ES2286733T3 - Nuevas dispersiones acuosas de goma reforzada y su uso para fabricar espumas de latex. - Google Patents

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Abstract

Una dispersión acuosa de goma reforzada que comprende: a) del 51 al 90% en peso de partículas poliméricas de látex básico; y b) del 10 al 49% en peso de partículas poliméricas de látex de refuerzo que comprende unidades estructurales de monómeros de vinilo aromáticos y monómeros diénicos conjugados, teniendo las partículas poliméricas de látex de refuerzo una temperatura de transición vítrea única (Tg) de -25ºC a 28ºC medida por calorimetría de exploración diferencial (DSC), en la cual los porcentajes en peso se basan en el peso total de partículas poliméricas en la dispersión de goma y las partículas poliméricas de látex básico tienen una Tg medida por DSC que es menor que la Tg de las partículas de látex de refuerzo.

Description

Nuevas dispersiones acuosas de goma reforzada y su uso para fabricar espumas de látex.
La presente invención se refiere a nuevas dispersiones acuosas de goma reforzada, su uso para fabricar espuma de látex, a un procedimiento para fabricar una espuma de látex y a un artículo que comprende una espuma de látex obtenida de la dispersión de goma de la invención.
La espuma de látex se prepara de acuerdo con las dispersiones de goma elevadamente concentradas acuosas de la técnica anterior con la adición de agentes de vulcanización reticulantes de azufre como se describe, por ejemplo, en el documento DE-OS-2150872. A menudo es ventajoso que las dispersiones de goma contengan dispersiones de un material de refuerzo por el que el tipo y cantidad de este componente de refuerzo influye en gran medida en las propiedades de la espuma de látex acabada. En general, es necesario que la espuma de látex tenga elevada elasticidad, en particular en el intervalo de temperatura en el que se usará el artículo de espuma de látex específico. Además, esta elasticidad no debe perderse, incluso durante compresión prolongada y especialmente en uso continuo. Esto es de particular interés para artículos de espuma de látex, como colchones y almohadas. Por consiguiente, el ajuste de compresión en el intervalo de temperatura de uso habitual debe ser lo más pequeño posible. Además, en el pasado se ha considerado como ventajoso que la recuperación del artículo de espuma de látex comprimido sea lo más rápido posible, es decir la histéresis debe ser lo más pequeña posible. Requisitos adicionales de una espuma de látex es la elevada tensión de tracción y una elevada elongación a rotura. Además, a una dureza predeterminada de la espuma su densidad deber ser lo más baja posible para que sea capaz de producir los artículos de espuma de forma lo más económica posible con respecto a la cantidad de dispersión de goma que tiene que usarse.
El documento GB-A-1 253 267 describe una dispersión de goma que comprende un látex polimérico básico de un copolímero 30/70 de estireno/butadieno y una látex de refuerzo de un copolímero 70/30 de estireno/butadieno. A partir de los datos experimentales es evidente que una proporción de estireno/butadieno de 70/30 da resultados óptimos con respecto al ajuste de compresión y las propiedades de rebote. Las redes de refuerzo que tienen un contenido de estireno menor o mayor se consideraron inapropiadas con respecto al equilibrio de estas propiedades.
Las dispersiones de redes de refuerzo de una única fase, como las descritas en el documento GB-A-1 253 267 ya se han considerado en el documento DE-OS-1056364 como desventajosas ya que no cumplen los requisitos para valores bajos para el ajuste de compresión sobre un amplio intervalo de temperatura. De acuerdo con el contenido de esa referencia se obtienen mejores resultados por el uso de dispersiones de copolímero de injerto de múltiples fases que tienen una composición global comparable y se preparan en un procedimiento discontinuo de dos fases. Se describe una mejora adicional de dispersiones de copolímero de injerto de múltiples fases en el documento EP-A-187905. Las espumas de látex preparadas a partir de esas dispersiones de goma muestran valores particularmente bajos para el ajuste de compresión en el intervalo de temperatura total de 20-70ºC.
El documento EP-A-753530 considera las dispersiones de copolímero de injerto de múltiples fases conocidas a partir del documento EP-A-187905 como desventajosas ya que tienen una mala elasticidad de las espumas de látex preparadas a partir de estas dispersiones que es evidente a partir de valores de histéresis relativamente elevados.
Para superar esta deficiencia se muestra un polímero de refuerzo de múltiples fases que tiene una estructura de núcleo y cubierta distinguida por la que las partículas constan del 20-75 por ciento en peso de una fase interna dura que tiene una temperatura de transición vítrea por encima de 70ºC que comprende el 90-100 por ciento en peso de compuestos de monovinilo aromáticos y el 10-0 por ciento en peso de dienos conjugados alifáticos y el 78-15 por ciento en peso de una fase externa blanda que tiene una temperatura de transición vítrea por debajo de 20ºC que comprende el 30-70 por ciento en peso de compuestos de monovinilo aromáticos y el 70-30 por ciento en peso de dienos conjugados alifáticos, y el 2-10 por ciento en peso de una región de transición entre estas fases cuyas composiciones de copolímero están entre las fases duras y blandas.
A partir de los datos experimentales del documento EP-A-753530 es evidente que espumas de látex preparadas usando el látex de refuerzo de múltiples fases como se describe en el mismo tienen una histéresis considerablemente más baja que las espumas preparadas usando el látex de refuerzo descrito en el documento EP-A-187905.
En los últimos años se ha descubierto que la elevada elasticidad de una espuma de látex, o en otras palabras, los valores de baja histéresis, no son deseables para todas las aplicaciones de espumas de látex. Esto es especialmente cierto para colchones y almohadas de látex. La elevada elasticidad significa que después de compresión de, por ejemplo, un colchón éste vuelve rápidamente, después de retirarse la carga, a su forma original. Por tanto una elevada fuerza elástica actúa frente a la carga que comprime el colchón. Por consiguiente una persona que esté tendida en un colchón que tiene una elevada elasticidad o en otras palabras una baja histéresis experimentará una fuerza elástica continua contra el cuerpo que puede conducir a una compresión del tejido corporal provocando una circulación alterada de la sangre. Esto reducirá considerablemente la comodidad del sueño o puede incluso ser peligroso, especialmente para pacientes que están confinados en cama.
