BRPI0710995A2

BRPI0710995A2 - "dispersão de poliuretano hidrofilica não-iÈnica aquosa, processo contìnuo para produzir uma dispersão de poliuretano hidrofìlica não-iÈnica aquosa, substrato revestido com polìmero de poliuretano e substrato impregnado com polìmero de poliuretano".

Info

Publication number: BRPI0710995A2
Application number: BRPI0710995-4A
Authority: BR
Inventors: Bedri Erdem; Mark Adams; Robert C Frye; Debkumar Bhattacharjee; Duane R Roberts
Original assignee: Dow Global Technologies Inc
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2012-02-14
Also published as: KR20090026765A; CN101443379A; MX2008014617A; RU2008149515A; WO2007136991A1; JP2009537667A; EP2021393A1; AU2007253912B2; AU2007253912A1; CA2651511A1; US20090105411A1

Abstract

DISPERSãO DE POLIURETANO HIDROFìLICA NAO-IÈNICA AQUOSA, PROCESSO CONTìNUO PARA PRODUZIR UMA DISPERSãO DE POLIURETANO HIDROFìLICA NAO-IÈNICA AQUOSA, SUBSTRATO REVESTIDO COM POLìMERO DE POLIURETANO E SUBSTRATO IMPREGNADO COM POLìMERO DE POLIURETANO. A presente invenção refere-se a uma dispersão de poliuretano hidrofílica não-iónica aquosa, e a um processo contínuo para produzir a mesma. A dispersão de poliuretano hidrofílica não-iónica aquosa de acordo com a presente invenção inclui o produto de reação de um prepolímero hidrofílico não iónico, água, opcionalmente um tensoativo externo, e opcionalmente um agente extensor de cadeia. O prepolímero hidrofílico não iónico inclui o produto de reação de um primeiro componente e um segundo componente. O primeiro componente é selecionado do grupo consistindo de um poliisocianato aromático, um poliisocianato alifático, e combinações destes. O segundo componente é um óxido de alquileno poliol hidrofílico, um óxido de alquileno monol hidrofílico não iónico, ou combinações destes. O processo contínuo para produzir a dispersão de poliuretano hidrofílica não-iónica aquosa inclui as seguintes etapas: (1) prover uma corrente líquida de fase dispersa tendo uma taxa de fluxo R~2~, sendo que a dita corrente líquida de fase dispersa contém um prepolímero de poliuretano hidrofílico não iónico compreendendo o produto de reação de: (a) um primeiro componente, sendo que o primeiro componente é um poliisocianato aromático, um poliisocianato alifático, ou combinações destes; e (b) um segundo componente, sendo que o segundo componente é um óxido de alquileno poliol hidrofílico não iónico, um óxido de alquileno monol hidrofilico não iónico, ou combinações destes; (2) prover uma corrente líquida de fase contínua tendo uma taxa de fluxo R~1~, sendo que a dita corrente líquida de fase contínua compreende água e opcionalmente um tensoativo; (3) continuamente convergir a dita corrente líquida de fase dispersa e a dita corrente líquida de fase contínua para dentro de um dispersador de alto cisalhamento, sendo que R~2~:R~1~ é na faixa e 10-90 a 30-70;0 (4) emulsificar o dito prepolímero de poliuretano hidrofílico não iónico na dita água via um dispersador de alto cisalhamento; e (5) produzir assim a dita dispersão de poliuretano aquosa hidrofílica não iónica.

Description

"DISPERSÃO DE POLIURETANO HIDROFíLICA NÃO-IÔNICA AQUOSA, PROCESSO CONTÍNUO PARA PRODUZIR UMA DISPERSÃO DE POLIURETANO HIDROFÍLICA NÃO-IÔNICA AQUOSA, SUBSTRATO REVESTIDO COM POLÍMERO DE POLIURETANO E SUBSTRATO IMPREGNADO COM POLÍMERO DE POLIURETANO".

Campo da invenção

A presente invenção refere-se a uma dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa, e a um processo contínuo para fazer a mesma.

Antecedentes da invenção

Dispersões de poliuretano aquosas são geralmente bem conhecidas e são usadas na produção de produtos de poliuretano úteis. Diferentes técnicas foram empregadas para facilitar a produção de dispersões aquosas de poliuretano.

A patente U.S. n° 6.897.281 descreve um poliuretano respirável tendo uma taxa de transmissão vertical de vapor de umidade de mais que 500 g/m2/24 h. O poliuretano respirável inclui: (a) unidades de cadeia lateral de poli(oxido de alquileno) em uma quantidade compreendendo 12 por cento em peso a 80 por cento em peso do poliuretano, sendo que (i) grupos óxido de alquileno nas unidades de cadeia lateral de poli(óxido de alquileno) têm de 2 a 10 átomos de carbono e são não substituídos, substituídos, ou ambos não substituídos e substituídos, (ii) pelo menos 50 por cento em peso dos grupos óxido de alquileno são óxido de etileno, e (iii) a quantidade de unidades de cadeia lateral será de pelo menos 3 0 por cento em peso quando o peso molecular das unidades de cadeia lateral for de menos que cerca de 600 gramas/mol, pelo menos cerca de 15 por cento em peso quando o peso molecular das unidades de cadeia lateral for de 600 a 1.000 gramas/mol, e pelo menos 12 por cento em peso quando o peso molecular das unidades de cadeia lateral for de mais que cerca de 1.000 gramas/mol, e (b) unidades de cadeia principal de poli(óxido de etileno) em uma quantidade incluindo menos que cerca de 25 por cento em peso do poliuretano.

