Boquilla de atomización de arremolinamiento a presión para rociar una composición curable, y método y uso asociados.

Una boquilla de atomización de arremolinamiento a presión para el rociamiento de una composición susceptiblede solidificarse o curable sobre una superficie (6) con el fin de producir una capa polimérica (9) sobre la misma,

detal manera que dicha boquilla (5) comprende:

- una pieza de orificio (16), que define una cavidad en forma de embudo y un orificio de salida (17) que tieneuna longitud Lo y un diámetro Do, de tal modo que la cavidad en forma de embudo tiene un eje longitudinal(a) y finaliza, en su extremo de aguas abajo, en el orificio de salida (17); y

- una pieza de inyector (18), que cierra dicha cavidad en forma de embudo por su extremo de aguas arriba,de tal manera que la cavidad en forma de embudo forma una cámara de arremolinamiento (19) entre unlado delantero o frontal de la pieza de inyector (18) y el orificio de salida (17), de modo que la pieza deinyector (18) comprende al menos dos lumbreras de arremolinamiento (20), cada una de las cuales tieneuna abertura de entrada y una abertura de salida, y cada una de las cuales termina en la cámara dearremolinamiento (19) para inyectar la composición curable, de acuerdo con una dirección globalpredeterminada (21), dentro de la cámara de arremolinamiento (19), y para impartir, con ello,arremolinamiento o turbulencia a la composición curable;

en la cual:

- cada una de dichas lumbreras de arremolinamiento (20) tiene un área de sección transversal más pequeñaAsp, medida en una plano de corte transversal (C) perpendicular a dicha dirección global predeterminada(21), siendo la suma Asp,tot de las áreas de sección transversal más pequeñas Asp de las lumbreras dearremolinamiento (20) más pequeña que 0,9 mm2, preferiblemente más pequeña que 0,6 mm2, en la que

- la cámara de arremolinamiento (19) tiene una pared lateral (24) que tiene un área superficial Asc y queforma, en secciones longitudinales a través de dicho eje longitudinal (a), un ángulo promedio av con unplano transversal (B) perpendicular a dicho eje longitudinal (a), de tal modo que dicho ángulo promedio avestá comprendido entre 30º y 60º; y en la cual

- las lumbreras de arremolinamiento (20) están orientadas de tal manera que dichas direcciones globalespredeterminadas (20), cuando se proyectan en ángulos rectos sobre un plano longitudinal (A) quecomprende dicho eje longitudinal (a) y que es perpendicular a una línea recta (b) que se corta o intersecacon dicho eje longitudinal (a) perpendicularmente y que pasa por el centro (c) de la abertura de salida de lalumbrera de arremolinamiento (20) respectiva, forman sustancialmente un ángulo con dicho planotransversal (B), estando el ángulo comprendido entre 30º y 60º;

caracterizada por que

la pieza de inyector (18) está situada a una distancia (H) del orificio de salida (17) tal, que **Fórmula**

y

la relación Lo/Do es más pequeña que 1.

Boquilla de atomización de arremolinamiento a presión para rociar una composición curable, y método y uso asociados La presente invención se refiere a una boquilla de atomización de arremolinamiento a presión según se define en el preámbulo de la reivindicación 1, para rociar una composición susceptible de solidificarse o curable sobre una superficie con el fin de producir una capa polimérica sobre ella. La invención también se refiere a un método para rociar la composición curable sobre una superficie, de tal manera que en dicho método se hace uso de la boquilla de acuerdo con la invención.

La composición curable es, en particular, una mezcla de reacción de poliuretano que es rociada sobre una superficie de molde con el fin de producir, por ejemplo, partes o paneles de guarnición interiores para automóviles, tales como salpicaderos, paneles de puerta, cubiertas de guantera, consolas, etc. Tales mezclas de reacción de poliuretano tienen, por lo común, una viscosidad relativamente elevada y, por tanto, son bastante difíciles de atomizar.

