ES2088679T5 - Uso de compuestos que presentan atomos de hidrogeno activos. - Google Patents

Uso de compuestos que presentan atomos de hidrogeno activos.

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Abstract

LAS SUSTANCIAS ESPONJOSAS DE POLIURETANO ENDURECIDAS SON ELABORADAS MEDIANTE TRANSFORMACION DE 1) POLIISOCIANATO CON 2) AL MENOS DOS COMPUESTOS QUE MUESTRAN ATOMO DE HIDROGENO ACTIVO CONTRA ISOCIANATO DE UN PESO MOLECULAR DESDE 180 HASTA 1.500, MOSTRANDO EN LA MOLECULA UN ATOMO DE NITROGENO TERCIARIO, EN PRESENCIA DE 3) HIDROFLUORALCANOS COMO MEDIO DE IMPULSION ASI COMO EVENTUALMENTE EN PRESENCIA DE 4) OTRAS SUSTANCIAS ADICIONALES Y AUXILIARES CONOCIDAS.

Description

Uso de compuestos que presentan átomos de hidrógeno activos.
Gracias a sus excelentes propiedades de aislamiento térmico, las espumas de poliuretano se están usando desde hace muchos años en el aislamiento de aparatos de enfriamiento y de refrigeración, de instalaciones industriales, almacenes de gasolina, tuberías, en la construcción naval, así como para numerosas tareas de aislamiento en la industria de la construcción.
La conductividad térmica de la espuma rígida de poliuretano, cuyas células son en mayor parte cerradas, depende en gran medida del tipo de agente expansivo o del gas celular. Como especialmente apropiado se han acreditado para este fin los hidrocarburos clorofluorados perhalogenados (FCKW), especialmente el triclorofluorometano (R11), que tiene una conductividad térmica especialmente baja. Estas sustancias son químicamente inertes, no venenosos y no inflamables. Sin embargo, a causa de su alta estabilidad, los hidrocarburos clorofluorados llegan a la estratosfera, donde, debido a su contenido en cloro, contribuyen a degradar el ozono allí presente (p. ej. Molina, Rowland Mature 249 (1974) 810; Primer informe intermedio de la comisión de encuesta del Bundestag "Precauciones para la protección de la atmósfera terrestre" del 02.11.1988, Deutscher Bundestag, Sección Trabajo Público, Bonn).
Se ha propuesto ya (véanse por ejemplo los documentos EP-PS 344 537, US-PS 4 931 482), usar como agente expansivo hidrocarburos parcialmente fluorados (hidrofluoroalcanos), que tengan al menos un enlace de carbono-hidrógeno.
Las sustancias de esta clase de enlaces ya no contienen átomos de cloro y tienen, por tanto, un valor ODP (ozone depletion potential) igual a cero. (Para comparar: R11 : ODP = 1).
Unos representantes típicos de esta clase de sustancias son por ejemplo el 1,1,1,4,4,4-hexafluorobutano (R356) o el 1,1,1,2-tetrafluoretano (R134a).
También se conoce el uso de hidrocarburos, tales como el n-pentano o el i-pentano, el 2,2-dimetilbutano, el ciclopentano, o el ciclohexano, como agente expansivo.
En el documento EP-A-364 854 se describe un procedimiento para la fabricación de cuerpos moldeados de poliuretano con una zona marginal compactada y con un núcleo celular (espumas moldeadas integrales), usando como agente expansivo hidrocarburos alifáticos y/o cicloalifáticos, de bajo punto de ebullición, con 4 a 8 átomos de carbono. Los compuestos de poliol empleados tienen, convenientemente, un peso molecular comprendido en el intervalo de 400 a 8.000. En este documento no hay datos relativos a la fabricación de espumas rígidas de poliuretano, apropiadas para fines de aislamiento térmico.
En el documento EP-A-421 269 se expone un procedimiento para la fabricación de espumas rígidas de poliuretano, según el cual, como agente expansivo se emplean ciclopentano y/o ciclohexano y al menos un compuesto que se pueda mezclar homogéneamente con el ciclopentano y/o con el ciclohexano y que esté seleccionado del grupo de los alcanos, de los cicloalcanos con un máximo de 4 átomos de carbono, de los éteres dialquílicos, de los éteres cicloalquílicos y de los fluoroalcanos. Como compuestos de poliol se mencionan los compuestos polihidroxi con una funcionalidad de 2 a 8 y con un índice de hidroxilo de 150 a 850.
Los hidrocarburos puros, es decir no sustituidos, son muy homopolares debido a su estructura química, por lo que no se mezclan bien con los polioles que se suelen usar para la fabricación de las espumas rígidas. Esto, sin embargo, es una importante condición previa para la técnica de fabricación habitual, en la que los componentes de poliol y de isocianato se mezclan entre ellos de forma mecánica.
