Poliuretanos resistentes al impacto.

Poliuretano que comprende el producto de reacción de:

a) un prepolímero preparado haciendo reaccionar un exceso estequiométrico de un poliisocianato alifático con un poliéter terminado en amina primaria con una funcionalidad amina de aproximadamente 2 y un peso medio equivalente de amino de 1.

000 a 1.250 esencialmente libre de cualquier otro poliéter, y en el que el contenido en NCO libre del prepolímero resultante es >18% en peso;

b) un poliol seleccionado de entre el grupo constituido por (a) un poliéster poliol triol con un peso molecular de entre 540 y 900, (b) un poliéter glicol con un peso molecular de entre 650 y 2.000, y (c) un poliéster poliol diol con un peso molecular de hasta 2.000;

y un agente de curado que presenta unos grupos reactivos isocianato, una funcionalidad de 2 a 3 y un peso molecular de

Poliuretanos resistentes al impacto.

Alcance de la invención La presente invención se refiere a poliuretanos resistentes al impacto, ópticamente claros y duros que se caracterizan por presentar excelentes propiedades termomecánicas y resistencia química, y que puede contener un componente derivado de biomasa.

Antecedentes de la invención Los poliuretanos son una clase conocida de materiales que han encontrado aplicación comercial extensiva debido a sus excelentes propiedades físicas. Estos polímeros son adecuados para moldear, pulverizar y recubrir productos en los que se requieren resistencia a la tracción, dureza y resistencia al impacto. En muchos de los procedimientos de fabricación establecidos se prefiere emplear un sistema de una vez mediante lo cual los compuestos de hidrógeno activo y el poliisocianato se convierten en el producto final en una única etapa de reacción. En otros procedimientos conocidos, un producto intermedio, habitualmente denominado un prepolímero, se forma en primer lugar haciendo reaccionar un exceso estequiométrico de un poliisocianato con un compuesto de hidrógeno activo, y el prepolímero se convierte posteriormente en el polímero final en una segunda reacción que implica un compuesto de hidrógeno activo adicional, denominado comúnmente un extensor de cadena o agente de curado.

Se da a conocer un ejemplo de química de poliuretano en la patente US nº 4.933.416 concedida a Gillis, que enseña la utilización de prepolímeros para preparar polímeros de poliuretano utilizando isocianato, un poliol que presenta una funcionalidad hidroxilo nominal media superior a 2 y un peso equivalente de hidroxilo medio de desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 5.000 y poliamina polimérica que presenta una funcionalidad amino primaria y/o secundaria nominal media de desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 3 y un peso medio equivalente de amina de desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 5000. Sin embargo, esta técnica anterior muestra a modo de ejemplo la utilización de sólo isocianatos aromáticos, y restringe el peso equivalente de hidroxilo [-OH] del poliol que va a utilizarse a que sea mayor de aproximadamente 500. Además, Gillis enseña que si el prepolímero se prepara utilizando sólo un compuesto de hidrógeno activo, ese compuesto es uno trifuncional.

La patente US nº 4.443.563 concedida a Dirlikoff et al. da a conocer la utilización de dianhidrohexitol como compuesto de hidrógeno activo en la preparación de poliuretano; sin embargo, esta referencia enseña la preparación del polímero en un procedimiento de una etapa mediante polimerización en disolución y posterior precipitación en un disolvente no orgánico (para el poliuretano) . Un procedimiento de este tipo no es deseable puesto que el poliuretano debe separarse del disolvente que va a utilizarse.

