ES3061383T3 - A hybrid running track article and method for preparing the same - Google Patents

A hybrid running track article and method for preparing the same

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ES3061383T3
ES3061383T3 ES20833715T ES20833715T ES3061383T3 ES 3061383 T3 ES3061383 T3 ES 3061383T3 ES 20833715 T ES20833715 T ES 20833715T ES 20833715 T ES20833715 T ES 20833715T ES 3061383 T3 ES3061383 T3 ES 3061383T3
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compounds
hybrid
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Chao Zhang
Gang Sun
Xiaolian Hu
Yanli Feng
Shihao Qin
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Dow Global Technologies LLC
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Abstract

La presente solicitud proporciona un artículo de pista de carreras híbrida, que comprende, de arriba a abajo: (I) una capa de recubrimiento superior hecha de una primera composición que comprende una dispersión de poliuretano emulsionada externamente y partículas de caucho, donde la dispersión de poliuretano emulsionada externamente se deriva de: (Ai) un componente de isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato, (Bi) un componente reactivo al isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos al isocianato; (Ci) un catalizador opcional, (Di) un emulsionante externo, (Ei) un extensor de cadena y (Fi) agua, y (II) una capa inferior hecha de una segunda composición que comprende un aglutinante de poliuretano 1K sin disolvente y partículas de caucho. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Un artículo para pistas de atletismo híbridas y método para prepararlo
[0003] Descripción
[0004] Campo de la invención
[0005] La presente descripción se refiere a un artículo para pistas de atletismo híbridas y a un método para prepararlo, en particular un artículo para pistas de atletismo híbridas que comprende una capa de recubrimiento superior hecha de una primera composición que comprende una dispersión de poliuretano emulsionada externamente y partículas de caucho, y una capa inferior hecha de un aglutinante de poliuretano (PU) libre de solventes “1K” (de un componente) y partículas de caucho, y un método para preparar dicho artículo.
[0006] Introducción
[0007] En general, una pista de atletismo es una estructura de múltiples capas que incluye una base de cemento, una capa de imprimación, una capa inferior y una capa de recubrimiento superior, como se muestra en la Figura 1. La capa de imprimación suele ser un adhesivo basado en poliuretano (PU)/epoxi. La capa inferior consta de un aglutinante de PU libre de solventes 1 K y de partículas de EPDM ((caucho de) monómero de etileno-propileno-dieno). La capa superior consta de partículas de EPDM y de PU “2K” (de dos componentes) libres de solventes. Actualmente, para fabricar la capa de recubrimiento superior, las partículas de caucho EPDM y el PU 2K libe de solventes se mezclan en un tambor con agitación para obtener una mezcla homogénea; después, la mezcla se pulveriza sobre la superficie de la capa inferior. En general, para obtener una capa de recubrimiento superior de alta calidad, se requiere un proceso de pulverización de dos capas. El intervalo de tiempo entre las dos capas es de aproximadamente 24 horas para alcanzar plenamente la resistencia mecánica diana en un plazo de un día después de la aplicación.
[0008] El documento CN 107245924 A se refiere a una pista elástica y a un método de preparación de la misma, que es respetuoso con el medio ambiente, seguro y duradero.
[0009] Para el sistema actual de PU 2K libre de solventes, existen muchos problemas durante el proceso de pulverización. En primer lugar, el tiempo útil de empleo es corto. El sistema de PU 2K libre de solventes suele comprender dos componentes que incluyen un componente de isocianato/prepolímero y polioles. Antes de pulverizar, es necesario mezclar los dos componentes en condiciones de agitación mecánica, y después, la mezcla resultante se carga en una máquina pulverizadora para su pulverización. En general, el sistema de PU 2K libre de solventes comenzará a gelificarse en un plazo de 0,5 horas después de mezclar los dos componentes. La gelificación (residual) bloqueará fácilmente la pistola pulverizadora, por lo que se necesitan solventes orgánicos para limpiar la máquina pulverizadora cada 2 o 3 horas, lo que provocará problemas de COV (compuestos orgánicos volátiles). Además, la mayoría de los constructores no están certificados para usar, transportar y almacenar solventes orgánicos. En segundo lugar, el tiempo de curado del sistema de PU 2K libre de solventes a menudo requiere una noche y, por ello, la eficiencia del trabajo es baja.
[0010] Por lo tanto, sigue existiendo una demanda constante de un artículo para pistas de atletismo que presente propiedades mecánicas superiores, como la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura, un tiempo de curado corto y sin problemas de COV.
[0011] Tras una exploración persistente, se ha descubierto sorprendentemente una pista de atletismo híbrida que puede lograr uno o más de los objetivos citados anteriormente. Los presentes inventores reemplazan el sistema de PU 2K libre de solventes actual con una dispersión de poliuretano emulsionada externamente como aglutinante de recubrimiento superior de una pista de atletismo. Dicho reemplazo ha aportado al menos las siguientes ventajas con respecto al sistema de PU 2K libre de solventes: no tiene límite de tiempo útil de empleo; no presenta problemas de gelificación; y no requiere solventes para limpiar la máquina pulverizadora. Con la presente descripción, los constructores de pistas de atletismo no tienen que preocuparse por los problemas causados por los solventes orgánicos. La presente descripción tiene las siguientes ventajas: menos problemas de COV; menor riesgo para la seguridad y para la salud durante el procesamiento; tiempo de secado (curado) corto después de la pulverización (en 2-3 horas) y mayor eficiencia de aplicación; mejores propiedades mecánicas que el PU 2K libre de solventes y menor dosis de resina de PU que el PU 2K libre de solventes, a la par que se mantiene una buena cobertura de EPDM por parte de la dispersión de poliuretano (PUD).
[0012] Resumen de la invención
[0013] La presente descripción proporciona una pista de atletismo híbrida con un tiempo de secado corto, buenas propiedades mecánicas y sin problemas de COV.
[0014] En un primer aspecto de la presente descripción, la presente descripción proporciona un artículo para pistas de atletismo híbridas, que comprende, de arriba a abajo:
[0015] (I) una capa de recubrimiento superior hecha de una primera composición que comprende una dispersión de poliuretano emulsionada externamente y partículas de caucho, en donde la relación en peso entre la dispersión de poliuretano emulsionada externamente y las partículas de caucho es de 1:0,5-1,5 y en donde la dispersión de poliuretano emulsionada externamente se prepara (i) haciendo reaccionar (Ai) un componente de isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato con (Bi) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato en presencia de (Ci) un catalizador opcional para formar un prepolímero; (ii) dispersando el prepolímero obtenido en el paso (i) en (Fi) agua en presencia de (Di) un emulsionante externo para formar una emulsión; y (iii) añadiendo además (Ei) un extensor de cadena a la emulsión para que reaccione con el prepolímero obtenido en el paso (ii), en donde el extensor de cadena (Ei) se usa en una cantidad que asegure que la proporción de bloqueo de NCO (isocianato) del prepolímero es de aproximadamente un 70,0 % aaproximadamenteun 98,5 %, y
[0016] (II) una capa inferior hecha de una segunda composición que comprende un aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K y partículas de caucho.
[0017] En un segundo aspecto de la presente descripción, la presente descripción proporciona un método para producir el artículo para pistas de atletismo híbridas del primer aspecto, que comprende:
[0018] i) aplicar una segunda composición que comprende un aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K y partículas de caucho sobre el terreno;
[0019] ii) curar la segunda composición para obtener una capa inferior;
[0020] iii) aplicar una primera composición del primer aspecto;
[0021] iv) secar la primera composición para formar una capa de recubrimiento superior sobre la capa inferior.
[0022] En un tercer aspecto de la presente descripción, la presente descripción proporciona el uso de una dispersión de poliuretano emulsionada externamente del primer aspecto en una capa de recubrimiento superior de un artículo para pistas de atletismo.
[0023] Conforme a una forma de realización preferible de los aspectos primero a tercero, la dispersión de poliuretano emulsionada externamente no comprende ningún grupo colgante hidrófilo catiónico o aniónico ni un grupo que pueda convertirse en el grupo colgante hidrófilo catiónico o aniónico unido covalentemente a la cadena principal (esqueleto) del poliuretano.
[0024] Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son únicamente ilustrativas y explicativas y no limitan la invención tal como es reivindicada.
