Uso de poli(óxido de butileno)-poliol para mejorar la durabilidad de las espumas de poliuretano MDI.

Un sistema de reacción para la preparación de una espuma de poliuretano visocelástica,

que comprende:

(a) un componente de poliisocianato;

(b) un componente reactivo frente a isocianato, que comprende:

(i) de 35 a 74% en peso del componente reactivo frente a isocianato de uno o más polioles ricos en óxido de propileno (ricos en OP) con un peso equivalente medio numérico combinado de 200 a 500 y un contenido de polioxipropileno de al menos 70% por ciento de la masa total de uno o más polioles ricos en OP;

(ii) de 24 a 50% en peso del componente reactivo frente a isocianato de uno o más polioles ricos en óxido de etileno (ricos en OE) con un peso equivalente medio numérico combinado de 200 a 2.800 y un contenido de polioxietileno de al menos 70% por ciento de la masa total de uno o más polioles ricos en OE; y

(iii) de 2 a 10% en peso del componente reactivo frente a isocianato de uno o más poliéteres ricos en óxido de butileno (ricos en OB) con un peso equivalente medio numérico combinado de 2.000 o más, y un contenido de polioxibutileno de al menos 70% en peso de la masa de uno o más poliéteres ricos en OB, en donde la cantidad mínima de poliol rico en OE para usar en la formulación varía desde 24% en peso para pesos equivalentes inferiores a 500, a 29% en peso para pesos equivalentes superiores a 1.000;

(c) agua; y

(d) un componente catalizador.

Uso de pol¡(óxido de butileno)-poliol para mejorar la durabilidad de las espumas de poliuretano MDI Antecedentes de la invención Campo de la Invención

Las realizaciones de la presente invención se refieren a espumas de poliuretano. Más específicamente, las realizaciones de la presente invención se refieren a espumas de poliuretano con propiedades viscoelásticas.

Descripción de la Técnica Relacionada

Las espumas de poliuretano se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, que van desde acolchado (tales como, colchones, almohadas y cojines para asientos) hasta embalajes y aislamiento térmico, así como para aplicaciones médicas. Los poliuretanos tienen la capacidad de adaptarse a aplicaciones particulares, a través de la selección de materias primas que se utilizan para formar el polímero.

Una clase de espuma de poliuretano se conoce como vlscoelástlca (VE) o espuma "con memoria". Las espumas viscoelásticas exhiben una respuesta diferida y dependiente de la velocidad ante una tensión aplicada. Poseen una baja reslllencla y se recuperan lentamente cuando se comprimen. Estas propiedades se suelen asociar con la temperatura de transición vitrea (Tg) del poliuretano. La vlscoelastlcldad se suele manifestar cuando el polímero tiene una Tg Igual o aproximada a la temperatura de uso, que es la temperatura ambiente para muchas aplicaciones.

Como la mayoría de las espumas de poliuretano, la espumas de poliuretano VE se preparan por la reacción de un componente de poliol con un poliisocianato, en presencia de un agente de soplado. El agente de soplado es usualmente agua, o una mezcla de agua y otro material. Las formulaciones de VE se suelen caracterizar por la selección de un componente de poliol y la cantidad de agua en la formulación. El poliol predominante utilizado en estas formulaciones, tiene una funcionalidad de aproximadamente 3 grupos hidroxilo por molécula y un peso molecular en el intervalo de 4 a 1.5. Este poliol es mayormente el determinante principal de la Tg de la espuma de poliuretano, aunque también juegan un papel significativo otros factores, tales como los niveles de agua y el índice de isocianato.

La deformación remanente por compresión es una medida de la deformación permanente de una espuma, tras mantenerla comprimida bajo condiciones controladas de tiempo y temperatura. La deformación remanente por compresión se utiliza generalmente, para correlacionar la pérdida por uso del espesor del acolchado y cambios en la dureza de la espuma. Menores valores de deformación remanente por compresión son generalmente deseables para las espumas de poliuretano viscoelásticas.

Típicamente, las espumas de poliuretano viscoelásticas tienen bajas propiedades de flujo de aire, generalmente Inferiores a aproximadamente ,47 litros/segundo (1, pie cúbico estándar por minuto scfm) bajo condiciones de temperatura ambiente (22°C) y presión atmosférica (1 atm), produciendo por tanto sudoración cuando se utilizan como espumas destinadas para artículos de confort (por ejemplo, en camas, asientos y otros acolchados). El bajo flujo de aire también lleva a una baja transferencia de calor y humedad al exterior de la espuma, dando como resultado (1) un aumento de la temperatura de la espuma (cama) y (2) del nivel de humedad. La consecuencia de una temperatura más elevada es una mayor reslllencla y un menor carácter viscoelástico. La combinación de calor y humedad da como resultado una fatiga acelerada de la espuma. Además, si los flujos de aire de la espuma son suficientemente bajos, las espumas pueden sufrir una contracción durante la fabricación.