A patente U.S. n° 5.700.867 descreve uma dispersão aquosa de um poliuretano aquoso tendo um grupo funcional iônico, unidades de polioxietileno, e grupos funcionais hidrazina terminais. O teor do grupo funcional iônico é de 5 a 180 miliequivalentes por 100 g do poliuretano aquoso, e o teor da unidades de polioxietileno é de cerca de 20 por cento em peso ou menos de um peso do poliuretano aquoso. A patente U.S. n° 5.043.381 descreve uma dispersão aquosa de um poliuretano dispersável em água não iônico tendo grupos polioxietileno pendentes, e um reticulado por 3.000 a 100.000 unidades de peso atômico.

A patente U.S. n° 4.092.286 descreve elastômeros de poliuretano dispersáveis em água tendo uma estrutura molecular substancialmente linear caracterizada por (a) cadeias de óxido de polialquileno poliéter laterais tendo um teor de unidades de óxido de etileno de cerca de 0,5 a 10 por cento em peso, com base no poliuretano como um todo e (b) um teor de grupos iônicos de cerca de 0,1 a 15 miliequivalentes por 100 g.

A patente U.S. n° 3.920.598 descreve um poliuretano que é adaptado para ser disperso em água sem um emulsif icante. O poliuretano, adaptado para ser disperso em água sem um emulsificante, é preparado reagindo um composto orgânico tendo átomos de hidrogênio ativo determináveis pelo método de Zerewitinoff com um diisocianato orgânico tendo uma cadeia lateral contendo grupos (O-CH2-CH2) repetitivos.

A divulgação de patente japonesa n° 57-3 9212 descreve um método para moldar poliuretanos no qual uma emulsão aquosa de poliuretano com estrutura específica é solidificada via tratamento térmico. A emulsão aquosa de poliuretano é o produto de um prepolímero obtido reagindo (a) um poliisocianato; (b) compostos de polioxietileno glicol com pesos moleculares de 800-1500, a 6-30 por cento em peso; e (c) compostos de polihidroxila diferentes de (ii). A despeito dos esforços de pesquisa para desenvolver e melhorar dispersões aquosas de poliuretano, ainda existe uma necessidade de dispersões de poliuretano aquosas melhoradas, e de um método para fazê-las.

Sumário da invenção

A presente invenção é uma dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa, e a um processo contínuo para fazer a mesma. A dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa de acordo com a presente invenção inclui o produto de reação de um prepolímero hidrofílico não iônico, água, opcionalmente um tensoativo externo, e opcionalmente um reagente extensor de cadeia. O prepolímero hidrofílico não iônico inclui o produto de reação de um primeiro componente e um segundo componente.

O primeiro componente é selecionado do grupo consistindo de um poliisocianato aromático, um poliisocianato alifático, e combinações destes. 0 segundo componente é um oxido de alquileno poliol hidrofílico, um óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, ou combinações destes. O processo contínuo para produzir a dispersão de poliuretano aquosa hidrofílica não iônica inclui as seguintes etapas: (1) prover uma corrente líquida de fase dispersa tendo uma taxa de fluxo R2, sendo que a corrente líquida de fase dispersa contém um prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico compreendendo o produto de reação de (a) um primeiro componente, sendo que o dito primeiro componente é um poliisocianato aromático, um poliisocianato alifático, ou combinações destes; e (b) um segundo componente, sendo que o dito segundo componente é um óxido de alquileno poliol hidrofílico, um óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, ou combinações destes; (2) prover uma corrente líquida de fase contínua tendo uma taxa de fluxo Ri, sendo que a corrente líquida de fase contínua compreende água e opcionalmente um tensoativo; (3) continuamente convergir a corrente líquida de fase dispersa e a corrente líquida de fase contínua para dentro de um dispersador de alto cisalhamento, sendo que R2: R1 é na faixa e 10-90 a 30-70; (4) emulsificar o prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico na água via um dispersador de alto cisalhamento; e (5) produzir assim a dispersão de poliuretano aquosa hidrofilica não iônica.

Descrição detalhada da invenção

A dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa de acordo com a presente invenção inclui o produto de reação de um prepolímero hidrofílico não iônico, água, opcionalmente um tensoativo externo, e opcionalmente um reagente extensor de cadeia. O prepolímero hidrofílico não iônico inclui o produto de reação de um primeiro componente e um segundo componente. O primeiro componente é selecionado do grupo consistindo de um poliisocianato aromático, um poliisocianato alifático, e combinações destes. 0 segundo componente é um óxido de alquileno poliol hidrofílico, um óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, ou combinações destes.