[0025] Breve descripción de los dibujos
[0026] La Figura 1 es una ilustración esquemática de una pista de atletismo tal como se ha conocido hasta ahora.
[0027] Descripción detallada de la invención
[0028] Tal como se describe en el presente documento, el término “composición”, “formulación” o “mezcla” se refiere a una combinación física de diferentes componentes, que se obtiene mezclando simplemente diferentes componentes mediante un medio físico.
[0029] Tal como se describe en el presente documento, “y/o” significa “y, o como alternativa”. Todos los intervalos incluyen los puntos finales a menos que se indique de otro modo.
[0030] Tal como se describe en el presente documento, “solvente” significa solvente orgánico, a menos que se indique de otro modo.
[0031] Dispersión de poliuretano emulsionada externamente
[0032] La capa de recubrimiento superior se forma aplicando una primera composición que comprende una dispersión de poliuretano emulsionada externamente y partículas de caucho sobre la capa inferior.
[0033] La capa de recubrimiento superior está hecha de una primera composición que comprende una dispersión de poliuretano emulsionada externamente y partículas de caucho, en donde la dispersión de poliuretano emulsionada externamente se deriva de: (Ai) un componente isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato, (Bi) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato; (Ci) un catalizador opcional, (Di) un emulsionante externo, (Ei) un extensor de cadena y (Fi) agua.
[0034] Los emulsionantes externos o las fracciones residuales de los emulsionantes externos no están unidos covalentemente a la cadena principal del poliuretano.
[0035] Conforme a una forma de realización preferible, la dispersión de poliuretano emulsionada externamente es acuosa y está básicamente libre de cualquier solvente orgánico añadido intencionadamente a la misma. Generalmente, la dispersión acuosa tiene como máximo aproximadamente un 1 por ciento en peso de solvente orgánico, en base al peso total de la dispersión. Preferiblemente, la dispersión acuosa tiene como máximo aproximadamente 2000 partes por millón (ppm) en peso, más preferiblemente como máximo aproximadamente 1000 ppm, incluso más preferiblemente como máximo aproximadamente 500 ppm y, en el caso más preferible, como máximo una cantidad traza de solvente orgánico.
[0036] La expresión “dispersión de poliuretano emulsionada externamente”, tal como se describe en el presente documento, se refiere a una dispersión de poliuretano que comprende una cantidad limitada, preferiblemente no comprende componentes emulsionantes internos y que, por lo tanto, se basa principalmente en la función emulsionante del “emulsionante externo” (es decir, emulsionantes iónicos o no iónicos que no están unidos covalentemente a la cadena principal dentro de las partículas de poliuretano dispersadas en el medio líquido, especialmente mediante el enlace uretano derivado de la reacción entre un grupo isocianato y un grupo reactivo con isocianato (tal como un grupo hidroxilo)) para estabilizar la dispersión de poliuretano.
[0037] Conforme a la presente descripción, la dispersión de poliuretano emulsionada externamente se puede preparar (i) haciendo reaccionar (Ai) un componente isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato con (Bi) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato en presencia de (Ci) un catalizador opcional para formar un prepolímero; (ii) dispersando el prepolímero obtenido en el paso (i) en (Fi) agua en presencia de (Di) un emulsionante externo para formar una emulsión; y (iii) añadiendo además (Ei) un extensor de cadena a la emulsión para reaccionar con el prepolímero obtenido en el paso (ii) y formar la dispersión de poliuretano emulsionada externamente.
[0038] Conforme a una forma de realización de la presente descripción, el prepolímero preparado en el paso (i) no comprende ningún emulsionante interno iónico ni fracciones residuales del emulsionante interno iónico unidos covalentemente a la cadena del prepolímero de uretano. Conforme a otra forma de realización de la presente descripción, la cadena de poliuretano en el prepolímero preparado en el paso (i) no comprende ningún grupo colgante catiónico o aniónico. En una forma de realización preferible de la presente descripción, la dispersión de poliuretano emulsionada externamente está libre de cualquier emulsionante interno y no hay ningún grupo salino aniónico o catiónico en la cadena principal de las partículas de poliuretano dispersadas en la PUD emulsionada externamente.
[0039] Las partículas de PU dispersas en la PUD emulsionada externamente tienen un tamaño de partícula de 20 nm a 5000 nm, preferiblemente de 50 nm a 2000 nm, y más preferiblemente de 50 nm a 1000 nm.
[0040] La dispersión de poliuretano emulsionada externamente puede tener cualquier carga de sólidos adecuada de partículas de poliuretano, pero generalmente la carga de sólidos está entre aproximadamente el 1 % y aproximadamente el 70 % de sólidos en peso del peso total de la dispersión, preferiblemente al menos entre aproximadamente el 2 %, más preferiblemente al menos aproximadamente el 4 %, más preferiblemente al menos aproximadamente el 6 %, más preferiblemente al menos aproximadamente el 15 %, más preferiblemente al menos aproximadamente el 25 %, más preferiblemente al menos aproximadamente el 30 % y, en el caso más preferible, al menos aproximadamente el 40 %, y como máximo aproximadamente el 70 %, preferiblemente como máximo el 68 %, más preferiblemente como máximo aproximadamente el 65 %, más preferiblemente como máximo aproximadamente el 63 % y, en el caso más preferible, como máximo aproximadamente el 60 % en peso.
[0041] Generalmente, la PUD emulsionada externamente tiene una viscosidad de al menos aproximadamente 10 mPa.s a como máximo aproximadamente 5000 mPa.s, preferiblemente, de al menos aproximadamente 20 mPa.s a como máximo aproximadamente 2000 mPa.s, y más preferiblemente, de al menos aproximadamente 30 mPa.s a como máximo aproximadamente 1000 mPa.s.
[0042] El componente isocianato (Ai)
[0043] En diversas formas de realización, el componente isocianato (Ai) tiene una funcionalidad promedio de al menos aproximadamente 2,0, preferiblemente de aproximadamente 2 a 10, más preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 8 y, en el caso más preferible, de aproximadamente 2 a aproximadamente 6. En algunas formas de realización, el componente isocianato incluye uno o más compuestos poliisocianato que comprenden al menos dos grupos isocianato. Los compuestos poliisocianato adecuados incluyen poliisocianatos aromáticos, alifáticos, cicloalifáticos y aralifáticos que tienen dos o más grupos isocianato. En una forma de realización preferible, el componente poliisocianato comprende compuestos poliisocianato seleccionados del grupo que consta de poliisocianatos C<4>-C<12>alifáticos que comprenden al menos dos grupos isocianato, poliisocianatos C<6>-C<15>cicloalifáticos o aromáticos que comprenden al menos dos grupos isocianato, poliisocianatos C<7>-C<15>aralifáticos que comprenden al menos dos grupos isocianato y combinaciones de estos compuestos. En otra forma de realización preferible, los compuestos poliisocianato adecuados incluyen m-fenilen diisocianato, 2,4-toluen diisocianato y/o 2,6-toluen diisocianato (TDI), los diversos isómeros del difenilmetanodiisocianato (MDI), productos de MDI modificados con carbodiimida, hexametilen-1,6-diisocianato, tetrametilen-1,4-diisocianato, ciclohexano-1,4-diisocianato, hexahidrotoluen diisocianato, MDI hidrogenado, naftilen-1,5-diisocianato, isoforona diisocianato (IPDI) o mezclas de estos compuestos. En otra forma de realización preferible, los compuestos poliisocianato adecuados incluyen isoforona diisocianato (IPDI).
