Espumas nucleares de poliuretano para la fabricación de aspas, en particular para instalaciones de energía eólica.

Espuma de poliuretano reforzada con una densidad de más de 50 a 300 g/l,

una resistencia a la compresión independiente de la densidad según la norma DIN 53421/DIN EN ISO 604 superior a 7,5*10-4 MPa (l/g)1,6, un módulo de elasticidad en compresión independiente de la densidad superior a 1,7*10-2 MPa (l/g)1,7, una resistencia a la tracción independiente de la densidad según la norma DIN 53292/DIN EN ISO 527-1 superior a 6,4*10-4 MPa (l/g)1,6, un módulo de elasticidad en tracción independiente de la densidad superior a 2,4*10-2 MPa (l/g)1,7, una resistencia a la flexión independiente de la densidad según la norma DIN 53423 superior a 1,25*10-3 MPa (l/g)1,6 y un módulo de elasticidad en flexión independiente de la densidad superior a 1,75*10-2 MPa (l/g)1,7, midiéndose los valores de compresión y de tracción tanto perpendicularmente como también paralelamente a la dirección de espumado e indicándose en forma promediada espacialmente, calculada según (x.y.z)1/3, y la resistencia a la flexión se mide perpendicularmente a la dirección de espumado, que puede obtenerse mezclando

a) poliisocianatos con

b) compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos

c) agentes expansores que contienen agua y dado el caso

d) catalizador y

e) otros aditivos,

dando una mezcla de reacción y endureciendo la mezcla de reacción, en donde la mezcla de reacción que se va a endurecer contiene del 1 al 40 % en peso de microesferas huecas y/o se aplica a un agente de refuerzo poroso (f) que es capaz de formar redes bidimensionales o tridimensionales en la espuma de poliuretano, los compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos (b) comprenden polieteroles (b1), poliesteroles (b2), alargadores de cadena (b3) y dado el caso reticulantes (b4) y polieterdioles aromáticos (b5) y el componente (b) contiene una proporción de poliesteroles (b2), alargadores de cadena (b3) y polieterdioles aromáticos (b5) de al menos el 50 % en peso, con respecto al peso total del componente (b), y como alargadores de cadena (b3) se usan dioles que contienen al menos el 30 % de grupos OH secundarios y la proporción de alargadores de cadena (b3), con respecto al peso total del componente (b), es del 5 al 50 % en peso.

Espumas nucleares de poliuretano para la fabricación de aspas, en particular para instalaciones de energía eólica La presente invención se refiere a una espuma de poliuretano reforzada con una densidad de más de 50 a 300 g/l, una resistencia a la compresión independiente de la densidad superior a 7, 5*10-4 MPa (l/g) 1, 6, un módulo de elasticidad en compresión independiente de la densidad superior a 1, 7*10-2 MPa (l/g) 1, 7, una resistencia a la tracción independiente de la densidad superior a 6, 4*10-4 MPa (l/g) 1, 6, un módulo de elasticidad en tracción independiente de la densidad superior a 2, 4*10-2 MPa (l/g) 1, 7, una resistencia a la flexión independiente de la densidad superior a 1, 25*10-3 MPa (l/g) 1, 6 y un módulo de elasticidad en flexión independiente de la densidad superior a 1, 75*10-2 MPa (l/g) 1, 7, que puede obtenerse mezclando (a) poliisocianatos con (b) compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos, (c) agentes expansores que contienen agua y dado el caso (d) catalizador y (e) otros aditivos, dando una mezcla de reacción, y endureciendo la mezcla de reacción, en donde la mezcla de reacción que se va a endurecer contiene del 1 al 40 % en peso de microesferas huecas y/o se aplica a un agente de refuerzo poroso (f) que es capaz de formar redes bidimensionales o tridimensionales en la espuma de poliuretano, los compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos (b) contienen polieteroles (b1) , poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y dado el caso reticulantes (b4) y polieterdioles aromáticos (b5) y el componente (b) contiene una proporción de poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y polieterdioles aromáticos (b5) de al menos el 50 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) . Además, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de dichas espumas de poliuretanto reforzadas y a su uso como espumas de refuerzo para elementos superficiales en el interior de aspas o alas, y como material de aislamiento para tanques de gas natural licuado.

