Espuma viscoelástica de poliuretano.

Composición de polioléter para la preparación de espumas de poliuretano,

que comprende:

(a) un polioléter con una funcionalidad hidroxilo de 2, un índice de OH en un intervalo de 50 a 65 mg de KOH/g y un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo del 40 al 80 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, qu 5 e presenta un contenido de OP en una cantidad del 45 al 55 % en peso y un contenido de OE en una cantidad del 40 al 55 % en peso;

(b) una dispersión de un polímero en un polioléter, encontrándose el índice de OH de la dispersión en un intervalo de 10 a 30 mg de KOH/g y presentando el polioléter una funcionalidad hidroxilo de 3, un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo del 70 al 90 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, un contenido de OP en una cantidad del 70 al 90 % en peso y un contenido de OE en una cantidad del 10 al 30 % en peso;

(c) un polioléter con una funcionalidad hidroxilo de 3, un índice de OH en un intervalo de 220 a 290 mg de KOH/g y un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo de al menos el 90 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, que presenta un contenido de OP en una cantidad de hasta el 2 % en peso y un contenido de OE en una cantidad de al menos el 75 % en peso;

(d) un polioléter con una funcionalidad hidroxilo de 2, un índice de OH en un intervalo de 50 a 70 mg de KOH/g y un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo del 0 al 3 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, que presenta un contenido de OP en una cantidad de al menos el 95 % en peso y un contenido de OE en una cantidad de hasta el 3 % en peso;

Espuma viscoelástica de poliuretano La presente invención se refiere a composiciones de polioléter, a un procedimiento para la preparación de espumas viscoelásticas de poliuretano usando dichas composiciones de polioléter, así como a los correspondientes materiales de espuma viscoelástica preparados y a su uso.

Las espumas viscoelásticas se caracterizan por una recuperación lenta, gradual, después de realizar una compresión. Tales materiales son bien conocidos en el estado de la técnica y son muy apreciados por sus propiedades de absorción de energía. Los materiales de espuma viscoelástica se encuentran en numerosos campos de aplicación para acolchados (como por ejemplo en almohadas, fundas de asientos, colchones, etc.) , como materiales amortiguadores del sonido y/o de vibraciones o también como protección contra choques.

Entre los materiales de espuma viscoelástica, la mayor importancia la tienen seguramente los de poliuretano. Por una parte, esto se fundamenta en que se pueden ajustar con gran precisión las propiedades físicas de la espuma de poliuretano que se va a obtener eligiendo los componentes poliol o isocianato que se van a usar y, dado el caso, otros coadyuvantes, pero también por otra parte porque pueden fabricarse, mediante la preparación "in situ" (dado el caso, en el lugar) , materiales de espuma de casi cualquier, y de muy complejas, forma y estructura.

Para la preparación de poliuretanos se juntan entre sí habitualmente dos o más corrientes de líquido. La mezcla de dichas corrientes de líquido inicia la polimerización y, dado el caso, la espumación del material que se va a polimerizar. La polimerización y el moldeado se realizan frecuentemente en una etapa, típicamente moldeando o pulverizando la mezcla de reacción, que se encuentra aún en estado líquido. Además, también se fabrican poliuretanos, frecuentemente en forma de bloques, los cuales a continuación se trocean adecuadamente con la forma deseada.

En el caso de las corrientes de líquido mencionadas anteriormente, se trata, en la mayor parte de los casos, por una parte, de componente isocianato orgánico polifuncional (que también frecuentemente se denomina "componente A") y, por otra parte, de monómeros o resinas polifuncionales, que presentan una reactividad adecuada frente a isocianatos y, dado el caso, pueden contener otros coadyuvantes. Esta mezcla, que a menudo se denomina "componente B", comprende típicamente, en gran parte, uno o varios componentes poliol.

Ahora bien, para obtener una espuma de poliuretano de composición determinada, las corrientes de líquido descritas anteriormente se dosifican de forma adecuada antes de su mezcla. A este respecto, una espumación se logra, normalmente, añadiendo agua al componente B, la cual reacciona con el poliisocianato del componente A formando una amina y liberando CO2 que, por otra parte, actúa como gas de expansión. Alternativa o adicionalmente al uso de agua, también se usan frecuentemente compuestos orgánicos inertes fluidos o gases inertes.

La mayor parte de las espumas de poliuretano convencionales representan copolímeros de bloque, los cuales presentan intervalos separados espacialmente de diferentes fases con temperaturas de transición vítrea (TG) altas o bajas. La temperatura de transición vítrea separa, a este respecto, el intervalo elástico de energía, quebradizo, situado por debajo de la misma (= intervalo vítreo) del intervalo elástico de entropía, flexible, situado por encima de la misma (intervalo elástico) . Estas temperaturas de transición vítrea altas y bajas de diferentes fases dentro del polímero limitan, normalmente, el intervalo de temperatura, dentro del cual se puede usar el material mencionado. Los espectros DMA ("análisis mecánico dinámico") de dichos materiales se muestran, habitualmente, a través de un intervalo relativamente plano ("meseta") entre las diferentes transiciones vítreas.