[0045] Alternativa o adicionalmente, el componente poliisocianato también puede comprender un prepolímero de isocianato que tiene una funcionalidad isocianato encuadrada en el intervalo de 2 a 10, preferiblemente de 2 a 8, y más preferiblemente de 2 a 6. El prepolímero de isocianato se puede obtener haciendo reaccionar los compuestos isocianato monoméricos indicados anteriormente con uno o más compuestos reactivos con isocianato seleccionados del grupo que consta de etilenglicol, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, 1,3-butanodiol, 1,4-butenodiol, 1,4-butinodiol, 1,5-pentanodiol, neopentilglicol, bis(hidroxi-metil)ciclohexanos tales como 1,4-bis(hidroximetil)ciclohexano, 2-metilpropano-1,3-diol, metilpentanodioles, dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol, polietilenglicol, dipropilenglicol, polipropilenglicol, dibutilenglicol y polibutilenglicoles. Los prepolímeros adecuados para su uso como componente poliisocianato son prepolímeros que tienen un contenido de grupos NCO del 2 al 40 por ciento en peso, y más preferiblemente del 4 al 30 por ciento en peso. Estos prepolímeros se preparan preferiblemente por reacción de los di- y/o poliisocianatos con materiales que incluyen dioles y trioles de bajo peso molecular. Los ejemplos individuales son los poliisocianatos aromáticos que contienen grupos uretano, preferiblemente que tienen un contenido de NCO del 5 al 40 por ciento en peso, más preferiblemente del 20 al 35 por ciento en peso, obtenidos por reacción de diisocianatos y/o poliisocianatos con, por ejemplo, dioles, trioles, oxialquilenglicoles o dioxialquilenglicoles de peso molecular inferior, o polioxialquilenglicoles que tienen pesos moleculares de hasta aproximadamente 800. Estos polioles se pueden emplear individualmente o en mezclas como di- y/o polioxialquilenglicoles. Por ejemplo, se pueden usar dietilenglicoles, dipropilenglicoles, polioxietilenglicoles, etilenglicoles, propilenglicoles, butilenglicoles, polioxipropilenglicoles y polioxipropilen-polioxietilenglicoles. También se pueden usar poliéster polioles, así como alcanodioles tales como butanodiol. Otros dioles también útiles incluyen bishidroxietil- o bishidroxipropil-bisfenol A, ciclohexanodimetanol y bishidroxietil hidroquinona.
[0047] También se usan ventajosamente para el componente isocianato los denominados isocianatos multifuncionales modificados, es decir, productos que se obtienen mediante reacciones químicas de los compuestos isocianatos citados anteriormente. Son ilustrativos los poliisocianatos que contienen ésteres, ureas, biurets, alofanatos y preferiblemente carbodiimidas y/o uretonaiminas. También se pueden utilizar poliisocianatos líquidos que contienen grupos carbodiimida, grupos uretonaiminas y/o anillos de isocianurato, que tengan un contenido de grupos isocianato (NCO) del 12 al 40 por ciento en peso, y más preferiblemente del 20 al 35 por ciento en peso. Éstos incluyen, por ejemplo, poliisocianatos basados en 4,4'-, 2,4'- y/o 2,2'-difenilmetanodiisocianato y las mezclas isoméricas correspondientes, 2,4- y/o 2,6-toluendiisocianato y las mezclas isoméricas correspondientes; mezclas de difenilmetanodiisocianatos y PMDI (metilendifenildiisocianato polimérico); y mezclas de toluendiisocianatos y PMDI y/o difenilmetanodiisocianatos.
[0048] Generalmente, la cantidad de componente isocianato (Ai) puede variar en función del requisito real del artículo para pistas de atletismo. Por ejemplo, como forma de realización ilustrativa, el componente isocianato (Ai) se puede utilizar en una cantidad tal que garantice que el contenido de grupos isocianato en el componente isocianato (Ai) sea de aproximadamente el 101 % en moles a aproximadamente el 300 % en moles, preferiblemente de aproximadamente el 110 % en moles a aproximadamente el 280 % en moles, más preferiblemente de aproximadamente el 150 % en moles a aproximadamente el 250 % en moles, más preferiblemente de aproximadamente el 170 % en moles al 240 % en moles, más preferiblemente de aproximadamente el 180 % en moles al 230 % en moles, y más preferiblemente del 190 % en moles al 230 % en moles, en base al contenido molar total de grupos reactivos con isocianato en el componente reactivo con isocianato (Bi).
[0050] El componente reactivo con isocianato (Bi)
[0052] En otra forma de realización de la presente descripción, el componente reactivo con isocianato comprende uno o más polioles seleccionados del grupo que consta de alcoholes polihídricos alifáticos que comprenden al menos dos grupos hidroxilo, alcoholes polihídricos cicloalifáticos o aromáticos que comprenden al menos dos grupos hidroxilo, alcoholes polihídricos aralifáticos que comprenden al menos dos grupos hidroxilo, poliéter poliol, poliéster poliol y mezclas de estos compuestos. Preferiblemente, el poliol se selecciona del grupo que consta de alcoholes polihídricos C<2>-C<16>alifáticos que comprenden al menos dos grupos hidroxilo, alcoholes polihídricos C<6>-C<15>aromáticos o cicloalifáticos que comprenden al menos dos grupos hidroxilo, alcoholes polihídricos C<7>-C<15>aralifáticos que comprenden al menos dos grupos hidroxilo, poliéster polioles que tienen un peso molecular de 100 a 5000, poliéter polioles que tienen un peso molecular de 800 a 12000, y combinaciones de estos compuestos.
[0054] En una forma de realización de la presente descripción, el componente reactivo con isocianato comprende una mezcla de dos o más polioles diferentes, tal como una mezcla de dos o más poliéter polioles, una mezcla de dos o más poliéster polioles, una mezcla de al menos un poliéter poliol con al menos un poliéster poliol, o una mezcla de un poliéster poliol y un poliol monomérico.
[0056] En una forma de realización, el componente reactivo con isocianato es un poliéter poliol que tiene una funcionalidad (número promedio de grupos reactivos con isocianato, particularmente, grupo hidroxilo, en una molécula de poliol) de 2,0 a 3,0 y un peso molecular promedio ponderado (Mw) de 800 a 12000 g/mol, preferiblemente de 1000 a 10000 g/mol, preferiblemente de 1000 a 8000 g/mol, y más preferiblemente de 1000 a 4000 g/mol. Los poliéter polioles se preparan generalmente mediante polimerización de uno o más óxidos de alquileno seleccionados de entre óxido de propileno (PO), óxido de etileno (EO), óxido de butileno, tetrahidrofurano y mezclas de estos compuestos, con las moléculas iniciadoras adecuadas en presencia de catalizador. Las moléculas iniciadoras típicas incluyen compuestos que tienen al menos 2, y preferiblemente de 4 a 8 grupos hidroxilo, o que tienen dos o más grupos amina primaria en la molécula. Las moléculas iniciadoras adecuadas se seleccionan, por ejemplo, del grupo que comprende anilina, EDA, TDA, MDA y PMDA, más preferiblemente del grupo que comprende TDA y PMDA y, en el caso más preferible, TDA. Cuando se usa TDA, todos los isómeros se pueden usar solos o en cualesquiera mezclas deseadas. Por ejemplo, se pueden usar 2,4-TDA, 2,6-TDA, mezclas de 2,4-TDA y 2,6-TDA, 2,3-TDA, 3,4-TDA, mezclas de 3,4-TDA y 2,3-TDA, y también mezclas de todos los isómeros citados anteriormente. Como moléculas iniciadoras que tienen al menos 2 y preferiblemente de 2 a 8 grupos hidroxilo en la molécula, es preferible utilizar trimetilolpropano, glicerol, pentaeritritol, aceite de ricino, compuestos azúcares tales como, por ejemplo, glucosa, sorbitol, manitol y sacarosa, fenoles polihídricos, resoles, tales como productos de condensación oligoméricos de fenol y formaldehído y condensados de Mannich de fenoles, formaldehído y dialcanolaminas, y también melamina. El catalizador para la preparación de poliéter polioles puede incluir catalizadores alcalinos, tales como hidróxido de potasio, para la polimerización aniónica o catalizadores de ácidos de Lewis, tales como el trifluoruro de boro, para la polimerización catiónica. Los catalizadores de polimerización adecuados pueden incluir hidróxido de potasio, hidróxido de cesio, trifluoruro de boro o un catalizador de complejo de cianuro doble (DMC) tal como hexacianocobaltato de cinc o un compuesto de fosfacenio cuaternario. En una forma de realización preferible de la presente descripción, el poliéter poliol incluye (metoxi) polietilenglicol (MPEG), polietilenglicol (PEG), poli(propilenglicol) o copolímero de epóxido de etileno y epóxido de propileno con un grupo primario terminado en hidroxilo y un grupo secundario terminado en hidroxilo. Los ejemplos de poliéter polioles disponibles en el mercado incluyen, pero no se limitan a, polioles comercializados con el nombre comercial VORANOL<™>, tales como VORANOL<™>2000 LM y VORANOL<™>4000LM, VORANOL<™>3010, y VORANOL<™>222-056, entre otros.
