Artículos de poliuretano y poli(ureauretano) resistentes a impacto y procedimientos de fabricación de los mismos.

Un material de poliuretano que comprende una primera porción de partículas cristalinas que tienen autoorientacióny que están unidas entre sí para fijar su orientación a lo largo de una primera dirección cristalográfica yuna segunda porción de partículas cristalinas que tienen auto-orientación y que están unidas entre sí para fijar suorientación a lo largo de una segunda dirección cristalográfica,

siendo la primera dirección cristalográfica diferentede la segunda dirección cristalográfica, comprendiendo dichas partículas cristalinas más del 30% del volumen totaldel material de poliuretano, en el que el poliuretano es un producto de reacción de componentes que comprende:

(a) aproximadamente 1 equivalente de al menos un poliisocianato;

(b) de 0,3 a 1 equivalentes de al menos un poliol ramificado que tiene de 4 a 18 átomos de carbono y al menos3 grupos hidroxilo;

(c) de 0,01 a 0,3 equivalentes de al menos un policarbonato diol; y

(d) de 0,1 a 0,9 equivalentes de al menos un diol que tiene de 2 a 18 átomos de carbono y que esquímicamente diferente del policarbonato diol,

en el que los componentes del producto de reacción están esencialmente libres de poliéter poliol;

y en el que los componentes de reacción se mantienen a una temperatura de al menos 100 ºC durante al menos 10minutos.

Artículos de poliuretano y poli (ureauretano) resistentes a impacto y procedimientos de fabricación de los mismos La presente invención se refiere a poliuretanos y poli (ureauretanos) preparados a partir de polioles ramificados, poliisocianatos ramificados y/o trímeros de poliisocianato, a artículos y revestimientos preparados a partir de los mismos, y a procedimientos de fabricación de los mismos.

Un número de materiales poliméricos orgánicos, por ejemplo plásticos tales como policarbonatos y acrílicos, se han desarrollado como alternativas y sustitutos para el vidrio en aplicaciones tales como lentes ópticas, fibras ópticas, ventanas y elementos transparentes para automoción, náutica y aviación. Por ejemplo, en acristalamientos para aeronaves tanto policarbonatos, tales como LEXAN®, como acrílicos, han gozado de gran aceptación. Estos materiales poliméricos pueden proporcionar ventajas con relación al vidrio, incluyendo resistencia a hacerse añicos o a la penetración, un peso más ligero para una aplicación dada, flexibilidad, facilidad de moldeo y capacidad de tinción. Desafortunadamente, hay algunas graves desventajas asociadas tanto con los policarbonatos como con los acrílicos. Los policarbonatos se arañan fácilmente y, si se exponen directamente a la luz del sol y entornos agresivos, enseguida es difícil ver a través de ellos. Los acrílicos, aunque no se arañan tan fácilmente como los policarbonatos, no tienen las propiedades físicas de los policarbonatos, tales como temperatura de deformación térmica y resistencia al impacto. Algunos policarbonatos con resistencia a “gran impacto” pueden tener una resistencia al impacto inconsistente que puede degradarse con el tiempo, una mala resistencia a la propagación de grietas (factor K) , una mala calidad óptica, una mala resistencia a los disolventes y una mala resistencia a las condiciones atmosféricas. Incluso aunque los policarbonatos puedan presentar una buena resistencia al impacto cuando se impacta contra ellos a bajas velocidades, a altas velocidades de impacto, mayores de aproximadamente 1100 pies/s (335, 3 m/s) , tales como las existentes en aplicaciones balísticas, una bala de 9 mm (125 granos) disparada desde aproximadamente 20 pies (6, 1 m) a una velocidad de aproximadamente 1350 pies/s (411 m/s) puede pasar fácilmente a través de un plástico de policarbonato de 1 pulgada (2, 5 cm) de espesor.

También, los policarbonatos típicamente son extruidos, lo que puede producir distorsiones ópticas en el extruido en la dirección de extrusión. Para aplicaciones ópticas tales como cubiertas de cabina de aviones de combate, los policarbonatos típicamente deben experimentar una etapa de procesamiento adicional para retirar las distorsiones, que puede aumentar el coste. También, algunos policarbonatos son birrefringentes, lo que también puede provocar distorsiones ópticas. Por ejemplo, el número de Abbe de LEXAN es 34. Valores de Abbe mayores indican una mejor agudeza visual y una menor aberración cromática.