La fase de temperatura de transición vítrea reducida en estos materiales se deriva, habitualmente (aunque no siempre) , de un "bloque" de temperatura de transición vítrea reducida, el cual se premoldea y a continuación se somete ya a polimerización. La fase de temperatura de transición vítrea alta se forma, por contra, normalmente sólo durante la polimerización, debido a que entonces se realiza la formación de las unidades de uretano. El bloque de temperatura de transición vítrea baja (a menudo llamado también "bloque flexible") se deriva, habitualmente, de un líquido o de una resina oligomérica de temperatura de fusión baja, la cual contiene numerosos grupos reactivos frente a unidades de isocianato. Polioléteres y poliolésteres son ejemplos de dichas resinas oligoméricas.

En poliuretanos convencionales, las fases duras (temperatura de transición vítrea alta) y blandas (temperatura de transición vítrea baja) se disponen conjuntamente durante la polimerización y se separan, a continuación, espontáneamente una de otra, para formar fases morfológicamente diferentes entre sí dentro del "polímero masivo". En el caso de dichos materiales se habla también correspondientemente de materiales "de fases separadas".

Los poliuretanos viscoelásticos representan en el presente contexto, en cierto sentido, un caso especial, en los cuales, en particular, la separación de fases descrita anteriormente sólo aparece de forma imperfecta o no aparece en absoluto.

De una "viscoelasticidad estructural" semejante, en el caso de espumas de poliuretano con (principalmente) celdas abiertas, debe distinguirse una viscoelasticidad semejante, que es atribuible a un efecto neumático. En el último caso se encuentran, en particular, celdas casi cerradas dentro del material de espuma, es decir, celdas con sólo un orificio pequeño. A través de un tamaño pequeño de los orificios fluye el aire después de una compresión de nuevo sólo lentamente, lo que tiene como consecuencia un retraso en la recuperación. Ejemplos de tales espumas viscoelásticas basadas en un efecto neumático son los productos disponibles comercialmente Cosypur® y Elastoflex® de la empresa Elastogran GmbH.

Para la síntesis de espumas de poliuretano con viscoelasticidad estructural se han descrito ya muchos procedimientos en el estado de la técnica, cuya característica común, por lo general, es el uso de una composición especial de polioléter junto con un componente isocianato de elección más o menos libre.

Tales polioléteres son habitualmente, a este respecto, el producto de polimerización de epóxidos, como óxido de etileno (EO) , óxido de propileno (PO) , óxido de butileno, óxido de estireno o epiclorhidrina consigo mismo o mediante combinaciones de estos epóxidos, dado el caso en mezcla o sucesivamente, con componentes iniciadores con átomos de hidrógeno reactivos, como agua, alcoholes, amoniaco o aminas. "Moléculas iniciadoras" de este tipo presentan regularmente, a este respecto, una funcionalidad de 1 a 6. En función del transcurso del procedimiento, puede tratarse en el caso de estos polioléteres de homopolímeros, copolímeros de bloque, copolímeros "aleatorios", polímeros "de extremos protegidos" o de polímeros que están "emboquillados" con una mezcla de diferentes epóxidos. Para clasificar con exactitud tales polioléteres, se han propuesto en el estado de la técnica diferentes parámetros:

i.) la funcionalidad hidroxilo, que depende de la molécula inicial dura, con la que se sintetiza de forma organizada el polioléter;

ii.) el índice de hidroxilo o índice OH, que es una medida del contenido en grupos hidroxilo y se da en mg de KOH/g;

iii.) en el uso de epóxidos, cuyo orificio anular tiene como consecuencia la formación de diferentes grupos hidroxilos (es decir primarios o secundarios) , se dan, por una parte, los datos del porcentaje de los epóxidos correspondientes en el polioléter, pero también por otra parte los datos del porcentaje de grupos hidroxilo primarios o secundarios con relación a la cantidad total de los grupos hidroxilo presentes en el polioléter;

iv.) la masa molecular (Mn o Mw) , que es una medida de la longitud de la cadena de polioxialquilos de los polioléteres.

Las magnitudes mencionadas anteriormente pueden, a este respecto, relacionarse entre sí mediante la ecuaciónsiguiente: 56.100 = Índice de OH • (Mw/funcionalidad hidroxilo) .