[0058] En una forma de realización preferible, el componente reactivo con isocianato es un poliéster poliol que tiene un peso molecular de 500 a 5000, y preferiblemente de 1000 a 3000 g/mol, a fin de lograr una buena formabilidad de película y elasticidad de la película superior de la PUD. Habitualmente, el poliéster poliol se obtiene haciendo reaccionar alcoholes polifuncionales que tienen de 2 a 12 átomos de carbono, preferiblemente de 2 a 6 átomos de carbono, con ácidos carboxílicos polifuncionales que tienen de 2 a 12 átomos de carbono, preferiblemente de 2 a 6 átomos de carbono, o anhídridos/ésteres de los mismos. Los alcoholes polifuncionales típicos para preparar el poliéster poliol son preferiblemente dioles o trioles e incluyen etilenglicol, propilenglicol, butilenglicol, pentilenglicol o hexilenglicol. Los ácidos carboxílicos polifuncionales típicos pueden ser alifáticos, cicloalifáticos, aralifáticos, aromáticos o heterocíclicos y pueden estar sustituidos, por ejemplo, con átomos de halógeno, y/o pueden ser saturados o insaturados. Preferiblemente, los ácidos carboxílicos polifuncionales se seleccionan del grupo que consta de ácido subérico, ácido azelaico, ácido ftálico, ácido isoftálico, anhídrido ftálico, anhídrido tetrahidroftálico, anhídrido hexahidroftálico, anhídrido tetracloroftálico, anhídrido endometilentetrahidroftálico, anhídrido glutárico, ácido alquenilsuccínico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido fumárico, ácidos grasos diméricos. Se da preferencia a los ácidos dicarboxílicos representados por la fórmula general HOOC-(CH<2>)<y>-COOH, donde y es un número entero de 1 a 20, preferiblemente un número par de 2 a 20. El poliéster poliol termina preferiblemente en al menos dos grupos hidroxilo. En una forma de realización preferible, el poliéster poliol tiene una funcionalidad hidroxilo de 2 a 10, preferiblemente de 2 a 6. En otra forma de realización, el poliéster poliol tiene un índice de OH de 80 a 2000 mgKOH/g, preferiblemente de 150 a 1000 mgKOH/g, y más preferiblemente de 200 a 500 mgKOH/g. Se contemplan diversos pesos moleculares para el poliéster poliol. Por ejemplo, el poliéster poliol puede tener un peso molecular medio numérico de desde aproximadamente 500 g/mol hasta aproximadamente 5000 g/mol, preferiblemente de desde aproximadamente 600 g/mol hasta aproximadamente 4000 g/mol, preferiblemente de desde aproximadamente 500 g/mol hasta aproximadamente 3000 g/mol, preferiblemente de desde aproximadamente 1000 g/mol hasta aproximadamente 2500 g/mol, preferiblemente de desde aproximadamente 1200 g/mol hasta aproximadamente 2000 g/mol, y más preferiblemente de desde aproximadamente 1500 g/mol hasta aproximadamente 1800 g/mol.
[0060] Alternativamente, el poliéster poliol incluye poliesterdioles basados en lactonas, que son homopolímeros o copolímeros de lactonas, preferiblemente productos de adición con funcionalidad hidroxilo terminal de lactonas con moléculas iniciadoras difuncionales adecuadas. Las lactonas preferidas se derivan de compuestos representados por la fórmula general HO-(CH<2>)<z>-COOH, donde z es un número entero de 1 a 20 y un átomo de hidrógeno de una unidad de metileno también puede sustituirse con un radical alquilo C<1>-C<4>. Los ejemplos de poliesterdioles basados en lactonas incluyen ε-caprolactona, β-propiolactona, γ-butirolactona, metil-ε-caprolactona o mezclas de estos compuestos.
[0062] En general, el componente reactivo con isocianato (Bi) utilizado en el presente documento se puede utilizar en una cantidad tal que garantice que el grupo reactivo con isocianato en el componente reactivo con isocianato (Bi) sea de aproximadamente el 50 % en moles a aproximadamente el 98 % en moles, preferiblemente de aproximadamente el 60 % en moles a aproximadamente el 97 % en moles, más preferiblemente de aproximadamente el 70 % en moles a aproximadamente el 96 % en moles, más preferiblemente de aproximadamente el 80 % en moles a aproximadamente el 96 % en moles, más preferiblemente de aproximadamente el 85 % en moles a aproximadamente el 95 % en moles, en base al contenido molar total del grupo isocianato en el componente isocianato (Ai).
[0063] En el contexto de la presente descripción, los demás compuestos que comprenden grupos funcionales que pueden reaccionar con el grupo isocianato, tales como el extensor de cadena y el agua, no están dentro de la definición del denominado “componente reactivo con el isocianato”. El extensor de cadena y el agua se pueden distinguir claramente del componente reactivo con isocianato por la estructura molecular o por el punto temporal en el que se añaden. Catalizador (Ci)
[0064] El catalizador (Ci) puede incluir cualquier sustancia que pueda promover la reacción entre el grupo isocianato y el grupo reactivo con el isocianato. Sin limitación a teoría alguna, los catalizadores pueden incluir, por ejemplo, sales de glicina; aminas terciarias; fosfinas terciarias, tales como trialquilfosfinas y dialquilbencilfosfinas; derivados de la morfolina; derivados de la piperazina; quelatos de diversos metales, tales como los que se pueden obtener a partir de acetilacetona, benzoilacetona, trifluoroacetilacetona, acetoacetato de etilo y similares con metales tales como Be, Mg, Zn, Cd, Pd, Ti, Zr, Sn, As, Bi, Cr, Mo, Mn, Fe, Co y Ni; sales metálicas ácidas de ácidos fuertes tales como cloruro férrico y cloruro estánico; sales de ácidos orgánicos con diversos metales, tales como metales alcalinos, metales alcalinotérreos, Al, Sn, Pb, Mn, Co, Ni y Cu; compuestos de organoestaño, tales como sales de estaño (II) de ácidos carboxílicos orgánicos, por ejemplo, diacetato de estaño (II), dioctanoato de estaño (II), dietilhexanoato de estaño (II) y dilaurato de estaño (II), y sales de dialquilestaño (IV) de ácidos carboxílicos orgánicos, por ejemplo, diacetato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño, maleato de dibutilestaño y diacetato de dioctilestaño; sales de bismuto de ácidos carboxílicos orgánicos, por ejemplo, octanoato de bismuto; derivados organometálicos de As, Sb y Bi trivalentes y pentavalentes y carbonilos metálicos de hierro y cobalto; o sus mezclas.
[0065] Los catalizadores de amina terciaria incluyen compuestos orgánicos que contienen al menos un átomo de nitrógeno terciario y son capaces de catalizar la reacción de hidroxilo/isocianato. Los catalizadores de amina terciaria, derivados de la morfolina y derivados de la piperazina pueden incluir, a modo de ejemplo y no de limitación, trietilendiamina, tetrametiletilendiamina, pentametildietilentriamina, bis(2-dimetilaminoetil)éter, trietilamina, tripropilamina, tributilamina, triamilamina, piridina, quinolina, dimetilpiperazina, piperazina, N-etilmorfolina, 2-metilpropanodiamina, metiltrietilendiamina, 2,4,6-tridimetilamino-metil)fenol, N,N',N”-tris(dimetilaminopropil)sim-hexahidrotriazina o sus mezclas.
[0066] En general, el contenido del catalizador utilizado en el presente documento es mayor o igual al 0 % y es como máximo el 1,0 % en peso, preferiblemente como máximo el 0,5 % en peso, más preferiblemente como máximo el 0,05 % en peso, y más preferiblemente como máximo el 0,02 % en peso, en base al peso total del componente isocianato (Ai) y del componente reactivo con isocianato (Bi). Se puede observar que el contenido del catalizador se calcula como una cantidad adicional tomando la cantidad total del componente isocianato (Ai) y del componente reactivo con isocianato (Bi) como el 100 % en peso.