El componente de poliol contiene, además de los polioles de poliéter o de poliéster, también el agente expansivo y los coadyuvantes, tales como activadores, emulsionantes y estabilizantes, en forma disuelta. En el lado del poliol existe, pues, una mezcla monofásica.
La menor solubilidad de los hidrocarburos puros conduce en formulaciones de uso en el comercio, en el caso de su sustitución equimolar por agentes expansivos convencionales, como por ejemplo el R11, frecuentemente a la formación de dos fases que ya no se pueden transformar de manera convencional.
La invención tenía el objetivo de usar un componente de poliol, en el que la solubilidad de los hidrocarburos puros quedase aumentada de tal forma que estuviesen presentes como mezcla unifásica en el componente de poliol.
Sorprendentemente, se ha encontrado que en los polioles que contienen un átomo de nitrógeno terciario aumenta fuertemente la solubilidad de los alcanos puros.
El objeto de la invención es el uso de
1.
al menos dos compuestos que presentan átomos de hidrógeno, activos frente a los isocianatos, con un peso molecular de 150 a 1.500, que tienen un átomo de nitrógeno terciario en la molécula, para aumentar la solubilidad de los hidrocarburos puros en el componente de poliol en la fabricación de espumas rígidas mediante la reacción con
2.
poliisocianatos en presencia de
3.
hidrocarburos puros como agente expansivo así como, eventualmente, en presencia de
4.
otros coadyuvantes y aditivos conocidos de por sí.
Para la fabricación de espumas rígidas se usan según la invención:
1.
compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a los isocianatos, y con un peso molecular comprendido normalmente entre 150 y 1.500, que tienen un átomo de nitrógeno terciario en la molécula ("componente de poliol"). Por ello se entienden, aparte de los compuestos que tengan grupos amino, grupos tiol o grupos carboxilo, preferentemente los compuestos que tengan grupos hidroxilo, especialmente los compuestos que tengan entre 2 y 8 grupos hidroxilo, especialmente aquéllos del peso molecular de 200 a 1.200, preferentemente de 250 a 500, por ejemplo los poliéteres y/o poliésteres conocidos de por sí, que tengan al menos 2, preferentemente de 2 a 6 grupos hidroxilo.
Según la invención, son preferibles los poliéteres que tengan un peso molecular de 250 a 500.
Especialmente preferibles son los poliéteres que se hayan obtenido mediante la reacción de trietanolamina o etilendiamina con óxido de etileno y/o con óxido de propileno.
Porcentualmente (hasta el 50% en peso respecto al componente 2), según la invención también puede usarse adicionalmente otros compuestos con al menos dos átomos de hidrógeno reactivos frente a los isocianatos y con un peso molecular de 62 a 10.000, tales como los poliéteres y poliésteres y los agentes de prolongación de cadena y agentes reticuladores, conocidos de por sí (véase el documento DE-OS 2 832 253, páginas 11 a 20).
Los componentes de partida para la fabricación de las espumas rígidas son además
2.
los poliisocianatos alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos, aromáticos y heterocílicos, tales como han sido descritos por ejemplo por W. Siefken en los Anales de la Química de Justus Liebig, 562 páginas 75 a 136, por ejemplo aquéllos de la fórmula,
Q(NCO)_{n},
en la que
n
significa 2 a 4, preferentemente 2 a 3, y
Q
significa un resto de hidrocarburo alifático con 2 a 18, preferentemente de 6 a 10 átomos de C, un resto de hidrocarburo cicloalifático con 4 a 15, preferentemente con 5 a 10 átomos de C, un resto de hidrocarburo aromático con 6 a 15, preferentemente con 6 a 13 átomos de C, o un resto de hidrocarburo aralifático con 8 a 15, preferentemente con 8 a 13 átomos de C,
por ejemplo los poliisocianatos que vienen descritos en el documento DE-OS 2 832 253, páginas 10 a 11.
Especialmente preferibles son los poliisocianatos, que normalmente son fácilmente accesibles, desde el punto de vista técnico, por ejemplo el diisocianato de 2,4 y de 2,6-toluileno, así como cualesquiera mezclas de estos isómeros ("TDI"), poliisocianatos de polifenilpolimetileno, tales como se producen mediante condensación de anilina-formaldehído y la fosgenación subsiguiente ("MDI bruto"), y poliisocianatos ("poliisocianatos modificados") que tengan grupos carbodiimida, grupos uretano, grupos alofanato, grupos isocianurato, grupos urea o grupos biuret, especialmente los poliisocianatos modificados que se deriven del diisocianato de 2,4 y/o 2,6-toluileno o del diisocianato de 4,4' y/o 2,4'-difenilmetano.