En el caso de una almohada fabricada de una espuma de látex de polímero altamente elástico, una persona en reposo o durmiendo experimentará una fuerza continua contra la cabeza y el cuello, provocando malestar y posibles alteraciones musculares que son una de las razones principales para el dolor de espalda.
Por tanto un objetivo de la presente invención es proporcionar una dispersión acuosa de goma que produzca espumas de látex que tengan a una dureza deseada predeterminada un comportamiento visco-elástico, es decir, la fuerza elástica y el índice de recuperación de la espuma comprimida se ajusta para evitar las desventajas descritas anteriormente de espumas de látex altamente elásticas.
Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar una dispersión polimérica acuosa que produce una espuma de látex que tiene a una dureza deseada predeterminada una histéresis aceptable relativamente elevada, como se analizará a continuación.
Además sería ventajoso tener una dispersión de goma que produzca una espuma de látex por la que la histéresis pueda ajustarse fácilmente manteniendo la dureza de la espuma de látex aproximadamente constante.
Sumario de la presente invención
Estos objetivos se han conseguido sorprendentemente por una dispersión de goma reforzada acuosa que comprende:
a) del 51 al 90% en peso de partículas poliméricas de látex básico; y
b) del 10 al 49% en peso de partículas poliméricas de látex de refuerzo que comprende unidades estructurales de monómeros de vinilo aromáticos y monómeros diénicos conjugados, teniendo las partículas poliméricas de látex de refuerzo una temperatura de transición vítrea única (T_{g}) de -25ºC a 28ºC medida por calorimetría de exploración diferencial (DSC), en la cual los porcentajes en peso se basan en el peso total de partículas poliméricas en la dispersión de goma y las partículas poliméricas de látex básico tienen una T_{g} medida por DSC que es menor que la T_{g} de las partículas de látex de refuerzo.
Además, la presente invención se refiere al uso de la dispersión de goma definida anteriormente para fabricar espuma de látex.
De acuerdo con un aspecto adicional la presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una espuma de látex
a) componiendo la dispersión de goma de la presente invención en una compuesto de látex espumable y vulcanizable;
b) espumando el compuesto de látex vulcanizable;
c) llenando la espuma obtenida en la etapa b) en un molde de forma deseada;
d) estabilizando la estructura de espuma;
e) vulcanizando la espuma; y
f) retirando la espuma de látex vulcaniza del molde.
La presente invención, de acuerdo con un aspecto adicional, se refiere a un artículo que comprende una espuma de látex obtenida de una dispersión de goma de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Contrariamente al contenido de la técnica anterior, como se ejemplifica por los documentos EP-A-187905 y EP-A-753530, las partículas poliméricas de látex de refuerzo a usar en la dispersión de goma de acuerdo con la presente invención no contienen dos fases poliméricas distinguibles. Por tanto las partículas poliméricas de látex de refuerzo de acuerdo con la presente invención forman una única fase polimérica que no tiene que ser homogénea de forma absolutamente necesaria con respecto a la distribución de monómero en las partículas poliméricas. Por tanto se abarca una cierta fluctuación en la distribución de monómero, por ejemplo, un gradiente de distribución de monómero a lo largo del radio de las partículas poliméricas en la presente invención siempre que sean detectables dos fases poliméricas distintas.
Se cree que estas propiedades estructurales de las partículas poliméricas de látex de refuerzo de la presente invención están mejor descritas porque las partículas de la invención tienen una temperatura de transición vítrea única.
De acuerdo con la presente invención las partículas poliméricas de látex de refuerzo tienen una temperatura de transición vítrea única (Tg) de -25ºC a 28ºC, medida por calorimetría de exploración diferencial (DSC). Los límites superiores preferidos del intervalo de T_{g} de acuerdo con la presente invención se seleccionan entre 27ºC, 26ºC, 25ºC, 24ºC, 23ºC, 22ºC, 21ºC, 20ºC, 19ºC o 18ºC medidas por DSC. Los intervalos preferidos son de -20ºC a 25ºC, más preferidos de -15ºC a 22ºC, y mucho más preferidos de -15ºC a 20ºC.
Además, la dispersión de goma reforzada acuosa de acuerdo con la presente invención requiere que la Tg medida por DSC de las partículas poliméricas de látex básico sea inferior a la Tg de las partículas de látex de refuerzo. La diferencia preferible entre la Tg de las partículas poliméricas de látex básico y las partículas de látex de refuerzo es de al menos 25ºC, preferiblemente al menos 30ºC y más preferiblemente al menos 35ºC. La \DeltaT_{G} debe ser como mucho de 79ºC, preferiblemente como mucho de 75ºC y más preferiblemente como mucho de 72ºC.
La temperatura de transición vítrea única de las partículas poliméricas de látex de refuerzo de la presente invención puede ajustarse ventajosamente preparado un polímero de látex de refuerzo que comprende el 45-68,5 por ciento en peso de unidades estructurales de monómeros de vinilo aromáticos y el 31,5-55 por ciento en peso de unidades estructurales de monómeros diénicos conjugados. Se prefiere que las partículas poliméricas de látex de refuerzo comprendan el 45-67 por ciento en peso, más preferiblemente el 48-65 por ciento en peso de unidades estructurales de monómeros de vinilo aromáticos y el 33-55 por ciento en peso, más preferiblemente el 35-42 por ciento en peso de unidades estructurales de monómeros diénicos conjugados.
Los monómeros de vinilo aromáticos para la preparación de las partículas poliméricas de látex de refuerzo se seleccionan entre estireno, \alpha-metilestireno, 4-metil-estireno, \alpha-cloro-estireno, 4-cloro-estireno, divinilbenceno, 4-metoxi-3-metilestireno, 3,4-dimetil-\alpha-metilestireno y combinaciones de los mismos. Preferiblemente el monómero de vinilo aromático es estireno.
