ES2928400T3

ES2928400T3 - Elemento compuesto con propiedades mejoradas

Info

Publication number: ES2928400T3
Application number: ES19701126T
Authority: ES
Inventors: Christof Grieser-Schmitz; Andre Kamm
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: KR102724781B1; US11806965B2; CN111615451A; EP3746294B1; AR114568A1; US20210107255A1; EP3746294A1; CN111615451B; SG11202006265VA; AU2019214824B2; CA3087499A1; WO2019149634A1; KR20200115626A; PL3746294T3; TWI811293B; TW201936378A; AU2019214824A1; CA3087499C

Abstract

La invención se refiere a un elemento compuesto que tiene una estructura de capas con 2 mm - 20 mm de metal, 10 mm - 100 mm de preparación de poliuretano compacto y nuevamente 2 mm - 20 mm de metal. La preparación polimérica se obtiene haciendo reaccionar (a) un compuesto que comprende al menos dos grupos isocianato con (b) poliéterpoliol y el poliéterpoliol (b) es una mezcla que contiene al menos los componentes poliéterpoliol (b1) y poliéterpoliol (b2). La invención también se refiere a su uso y al método asociado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Elemento compuesto con propiedades mejoradas

Es objetivo de la presente invención un elemento compuesto que es usado en construcciones portantes, a base de dos capas metálicas que están unidas por poliuretano, así como su fabricación y uso.

Para la construcción de barcos, por ejemplo cascos de barcos y coberturas de áreas de carga, puentes o torres, tienen que usarse partes de construcciones que puedan resistir cargas notables por fuerzas externas.

Tales elementos compuestos son descritos por ejemplo en los derechos de protección EP 0938410, EP 1089 875, EP 1094938, EP 1093410, US 6,790,537, EP 1240010 y EP 1315761.

Un problema para la fabricación de elementos compuestos es obtener un buen llenado, homogéneo y libre de burbujas del espacio de aire entre las dos placas de acero. Además, tienen que humectarse bien las superficies de las placas y tiene que producirse una adherencia suficientemente buena entre las placas y la capa de poliuretano. Muchos poliuretanos tienen un comportamiento de expansión diferente al de las placas usadas, de modo que por fluctuaciones de temperatura, puede ocurrir el desprendimiento del poliuretano respecto a las placas. Además, tienen que elegirse los productos de reacción usados para la fabricación del poliuretano, de modo que durante el curado no se contraigan tan fuertemente que ocurra el desprendimiento de las placas. Simultáneamente, las partes de construcción de acuerdo con la invención tienen que resistir elevadas cargas mecánicas y dinámicas.

Sorprendentemente, estos problemas pueden ser solucionados con un elemento compuesto de acuerdo con la Reivindicación principal 1.

El metal es elegido preferiblemente de entre el grupo de aluminio, hierro, cobre, latón y acero. Preferiblemente, el metal es acero. El acero es acero común, acero endurecido, acero cromo-vanadio, acero resistente a la intemperie o un acero refinado, inoxidable. El acero al vanadio es usado preferiblemente para puentes de construcción de peso ligero. El acero inoxidable es usado principalmente allí donde la corrosión tiene un papel importante. El cobre y el latón, así como sus aleaciones, por ejemplo bronce, encuentran uso preferiblemente en el diseño de edificios. El aluminio endurecido es usado para vehículos y correspondientes cajas de cambio blindados con ahorro de peso, en particular para el ámbito militar.

La elección de materiales adecuados depende de los requerimientos, como resistencia, rigidez, estabilidad frente a la corrosión, resistencia a las sustancias químicas, resistencia a la fatiga, capacidad de expansión, resistencia a la ruptura, comportamiento frente al calor o frío, como también apariencia estética, del recubrimiento pretendido, resistencia a los golpes así como la facilidad de soldadura.

El poliuretano descrito a continuación es adecuado para la unión con todos los materiales, sin embargo de modo muy particular tienen impacto las propiedades positivas con acero, en particular con acero inoxidable como material de la capa exterior. En una forma de realización preferida, el elemento compuesto es una placa.

En el marco de la presente invención se entiende por poliuretanos compactos, los poliuretanos que fueron fabricados sin adición de agentes propelentes. Sin embargo, dado el caso los polioles usados pueden contener trazas de agua residual. Preferiblemente, el contenido de agua residual es inferior a 0,5 % en peso, de modo particular preferiblemente de 0 a 0,1 % en peso, y de modo particular preferiblemente de 0 a 0,03 % en peso, referido al peso total de la mezcla de reacción. La densidad de poliuretanos compactos es preferiblemente mayor de 900 g/litro, de modo particular preferiblemente mayor de 950 g/litro y en particular mayor de 1000 g/litro.