Ya se ha descrito en los documentos EP-B-0 303 305 y EP-B-0 389 014 una boquilla de atomización de arremolinamiento a presión para rociar una capa de una mezcla de reacción de poliuretano sobre una superficie de molde, según se define en el preámbulo de la reivindicación 1. Las boquillas divulgadas en estas patentes comprenden una pieza de orificio que define una cavidad en forma de embudo que termina en el orificio de salida de la boquilla. En el extremo de aguas arriba, la cavidad en forma de embudo está cerrada por una pieza de inyector, de tal manera que se forma una cámara de arremolinamiento entre el lado delantero o frontal de la pieza de inyector y el orificio de salida. La pieza de inyector comprende dos o más lumbreras de arremolinamiento a través de las cuales la composición curable es inyectada en la cámara de arremolinamiento. Debido al movimiento de arremolinamiento o turbulento obtenido, la composición curable es rociada al exterior del orificio de salida en forma de un cono de rociado hueco.

A la hora de utilizar las boquillas divulgadas en estas Patentes de la técnica anterior para rociar una capa de una composición curable sobre superficies de molde complejas, en particular, sobre superficies de molde que presentan cavidades, las boquillas deben hacerse bastante pequeñas, de tal manera que puedan ser movidas dentro de cavidades estrechas al tiempo que se mantiene una distancia de rociamiento suficiente. Por otra parte, el caudal de flujo de la composición curable ha de ser bastante bajo, de tal modo que, incuso cuando se rocía desde una corta distancia, puede aplicarse uniformemente una delgada capa de composición curable de manera uniforme sobre la superficie de molde. La composición curable puede, de manera adicional, no ser atomizada en una neblina demasiado fina para evitar un rociamiento excesivo.

Cuando se rocía la composición curable sobre superficies de molde, es deseable modificar el caudal de flujo de la composición curable sin influir demasiado en la configuración de rociamiento (tamaño de las gotitas, estabilidad de la configuración de rociamiento, es decir, la energía cinética de la composición curable) . Esto hará posible reducir el caudal de flujo de la composición curable cuando se rocía desde una distancia de rociamiento corta, por ejemplo, en los bordes o en cavidades delgadas, e incrementar el caudal de flujo de la composición curable cuando se rocía desde una distancia de rociamiento mayor, sobre una superficie más grande. De esta manera, es posible depositar por rociamiento una capa que tiene un espesor más uniforme y reducir el rociamiento excesivo sin aumentar demasiado el tiempo del ciclo.

Ensayos llevados a cabo por los presentes inventores con boquillas según se divulgan en los documentos EP-B-0 303 305 y EP-B-0 389 014 han demostrado que, cuando se rocía una mezcla de reacción de poliuretano a una presión tal, que esta se atomiza en gotitas que tienen un MVD de aproximadamente 95 m, una reducción de la presión aplicada del 40% daba como resultado una reducción en el caudal de flujo de aproximadamente el 30% y un incremento del MVD de las gotitas rociadas de aproximadamente el 65% (MVD es el diámetro del volumen medio (“medium volume diameter”) de las gotitas, según se determina de conformidad con el ASTM E 799-81) . Este incremento del tamaño de las gotitas es mucho mayor que el observado, por ejemplo, cuando se atomizan fuel óleos. De acuerdo con el artículo “Fuel Nozzels for Oil Burners” (Boquillas de combustible para quemadores diesel) , por E. O. Olson (Delavan) , la investigación ha demostrado que el tamaño medio de las gotitas varía inversamente a medida que cambia la potencia 0, 3 de la presión. Una reducción de la presión del 40% correspondería, por tanto, a un incremento del tamaño de las gotitas de aproximadamente el 16%, que es mucho más pequeño que el incremento del tamaño de las gotitas observado en la práctica para las mezclas de reacción de poliuretano.

Una primera desventaja del mayor tamaño de las gotitas es que quedarán inclusas burbujas de aire más grandes en la capa depositada por rociamiento, lo que conduce a propiedades mecánicas inferiores. Una desventaja adicional es que una configuración de rociamiento formada por gotitas más grandes es menos estable y se verá más fácilmente perturbada por la gravedad o por las corrientes de aire, de tal manera que será necesario depositar por rociamiento una capa más gruesa con el fin de obtener una capa uniforme con las propiedades mecánicas deseadas.

En la práctica, existen ya las denominadas boquillas de flujo variable, tales como las boquillas de flujo en derivación o de retorno, las boquillas de atomización por aire, las boquillas del tipo de orificios dobles y las boquillas dúplex.