El documento WO 01/32736 A1 describe una composición de polioléter para la preparación de espumas viscoelásticas de poliuretano que comprende los componentes siguientes:

1. Composición de polioléter para la preparación de espumas de poliuretano, que comprende:

(a) un polioléter con una funcionalidad hidroxilo de 2, un índice de OH en un intervalo de 50 a 65 mg de KOH/g y un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo del 40 al 80 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, que presenta un contenido de OP en una cantidad del 45 al 55 % en peso y un contenido de OE en una cantidad del 40 al 55 % en peso;

(b) una dispersión de un polímero en un polioléter, encontrándose el índice de OH de la dispersión en un intervalo de 10 a 30 mg de KOH/g y presentando el polioléter una funcionalidad hidroxilo de 3, un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo del 70 al 90 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, un contenido de OP en una cantidad del 70 al 90 % en peso y un contenido de OE en una cantidad del 10 al 30 % en peso;

(c) un polioléter con una funcionalidad hidroxilo de 3, un índice de OH en un intervalo de 220 a 290 mg de KOH/g y un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo de al menos el 90 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, que presenta un contenido de OP en una cantidad de hasta el 2 % en peso y un contenido de OE en una cantidad de al menos el 75 % en peso;

(d) un polioléter con una funcionalidad hidroxilo de 2, un índice de OH en un intervalo de 50 a 70 mg de KOH/g y un porcentaje de grupos hidroxilo primarios en un intervalo del 0 al 3 % con relación a la cantidad total de grupos hidroxilo primarios y secundarios, que presenta un contenido de OP en una cantidad de al menos el 95 % en peso y un contenido de OE en una cantidad de hasta el 3 % en peso;

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque el porcentaje del componente (a) en la composición de polioléter se encuentra en una cantidad del 40 al 60 % en peso.

3. Composición según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el porcentaje del componente (b) en la composición de polioléter se encuentra en una cantidad del 10 al 30 % en peso.

4. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el porcentaje del componente (c) en la composición de polioléter se encuentra en una cantidad del 5 al 20 % en peso.

5. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el porcentaje del componente (d) en la composición de polioléter se encuentra en una cantidad del 10 al 30 % en peso.

6. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el polímero dispersado en el componente (b) es un polímero de estireno y acrilonitrilo.

7. Composición según la reivindicación 6, caracterizada porque el porcentaje de acrilonitrilo en el polímero de estireno y acrilonitrilo se encuentra en una cantidad del 30 al 40 % en peso.

8. Composición según una de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizada porque el porcentaje del polioléter en la dispersión se encuentra en una cantidad del 50 al 65 % en peso.

9. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el porcentaje de grupos hidroxilo primarios en el componente (a) se encuentra en una cantidad del 50 al 70 % con respecto al número total de grupos hidroxilo primarios y secundarios.

10. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el polioléter del componente (a) deriva de propilenglicol como molécula iniciadora.

11. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el polioléter del componente (b) deriva de glicerina como molécula iniciadora.

12. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el polioléter del componente (c) deriva de trimetilolpropano como molécula iniciadora.

13. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque el polioléter del componente (d) deriva de propilenglicol como molécula iniciadora.

14. Procedimiento para la preparación de una espuma viscoelástica, caracterizado porque se hace reaccionar

A) un componente poliisocianato B) una composición de polioléter según una de las reivindicaciones 1 a 13, C) dado el caso agua, uno o varios catalizadores con la adición de, dado el caso, otros coadyuvantes, cargas y/o agentes expansores.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque la cantidad de componente poliisocianato se elige de modo que el índice de isocianato se encuentre en un intervalo de 70 a 110, preferentemente en un intervalo de 80 a 100.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 ó 15, caracterizado porque se usa un componente poliisocianato obtenido mediante prepolimerización.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque se usa una composición de polioléter según una de las reivindicaciones 1 a 13 en la prepolimerización.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque como componente 10 poliisocianato se usa MDI con un contenido de monómeros en una cantidad del 75 al 85 % en peso.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque se usa un componente poliisocianato cuyo porcentaje de isómero 2, 4' de MDI en el porcentaje de monómeros se encuentra en una cantidad del 8 al 35 % en peso, preferentemente en una cantidad del 15 al 25 % en peso.

20. Espuma viscoelástica obtenida según una de las reivindicaciones 14 a 19. 15 21. Cuerpo moldeado que comprende la espuma viscoelástica según la reivindicación 20.

22. Placa de espuma viscoelástica según la reivindicación 20.

23. Uso de un cuerpo moldeado según la reivindicación 21 en colchones, almohadas, fundas de asientos, suelas de zapatos, tapones para los oídos, ropas protectoras, equipos de protección o aislantes de sonido.

24. Uso de placas (cortadas) de espuma según la reivindicación 22 en colchones, almohadas, fundas de asientos, 20 suelas de zapatos, tapones para los oídos, ropas protectoras, equipos de protección o aislantes de sonido.