El dieno conjugado para las partículas poliméricas de látex de refuerzo se selecciona preferiblemente entre 1,3-butadieno, 2-cloro-1,3-butadieno, isopreno, pentadienos y hexadienos de cadena lineal o ramificada combinados, y combinaciones de los mismos. A la vista de las consideraciones de disponibilidad y costes el 1,3-butadieno es el más preferido.
El polímero de látex de refuerzo de acuerdo con la presente invención puede prepararse por procedimientos de polimerización por emulsión convencionales en una fase acuosa como medio de dispersión, como saben los especialistas en la técnica.
Para la polimerización, la cantidad de monómeros necesaria se añade preferiblemente en un proceso de suministro y se emulsiona en la fase acuosa por agitación vigorosa continua. También se añaden cantidades apropiadas de iniciador y emulsionante en un procedimiento de suministro para iniciar la polimerización por emulsión. Puede añadirse monómero y emulsionante del mismo modo también como una emulsión acuosa. Como alternativa, una parte de los monómeros correspondientes puede introducirse inicialmente con una cantidad coincidente de iniciador y emulsionante y puede polimerizarse en una reacción discontinua. Las cantidades restantes de monómeros, emulsionante e iniciador se miden después en el suministro. Las cantidades de iniciador, emulsionante y monómero deben coincidir entre sí de tal modo que el diámetro de partícula medio ponderado de la partícula de látex de refuerzo de la presente invención medido por los procedimientos descritos a continuación con respecto a la distribución de tamaño de partícula del látex de refuerzo sea de 50 a 250 nm y preferiblemente de 130 a 160 nm.
La reacción para la preparación del látex polimérico de refuerzo de la presente invención se realiza por elección adecuada de la temperatura de reacción, el tiempo de reacción y el tiempo de suministro de tal modo que la conversión de monómero al final de esta reacción sea al menos del 95%, preferiblemente más del 98%, y más preferiblemente de al menos el 99%.
El látex polimérico de refuerzo se estabiliza preferiblemente usando los jabones de ácidos grasos habituales y/o jabones de colofonia que conducen a dispersiones que tienen valores de pH aumentados entre 8 y 12 dependiendo de la alcalinidad de estos emulsionantes. La polimerización tiene lugar a estos valores de pH. El contenido de emulsionante es preferiblemente entre el 0,5 y 10 por ciento en peso, en base a la cantidad total de monómeros, más preferiblemente entre el 2 y el 6 por ciento en peso.
Ventajosamente se usa el 0,05-2 por ciento en peso, en base a la cantidad total de monómeros de iniciadores de radical libre para la polimerización. Todos los iniciadores azo, peróxidos, hidroperóxidos y peroxodisulfatos solubles y solubles en agua son adecuados para este propósito. En la polimerización a temperaturas relativamente elevadas se usan preferiblemente peroxodisulfatos. Si por otra parte la polimerización se realiza a bajas temperaturas preferiblemente se usan peróxidos e hidroperóxidos en combinación con un agente reductor. Los agentes reductores adecuados son, por ejemplo, bisulfato sódico, ácido ascórbico y formaldehído sulfoxilato sódico, preferiblemente también en combinación con una sal de hierro-ll. La temperatura de polimerización es típicamente entre cero y 90ºC dependiendo del sistema iniciador, preferiblemente entre 60 y 85ºC cuando se usa peroxodisulfato como iniciador y preferiblemente entre 10 y 17ºC cuando se usa un sistema incitador redox.
Además, pueden usarse agentes de transferencia de cadena para regular el peso molecular y el grado de reticulación. Se prefieren particularmente mercaptanos de cadena lineal o ramificada alifáticos en una cantidad del 0,1-2 por ciento en peso, en base a la cantidad total de monómeros.
Es importante para la presente invención que el procedimiento de polimerización por emulsión para fabricar el polímero de látex de refuerzo se realice de tal modo que las partículas de látex finales como resultado del procedimiento constituyan una única fase polimérica que tenga una temperatura de transición vítrea única. Aunque como se ha explicado anteriormente, es aceptable una cierta fluctuación de distribución de monómero en toda la partícula polimérica, debe evitarse cualquier condición que produzca partículas poliméricas que tengan distintas fases poliméricas, como por ejemplo, estructuras de núcleo y cubierta o cualquier otra estructura en al menos dos temperaturas de transición vítrea distinguibles medidas por procedimientos de DSC.
El contenido de sólidos del látex polimérico de refuerzo de la presente invención es preferiblemente entre el 30 y el 70 por ciento en peso, más preferiblemente entre el 40 y el 60 por ciento en peso.
Las dispersiones acuosas de goma reforzada de acuerdo con la presente invención se preparan mezclando el látex polimérico básico y el látex polimérico de refuerzo de la presente invención en cantidades relativas para producir un 51-90 por ciento en peso de partículas poliméricas de látex básico y un 10-49 por ciento en peso de partículas poliméricas de látex de refuerzo por lo que los porcentajes en peso se basan en el peso total de partículas poliméricas en la dispersión de goma. Preferiblemente la dispersión de goma de la presente invención comprende el 55-85 por ciento en peso, más preferiblemente el 58-80 por ciento en peso de las partículas poliméricas de látex y el 15-45 por ciento en peso, más preferiblemente el 20-42 por ciento en peso de partículas poliméricas de látex de refuerzo.
Después de mezclar se ajusta el contenido de sólidos de la dispersión de goma acuosa de la presente invención para que sea preferiblemente al menos el 55 por ciento en peso, más preferiblemente al menos el 60 por ciento en peso, mucho más preferiblemente al menos el 65 por ciento en peso, en base al peso total de la dispersión, por evaporación del exceso de agua.
El polímero de látex básico de acuerdo con la presente invención se selecciona preferiblemente entre látex natural, látex de goma de estireno/butadieno sintética y combinaciones de los mismos. En el caso de que se use un látex de goma de estireno/butadieno como látex básico, como se ha mencionado anteriormente, la temperatura de transición vítrea debe ser inferior a la temperatura de transición vítrea del látex polimérico de refuerzo medida por procedimientos de DSC.