El polieterpoliol (b1) está presente con 50 % en peso a 95 % en peso en la mezcla, preferiblemente con 55 % en peso a 90 % en peso y de modo particular preferiblemente con 60 % en peso a 85 % en peso. Simultáneamente, el polieterpoliol (b1) tiene una funcionalidad media 2,2 a 2,7 y de modo particular preferiblemente de 2,4 a 2,6. El polieterpoliol (b1) tiene simultáneamente un promedio aritmético de peso molecular entre 3,0 * 103 g/mol y 7,0 * 103 g/mol, preferiblemente entre 4,0 * 103 g/mol y 6,0 * 103 g/mol.

El polieterpoliol (b2) está presente preferiblemente con 5 % en peso a 50 % en peso en la mezcla.

La funcionalidad media del polieterpoliol (b2) es de 2,5 a 3,5 y de modo particular preferiblemente 2,9 a 3,1.

El promedio aritmético de peso molecular del polieterpoliol (b2) está entre, 0,15 * 103g/mol y 2,0 * 103 g/mol, preferiblemente entre 0,15 * 103 g/mol y 1,0 * 103 g/mol, y de modo particular preferiblemente entre 0,15 * 103 g/mol y 0,6 * 103 g/mol.

Los datos de peso listados de los polieterpolioles (b1) o (b2) individuales se refieren al peso total de la mezcla de los polieterpolioles (b1) y (b2) y en una forma preferida de realización totalizan 100 % en peso. En otra forma de realización preferida puede estar presente al menos otro poliol.

Preferiblemente la diferencia del promedio aritmético de peso molecular de los polieterpolioles (b1) y (b2) es al menos 0,5 x 103 g/mol, más preferiblemente al menos 1,0 x 103 g/mol, aún más preferiblemente al menos 2,0 * 103 g/mol, y de modo particular preferiblemente al menos 3,5 * 103 g/mol.

En una forma de realización preferida, en el elemento compuesto está presente en un agente de alargamiento de cadena. Como agentes de alargamiento de cadena se usan sustancias con un peso molecular de preferiblemente menos de 150 g/mol, de modo particular preferiblemente de 60 g/mol a 146 g/mol, en donde el agente de alargamiento de cadena exhibe por lo menos dos átomos de hidrógeno reactivo frente a los isocianatos. Estos pueden ser usados preferiblemente individualmente o en forma de mezclas. Los ejemplos preferidos son dioles alifáticos, cicloalifáticos y/o aralifáticos con 2 a 8 átomos de carbono, preferiblemente etilenglicol, 1,3-propanodiol, 1,2-dihidroxiciclohexano, 1,3-dihidroxiciclohexano, 1,4-dihidroxiciclohexano, dietilenglicol, dipropilenglicol y 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol. Otra forma de realización preferida es una mezcla de dioles con 2 a 8 átomos de carbono, preferiblemente con 4 a 6 átomos de carbono. De modo particular preferiblemente, el agente de alargamiento de cadena contiene dipropilenglicol y butanodiol.

En tanto para la preparación de productos de poliadición de poliisocianato encuentren aplicación agentes de alargamiento de cadena, agentes de entrecruzamiento o mezclas de ellos, estos son usados preferiblemente en una cantidad de 0 % en peso a 30 % en peso, preferiblemente de 2 % en peso a 20 % en peso, referida al peso de los compuestos (b) usados en suma reactivos frente a los isocianatos.

Como compuestos que exhiben isocianato, entran en consideración los isocianatos alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos y/o aromáticos de por sí conocidos, preferiblemente diisocianatos. Además, pueden usarse di- y/o poliisocianatos que contienen grupos éster, urea, alofanato, carbodiimida, uretdiona y/o uretano.

En una forma de realización preferida, el compuesto que exhibe grupos isocianato contiene el isocianato 2,4'-, 2,2'-y/o 4,4'-difenilmetanodiisocianato (MDI) y/o polifenilpolimetilen-poliisocianato (PMDI), de modo particular preferiblemente polifenilpolimetilen-poliisocianato (PMDI).

La preparación de poliuretano del elemento compuesto descrito tiene una dureza, medida de acuerdo con DIN 53505 a temperatura ambiente, de más de 45 Shore D, preferiblemente de más de 55 Shore D, de modo particular preferiblemente de más de 60 Shore D, y simultáneamente una dureza a 100°C de más de 35 Shore D, preferiblemente más de 40 Shore D y de modo muy particular preferiblemente de más de 45 Shore D.

En una forma de realización más preferida, la composición de poliuretano tiene un módulo E de acuerdo con DIN 53504 de más de 275 MPa, en el intervalo de -45 ° a 50 °C.

La adhesión entre la composición de poliuretano y las partes metálicas es preferiblemente mayor de 1, más preferiblemente mayor de 2 y de modo particular preferiblemente mayor de 4 MPa.

La expansión de ruptura de acuerdo con DIN 53504 en el intervalo de temperatura entre -45 a 50 °C de la composición de poliuretano es preferiblemente mayor de 10 %, más preferiblemente mayor de 20 % y de modo particular preferiblemente mayor de 30%.