O primeiro componente poderá ser qualquer poliisocianato aromático, poliisocianato alifático ou combinações destes conhecido(s). Esses poliisocianatos incluem aqueles contendo pelo menos dois grupos isocianato por molécula, preferivelmente, aqueles contendo uma média de 2,0 a 3,0 grupos isocianato por molécula. Os poliisocianatos poderão preferivelmente ser poliisocianatos aromáticos, poliisocianatos alifáticos ou combinações destes. Poliisocianatos exemplificativos incluem, mas não estão limitados a, diisocianatos de tolueno (TDI), 4,4'- diisocianato de difenilmetano (MDI), diisocianato de xilileno, 1,5-diisocianato de naftaleno, diisocianato de p-fenileno, diisocianato de dibenzila, diisocianato de difenil éter, diisocianato de m- ou p-tetrametilxilileno, triisocianato de trifenilmetano. Ademais, diisocianatos alifáticos (que adicionalmente englobam diisocianatos alicíclicos) incluem aqui aqueles divulgados na patente U.S. n° 5.494.960, tais como diisocianato de tolileno hidrogenado, 4,4'-diisocianato de difenilmetano hidrogenado (H12MDI), diisocianato de 1,4-tetrametileno, diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de xilileno hidrogenado, 1,4-diisocianato de ciclohexila, e diisocianato de isoforona (IPDI) , bem como 1,3- e 1,4- bis-(isociananto de metilciclohexano) , e misturas destes.

Adicionalmente, o poliisocianato poderá incluir uma ou mais espécies de quaisquer das unidades de monômeros de isocianato referenciadas. O primeiro componente poderá preferivelmente ser selecionado do grupo consistindo de MDI, TDI, HDI, e 1,3- e 1,4-bis-(isocianatometil)ciclo- hexano.

O segundo componente poderá ser um poliol de óxido de alquileno, um monol de óxido de alquileno, ou combinações destes; por exemplo, o segundo componente poderá preferivelmente ser um óxido de alquileno poliol hidrofílico não iônico, um óxido de alquileno monol hidrofilico não iônico, e combinações destes. 0 óxido de alquileno do óxido de alquileno poliol ou do óxido de alquileno monol poderá tipicamente ser etileno, ou propileno. O óxido de alquileno do óxido de alquileno poliol ou do óxido de alquileno monol poderá ser um homopolímero, ou um copolímero. 0 óxido de alquileno poliol poderá ainda ser um polímero linear, ou um polímero ramificado. As parcelas óxido de alquileno do óxido de alquileno ou óxido de alquileno monol poderão ou ser aleatoriamente distribuídas ou distribuídas em bloco.

Tais polióis de óxido de alquileno hidrofílicos não iônicos incluem, mas não estão limitados a, óxido de polietileno, óxido de polipropileno, óxido de polibutileno, óxido de politetrametileno, misturas destes, e combinações destes. 0 segundo componente poderá preferivelmente ser um óxido de polietileno hidrofílico não iônico. O segundo componente poderá adicionalmente incluir polióis hidrofóbicos não iônicos incluindo, mas não limitados a, óxido de polietileno, óxido de polipropileno, óxido de polibutileno, óxido de politetrametileno, poliéster polióis aromáticos ou alifáticos, policaprolactona polióis, polióis acrílicos, misturas destes, e combinações destes. 0 segundo componente poderá compreender até 90 por cento em peso de óxido de alquileno hidrofílico não iônico ou óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, com base no peso do segundo componente. Todos os valores individuais e sub-faixas de 0 a 90 por cento em peso estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, o segundo componente poderá compreender cerca de 10 a 90 por cento em peso do óxido de alquileno hidrofílico não iônico ou óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, com base no peso do segundo componente; ou, alternativamente, o segundo componente poderá compreender pelo menos 8 0 por cento em peso do óxido de alquileno hidrofílico não iônico ou óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, com base no peso do segundo componente.

O prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico poderá compreender quaisquer quantidades ou do primeiro ou do segundo componente. 0 prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico poderá compreender até cerca de 90 por cento em peso do primeiro componente, com base no peso do prepolímero de poliuretano hidrofóbico não iônico. Todos os valores individuais e sub-faixas de 0 a 90 por cento em peso estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, o prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico poderá compreender até cerca de 50 por cento em peso do primeiro componente, com base no peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico ou, alternativamente, o prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico poderá compreender até cerca de 20 por cento em peso do primeiro componente, com base peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico. Ademais, o prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico poderá compreender até cerca de 90 por cento em peso do segundo componente com base no peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico. Todos os valores individuais e sub-faixas de 0 a 90 por cento em peso estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, o segundo componente poderá compreender cerca de 10 a 90 por cento em peso do óxido de alquileno poliol hidrofílico não iônico ou óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, com base no peso do segundo componente ou, alternativamente, o segundo componente poderá compreender pelo menos cerca de 80 por cento em peso do óxido de alquileno poliol hidrofílico não iônico ou óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, com base no peso do segundo componente. 0 prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico poderá compreender até cerca de 10 por cento do peso combinação dos componentes adicionais, com base no peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico. Todos os valores individuais e sub-faixas de 0 a 10 por cento em peso estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, o prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico poderá compreender até cerca de 5 por cento do peso combinado dos componentes adicionais, com base no peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico.

A dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa poderá compreender qualquer quantidade do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico; por exemplo, a dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa poderá compreender até cerca de 70 por cento em peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico, com base no peso da dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa. Todos os valores individuais e sub-faixas de 0 a 70 por cento em peso estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, a dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa poderá compreender até cerca de 30 por cento em peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico, com base no peso da dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa; ou, alternativamente, a dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa poderá compreender até cerca de 20 por cento em peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico, com base no peso da dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa.