Por lo tanto, hay una necesidad en la técnica de desarrollar polímeros útiles para producir artículos que tengan una buena calidad óptica, alta resistencia al impacto, alta firmeza al impacto, alto factor K, buena resistencia balística, buena resistencia a los disolventes y buena resistencia a las condiciones atmosféricas. La capacidad de fabricar artículos por colada o moldeo por reactiva-inyección en lugar de por extrusión también es deseable.

Grupo F

En algunas realizaciones no limitantes, la presente invención proporciona poliuretanos que comprenden un producto de reacción de componentes que comprende:

(a) aproximadamente 1 equivalente de al menos un poliisocianato;

(b) de 0, 3 a 1 equivalentes de al menos un poliol ramificado que tiene de 4 a 18 átomos de carbono y al menos 3 grupos hidroxilo;

(c) de 0, 01 a 0, 3 equivalentes de al menos un policarbonato diol; y

(d) de 0, 1 a 0, 9 equivalentes de al menos un diol que tiene de 2 a 18 átomos de carbono,

en el que los componentes del producto de reacción están esencialmente libres de poliéter poliol y en el que los componentes de reacción se mantienen a una temperatura de al menos 100 ºC durante al menos 10 minutos.

En algunas realizaciones no limitantes, la presente invención proporciona procedimientos de preparación de poliuretano que comprenden la etapa de hacer reaccionar en un procedimiento en una sola etapa componentes, que comprende:

(a) aproximadamente 1 equivalente de al menos un poliisocianato;

(b) de 0, 3 a 1 equivalentes de al menos un poliol ramificado que tiene de 4 a 18 átomos de carbono y al menos 3 grupos hidroxilo;

(c) de 0, 01 a 0, 3 equivalentes de al menos un policarbonato diol; y

(d) de 0, 1 a 0, 9 equivalentes de al menos un diol que tiene de 2 a 18 átomos de carbono,

en el que los componentes del producto de reacción están esencialmente libres de poliéter poliol y en el que los componentes de reacción se mantienen a una temperatura de al menos 100 ºC durante al menos 10 minutos.

En otras realizaciones no limitantes, la presente invención proporciona procedimientos de preparación de poliuretano que comprende las etapas de:

(a) hacer reaccionar al menos un poliisocianato y al menos un poliol ramificado que tiene de 4 a 18 átomos de carbono y al menos 3 grupos hidroxilo para formar un prepolímero de poliuretano; y

(b) hacer reaccionar el prepolímero de poliuretano con al menos un policarbonato diol y al menos un diol que tiene de 2 a 18 átomos de carbono para formar el poliuretano

en el que los componentes del producto de reacción están esencialmente libres de poliéter poliol.

En algunas realizaciones no limitantes, la presente invención proporciona materiales de poliuretano que comprenden una primera porción de partículas cristalinas que tienen auto-orientación y que están unidas entre sí para fijar su orientación a lo largo de una primera dirección cristalográfica y una segunda porción de partículas cristalinas que tienen auto-orientación y que están unidas entre sí para fijar su orientación a lo largo de una segunda dirección cristalográfica, siendo la primera dirección cristalográfica diferente de la segunda dirección cristalográfica, comprendiendo dichas partículas cristalinas al menos aproximadamente un 30% del volumen total del material de poliuretano.

La presente invención también proporciona composiciones curadas, artículos, laminados y procedimientos de fabricación y uso de los mismos que comprenden los poliuretanos y poli (ureauretanos) anteriores.

Breve descripción de los dibujos El sumario anterior, así como la siguiente descripción detallada, se entenderán mejor cuando se lean junto con los dibujos adjuntos. En los dibujos:

La Fig. 19 es una fotografía de una vista en alzado frontal de una muestra de ensayo de la Formulación 93. El Ejemplo A es una fotografía de una vista en alzado frontal de una muestra de ensayo de balas de 9 mm disparadas desde 20 pies (6, 1 m) a una velocidad de 1350 pies/s (411, 5 m/s) ;

La Fig. 20 es una fotografía de una vista en perspectiva de una muestra de ensayo de la Formulación 94. El Ejemplo A después de disparar contra la muestra con una bala de 9 mm disparada desde 20 pies (6, 1 m) a una velocidad inicial de 1350 pies/s (411, 5 m/s) ;

La Fig. 21 es una vista en alzado lateral de la muestra mostrada en la Fig. 20;

La Fig. 22 es una vista en alzado frontal de una porción de un material compuesto de acuerdo con la presente invención después de disparar contra la muestra con cuatro balas de 7, 62 x 39 mm que tienen un núcleo de acero disparadas desde un rifle AK-47 desde una distancia de 30 yardas (27, 4 m) a una velocidad inicial de 2700 pies/s (823 m/s) ;

La Fig. 23 es una vista en perspectiva trasera de la muestra de la Fig. 22.