La tensión de ruptura de acuerdo con DIN 53504 de la composición de poliuretano es preferiblemente mayor de 10 MPa, más preferiblemente mayor de 15 MPa y de modo particular preferiblemente mayor de 20 MPa.

La resistencia a la compresión de la composición de poliuretano es preferiblemente mayor de 8 MPa, más preferiblemente mayor de 15 mPa y de modo particular preferiblemente mayor de 20 MPa.

Más preferiblemente, la composición de poliuretano exhibe al menos dos de las propiedades mecánicas listadas anteriormente, más preferiblemente 3, más preferiblemente 4, aún más preferiblemente 5 y en una forma de realización particular todas las 6 de las propiedades mencionadas, en los intervalos preferidos descritos en cada caso.

Además pueden usarse, adicionalmente a los polieterpolialcoholes de acuerdo con la invención, ácidos carboxílicos alifáticos, aralifáticos, cicloalifáticos y/o aromáticos, para optimizar el curso del curado durante la preparación de la composición de poliuretano. Tales ácidos carboxílicos preferidos son ácido fórmico, ácido acético, ácido succínico, ácido oxálico, ácido malónico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido cítrico, ácido benzoico, ácido salicílico, ácido fenilacético, ácido ftálico, ácido ricinoleico, ácido toluenosulfónico, derivados de los ácidos mencionados, isómeros de los ácidos mencionados y cualquier mezcla de los ácidos mencionados. La proporción en peso de estos ácidos es preferiblemente 0 % en peso a 5 % en peso, preferiblemente 0,2 % en peso a 2 % en peso, referida al peso total de los componentes para la preparación de la composición de poliuretano.

Como catalizadores (c) pueden usarse todos los compuestos conocidos en general, que aceleran la reacción de isocianatos con los compuestos reactivos frente a los isocianatos, en donde se usa preferiblemente un contenido total de catalizador de 0,001 % en peso a 15 % en peso, en particular de 0,05 % en peso a 6 % en peso, referido al peso de los compuestos usados en total reactivos frente a los isocianatos. Preferiblemente se usan los siguientes compuestos: trietilamina, tributilamina, dimetilbencilamina, diciclohexilmetilamina, dimetilciclohexilamina, N,N,N',N'-tetrametil-diamino-dietiléter, bis-(dimetilaminopropil)-urea, N-metil- o N-etilmorfolina, N-ciclohexilmorfolina, N,N,N',N' tetrametiletilendiamina, N,N,N',N'-tetrametilbutanodiamina, N,N,N',N'-tetrametilhexanodiamina-1,6, pentametildietilentriamina, dimetilpiperazina, N-dimetilaminoetilpiperidina, 1,2-dimetilimidazol, 1-azabiciclo-(2,2,0)-octano, 1,4-diazabiciclo-(2,2,2)-octano (Dabco) y compuestos de alcanolamina, como trietanolamina, triisopropanolamina, N-metil- y N-etil-dietanolamina, dimetilaminoetanol, 2-(N,N-dimetilaminoetoxi)etanol, N,N',N"-tris-(dialquilaminoalquil)hexahidrotriazinas, por ejemplo N,N',N"-tris-(dimetilaminopropil)-s-hexahidrotriazina, cloruro de hierro (II), cloruro de zinc, octoato de plomo y preferiblemente sales de estaño, como dioctoato de estaño, dietilhexoato de estaño, dibutilestaño dilaurato y/o dibutildilaurilestaño mercaptida, 2,3-dimetil-3,4,5,6-tetra-hidropirimidina, hidróxido de tetraalquilamonio, como hidróxido de tetrametilamonio, hidróxidos alcalinos, como hidróxido de sodio, alcoholatos alcalinos, como metilato de sodio e isopropilato de potasio, y/o sales alcalinas de ácidos grasos de cadena larga con 10 a 20 átomos de C y dado el caso grupos OH laterales.

Es ventajoso realizar la preparación de la composición de poliuretano en la presencia de catalizadores (c), puesto que acelera y mejora el curado y la adherencia.

A la mezcla de los componentes para la fabricación de la preparación de poliuretano a base de los productos de poliadición de poliisocianato pueden añadirse, dado el caso, otros agentes de relleno, agentes auxiliares y/o aditivos. Se mencionan por ejemplo materiales de relleno, sustancias con actividad de superficie, colorantes, pigmentos, agentes ignífugos, agentes protectores contra la hidrólisis, sustancias fungistáticas y bacteriostáticas.

Como sustancias con actividad de superficie entran en consideración por ejemplo compuestos que sirven para soportar la homogenización de los materiales de partida y, dado el caso, también son adecuados para regular la estructura celular de la preparación de poliuretano. Son ejemplos preferidos los emulsificantes, como las sales de sodio de sulfatos de aceite de ricino o de ácidos grasos, así como sales de ácidos grasos con aminas, por ejemplo dietilamina con ácido oleico, dietanolamina con ácido esteárico, dietanolamina con ácido ricino oleico, sales de ácidos sulfónicos, por ejemplo sales de amonio o alcalinas de ácido dodecil benceno- o dinaftilmetanodisulfónico y ácido ricinoleico. Las sustancias con actividades superficie son aplicadas preferiblemente en cantidades de 0,01 % en peso a 5 % en peso, referidas a 100 % en peso de los compuestos (b) reactivos frente a los usados en total isocianatos.

