Procedimiento para la preparación continua de una dispersión acuosa de poliuretano.

Procedimiento para la preparación continua de una dispersión acuosa de poliuretano,

a base de por lo menos un poli-isocianato alifático y/o aromático, caracterizado por los pasos siguientes:

a) Preparación de una emulsión acuosa previa mediante la mezcla con agua de un prepolímero de poliuretano que contenga un grupo hidrófilo y/o potencialmente hidrófilo, en una tobera de mezcla, introduciéndose el prepolímero de poliuretano en el agua a través de la tobera,

b) Formación de una emulsión mediante la homogeneización de la emulsión previa del paso a) en una tobera de homogeneización de varias etapas.

Procedimiento para la preparación continua de una dispersión acuosa de poliuretano

La invención se refiere a un procedimiento para la preparación continua de dispersiones acuosas de poliuretano, a base de poli-isocianatos alifáticos y/o aromáticos.

Para la preparación técnica a gran escala de dispersiones acuosas de poliuretano se conocen por el estado de la técnica principalmente dos procesos discontinuos: el proceso de la acetona y el procedimiento mixto de prepolímeros. La preparación de dispersiones a base de poli-isocianatos alifáticos resulta relativamente sencilla con ambos procesos debido a la moderada actividad de los poli-isocianatos alifáticos. La preparación de dispersiones a base de poli-isocianatos aromáticos se realiza por lo general de acuerdo con el proceso de la acetona o el procedimiento de la cetimina, ya que ambos procesos impiden una formación excesiva de espuma en la fase de dispersión, provocada por la reacción isocianato-agua. En el documento WO 81/02894 se describe otra vía para obtener dispersiones a base de poli-isocianatos (PIC) aromáticos. Los grupos PIC reactivos se convierten con un medio de bloqueo que se puede volver a disociar, de modo que no tiene lugar la formación de espuma o lo tiene solo en una medida subordinada. El inconveniente del procedimiento, igual que en el procedimiento de la cetimina, es por una parte la fase adicional de bloqueo así como el medio de bloqueo de bajo peso molecular que permanece en el sistema o que se ha de eliminar adicionalmente.

En el documento EP-A 0 220 000 se describe la preparación de dispersiones aromáticas según el procedimiento de mezcla de prepolímeros. Ahora bien, los ejemplos muestran que siempre se requiere en el proceso de preparación un emulgente exterior que queda después en los revestimientos que se preparan con las dispersiones, y que entraña los inconvenientes que conoce el especialista. Además, la neutralización del prepolímero tiene lugar de forma indirecta, es decir que la amina terciaria necesaria para la neutralización de los grupos carboxilos se añade a la presentación de agua. Una neutralización directa da lugar en este caso a una disminución fuerte del NCO del prepolímero, muy por debajo del contenido teórico de NCO. Además de esto, apenas es posible efectuar la sustitución de la hidracina empleada como amina de programación de las cadenas, por otras aminas que sean reactivas frente a los isocianatos. Por último, las dispersiones obtenidas de acuerdo con el documento EP-A- 220 000 tienen solamente un contenido de sustancia sólida de un 30% en peso.

Para la preparación continua de dispersiones acuosas de poliuretano se conoce por ejemplo un procedimiento por el documento WO 98/41552. En este procedimiento se preparan dispersiones sirviéndose de aparatos dispersores de accionamiento mecánico, y por lo tanto propensos a averías, y por lo general mediante la adición de emulgentes exteriores.

El documento EP-A 0 303 907 también describe un procedimiento continuo en el que se preparan dispersiones acuosas de poliuretano. El procedimiento preferido prevé la adición dosificada de agua a alta velocidad dentro del prepolímero de mayor viscosidad, homogeneizándose la mezcla no-homogénea en un tubo mezclador, o se dispersa el (pre-) polímero. El inconveniente de este procedimiento que de por sí es muy ventajoso es el paulatino empeoramiento de la vida útil del sistema al tratar prepolímeros de alta viscosidad.

El documento EP0805171 A1 se refiere a un procedimiento para la preparación de una dispersión acuosa de poliuretano donde como fase precursora se incorporan a la mezcla los componentes modificados hidrófilamente de poliol y poli-isocianato, mediante intensa agitación, efectuándose a continuación una dispersión fina en un dispersor de chorro a alta presión.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la preparación continua de dispersiones acuosas alifáticas y aromáticas de poliuretano que no tenga los inconvenientes citados. El procedimiento deberá permitir especialmente preparar también dispersiones de poliuretano a base de poli-isocianatos aromáticos así como tratar prepolímeros de alta viscosidad. El procedimiento se deberá caracterizar además por un largo tiempo útil, del orden de magnitud de diez horas y superior.

El objeto de la invención es un procedimiento para la preparación continua de una dispersión acuosa de poliuretano, por lo menos a base de un poli-isocianato alifático y/o aromático, caracterizado por los pasos siguientes:

a) Preparación de una emulsión acuosa previa mediante la mezcla de un prepolímero de poliuretano que contenga grupos hidrófilos y/o potencialmente hidrófilos, con agua, en una tobera mezcladora, para lo cual se incorpora el prepolímero de poliuretano en el agua a través de una tobera.

b) Formación de una emulsión mediante la homogeneización de la emulsión previa del paso a) en una tobera de homogeneización de varias etapas.