La patente US nº 4.564.645 concedida a Salzburg et al. enseña la utilización de dianhidrohexitol en la preparación de un poliuretano; sin embargo, específica una razón específica de tres isómeros de dianhidrohexitol necesarios para proporcionar un producto líquido. Los poliuretanos se preparan haciendo reaccionar un poliisocianato orgánico con un compuesto que contiene al menos dos átomos de hidrógeno activo y que presenta un peso molecular de desde 400 hasta 10.000, un agente de extensión de cadena, opcionalmente otros compuestos de cadena corta que contienen al menos dos átomos de hidrógeno activo y que presentan un peso molecular de desde 32 hasta 399. El agente de extensión de cadena utilizado es una mezcla de isómeros líquida de 1, 4-3, 6-dianhidrohexitoles, preferentemente 1, 4-3, 6-dianhidro-D-sorbitol y/o 1, 4-3, 6-dianhidro-D-manitol además de mezclas de isómeros que contienen 1, 4-3, 6-dianhidroiditol. Adicionalmente, se establece que si se utiliza un procedimiento de prepolímero, el contenido en NCO en porcentaje del prepolímero debe estar entre el 1 y el 18% en peso y preferentemente del 3 al 16% en peso. Estas mezclas pueden utilizarse en mezcla con compuestos de bajo peso molecular, preferentemente polioles que presentan un peso molecular en el intervalo de desde 62 hasta 250.

El documento US-A-4.705.814 da a conocer la preparación de un elastómero de colada a partir de un cuasiprepolímero basándose en poliéter aminofuncional y un poliisocianato cicloalifático que entonces se hace reaccionar con una diamina aromática.

El documento US-A-4.476.292 da a conocer poliuretano resistente a impacto y claro preparado a partir de un prepolímero NCO y una mezcla de polioles y polioles a base de aminas de bajo peso molecular.

Sumario de la invención La presente invención enseña un nuevo procedimiento para producir polímeros de poliuretano resistentes al impacto, ópticamente claros y duros que se caracterizan por excelentes propiedades termomecánicas y resistencia química. Mientras el procedimiento implica la utilización de productos intermedios de uretano conocidos, la novedad está contenida en los detalles de cómo estos productos intermedios se dejan reaccionar para formar el polímero y por tanto el polímero resultante y sus propiedades son sorprendentemente nuevas. Además, sólo pueden utilizarse

ciertas especies dentro de la clase de productos intermedios de poliuretano conocidos para formar el prepolímero, que se utiliza para preparar los polímeros duros y claros de interés.

Descripción detallada de la invención El nuevo poliuretano de la presente invención se prepara utilizando un procedimiento en el que se prepara un prepolímero a partir de un poliéter terminado en amina primaria y un poliisocianato alifático. Entonces, este prepolímero se hace reaccionar posteriormente con un poliol y un extensor de cadena. Sorprendentemente, los polímeros resultantes son tanto ópticamente claros como muy duros, son resistentes al impacto y se caracterizan por excelentes propiedades termomecánicas y resistencia química, especialmente en contraposición a los polímeros generalmente blandos y opacos de la técnica anterior.

El contenido de la presente solicitud es un poliuretano tal como se define en la reivindicación 1 y reivindicaciones adicionales dependientes de la misma.

Una forma de realización adicional de la presente invención es un procedimiento que comprende a) formar un prepolímero y b) hacer reaccionar dicho prepolímero tal como se define en la reivindicación 5.

Entre el prepolímero, el poliol y el agente de curado, deben estar presentes en las cantidades equivalentes estequiométricas relativas de 1, 0 a 1, 1, 0, 055 a 0, 2 y 0, 8 a 0, 945, respectivamente.

Preferentemente, el poliéter terminado en amina utilizado para formar el prepolímero está esencialmente libre de cualquier otro poliéter, y más preferentemente libre de, y es el único reactante con el poliisocianato. Además, el poliol utilizado para reaccionar con el prepolímero debe estar esencialmente libre, y más preferentemente libre de polioles que presentan funcionalidades reactivas con isocianato distintas de una funcionalidad de hidroxilo.

El orden de adición de los reactantes es importante. Añadir el poliol al poliisocianato para formar el prepolímero no proporcionará un polímero que sea claro y transparente y puede no presentar las mismas propiedades físicas buenas. Además, la adición del agente de curado durante la formación del prepolímero puede presentar el mismo efecto negativo sobre la formación del polímero final. Cantidades minoritarias del agente de curado o poliol pueden no proporcionar resultados negativos, pero la formación del prepolímero debe realizarse en un procedimiento esencialmente libre de agentes de curado y poliol y, más preferentemente, libre del poliol y/o agente de curado.