Son ejemplos de agentes ignífugos preferidos por ejemplo tricresilfosfato, tris-(2-cloroetil)fosfato, tris-(2-cloropropil)fosfato, tris(1,3-dicloropropil)fosfato, tris-(2,3-dibromo-propil)fosfato, tetrakis-(2-cloroetil)-etilendifosfato, dimetilmetanfosfonato, dietiléster de ácido dietanolaminometilfosfónico así como polioles ignífugos convencionales que tienen halógeno. Aparte de los fosfatos sustituidos con halógeno ya mencionados, también pueden usarse agentes ignífugos orgánicos o inorgánicos, como fósforo rojo, hidrato de óxido de aluminio, trióxido de antimonio, oxido de arsénico, polifosfato de amonio y sulfato de calcio, grafito de expandido o derivados de ácido cianúrico, como por ejemplo melamina, o mezclas de por lo menos dos agentes ignífugos, como por ejemplo polifosfatos de amonio y melamina, así como dado el caso almidón de maíz o polifosfato de amonio, melamina y grafito expandido y/o dado el caso poliésteres aromáticos, para dar carácter ignífugo a los productos de poliadición de poliisocianato. En general, ha probado ser conveniente usar 5 % en peso a 50 % en peso, preferiblemente 5 % en peso a 25 % en peso, de los agentes ignífugos mencionados, referido al peso de los compuestos usados en total reactivos frente a los isocianatos.

Los materiales de relleno, en particular materiales de relleno con efecto de refuerzo son materiales de relleno orgánicos o inorgánicos comunes, agentes de refuerzo, agentes de carga, agentes para el mejoramiento del comportamiento frente a la abrasión, agentes de recubrimiento, etc. Los ejemplos preferidos de materiales de relleno son materiales de relleno inorgánicos como minerales de silicatos, por ejemplo silicatos en capas como antigorita, serpentina, hornablenda, anfiboles, crisotilo y talco, óxidos metálicos, como caolín, oxido de aluminio, óxido de titanio y óxidos de hierro, sales metálicas, como tiza, barita y pigmentos inorgánicos, como sulfuro de cadmio y sulfuro de zinc, así como vidrio, entre otros. Preferiblemente se usan caolín (arcilla China), silicato de aluminio y coprecipitados de sulfato de bario y silicato de aluminio así como minerales fibrosos naturales y sintéticos, como wolastonita, fibras de metal y de vidrio de baja longitud. Como materiales orgánicos de relleno se prefieren por ejemplo carbón, melamina, colofonia, resinas de ciclopentadienilo y polimerizados injertos así como fibras de celulosa, fibras de poliamida-poliacrilonitrilo, de poliuretano, de poliéster sobre la base de los ésteres de ácidos dicarboxílicos aromáticos y/o alifáticos, y en particular fibras de carbono. Los materiales de relleno orgánicos o inorgánicos pueden ser usados individualmente o como mezclas.

Preferiblemente, en la preparación de la composición de poliuretano se usa 10 % en peso a 70 % en peso de materiales de relleno, referido al peso de la totalidad de la composición de poliuretano. Como materiales de relleno se usan preferiblemente talco, caolín, carbonato de calcio, barita, fibras de vidrio, y/o microesferas de vidrio. El tamaño de las partículas de los materiales de relleno es elegido preferiblemente de modo que no se impide la carga de los componentes para la preparación de la composición de poliuretano en el espacio entre las superficies metálicas pretratadas preferiblemente.

De modo particular preferiblemente los materiales de relleno exhiben un tamaño de partículas inferior a 0,5 mm.

Preferiblemente los materiales de relleno son añadidos con mezcla a los componentes de poliol.

Los materiales de relleno sirven preferiblemente para disminuir el gran coeficiente de expansión térmica de los productos de poliadición de poliisocianato en comparación, por ejemplo, con el acero, y con ello ajustar los coeficientes de expansión de la composición de poliuretano a los del acero. Esto es particularmente ventajoso para un compuesto sólido sostenible, es decir, la adherencia entre la composición de poliuretano y las superficies metálicas, puesto que con ello ocurre en bajas pensiones entre las capas ante la carga térmica.

El peso de las composiciones de poliuretano es nivelado con el peso total de todos los componentes usados para la preparación de la composición de poliuretano.

Para la preparación de la composición de poliuretano se hacen reaccionar los isocianatos y los compuestos reactivos frente a los isocianatos, en cantidades tales que la relación de equivalencia de grupos NCO de los isocianatos a la suma de los átomos reactivos de hidrógeno de los compuestos reactivos frente a los isocianatos es de 0,85 a 1,25:1, preferiblemente 0,95 a 1,15:1 y en particular 1 a 1,05:1. En caso de que (ii) contenga grupos isocianurato al menos parcialmente unidos, se aplica usualmente una relación de grupos NCO a la suma de los átomos reactivos de hidrógeno de 1,5 a 60:1, preferiblemente 1,5 a 8:1.

