Procedimiento para la preparación de poliisocianatos con estructura biuret.

Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret mediante reacción en continuo de cantidades en exceso de isocianatos orgánicos que contienen grupos isocianato unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente (A) con aminas orgánicas que contienen grupos amino primarios unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente (B),

en el que

a) se mezcla una primera cantidad del componente isocianato A con el componente amina B, manteniéndose la temperatura por encima de 170º C, y

b) se dosifica una segunda cantidad del componente isocianato A con una temperatura de 20 a 250º C a la corriente de la mezcla de reacción resultante de la etapa a),

en donde la relación de partes en peso alimentadas del componente isocianato A por unidad de tiempo en la etapa a) respecto a la b) es de 1:9 a 9:1, y la cantidad de grupos NCO alimentados en total por unidad de tiempo en a) y b) respecto al número de grupos NH2 alimentados por unidad de tiempo es de al menos 4:1.

Procedimiento para la preparación de poliisocianatos con estructura biuret

La presente invención se refiere a un procedimiento mejorado para la preparación de poliisocianatos con estructura biuret mediante reacción en continuo de cantidades en exceso de diisocianatos orgánicos con grupos isocianato unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente con diaminas orgánicas con grupos amino primarios unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente a temperaturas elevadas mediante adición en dos etapas del componente isocianato. Poliisocianatos así preparados se caracterizan por alta estabilidad, se pueden preparar con grandes rendimientos espacio-temporales y presentan un bajo contenido en productos secundarios. Con instalaciones de producción dadas son posibles de forma sencilla variantes industriales del procedimiento para obtener poliisocianatos biuret con parámetros finales pretendidos (viscosidad, contenido en NCO) .

La preparación de poliisocianatos alifáticos con estructuras biuret se conoce desde 1958 (documento DE-A 1101394) . Otros posibles procedimientos de preparación se describen en un artículo de recapitulación (Laas y col., J. prakt. Chem. 336, 1994, 185-200) , que trata de las ventajas y desventajas de los respectivos procedimientos.

Se distinguen principalmente dos grupos de procedimientos: por un lado los denominados procedimientos al agua en los que se hacen reaccionar los diisocianatos con cantidades en exceso de agua dando urea y esta a continuación con cantidades en exceso de diisocianatos dando biuret, por otro lado los denominados procedimientos de diisocianato/diamina, en los que a partir de isocianato y cantidades en exceso de amina se prepara directamente urea y a continuación de nuevo con exceso de diisocianato biuret. Para ambos procedimientos, como se indica en el artículo de recapitulación ahí citado (Laas y col.) , se han analizado y descrito múltiples variantes. En los procedimientos descritos se trabaja sobre todo con hexametilendiisocianato (HDI) y dado el caso hexametilendiamina (HDA) para la preparación de HDI-biurets de gran relevancia industrial, en donde el diisocianato en exceso obtenido primeramente libera biurets presentes disueltos mediante destilación y/o extracción de diisocianato en exceso y se aíslan como biuret-poliisocianatos pobres en monómeros.

Los biuret-poliisocianatos preparados según el procedimiento al agua se caracterizan por lo general por una buena estabilidad del monómero, es decir, estabilidad frente a redisociación parcial en diisocianatos libres, buena diluibilidad, es decir, estabilidad de soluciones diluidas en relación a enturbiamiento y precipitaciones por efecto de la humedad, así como índices de color sobresalientes debido a condiciones de reacción relativamente suaves en la preparación. En las reacciones de biuretización según el procedimiento al agua se transforma sin embargo siempre una parte de los grupos isocianato contenidos en la mezcla de partida mediante reacción con un agente de biuretización intermediario en grupos amino. Debido a que se prepararon los grupos isocianato consumidos originalmente una vez mediante fosgenación de grupos amino, esta forma de proceder se evidencia costosa y poco económica. Además se generan en este procedimiento conocido productos secundarios en forma de gas o líquidos como, por ejemplo, dióxido de carbono, monóxido de carbono, sulfuro de óxido de carbono, olefinas o nitrilos que no son reciclables con excepción de anhídridos obtenidos en el procedimiento de ácido piválico/agua y se deben desechar.

En los procedimientos de diisocianato/diamina indicados se evidencia la ventaja de preparación económica, sin o con poca formación de productos secundarios, ninguno de los grupos isocianato preparados mediante fosgenación de grupos amino retorna de nuevo a grupos amino, ni a grupos urea y biuret. Estos procedimientos se desarrollaron igualmente para un nivel de calidad elevado como se describe, por ejemplo, en el documento EP-A 277353. Se pudo mejorar adicionalmente una estabilidad del monómero y dilución reducidas mediante optimizaciones adicionales, como se describe en el documento EP-B 1158013.

Como se describe en la presente bibliografía se precalienta HDI a temperaturas de aproximadamente 230 a 250º C y se hace reaccionar en una cámara de mezcla con HDA. A este respecto la temperatura aumenta adicionalmente a valores típicamente de 270 a 80º C. Luego se enfría la temperatura en etapas lo más rápidamente posible hasta, por ejemplo, 180º C. Para evitar un daño innecesariamente grande del HDI sensible a la temperatura, se calienta y sobrecaliente el producto de partida en el tiempo más corto posible. Sin embargo básicamente no es posible eliminar por completo el daño por temperatura.