[0067] Emulsionante externo (Di)
[0068] El emulsionante externo puede ser catiónico, aniónico o no iónico, y es preferiblemente aniónico. Las clases adecuadas de emulsionantes incluyen, pero no se limitan a, sulfatos de fenoles etoxilados tales como la sal de poli(oxi-1,2-etanodiil)α-sulfo-ω(nonilfenoxi); sales de ácidos grasos de metales alcalinos tales como oleatos y estearatos de metales alcalinos; alquilsulfatos C12-C16 de metales alcalinos, tales como laurilsulfatos de metales alcalinos; sulfonatos de alquilbenceno C12-C16 de metales alcalinos, tales como dodecilbencenosulfonatos de sodio lineales y ramificados; emulsionantes fluorocarbonados aniónicos y no iónicos, tales como ésteres alquílicos C4-C16 fluorados y perfluoroalquilsulfonatos C4-C16 de metales alcalinos. Los emulsionantes externos ilustrativos incluyen octadecilsulfosuccinato disódico, dodecilbencenosulfonato sódico (SDBS), estearato sódico y estearato amónico. La dispersión de poliuretano se puede preparar mediante cualquier método adecuado, tal como los bien conocidos en este campo.
[0069] Conforme a una forma de realización de la presente descripción, la cantidad del emulsionante externo es del 0,01 % en peso al 10 % en peso, o del 0,05 % en peso al 8 % en peso, del 0,1 % en peso al 7 % en peso, o del 0,2 % en peso al 6 % en peso, o del 0,5 % en peso al 5 % en peso, o del 1 % en peso al 5 % en peso, o del 1 % en peso al 3 % en peso, en base al peso total de la PUD emulsionada externamente.
[0070] Extensor de cadena (Ei)
[0071] Conforme a una forma de realización de la presente descripción, el extensor de cadena (Ei) puede ser una poliamina, preferiblemente seleccionada del grupo que consta de: poliamina cicloalifática C4-C15 que comprende al menos dos grupos amina dentro del ciclo alifático, por ejemplo, piperazina; poliamina alifática C2-C16 que comprende al menos dos grupos amina, por ejemplo, etilendiamina; poliamina cicloalifática C4-C15 que comprende al menos dos grupos amina fuera del ciclo alifático, tal como ciclohexanodiamina, o poliamina aromática C5-C15 que comprende al menos dos grupos amina, tal como p-xilendiamina; y poliamina aralifática C7-C15 que comprende al menos dos grupos amina. Conforme a una forma de realización preferible, el extensor de cadena es una poliamina cicloalifática C4-C15 que comprende al menos dos grupos amina dentro del ciclo alifático o una poliamina cicloalifática C4-C15 que comprende al menos dos grupos amina fuera del ciclo alifático, más preferiblemente una poliamina cicloalifática C4-C15 que comprende dos grupos amina secundaria dentro del ciclo alifático o una poliamina cicloalifática C4-C15 que comprende dos grupos amina primaria o grupos amina secundaria fuera del ciclo alifático. Preferiblemente, el extensor de cadena amínica es piperazina.
[0072] Conforme a la presente descripción, el extensor de cadena se usa en una cantidad tal que garantice que la proporción de bloqueo de NCO del prepolímero sea del 70,0 % al 98,5 %, o de desde un límite inferior del 70,0 %, 75,0 % o 80,0 % hasta un límite superior del 98,0 %, 97,0 %, 95,0 % o 85,0 %, en donde el prepolímero se prepara (i) haciendo reaccionar (Ai) un componente isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato con (Bi) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato en presencia de (Ci) un catalizador opcional. La “proporción de bloqueo de NCO” se define como el porcentaje molar de los grupos NCO en el prepolímero bloqueados por el extensor de cadena, tal como la piperazina.
[0073] Aglutinante de poliuretano libre de solventes 1k
[0074] El aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K también se puede denominar prepolímero de poliuretano libre de solventes de una sola parte, que comprende un producto de reacción formado al hacer reaccionar (Aii) un componente isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato, (Bii) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato, en donde la descripción detallada de (Aii) un componente isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato puede referirse a (Ai) un componente isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato, y la descripción detallada de (Bii) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato puede referirse a (Bi) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato. El aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K es curable con humedad.
[0075] En general, el aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K tiene como máximo aproximadamente un 1 por ciento en peso de solvente orgánico, en base al peso total de la dispersión. Preferiblemente, la dispersión acuosa tiene como máximo aproximadamente 2000 partes por millón (ppm) en peso, más preferiblemente como máximo aproximadamente 1000 ppm, incluso más preferiblemente como máximo aproximadamente 500 ppm y, en el caso más preferible, como máximo una cantidad traza de solvente orgánico.
[0076] Preferiblemente, el aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K comprende un producto de reacción formado haciendo reaccionar un componente diisocianato de difenilmetano (MDI) y un poliol. El componente diisocianato de difenilmetano (MDI) también se puede reemplazar con un componente TDI, un componente IPDI, un componente HDI, un componente H12MDI o una mezcla de los mismos.
[0077] En una forma de realización de la presente descripción, el aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K incluye un producto de reacción formado haciendo reaccionar del 15 al 50 por ciento en peso de un componente diisocianato de difenilmetano y del 50 al 85 por ciento en peso de un poliol, en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano y del poliol. El componente diisocianato de difenilmetano (MDI) también se puede reemplazar con un componente TDI, un componente IPDI, un componente HDI, un componente H12MDI o una mezcla de los mismos. El componente diisocianato de difenilmetano puede incluir del 90 al 100 por ciento en peso del porcentaje de diisocianato de 4,4'-difenilmetano en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos desde el 90 hasta el 100 por ciento en peso; por ejemplo, el componente diisocianato de difenilmetano puede incluir desde un límite inferior del 90, 93 o 95 por ciento en peso hasta un límite superior del 100, 99 o 97 por ciento en peso de diisocianato de 4,4'-difenilmetano en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano. El componente diisocianato de difenilmetano también puede incluir diisocianato de 2,2'-difenilmetano, diisocianato de 2,4'-difenilmetano y/o impurezas conocidas en este campo.
[0078] El poliol puede tener un peso molecular promedio ponderado de 300 a 12000 g/mol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 300 a 12000 g/mol; por ejemplo, el poliol puede tener un peso molecular promedio ponderado de desde un límite inferior de 300; 500; 750; 1000; 1250; 1500; 1750, 2000; o 2250 g/mol, hasta un límite superior de 12000; 11000; 10000, 9000; 8000; 7000; 6000; 5000; o 4500.
[0079] El poliol puede tener una funcionalidad promedio de 1,5 a 3,5. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 1,5 a 3,5; por ejemplo, el poliol puede tener una funcionalidad promedio de desde un límite inferior de 1,5, 1,6, 1,7 o 1,8 hasta un límite superior de 3,5, 3,4, 3,3 o 3,2.