El documento W29/29621 A1 describe espumas de poliuretano viscoelásticas, en donde el flujo de aire y la deformación remanente por compresión juegan un papel Importante (véase párrafos [9] y [22]). Los ejemplos 3, 4 y C del documento W29/29621 A1 describen composiciones, que comprenden: 49% en peso de poliol PEPO-2 (un triol propoxilado que tiene un peso equivalente de 235), 1,96% en peso de PEPO-3 (un monol basado en óxido de butlleno), 49% en peso de NOBP-A (un poliol de aceite natural 3-funcional preparado por la reacción de metll ésteres de ácidos grasos de semillas de soja hldroxlmetllados con un poli(óxido de etileno) triol de peso molecular 625 y que contiene como máximo 3% en peso de óxido de etileno), agua y catalizadores.

Sería deseable lograr unos valores de deformación remanente por compresión mejorados con respecto los que ahora se logran en general, manteniendo a la vez las propiedades viscoelásticas de la espuma. Asimismo, sería deseable obtener espumas con unos valores de deformación remanente por compresión mejorados manteniendo a la vez propiedades, tal como flujo de aire.

Compendio de la invención

Las realizaciones de la presente invención se refieren a espumas de poliuretano. Más específicamente, las realizaciones de la presente invención se refieren a espumas de poliuretano con valores de deformación remanente por compresión mejorados, manteniendo a la vez propiedades viscoelásticas. En una realización, se proporciona un sistema de reacción para la preparación de una espuma de poliuretano viscoelástica. El sistema de reacción

comprende (a) un componente de poliisocianato (b) un componente reactivo frente a isocianato (c) agua y (d) un componente de catalizador. El componente reactivo frente a isocianato comprende (i) de 35 a 74% en peso del componente reactivo frente a isocianato de uno o más polioles ricos en óxido de propileno (ricos en OP) con un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 5 y un contenido de polioxipropileno de al menos 7% en peso de la masa total del uno o más polioles ricos en OP, (ii) de 24 a 5% en peso del componente reactivo frente a isocianato de uno o más polioles ricos en óxido de etileno (ricos en OE) con un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 2.8 y un contenido de polioxietileno de al menos 7% en peso de la masa total del uno o más polioles ricos en OE, y (iii) de 2 a 1% en peso del componente reactivo frente a Isocianato de uno o más poliéteres ricos en óxido de butileno (ricos en OB) con un peso equivalente medio numérico de 2. o más y un contenido de polioxibutileno de al menos 7% en peso de la masa del uno o más poliéteres ricos en OB. La cantidad mínima de poliol rico en OE para usar en la formulación varía desde 24% en peso para pesos equivalentes inferiores a 5, hasta 29% en peso para pesos equivalentes superiores a 1..

En otra realización, se proporciona un método para preparar una espuma de poliuretano viscoelástica. El método comprende formar componentes de reacción y combinar dichos componentes en condiciones suficientes, para formar una espuma de poliuretano viscoelástica. Los componentes de reacción comprenden un poliisocianato orgánico, un componente reactivo frente isocianato, agua, y un componente de catalizador. El componente reactivo frente a isocianato comprende uno o más polioles ricos en OP con un contenido de polioxipropileno de al menos 7% en peso de la masa total del uno o más polioles ricos en OP, y un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 5 a una cantidad de 35 a 74% en peso del componente reactivo frente a isocianato, uno o más polioles ricos en OE con un contenido de polioxietileno de al menos 7% en peso de la masa total de uno o más polioles ricos en OE y un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 2.8 a una cantidad de 24 a 5% en peso del componente reactivo frente a isocianato, y uno o más poliéteres ricos en OB con un contenido de polioxibutileno de al menos 7% en peso de la masa total del uno o más polioles ricos en OB y un peso equivalente medio numérico combinado de 2. o más, a una cantidad de 2 a 1% en peso del componente reactivo frente a isocianato, en donde una mínima cantidad de poliol rico en OE varía desde 24% en peso para pesos equivalentes inferiores a 5, hasta 29% en peso para los pesos equivalentes superiores a 1..

Descripción detallada

Las realizaciones de la presente invención se refieren a espumas de poliuretano. Más específicamente, las realizaciones de la presente invención se refieren a espumas de poliuretano con valores de deformación remanente por compresión mejorados, manteniendo a la vez propiedades viscoelásticas. En muchas formulaciones comerciales de espumas de poliueretano, los bajos valores de deformación remanente por compresión han demostrado ser bastante comunes en formulaciones basadas en MDI, que tienden a estar limitadas a menores valores de índice de isocianato que las formulaciones basadas en TDI. Los inventores han encontrado inesperadamente, que el uso de poli(óxido de butileno) en espumas de poliuretano viscoelásticas dan como resultado un aumento medible e inesperado de las propiedades... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de reacción para la preparación de una espuma de poliuretano visocelástica, que comprende:

(a) un componente de poliisocianato;

(b) un componente reactivo frente a ¡socianato, que comprende:

(i) de 35 a 74% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato de uno o más polioles ricos en óxido de propileno (ricos en OP) con un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 5 y un contenido de polioxipropileno de al menos 7% por ciento de la masa total de uno o más polioles ricos en

OP;

(ii) de 24 a 5% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato de uno o más polioles ricos en óxido de etileno (ricos en OE) con un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 2.8 y un contenido de polioxietileno de al menos 7% por ciento de la masa total de uno o más polioles ricos en OE; y

(iii) de 2 a 1% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato de uno o más poliéteres ricos en óxido de butileno (ricos en OB) con un peso equivalente medio numérico combinado de 2. o más, y un contenido de polioxibutileno de al menos 7% en peso de la masa de uno o más poliéteres ricos en OB, en donde la cantidad mínima de poliol rico en OE para usar en la formulación varía desde 24% en peso para pesos equivalentes inferiores a 5, a 29% en peso para pesos equivalentes superiores a 1.;

(c) agua; y

(d) un componente catalizador.