Estas boquillas permiten una mayor variación del caudal de flujo que pasa a través de la boquilla, pero no resultan en absoluto adecuadas para el rociamiento de composiciones susceptibles de solidificarse o curables. Es más, son relativamente voluminosas.

Una boquilla que es adecuada para el rociamiento de una mezcla de reacción de poliuretano a un caudal de flujo variable se divulga en el documento WO-A-2005/000481. Con el fin de posibilitar la variación del caudal de flujo de la mezcla de reacción, se añade a la misma una cierta cantidad de un gas a presión. De esta manera, debido al volumen de gas, el caudal de flujo de la mezcla de reacción de poliuretano puede ser reducido y puede ser modificado mediante la variación, al mismo tiempo, también de la cantidad de gas a presión que se añade al mismo. El equipo de rociamiento relacionado con este procedimiento de rociamiento asistido por gas es, sin embargo, más complejo y caro.

Es un propósito de un primer aspecto de la presente invención proporcionar una nueva boquilla de arremolinamiento a presión que permita el rociamiento de la composición susceptible de solidificarse o curable a un caudal de flujo relativamente bajo, de tal manera que se produzcan gotitas relativamente gruesas, y que permita reducir el efecto de una variación de este caudal de flujo relativamente bajo en el tamaño de las gotitas rociadas.

Con este fin, la boquilla de acuerdo con el primer aspecto de la invención se caracteriza por que la pieza de inyector está situada a una distancia tal del orificio de salida, que

Asc 6

, y por que A

sp, tot

la relación Lo/Do es más pequeña que 1, siendo Asc =el área superficial, en mm2, de la pared lateral de la cámara de arremolinamiento;

= el ángulo de inclinación de las lumbreras de arremolinamiento;

Asp, tot = la suma de las áreas de sección transversal más pequeñas Asp, en mm2, de las lumbreras de arremolinamiento, medidas en un plano de corte transversal perpendicular a la dirección global predeterminada en la que se inyecta la composición curable a través de la respectiva lumbrera de arremolinamiento de la cámara de arremolinamiento;

Lo = la longitud del orificio de salida, en mm;

Do = el diámetro del orificio de salida, en mm; y

= menor o igual que.

Asc cos

Se ha encontrado que, cuando se coloca la pieza de inyector más cerca del orificio de salida, es decir, cuando se reduce el área superficial Asc de la pared lateral de la cámara de arremolinamiento, una disminución del caudal de 30 flujo tiene un efecto menor en el tamaño de las gotitas. El área superficial A sc deberá ser, más particularmente, tan

pequeña que 17, preferiblemente 15, más preferiblemente 13, y, de la forma más preferida, 12.

A

sp, tot

A

La relación sc

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1. Una boquilla de atomización de arremolinamiento a presión para el rociamiento de una composición susceptible de solidificarse o curable sobre una superficie (6) con el fin de producir una capa polimérica (9) sobre la misma, de tal manera que dicha boquilla (5) comprende:

-una pieza de orificio (16) , que define una cavidad en forma de embudo y un orificio de salida (17) que tiene una longitud Lo y un diámetro Do, de tal modo que la cavidad en forma de embudo tiene un eje longitudinal

(a) y finaliza, en su extremo de aguas abajo, en el orificio de salida (17) ; y

-una pieza de inyector (18) , que cierra dicha cavidad en forma de embudo por su extremo de aguas arriba, de tal manera que la cavidad en forma de embudo forma una cámara de arremolinamiento (19) entre un lado delantero o frontal de la pieza de inyector (18) y el orificio de salida (17) , de modo que la pieza de inyector (18) comprende al menos dos lumbreras de arremolinamiento (20) , cada una de las cuales tiene una abertura de entrada y una abertura de salida, y cada una de las cuales termina en la cámara de arremolinamiento (19) para inyectar la composición curable, de acuerdo con una dirección global predeterminada (21) , dentro de la cámara de arremolinamiento (19) , y para impartir, con ello, arremolinamiento o turbulencia a la composición curable;

en la cual:

-cada una de dichas lumbreras de arremolinamiento (20) tiene un área de sección transversal más pequeña Asp, medida en una plano de corte transversal (C) perpendicular a dicha dirección global predeterminada (21) , siendo la suma Asp, tot de las áreas de sección transversal más pequeñas Asp de las lumbreras de arremolinamiento (20) más pequeña que 0, 9 mm2, preferiblemente más pequeña que 0, 6 mm2, en la que

- la cámara de arremolinamiento (19) tiene una pared lateral (24) que tiene un área superficial A sc y que forma, en secciones longitudinales a través de dicho eje longitudinal (a) , un ángulo promedio con un plano transversal (B) perpendicular a dicho eje longitudinal (a) , de tal modo que dicho ángulo promedio está comprendido entre 30º y 60º; y en la cual

- las lumbreras de arremolinamiento (20) están orientadas de tal manera que dichas direcciones globales predeterminadas (20) , cuando se proyectan en ángulos rectos sobre un plano longitudinal (A) que comprende dicho eje longitudinal (a) y que es perpendicular a una línea recta (b) que se corta o interseca con dicho eje longitudinal (a) perpendicularmente y que pasa por el centro (c) de la abertura de salida de la lumbrera de arremolinamiento (20) respectiva, forman sustancialmente un ángulo con dicho plano transversal (B) , estando el ángulo comprendido entre 30º y 60º;

caracterizada por que la pieza de inyector (18) está situada a una distancia (H) del orificio de salida (17) tal, que

Asc

17 y

A

sp, tot

la relación Lo/Do es más pequeña que 1.

Asc cos

2. Una boquilla de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que la pieza de inyector (18) está situada a

una distancia (H) del orificio de salida (17) tal, que 15, preferiblemente 13 y, de la forma más A

sp, tot

preferida, 12.

Asc cos

3. Una boquilla de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada por que la pieza de inyector

(18) está situada a una distancia (H) del orificio de salida (17) tal, que 7, preferiblemente 8 y, de la A

sp, tot

forma más preferida, 8, 5.

4. Una boquilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que dichas direcciones globales predeterminadas (21) , cuando se proyectan en ángulo recto sobre un plano longitudinal adicional (D) que comprende dicho eje longitudinal (a) y una línea recta (e) que se corta o interseca con dicho eje longitudinal (a) perpendicularmente y que pasa por el centro (c) de la abertura de salida de la lumbrera (20) respectiva, forman un ángulo ( ) con dicho plano transversal (B) que es al menos 8º, preferiblemente al menos 12º, más grande que dicho ángulo promedio 5. Una boquilla de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada por que las lumbreras de arremolinamiento (20) están orientadas de tal manera que dichas proyecciones de dichas direcciones globales predeterminadas sobre dichos planos longitudinales adicionales (D) forman un ángulo ( ) con dicho plano transversal (B) que es al menos 8º, preferiblemente al menos 12º, mayor que dicho ángulo promedio 6. Una boquilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que las lumbreras de arremolinamiento (20) están formadas por unas acanaladuras existentes en la pieza de inyector (18) .

7. Una boquilla de acuerdo con las reivindicaciones 5 y 6, caracterizada por que las acanaladuras (20) tienen una profundidad que disminuye desde su abertura de entrada hasta su abertura de salida.

8. Una boquilla de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, caracterizada por que las aberturas de entrada de las lumbreras de arremolinamiento (20) se encuentran en comunicación de fluido con un lado trasero de la pieza de inyector (18) por medio de unos taladros (25) existentes en la pieza de inyector (18) .

9. Una boquilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que, en sus aberturas de salida, las lumbreras de arremolinamiento (20) tienen una anchura (w) , medida en un plano transversal

(B) perpendicular a dicho eje longitudinal (a) , en una dirección tangente a la circunferencia exterior del lado delantero 15 de la pieza de inyector (18) , de tal manera que la suma de las anchuras (w) de las lumbreras de arremolinamiento (20) es al menos el 11% de la circunferencia exterior del lado delantero de la pieza de inyector (18) .

10. Una boquilla de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada por que la suma de las anchuras (w) de las lumbreras de arremolinamiento (20) es al menos el 14%, preferiblemente al menos el 17%, de dicha circunferencia exterior.