[0080] El poliol puede ser un poliéter poliol, un poliéster poliol y combinaciones de los mismos. Los ejemplos de polioles disponibles en el mercado incluyen, pero no se limitan a, polioles comercializados con el nombre comercial VORANOL<™>, tales como VORANOL<™>WD 2130 y VORANOL<™>4000LM, TERCAROL<™>, y VORATEC<™>, entre otros. El poliol puede incluir un poliéter poliol. Los poliéter polioles se pueden preparar mediante procedimientos conocidos. Por ejemplo, los poliéter polioles se pueden preparar mediante la poliadición aniónica de al menos un óxido de alquileno, por ejemplo, óxido de etileno u óxido de 1,2-propileno u óxido de 1,2-propileno y óxido de etileno. Un compuesto iniciador, que puede denominarse iniciador, es cualquier compuesto orgánico que se vaya a alcoxilar en la reacción de polimerización. El iniciador puede contener 2 o más grupos hidroxilo y/o amina. Se pueden usar mezclas de compuestos iniciadores/iniciadores. Los ejemplos de compuestos iniciadores incluyen, pero no se limitan a, etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,8-octanodiol, ciclohexanodimetanol, glicerina, trimetilolpropano, trimetiloletano, pentaeritritol, sorbitol, sacarosa, así como alcoxilatos (especialmente etoxilatos y/o propoxilatos) de cualquiera de éstos, poliaminas, dialcanolaminas. El poliol puede incluir un poliéster poliol. Los poliéster-polioles se pueden preparar, por ejemplo, a partir de ácidos dicarboxílicos orgánicos que tienen de 2 a 12 átomos de carbono, incluyendo ácidos dicarboxílicos aromáticos que tienen de 8 a 12 átomos de carbono y alcoholes polihídricos, incluidos dioles que tienen de 2 a 12 átomos de carbono. Los ejemplos de ácidos dicarboxílicos adecuados son ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido decanodicarboxílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido tereftálico y los ácidos naftaleno-dicarboxílicos isoméricos. Los ácidos dicarboxílicos pueden usarse individualmente o mezclados entre sí. Los ácidos dicarboxílicos libres pueden reemplazarse con un derivado de ácido dicarboxílico correspondiente, por ejemplo, ésteres dicarboxílicos de alcoholes que tienen de 1 a 4 átomos de carbono o anhídridos dicarboxílicos. En algunos ejemplos particulares pueden utilizarse mezclas de ácidos dicarboxílicos, incluidos ácido succínico, ácido glutárico y ácido adípico, en razones de, por ejemplo, de desde 20-35:35 hasta 50:20-32 partes en peso, y ácido adípico, así como mezclas de ácido ftálico y/o anhídrido ftálico y ácido adípico, mezclas de ácido ftálico o anhídrido ftálico, ácido isoftálico y ácido adípico o mezclas de ácidos dicarboxílicos de ácido succínico, ácido glutárico y ácido adípico y mezclas de ácido tereftálico y ácido adípico o mezclas de ácidos dicarboxílicos de ácido succínico, ácido glutárico y ácido adípico. Los ejemplos de alcoholes dihídricos y polihídricos son etanodiol, dietilenglicol, 1,2 y 1,3-propanodiol, dipropilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,10-decanodiol, glicerol, trimetilolpropano, entre otros. Algunos ejemplos particulares son etanodiol, dietilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol o mezclas de al menos dos de dichos dioles, en particular mezclas de 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol y 1,6-hexanodiol. Además, también pueden emplearse poliéster polioles preparados a partir de lactonas, por ejemplo, e-caprolactona o ácidos hidroxicarboxílicos, por ejemplo, ácido w-hidroxicaproico y ácido hidrobenzoico. Los poliéster polioles se pueden preparar policondensando ácidos policarboxílicos orgánicos y/o derivados de los mismos con alcoholes polihídricos en una relación molar de 1:1,1 a 1:1,8, por ejemplo, de 1:1,05 a 1:1,2.
[0081] El producto de reacción se puede formar haciendo reaccionar del 15 al 50 por ciento en peso del componente diisocianato de difenilmetano y del 50 al 85 por ciento en peso de un poliol, en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano y del poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 15 al 50 por ciento en peso de componente diisocianato de difenilmetano; por ejemplo, el producto de reacción puede formarse haciendo reaccionar desde un límite inferior del 15, 20 o 25 por ciento en peso hasta un límite superior del 50, 45 o 40 por ciento en peso del componente diisocianato de difenilmetano, en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano y del poliol.
[0082] Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 50 al 85 por ciento en peso de poliol; por ejemplo, el producto de reacción puede formarse haciendo reaccionar desde un límite inferior del 50, 55 o 60 por ciento en peso hasta un límite superior del 85, 80 o 75 por ciento en peso de poliol, en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano y del poliol.
[0083] El producto de reacción puede formarse utilizando equipos y condiciones de reacción conocidos. Por ejemplo, los reactivos, es decir, el componente diisocianato de difenilmetano y el poliol, pueden calentarse hasta cualquier temperatura deseable durante un tiempo especificado suficiente para efectuar una transformación química/física deseable. Como ejemplo, el producto de reacción puede formarse a una temperatura de 20 °C a 100 °C; la reacción puede producirse, por ejemplo, mantenerse, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 8 horas; y la reacción puede producirse en un entorno inerte, tal como un entorno de nitrógeno.
[0084] El aglutinante de poliuretano 1K descrito en el presente documento también puede hacer uso de un isocianato alifático. El isocianato alifático puede tener una funcionalidad promedio de 1,5 a 3,5. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 1,5 a 3,5; por ejemplo, el poliol puede tener una funcionalidad promedio de desde un límite inferior de 1,5, 1,6, 1,7, 1,8 o 2,0 hasta un límite superior de 3,5, 3,4, 3,3, 3,2 o 3,0.
[0085] Los ejemplos de isocianatos alifáticos incluyen, pero no se limitan a, diisocianato de isoforona, trímero de diisocianato de isoforona, trímero de diisocianato de hexametileno, metilendiciclohexildiisocianato y metilendiciclohexildiisocianato hidrogenado. Preferiblemente, el isocianato alifático se selecciona de entre diisocianato de isoforona, trímero de diisocianato de isoforona, trímero de diisocianato de hexametileno y combinaciones de los mismos.
[0086] El aglutinante de poliuretano 1K descrito en el presente documento incluye de un 0,5 a un 20 por ciento en peso de isocianato alifático en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano, del poliol y del isocianato alifático. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 0,5 al 20 por ciento en peso; por ejemplo, el aglutinante de poliuretano 1K puede incluir desde un límite inferior del 0,5, 0,7, 1,0 o 2,0 por ciento en peso hasta un límite superior del 20, 18, 15, 10, 8 o 6 por ciento en peso de isocianato alifático en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano, del poliol y del isocianato alifático.
[0087] El isocianato alifático se puede utilizar en una relación en peso con el componente diisocianato de difenilmetano de 1:20 a 1:5. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 1:5 a 1:20; por ejemplo, el isocianato alifático se puede utilizar en una relación en peso con el componente diisocianato de difenilmetano desde un límite inferior de 1:20, 1:18 o 1:16 hasta un límite superior de 1:5, 1:5,5 o 1:6.
[0088] El aglutinante de poliuretano 1K descrito en el presente documento puede incluir opcionalmente un agente cuaternizante. Los ejemplos de agentes cuaternizantes incluyen, pero no se limitan a, haluros de alquilo, haluros de aralquilo, carbonatos de dialquilo, sulfatos de dialquilo, epóxidos, y combinaciones de estos compuestos. Los ejemplos de agentes cuaternizantes particulares incluyen, pero no se limitan a, cloruro de metilo, cloruro de etilo, cloruro de bencilo, bromuro de metilo, bromuro de etilo, bromuro de bencilo, sulfato de dimetilo, sulfato de dietilo, óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, óxido de estireno, epiclorhidrina, y combinaciones de estos compuestos. En una o más formas de realización de la presente descripción, el agente cuaternizante es cloruro de bencilo.
[0089] El aglutinante de poliuretano 1K descrito en el presente documento puede incluir de 20 a 200 partes por millón de agente cuaternizante, en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano y del poliol. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 20 a 200 partes por millón; por ejemplo, el aglutinante de poliuretano 1K puede incluir desde un límite inferior de 20, 30 o 50 hasta un límite superior de 200, 175 o 150 partes por millón de agente cuaternizante, en base al peso total del componente diisocianato de difenilmetano y del poliol.
[0090] El poliuretano 1K descrito en el presente documento puede incluir un aditivo. Los ejemplos de aditivos incluyen, pero no se limitan a, ácidos orgánicos, ácidos fosfóricos, agentes de relleno, agentes tixótropos, antioxidantes, pigmentos, absorbentes de UV, promotores de la adhesión, agentes secantes, y combinaciones de estos compuestos, entre otros. Se pueden utilizar diferentes cantidades de aditivo para diversas aplicaciones.
[0091] El aglutinante de poliuretano 1K se puede preparar, por ejemplo, mezclado, combinado, en condiciones conocidas para las composiciones de una sola parte curables por humedad.
[0092] El aglutinante de poliuretano 1K descrito en el presente documento puede tener un contenido de NCO del 3,0 al 12,0 por ciento en peso, en base al peso total del aglutinante de poliuretano 1K. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos del 3,0 al 12,0 por ciento en peso; por ejemplo, el aglutinante de poliuretano 1K puede tener un contenido de NCO de desde un límite inferior del 3,0, 5,0 o 7,0 por ciento en peso hasta un límite superior del 12,0, 11,0 o 10,0 por ciento en peso, en base al peso total del aglutinante de poliuretano 1K.
[0093] El aglutinante de poliuretano 1K descrito en el presente documento puede tener una viscosidad, a 25 °C, de 1000 a 6000 MPa • s, determinada con arreglo al método ASTM D4889. Se incluyen todos los valores individuales y subintervalos de 1000 a 6000 mPa • s; por ejemplo, el aglutinante de poliuretano 1K puede tener una viscosidad, a 25 °C, de desde un límite inferior de 1000; 1250; o 1500 mPa • s hasta un límite superior de 6000; 5000; o 4500 MPa • s, determinada con arreglo al método ASTM D4889.
