Espuma de poliuretano flexible.

Método para producir una espuma de poliuretano flexible a partir de una mezcla de prepolímero e ingredientes espumógenos,

donde el prepolímero se produce sometiendo a reacción al menos un poliol con al menos un isocianato multifuncional, siendo el prepolímero un prepolímero de poliol no espumado con una viscosidad inferior a 20.000 mPa·s, medida con un viscosímetro Brookfield a una temperatura de 25º C, que tiene grupos OH disponibles, producido sometiendo a reacción una proporción de entre el 0, 1% y el 30% en peso de la cantidad teórica del isocianato necesario para la reacción con todos los grupos hidroxilo disponibles del poliol, comprendiendo los ingredientes espumógenos al menos un isocianato multifuncional y agua.

Espuma de poliuretano flexible.

La presente invención se refiere a una espuma de poliuretano (PU) flexible.

En la técnica se conocen métodos para la producción de espumas de poliuretano flexibles (espumas de PU flexibles) , que se describen por ejemplo en las páginas 170 -235 de Plastics Manual, Tomo 7, Polyurethanes, Becker/Braun, 2ª edición, publicado por la editorial Carl Hanser.

Tradicionalmente, la espuma de PU flexible se puede producir sometiendo a reacción un poliol con un isocianato multifuncional de modo que los grupos NCO y OH forman enlaces uretano por una reacción de adición, espumándose el poliuretano con dióxido de carbono producido in situ mediante la reacción de isocianato con agua.

Este proceso convencional se puede llevar a cabo en forma del llamado "proceso en una sola operación", donde el poliol, el isocianato y el agua se mezclan entre sí de modo que el poliuretano se forma y se espuma en el mismo paso.

No obstante, también se conoce un procedimiento consistente en utilizar un proceso en dos pasos, donde, en un primer paso, se somete a reacción el poliol con isocianato para obtener el denominado "prepolímero" y, en un segundo paso, éste se espuma mediante la reacción del isocianato y agua para producir dióxido de carbono.

El documento GB 870119 y el documento GB 929371 ambos describen la reacción de un poliol con diisocianato de tolueno (TDI) para obtener un prepolímero viscoso, el cual a continuación se mezcla con agua y catalizadores para producir una espuma.

Sin embargo, estas publicaciones anteriores describen prepolímeros que están preparados con una cantidad suficiente de TDI como para reaccionar con todos los grupos OH del poliol disponibles, con lo que el prepolímero resultante está terminado en NCO; se trata del llamado "prepolímero de isocianato", que no tiene grupos OH disponibles. Los grupos NCO del prepolímero están disponibles para su reacción con agua, con lo que se puede producir espuma de PU sin necesidad de añadir más isocianato.

En la producción de materiales de PU también se conocen los llamados "prepolímeros de poliol". Tal como se describe en la página 76 de "Polyurethane Handbook", editado por el Dr. Günter Oertel, Editorial Hanser, un prepolímero de poliol es un aducto oligomérico obtenido mediante conversión de poliéterpolioles y poliésterpolioles por reacción con un defecto estequiométrico de isocianato para que queden grupos hidroxilo residuales. De acuerdo con dicha descripción, estos prepolímeros son polioles modificados con uretano que tienen viscosidades mayores que los polioles no modificados y se utilizan en el campo de las lacas, pinturas, revestimientos y selladores. Por ejemplo, se pueden producir revestimientos duros activados térmicamente (revestimientos secados al horno) a partir de prepolímeros de poliol con poliisocianatos enmascarados o bloqueados. El campo de aplicación es diferente del campo de la espuma de PU flexible al que se refiere la presente invención.

En el campo de la espuma de PU flexible es sabido que la hidrólisis provoca el envejecimiento, en particular el ablandamiento, de la espuma. En diversas aplicaciones esto no es deseable, ya que altera las características del material utilizado.

Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una espuma de PU flexible que presente una mejora considerable de resistencia a la hidrólisis.

Por consiguiente y de acuerdo con la presente invención se proporciona un método para producir una espuma de PU a partir de una mezcla de prepolímero e ingredientes espumógenos según la reivindicación 1. También se proporciona un método para producir una espuma de PU a partir de una mezcla de prepolímero e ingredientes espumógenos según la reivindicación 3.

Se ha comprobado que con estos métodos se puede producir una espuma de PU con una resistencia sorprendente al envejecimiento por hidrólisis.

Tal como se ha mencionado más arriba, es conocido el uso de un prepolímero de poliol para producir, por ejemplo, revestimientos duros secados al horno, y resulta sorprendente que éste se pueda utilizar para producir una espuma de PU flexible con propiedades ventajosas.

Al contrario que el sistema dado a conocer en las publicaciones anteriores arriba mencionadas, que describen la producción de una espuma utilizando un prepolímero terminado en isocianato, la presente invención emplea un prepolímero de isocianato/poliol que presenta grupos OH disponibles y que, en consecuencia, requiere la adición de más isocianato para producir la espuma de PU, comprobándose que esto permite obtener espumas con una resistencia sorprendente a la hidrólisis.

Sin que ello implique ninguna limitación a cualquier mecanismo para esta resistencia a la hidrólisis, se cree que el uso del prepolímero da como resultado una espuma de PU que presenta enlaces urea, menos accesibles para ser atacados por el agua.