Los productos de poliadición de poliisocianato son preparados usualmente de acuerdo con el procedimiento de un disparo o de acuerdo con el procedimiento de prepolímero, por ejemplo con ayuda de la técnica de alta presión o de baja presión.

Ha probado ser particularmente ventajoso trabajar de acuerdo con el procedimiento de dos componentes, y combinar los compuestos (b) reactivos frente a isocianatos, dado el caso los catalizadores (c) y/o sustancias auxiliares y/o aditivos así como materiales de relleno (d) en el componente (A), y preferiblemente mezclarlos de modo intimo mutuamente y usar como componente (B) los isocianatos.

Los componentes de partida son mezclados usualmente a una temperatura de 0 °C a 100 °C, preferiblemente de 20 °C a 60 °C y, como ya se describió, introducidos en el espacio entre las superficies metálicas preferiblemente pretratadas. La mezcla puede ser ejecutada mecánicamente por medio de un agitador o un tornillo con paletas o mezcla en contracorriente durante procesamiento a alta presión. La temperatura de reacción, es decir, la temperatura a la cual ocurre la reacción, está usualmente por encima de 20 °C, preferiblemente 50 °C a 150 °C. Esta es alcanzada preferiblemente mediante el calentamiento de las superficies metálicas antes y/o durante la introducción del material. Los métodos adecuados para el calentamiento de las superficies metálicas son conocidos por los expertos. A modo de ejemplo se mencionan el flameado o el procedimiento inductivo.

Otro objetivo de la invención es un procedimiento para la fabricación de los elementos compuestos mencionados, en donde se mezclan

(a) el compuesto que contiene por lo menos dos grupos isocianato con

(b) polieterpoliol, en donde el polieterpoliol (b) es una mezcla que contiene al menos el componente polieterpoliol (b1) y polieterpoliol (b2),

dado el caso en presencia de

(c) catalizador y/o

(d) sustancias auxiliares y/o aditivos y/o

(e) agente de alargamiento de cadena y se dejan curar en contacto con las capas metálicas. Allí se llega a la adherencia duradera entre superficies metálicas y poliuretano, necesaria para la unión.

Cada mezcla, que contiene los componentes (a), (b), dado el caso (c) (d) y (e) usados para la preparación de la composición de poliuretano será denominada también como mezcla de reacción.

El contenido de agua en la mezcla de reacción que contiene los componentes (a), (b) y dado el caso (c) (d) y/o (e) está preferiblemente entre 0 % en peso y 0,03 % en peso, referido al peso de la mezcla de reacción. El contenido de agua en particular en el componente (b) de poliéter puede ser ajustado por ejemplo mediante destilación, de modo que se alcanza el valor mencionado anteriormente en la mezcla de reacción. El agua conduce a la formación de gas y con ello la formación de burbujas, lo cual debería ser evitado en formas preferidas de realización.

Por ello, en otra forma preferida de realización, se añade a la mezcla de reacción una sustancia que liga al agua y con ello impide una reacción propelente. Los ejemplos de tales sustancias preferidas son tamices moleculares, los tamices moleculares preferidos son silicatos y oxazolidinas, que son usados preferiblemente en forma finamente dividida. Éstas sustancias son añadidas preferiblemente en cantidades de 0,05 % en peso, a 5 % en peso, referidas al peso de la mezcla de reacción, preferiblemente referidas al componente (b).

El compuesto (a) que contiene grupos isocianato tiene un contenido de NCO de 20 % a 50 %, preferiblemente de 20 % a 40 % y más preferiblemente de 20 % a 35 % y de modo particular preferiblemente de 20 % a 32 %.

En otra forma de realización preferida del procedimiento descrito, la mezcla de los polieterpolioles (b1) y (b2), que dado el caso contiene catalizador (c), sustancias auxiliares y/o aditivos (d) y/o agente (e) de alargamiento de cadena, tiene una viscosidad menor a 6,0 * 103 mPas, preferiblemente menor a 5,0 * 103 mPas y de modo particular preferiblemente de menor a 4,0 * 103 mPas, medida de acuerdo con DIN 53019 a 23 °C.

En una forma de realización preferida del procedimiento, el compuesto (a) que contiene grupos isocianato es el producto de adición de diisocianato y uno o varios polioles con un peso molecular de 0,076 * 103 g/mol a 2 * 103 g/mol, que son preferiblemente polieterpolioles. En otra forma de realización preferida, el compuesto que contiene grupos isocianato es polifenilpolimetilenpoliisocianato (PMDI). Un polifenilpolimetilenpoliisocianato preferido exhibe una viscosidad entre 60 mPas a 2500 mPas, preferiblemente entre 80 mPas y 75o mPas y de modo muy particular preferiblemente una viscosidad entre 100 mPas y 350 mPas a 23 °C, medida de acuerdo con DIN 53019.