[0094] Como se ha mencionado, el aglutinante de poliuretano 1K descrito en el presente documento es curable por humedad. En otras palabras, el aglutinante de poliuretano 1K se puede curar mediante exposición al agua, por ejemplo, vapor de agua, para formar un producto curado. Generalmente, la humedad ambiental es adecuada para promover el curado del aglutinante de poliuretano 1 K. La humedad del curado se puede ajustar, como se conoce en este campo, para afectar al curado en una serie de aplicaciones. Además, se puede utilizar una temperatura de curado, como se conoce en este campo. La temperatura de curado puede ajustarse para algunas aplicaciones, por ejemplo, cuando una temperatura de curado aumentada, por ejemplo, puede acelerar el curado.
[0095] El aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K puede estar disponible en el mercado, tal como con la marca comercial Voramer MR 1045L.
[0096] La primera composición y la segunda composición
[0097] Las partículas de caucho en la primera composición para fabricar la capa de recubrimiento superior son partículas de EPDM ((caucho de) monómero de etileno-propileno-dieno). Las partículas de caucho, preferiblemente partículas de EPDM, en la primera composición para fabricar la capa de recubrimiento superior tienen un tamaño de partícula promedio que oscila entre 0,1 y 4,5 mm, preferiblemente entre 0,5 y 2,5 mm. El grosor de la capa de recubrimiento superior puede ser de 0,5 a 10 mm, preferiblemente de 1 a 5 mm, y más preferiblemente de 2 a 3 mm.
[0098] En la primera composición para fabricar la capa de recubrimiento superior, la relación en peso entre la dispersión de poliuretano emulsionada externamente y las partículas de caucho (preferiblemente partículas de EPDM) es de 1:0,5-1,5, preferiblemente de 1:0,8-1,5, y más preferiblemente de 1:1-1 ,5.
[0099] Conforme a una forma de realización de la presente descripción, las partículas de caucho en la segunda composición para fabricar la capa inferior son partículas de EPDM. Las partículas de caucho, preferiblemente partículas de EPDM, en la segunda composición para fabricar la capa inferior tienen un tamaño de partícula promedio que oscila entre 2 y 10 mm, preferiblemente entre 3 y 5 mm. El grosor de la capa inferior puede ser de 2 a 25 mm, preferiblemente de 5 a 20 mm, más preferiblemente de 8 a 12 mm, e incluso más preferiblemente de 8 a 10 mm.
[0100] En la segunda composición para fabricar la capa inferior, la relación en peso entre el aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K y las partículas de caucho (preferiblemente partículas de EPDM) es de 1:3-12, preferiblemente de 1:6-10, y más preferiblemente de 1:7.
[0101] Agentes auxiliares y aditivos
[0102] La primera composición y la segunda composición pueden comprender, independiente y opcionalmente, cualesquiera agentes auxiliares y/o aditivos adicionales para finalidades específicas.
[0103] En una forma de realización de la presente descripción, uno o más de los agentes auxiliares y/o aditivos pueden seleccionarse del grupo que consta de agentes de relleno, tintes/pigmentos, compuestos tensioactivos, agentes que mejoran la sensación al tacto, agentes opacificantes, modificadores de la reología, agentes desespumantes, reticulantes y estabilizantes.
[0104] Se puede usar cualquier modificador de la reología adecuado, tal como los conocidos en este campo. Preferiblemente, el modificador de la reología es uno que no hace que la dispersión se vuelva inestable. Más preferiblemente, el modificador de la reología es un espesante soluble en agua que no está ionizado. Los ejemplos de modificadores de la reología útiles incluyen éteres de metilcelulosa, espesantes hinchables con álcalis (por ejemplo, polímeros de ácido acrílico neutralizados con sodio o amonio), espesantes hinchables con álcali modificados hidrófobamente (por ejemplo, copolímeros de ácido acrílico modificados hidrófobamente) y espesantes asociativos (por ejemplo, copolímeros de bloques de uretano basados en óxido de etileno modificados hidrófobamente). Preferiblemente, el modificador de la reología es un éter de metilcelulosa. La cantidad de espesante es de al menos aproximadamente el 0,2 % a aproximadamente el 5 % en peso del peso total de la primera o segunda composición, preferiblemente de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 2 % en peso.
[0105] En la presente descripción, los tintes/pigmentos también pueden denominarse generalmente “mezcla madre de color”. Por ejemplo, la mezcla madre de color se puede añadir para conferir a la capa el color deseado. Los ejemplos de tintes/pigmentos pueden incluir óxidos de hierro, óxido de titanio, negro de carbono y mezclas de estos compuestos. La cantidad de tintes/pigmentos puede ser del 0,01 % al 15 % en peso, preferiblemente del 0,5 al 10 % en peso, y más preferiblemente del 1 % al 5 % en peso, en base al peso total de la primera o segunda composición.
[0106] Los ejemplos de agentes de relleno adecuados comprenden fibras de vidrio, fibras minerales, fibras naturales, tales como lino, yute o sisal, por ejemplo, escamas de vidrio, silicatos tales como mica, mica moscovita (glimmer), sales, tales como carbonato de calcio, tiza o yeso. Habitualmente, los agentes de relleno se usan en una cantidad del 0,5 % al 60 % en peso y preferiblemente del 3 % al 30 % en peso, en base al peso seco total del recubrimiento superior o de la capa inferior.
[0107] Tecnología de fabricación
[0108] El artículo para pistas de atletismo híbridas de la presente solicitud se puede producir mediante un método que comprende:
[0109] i) aplicar una segunda composición que comprende un aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K y partículas de caucho sobre el terreno;
[0110] ii) curar la segunda composición para obtener una capa inferior;
[0111] iii) aplicar una primera composición que comprende una dispersión de poliuretano emulsionada externamente y partículas de caucho, en donde la dispersión de poliuretano emulsionada externamente se deriva de: (Ai) un componente isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato, (Bi) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato, (Ci) un catalizador opcional, (Di) un emulsionante externo, (Ei) un extensor de cadena y (Fi) agua; iv) secar la primera composición para formar una capa de recubrimiento superior sobre la capa inferior.
[0112] La primera composición y la segunda composición se pueden aplicar mediante tecnologías de recubrimiento convencionales tales como recubrimiento por pulverización, recubrimiento con cuchilla, recubrimiento con molde, recubrimiento de alto brillo, etc.
[0113] La segunda composición se puede curar a temperatura ambiente (de -20 a 40 °C) durante un día.
[0114] La primera composición se puede secar a una temperatura de 0 °C a 40 °C durante 1-5 horas bajo la luz del sol (menos niebla y humedad).
[0115] El artículo para pistas de atletismo de la presente descripción puede comprender además una o más capas adhesivas entre la capa inferior y el terreno. Las una o más capas adhesivas entre la capa inferior y el terreno se pueden aplicar mediante tecnologías de recubrimiento convencionales, tales como el recubrimiento por pulverización, el recubrimiento con cuchilla, el recubrimiento con molde, recubrimiento de alto brillo, etc.
[0116] Ejemplos
[0117] Algunas formas de realización de la invención se describirán ahora en los siguientes Ejemplos, en donde todas las partes y porcentajes están en peso a menos que se especifique de otro modo.
[0118] La información sobre las materias primas utilizadas en los ejemplos se enumera en la siguiente tabla 1:
[0119] Tabla 1. Materias primas
[0122]
[0124] Preparación del prepolímero
[0125] Se cargaron polioles en un matraz de tres bocas y se deshidrataron a 110 °C bajo una presión de 76 mm Hg durante una hora; después, la mezcla de polioles deshidratados se enfrió naturalmente hasta 70-75 °C. El IPDI se vertió en la mezcla de polioles deshidratados a 70 ~ 75 °C bajo protección con flujo de nitrógeno (N<2>) y agitación mecánica; después, se añadió el catalizador T12 a los reactivos. La reacción duró una hora a 70-75 °C, y después los reactivos se calentaron hasta 80 ~ 85 °C para que reaccionasen de forma continua durante 2-3 horas. El producto (prepolímero) se envasó con una botella de plástico y se almacenó herméticamente bajo protección con nitrógeno.
