ES2711772T3 - Prepolímero hidrófilo para espumas de poliuretano - Google Patents

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Abstract

Una espuma de poliuretano para aplicaciones de confort, que comprende: el producto de reacción de una primera composición que incluye del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente acuoso y del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente prepolímero terminado en isocianato hidrófilo, en donde: el componente acuoso incluye al menos el 90 % en peso de agua basado en el peso total del componente acuoso, y el componente prepolímero terminado en isocianato hidrófilo tiene un contenido de NCO libre del 1 % en peso al 15 % en peso y es un producto de reacción de una segunda composición que incluye un componente de isocianato y un componente reactivo de isocianato, incluyendo el componente de isocianato al menos el 90 % de diisocianato de metilendifenilo (MDI, por sus siglas en inglés) y una relación en peso del isómero 4,4'- metilendifenilisocianato a isómero 2,4'-metilendifenilisocianato mayor de 1:1 y menor de 10:1, incluyendo el componente reactivo de isocianato polietilenglicol y un poliol de polioxipropileno-polioxietileno con un peso molecular promedio en número de desde 3.000 g/mol a 7.500 g/mol y un contenido de polioxietileno de al menos el 50 % en peso, y teniendo el componente prepolímero terminado en isocianato hidrófilo un contenido de polioxietileno del 45 % en peso al 75 % en peso, basado en el peso total de la segunda composición.

Description

DESCRIPCION
PrepoKmero hidrofilo para espumas de poliuretano
Campo
Las realizaciones se refieren a un prepoKmero hidrofilo para su uso en la formacion de una capa de espuma de poliuretano para aplicaciones de confort. Las aplicaciones de confort ejemplares incluyen almohadas, cubrecolchones, y colchones.
Introduccion
Los polfmeros de poliuretano formados usando prepolfmeros terminados en isocianato derivados del diisocianato de difenilmetileno (MDI, por sus siglas en ingles) se discuten en la Publicacion Internacional de numero WO 2004/074343. Sin embargo, se buscan prepolfmeros hidrofilos para su uso en la formacion de espumas de poliuretano espedficamente optimizados para su uso en aplicaciones de confort. En particular, las espumas de poliuretano en almohadas, cubrecolchones, y colchones tienen una tendencia a almacenar calor, lo que tiene la desventaja de que el usuario siente un aumento incomodo de la temperatura durante el uso.
El Documento de Patente de los EE.UU. de Numero US 2006/058408 A1 describe composiciones con funcionalidad isocianato entre 2,2 y 2,9 que incluyen: a) del 20 al 80 % en peso del producto de reaccion del MDI con un poliol polieter de oxido de etileno/oxido de propileno de funcionalidad 2 a 8, un peso molecular promedio de 200 a 6.000, y un contenido de oxido de etileno del 20 al 90 % con un contenido de grupo NCO libre del 26 al 33 % en peso; y del 20 al 80 % en peso de polfmero MDI.
Compendio
Las realizaciones se pueden llevar a cabo proporcionando una espuma de poliuretano para aplicacion de confort que incluye el producto de reaccion de una primera composicion que tiene del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente acuoso y del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo. El componente acuoso incluye al menos un 90 % en peso de agua basado en el peso total del componente acuoso, y el componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo tiene un contenido de NCO libre del 1 % en peso al 15 % en peso y es un producto de reaccion de una segunda composicion que incluye un componente de isocianato y un componente reactivo de isocianato. El componente de isocianato incluye al menos el 90 % en peso de diisocianato de difenilmetano (MDI, por sus siglas en ingles) y una relacion en peso del isomero 4,4'-diisocianato de difenilmetano a isomero 2,4'-diisocianato de difenilmetano mayor de 1:1 y menor de 10:1, el componente reactivo de isocianato incluye polietilenglicol y poliol de polioxipropileno-polioxietileno con un peso molecular de desde 3.000 g/mol a 7.500 g/mol y un contenido de polioxietileno de al menos el 50 % en peso, y el componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo tiene un contenido de polioxietileno del 45 % al 75 % en peso, basado en el peso total de la segunda composicion.
Descripcion detallada
Las realizaciones se refieren a una espuma a base de poliuretano que se forma usando un prepolfmero hidrofilo. Por prepolfmero hidrofilo se entiende un prepolfmero terminado en isocianato basado en la qrnmica del poliuretano (es decir, la reaccion de un resto isocianato con un grupo de hidrogeno activo tal como un grupo hidroxilo) que se relaciona o tiene una fuerte afinidad por el agua, en oposicion a un prepolfmero hidrofobo. Por espuma a base de poliuretano para su uso en aplicaciones de confort, se entiende una espuma que usa la qrnmica reactiva del poliuretano para su uso como recubrimientos de superficies o materiales de nucleo para mejorar el confort termico y la humedad en aplicaciones de confort tales como almohadas y colchones. Con respecto a las realizaciones, la espuma se define como un producto de reaccion no basado en gel de al menos un prepolfmero terminado en isocianato y agua. El confort termico mejorado se define como aquel que exhibe un calor espedfico que es mayor de 2,0 J/g°C (por ejemplo, de 2,1 a 8,0 J/g°C, de 2,2 a 4,0 J/g°C, de 2,5 a 3,5 J/g°C, de 2,7 a 3,2 J/g°C, etc.) y una conductividad termica que es mayor de 0,05 W /m °K (por ejemplo de 0,05 a 0,200, de 0,08 a 0,180, etc.).
