Procedimiento para la preparación de espuma de poliuretano flexible y resiliente y la espuma resultante.

Un procedimiento para la preparación de una espuma de poliuretano flexible que tiene una densidad de 30 a 70kg/m3,

preferentemente de 38 a 50 kg/m3, una resiliencia, medida de acuerdo con la norma ASTM D 3574 H, mayorde 40%, preferentemente mayor de 50%, una dureza ILD al 40%, medida de acuerdo con la norma ISO 2439 B, de75 a 250 N, haciendo reaccionar al menos un poliisocianato que tiene al menos dos grupos isocianato concompuestos líquidos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato y al menos uno de los cuales contieneuno o más polímeros sólidos dispersados de forma estable en los mismos en una cantidad de 2,5 a 35 partes por100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato,caracterizado porque la deformación permanente por compresión en condiciones de humedad de la espuma depoliuretano flexible, medida de acuerdo con Renault 1637, se reduce a un valor menor de 5%, preferentemente a unvalor menor de 2,5%, incluyendo en dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato, por100 partes de los mismos:

a) 50 a 80 partes de uno o más polioles de polioxialquileno que tienen un contenido en unidades de oxietileno deal menos 40% en peso de las unidades de oxialquileno del poliol de polioxialquileno, un índice de hidroxilo de20 a 100, preferentemente de 20 a 60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4;

b) 20 a 50 partes de uno o más polioles de polioxialquileno adicionales que no contienen unidades de oxietileno, oque tienen un contenido en unidades de oxietileno menor de 40% en peso de las unidades de oxialquileno delpoliol del polioxialquileno adicional, y que tienen un índice de hidroxilo de 20 a 100, preferentemente de 20 a60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4.

Procedimiento para la preparación de espuma de poliuretano flexible y resiliente y la espuma resultante

La presente invención se refiere a la preparación de espuma de poliuretano flexible que tiene una densidad de 30 a 70 kg/m3, una resiliencia, medida de acuerdo con la norma ASTM D 3574 H, mayor de 40%, una dureza ILD al 40%, medida de acuerdo con la norma ISO 2439 B, de 75 a 250 N, haciendo reaccionar al menos un poliisocianato que tiene al menos dos grupos isocianato con compuestos líquidos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato y al menos uno de los cuales contiene uno o más polímeros sólidos dispersados de forma estable en una cantidad de 2, 5 a 35 partes por 100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato.

Dicha espuma de poliuretano flexible es ampliamente usada para asientos, camas (colchones) y diversos artículos debido a las propiedades de amortiguamiento de la espuma. La espuma flexible y resiliente se prepara haciendo reaccionar una composición de poliisocianato con una composición de poliol en presencia de un agente de expansión tal como agua, un tensioactivo y un catalizador tal como amina y un compuesto de estaño. El agua, el agente de expansión, reacciona con el poliisocianato y libera dióxido de carbono que actúa como gas de expansión. Al mismo tiempo, se forma poliurea y se acumula en la estructura de espuma.

Para aplicaciones de asientos (tanto para interiores de automóviles como para mobiliario) y de camas, la espuma de poliuretano flexible debe presentar ciertas propiedades para soportar carga. Esta tendrá una dureza (ILD al 40%) en el intervalo de 75 N a 250 N, y preferentemente de 90 N a 200 N. Las espumas resilientes, o las denominadas espumas de alta resiliencia (HR) , con tales durezas elevadas se producen con frecuencia con el uso de los denominados polioles poliméricos.

Los polioles poliméricos son dispersiones de un polímero sólido en una fase de poliol líquida. El polímero dispersado puede ser un polímero de uno o más monómeros etilénicamente insaturados, una resina epoxídica, un poliuretano o una poliurea. De estos, los usados más corrientemente son dispersiones de polímeros y copolímeros de estireno y/o acrilonitrilo (los denominados polioles SAN) , dispersiones de poliurea (los denominados polioles PHD) y dispersiones de poliurea-poliuretano (los denominados polioles PIPA) . La dureza de la espuma se puede controlar aumentando o reduciendo el contenido en sólidos del poliol polimérico.

Como se divulga en el documento EP 0 731 120, un inconveniente de los polioles poliméricos es que éstos disminuyen la elasticidad o resiliencia de la espuma producida y, en especial, también de la durabilidad de la misma. Esto conduce a diversos problemas. Por ejemplo, el grosor de una cama o de un cojín de un vehículo disminuirá en el transcurso de su uso. En particular, con los cojines para vehículos, conducir el vehículo durante largo tiempo disminuirá el grosor de diseño y la dureza del mismo, reduciendo la posición prescrita del conductor, reduciendo el campo de visión del conductor y disminuyendo así la seguridad del conductor y el confort de conducción.