De acuerdo con una realización preferida de la presente invención el polímero de látex básico es un látex de goma de estireno/butadieno que comprende el 15-32 por ciento en peso de unidades estructurales de estireno y el 68-85 por ciento en peso de unidades estructurales de 1,3-butadieno, preferiblemente el 20-30 por ciento en peso, más preferiblemente el 22-30 por ciento en peso de unidades estructurales de estireno y el 70-80 por ciento en peso, más preferiblemente el 70-78 por ciento en peso de unidades estructurales de 1,3-butadieno, por lo que los porcentajes en peso se basan en el peso total de unidades estructurales de estireno y 1,3-butadieno.
La dispersión de goma reforzada acuosa de acuerdo con la presente invención se usa preferiblemente para fabricar una espuma de látex.
Por tanto, la presente invención también se refiere a un procedimiento para fabricar a espuma de látex
a) componiendo la dispersión de goma de la presente invención en un compuesto de látex espumable y vulcanizable;
b) espumando el compuesto de látex vulcanizable;
c) llenando la espuma obtenida en la etapa b) en un molde de forma deseada;
d) estabilizando la estructura de espuma;
e) vulcanizando la espuma; y
f) retirando la espuma de látex vulcanizado del molde.
Para componer la dispersión de goma de la presente invención en un compuesto de látex espumable y vulcanizable la dispersión se mezcla preferiblemente con emulsionantes, agentes espumantes y una pasta de vulcanización como saben los especialistas en la técnica.
Se añaden emulsionantes a la dispersión de goma de la presente invención para aumentar su estabilidad mecánica y química y para facilitar el espumado de la dispersión de goma. Pueden elegirse tensioactivos aniónicos, catiónicos o no iónicos dependiendo de los requisitos del procedimiento por lo que se prefieren tensioactivos aniónicos para aplicaciones de espumado. Los tensioactivos aniónicos preferidos son jabones de ácidos grasos, alcohol sulfonatos grasos y alquilarilo o aralquilsulfonatos, succinatos y amido sulfosuccinatos. Son particularmente preferidas sales de metales alcalinos y amonio de ácidos grasos y ácidos de colofonia y combinaciones de los mismos, son más preferidas sales de metales alcalinos de ácidos grasos y ácidos de colofonia y combinaciones de los mismos.
La pasta de vulcanización, preferiblemente empleada en el procedimiento de espumado de la presente invención, comprende azufre o compuestos de azufre, óxido de zinc, aceleradores de vulcanización y aditivos habituales, como agentes anti-envejecimiento o tensioactivos. Se describen ejemplos de compuestos de azufre adecuados en D.C. Blackley, High Polymer Latices, Vol. 1 1966, páginas 69-72.
Se describen aceleradores de vulcanización adecuados en D.C. Blackley, High Polymer Latices, Vol. 1 1966, páginas 73-86, y en Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 14, John Wiley & Sons, páginas 719-746 (1985).
Se describen agentes anti-envejecimiento adecuados en D.C. Blackley, High Polymer Latices, Vol. 1 1966, páginas 86-89.
Las pastas de vulcanización se aplican adecuadamente en cantidades del 3-15 por ciento en peso, preferiblemente el 4-12 por ciento en peso, y más preferiblemente el 4-10 por ciento en peso, en base al peso de los sólidos de la dispersión de goma.
El compuesto de látex espumable y vulcanizable obtenido de este modo puede procesarse por cualquier procedimiento conocido para los especialistas en la técnica para fabricar artículos de espuma.
Preferiblemente el compuesto de látex espumable y vulcanizable se procesa por el procedimiento de Dunlop o el procedimiento de Talalay, siendo más preferido el procedimiento de Dunlop.
En el caso de que el artículo de espuma se prepare de acuerdo con el procedimiento de Dunlop, se añade una cantidad apropiada de agente gelificante al compuesto de látex vulcanizable fácilmente mezclado. La cantidad del agente gelificante dependerá de la vida útil deseada del compuesto espumable que debe ajustarse ventajosamente para que sea 5-20 minutos. Preferiblemente, de acuerdo con el procedimiento de Dunlop se usa una dispersión acuosa de silicofluoruro de sodio como agente gelificante. El compuesto puede espumarse primero y después se añade el agente gelificante y se continua el espumado para obtener una distribución homogénea del agente gelificante en la espuma, la densidad de espuma deseada, así como la estructura de espuma deseada. Como alternativa, después de la adición del agente gelificante, el compuesto se espuma inmediatamente usando un medio mecánico para preparar una espuma estable de la densidad de espuma deseada. Después se llena el compuesto de látex espumado en el molde de forma deseada. Habitualmente se usan moldes cerrados pero en algunos casos, por ejemplo suelas de zapatos, pueden usarse moldes abiertos.
De acuerdo con el procedimiento de Dunlop la estructura de espuma en el molde se estabiliza gelificando la espuma de látex a temperaturas elevadas. Después se calientan los moldes, en el caso de moldes cerrados preferiblemente en vapor saturado, para vulcanizar la espuma de látex. Después de la vulcanización se retira artículo de látex del molde y si es necesario se lava y se seca.
Como alternativa, puede emplearse el procedimiento de Talalay para preparar las espumas de látex de acuerdo con la presente invención. En el procedimiento de Talalay primero se preespuma el compuesto de látex vulcanizable para dar una espuma con densidad relativamente elevada y después se vierte en los moldes. Los moldes cerrados después se evacuan por lo que el compuesto de látex espuma a la densidad finalmente deseada debido al vacío aplicado y por tanto llena el molde completamente. Enfriando el molde a aproximadamente -30ºC se estabiliza la estructura de espuma. Después se conduce dióxido de carbono en el molde para presurizar el molde por lo que al mismo tiempo se disminuye el pH del compuesto de látex espumado congelado provocando la gelificación. La espuma después puede descongelarse sin cambiar su estructura y el molde se calienta en fases hasta 110ºC para vulcanizar la espuma de látex. Después de que se complete la vulcanización se retira el artículo del molde, opcionalmente se lava y se seca.
