Sistema de espuma de poliuretano en aerosol expandida con agua.

Una composición de preparación de espuma de poliuretano que comprende:

un componente complementario A que comprende poliisocianato; y un componente complementario B que comprende entre el 10 y el 50 por ciento en peso de poliol de Mannich, en el que el pilol de Mannich comprende un poliol de Mannich que tiene una funcionalidad igual o mayor de 3,0, y una viscosidad mayor de 3.500 pero menor de 40.000 cps a 25ºC, entre el 10 y el 80 por ciento en peso de poliol poliéster,

entre el 10 y el 50 por ciento en peso de poliol poliéter,

entre el 0,05 y el 10 por ciento en peso de catalizador de sal metálica,

y entre el 0,75 y el 10 por ciento en peso de agua;

en la que la relación en volumen del componente complementario A al componente complementario B está comprendida entre 1,05 y 5.

Sistema de espuma de poliuretano en aerosol expandida con agua La presente invención se refiere a composiciones y procedimientos de preparación de espumas de poliuretano. En un aspecto, la invención se refiere a composiciones y procedimientos de preparación de espumas de poliuretano en aerosol expandidas con agua. 5

Los propietarios de edificios han usado espuma de poliuretano en aerosol como un producto para impermeabilización, aislamiento y sellado durante muchos años. Sin embargo, las preocupaciones medioambientales han impedido el uso continuado de formulaciones de espuma de poliuretano en aerosol convencionales. En particular, los agentes espumantes usados en las formulaciones convencionales para formar espumas de poliuretano en aerosol han sido objeto de una mayor regulación y, en muchos casos, de prohibición directa. 10

El Protocolo de Montreal de 1987 estableció etapas progresivas de cambio destinadas a proteger la capa superior de ozono de la tierra mediante la reducción de la cantidad de cloro en la atmósfera. Una parte significativa del cloro se atribuye a agentes espumantes clorados que se usan en las espumas de poliuretano. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) aprueba periódicamente nuevos agentes espumantes que contienen menores cantidades de cloro y suspende (prohíbe) agentes espumantes aprobados previamente. 15

Como parte de este protocolo, el 1 de Enero de 1993, la industria del poliuretano recibió instrucciones de cambiar de un agente espumante CFC-11 convencional a un agente espumante HCFC-141b. El cambio de CFC-11 a HCFC-141b no fue excesivamente difícil para la industria del poliuretano, ya que había varios fabricantes comerciales de HCFC-141b y su coste era sólo ligeramente mayor que el del CFC-11.

En la actualidad, se está pidiendo a la industria del poliuretano cambiar de HCFC-141b. Ahora, los agentes 20 espumantes aconsejados son HFC-245fa, hidrocarburos (pentanos) y otros. Esta transición es un desafío mucho mayor, en parte debido a que el HFC-245fa hierve a aproximadamente 15, 6ºC (60ºF) en comparación con el punto de ebullición del HCFC-141b de aproximadamente 31, 7ºC (89ºF) . Debido a que el punto de ebullición de 15, 6ºC (60ºF) está por debajo de la mayor parte de las condiciones ambiente, el HFC-245fa crea problemas de presión para los materiales enviados en los contenedores de plástico o de acero (tambores y bidones) que se han usado normalmente 25 en el pasado con los sistemas CFC-11 y HCFC-141b. La mayoría de los formuladores de sistemas de poliuretano en aerosol han intentado usar HFC-245fa y agua como agentes co-espumantes para no tener que usar cilindros a presión para almacenar y enviar el producto.

Además de los problemas de presión, el coste del HFC-245fa es más de cuatro veces superior al coste del HCFC-141b en los Estados Unidos. Sólo hay un proveedor de HFC-245fa y solo hay un proveedor del proveedor de ese fabricante 30 de material de base con el que se fabrica el HFC-245fa. El coste adicional representa un requisito de flujo de efectivo mucho mayor para la mayoría de los formuladores de empresas pequeñas para comprar las cantidades necesarias del HFC-245fa. Para la industria de impermeabilización de cubiertas con espuma de poliuretano en aerosol, el coste adicional afecta negativamente a la competitividad de la espuma de poliuretano en aerosol frente a otros productos de impermeabilización de cubiertas con respecto al coste. 35

El uso de hidrocarburos representa un reto todavía mayor. Estos compuestos son altamente inflamables y tienen propiedades explosivas específicas. Esto no quiere decir que no pueden usarse hidrocarburos para producir sistemas de espuma de poliuretano y poliisocianurato en aerosol y para verter, pero el contratista o fabricante del OEM debe incurrir en gastos considerables en equipo y formación para ser capaz de usar estos compuestos. En la industria de espumas en aerosol, la mayoría de los proveedores y contratistas de sistemas han optado por no trabajar con estos 40 materiales debido a su naturaleza peligrosa y su potencial responsabilidad frente a terceros.

El uso del agua en las composiciones formadoras de espuma de poliuretano no es nuevo. De hecho, casi todas las formulaciones de espuma de poliuretano tienen cierto contenido de agua, añadido a propósito o como un componente traza de menor importancia, en los materiales de partida usados. El agua se convierte en un agente espumante mediante su reacción con el isocianato en el sistema de espuma. Esta reacción produce dióxido de carbono como un 45 producto secundario. El dióxido de carbono es un gas y se expande debido al calor de la reacción del sistema de espuma. El agente espumante es necesario para crear la naturaleza celular de la estructura de las espumas y para ayudar a controlar la densidad aplicada de la espuma.