3. Como agentes expansivos se usan hidrocarburos puros, preferentemente el n-pentano o el i-pentano o el ciclopentano.
Como agentes expansivos adicionales pueden coutilizarse agua y/u otros compuestos orgánicos levemente volátiles.
4. Eventualmente se usan adicionalmente otros coadyuvantes y aditivos conocidos de por sí, tales como catalizadores, emulsionantes, ignífugos y estabilizadores de espuma.
Como emulsionantes resultan preferentes aquéllos a base de ácidos grasos alcoxilados y los alcoholes superiores. Como estabilizadores de espuma entran en consideración sobre todo los siloxanos de poliéter, especialmente los representantes hidrosolubles. Generalmente, estos compuestos están estructurados de tal forma que un copolímero de óxido de etileno y de óxido de propileno esté ligado con un resto de polidimetilsiloxano. Los estabilizadores de espuma de este tipo están descritos, por ejemplo, en los documentos US-PS 2 834 748, 2 917 480 y 3 629 308. Pueden usarse adicionalmente los catalizadores conocidos de por sí por la química de poliuretanos, tales como las aminas terc. y/o los compuestos organometálicos.
Como ignífugo se mencionará por ejemplo el tricresilfosfato.
También pueden usarse retardadores de reacción, por ejemplo sustancias de reacción ácida, tales como el ácido clorhídrico o los halogenuros de ácidos orgánicos, así como reguladores celulares del tipo conocido de por sí, tales como parafinas o alcoholes grasos o polisiloxanos dimetílicos, así como pigmentos o colorantes y estabilizantes contra las influencias del envejecimiento y de la intemperie, ablandadores y sustancias de acción fungostática y bacteriostática, así como sustancias de carga, tales como sulfato de bario, kieselgur, hollín o creta lavada.
Otros ejemplos de aditivos tensoactivos y estabilizantes de espuma o reguladores celulares, retardadores de reacción, estabilizantes, sustancias retardantes a las llamas, ablandadores, colorantes y sustancias de carga, así como sustancias de acción fungostática y bacteriostática a coutilizar eventualmente según la invención, así como detalles sobre el modo de uso y de acción de estos aditivos están descritos en el Kunststoff-Handbuch, tomo VII, publicado por Vieweg y Höchtlen, editorial Carl-Hanser-Verlag, Múnich 1966, por ejemplo en las páginas 103 a
113.
Realización de la invención
Según la invención, los componentes de reacción se transforman según el procedimiento monofásico, procedimiento prepolímero o procedimiento semiprepolímero, conocidos de por sí, en donde frecuentemente se utilizan instalaciones mecánicas, por ejemplo aquéllas que están descritas en el documento US-PS 2 764 565. Más detalles sobre instalaciones de elaboración, que también entran en consideración según la invención, están descritos en el Kunststoff-Handbuch, tomo VII, publicado por Vieweg y Höchtlen, editorial Carl-Hanser-Verlag, Múnich 1966, por ejemplo en las páginas 121 a 105.
Según la invención, se trabaja en la gama de índices característicos comprendida entre 100 y 300, preferentemente entre 100 y 130.
En la fabricación de espumas según la invención, el espumado también puede efectuarse en moldes cerrados. En este caso, la mezcla de reacción se introduce en un molde. Como material para el molde entran en consideración metales, por ejemplo el aluminio, o materias sintéticas, por ejemplo la resina epoxídica.
En el molde la mezcla de reacción espumable, espumea formando el cuerpo de moldeo. El espumado en el molde puede efectuarse de tal forma que la pieza moldeada tenga en su superficie una estructura celular. Sin embargo, también puede efectuarse de tal forma que la pieza moldeada presente una superficie compacta y un núcleo celular. Según la invención, en este contexto asimismo puede procederse de tal forma que en el molde se introduzca la mezcla de reacción espumable en tal cantidad que la espuma originada rellene el molde justo. Sin embargo, también se puede trabajar de tal forma que en el molde se introduzca más mezcla de reacción espumable de la que es necesaria para rellenar el interior del molde de espuma. En este último caso se trabaja, pues, bajo "overcharging"; un procedimiento de este tipo se conoce por ejemplo de los documentos US-PS 3 178 490 y 3 182 104.