Los artículos de espuma de la presente invención pueden usarse para colchones, almohadas, reposacabezas, superficies, absorbedores de choques, partes con forma del calzado, suelas internas del calzado, rellenos de prendas, protectores para prendas deportivas, instrumentos de atletismo, sillines de bicicletas, sillines de motocicletas, material de tapicería de muebles, parachoques y salpicaderos de automóviles.
La espuma de látex de la presente invención preferiblemente tiene una dureza de menos de 150 N, preferiblemente menos de 120 N, más preferiblemente menos de 100 N en base a una densidad de espuma en seco de 75 g/l medida a 23ºC de acuerdo con DIN EN ISO 2439, 2001-02 y una histéresis de al menos el 50%, preferiblemente al menos el 55%, más preferiblemente al menos el 60% medida a una densidad de espuma en seco de 75 g/l a 23ºC de acuerdo con DIN 53577.
Los siguientes ejemplos se proporcionan solamente para propósitos ilustrativos y estos ejemplos no deben interpretarse de ningún modo como limitantes de la presente invención que se define en las reivindicaciones adjuntas.
Ejemplos Procedimientos de medida
Se usaron los siguientes procedimientos de medida para determinar los parámetros físicos de la dispersión de goma de la presente invención, así como de la espuma de látex. La Tg, la distribución de tamaño de partícula, la dureza de la espuma y la histéresis de la espuma se miden del siguiente modo. Todos los datos dados en la memoria descriptiva completa incluyendo las reivindicaciones se miden de acuerdo con la siguiente descripción detallada dada. Por tanto la descripción de los procedimientos de medida no se restringe únicamente a los ejemplos.
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1. Temperatura de transición vítrea
La temperatura de transición vítrea se midió de acuerdo con DIN 53765. Se usa un sistema DSC tradicional (Mettler Toledo Modelo DSC 30). La muestra se sumerge en un recipiente. Después se colocan la muestra y el recipiente de referencia vacío en el horno de DSC. El horno de DSC se cierra y se inicia el programa de temperatura para la preparación de muestra. El programa comienza a 30ºC. La velocidad de calentamiento es de 20 K/min. La temperatura máxima es 160ºC que se mantiene durante 10 min. La muestra se enfría hasta -20ºC y se calienta de nuevo a 20ºC. Después se inicia la medida de DSC. El programa de temperatura comienza a -120ºC. La velocidad de calentamiento es 20 K/min. La temperatura máxima es 180ºC. Los datos originales se recogen y procesan con el sistema Mettler Toledo Star que proporciona los datos de Tg dados. Finalmente se enfría el horno de nuevo a temperatura ambiente.
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2. Distribución de tamaño de partícula
La distribución de tamaño de partícula se mide en el Analizador de Distribución de Tamaño de Partícula de PolymerLaboratories. Se introducen la muestra en investigación y una solución marcadora de molécula pequeña en el sistema mediante una válvula accionada eléctricamente de dos posiciones, de modo que no se interrumpa el flujo de eluyente. Los componentes de la muestra se separan por un mecanismo de HDC en un "cartucho", y se mide su concentración por un detector UV. El sistema se equilibra usando una serie de patrones de tamaño de partícula.
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3. Dureza
La dureza de la espuma de látex se mide de acuerdo con DIN EN ISO 2439:2001/02, siguiendo el procedimiento de acuerdo con el procedimiento A - determinación del índice de dureza a hendidura.
Se siguió este procedimiento con las siguientes excepciones.
Las dimensiones de la muestra se han alterado para que tenga una forma cuadrado con una longitud de borde de 280 \pm 2 mm y un grosor de muestra de 28 \pm 2 mm.
El acondicionamiento de las muestras se realizó del siguiente modo.
Después de la preparación se acondicionaron las muestras a 23ºC durante 16 h en la cámara de medida.
Normalización a una densidad de espuma en seco de 75 g/dm^{3}.
La dureza se normaliza a una dureza a 75 g/dm^{3} de acuerdo con la siguiente ecuación:
1
en la que A_{x} es la dureza medida obtenida de acuerdo con el procedimiento descrito anteriormente y \sigma es la densidad real de la espuma medida dada en g/dm^{3}.
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4. Medida de la histéresis
La histéresis se mide de acuerdo con DIN 53577 1988-12 con las siguientes alteraciones.
La dimensión de la muestra es la siguiente:
Forma cuadrada con una longitud de borde de 60 \pm 2 mm y un grosor de 28 \pm 2 mm.
La histéresis se mide en dos muestras en lugar de tres, y las muestras se acondicionan durante 16 h a 23ºC en la cámara de medida.
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Ejemplo de Referencia 1
Látex de refuerzo que tiene una proporción de unidades estructurales de estireno a 1,3-butadieno de 80/20
El reactor se carga con una solución de 1,75 g de oleato potásico, 2,8 g de hidróxido sódico y 0,350 g de persulfato amónico en 1225,0 g de agua desionizada. El reactor se purga con nitrógeno tres veces. La mezcla se calienta a 75ºC y la temperatura se mantiene constante. Después se inicia un suministro de 0,42 g de persulfato amónico disuelto en 7,98 g de agua desionizada. La cantidad de la solución añadida por unidad de tiempo es 0,420 g/min. El punto de partida de este suministro es el tiempo 0 minutos. A tiempo 5 minutos se inicia simultáneamente el suministro de 2 componentes adicionales. El primer componente consta de 26,950 g de butadieno. La velocidad de suministro es 1,797 g/min. El segundo componente consta de 0,385 g de dodecil mercaptano terciario en 107,8 g de estireno. La velocidad de suministro es 7,212 g/min. A tiempo 20 minutos se detiene el suministro de persulfato amónico, butadieno y estireno. La temperatura del reactor interno se calienta a 81ºC en 15 minutos y después se mantiene constante.