La reacción del isocianato con el poliol produce enlaces uretano mediante una reacción de adición.

I. R-NCO + HO-R' -R-NH-CO-O-R'

El isocianato reacciona con el agua produciendo una amina y dióxido de carbono.

II. R-NCO + H2O -RNHCOOH -RNH2 + CO2

La amina reacciona con el isocianato produciendo enlaces urea.

III. R-NCO + RNH2 -R-NH-CO-NH-R

Los enlaces urea se hidrolizan gradualmente produciendo una amina y dióxido de carbono.

IV. R-NH-CO-NH-R + H2O -2RNH2 + CO2

La interacción del NCO, el OH, el H2O producirá cadenas de PU que incorporan enlaces urea como consecuencia del desarrollo simultáneo de las reacciones I, II, III arriba mostradas.

La espuma de PU flexible tiene típicamente una estructura segmentada formada por cadenas de poliol largas y flexibles unidas por segmentos duros aromáticos de poliuretano y poliurea con enlaces de hidrógeno entre los grupos polares, tales como NH, y los grupos carbonilo de los enlaces urea y uretano.

El agua puede atacar la estructura hidrolizando los enlaces urea para provocar el desdoblamiento, es decir, la división de las cadenas de acuerdo con la reacción IV, y también penetrando en la estructura para modificar los enlaces de hidrógeno, lo que provoca un deslizamiento de cadenas dentro de la estructura, causando una modificación las propiedades físicas de la espuma, en particular su ablandamiento.

Se cree que el uso de un prepolímero en el que parte de la reacción de isocianato/poliol ya ha tenido lugar antes de la formación de espuma puede reducir al mínimo la formación de los enlaces urea, ya que se produce una red de cadenas de PU esencialmente sin que haya ocasión de que se formen enlaces urea por la reacción isocianato/agua.

También se cree que los enlaces urea que se forman durante el proceso de formación de espuma, cuando el isocianato reacciona tanto con agua como con los grupos OH disponibles, tienen a incorporarse bien, con una mejor ‘organización', dentro de la red de cadenas de PU, por lo que están menos accesibles para ser atacados por el agua. Una explicación posible es que los grupos PU sirven como semilla para la formación de urea y de este modo producen un sistema más organizado o heterogéneo donde el agua no puede penetrar tan fácilmente para hidrolizar los enlaces urea y provocar un desdoblamiento o para modificar los enlaces de hidrógeno y provocar un deslizamiento, tal como se describe más arriba. Un incremento del contenido en isocianato del prepolímero puede aumentar el nivel de organización, pero, como se describe más abajo, un incremento del contenido en isocianato provoca un aumento de la viscosidad del prepolímero y puede cambiar las características físicas y químicas de la espuma.

Cuando la espuma de PU se produce sometiendo a reacción conjuntamente un isocianato, un poliol y agua en el llamado "proceso en una sola operación" o sometiendo a reacción un prepolímero terminado en isocianato con agua, los enlaces urea se pueden incorporar en un sistema de dos fases más ‘desorganizado', por lo que es más susceptible a una ‘reorganización' de la red de cadenas de PU mediante hidrólisis o deslizamiento de cadena. Esta ‘reorganización' conduce a un ablandamiento o a la pérdida de dureza.

Con la invención, el prepolímero puede ser un material estable al almacenamiento producido mediante reacción del isocianato y el poliol total o... [Seguir leyendo]

1. Método para producir una espuma de poliuretano flexible a partir de una mezcla de prepolímero e ingredientes espumógenos, donde el prepolímero se produce sometiendo a reacción al menos un poliol con al menos un isocianato multifuncional, siendo el prepolímero un prepolímero de poliol no espumado con una viscosidad inferior a 20.000 mPa·s, medida con un viscosímetro Brookfield a una temperatura de 25º C, que tiene grupos OH disponibles, producido sometiendo a reacción una proporción de entre el 0, 1% y el 30% en peso de la cantidad teórica del isocianato necesario para la reacción con todos los grupos hidroxilo disponibles del poliol, comprendiendo los ingredientes espumógenos al menos un isocianato multifuncional y agua.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el poliol es, al menos predominantemente, un 10 poliéterpoliol derivado de óxido de propileno (PO) .

3. Método para producir espuma de poliuretano flexible a partir de una mezcla de prepolímero e ingredientes espumógenos, donde el prepolímero se produce sometiendo a reacción al menos un poliol con al menos un isocianato multifuncional, siendo el prepolímero un prepolímero de poliol no espumado con una viscosidad de 7.000-50.000 mPa·s, medida con un viscosímetro Brookfield a una temperatura de 25º C, que tiene grupos OH

disponibles, producido sometiendo a reacción una proporción entre el 30% y el 99% en peso de la cantidad teórica del isocianato necesario para la reacción con todos los grupos hidroxilo disponibles del poliol, comprendiendo los ingredientes espumógenos al menos un isocianato multifuncional y agua.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque el poliol es, al menos predominantemente, un poliéterpoliol derivado de óxido de propileno (PO) .

5. Método según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado porque el prepolímero es un prepolímero de poliol no espumado que tiene una viscosidad de 15.000-35.000 mPa·s y que tiene grupos OH disponibles, producido sometiendo a reacción una proporción entre el 30% y el 50% en peso de la cantidad teórica del isocianato necesario para la reacción con todos los grupos hidroxilo disponibles del poliol.