Las espumas duras reforzadas a base de poliuretano son conocidas y se describen, por ejemplo, en los documentos WO 2010/066635 o WO 2008/083996. Estas espumas se usan, por ejemplo, como material de aislamiento para tanques de gas natural licuado, en particular en la superficie de tanques de gas natural licuado, también denominados tanques LNG. Los requerimientos de propiedades mecánicas para dichos materiales de aislamiento son altos, debido a que estos, además de la función de aislamiento, también cumplen una función de soporte para el tanque de gas natural licuado. A este respecto, son necesarios, sobre todo, una alta resistencia a la compresión, un módulo de elasticidad en compresión alto y una resistencia alta al cizallamiento. Aunque las espumas conocidas ya ofrecen propiedades muy buenas, se desea una mejora de estas propiedades, en particular de la elasticidad. De este modo pueden amortiguarse vibraciones como, por ejemplo, en caso de fuerte oleaje durante un transporte en tanques de gas natural licuado.

Para espumas duras con propiedades mecánicas muy buenas existen otros sectores de aplicación. Así, estas espumas se usan, por ejemplo, en aspas y alas, por ejemplo para aviones deportivos, tales como planeadores, o en aspas de rotores, por ejemplo para instalaciones de energía eólica. El material usado con más frecuencia actualmente para reforzar aspas y alas es madera de balsa, espuma a base de poli (cloruro de vinilo) reticulado y espuma a base de poli (tereftalato de etileno) .

La desventaja de estos materiales que se usan para reforzar aspas y alas es que la madera de balsa como recurso natural tiene unas existencias limitadas y es cara, el procedimiento de fabricación de espuma a base de poli (cloruro de vinilo) reticulado es muy caro y debido al alto contenido en halógeno es perjudicial para el medio ambiente y las propiedades mecánicas de la espuma a base de poli (tereftalato de etileno) son susceptibles de mejora.

Además, se constata, en particular en la construcción de instalaciones de energía eólica, una tendencia creciente a construir instalaciones más grandes con aspas más largas. Para su fabricación se aplica habitualmente una capa de fibra de vidrio/resina reactiva de soporte a la espuma que se desea reforzar. Como resinas reactivas se usan, a este respecto, predominantemente resinas epoxi o resinas de poliéster. Estas resinas generan al reaccionar calor de reacción o deben calentarse.

Por las aspas, que se usan cada vez más grandes, aumentan los requerimientos mecánicos de estos sistemas de fibra de vidrio/resina reactiva de soporte como capa de cubierta. Para corresponder a estos requerimientos mecánicos, la mayor parte de las veces se aumenta el espesor de la capa de cubierta. Esto provoca que la temperatura necesaria para el endurecimiento aumente.

También se han realizado esfuerzos, en particular debido a las cifras de producción crecientes, para reducir los tiempos de fabricación y con ello de endurecimiento de las aspas y en particular de las capas de cubierta. Esto puede realizarse, por ejemplo, aumentando la temperatura de endurecimiento. En particular, las espumas a base de poli (cloruro de vinilo) reticulado que se van a reforzar pierden, no obstante, en caso de calentamiento a temperaturas elevadas, por ejemplo a temperaturas superiores a 75 º C, estabilidad mecánica de forma permanente.

Además, en particular en el caso de aspas de instalaciones de energía eólica, es esencial que estas muestren, en caso de cargas fuertes, comportamiento elástico y puedan combarse en una medida determinada. Lo mismo tiene validez para alas. Simultáneamente, las espumas de refuerzo deben poder resistir fuerzas de cizallamiento producidas por el combado.

Un factor esencial para una espuma de refuerzo en aspas o alas es su reducido peso. Así, en la punta de la paleta pueden alcanzarse velocidades de giro del orden de magnitud de 100 m/s, con lo que se generan unas fuerzas

radiales fuertes. Para mantener estas lo más reducidas posible, es deseable que la espuma de refuerzo presente un peso lo más reducido posible.

