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ES2927478T3 - Materiales de superficie sólida con matriz de poliuretano - Google Patents

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ES2927478T3
ES2927478T3 ES18711139T ES18711139T ES2927478T3 ES 2927478 T3 ES2927478 T3 ES 2927478T3 ES 18711139 T ES18711139 T ES 18711139T ES 18711139 T ES18711139 T ES 18711139T ES 2927478 T3 ES2927478 T3 ES 2927478T3
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Ann-Christin Bijlard
Lukas Breuers
Martinez Joan Miguel Garcia
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Covestro Intellectual Property GmbH and Co KG
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Abstract

La presente invención se refiere a materiales de superficie sólida a base de poliuretano con una estabilidad dimensional mejorada que se pueden fabricar utilizando cargas inorgánicas convencionales sin pretratamiento de las cargas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Materiales de superficie sólida con matriz de poliuretano
La presente invención se refiere a materiales de superficie sólida a base de poliuretano con estabilidad dimensional mejorada durante la producción, que pueden fabricarse utilizando agentes de carga inorgánicos convencionales, preferentemente sin tratamiento previo de los agentes de carga.
Los materiales de superficie sólida se definen como materiales formados por una matriz de polímero, pigmentos y agentes de relleno que pueden ser procesados mediante la conformación de láminas o productos moldeados. También se definen en la norma ISO 19712-1 UNE.EN: 2013. Los materiales de superficie sólida son productos homogéneos, es decir, tienen una composición idéntica en todo su espesor. Debido a esta característica, pueden repararse fácilmente con un simple lijado.
Normalmente, los materiales de superficie sólida se utilizan en el equipamiento de baños y cocinas, como fregaderos, inodoros o encimeras. Los materiales de superficie sólida disponibles en la actualidad contienen matrices poliméricas de resinas acrílicas o de poliéster. El agente de carga más utilizado es el trihidrato de alúmina.
Aparte de la fundición de materiales de superficie sólida para darle su forma final, otra ruta común es la fabricación de losas y los pasos posteriores a la producción como el termoformado. Esto significa que la forma final del material de la superficie sólida se consigue después de que la resina esté completamente curada. Por ello, los materiales convencionales de superficie sólida se basan en resinas termoplásticas. El termoformado, el corte y el encolado se utilizan a menudo para crear formas más complejas que no pueden crearse mediante fundición directamente, con la desventaja de un proceso manual que requiere mucho tiempo.
Los productos convencionales de superficie sólida suelen ser sensibles a la radiación UV y a los ácidos, las bases y los agentes de limpieza, por lo que no pueden utilizarse en aplicaciones exteriores sin una protección adicional contra la radiación. Además, se sabe que los agentes de limpieza típicos, como el isopropanol, pueden dar lugar a la corrosión por grietas de tensión. Además, es deseable producir materiales de superficie sólida mediante el moldeo por inyección de reacción (RIM), ya que se trata de un proceso rápido y eficaz. Sin embargo, las matrices poliméricas mencionadas anteriormente no son muy adecuadas para este procedimiento de producción porque requieren largos tiempos de curado de hasta dos horas. Además, las matrices convencionales presentan una elevada contracción de volumen durante el proceso de curado, lo que afecta negativamente a la estabilidad dimensional, especialmente en los procesos comunes de RIM de baja presión o incluso de colada. Por lo tanto, sería deseable utilizar un sistema que (i) sea resistente a los rayos UV sin tratamiento adicional, (ii) tenga una buena estabilidad dimensional durante el proceso de curado y (iii) tenga tiempos de curado cortos para que pueda ser procesado por RIM.
En el estudio en el que se basa la presente invención se probaron poliuretanos basados en poliisocianatos alifáticos y, en general, mostraron propiedades prometedoras. Sin embargo, los poliuretanos tienen una importante desventaja: Los poliisocianatos reaccionan fácilmente, incluso con cantidades mínimas de agua, a las aminas. En este proceso se genera dióxido de carbono. Si esto ocurre durante el proceso de producción de un cuerpo sólido, el dióxido de carbono queda atrapado en el material y forma burbujas. Este efecto se desea -e incluso se inicia deliberadamente- en la fabricación de productos espumados. En cambio, para los materiales de superficie sólida, la formación de burbujas no es deseable, ya que puede dar lugar a defectos en la superficie. Desgraciadamente, el trihidrato de alúmina, la carga inorgánica más utilizada, contiene cantidades significativas de agua, a no ser que se haya secado. El secado de la carga inorgánica añade otro paso de procesamiento, que cuesta energía y trabajo. Por lo tanto, debe evitarse en un proceso de fabricación económico.
Un experimento preliminar indicó realmente que el trihidrato de alúmina regular, es decir, no secado, induce la formación de burbujas en las mezclas de reacción que comprenden poliisocianato cuando se utilizan moldes abiertos. Por lo tanto, existían considerables dudas sobre si la combinación de poliisocianatos y agentes de carga inorgánicos no secos sería en absoluto adecuado para la producción de materiales de superficie sólida. Sorprendentemente, los experimentos realizados en un molde cerrado demostraron que la formación de burbujas no es un problema si los materiales de superficie sólida se producen por moldeo por reacción.