La espuma puede tener una densidad que vana de 64,1 a 144,2 kg/m3 (es decir, de 4,0 a 9,0 lb/pie3). Con respecto a la captacion de agua medida, la espuma puede exhibir un cambio en el peso del 300 % al 700 % despues de la inmersion en agua durante un minuto a temperatura ambiente. La espuma puede exhibir un flujo de aire de 2,5 a 5,9 m3/h (es decir, de 1,5 a 3,5 pie3/min). La espuma puede exhibir una temperatura superficial de menos de 24,5°C cuando se mantiene a temperatura ambiente durante un penodo de 24 horas. Por ejemplo, si la temperatura ambiente es de 23°C, la espuma puede exhibir una temperatura superficial de menos de 23°C (por ejemplo, de 20,0°C a 22,8°C), de modo que sea menor que la temperatura ambiente. Si la temperatura ambiente es 22°C, la espuma puede exhibir una temperatura superficial de solo 0,2°C a 2,0°C (por ejemplo, de 0,2°C a 1,0°C, de 0,2°C a 1,0°C, de 0,2°C a 0,5°C, etc.) menor que la temperatura ambiente.
La espuma de poliuretano es un producto de reaccion de una composicion que incluye al menos un componente acuoso y un componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo. Ademas, la composicion para formar la espuma de poliuretano puede incluir un componente aditivo en una cantidad del 0,1 % en peso al 10 % en peso. Por ejemplo, el componente aditivo puede incluir tensoactivo(s), tinte(s), pigmento(s), fragancia(s), antioxidante(s), y/o catalizador(es).
El componente prepoKmero terminado en isocianato hidrofilo tiene un contenido de NCO libre del 1 % en peso al 15 % en peso (por ejemplo, del 5 % en peso al 10 % en peso, del 6 % en peso al 8 % en peso, etc.) y es un producto de reaccion de un componente de isocianato y un componente reactivo de isocianato. El componente de isocianato incluye al menos el 90 % en peso (por ejemplo, al menos el 95 % en peso y/o al menos el 99 % en peso de diisocianato de metilendifenilo (MDI, por sus siglas en ingles) y una relacion en peso del isomero 4,4'-metilendifenilisocianato a isomero 2,4'-metilendifenilisocianato mayor de 1:1 y menor de 10:1. En particular, la cantidad del isomero 4,4'-metilendifenilisocianato es mayor que la cantidad del isomero 2,4'-metilendifenilisocianato (por ejemplo, de 2 a 8 veces mayor, de 3 a 7 veces mayor, de 3 a 6 veces mayor, y/o de 3 a 5 veces mayor). El componente reactivo de isocianato incluye polietilenglicol y un poliol de polioxipropileno-polioxietileno, mientras que el poliol de polioxipropileno-polietileno tiene un peso molecular de desde 3.000 g/mol a 7.000 g/mol (por ejemplo, de 4.000 g/mol a 6.000 g/mol) y un contenido de polioxietileno de al menos el 50 % en peso (por ejemplo, del 55 % en peso al 85 % en peso, del 60 % en peso al 80 % en peso, del 65 % en peso al 80 % en peso, del 70 % en peso al 80 % en peso, y/o del 74 % en peso al 76 % en peso). El componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo tiene un contenido total de polioxietileno del 45 % en peso al 75 % en peso (por ejemplo, del 50 % en peso al 75 % en peso, del 55 % en peso al 70 % en peso, y/o del 60 % en peso al 65 % en peso), basado en el peso total de la segunda composicion.
Componente acuoso
El componente acuoso representa del 20 % en peso al 80 % en peso del peso total de la composicion para formar la espuma de poliuretano. Por ejemplo, el componente acuoso esta presente en una cantidad del 30 % en peso al 70 % en peso, del 40 % en peso al 60 % en peso, y/o del 45 % en peso al 55 % en peso, basado en el peso total de la composicion para formar la espuma de poliuretano. El componente acuoso es al menos el 90 % en peso de agua, basado en el peso total del componente acuoso. Ademas del agua, el componente acuoso puede incluir al menos un aditivo, tal como una carga, disolvente, retardante de llama y/u otros aditivos conocidos en la tecnica para su uso en espumas de poliuretano.
Componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo
El componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo representa del 20 % en peso al 80 % en peso del peso total de la composicion para formar la espuma de poliuretano. Por ejemplo, el componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo esta presente en una cantidad del 30 % al 70 % en peso, del 40 % al 60 % en peso, y/o del 45 % al 55 % en peso, basado en el peso total de la composicion para formar la espuma de poliuretano. El componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo es el producto de reaccion de una composicion para formar el prepolfmero que incluye el componente isocianato y el componente reactivo con isocianato.