Un parámetro importante para evaluar la durabilidad es la deformación permanente por compresión en condiciones de humedad. Esta propiedad se refiere a la deformación permanente por compresión en condiciones de alta temperatura y humedad, debido a la plastificación del polímero de poliuretano por el agua absorbida, o por cambios en la estructura del polímero debidos a hidrólisis, o a reacción de grupos isocianato sin reaccionar con agua atmosférica, y a ruptura de los enlaces de hidrógeno entre uniones polares en la cadena principal del polímero. La deformación permanente por compresión en condiciones de humedad (WCS) se mide determinando la pérdida de peso de una muestra de espuma, después de que esta ha sido comprimida hasta un cierto grado durante varias horas y a una elevada temperatura y una elevada humedad relativa. La deformación permanente por compresión será preferentemente lo más baja posible, por ejemplo, menor de 5% o incluso menor de 2, 5% cuando se determina de acuerdo con el estricto procedimiento de ensayo de Renault 1637. La WCS en particular es un importante criterio de calidad para espumas de alta resiliencia cuando se usan como colchones y como materiales para tapicería. Es conocido que la WCS de espumas comerciales de HR elaboradas a partir de un poliol polimérico que contiene una cantidad considerable de polímero sólido es por lo general alta, en la práctica aproximadamente del 1% para espumas típicas de alta resiliencia, tal como la B37130 disponible de Recticel. Sin embargo, también existen espumas de alta resiliencia con WCS mucho mayores, por ejemplo, espumas de alta resiliencia divulgadas en el documento EP 0 449 609 que tienen una WCS en el intervalo de 90 a 100% (medida por el procedimiento de ensayo de Renault) .

Se conocen por la técnica anterior varios intentos por mejorar la WCS de espumas flexibles elaboradas con polioles poliméricos que contienen una cantidad considerable de polímero sólido.

Con el fin de reducir la deformación permanente por compresión de una espuma de poliuretano preparada con un poliol polimérico, el documento US 6 087 410 divulga, por ejemplo, añadir un aditivo para mejorar la compresión en condiciones de humedad que consiste en un aducto rico en óxido de etileno que tiene un contenido de óxido de etileno mayor de 50%, una funcionalidad de 3 a 8 y un índice de hidroxilo de 200 a 800 mg KOH/g (es decir, un peso equivalente de 70 a 280) . Este aducto de bajo peso molecular se añade en una cantidad de 0, 5 a 10% en peso de la composición de poliol. A pesar de esta cantidad de aducto de reticulación, las espumas de poliuretano producidas todavía tendrán una deformación permanente por compresión en condiciones de humedad muy alta (mayor de 20%) . Por otro lado, una desventaja del uso de tales aductos de reticulación es que estos reducen las propiedades mecánicas tales como alargamiento y resistencia al desgarro de la espuma flexible.

El documento EP 0 367 283 divulga el uso de un aditivo de mejora de la deformación permanente en condiciones de humedad que comprende un aducto de óxido de etileno de peso molecular relativamente bajo que tiene una funcionalidad de 2 a 3, para reducir la deformación permanente por compresión en condiciones de humedad sin reducir de forma significativa los valores de alargamiento y capacidad de soportar cargas. La formulación contiene un poliol polimérico para controlar las propiedades para soportar cargas de la espuma. El aditivo de mejora de la deformación permanente se usa en una cantidad de 1 a 6 partes por cien partes de poliol. A pesar de la adición de este aditivo de mejora de la deformación permanente por compresión, la deformación permanente por compresión en condiciones de humedad de las espumas obtenidas todavía es mayor del 10%.

El documento US 4 929 646 no divulga propiedades de deformación permanente por compresión en condiciones de humedad pero divulga el uso de un poliéter poliol rico en EO que contiene al menos 50% en peso de unidades de oxietileno (unidades de EO) y que tiene una alta funcionalidad (funcionalidad de al menos 4) y un alto peso molecular para producir espuma de poliuretano flexible. Este poliéter poliol se usa en combinación con un poliol polimérico y está destinado a conseguir una espuma de célula abierta que, además, está reblandecida por el poliéter poliol rico en EO. Para conseguir este efecto de reblandecimiento, el poliéter poliol rico en EO se usa de nuevo en una cantidad relativamente pequeña de 0, 1 a 10 partes por cien partes del otro compuesto de poliol.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un nuevo procedimiento que permita preparar espumas de poliuretano flexibles y resilientes, que tengan una densidad de 30 a 70 kg/m3, una dureza ILD al 40% de 75 a 250 N, y una deformación permanente por compresión en condiciones de humedad, medida de acuerdo con Renault 1637, que es menor de 5% y, preferentemente, incluso menor de 2, 5 %.