Como se usa en el presente documento, los términos espaciales o direccionales, tales como “interno”, “izquierda”, “derecha”, “arriba”, “abajo”, “horizontal”, “vertical” y similares, se refieren a la invención tal cual está descrita en el presente documento. Sin embargo, debe entenderse que la invención puede asumir diversas orientaciones alternativas y, por consiguiente, tales términos no deben considerarse como limitantes. Para los fines de la presente memoria descriptiva, a menos que se indique otra cosa, todos los números que expresan cantidades de ingredientes,... [Seguir leyendo]

1. Un material de poliuretano que comprende una primera porción de partículas cristalinas que tienen autoorientación y que están unidas entre sí para fijar su orientación a lo largo de una primera dirección cristalográfica y una segunda porción de partículas cristalinas que tienen auto-orientación y que están unidas entre sí para fijar su orientación a lo largo de una segunda dirección cristalográfica, siendo la primera dirección cristalográfica diferente de la segunda dirección cristalográfica, comprendiendo dichas partículas cristalinas más del 30% del volumen total del material de poliuretano, en el que el poliuretano es un producto de reacción de componentes que comprende:

(a) aproximadamente 1 equivalente de al menos un poliisocianato;

(b) de 0, 3 a 1 equivalentes de al menos un poliol ramificado que tiene de 4 a 18 átomos de carbono y al menos 3 grupos hidroxilo;

(c) de 0, 01 a 0, 3 equivalentes de al menos un policarbonato diol; y

(d) de 0, 1 a 0, 9 equivalentes de al menos un diol que tiene de 2 a 18 átomos de carbono y que es químicamente diferente del policarbonato diol,

en el que los componentes del producto de reacción están esencialmente libres de poliéter poliol;

y en el que los componentes de reacción se mantienen a una temperatura de al menos 100 ºC durante al menos 10 minutos.

2. El material de poliuretano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera porción de las partículas cristalinas está alineada en dos dimensiones.

3. El material de poliuretano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera porción de las partículas cristalinas tiene una morfología seleccionada entre el grupo que consiste en plaquetas triangulares, plaquetas cuadradas, plaquetas rectangulares, plaquetas hexagonales, tetraedro, cubo, octaedro y mezclas de los mismos.

4. El material de poliuretano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las partículas cristalinas comprenden más de aproximadamente el 40% del volumen total del material.

5. El material de poliuretano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material de poliuretano ha sido envejecido durante al menos 2 meses después de su formación.

6. El material de poliuretano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material de poliuretano ha sido envejecido durante al menos 7 meses después de su formación.

7. El material de poliuretano de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material de poliuretano ha sido calentado a una temperatura de 90 ºC a 145 ºC durante de 1 a 24 horas después de su formación.

8. Un artículo que comprende el material de poliuretano de la reivindicación 1.

9. El artículo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el artículo es un artículo moldeado.

10. El artículo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el artículo está seleccionado entre el grupo que consiste en elementos transparentes, artículos ópticos, artículos fotocrómicos, artículos con resistencia balística, y vidriados.

11. Un laminado que comprende;

(a) al menos una capa del material de poliuretano de la reivindicación 1; y

(b) al menos una capa de un sustrato seleccionado entre el grupo que consiste en papel, vidrio, material cerámico, madera, mampostería, tejido, metal o material polimérico orgánico y combinaciones de los mismos.

12. Una composición de revestimiento que comprende el material de poliuretano de la reivindicación 1.

13. Uso de un material de poliuretano para producir un artículo, preferentemente un artículo de acuerdo con las reivindicaciones 9 o 10, o un laminado de acuerdo con la reivindicación 11, o una composición de revestimiento de acuerdo con la reivindicación 12.