11. Una boquilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que el área de sección transversal más pequeña Asp de cada una de dichas lumbreras de arremolinamiento (20) , medida en un plano de corte transversal (C) perpendicular a dicha dirección global predeterminada (21) , es mayor que 0, 07 mm2, preferiblemente mayor que 0, 08 mm2, pero más pequeña que 0, 25 mm2, preferiblemente más pequeña que 0, 20 mm2 y, más preferiblemente, menor que 0, 15 mm2.

Afc cos 2

12. Una boquilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que, medida en un plano transversal (B) perpendicular a dicho eje longitudinal (a) y que pasa por las aberturas de salida de las lumbreras de arremolinamiento (20) , la cavidad en forma de embudo tiene un área de sección transversal A fc y el

orificio de salida (17) tiene un área de sección transversal más pequeña Aeo tal, que 1, 7 6, 5.

Aeo

Afc

13. Una boquilla de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada por que 4, 4, preferiblemente

Aeo

3, 6.

A

14. Una boquilla de acuerdo con la reivindicación 12 o la reivindicación 13, caracterizada por que fc Aeo 2, 0, preferiblemente 2, 2.

15. Una boquilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada por que la relación Lo/Do es más pequeña que 0, 6, preferiblemente más pequeña que 0, 5 y, más preferiblemente, menor que 0, 4.

16. Una boquilla de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada por que el orificio de salida (17) tiene un área de sección transversal más pequeña Aeo, de manera que Aeo es

1, 3 * Asp, tot, preferiblemente 1, 5 * Asp, tot y, más preferiblemente, 1, 7 * Asp, tot.

17. Un método para producir una capa polimérica (9) sobre una superficie (6) mediante el rociamiento de una composición susceptible de solidificarse o curable sobre la misma por medio de una boquilla de atomización de arremolinamiento a presión (5) , caracterizado por que se hace uso de una boquilla de atomización de arremolinamiento a presión (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.

18. Un método de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado por que la composición curable contiene a lo sumo el 10% en peso de disolventes, preferiblemente a lo sumo el 5% en peso de disolventes, y, preferiblemente, carece sustancialmente de disolventes.

19. Un método de acuerdo con la reivindicación 17 o la reivindicación 18, caracterizado por que dicha composición curable es una mezcla de reacción de poliuretano, en particular, una mezcla de al menos un componente de poliol y un componente de isocianato.

20. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado por que la composición curable es rociada al exterior de la boquilla (5) en forma de gotitas (8) que tienen un diámetro de su volumen medio, determinado de acuerdo con el ASTM .

79. 81, que es mayor que 50 m, preferiblemente mayor que 60 m, más preferiblemente mayor que 70 m y, de la forma más preferida, mayor que 80 m, o en forma de una película (7) que se divide al caer en tales gotitas (8) a una distancia (d) de la boquilla (5) .

21. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado por que la composición curable es rociada al exterior de la boquilla (5) en forma de gotitas (8) que tienen un diámetro de su volumen medio, determinado de acuerdo con el ASTM .

79. 81, que es menor que 500 m, preferiblemente menor que 300 m, más preferiblemente menor que 200 m y, de la forma más preferida, menor que 150 m, o en forma de una película (7) que se divide al caer tales gotitas (8) a una distancia (d) desde la boquilla (5) .

22. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado por que, cuando se 23. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 20 y 22, caracterizado por que, tanto cuando se rocía a dicho caudal de flujo más alto como cuando se hace a dicho caudal de flujo más bajo, el diámetro del volumen medio de las gotitas (8) está comprendido dentro de los intervalos definidos en las reivindicaciones 19 y 20.

24. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, caracterizado por que, cuando se rocía la composición curable sobre la superficie (6) , el caudal de flujo de la composición curable se varía, de tal manera que la composición curable se compone mezclando al menos dos componentes en una relación predeterminada, de modo que dicha relación predeterminada se mantiene también durante la transición de un caudal de flujo a otro caudal de flujo.

25. Uso de una boquilla de atomización de arremolinamiento a presión (5) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, para producir una capa polimérica (9) sobre una superficie mediante el rociamiento sobre la misma de una composición susceptible de solidificarse o curable, por medio de la boquilla (5) .