Los productos de partida para el procedimiento conforme a la invención para la preparación continua de dispersiones acuosas de poliuretano son prepolímeros de poliuretano. La preparación de prepolímeros de poliuretano que contengan disolvente o estén exentos de disolvente, tal como son adecuados para el procedimiento objeto de la invención, tiene lugar de acuerdo con un procedimiento conocido por el estado de la técnica. Hay diversos procedimientos que se describen detalladamente en el estado de la técnica. A título de ejemplo se puede

mencionar el procedimiento descrito en el documento EP-A 0 304 718. La preparación de un prepolímero de poliuretano sin embargo no se limita al procedimiento descrito en el documento EP-A 0 304 718.

Para la preparación de los prepolímeros se presenta con frecuencia en el reactor un exceso molar de di-isocianato, que a continuación se combina con los dioles y polioles que contienen átomos activos de agua, en presencia o en ausencia de disolventes. En la mezcla de polioles que por lo general consiste en di-, tri- o polioles de alto peso molecular (400 a 6000 g/mol) y de bajo peso molecular (62 a 400 g/mol) , se encuentran también compuestos hidrófilos iónicos y/o no-iónicos y/o hidrofilizables que presentan cuerpos reactivos frente a los grupos isocianato. Estos se ocupan de la dispersabilidad del polímero. La reacción se lleva a cabo por lo general a temperaturas de 40 a 120ºC, hasta alcanzar un contenido constante de NCO. Para acelerar la reacción NCO-OH se pueden emplear también los catalizadores usuales en la química del poliuretano. La conversión de los grupos potencialmente hidrófilos a hidrófilos que provocan la dispersabilidad en agua tiene lugar por lo general mediante la adición de compuestos adecuados (por ejemplo bases en el caso de prepolímeros funcionales del ácido carbónico, o ácidos o componentes que provoquen la cuaternización en el caso de grupos amino terciarios que contengan prepolímeros) , antes o después de que se haya estabilizado el contenido de NCO.

La conversión de los componentes hidrofilizables a la forma hidrófila, por ejemplo sirviéndose de una amina de neutralización, puede efectuarse tanto en una vasija de reacción para la preparación del prepolímero como también en línea durante el procedimiento continuo conforme a la invención. Si este paso se da en línea, puede efectuarse, bien antes de la mezcla del prepolímero con agua o durante la preparación de la emulsión previa según el paso a) del procedimiento conforme a la invención, para lo cual se añade en cantidad suficiente al agua (denominada también agua de dispersión) el grupo que provoca la salinización.

El prepolímero se convierte, preferentemente antes de la preparación de la emulsión acuosa previa según el paso (a) , en una tobera mezcladora de forma continua con por lo menos un componente que provoca la salinización de los grupos potencialmente iónicos.

De acuerdo con el procedimiento conforme a la invención se pueden emplear o bien poli-isocianatos alifáticos o aromáticos, o mezclas de poli-isocianatos alifáticos y aromáticos.

Como poli-isocianatos alifáticos se prefieren para la preparación del prepolímero de poliuretano los di-isocianatos de fórmula R1 (NCO) 2, correspondiendo R1 a un resto de hidrocarburo alifático con 4 a 12 átomos de carbono o a un resto de hidrocarburo cicloalifático con 6 a 15 átomos de carbono, o a un resto de hidrocarburo aralifático con 7 a 15 átomos de carbono.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación continua de una dispersión acuosa de poliuretano, a base de por lo menos un poli-isocianato alifático y/o aromático, caracterizado por los pasos siguientes:

a) Preparación de una emulsión acuosa previa mediante la mezcla con agua de un prepolímero de 5 poliuretano que contenga un grupo hidrófilo y/o potencialmente hidrófilo, en una tobera de mezcla, introduciéndose el prepolímero de poliuretano en el agua a través de la tobera,

b) Formación de una emulsión mediante la homogeneización de la emulsión previa del paso a) en una tobera de homogeneización de varias etapas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en otro paso c) se efectúa una conversión al

menos parcial de una emulsión que contiene grupos NCO libres del paso b) , con por lo menos una amina reactiva frente a los grupos isocianato.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la conversión tiene lugar de forma continua con una amina conforme al paso c) , en una tobera mezcladora.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1–3, caracterizado porque la preparación de la emulsión previa

según el paso a) tiene lugar a una diferencia de presión de 0, 1 a 100 bar, preferentemente de 0, 2 a 50 bar, muy preferentemente de 0, 5 a 20 bar.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la formación de la emulsión según el paso b) tiene lugar a una diferencia de presión de 1 a 200 bar, preferentemente de 3 a 100 bar, muy preferentemente de 5 a 60 bar.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque para la homogeneización según el paso b) se emplean de 2 a 20 etapas.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque como tobera de homogeneización se emplea en el paso b) un dispersor de chorro.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque en el paso a) la temperatura del 25 prepolímero de poliuretano es de 10ºC a 100ºC.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque en el paso a) la temperatura del agua es de 5ºC a 95ºC.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque en el paso a) se emplea como tobera mezcladora un dispersor de chorro.