El componente de isocianato incluye al menos el 90 % en peso de MDI (por sus siglas en ingles), de los cuales la cantidad del isomero 4,4'-metilendifenilisocianato es mayor que la cantidad del isomero 2,4'-metilendifenilisocianato. Segun realizaciones ejemplares, el resto del componente de isocianato que no se contabiliza con el isomero 4,4'-MDI (por sus siglas en ingles) y/o el isomero 2,4'-MDI (por sus siglas en ingles) puede incluir diisocianato de tolueno, diisocianato de hexametileno, diisocianato de isoforona, diisocianato de polietileno, isocianato de polifenil polimetileno, carbodiimida o aductos de alofonato o uretonimina de diisocianato de difenilmetano, y mezclas de los mismos. En realizaciones ejemplares, el componente de isocianato consiste esencialmente en MDI (por sus siglas en ingles), de modo que el diisocianato de tolueno se excluye del componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo. El componente de isocianato puede estar presente en una cantidad del 30 % en peso al 60 % en peso, basado en el peso total de la composicion para formar el prepolfmero.
El componente reactivo con isocianato incluye polietilenglicol (tambien conocido como PEG (por sus siglas en ingles) y polioxietilenglicol). El polietilenglicol puede tener un peso molecular promedio en numero de 500 g/mol a 2.000 g/mol (por ejemplo, de 500 g/mol a 1.500 g/mol, de 750 g/mol a 1.250 g/mol, de 900 g/mol a 1.100 g/mol, etc.). El polietilenglicol puede ser el componente principal en la composicion para formar el prepolfmero. Por componente principal se entiende que la cantidad de ese componente es mayor que la cantidad de cada uno de los otros componentes (es decir, el polietilenglicol tiene el porcentaje mas alto en peso dentro de la composicion para formar el prepolfmero). El polietilenglicol puede representar del 40 % en peso al 65 % en peso (por ejemplo, del 45 al 65 % en peso, del 45 % al 60 % en peso, del 50 % al 55 % en peso, etc.) del peso total de la composicion. La cantidad de polietilenglicol puede ser mayor que la cantidad total del componente de isocianato.
El componente reactivo con isocianato incluye ademas un poliol de polioxipropileno-polioxietileno con un peso molecular de desde 3.000 g/mol a 7.500 g/mol y un contenido de polioxietileno de al menos el 50 % en peso, basado en el peso total del poliol de polioxietileno-polioxipropileno. El poliol de polioxipropileno-polioxietileno puede tener una funcionalidad hidroxilo nominal de 1,6 a 8 (por ejemplo, de 1,6 a 3,5). Un resto del contenido en peso del poliol de polioxietileno-polioxipropileno basado en un total del 100 % en peso se contabiliza con el polioxipropileno, por ejemplo, el contenido de polioxipropileno es al menos el 5 % en peso en el poliol. Por ejemplo, el contenido de polioxietileno es del 55 % en peso al 85 % en peso, del 60 % en peso al 80 % en peso, del 65 % en peso al 80 % en peso, del 70 % en peso al 80 % en peso y/o del 74 % en peso al 76 % en peso, siendo el resto polioxipropileno. La composicion para formar el prepoffmero puede incluir un mmimo del 2 % en peso (por ejemplo, del 2 % en peso al 10 % en peso, del 2 % en peso al 7 % en peso, del 2 % en peso al 5 % en peso, y/o del 3 % en peso al 5 % en peso) del peso total de la composicion para formar el prepoffmero.
El componente reactivo con isocianato puede incluir al menos otro polieter poliol. El al menos otro polieter poliol puede tener una funcionalidad hidroxilo nominal promedio de 1,6 a 8 (por ejemplo, de 1,6 a 3,5) y un peso molecular promedio en numero de 1.000 a 12.000 (por ejemplo, de 1.000 a 8.000, de 1.200 a 6.000, de 2.00o a 5.500, etc.). Ademas, en la composicion para preparar el prepoffmero se pueden usar combinaciones de otros polieter polioles, incluidas sustancias monohidroxiladas, y sustancias diol y triol de bajo peso molecular o aminas, de funcionalidad y contenido de polioxietileno variables.
En la preparacion del componente prepoffmero se pueden usar aditivos (tales como los aditivos conocidos en la tecnica para su uso en la formacion de prepoffmeros y poliuretanos). Por ejemplo, la composicion para formar el componente prepoffmero puede incluir al menos un catalizador, al menos un agente reticulante, y/o al menos un extensor de cadena.
El prepoffmero hidrofilo tiene un contenido de polioxietileno del 45 % al 75 % en peso, basado en el peso total de la composicion para formar el prepoffmero. El contenido de NCO libre del prepoffmero hidrofilo puede ser de menos del 15 % en peso, de menos del 10 % en peso, y/o de menos del 8 % en peso (por ejemplo, del 5 % en peso al 15 % en peso, del 5 % en peso al 13 % en peso, del 6 % en peso al 11 % en peso, del 6 % en peso al 8 % en peso, del 6,5 % en peso al 7,5 % en peso, etc.). El poliisocianato se puede volver a mezclar en el prepoffmero a base de MDI para alcanzar el contenido de NCO libre deseado.
El componente prepoffmero hidrofilo se puede preparar combinando el componente de isocianato y el componente de poliol a 20-100°C. Si se desea, el componente prepoffmero hidrofilo se puede preparar en presencia de un catalizador formador de uretano, tal como una amina terciaria. o compuesto de estano. Las cantidades relativas de diisocianatos totales y de polioles totales se pueden elegir para alcanzar un contenido en NCO libre deseado del prepoffmero. La cantidad equivalente de diisocianato puede ser mayor que la cantidad equivalente del poliol. La preparacion del prepoffmero puede ser conocida por los expertos en la tecnica.
