto aromïtico o un resto cïclico derivable por hidrogenaciïn de un resto aromïtico y en la que la resina epoxïdica no contiene un resto amina aromïtica,

(ii) un sistema endurecedor epoxïdico que comprende:

(a) un anhïdrido de ïcido carboxïlico,

(b) una primera amina con un punto de fusiïn de aproximadamente 30ïC a aproximadamente 100ïC y que contiene al menos un grupo amina primaria y

(c) una segunda amina con un punto de fusiïn de desde aproximadamente 50ïC a aproximadamente 180ïC y

con al menos un grupo amina primaria, en la que la primera y segunda amina se seleccionan de manera que presenten una diferencia de puntos de fusiïn de al menos 10ïC y en la que la primera y segunda amina estïn contenidas en cantidades minoritarias en peso cuando se compara con el anhïdrido de ïcido carboxïlico;

(iii) una carga capaz de reducir la densidad de la composiciïn curable y, opcionalmente,

(iv) un sistema retardante de llama que incluye una mezcla de:

(a) al menos un compuesto seleccionado del grupo que comprende hidrïxidos de metal alcalino-tïrreo e hidrïxidos del grupo del aluminio y

(b) al menos un material que contiene fïsforo.

2. La composiciïn curable segïn la reivindicaciïn 1, con una velocidad de extrusiïn inicial de desde aproximadamente 50 g/min a aproximadamente 300 g/min cuando se extruye a una temperatura de 25ïC y una 20 presiïn de 500 kPa (5 bar) durante 60 segundos por una abertura circular con un diïmetro de 6, 35 mm.

3. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, con una velocidad de extrusiïn inicial de desde aproximadamente 50 g/min a aproximadamente 300 g/min y una velocidad de extrusiïn de desde aproximadamente 50 g/min a aproximadamente 300 g/min 3 dïas y 5 dïas despuïs de preparaciïn cuando se estï extruyendo a una temperatura de 25ïC y una presiïn de 50 kPa (5 bar) durante 60 segundos por una abertura circular con un diïmetro de 6, 35 mm.

4. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes con un exotermicidad menor que 60ïC.

5. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes con una exotermicidad menor

que 60ïC; una resistencia a la compresiïn despuïs de curado de al menos 60 MPa a 23ïC, de al menos 35 MPa a 30 135ïC y de al menos 20 MPa a 150ïC.

6. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el epïxido orgïnico estï esencialmente exento de halïgeno.

7. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la resina epoxïdica

contiene unidades repetidas procedentes de fenoles monohïdricos, dihïdricos o trihïdricos que pueden ser no 35 sustituidos o alquil-sustituidos y comprende ademïs restos glicidil ïter.

8. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la resina epoxïdica es una resina novolaca.

9. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la carga capaz de reducir el peso de la composiciïn comprende partïculas huecas inorgïnicas.

10. La composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que contiene 10 a 70% en peso de la resina epoxïdica, 1 a 55% en peso del sistema endurecedor epoxïdico, 10 a 60% en peso de la carga capaz de reducir el peso de la composiciïn y, si hay, 5 a 50% en peso del sistema retardante de llama, en la que los porcentajes en peso estïn basados en la cantidad total de la composiciïn y la cantidad total de porcentajes en peso proporciona el 100%.

11. Una composiciïn curada que comprende:

(i) el producto de reacciïn de una resina epoxïdica y un sistema endurecedor epoxïdico, donde la resina epoxïdica comprende al menos un resto aromïtico o un resto cïclico derivable por hidrogenaciïn de un resto aromïtico y en la que la resina epoxïdica no contiene un resto amina aromïtica y en la que el sistema endurecedor epoxïdico comprende:

(a) un anhïdrido de ïcido carboxïlico,

(b) una primera amina con un punto de fusiïn de aproximadamente 30ïC a aproximadamente 100ïC y que contiene al menos un grupo amina primaria y

(c) una segunda amina con un punto de fusiïn de desde aproximadamente 50ïC a aproximadamente 180ïC y

con al menos un grupo amina primaria, en la que la primera y segunda amina se seleccionan de manera que presenten una diferencia de puntos de fusiïn de al menos 10ïC y en la que la primera y segunda amina estïn contenidas en cantidades minoritarias en peso cuando se compara con el anhïdrido de ïcido carboxïlico y en la que la composiciïn comprende ademïs:

(ii) una carga capaz de reducir la densidad de la composiciïn curable y, opcionalmente, 10 (iii) un sistema retardante de llama que incluye una mezcla de:

(a) al menos un compuesto seleccionado del grupo que comprende hidrïxidos de metal alcalino-tïrreo e hidrïxidos del grupo del aluminio y

(b) al menos un material que contiene fïsforo.

12. La composiciïn segïn la reivindicaciïn 11, con una resistencia a la compresiïn de al menos 60 MPa a 23ïC, de 15 al menos 35 MPa a 135ïC y de al menos 20 MPa a 150ïC.

13. La composiciïn segïn la reivindicaciïn 11 ï 12 con una densidad menor que 0, 9 g/cm3.

14. Un procedimiento para rellenar celdas de una estructura de nido de abeja que comprende: aplicar una composiciïn curable segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 a la estructura de nido de

abeja, 20 curar la composiciïn.

15. Uso de la composiciïn segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para rellenar celdas de una estructura de nido de abeja.