Para fabricar un buen material compuesto, es ventajoso tratar previamente la superficie del metal, antes del contacto con la preparación de poliuretano. El tratamiento previo es ejecutado preferiblemente directamente antes de la incorporación de los componentes de la composición de poliuretano.

Preferiblemente se pulen con arena las superficies metálicas que están en contacto con la preparación de poliuretano, y que se adhieren después de la fabricación de los elementos compuestos a la preparación de poliuretano. Este pulimento con arena ocurre de acuerdo con procedimientos usuales, preferiblemente con alta presión.

Aparte de la limpieza de las superficies, estas son tornadas ásperas mediante pulimento con arena. Ambos conducen en cada caso a una mejor adherencia de la preparación de poliuretano a la superficie metálica. El pulimento con arena ocurre preferiblemente inmediatamente antes de la incorporación de los componentes para la fabricación del poliuretano. Además, sobre estas superficies pueden aplicarse también promotores de adherencia, lo cual mejora adicionalmente la unión entre la composición de poliuretano y el metal.

Las superficies metálicas del elemento compuesto pretratadas preferiblemente son fijadas en arreglo adecuado, preferiblemente de modo mutuamente paralelo. La separación es elegida de modo que el espacio entre las superficies metálicas exhibe un espesor de 10 mm a 100 mm. La fijación de la parte metálica ocurre preferiblemente con espaciadores. Los bordes abiertos del espacio intermedio entre el metal son sellados preferiblemente de modo que el espacio entre las superficies metálicas preferiblemente pretratadas puede ser llenado con los productos de reacción de la composición de poliuretano, y se impide un desbordamiento de estos componentes. El sellado ocurre preferiblemente con láminas plásticas o metálicas y/o plástico o placas metálicas, que en una forma preferida de realización pueden servir simultáneamente como espaciadores. De modo particular es adecuado un procedimiento para el llenado, como se describe en el documento EP 1755886.

El llenado del espacio entre las superficies metálicas preferiblemente tratadas ocurre en función de la geometría, de modo que se impiden las burbujas de aire que deteriorarían la adherencia entre el metal y la composición de poliuretano, y formarían núcleos para la corrosión.

El llenado del espacio entre las superficies metálicas preferiblemente pretratadas puede ser ejecutado con dispositivos de manejo comunes, por ejemplo máquinas de alta o de baja presión, preferiblemente máquinas de alta presión. Los componentes de la composición de poliuretano son suministrados preferiblemente de modo continuo.

La potencia de suministro puede variar en función del volumen que va a ser llenado. Para garantizar un curado homogéneo de la composición de poliuretano, se eligen la potencia de suministro y el dispositivo de manejo para la composición de poliuretano de modo que el espacio que va a ser llenado entre las superficies metálicas es llenado en un periodo de 5 min a 20 min.

En otro procedimiento preferido, sobre la superficie metálica se aplica un mediador de adherencia, preferiblemente después del pulimento con arena. Preferiblemente el mediador de adherencia es elegido de entre el grupo de: poliuretano, poliurea, poliisocianurato, epóxido o silano. De modo particular se prefieren mediadores de adherencia a base de poliuretano, puesto que estos forman una unión particularmente buena sobre la superficie metálica.

Otro objetivo de esta invención es un elemento compuesto obtenible mediante uno de los procedimientos mencionados anteriormente.

Todavía otro objetivo de la invención es el uso de los elementos compuestos descritos en el presente documento, en automóviles, barcos, en particular en superestructuras de cubierta y cascos de barcos, en aviones o en edificaciones, preferiblemente en puentes o casas. En una forma de realización preferida, se usa el elemento compuesto como piso, en particular en torres de apartamentos. En otra forma de realización preferida, el elemento compuesto representa una protección contra los objetos que vuelan rápidamente.

Otro objeto de la invención son vehículos, barcos, aviones o estructuras construidas, en particular puentes o casas, allí en particular pisos de torres de apartamentos preferiblemente, que contienen un elemento compuesto descrito en el presente documento.

Los elementos compuestos de acuerdo con la invención no deben ser confundidos con elementos de sándwich clásicos, que como núcleo contienen una espuma dura de poliuretano y/o de poliisocianurato y se utilizan usualmente para el aislamiento térmico. Tales elementos de sándwich conocidos no serían adecuados para los ámbitos de aplicación mencionados, debido a su comparativamente baja resiliencia mecánica.