Composicion
La espuma de poliuretano hidrofila se puede preparar poniendo en contacto bajo condiciones de reaccion el prepoffmero terminado en isocianato con el componente acuoso. El componente acuoso primario incluye agua y podna incluir pequenas cantidades de aditivos como tensoactivo(s), catalizador(es), agente(s) espesante(s), pigmento(s) de color, carga(s), antioxidante(s), y/o fragancias. En realizaciones ejemplares, la espuma de poliuretano se prepara en ausencia de cualquier catalizador. Al fabricar la espuma de poliuretano, la relacion de la cantidad de prepoffmero terminado en isocianato a la mezcla acuosa puede variar en un intervalo que depende de la densidad objetivo del poffmero resultante y de sus parametros ffsicos asociados y/o del contenido de isocianato de la composicion. En realizaciones, la espuma de poliuretano es el producto de reaccion de una composicion que incluye del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente acuoso y del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente prepoffmero terminado en isocianato hidrofilo.
Cuando se pretende preparar una espuma hidrofila, ffpicamente se mezclaran 100 partes en peso del prepoffmero terminado en isocianato y se haran reaccionar con de 10 a 500 (por ejemplo, de 50 a 300 y/o de 50 a 150) partes en peso de una fase acuosa. En una realizacion ejemplar de preparacion del prepoffmero hidrofilo, el componente prepoffmero terminado en isocianato se pone en contacto con la fase acuosa. Por ejemplo, se introduce una disolucion del 0,5 al 5 % en peso del tensoactivo en agua (es decir, componente acuoso) a una temperatura de 5°C a 50°C en el prepoffmero terminado en isocianato. Luego, la mezcla resultante se dispensa en un molde cerrado, en un molde abierto, o en un area de vertido de ffnea continua, y se deja reaccionar.
Los tensoactivos se pueden elegir para proporcionar una espuma, por ejemplo, de buen aspecto de estructura y tamano de celda. Los tensoactivos pueden minimizar el colapso y/o las deformaciones de la espuma (tal como la disgregacion). Ejemplos de tensoactivos incluyen tensoactivos de silicona de polieter, tales como los conocidos por los expertos en la tecnica. Los tensoactivos pueden estar presentes en la fase acuosa en una cantidad de desde 0,5 a 4,0 (por ejemplo, de 0,7 a 3,0, de 0,8 a 2,0, de 0,9 a 1,5, y/o de 0,9 a 1,2), partes en peso por 100 partes en peso del componente acuoso total que incluye el tensoactivo.
La disolucion del tensoactivo y del componente acuoso puede incluir o tener anadido a la misma (por ejemplo, antes de anadir el prepoffmero terminado en isocianato o despues de anadir el prepoffmero terminado en isocianato) otro(s) aditivo(s) opcional(es). El(Los) aditivo(s) opcional(es) puede(n) incluir al menos un catalizador, por ejemplo, que se puede anadir en una cantidad para modificar el tiempo de curado del producto de reaccion y facilitar la obtencion de los atributos ffsicos deseados de la espuma. Catalizadores adecuados incluyen, por ejemplo, sustancias conocidas en la tecnica para promover la reaccion de un isocianato con un poliol. Por ejemplo, el catalizador puede incluir un bicarbonato de sodio, una amina terciaria, y/o un compuesto organometalico. Catalizadores ejemplares incluyen nmetil morfolina, n-etil morfolina, trimetilamina, trietilamina, tetrametil butano diamina, trietilendiamina, dimetilaminoetanolamina, bencilidimetilamina, dilaurato de dibutil estano, y octoato de estano. Otros aditivos opcionales incluyen cargas, materiales de cambio de fase, fibras, textiles, aceites grasos, agentes reticulantes, y/o aditivos funcionales, que pueden estar presentes (por ejemplo, en el componente reactivo de prepoKmero) cuando se buscan propiedades ffsicas modificadas. Las cargas pueden incluir materiales naturales y/o sinteticos. Cargas ejemplares incluyen materiales a base de madera, materiales a base de corcho, materiales a base de silicatos, materiales a base de vidrio, y materiales a base de minerales. Otros aditivos opcionales presentes pueden ser fragancias, perfumes, y/u otras sustancias que pueden ser detectadas por el olor.
Los agentes espesantes pueden estar presentes cuando se desea controlar la viscosidad de la fase acuosa y facilitar el transporte y la distribucion de, por ejemplo, cargas o fibras. Ejemplos de cargas tfpicas incluyen arcillas, tierra de diatomeas, carbonato de calcio, y fibras minerales tales como la wollastonita; latex acuosos como por ejemplo un estireno-butadieno. Ejemplos de agentes espesantes son productos naturales tales como gomas xantano, o agentes qmmicos tales como polfmeros de poliacrilamida y geles vendidos por The Dow Chemical Company. Otros aditivos que pueden estar presentes incluyen agentes de ayuda a la mezcla y notablemente emulsionantes. El componente acuoso se puede usar para introducir otras sustancias, tales como aceites grasos y aditivos funcionales, ademas de las fibras y cargas, cuando se desee modificar las propiedades ffsicas del poffmero resultante.