Para asegurar una reacción y formación de biuret rápidas se usan sistemas de cámara de mezcla/boquilla especiales para la entremezcla óptima y rápida de los componentes de isocianato y amino. Por motivos hidrodinámicos estos sistemas están diseñados para un intervalo de flujos másicos estrecho y por tanto limitados en las modificaciones. Con cambios de carga así como con cambios en el producto se abandona este intervalo óptimo. La mezcla no ideal conduce a una formación de biuret retardada y peor y cristales de urea mayores con la consecuencia de que se prolonga el tiempo de reacción total y aumentan las reacciones secundarias.

Desde puntos de vista ambientales el calentamiento de grandes flujos másicos de HDI y HDA a altas temperaturas con el enfriamiento rápido subsiguiente igualmente necesario conduce a un elevado consumo de energía con gran potencial de emisión de dióxido de carbono.

El objetivo de la presente invención fue por tanto obtener poliisocianatos con estructura biuret según el procedimiento de diisocianato/diamina favorable económicamente, sin que el diisocianato sufra tiempos demasiado prolongados y a temperatura demasiado elevada y operando la preparación siempre con cambio de carga o de producto con las condiciones de entremezcla óptimas de los elementos de mezcla. El objetivo de la invención fue reducir de forma particular también el elevado consumo de energía para el calentamiento de la corriente de diisocianato frente a los procedimientos practicados hasta ahora, sin renunciar a las ventajas evidenciadas del procedimiento de diisocianato/diamina.

Tal como se ha encontrado ahora de forma sorprendente, es posible obtener en un procedimiento en continuo poliisocianatos de alta calidad con estructura biuret basados en isocianatos orgánicos con grupos isocianato unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente con aminas orgánicas con grupos amino primarios unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente con carga de temperatura reducida frente al estado de la técnica así como con cambio de carga y producto sin abandono de las condiciones de entremezcla óptimas, con uso de energía reducido, llevándose a cabo la reacción en dos etapas como se describe a continuación.

Por tanto es objeto de la invención un procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret mediante reacción en continuo de cantidades en exceso de isocianatos orgánicos que contienen grupos isocianato unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente (A) con aminas orgánicas que contienen grupos amino primarios unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente (B) , en el que a) se mezcla una primera cantidad del componente isocianato A con el componente amina B, manteniéndose la temperatura por encima de 170º C, y b) se dosifica una segunda cantidad del componente isocianato A con una temperatura de 20 a 250º C a la corriente de la mezcla de reacción resultante de la etapa a) , en donde la relación de partes en peso alimentadas del componente isocianato A por unidad de tiempo en la etapa a) respecto a la b) es de 1:9 a 9:1, y la cantidad de grupos NCO alimentados en total por unidad de tiempo en a) y b) respecto al número de grupos NH2 alimentados por unidad de tiempo es de al menos 4:1.

Con las temperaturas de reacción elevadas por encima de 170º C se realiza en una reacción en equilibrio una reacción directa entre grupos isocianato y amino dando estructuras urea y biuret. Según la temperatura de reacción ajustada y el exceso de isocianato usado se encuentra el equilibrio casi completamente sobre la parte de la urea y biuret.

La cantidad total de diisocianato, cantidad parcial de etapa a) y cantidad parcial de etapa b) , respecto a la cantidad de la amina que haya reaccionado en la etapa a) se selecciona, como hasta ahora en el procedimiento de diisocianato/diamina en una etapa, habitualmente para obtener un... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret mediante reacción en continuo de cantidades en exceso de isocianatos orgánicos que contienen grupos isocianato unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente (A) con aminas orgánicas que contienen grupos amino primarios unidos exclusivamente alifáticamente y/o cicloalifáticamente (B) , en el que a) se mezcla una primera cantidad del componente isocianato A con el componente amina B, manteniéndose la temperatura por encima de 170º C, y b) se dosifica una segunda cantidad del componente isocianato A con una temperatura de 20 a 250º C a la corriente de la mezcla de reacción resultante de la etapa a) , en donde la relación de partes en peso alimentadas del componente isocianato A por unidad de tiempo en la etapa a) respecto a la b) es de 1:9 a 9:1, y la cantidad de grupos NCO alimentados en total por unidad de tiempo en a) y b) respecto al número de grupos NH2 alimentados por unidad de tiempo es de al menos 4:1.

2. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según la reivindicación 1, en el que como componente isocianato A se usa HDI.

3. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según la reivindicación 1 ó 2, en el que como componente amino B se usa HDA.

4. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la cantidad de grupos NCO alimentados en total por unidad de tiempo en a) y b) respecto al número de grupos NH2 alimentados por unidad de tiempo es de 18:1 a 25:1

5. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según una de las reivindicaciones 1 bis 4, en el que la relación de partes en peso alimentadas del componente isocianato A por unidad de tiempo en la etapa a) respecto a la b) es de 5:5 a 7, 5:2, 5.

6. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la primera corriente parcial de componente isocianato A se precalienta a temperaturas de 200 a 240º C antes de ser alimentada a la corriente de amina B.

7. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la temperatura en la etapa a) se mantiene .

23. 320º C.

8. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la segunda corriente parcial del componente isocianato A, que se alimenta en la etapa b) , presenta temperaturas que se encuentran por debajo de las temperaturas de la primera corriente de isocianato de a) .

9. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según una de las reivindicaciones 1 a 8, procedimiento que se lleva a cabo con catálisis.

10. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según la reivindicación 9, en el que como catalizador se usan uno o varios ácidos o sus mezclas.

11. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según la reivindicación 10, en el que el catalizador es fosfato de di-n-butilo.

12. Procedimiento para la preparación en continuo de poliisocianatos con estructura biuret según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la solución de poliisocianato obtenida se libera mediante extracción o destilación en capa fina de diisocianato en exceso hasta contenidos < 0, 5% en peso de diisocianato monomérico.