Después se inicia un suministro de 5,075 g de persulfato amónico disuelto en 96,425 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 0,312 g/min. El suministro se inicia a 35 minutos. A tiempo 35 minutos se inicia simultáneamente el suministro de otros 4 componentes. El primer componente consta de 673,05 g de butadieno. La velocidad de suministro es 2,137 g/min. El segundo componente consta de 10,115 g de dodecil mercaptano terciario en 2692,2 g de estireno. La velocidad de suministro es 8,579 g/min. El tercer componente consta de 109,025 g de oleato potásico disuelto en 1086,12 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 3,102 g/min. El cuarto componente consta de 1032,15 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 3,277 g/min. Los suministros de butadieno, estireno, agua y oleato potásico se detienen a tiempo 350 minutos. El suministro de persulfato amónico se detiene a 360 minutos. La temperatura del reactor interno se calienta desde el tiempo 360 minutos en 20 minutos hasta 87ºC y se mantiene constante. A tiempo 360 minutos se inicia simultáneamente el suministro de 2 componentes. El primer componente consta de 10,43 g de persulfato amónico disuelto en 198,17 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 1,018 g/min. El segundo componente consta de 35 g de oleato potásico en 165 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 3,333 g/min. A tiempo 420 minutos se detiene el suministro de oleato potásico. A tiempo 565 minutos se detiene el suministro de persulfato amónico. A tiempo 565 minutos se inicia un suministro de una solución de 35 g de oleato potásico en 165 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 3,333 g/min. A tiempo 625 minutos se detiene el suministro de oleato potásico.
La mezcla se enfría desde el tiempo 625 minutos en 60 minutos hasta 25ºC y se mantiene constante. A tiempo 625 minutos se inicia el suministro de 3,5 g de hidróxido sódico disuelto en 31,5 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 2,333 g/min. A tiempo 640 minutos se detiene el suministro de hidróxido sódico. Finalmente, el látex tiene un contenido de sólidos del 49,5%.
La medición de DSC reveló una única T_{g} a 47ºC.
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Ejemplo de Referencia 2
Látex de refuerzo que tiene una proporción de unidades estructurales de estireno a 1,3-butadieno de 70/30
El reactor se carga con una solución de 4,2 g de oleato potásico, 10,5 g de hidróxido sódico y 0,735 g de persulfato amónico en 1925,0 g de agua desionizada. El reactor se purga con nitrógeno tres veces. La mezcla se calienta a 75ºC y la temperatura se mantiene constante. Después se inicia un suministro de 0,875 g de persulfato amónico disuelto en 16,625 g de agua desionizada. La cantidad de la solución añadida por unidad de tiempo es 0,875 g/min. El punto de partida de este suministro es el tiempo 0 minutos. A tiempo 5 minutos se inicia simultáneamente el suministro de 2 componentes adicionales. El primer componente consta de 40,390 g de butadieno. La velocidad de suministro es 2,693 g/min. El segundo componente consta de 94,220 g estireno. La velocidad de suministro es 6,281 g/min. A tiempo 20 minutos se detiene el suministro de persulfato amónico, butadieno y estireno. La temperatura del reactor interno se calienta a 81ºC en 15 minutos y después se mantiene constante.
Después se inicia un suministro de 35,0 g de persulfato amónico disuelto en 665,0 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 1,818 g/min. El suministro se inicia a 35 minutos. A tiempo 35 minutos se inicia simultáneamente el suministro de otros 3 componentes. El primer componente consta de 1009,61 g de butadieno. La velocidad de suministro es 2,692 g/min. El segundo componente consta de 2355,78 g de estireno. La velocidad de suministro es 6,282 g/min. El tercer componente consta de 106,085 g de oleato potásico disuelto en 553,315 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 1,758 g/min. Los suministros de butadieno, estireno y oleato potásico se detienen a tiempo 410 minutos. El suministro de persulfato amónico se detiene a 420 minutos.
La temperatura del reactor interno se calienta desde el tiempo 420 minutos en 20 minutos hasta 87ºC y se mantiene constante. A tiempo 420 minutos se inicia simultáneamente el suministro de 2 componentes. El primer componente consta de 16,135 g de persulfato amónico disuelto en 306,565 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 1,574 g/min. El segundo componente consta de 52,5 g de oleato potásico en 247,5 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 3,333 g/min. A tiempo 510 minutos se detiene el suministro de oleato potásico. A tiempo 625 minutos se detiene el suministro de persulfato amónico.
La mezcla se enfría desde el tiempo 625 minutos en 60 minutos hasta 25ºC y se mantiene constante. A tiempo 625 minutos se inicia el suministro de 13,405 g de hidróxido sódico disuelto en 120,645 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 4,468 g/min. A tiempo 655 minutos se detiene el suministro de hidróxido sódico. Finalmente, el látex tiene un contenido de sólidos del 49,4%.
La medida de DSC reveló una única T_{g} a 30ºC.
\newpage
Ejemplo de Referencia 3
Látex de refuerzo que tiene una proporción de unidades estructurales de estireno a 1,3-butadieno de 65/35
El reactor se carga con una solución de 4,2 g de oleato potásico, 10,5 g de hidróxido sódico y 0,735 g de persulfato amónico en 1925,0 g de agua desionizada. El reactor se purga con nitrógeno tres veces. La mezcla se calienta a 75ºC y la temperatura se mantiene constante. Después se inicia un suministro de 0,875 g de persulfato amónico disuelto en 16,625 g de agua desionizada. La cantidad de la solución añadida por unidad de tiempo es 0,875 g/min. El punto de partida de este suministro es el tiempo 0 minutos. A tiempo 5 minutos se inicia simultáneamente el suministro de 2 componentes adicionales. El primer componente consta de 47,11 g de butadieno. La velocidad de suministro es 3,141 g/min. El segundo componente consta de 87,5 g de estireno. La velocidad de suministro es 5,833 g/min. A tiempo 20 minutos se detiene el suministro de persulfato amónico, butadieno y estireno. La temperatura del reactor interno se calienta a 81ºC en 15 minutos y después se mantiene constante.