En el procedimiento de acuerdo con la invención, la deformación permanente por compresión en condiciones de humedad de la espuma de poliuretano flexible se reduce hasta un valor menor que 5%, preferiblemente a un valor de menos de 2, 5% (medido de acuerdo con Renault 1637) , a pesar del hecho de que los compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato contienen una cantidad considerable de polímero sólido dispersado en los mismos,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la preparación de una espuma de poliuretano flexible que tiene una densidad de 30 a 70 kg/m3, preferentemente de 38 a 50 kg/m3, una resiliencia, medida de acuerdo con la norma ASTM D 3574 H, mayor de 40%, preferentemente mayor de 50%, una dureza ILD al 40%, medida de acuerdo con la norma ISO 2439 B, de 75 a 250 N, haciendo reaccionar al menos un poliisocianato que tiene al menos dos grupos isocianato con compuestos líquidos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato y al menos uno de los cuales contiene uno o más polímeros sólidos dispersados de forma estable en los mismos en una cantidad de 2, 5 a 35 partes por 100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato,

caracterizado porque la deformación permanente por compresión en condiciones de humedad de la espuma de poliuretano flexible, medida de acuerdo con Renault 1637, se reduce a un valor menor de 5%, preferentemente a un valor menor de 2, 5%, incluyendo en dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato, por 100 partes de los mismos:

a) 50 a 80 partes de uno o más polioles de polioxialquileno que tienen un contenido en unidades de oxietileno de al menos 40% en peso de las unidades de oxialquileno del poliol de polioxialquileno, un índice de hidroxilo de 20 a 100, preferentemente de 20 a 60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4;

b) 20 a 50 partes de uno o más polioles de polioxialquileno adicionales que no contienen unidades de oxietileno, o que tienen un contenido en unidades de oxietileno menor de 40% en peso de las unidades de oxialquileno del poliol del polioxialquileno adicional, y que tienen un índice de hidroxilo de 20 a 100, preferentemente de 20 a 60, y una funcionalidad nominal de 2 a 4.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la cantidad de dicho polímero sólido se selecciona de una manera tal que la dureza ILD al 40% de la espuma varía de 90 a 200 N.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato contienen, por 100 partes de los mismos, al menos 5 partes, preferentemente al menos 10 partes, de dichos uno o más polímeros sólidos.

4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato no comprenden agentes de reticulación/extendedores que tengan un índice de hidroxilo mayor de 100 o, por 100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato, menos de 5 partes, preferentemente, menos de 2, 5 partes, de dichos agentes de reticulación/extendedores.

5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato no comprenden agentes de reticulación/diluyentes de alcanolamina que tengan un índice de hidroxilo mayor de 100 o, por 100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato, menos de 1 parte, preferentemente, menos de 0, 5 partes, de dichos agentes de reticulación/extendedores.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato comprenden, por 100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato, al menos 55 partes, preferentemente al menos 60 partes, más preferentemente al menos 65 partes de dichos uno o más polioles de polioxialquileno.

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato comprenden, por 100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato, menos de 75 partes de dichos uno o más polioles de polioxialquileno.

8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato comprenden, por 100 partes de dichos compuestos líquidos que contienen grupos reactivos con isocianato, al menos 85 partes, preferentemente, al menos 95 partes, de dichos uno o más polioles de polioxialquileno y dichos uno o más polioles de polioxialquileno adicionales.

9. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dichos uno o más polioles de polioxialquileno tienen un contenido en unidades de oxietileno de al menos 50% en peso, preferentemente de al menos 60% en peso y, más preferentemente, de al menos 70% en peso, de las unidades de oxialquileno del poliol de polioxialquileno.

10. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dichos uno o más polioles de polioxialquileno tienen un contenido en unidades de oxietileno menor de 90% en peso, preferentemente menor de 85% en peso y, más preferentemente, menor de 80% en peso, de las unidades de oxialquileno del poliol de polioxialquileno.

11. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho poliisocianato y dichos compuestos que contienen grupos reactivos con isocianato se hacen reaccionar de acuerdo con un índice de

isocianato de 80 a 120, siendo el índice de isocianato preferentemente mayor de 90 y, más preferentemente, mayor de 100.

12. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicha espuma de poliuretano flexible se prepara por un procedimiento en un paso.

13. Una espuma de poliuretano flexible y resiliente obtenida por un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que tiene una densidad de 30 a 70 kg/m3, una resiliencia, medida de acuerdo con la norma ASTM D 3574 H, mayor de 40%, preferentemente mayor de 50%, una dureza ILD al 40%, medida de acuerdo con la norma ISO 2439 B, de 75 a 250 N, y una deformación permanente por compresión en condiciones de humedad, medida de acuerdo con Renault 1637, menor de 5%, preferentemente, menor de 2, 5%.

14. Una espuma de poliuretano flexible y resiliente según la reivindicación 13, teniendo dicha espuma una resistencia al desgarro, medida de acuerdo con la norma ASTM D3574 F, mayor de 1 N/cm y una resistencia a la tracción, medida de acuerdo con la norma EN ISO 1798, mayor de 50 kPa.

15. Una espuma de poliuretano flexible y resiliente según la reivindicación 13 o 14, teniendo dicha espuma una

resiliencia, medida a 20 ºC de acuerdo con la norma ASTM D3574 H, mayor de 50%, preferentemente, mayor de 15 55%.