2. El sistema de reacción según la reivindicación 1, en donde el uno o más poliéteres ricos en óxido de butileno (OB) pueden tener un peso equivalente medio numérico combinado de 4. o superior, y el uno o más de los polioles ricos en OP comprenden menos de 65% del componente reactivo frente a ¡socianato.

3. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 2, en donde una cantidad mínima de uno o más polioles ricos en OE en porcentaje en peso del componente reactivo frente a ¡socianato para pesos equivalentes de 5 a 1., se calcula por 22,6 más ,41 veces la media numérica combinada de los pesos equivalentes de uno o más polioles rico en OE.

4. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 3, en donde el uno o más polioles ricos en OP, comprenden:

(b)(l)(A) de 3 a 6% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato de uno o más polioles ricos en OP con un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 5; y

(b)(i)(B) de 5 a 2% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato de uno o más polioles ricos en OP con un peso equivalente medio numérico combinado de 8 a 2.;

5. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 4, en donde el uno o más polioles ricos en OE tienen un peso equivalente medio numérico combinado de 1.5 a 2. y comprenden de 29 a 5% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato.

6. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 4, en donde el uno o más polioles ricos en OE comprenden un poliol rico en OE de bajo peso equivalente con un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 5.

7. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 4, en donde el uno o más polioles ricos en OE tienen un peso equivalente medio numérico combinado de 1. a 2.8, una funcionalidad de 2,8 a 8, y comprenden de 3% a 5% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato.

8. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 4, en donde el uno o más polioles ricos en OE tienen un peso equivalente medio numérico combinado superior a 5 e inferiora 1..

9. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además:

(e) un tensioactivo de organosilicona.

1. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además:

(iv) de 1 a 25% en peso del componente reactivo frente a ¡socianato de un monol de polióxido de propileno - co - óxido de etileno, en donde el uno o más monoles de óxido de etileno y óxido de propileno tienen una funcionalidad entre 1 y 2 y un peso equivalente medio numérico combinado de 4 a 6.

11. El sistema de reacción según la reivindicación 1, en donde el uno o más monoles de óxido de etileno y óxido de propileno tienen una concentración de óxido de etileno que está entre 4 y 6% en peso de la masa total del monol.

12. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 11, en donde el uno o más polioles rico en OP tienen un contenido de polioxipropileno igual o superior a 7% de la masa total de los polioles ricos en OP y el uno o más

polioles ricos OE tienen un contenido de polioxietileno igual o superior a 7% de la masa total de los polioles ricos en OE.

13. El sistema de reacción según las reivindicaciones 1 a 12, en donde el componente de poliisocianato (a), comprende:

(I) de a 1% de un diisocianato de tolueno (TDI) basado en poliisocianato orgánico; y 1 (¡I) de 9 a 1% de un componente basado en diisocianato de difenil metileno (MDI).

14. Un método para preparar una espuma viscoelástica, que comprende:

formar componentes de reacción, que comprenden: un poliisocianato orgánico;

un componente reactivo frente a isocianato, que comprende:

uno o más polioles ricos en óxido de propileno (ricos en OP) con un contenido de polioxipropileno de al

menos 7% por ciento de la masa total de uno o más polioles ricos en OP y un peso equivalente medio numérico combinado de 2 a 5 a una cantidad de 35 a 74% por ciento del componente reactivo frente a isocianato;

uno o más polioles ricos en óxido de etileno (ricos en OE) con un contenido de polioxietileno de al menos 2 7% por ciento de la masa total de uno o más polioles ricos en OE y un peso equivalente medio numérico

combinado de 2 a 2.8 a una cantidad de 24 a 5% por ciento del componente reactivo frente a isocianato; y

uno o más poliéteres ricos en óxido de butileno (ricos en OB) con un contenido de polioxibutileno de al menos 7% en peso de la masa total de uno o más poliéteres ricos en OB y un peso medio equivalente 25 medio numérico combinado de 2. o más, y a una cantidad de 2 a 1% en peso del componente reactivo

frente a isocianato, en donde la cantidad mínima de poliol rico en OE varía desde 24% en peso para pesos equivalentes inferiores a 5, hasta 29% en peso para pesos equivalentes superiores a 1.;

agua; y

un componente catalizador; y

combinar los componentes de reacción en condiciones suficientes para formar la espuma de poliuretano

viscoelástica.

15. El método según la reivindicación 14, en donde los componentes reactantes son según se describe en las reivindicaciones 2, 3, 4, 5, 1 y 13.