Tradicionalmente, los sistemas de espuma de poliuretano para verter y en aerosol han minimizado el uso de agua como agente espumante, debido a los suministros adecuados de agentes espumantes CFC o HCFC disponibles a un 50 coste razonable. El alto coste del HFC-245fa y las limitaciones técnicas asociadas con el HFC-245fa y otros agentes espumantes potenciales han potenciado más esfuerzos dirigidos al uso de agua. Sin embargo, el uso de agua en lugar de agentes espumantes HCFC o HFC no es sencillo.

El agua es un agente espumante reactivo en los sistemas de espuma de poliuretano, mientras que los compuestos CFC, HCFC y HFC no son reactivos. Debido a que el agua consume una gran cantidad de isocianato (aproximadamente 4, 08 kg (9 libras) de agua reaccionarán con 60, 8 kg (134 libras) de isocianato) , un sistema está limitado por la cantidad de agua que puede usarse. En los sistemas de espuma de poliuretano, el isocianato reacciona con los componentes poliol para formar la estructura polimérica. El isocianato reacciona con el agua para generar la matriz de espuma. El isocianato y los componentes que reaccionan con el isocianato deben estar equilibrados química 5 y estequiométricamente, para asegurar una reacción completa de los componentes. En la práctica, los sistemas de poliuretano se formulan con un pequeño exceso de isocianato para asegurar la reacción completa. Este parámetro se conoce como índice de isocianato o simplemente "índice de NCO". Normalmente, las espumas de poliuretano se diseñan en un intervalo de índice de NCO de 1, 5 - 1, 20. El índice de NCO es fijo y diseñado en el sistema de líquido cuando es producido. No es fácilmente controlable en la aplicación de uso final. La cantidad de isocianato en las 10 formulaciones de espuma de poliuretano en aerosol está limitada normalmente durante el uso por un equipo de aplicación estándar de la industria que es una relación 1:1 (A: B) en volumen.

Un intento de proporcionar una composición formadora de espuma de poliuretano expandida con agua se encuentra en la publicación de solicitud de patente US Nº 2002/0040122A1 de Mirasol, et al., ahora abandonada. Mirasol afirmó que el uso de polioles de Mannich convencionales en los sistemas expandidos con agua podría causar un fallo del equipo y 15 otras dificultades de procesamiento. Mirasol afirmó también que las espumas preparadas usando polioles de Mannich convencionales y agua como un agente espumante pueden tener una estructura de celda gruesa, una superficie de la piel áspera, una mala estabilidad dimensional, una mala resistencia a la llama, y una pobre adhesión a sustrato. Además, Mirasol afirmó que la combinación de agua y polioles de Mannich podría crear formulaciones que tienen una viscosidad demasiado alta y podría causar problemas en algunos tipos de equipos de formación de espuma. En parte, 20 Mirasol reconoció que una desventaja del agua como agente espumante en las formulaciones de poliol es que el agua no reduce la viscosidad de los polioles de Mannich tan eficazmente como los agentes espumantes de halocarbono. En un intento de superar estos problemas, Mirasol proporcionó un componente complementario B que incluía un poliol de Mannich de viscosidad ultra baja que tenía una viscosidad de menos de 3.500 centipoises (cps) a 25ºC, junto con un segundo poliol que incluía polioles de Mannich que tenían una viscosidad mayor de 3.500 cps a 25ºC, polioles Novolac, 25 y otros polioles que contienen un grupo aromático. Mirasol permitía sólo pequeñas cantidades de otros polioles en su formulación. En general, los polioles de Mannich de baja viscosidad tienen la característica de producir espumas cuya curación es mucho más lenta y alcanzan una firmeza adecuada. En las formulaciones de aerosol, estas características son perjudiciales durante la aplicación.

Sigue existiendo una necesidad de una composición formadora de espuma de poliuretano que no dependa de un 30... [Seguir leyendo]

1. Una composición de preparación de espuma de poliuretano que comprende:

un componente complementario A que comprende poliisocianato; y un componente complementario B que comprende entre el 10 y el 50 por ciento en peso de poliol de Mannich, en el que el pilol de Mannich comprende un poliol de Mannich que tiene una funcionalidad igual o mayor de 3, 0, y una viscosidad mayor de 3.500 pero 5 menor de 40.000 cps a 25ºC,

entre el 10 y el 80 por ciento en peso de poliol poliéster,

entre el 10 y el 50 por ciento en peso de poliol poliéter,

entre el 0, 05 y el 10 por ciento en peso de catalizador de sal metálica,

y entre el 0, 75 y el 10 por ciento en peso de agua; 10

en la que la relación en volumen del componente complementario A al componente complementario B está comprendida entre 1, 05 y 5.

2. Composición de la reivindicación 1, en la que dicho poliol poliéster comprende un poliol poliéster que tiene una funcionalidad igual o mayor de 2, 0, y una viscosidad menor de 40.000 cps @ 25ºC.

3. Composición de la reivindicación 1, en la que dicho poliol poliéter comprende un poliol poliéter poliglicol que tiene 15 una funcionalidad igual o mayor de 2, 0, y una viscosidad igual o mayor de 10 cps @ 25ºC pero menor de 100.000 cps a 25ºC.

4. Composición de la reivindicación 1, en la que el componente complementario B comprende entre el 15 y el 45 por ciento en peso de poliol de Mannich.

5. Composición de la reivindicación 1, en la que el componente complementario B comprende entre el 15 y el 75 por 20 ciento en peso de poliol poliéster.

6. Composición de la reivindicación 1, en la que el componente complementario B comprende entre el 15 y el 45 por ciento en peso de poliol poliéter.

7. Composición de la reivindicación 1, en la que la relación en volumen del componente complementario A con respecto al componente complementario B está comprendida entre 12:1 y 2, 5:1. 25

8. Composición de la reivindicación 1, en la que dicho poliisocianato comprende metileno difenil diisocianato polimérico.