Después se inicia un suministro de 35,0 g de persulfato amónico disuelto en 665,0 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 1,818 g/min. El suministro se inicia a 35 minutos. A tiempo 35 minutos se inicia simultáneamente el suministro de otros 3 componentes. El primer componente consta de 1177,89 g de butadieno. La velocidad de suministro es 3,141 g/min. El segundo componente consta de 2187,5 g de estireno. La velocidad de suministro es 5,833 g/min. El tercer componente consta de 106,085 g de oleato potásico disuelto en 553,315 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 1,758 g/min. Los suministros de butadieno, estireno y oleato potásico se detienen a tiempo 410 minutos. El suministro de persulfato amónico se detiene a 420 minutos.
La temperatura del reactor interno se calienta desde el tiempo 420 minutos en 20 minutos a 87ºC y se mantiene constante. A tiempo 420 minutos se inicia simultáneamente el suministro de 2 componentes. El primer componente consta de 16,135 g de persulfato amónico disuelto en 306,565 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 1,574 g/min. El segundo componente consta de 52,5 g de oleato potásico en 247,5 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 3,333 g/min. A tiempo 510 minutos se detiene el suministro de oleato potásico. A tiempo 625 minutos se detiene el suministro de persulfato amónico.
La mezcla se enfría desde el tiempo 625 minutos en 60 minutos hasta 25ºC y se mantiene constante. A tiempo 625 minutos se inicia el suministro de 13,405 g de hidróxido sódico disuelto en 120,645 g de agua desionizada. La velocidad de suministro es 4,468 g/min. A tiempo 655 minutos se detiene el suministro de hidróxido sódico. Finalmente, el látex tiene un contenido de sólidos del 49,4%.
La medida de DSC reveló una única T_{g} a 20ºC.
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Ejemplos 1-5 y Ejemplos Comparativos 1-10
Las redes de refuerzo de acuerdo con el Ejemplo de Referencia 1 (Ejemplos Comparativos 1-5), del Ejemplo de Referencia 2 (Ejemplos Comparativos 6-10) y del Ejemplo de Referencia 3 (Ejemplos 1-5) se mezclaron con una látex básico en las cantidades relativas especificadas en la siguiente Tabla 1 para preparar dispersiones acuosas de goma reforzada.
Como látex básico se usó un látex de estireno/butadieno que tiene las siguientes características (contenido de sólidos total de aproximadamente el 67%, pH de aproximadamente 10,5, T_{G} de aproximadamente -50ºC). El contenido de sólidos de las dispersiones acuosas de goma reforzada obtenidas de este modo se ajustaron al 63 por ciento en peso en base al peso total de la dispersión por evaporación del exceso de agua.
Se pesaron 389,6 g de cada dispersión de goma reforzada acuosa junto con 10,8 g de oleato potásico como una solución acuosa al 17,5%, 24,5 g de solución de carboximetilcelulosa sódica al 2,5% en agua (Blanose NA-CMC Tipo 12M 31P disponible en Hercules GmbH) y 36,8 g de una pasta de vulcanización sólida al 60% Suprotex UGB, que se puede obtener de Weserland Textilchemie, en el cuenco de una Hobart Planetary Mixer (Tipo N50). En un reciente diferente se pesaron 23,1 g de una dispersión de silicofluoruro de sodio al 25% en agua. Se espumó la dispersión de goma reforzada acuosa en el cuenco de mezcla usando la Hobart Planetary Mixer hasta que se consiguió una densidad de espuma en húmedo de aproximadamente 112 g/l que corresponde a una densidad de espuma en seco de aproximadamente 75 g/l.
Después se añadió el agente gelificante de dispersión de silicofluoruro de sodio y se continuó la mezcla durante 2 min hasta conseguir una distribución homogénea del agente gelificante en la espuma y una estructura de espuma homogénea.
El compuesto de látex obtenido de este modo de cada composición de acuerdo con los ejemplos se llenó en un molde de 290 mm x 290 mm x 28 mm. El molde se cerró herméticamente y se vulcanizó su contenido a 100ºC con vapor saturado durante 20 min. La espuma vulcanizada se retiró del molde, se lavó y se secó durante 90 min a 120ºC en a un horno de circulación forzada.
\newpage
Después se acondicionaron las muestras y se midieron como se ha indicado anteriormente con respecto a los procedimientos de medida. La densidad real de espuma se midió normalizando la dureza de acuerdo con la ecuación anterior para una densidad de espuma de 75 g/dm^{3}.
Los resultados se dan en la siguiente Tabla 1.
TABLA 1
2
Como puede observarse a partir de los datos experimentales de la Tabla 1 las dispersiones acuosas de goma de acuerdo con la presente invención conducen a una espuma de látex que tiene una dureza deseada a una densidad de espuma en seco de 75 g/dm^{3} de aproximadamente 100 N que está muy por debajo del límite superior de 150 N para la dureza deseada. Al mismo tiempo las espumas vulcanizadas muestran una histéresis entre el 54,7 y el 84,9% que está también por encima del límite inferior diana de al menos el 50%. Por consiguiente la espuma de látex obtenida cumple los requisitos de dureza y muestra las propiedades visco-elásticas deseadas.
Como puede observarse a partir de los Ejemplos Comparativos, aunque pueden obtenerse los valores de histéresis apropiados, la dureza de estas espumas está muy por encima del valor diana de menos de 150 N. Por tanto el comportamiento visco-elástico solamente puede conseguirse con la dispersión comparativa a elevada dureza inaceptable.
A elevados niveles de las redes comparativas de refuerzo la dureza y/o histéresis son incluso no medibles.
Además, es evidente a partir de los datos experimentales que la dureza de la espuma de látex vulcanizado de la presente invención es casi independiente del nivel de látex de refuerzo mientras que la histéresis aumenta con un nivel creciente de látex de refuerzo, con el resultado de que usando la dispersión de polímero de la invención pueden ajustarse fácilmente las propiedades visco-elásticas a una dureza de espuma dada eligiendo un nivel apropiado de látex de refuerzo.
En contraste a esto, usando la dispersión de polímero comparativa, la dureza aumenta con niveles crecientes de látex de refuerzo, con el resultado de que si las propiedades visco-elásticas deseadas se ajustan usando un nivel específico de látex de refuerzo, probablemente se obtendrá una dureza inaceptable de la espuma provocando un producto no útil.