El polímero resultante es claro con las siguientes propiedades: punto de reblandecimiento Vicat (norma ASTM D 1525, versión A, carga = 10 N) de > 98º C, una dureza de >75 (norma ASTM D 2240-00, durómetro D) , y pasa una prueba de impacto de "dardo en caída" [impacto de dardo en caída (Gardner) ASTM D3029, sin fractura del polímero (el peso es de 900 g, la punta de impacto es de 0, 31 cm de radio, cayendo una distancia de 107 cm, reposando el polímero sobre una placa de soporte de diámetro interno de 5, 08 cm]. Los polímeros deben presentar una tramitancia óptica de >83%.

La expresión "funcionalidad amina" tal como se utilizó anteriormente en la definición del poliéter terminado en amina primaria utilizado en la preparación de las composiciones de la invención significa la funcionalidad... [Seguir leyendo]

1. Poliuretano que comprende el producto de reacción de:

a) un prepolímero preparado haciendo reaccionar un exceso estequiométrico de un poliisocianato alifático con un poliéter terminado en amina primaria con una funcionalidad amina de aproximadamente 2 y un peso medio equivalente de amino de 1.000 a 1.250 esencialmente libre de cualquier otro poliéter, y en el que el contenido en NCO libre del prepolímero resultante es >18% en peso;

b) un poliol seleccionado de entre el grupo constituido por (a) un poliéster poliol triol con un peso molecular de entre 540 y 900, (b) un poliéter glicol con un peso molecular de entre 650 y 2.000, y (c) un poliéster poliol diol con un peso molecular de hasta 2.000;

y un agente de curado que presenta unos grupos reactivos isocianato, una funcionalidad de 2 a 3 y un peso molecular de <400 seleccionado de entre el grupo constituido por (a) dianhidrohexitol; (b) diaminas aromáticas; (c) ciclohexanodimetanoles; y (d) dioles que contienen un anillo aromático.

2. Poliuretano según la reivindicación 1, en el que el poliéter terminado en amina primaria presenta un peso molecular de 2.000 a aproximadamente 2.500 y el prepolímero presenta un contenido en NCO libre del 18% al 23% 20 en peso.

3. Poliuretano según la reivindicación 2, en el que el agente de curado se selecciona de entre el grupo constituido por (a) dianhidrohexitol; y (b) ciclohexanodimetanoles.

4. Poliuretano según la reivindicación 2, en el que el agente de curado es un dianhidrohexitol.

5. Procedimiento que comprende:

a) formar un prepolímero preparado haciendo reaccionar un exceso estequiométrico de poliisocianato alifático con un poliéter terminado en amina primaria con una funcionalidad amina de aproximadamente 2 y un peso medio equivalente de amino de 1.000 a 1.250 esencialmente libre de cualquier otro poliéter, y en el que el contenido en NCO libre del prepolímero resultante es >18% en peso; y b) hacer reaccionar dicho prepolímero con un poliol seleccionado de entre el grupo constituido por (a) un poliéster 35 poliol triol con un peso molecular de entre 540 y 900, (b) un poliéter glicol con un peso molecular de entre 650 y 2.000, y (c) un poliéster poliol diol con un peso molecular de hasta 2.000;

y un agente de curado que presenta unos grupos reactivos isocianato, una funcionalidad de 2 a 3 y un peso molecular de <400 seleccionado de entre el grupo constituido por (a) dianhidrohexitol; (b) diaminas aromáticas; (c)

ciclohexanodimetanoles; y (d) dioles que contienen un anillo aromático.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el poliéter terminado en amina primaria presenta un peso molecular de 2.000 a 2.500 y el prepolímero presenta un contenido en -NCO libre del 18% al 23% en peso.