En el espumado en molde, frecuentemente se coutilizan "agentes desmoldeadores externos" conocidos de por sí, como por ejemplo aceites de silicona. Sin embargo, también pueden usarse los llamados "agentes desmoldeadores internos", eventualmente mezclados con agentes desmoldeadores externos, tales como se han hecho públicos, por ejemplo, en los documentos DE-OS 2 121 670 y 2 307 589.
Según la invención, se espuman preferentemente aparatos de enfriamiento y de refrigeración.
Sin embargo, las espumas evidentemente también pueden fabricarse mediante espumado en bloque o según el procedimiento de cinta transportadora doble, que se conoce de por sí.
Además, las espumas rígidas que se obtienen según la invención, se usan por ejemplo en la construcción, así como para el aislamiento de tuberías de calor a distancia y de contenedores.
Ejemplos
100 g de una mezcla de poliol, compuesta por poliol básico, activador, estabilizante y agua, se mezcla con ciclopentano hasta que se produzca una separación de las fases. Esta cantidad se denomina concentración límite de la solubilidad en la correspondiente mezcla de poliol.
Las mezclas de poliol de los ejemplos se componen de 95 g de poliol básico, 1 g de activador (dimetilciclohexilamina), 2 g de estabilizante B 8421 (Goldschmidt AG) y 2 g de agua respectivamente.
Poliol 1 (comparación): poliol a base de sucrosa, propilenglicol, agua, óxido de propileno con un peso molecular medio de 850,
Poliol 2 (comparación): poliol a base de trimetilolpropano y óxido de propileno con un peso molecular medio de 440,
Poliol 3 (comparación): poliol a base de sorbita, propilenglicol, óxido de propileno con un peso molecular medio de 750,
Poliol 4 (comparación): poliol de poliéster a base de anhídrido del ácido ftálico, sorbita, dietilenglicol y óxido de etileno con un peso molecular de 650,
Poliol 5 (invención): poliol a base de etilendiamina, óxido de propileno con un peso molecular medio de 480,
Poliol 6 (invención): poliol a base de etilendiamina, óxido de propileno con un peso molecular medio de 360,
Poliol 7 (invención): poliol a base de trietanolamina y óxido de propileno con un peso molecular medio de 1.100
Solubilidad del ciclopentano [g]
Poliol 1 6
Poliol 2 13
Poliol 3 2
Poliol 4 4
Poliol 5 > 30
Poliol 6 > 30
Poliol 7 > 30
Los ejemplos 5 a 7 según la invención muestran que las cantidades solubles de ciclopentano en el poliol se han podido aumentar sensiblemente respecto a los ejemplos comparativos 1 a 4.
Cuanto más grande sea la cantidad soluble del agente expansivo en el poliol, tanto más alto será su porcentaje en el gas celular de la espuma rígida, fabricada a base del mismo, y tanto más bajo será por tanto también el índice de conductividad térmica.

Claims (9)

1. Uso de:
1.
al menos dos compuestos que presentan átomos de hidrógeno, activos frente a los isocianatos, con un peso molecular de 150 a 1.500, que tienen un átomo de nitrógeno terciario en la molécula, para aumentar la solubilidad de los hidrocarburos puros en el componente de poliol en la fabricación de espumas rígidas de poliuretano mediante la reacción con
2.
poliisocianatos en presencia de
3.
hidrocarburos puros como agente expansivo así como, eventualmente, en presencia de
4.
otros coadyuvantes y aditivos conocidos de por sí.
2. Uso según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente 1) es un poliéter con un peso molecular comprendido entre 250 y 500.
3. Uso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como agente expansivo se usa ciclopentano.
4. Uso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como agente expansivo se usan n-pentano y/o i-pentano.
5. Uso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como agente expansivo se usa 2,2-dimetilbutano.
6. Uso según la reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque como agente expansivo se usan mezclas de n-pentano, i-pentano y/o ciclopentano y/o ciclohexano.
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