Ejemplos:

Materiales de entrada:

Poli 1: Polieterol fabricado mediante alcoxilación de propilenglicol con óxido de propileno y óxido de etileno con una funcionalidad de 1,76 y un peso molecular de 3350 g/mol y un índice de OH de 29,5 mg de KOH/g

Poli 2: Polieterol fabricado mediante alcoxilación de sacarosa, glicerina con óxido de propileno y óxido de etileno con una funcionalidad de 4,15 y un peso molecular de 5250 g/mol y un índice de OH de 44 mg de KOH/g

Poli 3: Polieterol fabricado mediante alcoxilación de etilendiamina con óxido de propileno con una funcionalidad de 4 y un peso molecular de 300 g/mol y un índice de OH de 750 mg de KOH/g

Poli 4: Polieterol fabricado mediante alcoxilación de glicerina con óxido de propileno y óxido de etileno con una funcionalidad de 2,49 y un peso molecular de 5170 g/mol y un índice de OH de 27 mg de KOH/g

Poli 5: Polieterol fabricado mediante alcoxilación de toluenodiamina con óxido de propileno con una funcionalidad de 3,9 y un peso molecular de 550 g/mol y un índice de OH de 398 mg de KOH/g

Poli 6: Polieterol fabricado mediante alcoxilación de trimetilolpropano con óxido de propileno con una funcionalidad de 3,0 y un peso molecular de 200 g/mol y un índice de OH de 860 mg de KOH/g

KV 1: Dipropilenglicol

KV 2: 1,4-butanodiol

Zeo: pasta de zeolita al 50% en aceite de ricino

DF: antiespumante AF 9000

IS01: Lupranat MP 102 de la compañía BASF Polyurethanes GmbH (prepolímero a base de prepolímero de 4,4'MDI con polieterpoliol con un contenido de NCO de 23% y una viscosidad de 650 mPas a 25 °C)

ISO2: Lupranat M20S de la compañía BASF Polyurethanes GmbH (polímero de MDI) con un contenido de NCO de 31,5% y una viscosidad de 210 mPas a 25 °C)

ISO3: Lupranat MP 105 de la compañía BASF Polyurethanes GmbH (prepolímero a base de 4,4'-MDI, PMDI y polieterpoliol) con un contenido de NCO de 28,5% y una viscosidad de 120 mPas a 25 °C)

ISO4: ISO 136/26 de la compañía BASF Polyurethanes GmbH (prepolímero a base de 4,4'MDI y polieterpoliol con un contenido de NCO de 18% y una viscosidad de 1200 mPas a 25 °C)

ISO5: ISO 137/28 de la compañía BASF Polyurethanes GmbH (prepolímero a base de 4,4'MDI y polieterpoliol con un contenido de NCO de 18% y una viscosidad de 750 mPas a 25 °C)

ISO6: ISO 136/94 (prepolímero a base de 4,4'MDI y polieterol) de la compañía BASF Polyurethanes GmbH con un contenido de NCO de 5,8% y una viscosidad de 5500 mPas a 50 °C

ISO7: mezcla de 48,5% de ISO4 y 51,5% de ISO5

Para la preparación de la mezcla de poliol se mezclaron primero los integrantes del componente de poliol (polioles, aditivos etc.). A continuación reaccionó el componente de poliol con el isocianato indicado, en la relación de mezcla indicada en la tabla. La relación de mezcla fue elegida de modo que la relación de equivalencia de grupos NCO de los isocianatos a la suma de los átomos reactivos de hidrógeno de los compuestos reactivos frente a los isocianatos es de 1,09 a 1. Para determinar la dureza o el módulo dinámico, se fabricaron cuerpos de prueba con un espesor de 1 cm o placas de prueba con un espesor de 2 mm. La fabricación ocurrió como sigue:

La temperatura de la mezcla de poliol y el componente de isocianato era temperatura ambiente (25 °C). La única excepción fue el componente de isocianato ISO 136/94. Este fue procesado con una temperatura de 50 °C. Para fabricar los cuerpos de prueba, se colocó previamente una cantidad correspondiente de componente de poliol y se añadió la cantidad correspondiente de componente de isocianato. La mezcla reactiva fue entonces mezclada durante 5 seg. a 800 rpm y a continuación se mezcló durante 55 seg. a 1800 rpm por medio de un SpeedmixerTM de la compañía Hauschild. Después, la mezcla de reacción mezclada homogéneamente fue añadida de modo correspondiente a moldes precalentados a 100 °C. Después de 1 h a 100 °C se retiraron del molde los cuerpos de prueba.

La determinación de la dureza del material ocurrió en las placas de 1 cm de espesor. Para ello, primero se acondicionaron las placas durante 7 días a temperatura ambiente. La medición de la dureza ocurrió de manera análoga a DIN 53505. Para determinar la dureza a 50 °C y 100 °C, se almacenaron los materiales a la temperatura correspondiente durante 3 h en un horno correspondiente. La medición de la dureza ocurrió directamente en el horno a la temperatura correspondiente, para evitar el enfriamiento del material.

Los siguientes ejemplos en la Tabla 1 deberían aclarar el efecto de la composición de acuerdo con la invención. El ejemplo B1 no representa un ejemplo de realización de la invención.