Por exemplo, a dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa poderá compreender até cerca de 10 por cento em peso do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico, com base no peso da dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa. Ademais, a dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica poderá compreender uma quantidade de água; por exemplo, a dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica poderá compreender 30 a 90 por cento em peso de água, com base no peso da dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa.

Todos os valores individuais e sub-faixas de 30 a 90 por cento em peso estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, a dispersão de poliuretano hidrofilica não iônico aquosa poderá compreender 70 a 90 por cento em peso de água, com base no peso da dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa; ou, alternativamente, a dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa poderá compreender 80 a 90 por cento em peso de água, com base no peso da dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa.

A dispersão de poliuretano hidrofilica não iônica aquosa poderá opcionalmente incluir um ou mais tensoativos. Tais tensoativos estão tipicamente incluídos na fase aquosa. 0 tensoativo poderá ser, por exemplo, aniônico, não-iônico, catiônico, zwitteriônico, ou uma mistura de não iônico com catiônico, aniônico ou zwitteriônico. Tensoativos preferidos são tensoativos não iônicos e aniônicos. O tensoativo, que não é incorporado à cadeia principal do polímero, é selecionado do grupo consistindo de sais metálicos ou de amônio de sulfonatos, fosfatos e carboxilatos. Tensoativos adequados incluem sais metálicos alcalinos de ácidos graxos, tais como estearato de sódio, palmitato de sódio, oleato de potássio, sais metálicos alcalinos de sulfatos de ácidos graxos, tais como lauril sulfato de sódio, sais metálicos alcalinos de alquilbenzenossulf atos e alquilbenzenossulf onatos, e alquilnaftalenossulfatos e alquilnaftalenossulfonatos, tais como dodecilbenzenossulfonato de sódio, alquilnaftaleno-sulfonato de sódio, sais metálicos alcalinos de sulfosuccinatos de dialquila; os sais metálicos de alquil fenol etoxilatos sulfatados, tais como octilfenoxipolietoxietil sulfato de sódio; os sais metálicos alcalinos de polietoxialcool sulfatos e os sais metálicos alcalinos de sulfatos de polietoxialquila. Mais preferivelmente, o tensoativo aniônico poderá ser dodecil benzeno sulfonato de sódio, dodecil sulfonato de sódio, dodecil difenil óxido sulfonato de sódio, n-decil difenil óxido dissulfonato de sódio, dodecibenzenossulfonato de isopropilamina, ou hexil difenil óxido dissulfonato de sódio e, o mais preferivelmente, o tensoativo aniônico poderá ser o dodecil benzeno sulfonato de sódio.

Tensoativos não iônicos poderão ser, por exemplo, adutos de óxido de etileno de fenóis, tais como nonil fenol, e ácidos graxos etoxilados, ésteres de ácidos graxos etoxilados, glicol ésteres, e combinações destes. A dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa poderá opcionalmente compreender de 0 a cerca de 6 por cento em peso de um tensoativo, com base no peso total da dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa. Todos os valores individuais e sub-faixas de 0 a cerca de 6 por cento em peso estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, a dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa poderá compreender de 0,05 a cerca de 5 por cento em peso de um tensoativo, com base no peso total da dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa. Em geral, é desejado adicionar uma quantidade suficiente de tensoativo para facilitar a produção de uma dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa tendo um tamanho médio de partícula na faixa de 20 a 1000 nm, mais pref erivelmente de 40 a 150 nm, e uma polidispersidade na faixa de 1,0 a 5,0 e mais pref erivelmente de 1,0 a 2,0. Tensoativos, preferivelmente adicionados externamente, desempenham um papel importante na formação e estabilização de emulsões e dispersões. Geralmente, concentrações de tensoativo mais altas resultam em diâmetros de partícula menores, mas concentrações de tensoativo que estejam demasiadamente altas tendem a afetar deleteriamente as propriedades dos produtos. Uma pessoa medianamente entendida no assunto poderá prontamente determinar o tipo e a concentração apropriados do tensoativo para o processo e uso final particulares.

Apesar de a água poder ser usada como um agente extensor de cadeia, a dispersão de poliuretano da presente invenção poderá ainda incluir outros agentes extensores de cadeia sem incorporar quaisquer propriedades iônicas às partículas de poliuretano, tais como poliaminas alifáticas, cicloalifáticas, aromáticas, e álcool aminas para construir peso molecular. Daí, o prepolímero poderá preferivelmente ser contatado com um agente extensor de cadeia antes de ocorrer substancial reação entre a água e o prepolímero. O agente extensor de cadeia inclui, mas não está limitado a, hidrazina, etileno diamina, hexametileno diamina, polialquilenodiol aminado, 1,3-1,4- bis(aminometil)ciclohexano, e isoforonadiamina.

A dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa da presente invenção poderá incluir ainda outros aditivos opcionais, tais como modificadores de fase. Tais modif icadores de fase poderão ser incluídos na água durante a preparação da dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica. A estabilidade coloidal da dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica poderá ser intensifiçada incluindo com a água de 0,5 a 8 por cento em peso de um colóide protetor, tal como poli (álcool vinílico), ou um tensoativo aniônico. Tais modificadores de fase estarão presentes tipicamente em uma quantidade de 0,1 a 5 por cento em peso da dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica. A dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica de acordo com a presente invenção poderá adicionalmente incluir modificadores de reologia, tais como alginato de amônio e metil celulose, que proporcionam caracter!sticas de fluxo desejáveis; cargas, tais como argila, negro-de-fumo e sílica coloidal e talco para modificar propriedades trativas, de abrasão e de rasgamento; corantes e pigmentos; antidegradantes; e amaciantes, tais como óleo mineral para controlar o módulo. Adicionalmente, a dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica poderá ser misturada com outras emulsões e dispersões, incluindo, mas não limitadas a, dispersões de poliolefinas, dispersões de epóxi, dispersões acrílicas, dispersões de estireno/butadieno, combinações destas.

A dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica de acordo com a presente invenção poderá incluir ainda qualquer outro aditivo que seja conhecido daquele medianamente entendido no assunto para o uso final para as quais as dispersões inventivas são destinadas contanto que sua presença não degrade as propriedades desejadas para o produto final. Tais aditivos poderão ser incorporados às dispersões de qualquer maneira conhecida como sendo útil, incluindo, mas não limitadas a, inclusão na formulação do prepolímero e inclusão na água a ser usada para fazer a dispersão. Outros aditivos adequados incluem dióxido de titânio, carbonato de cálcio, óxido de silício, antiespumantes, biocidas, partículas de carbono.

Em produção, a dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa da presente invenção é feita misturando o prepolímero com água, opcionalmente na presença de um tensoativo, opcionalmente outros aditivos e/ou modificadores de fase, e/ou opcionalmente um agente extensor de cadeia, a uma temperatura de 10 a 90°C, para produzir a desejada dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa. Uma quantidade em excesso de água poderá ser usada para controlar o teor de sólidos.

O prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico aquoso poderá ser preparado por um processo em batelada ou continuo. Por exemplo, em um processo contínuo, um excesso estequiométrico de um poliisocianato aromático ou alifático, e um óxido de etileno ou monol hidrofílico não iônico poderão ser introduzidos por correntes separadas em um misturador estático ou ativo, preferivelmente na ausência de um catalisador, e a uma temperatura adequada para a reação controlada dos reagentes, tipicamente de 40°C a 100°C ã pressão atmosférica. A reação poderá ser realizada até a substancial conclusão em um reator de fluxo pistonar para formar um prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico. Alternativamente, por exemplo, em um processo em batelada, óxido de etileno ou monol hidrofílico não iônico é introduzido no reator. A temperatura do reator é elevada, por exemplo, até 70°C, enquanto que agitando o óxido de etileno ou monol hidrofílico não iônico. Poliisocianatos aromáticos ou alifáticos são adicionados ao reator na ausência de qualquer catalisador, e a temperatura do reator é aumentada, por exemplo, até 80°C, enquanto o processo de agitação prossegue durante um certo período de tempo, por exemplo, quatro horas. No caso de um catalisador estar presente, as condições de reação, tal como a temperatura ou o tempo requerido para que a reação ocorra, deverão ser reduzidos.

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção, preferivelmente feitas como uma emulsão com alta razão de fase interna (HIPR), contêm o produto de reação do prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico (como a fase dispersa) e água (como a fase contínua). Quando presente, o agente extensor de cadeia e/ou o tensoativo aparece(m) na fase contínua. O uso do processo de HIPR proporciona certas vantagens relativamente a dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas (PUDs), mais particularmente a habilidade de produzir dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas isentas de solventes a partir de isocianatos altamente reativos (por exemplo, isocianatos aromáticos) na ausência de qualquer solvente. Ademais, o processo de HIPR não requer o uso de espécies iônicas para conferir a dispersibilidade. Adicionalmente, o processo de HIPR permite a preparação de dispersões altamente estabilizadas segundo altos carregamentos de formulações de prepolímeros que sejam relativamente hidrofóbicos e não iônicos, e sejam difíceis de dispersar em processos em batelada convencionais.

Métodos para preparar emulsões de HIPR são bem conhecidos na técnica. Vide, por exemplo, a patente U.S. n° 6.087.440, bem como a patente U.S. n° 5.539.021. A fase dispersa de tais emulsões exibe arranjo compacto próximo de esferas de raios geralmente iguais e é caracterizada por uma fração volumétrica tão alta quanto 0,99. A emulsão de HIPR poderá ser estabilizada pela absorção de tensoativo da fase contínua na superfície dos particulados dispersos.

Para os propósitos desta invenção, o termo "corrente líquida de fase contínua" é usado para denotar um líquido fluente no qual partículas de polímero coloidais estejam dispersas. Semelhantemente, o termo "corrente líquida de fase dispersa" é usado para denotar um líquido fluente que se torne a fase dispersa. Adicionalmente, o termo "corrente líquida de fase de diluição" é usado para denotar um líquido fluente no qual partículas de polímero coloidais sejam adicionalmente dispersas. Para os propósitos deste descritivo, o termo "líquido" é usado para significar uma solução homogênea que possa ser bombeada através de um conduto. 0 líquido poderá estar em estado natural (isto é, líquido à temperatura ambiente) bem como em estado fundido (isto é, líquido a uma temperatura acima da temperatura ambiente).