Segun una realizacion ejemplar, el poliuretano de uso para aplicacion de confort, por ejemplo, para formar una composicion formadora de espuma refrigerante para su uso como una capa de poliuretano en materiales tales como espumas de poliuretano viscoelasticas (tales como colchones y almohadas a base de espuma viscoelastica) y/o para su uso como una capa de espuma de poliuretano en una superficie de materiales tales como espumas de poliuretano viscoelasticas. La espuma refrigerante tambien se puede incluir en la superficie como inserciones en la almohada, en el cubrecolchon, o en el colchon.
Todas las partes y porcentajes en la presente invencion son en peso, a menos que se indique lo contrario. Todas las descripciones de peso molecular se basan en un peso molecular promedio en numero, a menos que se indique lo contrario
Ejemplos
Se usan principalmente los siguientes materiales:
Prepoffmero 1 de MDI
Prepoffmero 1 de MDI Un diisocianato de difenilmetano (MDI, por sus siglas en ingles) a base de prepoffmero con un contenido de resto de isocianato (NCO) promedio objetivo del 7 % en peso y un contenido de OE general calculado como un 62 % en peso (basado en el peso total de la formulacion), que se prepara segun la formulacion aproximada de la Tabla 1, mostrada a continuacion:
Tabla 1
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ISONATE™ 125M Una mezcla a base de MDI (por sus siglas en ingles) que incluye en promedio un 98 % en peso de diisocianato de 4,4-difenilmetano y un 2 % de diisocianato de 2,4'-difenilmetano y con un contenido promedio de NCO del 33,5 % (disponible de The Dow Chemical Company).
ISONATE™ 50 O,P Una mezcla a base de MDI (por sus siglas en ingles)que incluye en promedio un 50 % en peso de diisocianato de 4,4'-difenilmetano y un 50 % en peso de diisocianato de 2,4'-difenilmetano y con un contenido promedio de NCO del 33,5 % en peso (disponible de The Dow Chemical Company).
CARBOWAX™ PEG 1000 Un polietilenglicol (PEG, por sus siglas en ingles), con una funcionalidad de hidroxilo nominal promedio de 2 y un peso molecular promedio en numero de aproximadamente 1.000 g/mol (disponible de The Dow Chemical Company).
VORANOL™ CP-1421 Un poliol de polioxietileno/polioxipropileno iniciado con glicerol, con una funcionalidad hidroxilo nominal promedio de 3, un mdice de hidroxilo promedio de 33 KOH/g, un contenido promedio de polioxietileno del 75 % en peso, y un peso molecular promedio en numero de aproximadamente 5.000 g/mol (disponible de The Dow Chemical Company).
Cloruro de benzoilo Una disolucion del 99 % en peso de cloruro de benzoilo (disponible de Sigma-Aldrich).
El Prepolfmero 1 de MDI (por sus siglas en ingles) con un contenido promedio de NCO objetivo del 7 % en peso se prepara segun la Tabla 1, anterior. El contenido de NCO se mide segun la norma ASTM D5155.
Con respecto a la Formulacion del Prepolfmero 1, las cantidades requeridas de CARBOWAX™ PEG 1000 y de VORANOL™ CP-1421, segun la Tabla 1, anterior, se anaden a un reactor para formar una primera mezcla que se calienta a 80°C con agitacion continua y purga de nitrogeno durante la noche. Luego, una vez que se mide el contenido del agua para asegurarse que es menor de 250 ppm, se anade cloruro de benzoilo a la primera mezcla para formar una segunda mezcla. Despues de eso, la segunda mezcla se agita durante 15 min. Ademas, se anaden ISONATE™ 125M e ISONATE™ 50 O,P a un matraz de cuatro bocas para formar una tercera mezcla, que se calienta a 55°C. A continuacion, la segunda mezcla se anade a la tercera mezcla, y la mezcla resultante se calienta a 75°C y se mantiene a esa temperatura durante tres horas. Despues de eso, se reduce la temperatura de la mezcla resultante a menos de 60°C, y se dispensa prepolfmero en una botella de vidrio.
Prepolfmero A de MDI
Prepolfmero A de MDI Un prepolfmero a base de diisocianato de difenilmetano (MDI, por sus siglas en ingles) con un contenido de isocianato del 6,5 % y un contenido de EO total calculado como un 37,5 % en peso (basado en el peso total de la formulacion), que se prepara segun la formulacion aproximada de la Tabla 2, mostrada a continuacion:
Tabla 2
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ISONATE™ 125M Una mezcla a base de MDI (por sus siglas en ingles) que incluye en promedio un 98 % en peso de diisocianato de 4,4'-difenilmetano y un 2 % de diisocianato de 2,4'-difenilmetano y con un contenido promedio de NCO del 33,5 % (disponible de The Dow Chemical Company).
ISONATE™ 50 O,P Una mezcla a base de MDI (por sus siglas en ingles) que incluye en promedio un 50 % en peso de diisocianato de 4,4'-difenilmetano y un 50 % en peso de diisocianato de 2,4'-difenilmetano y con un contenido promedio de NCO del 33,5 % en peso (disponible de The Dow Chemical Company).