[0126] Preparación de la PUD
[0127] El prepolímero arriba citado se vertió en un vaso de plástico de 1000 ml y se agitó con una máquina dispersadora. La solución acuosa de SDBS se añadió lentamente al prepolímero mezclando a alta velocidad (de 3800 a 4000 RPM). Después de mezclar durante varios minutos, el agua desionizada se añadió gota a gota al prepolímero bajo una mezcla de alta velocidad (de 3800 a 4000 RPM). La velocidad de mezcla se redujo a no más de 1500 RPM una vez que se produjo la inversión de fase. En este momento, se formó una emulsión. Después de ello, la solución acuosa de extensor de cadena y piperazina se añadió gota a gota a la emulsión. Una vez añadida toda la solución de extensor de cadena, se prosiguió con agitación mecánica durante 10 a 15 minutos adicionales. Finalmente, se obtuvo una dispersión de poliuretano con un contenido sólido del ~ 50 % y se almacenó en un recipiente de plástico con tapa. Hay 12 PUD hechas a partir de 3 prepolímeros.
[0128] Los detalles de la formulación y el rendimiento de las PUD se enumeran en la Tabla 1.
[0131]
[0133] Preparación de la pista de atletismo
[0134] Se usaron la PUD 300G y la PUD H18 (marcadas con el nombre PUD en la Tabla 1) para fabricar un artículo para pistas de atletismo.
[0135] Se aplicó una composición que comprendía aglutinante de PU 1 K Dow Voramer MR 1045L y partículas de EPDM, con una relación en peso entre el aglutinante de PU y las partículas de EPDM de 1 a 7, sobre una capa de recubrimiento (una película agrícola) para formar una capa inferior (0,5*0,5 rn2) y se curó a temperatura ambiente durante 24 h. Tras el curado, la capa inferior tenía un grosor de 10 mm.
[0136] Se pulverizó una formulación de PUD (50 % en peso de contenido sólido), partículas de EPDM y pasta de color (tanto las partículas como la pasta de color fueron ofrecidas por Zhejiang Running Sport Co. Ltd.), en una proporción en peso de PUD: partículas de EPDM:pasta de color de 1:1:0,0,5, sobre la capa inferior, mediante una máquina pulverizadora. La pulverización se llevó a cabo dos veces. La segunda pulverización se realizó después de que la primera capa de pulverización se secara durante 2 horas en invierno, lo que fue mucho más rápido que una capa de recubrimiento superior de un sistema libre de solventes 2K (que necesita una noche para curarse). La capa de recubrimiento superior tenía un grosor de 2-3 mm. Después, se desprendió la capa de recubrimiento. El rendimiento final de la pista de atletismo se enumera en la Tabla 3.
[0137] Tabla 3. Rendimiento de la muestra basada en PUD preparada, en una prueba de campo
[0140]
[0142] Conforme a las propiedades mecánicas enumeradas en la Tabla 3, en comparación con la norma china (GB/T14833-2011), que exige una resistencia a la tracción ≥ 0,4 MPa y un alargamiento ≥ 40 %, ambas muestras tienen una mayor resistencia a la tracción y un alargamiento mayor, lo que significa que ambas son mucho mejores que la norma china. Además, ni en el proceso de pulverización ni en el proceso de síntesis de la PUD se utiliza solvente orgánico alguno, lo que es más ecológico que el proceso de pulverización de PU 2K conocido hasta ahora. En segundo lugar, la carga de resina de PU también es inferior a la de la PU 2K, lo que se traduce en precios más bajos. Por último, el tiempo de secado de la capa de recubrimiento superior basada en PUD es muy rápido, alrededor de 2 horas en invierno, lo que es mucho más rápido que el sistema de recubrimiento superior de PU 2K tradicional (lo que puede ahorrar tiempo de construcción).
[0143] Determinación de la resistencia a la tracción y del alargamiento a la rotura (%)
[0144] La resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura (%) se probaron con arreglo a la norma GB/T 14833-2011. Determinación del tamaño de partícula medio
[0145] El tamaño medio de partícula de las partículas de poliuretano se probó con un medidor de tamaño de partículas (modelo: LS230, disponible de Beckman Coulter, INC).
[0146] Determinación de la viscosidad
[0147] La viscosidad se determinó con un instrumento TA AR2000ex a 25 °C o una temperatura claramente especificada, utilizando una placa de aluminio, un flujo continuo y una velocidad de cizallamiento de 1-100 S<-1>.
[0148] Determinación del contenido de NCO
[0149] El contenido de NCO (% en peso) se determinó mediante titulación, de la siguiente manera. Se secaron tolueno y una mezcla de dibutilamina (DBA) (155 ml) y N,N-dimetilformamida (DMF) (350 ml), cada uno mediante un tamiz, durante aproximadamente 12 horas.
[0150] Para el análisis de la muestra, la muestra a analizar se añadió a un recipiente y se pesó; después, se añadieron tolueno seco (6 ml) y la mezcla secada de DBA y DMF (2 ml) al recipiente; luego, se añadió isopropanol (10 ml). Se utilizó ácido clorhídrico (0,5) para titular el contenido del recipiente.
[0151] El contenido de NCO (%) se calculó mediante la siguiente fórmula
[0152]
[0154] donde B es el volumen de ácido clorhídrico consumido en la prueba en blanco; S es el volumen de ácido clorhídrico consumido en la prueba de la muestra; N es la concentración de ácido clorhídrico (0,5 M) y W es el peso de la muestra.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES
1. Un artículo para pistas de atletismo híbridas, que comprende, de arriba a abajo:
(I) una capa de recubrimiento superior hecha de una primera composición que comprende una dispersión de poliuretano emulsionada externamente y partículas de caucho, en donde la relación en peso entre la dispersión de poliuretano emulsionada externamente y las partículas de caucho es de 1:0,5-1,5 y en donde la dispersión de poliuretano emulsionada externamente se prepara (i) haciendo reaccionar (Ai) un componente de isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos isocianato con (Bi) un componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato en presencia de (Ci) un catalizador opcional para formar un prepolímero; (ii) dispersando el prepolímero obtenido en el paso (i) en (Fi) agua en presencia de (Di) un emulsionante externo para formar una emulsión; y (iii) añadiendo además (Ei) un extensor de cadena a la emulsión para que reaccione con el prepolímero obtenido en el paso (ii), en donde el extensor de cadena (Ei) se usa en una cantidad que asegure que la proporción de bloqueo de NCO (isocianato) del prepolímero es de un 70,0 % a un 98,5 %, y
(II) una capa inferior hecha de una segunda composición que comprende un aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K y partículas de caucho.
2. El artículo para pistas de atletismo híbridas de la reivindicación 1, en donde el (Bi) componente reactivo con isocianato que comprende uno o más compuestos que tienen al menos dos grupos reactivos con isocianato es un poliéter poliol.
3. El artículo para pistas de atletismo híbridas de la reivindicación 1, en donde el (Di) emulsionante externo se selecciona del grupo que consta de fenoles etoxilados; sales de ácidos grasos de metales alcalinos; sulfatos de alquilo C12-C16 de metales alcalinos; sulfonatos de alquilbenceno C12-C16 de metales alcalinos; emulsionantes fluorocarbonados aniónicos y no iónicos.
4. El artículo para pistas de atletismo híbridas de la reivindicación 1, en donde el (Ei) extensor de cadena es una poliamina cicloalifática C<4>-C<15>que comprende al menos dos grupos amina dentro del ciclo alifático, una poliamina cicloalifática C<4>-C<15>que comprende al menos dos grupos amina fuera del ciclo alifático o una mezcla de estos compuestos.
5. El artículo para pistas de atletismo híbridas de la reivindicación 1, en donde el aglutinante de poliuretano libre de solventes 1K es curable por humedad.
6. El artículo para pistas de atletismo híbridas de la reivindicación 1, en donde las partículas de caucho son partículas de EPDM.
7. Un método para producir el artículo para pistas de atletismo híbridas de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende:
i) aplicar sobre el terreno la segunda composición tal como se define en las reivindicaciones 1-6;
ii) curar la segunda composición para obtener una capa inferior;
iii) aplicar la primera composición tal como se define en las reivindicaciones 1-6;
iv) secar la primera composición para formar una capa de recubrimiento superior sobre la capa inferior.
8. Un uso de la dispersión de poliuretano emulsionada externamente tal como se define en las reivindicaciones 1-6 como capa de recubrimiento superior de un artículo para pistas de atletismo.
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