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção são preparadas continuamente convergindo uma corrente líquida de fase contínua tendo uma taxa de fluxo R1 e uma corrente líquida de fase dispersa tendo uma taxa de fluxo R2; e misturar as correntes convergentes a uma taxa de misturação suficiente para formar a emulsão de HIPR. As correntes líquidas de fase contínua e de fase dispersa são suficientemente imiscíveis entre si para serem emulsificáveis. A polidispersidade ("PDI") de emulsões define o número de espécies por unidade de mistura. Este processo contínuo facilita o controle da PDI das dispersões. Esta é uma ferramenta importante para controlar o teor de sólidos das dispersões. Para os propósitos desta invenção, o termo "polidispersidade" é a razão de volume e médias numéricas e é definido como:

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onde

distribuição de tamanho de partícula numérico

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distribuição de tamanho de partícula volumétrico

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distribuição de tamanho de partícula ponderai

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distribuição de tamanho de partícula superficial

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onde dn é o tamanho de partícula médio numérico, ni é o número de partículas de diâmetro di.

Uma PDI baixa é uma indicação de distribuição de tamanho de partícula estreita, e a habilidade de controlar a formação de partículas na dispersão por um processo de polimerização. É uma função adicional do tamanho de partícula do prepolímero de poliuretano dispersado na fase aquosa. Daí, o teor total de sólidos das dispersões de poliuretano da invenção poderá ser controlado pelo tamanho de partícula e o índice de polidispersidade (PDI) das partículas de poliuretano. Uma PDI de 1,0 é uma indicação de partículas poliméricas monodispersas. A polidispersidade das partículas de poliuretano da invenção varia tipicamente de 1,1 a 10,0, preferivelmente de 1, 5 a 6, e mais preferivelmente de 1,1 a 2,0.

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção são formadas continuamente convergindo, na presença opcional de uma quantidade eficaz emulsificante e estabilizante de tensoativo e/ou agentes extensores de cadeia, uma corrente líquida de fase contínua contendo água fluindo a uma taxa Ri, juntamente com uma corrente de fase líquida dispersa contendo o prepolímero de poliuretano fluindo a uma taxa R2, sob condições de reação suficientes para formar uma dispersão de poliuretano onde a razão de R2:Ri poderá ser na faixa de 10:90 a 30:70. Todos os valores individuais e sub-faixas de 10:90 a 30:70 estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, 20:80.

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas poderão ser adicionalmente diluídas. Por exemplo, as dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas poderão ser convergidas e misturadas com uma corrente líquida de fase de diluição contendo água e opcionalmente agentes extensores de cadeia.

Apesar de ser possível primeiramente dissolver o prepolímero em um solvente antes de formar a emulsão com alta razão de fase interna (HIPR), é preferido preparar a dispersão de poliuretano hidrofílica não iônica aquosa da presente invenção na substancial ausência de um solvente, mais preferivelmente na ausência de um solvente. A inclusão de um solvente freqüentemente acrescenta um custo desnecessário ao fabricante do produto final, bem como considerações de saúde e ambientais. Em particular, a remoção de solvente, quando necessária para obter propriedades físicas aceitáveis do produto, também é uma etapa cara além de demorada.

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas resultantes têm um tamanho de partícula suficiente para torná-la estável. As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção terão um tamanho de partícula de 20 a 1.000 nm.

Todos os valores individuais e sub-faixas de 20 a 1000 nm estão incluídos aqui e divulgados aqui; por exemplo, de 40 a 200.

Uma vez as dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas tendo alcançado seu destino para uso final, elas poderão ser adicionalmente diluídas com quantidades suficientes de água para facilitar o controle do teor final de sólidos da dispersão.

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção exibem alta estabilidade ao cisalhamento suficiente para serem bombeadas dentro de tubulações de facilidades de produção a campos de aplicação, para serem transportadas por longas distâncias a diversas temperaturas e umidades, e para serem formuladas com outros aditivos. As dispersões, mesmo a elevados níveis de sólidos e altas viscosidades, permanecem estáveis e podem ser diluídas a teores mais baixos de sólidos e viscosidades mais baixas.

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção poderão ser usadas em muitas aplicações diferentes. Por exemplo, as dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção poderão ser incorporadas a materiais não tecidos, texteis tecidos, gazes, papéis, películas, espumas, ou seus precursores, por revestimento, aspersão, moldagem, extrusão, saturação, espumação, ou técnicas semelhantes para regular a umidade e a transmissão de vapor, intensificar a absorção e a capacidade de retenção de fluidos, funcionar como uma barreira contra gases e fluidos, ou remover umidade da superfície de contato do material compósito. A dispersão também poderá funcionar para incorporar, encapsular, ligar e/ou liberar diversos compostos e substâncias químicas usados para intensificar as propriedades do material compósito nas aplicações em limpeza doméstica e institucional, vestuário, cuidado pessoal, saúde, cuidado dentário, lavanderia, filtração, liberação de fragrância, calçados e agricultura.

As dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção também poderão ser utilizadas para produzir uma película livre por fundição, aspersão, moldagem, injeção, espumação, ou técnicas semelhantes com ou sem uma variedade de substâncias e compostos químicos ativos que possam ser usados nessas mesmas aplicações. Ademais, essas dispersões poderiam ser misturadas com outros látices e polímeros. Exemplos adicionais de aplicações de uso final das dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas da presente invenção incluem, mas não estão limitados a:

1) Curativos para ferimentos e curativos para primeiros socorros com absorbância intensificada e/ou incorporando diversos compostos anti-sépticos , ant imicrobianos, antivirais, ou antifúngicos ou como adesivo para aderir curativos à pele;

2) Panos para lavar rosto, descartáveis ou reutilizáveis, contendo sabões, tensoativos, antimicrobianos, antivirais, ou antifúngicos ou a outros compostos anti- sépticos usados para limpar e/ou sanear a pele humana ou animal;

3) Lenços ou toalhas descartáveis ou reutilizáveis, ou espumas contendo compostos ativos usados em aplicações para cuidado pessoal para limpar, reidratar ou umectar a pele, reduzir rugas da pele, tratar acne, eczemas, brotoejas, mordidas ou picadas de insetos, ou outros distúrbios da pele;

4) Lenços ou toalhas descartáveis ou reutilizáveis contendo compostos ativos usados para liberar protetores solares, bloqueadores solares, fragrâncias, ou substâncias químicas e compostos repelentes de insetos;

5) Lenços ou toalhas descartáveis ou reutilizáveis, ou espumas ou esponjas contendo substâncias e compostos químicos usados para limpar e sanear superfícies duras domésticas ou institucionais tais como balcões, pias, eletrodomésticos, superfícies de corte, utensílios, louças, vidrarias, superfícies de banheiro, móveis, ou janelas;

6) Lençóis descartáveis ou reutilizáveis contendo substâncias e compostos químicos usados como amaciantes e agentes redutores de estática em roupas ou para lavar roupas;

7) Materiais toalheiros descartáveis ou reutilizáveis usados em aplicações domésticas, comerciais, ou institucionais para controlar derramamentos e absorver fluidos;

8) Fraldas infantis, calças de treinamento infantis ou fraldas para adultos para otimizar a absorção de fluidos, a retenção de fluidos, ou o gerenciamento de umidade e/ou para liberar substâncias e compostos químicos para reduzir irritações da pele por atrito, irritações, riscos de infecção, ou para reduzir ou mascarar maus odores;

9) Material toalheiro descartável ou reutilizável contendo substâncias e compostos químicos dissipativos estáticos para limpar equipamentos eletrônicos, telas e teclados de computadores, ou limpar áreas superficiais de salas e laboratórios;

10) Roupas de cama e forros descartáveis usados em camas institucionais, comerciais ou domésticas;

11) Chumaços e dispositivos descartáveis ou reutilizáveis para aplicar ou remover cosméticos;

12) Lenços descartáveis ou reutilizáveis para limpar lentes óticas;

13) Vestuário descartável ou reutilizável para cuidado da saúde, cuidado dentário, EMS, pessoal de manuseio ou descarte de materiais perigosos;

14) Lençóis e compressas de uso médico descartáveis ou reutilizáveis;

15) Lençóis cirúrgicos descartáveis;

16) Palmilhas e solas intermediárias de calçados ou produtos acessórios projetados para serem inseridos em calçados para otimizar o conforto, controlar o suor, e/ou minimizar maus odores;

17) Meios filtrantes de ar ou fluidos descartáveis ou reutilizáveis;

18) Películas livres aspergidas topicamente em aplicações agrícolas para funcionarem como barreira à germinação e crescimento de ervas daninhas; controlar a erosão; liberar nutrientes, pesticidas, herbicidas, estimulantes de crescimento, e ou substâncias e compostos químicos inibidores de bolor agrícolas; liberar e capturar sementes; e/ou para absorver e reter água para intensificar o desenvolvimento e o crescimento de raízes;

19) Materiais injetados sub-superficialmente no solo ao redor das raízes de árvores e plantas para intensificar a retenção de água, atuar como uma barreira térmica, e/ou liberar substâncias e compostos químicos para restaurar a saúde adesão plantas, e/ou intensificar o vigor das plantas;

20) Materiais injetados sub-superficialmente no solo para intensificar a absorção e a retenção de água e/ou liberar substâncias e compostos químicos necessários para rejuvenescer a terra, ou otimizar a saúde e a reprodução de minhocas e

21) Adesivo, ou componente de adesivo, para laminação de substrato ou contato com a pele, usado em aplicações médicas, vestuário, texteis, indústrias, construções, domésticos e cuidado pessoal.

A partir do acima, será observado que numerosas variações e modificações poderão ser realizadas sem partir do verdadeiro espírito e da abrangência dos novos conceitos da invenção. Os seguintes exemplos e demonstrações comparativas, não limitativos, apresentam características mais claras da invenção.

Métodos de Ensaio

Os métodos de ensaio incluem o seguinte:

Tamanho de partícula e distribuição de partícula foram medidos por Dispersão Dinâmica de Luz (Coulter LS 230).

As viscosidades dos prepolímeros foram medidas usando um Reômetro AR 2 000 (TA Instrument).

0 teor de isocianato (NCO por cento) foi determinado usando um Meter Toledo DL58.

Exemplos

Os seguintes exemplos ilustram a presente invenção, mas não são pretendidos para limitar a abrangência da invenção.

Dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas, conforme mostradas na tabela I, foram preparadas de acordo com a presente invenção.