UCON™ PCL-270 Un poliol lubricante de un polialquilenglicol eter monobutilico, con una funcionalidad hidroxilo nominal promedio de 2, un contenido promedio de polioxietileno del 65 % en peso, y un peso molecular promedio en numero de aproximadamente 2.600 g/mol (disponible de The Dow Chemical Company).
DNC 779.01 Un poliol de polioxietileno/polioxipropileno iniciado con Bis-3-aminopropilmetilamina, con una funcionalidad hidroxilo nominal promedio de 4, un contenido promedio de polioxietileno del 17,5 % en peso, y un peso molecular promedio en numero de aproximadamente 6.800 g/mol (disponible de The Dow Chemical Company).
Cloruro de benzoilo Una disolucion del 99 % en peso de cloruro de benzoilo (disponible de Sigma-Aldrich).
El prepolfmero A de MDI (por sus siglas en ingles) con un contenido promedio de NCO objetivo del 6,5 % en peso se prepara segun la Tabla 2, anterior. El contenido de NCO se verifica segun la norma ASTM D5155.
Con respecto a la Formulacion del Prepolfmero 1, la cantidad requerida del poliol UCON™ PCL-270 y del poliol DNC 779.01, segun la Tabla 2, anterior, se anade a un reactor para formar una primera mezcla que se calienta a 80°C con agitacion continua y purga de nitrogeno durante la noche. Luego, la segunda mezcla se agita durante 15 min. A continuacion, se anaden ISONATE™ 125M e ISONATE™ 500,P a un matraz de cuatro bocas para formar una tercera mezcla, que se calienta a 55°C. A continuacion, la segunda mezcla se anade a la tercera mezcla, y la mezcla resultante se calienta a 75°C y se mantiene a esa temperatura durante tres horas. Despues de eso, se reduce la temperatura de la mezcla resultante a menos de 60°C, y se dispensa el prepolfmero en una botella de vidrio.
Formulacion comparativa
Formulacion comparativa Una composicion que tiene un contenido de EO total calculado como aproximadamente el 3 % en peso (basado en el peso total de la formulacion), que se prepara segun la formulacion aproximada de la Tabla 3, mostrada a continuacion:
Tabla 3
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MDI Una mezcla a base de MDI (por sus siglas en ingles) que contiene altas cantidades de isomeros monomericos del diisocianato de difenilmetileno (MMDI, por sus siglas en ingles) con una funcionalidad promedio de NCO de desde 2,2-2,3.
TDI Un diisocianato de tolueno (TDI, por sus siglas en ingles) que incluye una mezcla de los isomeros 2,4 y 2,6 de TDI (por sus siglas en ingles) en una relacion del 80 % en peso al 20 % en peso (disponible de The Dow Chemical Company como VORANATE™ T-80). VORANOL™ 3150 Un triol de polioxipropileno, con un peso molecular equivalente en numero de aproximadamente 336 g/mol equivalente (disponible de The Dow Chemical Company). VORANOL™ 3136 Un triol de polioxietileno/polioxipropileno, con un contenido de EO de aproximadamente el 11 % en peso y un peso molecular equivalente en numero de aproximadamente 1.030 g/mol equivalente (disponible de The Dow Chemical Company).
VORANOL™ 4053 Un poliol de polioxietileno/polioxipropileno, con una funcionalidad hidroxilo de aproximadamente 6,9, un contenido de EO de aproximadamente el 75 % en peso, y un peso molecular equivalente en numero de aproximadamente 1.795 g/mol equivalente (disponible de The Dow Chemical Company).
VORALUX™ HL 431 Un poliol de polieter injertado que contiene estireno y acrilonitrilo copolimerizados, con una funcionalidad hidroxilo de aproximadamente 3, un peso molecular equivalente en numero de aproximadamente 1.810 g/mol equivalente, y un contenido de OE de aproximadamente el 7,0 % en peso (disponible de The Dow Chemical Company).
DP 1022 Un aditivo polifuncional reactivo (disponible de Momentive).
ICL Fyrol FR-2 Un retardante de llama de tris(1,3-dicloro-2-propil) fosfato (disponible de TRI-ISO).
NIAX® L-618 Un copoKmero de polialquilenoxidemetil siloxano (disponible de Momentive).
Dabco® 33 LV Un catalizador de amina terciaria (disponible de Air Productos).
Dabco® BL-11 Un catalizador de amina terciaria (disponible de Air Productos).
Dabco® T-9 Un catalizador de estano (disponible de Air Products).
Preparación de ejemplos de espuma
Las muestras de espumas se preparan usando el Prepolfmero 1 de MDI (por sus siglas en ingles) y el Prepolfmero A de MDI (por sus siglas en ingles) segun la siguiente formulacion de la Tabla 4, mostrada a continuacion:
Tabla 4
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El tensoactivo es Silwet® L-7605, un tensoactivo de silicona de polieter disponible de Momentive Performance Materials.