Era objetivo de la presente invención, por lo tanto, proporcionar una espuma con unas propiedades mecánicas muy buenas, tales como una resistencia a la compresión alta y un módulo de resistencia a la compresión alto, así como una resistencia a la tracción y a la flexión altas y unos módulos de resistencia a la tracción y a la flexión altos, así como una resistencia al cizallamiento alta con, además, una elasticidad alta y una densidad reducida. Además, la espuma debía presentar un módulo de elasticidad en flexión alto y una estabilidad a alta temperatura alta y la fabricación de la espuma debía ser, en la medida de lo posible, sencilla, y el reciclaje o la eliminación de residuos lo más inocuos posible para el medio ambiente.

El objetivo de la presente invención se logra mediante una espuma de poliuretano reforzada con una densidad de más de 50 a 300 g/l, una resistencia a la compresión independiente de la densidad superior a 7, 5*10-4 MPa (l/g) 1, 6, un módulo de elasticidad en compresión independiente de la densidad superior a 1, 7*10-2 MPa (l/g) 1, 7, una resistencia a la tracción superior a 6, 4*10-4 MPa (l/g) 1, 6, un módulo de elasticidad en tracción superior a 2, 4*10-2 MPa (l/g) 1, 7, preferentemente 3, 0*10-2 MPa (l/g) 1, 7, una resistencia a la flexión superior a 1, 25*10-3 MPa (l/g) 1, 6, preferentemente 1, 50*10-3 MPa (l/g) 1, 6 y un módulo de elasticidad en flexión superior a 1, 75*10-2 MPa (l/g) 1, 7, que puede obtenerse mezclando (a) poliisocianatos con (b) compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos, (c) agentes expansores que contienen agua y dado el caso (d) catalizador y (e) otros aditivos, dando una mezcla de reacción, y endureciendo la mezcla de reacción, en donde la mezcla de reacción que se va a endurecer contiene del 1 al 40 % en peso de microesferas huecas y/o se aplica a un agente de refuerzo poroso (f) que es capaz de formar redes bidimensionales o tridimensionales en la espuma de poliuretano, los compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos (b) contienen polieteroles (b1) , poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y dado el caso reticulantes (b4) y polieterdioles aromáticos (b5) y el componente (b) contiene una proporción de poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y polieterdioles aromáticos (b5) de al menos el 50 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) . Los valores de compresión y de tracción se miden en el marco de la presente divulgación tanto perpendicular como también paralelamente a la dirección de espumado y se indican en forma promediada espacialmente, calculada según (x*y*z) 1/3. Los valores de flexión... [Seguir leyendo]

1. Espuma de poliuretano reforzada con una densidad de más de 50 a 300 g/l, una resistencia a la compresión independiente de la densidad según la norma DIN 53421/DIN EN ISO 604 superior a 7, 5*10-4 MPa (l/g) 1, 6, un módulo de elasticidad en compresión independiente de la densidad superior a 1, 7*10-2 MPa (l/g) 1, 7, una resistencia a la tracción independiente de la densidad según la norma DIN 53292/DIN EN IS.

52. 1 superior a 6, 4*10-4 MPa (l/g) 1, 6, un módulo de elasticidad en tracción independiente de la densidad superior a 2, 4*10-2 MPa (l/g) 1, 7, una resistencia a la flexión independiente de la densidad según la norma DIN 53423 superior a 1, 25*10-3 MPa (l/g) 1, 6 y un módulo de elasticidad en flexión independiente de la densidad superior a 1, 75*10-2 MPa (l/g) 1, 7, midiéndose los valores de compresión y de tracción tanto perpendicularmente como también paralelamente a la dirección de espumado e indicándose en forma promediada espacialmente, calculada según (x.y.z) 1/3, y la resistencia a la flexión se mide perpendicularmente a la dirección de espumado, que puede obtenerse mezclando a) poliisocianatos con b) compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos c) agentes expansores que contienen agua y dado el caso d) catalizador y e) otros aditivos, dando una mezcla de reacción y endureciendo la mezcla de reacción, en donde la mezcla de reacción que se va a endurecer contiene del 1 al 40 % en peso de microesferas huecas y/o se aplica a un agente de refuerzo poroso (f) que es capaz de formar redes bidimensionales o tridimensionales en la espuma de poliuretano, los compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos (b) comprenden polieteroles (b1) , poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y dado el caso reticulantes (b4) y polieterdioles aromáticos (b5) y el componente (b) contiene una proporción de poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y polieterdioles aromáticos (b5) de al menos el 50 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) , y como alargadores de cadena (b3) se usan dioles que contienen al menos el 30 % de grupos OH secundarios y la proporción de alargadores de cadena (b3) , con respecto al peso total del componente (b) , es del 5 al 50 % en peso.