Substratos não tecidos impregnados com dispersões de poliuretano hidrofílicas não iônicas aquosas, conforme mostrado nos exemplos A-D da tabela II, foram preparados de acordo com a presente invenção. Ademais, um substrato não tecido impregnado com uma dispersão de poliuretano controle, conforme mostrado no exemplo comparativo F, também foi preparado sob as mesmas condições dos exemplos A-D.

Os exemplos A-D e o exemplo comparativo E foram testados para suas capabilidades de absorção de água sob as mesmas condições, e os resultados são mostrados na tabela III. As amostras impregnadas secadas foram pesadas e então submersas em água destilada a 25°C durante 30 segundos. Uma vez removida a água, o excesso de água foi removido da superfície com a mão e as amostras foram repesadas, e os resultados são mostrados na Tabela III. TABELA I

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TABELA II

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TABELA III

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Claims

1. Dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa, caracterizada pelo fato de compreender o produto de reação de: - um prepolímero hidrofílico não iônico compreendendo o produto de reação de: - um primeiro componente, sendo que o dito primeiro componente é selecionado do grupo consistindo de um poliisocianato aromático, um poliisocianato alifático, e combinações destes; e - um segundo componente, sendo que o dito segundo componente é um oxido de alquileno poliol hidrofílico, um óxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, ou combinações destes; - sendo que o prepolímero de poliuretano compreende pelo menos 8 0 por cento em peso do segundo componente, com base no peso do dito prepolímero de poliuretano; - água; - opcionalmente um tensoativo externo; e - opcionalmente um agente extensor de cadeia.

2. Dispersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o dito segundo componente incluir ainda um óxido de alquileno poliol hidrofóbico não iônico ou um óxido de alquileno monol hidrofóbico não iônico.

3. Dispersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o dito óxido de alquileno poliol hidrofílico ou dito óxido de alquileno monol hidrofílico ser um homopolímero ou copolímero.

4. Dispersão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o dito copolímero ser um copolímero em bloco ou um copolímero aleatório.

5. Dispersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o dito óxido de alquileno poliol hidrofílico ser óxido de polietileno.

6. Dispersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o poliisocianato aromático ser selecionado do grupo consistindo de MDI, TDI, e PMDI.

7. Dispersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o poliisocianato alifático ser selecionado do grupo consistindo de HDI, IPDI, e Hi2MDI.

8. Dispersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o dito tensoativo ser um tensoativo externo.

9. Processo contínuo para produzir uma dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - prover uma corrente líquida de fase dispersa tendo uma taxa de fluxo R2, sendo que a dita corrente líquida de fase dispersa contém um prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico compreendendo o produto de reação de: um primeiro componente, sendo que o primeiro componente é um poliisocianato aromático, um poliisocianato alifático, ou combinações destes; e u- m segundo componente, sendo que o segundo componente é um oxido de alquileno poliol hidrofílico não iônico, um oxido de alquileno monol hidrofílico não iônico, ou combinações destes; - sendo que o dito prepolímero de poliuretano compreende pelo menos 80 por cento em peso do segundo componente, com base no peso do dito prepolímero de poliuretano; - água; - prover uma corrente líquida de fase contínua tendo uma taxa de fluxo R1, sendo que a dita corrente líquida de fase contínua compreende água e opcionalmente um tensoativo; - continuamente convergir a dita corrente líquida de fase dispersa e a dita corrente líquida de fase contínua para dentro de um dispersador de alto cisalhamento, sendo que R2:R1 é na faixa e 10-90 a 30-70; - emulsificar o dito prepolímero de poliuretano hidrofílico não iônico na dita água via um dispersador de alto cisalhamento; e produzir assim a dita dispersão de poliuretano aquosa hidrofílica não iônica.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de incluir ainda as etapas de: - prover uma corrente líquida de fase de diluição, sendo que a dita corrente líquida de fase de diluição compreende água e opcionalmente um agente extensor de cadeia; e - misturar a dita corrente líquida de fase de diluição com a dita dispersão de poliuretano hidrofílica não- iônica aquosa, diluindo assim a dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o dito oxido de alquileno poliol hidrofílico ser um homopolímero ou um copolímero.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o dito óxido de alquileno poliol hidrofílico ser óxido de polietileno.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a dita razão de R1:R2 ser de pelo menos 20:80.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a dita razão de R1:R2 ser de pelo menos 10:90.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o poliisocianato aromático ser selecionado do grupo consistindo de MDI, TDI, e PMDI.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o poliisocianato alifático ser selecionado do grupo consistindo de HDI, IPDI, e H12MDI.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o dito tensoativo ser um tensoativo externo.

18. Substrato revestido com polímero de poliuretano, caracterizado pelo fato de ser preparado por um processo compreendendo as etapas de: - preparar uma dispersão de poliuretano hidrofílica não- iônica aquosa conforme definida na reivindicação 9; aplicar a dita dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa a um substrato; - desidratar a dita dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa; e - formar assim o dito substrato revestido com poliuretano.

19. Substrato impregnado com polímero de poliuretano, caracterizado pelo fato de ser preparado por um processo compreendendo as etapas de: - preparar uma dispersão de poliuretano hidrofílica não- iônica aquosa conforme definida na reivindicação 9; - impregnar o dito substrato com a dita dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa; - desidratar a dita dispersão de poliuretano hidrofílica não-iônica aquosa; e - formar assim o dito substrato impregnado com poliuretano.