Las muestras de espuma del Ejemplo 1 y del Ejemplo A se preparan anadiendo el Componente-A (Prepolfmero 1 o A de MDI) y el Componente-B (disolucion al 1 % en peso del tensoactivo en 49 % en peso en agua) a un recipiente de mezcla en la relacion de 1:1 (relacion prepolfmero:componente acuoso). Los componentes se mezclan usando un mezclador de velocidad de escala de laboratorio durante 20 segundos a 2.000 rpm y temperatura ambiente. La mezcla de reaccion se vierte en un molde forrado con una lamina de polietileno. Una vez que se completa la formacion de la espuma, se deja curar la espuma durante la noche bajo una campana de extraccion. Se descartan las capas de piel de las espumas, y se caracteriza el resto de la muestra. La espuma se acondiciona durante al menos 24 horas antes de la prueba.
Se prepara una muestra de espuma del Ejemplo B, la Formulacion Comparativa, por espumacion en una caja usando una caja de madera de 38 cm x 38 cm x 24 cm (o aproximadamente 15” x 15” x 9,5”) forrada con un revestimiento de pelfcula de plastico delgada. Se usa un mezclador de alta cizalla (4 palas en cada una de las cuatro direcciones que se extienden radialmente) a alta velocidad de rotacion para mezclar los componentes en un recipiente de 3,76 litros (1 galon americano) a temperatura ambiente. La masa total de la formulacion fue de 2,5 kg para formulaciones de espuma viscoelastica a ~1,3 pphp de agua. El componente reactivo de isocianato, con la excepcion del catalizador de estano, se mezcla primero durante 15 segundos (2.400 rpm). Luego, se anade el catalizador de estano, e inmediatamente se mezcla durante otros 15 segundos (2.400 rpm). A continuacion, se anade el componente de isocianato a la mezcla e inmediatamente se mezcla durante otros 4 segundos (3.000 rpm). Luego, la totalidad de la mezcla se vierte en la caja forrada con la pelfcula de plastico. Una vez que se completa la formacion de la espuma, se deja curar la espuma durante la noche bajo una campana de extraccion. Se descartan las capas de piel de las espumas, y se caracteriza el resto de la muestra. La espuma se deja curar durante al menos 24 horas antes de la prueba.
Evaluacion de los Ejemplos
Los Ejemplos 1, A, y B se evaluan para las siguientes propiedades aproximadas:
Tabla 5
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* N/A: No disponible
La densidad se mide segun la norma ASTM D3574.
La captacion de agua se mide en las muestras de espuma secas/acondicionadas que se cortan en trozos de 5,1 x 5,1 x 2,5 cm ( 2 x 2 x 1 pulgadas). El peso de las muestras de espuma se mide antes y despues de la immersion en agua durante un minuto. El peso de la muestra de espuma humeda se mide despues de secado en bandeja durante 30 segundos. En particular, la captacion de agua se mide usando la siguiente formula:
Captacion de agua % = Peso secoen bandeja - Peso seco / Peso seco
La conductividad termica se mide como la cantidad de calor transmitido en BTU por pie y hora a traves de un espesor en una direccion normal a una superficie de unidad de area, debido a un gradiente unitario de temperatura en condiciones de estado estacionario (por ejemplo, Btupulgada/hpie2 °F o W/(m°K)). La conversion de [Btupulgada/hpie2 °F] a [W/(m-°K)j se entendera por un experto en la tecnica (por ejemplo, como un factor de multiplicacion de aproximadamente 0,144). Las mediciones de la conductividad termica se realizan usando un Medidor de Flujo de Calor de LaserComp, sobre la base de la Ley de Fourier, tambien conocida como la Ley de Conduccion de Calor. Las mediciones se realizan colocando una muestra de espuma entre dos placas planas isotermicas, que se mantienen a dos temperaturas diferentes (dT). Normalmente, una placa se denomina como la "placa caliente" y la otra placa se denomina como la "placa fna". Las mediciones del flujo de calor se realizan a una temperatura de prueba promedio de 23,9°C (75°F) y a diferenciales de temperatura de prueba de 4,4°C (40°F). Los medidores de Flujo de Calor de LaserComp miden el flujo de calor en una sola direccion, por lo que la Ley de Fourier se puede establecer de manera sencilla de la siguiente manera:
q = -A (dT/dx) o A = -q (dx/dT)
donde: q = flujo de calor (W/m2 o BTU/pie2); A = conductividad termica (W /m K o BTU/hpieF); y dT/dx = gradiente de temperatura en la direccion x (K/m o F/pie).
La resistencia al desgarro de las muestras secas se mide segun la norma ASTM D3574, Prueba F en muestras de espuma cortada de las siguientes dimensiones: 15,2 x 2,5 cm x 2,5 cm de ancho / 3,8 cm de hendedura (6 x 1 x 1" w /1,5 pulgadas de hendedura), con velocidad de desplazamiento de la cruceta de 500 mm/min (20 pulgadas/min). Se registraron cuatro muestras para cada muestra, y el valor informado es un valor promedio.
El calor espedfico se mide como la cantidad de calor en Julios por gramo del material requerido para elevar la temperatura del material en un grado Celsius. Las mediciones del calor espedfico se realizan usando un DSC (por sus siglas en ingles) Q2000 de la Serie-0205, disponible de TA Instruments. Tanto las pruebas del zafiro como las de las muestras se realizan en modo isotermico durante 10,00 min (modo del DSC modulado). Una vez que se analizan las muestras, se multiplica el factor corregido para el zafiro por el valor de cada muestra de espuma para proporcionar una medicion de la capacidad termica. Como se entendera por un experto en la tecnica, KCp = Cp del zafiro conocido/Cp del zafiro observado. El zafiro conocido a 25°C es 0,7729 J/(g).