Tabla 1:

Como es evidente a partir del ejemplo B1 de referencia, se obtiene un poliuretano con las propiedades deseadas y un módulo E >275 MPa, en el intervalo de -45 ° a 50 °C Z. Los poliuretanos obtenidos en los V1 a V4 exhiben una baja dureza y por ello un bajo módulo E, que está ampliamente por debajo de 275 MPa a 50 °C. Mediante la combinación focalizada de un isocianato (a) con un contenido de NCO de >20 % en peso con una mezcla correspondiente de poliol (b), se obtiene un correspondiente poliuretano. Esto es aclarado en los ejemplos B2 a B4, en referencia a los ejemplos V5 y V6 comparativos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Elemento compuesto con la siguiente estructura en capa:

(i) 2 mm a 20 mm de metal,

(ii) 10 mm a 100 mm de preparación de poliuretano compacto, en donde la preparación de poliuretano es obtenible mediante reacción de

(a) un compuesto que exhibe por lo menos dos grupos isocianato con

(b) polieterpoliol,

dado el caso en presencia de

(c) catalizador y/o

(d) sustancias auxiliares y/o aditivos,

(e) agente de alargamiento de cadena

(iii) 2 mm a 20 mm de metal.

en donde el compuesto a) que contiene grupos isocianato exhibe un contenido de NCO de 20 % a 50% y el polieterpoliol (b) es una mezcla que contiene al menos los componentes polieterpoliol (b1) y polieterpoliol (b2)

en donde el polieterpoliol (b1) exhibe un promedio aritmético de peso molecular entre 3,0 * 103 g/mol y 7,0 * 103 g/mol y una funcionalidad media de 2,2 a 2,7, el polieterpoliol (b2) exhibe un promedio aritmético de peso molecular entre 0,15 * 103 g/mol y 2,0 * 103 g/mol y una funcionalidad media de 2,5 a 3,5,

el polieterpoliol (b1) está presente con 50 % en peso a 95 % en peso en la mezcla, y el polieterpoliol (b2) está presente con 5 % en peso a 50 % en peso en la mezcla.

2. Elemento compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el polieterpoliol (b1) exhibe una funcionalidad media de 2,4 a 2,6.

3. Elemento compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el polieterpoliol (b2) exhibe una funcionalidad media de 2,9 a 3,1.

4. Elemento compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde los datos en peso de los polieterpolioles (b1) o (b2) se refieren al peso total de la mezcla consistente en el polieterpoliol (b1) y (b2).

5. Elemento compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde la diferencia del promedio aritmético de peso molecular de los polieterpolioles (b1) y (b2) es al menos 0,5 * 103 g/mol, preferiblemente al menos 1,0 * 103 g/mol, más preferiblemente al menos 2,0 * 103 g/mol, y de modo particular preferiblemente al menos 3,5 * 103 g/mol.

6. Elemento compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde está presente un agente de alargamiento de cadena.

7. Elemento compuesto de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el agente de alargamiento de cadena contiene una mezcla de dioles con 2 a 8 átomos de carbono, preferiblemente con 4 a 6 átomos de carbono, de modo particular preferiblemente el agente de alargamiento de cadena contiene dipropilenglicol y butanodiol.

8. Elemento compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el compuesto que exhibe grupos isocianato, contiene el isocianato 2,4'-, 2,2'- y/o 4,4'-difenilmetanodiisocianato (MDI) y/o polifenilpolimetilenpoliisocianato, de modo particular preferiblemente polifenilpolimetilen-poliisocianato.

9. Elemento compuesto de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el poliuretano exhibe una dureza de más de 45 Shore D, preferiblemente de más de 55 Shore D, medida de acuerdo con DIN 53505.

10. Procedimiento para la fabricación de elementos compuestos de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se mezclan

(a) el compuesto que contiene por lo menos dos grupos isocianato con

(b) polieterpoliol, en donde el polieterpoliol (b) es una mezcla, que contiene al menos los componentes polieterpoliol (b1) y polieterpoliol (b2),

dado el caso en presencia de

(c) catalizador y/o

(d) sustancias auxiliares y/o aditivos y/o

(e) agente de alargamiento de cadena y curan en contacto con las capas metálicas.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, en donde el compuesto a) que contiene grupos isocianato exhibe un contenido de NCO de 20 % a 40 %, preferiblemente de 20 % a 35 % y de modo particular preferiblemente de 20 % a 32 %.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde la mezcla que dado el caso contiene catalizador (c), sustancias auxiliares y/o aditivos (d) y/o agente (e) de alargamiento de cadena, tiene una viscosidad menor a 6,0 * 103 mPas, preferiblemente menor a 5,0 * 103 mPas y de modo particular preferiblemente menor a 4,0 * 103 mPas, medida de acuerdo con DIN 53019-1 a 23 °C.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, en donde el compuesto (a) que contiene grupos isocianato es el producto de adición de diisocianato y un poliol con un peso molecular de 0,076 a 2 * 103 g/mol.

14. Uso de elementos compuestos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 en vehículos, barcos, aviones o en estructuras construidas.

15. Vehículos, barcos, aviones o estructuras construidas que contienen elementos compuestos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9.