Claims (19)

1. Una dispersión acuosa de goma reforzada que comprende:
a) del 51 al 90% en peso de partículas poliméricas de látex básico; y
b) del 10 al 49% en peso de partículas poliméricas de látex de refuerzo que comprende unidades estructurales de monómeros de vinilo aromáticos y monómeros diénicos conjugados, teniendo las partículas poliméricas de látex de refuerzo una temperatura de transición vítrea única (T_{g}) de -25ºC a 28ºC medida por calorimetría de exploración diferencial (DSC), en la cual los porcentajes en peso se basan en el peso total de partículas poliméricas en la dispersión de goma y las partículas poliméricas de látex básico tienen una T_{g} medida por DSC que es menor que la T_{g} de las partículas de látex de refuerzo.
2. La dispersión de goma de la reivindicación 1, en la que las partículas poliméricas de látex de refuerzo tienen una temperatura de transición vítrea única (T_{g}) de -20ºC a 25ºC, más preferiblemente de -15ºC a 22ºC, y mucho más preferiblemente de -15ºC a 20ºC.
3. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la diferencia entre la T_{g} de las partículas poliméricas de látex básico y las partículas poliméricas de látex de refuerzo es de al menos 25ºC, preferiblemente al menos 30ºC y mucho más preferiblemente al menos 35ºC y como mucho de 79ºC, preferiblemente como mucho de 75ºC y más preferiblemente como mucho de 72ºC.
4. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que las partículas poliméricas de látex de refuerzo comprenden
i) del 45 al 68,5% en peso de unidades estructurales de monómeros de vinilo aromáticos; y
ii) del 31,5 al 55% en peso de unidades estructurales de monómeros diénicos conjugados.
5. La dispersión de goma de la reivindicación 4, en la que las partículas poliméricas de látex de refuerzo comprenden
i) del 45 al 67% en peso, preferiblemente del 48 al 65% en peso de unidades estructurales de monómeros de vinilo aromáticos; y
ii) del 33 al 55% en peso, preferiblemente del 35 al 42% en peso de unidades estructurales de monómeros diénicos conjugados.
6. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los monómeros de vinilo aromáticos se seleccionan entre estireno, \alpha-metilestireno. 4-metil-estireno, \alpha-cloro-estireno, 4-cloro-estireno, divinilbenceno, 4-metoxi-3-metilestireno, 3,4-dimetil-\alpha-metilestireno y combinaciones de los mismos, siendo preferiblemente el monómero de vinilo aromático estireno.
7. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el dieno conjugado se selecciona entre 1,3-butadieno, 2-cloro-1,3-butadieno, isopreno, pentadienos y hexadienos conjugados de cadena lineal o ramificada y combinaciones de los mismos, siendo preferiblemente el dieno conjugado 1,3-butadieno.
8. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el tamaño de partícula medio ponderado de las partículas poliméricas de látex de refuerzo es de 50 a 250 nm, preferiblemente de 130 a 160 nm.
9. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el polímero de látex básico se selecciona entre látex natural, látex de goma de estireno/butadieno sintético y combinaciones de los mismos.
10. La dispersión de goma de la reivindicación 9, en la que el polímero de látex básico es un látex de goma de estireno/butadieno que comprende
1) del 15 al 32% en peso de unidades estructurales de estireno y
2) del 68 al 85% en peso de unidades estructurales de 1,3-butadieno, por lo que los porcentajes en peso se basan en el peso total de unidades estructurales de estireno y 1,3-butadieno.
11. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
a) del 55 al 85% en peso, preferiblemente del 58 al 80% en peso de partículas poliméricas de látex básico; y
b) del 15 al 45% en peso, preferiblemente del 20 al 42% en peso de partículas poliméricas de látex de refuerzo.
12. La dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene un contenido en sólidos de al menos el 55%, preferiblemente al menos el 60%, más preferiblemente al menos el 65% en peso en base al peso total de la dispersión.
13. Uso de la dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para fabricar espuma de látex.
14. Un procedimiento para fabricar una espuma de látex
a) componiendo la dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones 1-12 en un compuesto espumable de látex vulcanizable;
b) espumando el compuesto de látex vulcanizable;
c) llenando la espuma obtenida en la etapa b) en un molde de forma deseada;
d) estabilizando la estructura de espuma;
e) vulcanizando la espuma; y
f) retirando la espuma de látex vulcanizado del molde.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que se añade un agente gelificante para hacer el compuesto de látex espumable y vulcanizable, consiguiéndose el espumado solamente por medios mecánicos y la estructura de espuma se estabiliza gelificando al menos parcialmente la espuma de látex antes de la vulcanización.
16. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el compuesto de látex vulcanizable primero se espuma por medios mecánicos y después se llena en un molde vacío, después se expande la espuma al volumen del molde por aplicación de vacío, y se estabiliza la estructura de espuma enfriando rápidamente la espuma seguido de presurización del molde con dióxido de carbono causando de este modo la gelificación al menos parcial de la espuma antes de la vulcanización.
17. Un artículo que comprende una espuma de látex obtenida de una dispersión de goma de cualquiera de las reivindicaciones 1-12.
18. El artículo de acuerdo con la reivindicación 17, en el que la espuma de látex tiene una dureza de menos de 150 N medida a una densidad de espuma en seco de 75 g/dm^{3} y 23ºC de acuerdo con DIN EN ISO 2439 y una histéresis de al menos el 50% medida a una densidad de espuma en seco de 75 g/dm^{3} y 23ºC de acuerdo con DIN 53577.
19. El artículo de cualquiera de las reivindicaciones 17 y 18, estando seleccionado entre colchones; almohadas; reposacabezas; superficies; absorbedores de choques; partes con forma del calzado; suelas internas del calzado; rellenos de prendas; protectores para prendas deportivas; instrumentos de atletismo; sillines de bicicletas; sillines de motocicletas; material de tapicería de muebles; parachoques; y salpicaderos de automóviles.
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