La temperatura de la superficie de las muestras de espuma se mide despues de exponer la muestra a 24 horas a temperatura ambiente, usando un termometro infrarrojo de mano de Raytek Raynger.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una espuma de poliuretano para aplicaciones de confort, que comprende:
el producto de reaccion de una primera composicion que incluye del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente acuoso y del 20 % en peso al 80 % en peso de un componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo, en donde:
el componente acuoso incluye al menos el 90 % en peso de agua basado en el peso total del componente acuoso, y
el componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo tiene un contenido de NCO libre del 1 % en peso al 15 % en peso y es un producto de reaccion de una segunda composicion que incluye un componente de isocianato y un componente reactivo de isocianato, incluyendo el componente de isocianato al menos el 90 % de diisocianato de metilendifenilo (MDI, por sus siglas en ingles) y una relacion en peso del isomero 4,4'-metilendifenilisocianato a isomero 2,4'-metilendifenilisocianato mayor de 1:1 y menor de 10:1, incluyendo el componente reactivo de isocianato polietilenglicol y un poliol de polioxipropileno-polioxietileno con un peso molecular promedio en numero de desde 3.000 g/mol a 7.500 g/mol y un contenido de polioxietileno de al menos el 50 % en peso, y teniendo el componente prepolfmero terminado en isocianato hidrofilo un contenido de polioxietileno del 45 % en peso al 75 % en peso, basado en el peso total de la segunda composicion.
2. La espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 1, en donde el polietilenglicol es el componente principal en la segunda composicion.
3. La espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 2, en donde la segunda composicion incluye del 40 % en peso al 65 % en peso de polietilenglicol, basado en el peso total de la segunda composicion.
4. La espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 3, en donde el polietilenglicol tiene un peso molecular promedio en numero de 500 g/mol a 2.000 g/mol.
5. La espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 4, en donde el poliol de polioxipropilenopolioxietileno representa del 5 % en peso al 25 % en peso del peso total de la segunda composicion.
6. Una almohada que incluye una capa formada por la espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 5, en donde la capa tiene una densidad de 64,1 kg/m3 a 144,2 kg/m3 (de 4,0 lb/pie3 a 9,0 lb/pie3), una captacion de agua del 300 % al 700 % basada en el cambio en peso despues de la inmersion en agua durante un minuto a temperatura ambiente, y un flujo de aire de 2,5 m3/h a 5,9 m3/h (de 1,5 a 3,5 pie3/min), en donde la densidad se mide segun la norma ASTM D3574 y la captacion de agua se determina usando la formula: Captacion de agua % = Peso secoen bandeja - Peso Seco / Peso Seco, donde Peso secoen bandeja se mide despues del secado en bandeja durante 30 segundos.
7. Un colchon que incluye una capa formada por la espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 5, en donde la capa tiene una densidad de 64,1 kg/m3 a 144,2 kg/m3 (4,0 lb/pie3 a 9,0 lb/pie3), una captacion de agua del 300 % al 700 % basada en el cambio en peso despues de la inmersion en agua durante un minuto a temperatura ambiente, y un flujo de aire de 2,5 m3/h a 5,9 m3/h (1,5 a 3,5 pie3/min), en donde la densidad se mide segun la norma ASTM D3574 y la captacion de agua se determina usando la formula: Captacion de agua % = Peso secoen bandeja - Peso seco / Peso seco, donde Peso secoen bandeja se mide despues del secado en bandeja durante 30 segundos.
8. Un producto de espuma viscoelastica que incluye la espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 1.
9. Una almohada que incluye una capa formada por la espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 1, en donde la capa tiene una densidad de 64,1 kg/m3 a 144,2 kg/m3 (de 4,0 lb/pie3 a 9,0 lb/pie3), una captacion de agua del 300 % al 700 % basada en el cambio en peso despues de la inmersion en agua durante un minuto a temperatura ambiente, y un flujo de aire de 2,5 m3/h a 5,9 m3/h (de 1,5 a 3,5 pie3/min), en donde la densidad se mide segun la norma AsTM D3574 y la captacion de agua se determina usando la formula: Captacion de agua % = Peso secoen bandeja - Peso seco / Peso seco, donde Peso secoen bandeja se mide despues del secado en bandeja durante 30 segundos.
10. Un colchon que incluye una capa formada por la espuma de poliuretano como se reivindica en la reivindicacion 1, en donde la capa tiene una densidad de 64,1 kg/m3 a 144,2 kg/m3 (de 4,0 lb/pie3 a 9,0 lb/pie3), una captacion de agua del 300 % al 700 % basada en el cambio en peso despues de la inmersion en agua durante un minuto a temperatura ambiente, y un flujo de aire de 2,5 m3/h a 5,9 m3/h (de 1,5 a 3,5 pie3/min) en donde la densidad se mide segun la norma AsTM D3574 y la captacion de agua se determina usando la formula: Captacion de agua % = Peso secoen bandeja - Peso seco / Peso seco, donde Peso secoen bandeja se mide despues del secado en bandeja durante 30 segundos.
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