2. Espuma de poliuretano reforzada según la reivindicación 1, caracterizada porque al menos el 50 % en peso del componente (b) son compuestos con dos o tres grupos reactivos frente a isocianatos.

3. Espuma de poliuretano reforzada según la reivindicación 2, caracterizada porque el peso molecular de los compuestos con dos o tres grupos reactivos frente a isocianatos es inferior a 2500 g/mol.

4. Espuma de poliuretano reforzada según la reivindicación 2 o 3, caracterizada porque el peso molecular promedio en número de los compuestos con dos o tres grupos reactivos frente a isocianatos es inferior a 500 g/mol.

5. Espuma de poliuretano reforzada según la reivindicación 1, caracterizada porque los compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos (b) contienen al menos el 50 % en peso de compuestos con dos grupos reactivos frente a isocianatos y un peso molecular inferior a 2500 g/mol, con respecto al peso total del componente (b) .

6. Espuma de poliuretano reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la proporción de poliesteroles (b2) es de al menos el 50 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) .

7. Espuma de poliuretanto reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los poliesteroles (b2) contienen poliesteroles hidrófobos.

8. Espuma de poliuretano reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la proporción de reticulantes (b4) es del 1 al 30 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) .

9. Espuma de poliuretano reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la proporción de alargadores de cadena (b3) es del 8 al 50 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) , y porque la proporción de reticulantes (b4) es del 0 al 10 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) .

10. Espuma de poliuretano reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la funcionalidad media del componente (b) es inferior a 3, 0.

11. Espuma de poliuretano reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque los polieteroles (b1) presentan una funcionalidad media de 3, 6 a 8.

12. Espuma de poliuretanto reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el agente de refuerzo (f) son esteras de fibra de vidrio.

13. Espuma de poliuretanto reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el agente de refuerzo (f) son microesferas huecas.

14. Procedimiento para la fabricación de una espuma de poliuretano reforzada, en el que se mezclan

a) poliisocianatos con b) compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos c) agentes expansores que contienen agua y dado el caso d) catalizador y e) otros aditivos, dando una mezcla de reacción y se endurece la mezcla de reacción, en el que la mezcla de reacción que se va a endurecer contiene del 1 al 40 % en peso de microesferas huecas y/o se aplica a un agente de refuerzo poroso (f) que es capaz de formar redes bidimensionales o tridimensionales en la espuma de poliuretano, los compuestos con grupos reactivos frente a isocianatos (b) comprenden polieteroles (b1) , poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y dado el caso reticulantes (b4) y polieterdioles aromáticos (b5) , en el que el componente (b) contiene una proporción de poliesteroles (b2) , alargadores de cadena (b3) y polieterdioles aromáticos (b5) de al menos el 50 % en peso, con respecto al peso total del componente (b) , y como alargadores de cadena (b3) se usan dioles que contienen al menos el 30 % de grupos OH secundarios y la proporción de alargadores de cadena (b3) , con respecto al peso total del componente (b) , es del 5 al 50 % en peso.

15. Uso de una espuma de poliuretano reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 13, en un elemento estructural de tipo emparedado.

16. Uso de una espuma de poliuretano reforzada según una de las reivindicaciones 1 a 13 como espuma de refuerzo en aspas y alas o como material de aislamiento para tanques de gas natural licuado.

17. Uso según la reivindicación 16, siendo las aspas palas de rotor de una instalación de energía eólica.