Por lo tanto, el problema que subyace a la presente invención podría definirse como el de proporcionar materiales de superficie sólida resistentes a los rayos UV que puedan obtenerse mediante un proceso de fabricación económico.
Este problema se resuelve con las realizaciones definidas en las reivindicaciones y en la descripción que sigue.
En una primera realización, la presente invención se refiere a una composición polimerizable adecuada para fabricar un material de superficie sólida que tiene una temperatura de transición vítrea de al menos 45 °C que comprende
(i) al menos un poliol A1 que tiene un contenido de OH de al menos 25 % en peso;
(ii) al menos un poliisocianato A2 que comprenda al menos un 60 % en peso de poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos;
(iii) al menos un agente de carga orgánico B1; y
(iv) al menos un agente de carga inorgánico B2, en el que el agente de carga inorgánico B2 no se seca;
en el que el poliol A1 constituye al menos el 80 % en peso de todos los compuestos hidroxilo-funcionales de la composición polimerizable.
Una "composición polimerizable" es una composición que puede curarse de manera que el poliol A1 y el poliisocianato A2 se reticulen para formar una matriz de poliuretano que comprende el agente de carga orgánico B1 y el agente de carga inorgánico B2. El material obtenido por el curado de la composición polimerizable es un material de superficie sólida.
Un material de superficie sólido comprende preferentemente entre el 5 y el 85% en peso, más preferentemente entre el 12 y el 80% en peso de de agentes de carga orgánicos e inorgánicos en base a la masa total de la composición polimerizable.
La mezcla de los componentes A1, A2, B1 y B2 tiene una densidad de al menos 1000 kg/m3 Preferentemente, la composición polimerizable no contiene agentes formadores de espuma fuera de las microesferas.
Poliol A1
En el contexto de la presente solicitud, se entiende por poliol A1 una molécula orgánica que contiene un grupo OH. Preferentemente, el poliol A1 tiene una funcionalidad OH media por molécula de al menos 2, más preferentemente de al menos 3 y un contenido de OH de al menos el 25%. El cálculo del número de OH respectivo puede llevarse a cabo dividiendo la suma de todos los grupos OH de todos los polioles individuales dentro del componente de poliol por el número total de todas las moléculas dentro del componente de poliol. La ventaja de una alta funcionalidad OH es una alta densidad de red resultante de la matriz polimérica resultante, proporcionando así altas temperaturas de transición vítrea que son un requisito clave con respecto a las propiedades deseadas del material de superficie sólida resultante. Y lo que es más importante, una alta densidad de redes mejora la resistencia al rayado, la resistencia química, la dureza y la resistencia a la intemperie de estos materiales.
Los polioles A1 preferidos son polioles alifáticos, cicloalifáticos, aromáticos y heterocíclicos. Si los polioles aromáticos están presentes en la formulación, preferentemente comprenden menos del 20 % en peso, más preferentemente menos del 10 % en peso, incluso más preferentemente menos del 5 % en peso y más preferentemente menos del 1 % en peso del poliol. Preferentemente, dichos polioles presentan una funcionalidad OH de al menos 2. Los polioles A1 más preferidos se seleccionan de la lista que consiste en glicol, glicerol, propanodiol, butanodiol, 1,2,10-decanotriol, 1,2,8-octanotriol, 1,2,3-trihidroxibenceno, 1,1,1-trimetilolpropano, 1,1,1-trimetiloletano, pentaeritritol y azúcarespolioles. Más preferentemente, el poliol A1 es glicerol.
La relación estequiométrica del componente de poliisocianato con respecto al componente de poliol se ajustó para estar entre (0,85/1,0 y 1,2/1,0, preferentemente entre 0,9/1,0 y 1,1/1,0, más preferentemente para ser 1,0/1,0).
El término "componente poliol" se refiere a todos los compuestos de la composición polimerizable que tienen grupos hidroxilos libres. El poliol A1 constituye al menos el 80 % en peso, preferentemente al menos el 85 % en peso, más preferentemente al menos el 90 % en peso y más preferentemente al menos el 95 % en peso del componente poliol de la composición polimerizable. La alta proporción del poliol A1 en el componente de poliol de la composición polimerizable es importante para conseguir una alta densidad de red de grupos de uretano y, concomitantemente, una alta temperatura de transición vítrea.
Poliisocianato A2
El término "poliisocianato", tal como se utiliza aquí, es un término colectivo para los compuestos que contienen dos o más grupos isocianato en la molécula (el experto en la materia entiende que se trata de grupos isocianato libres de la estructura general -N=C=O). Los representantes más simples e importantes de estos poliisocianatos son los diisocianatos. Estos tienen la estructura general O=C=N-R-N=C=O donde R representa típicamente radicales alifáticos, alicíclicos y/o aromáticos.
Cuando se hace referencia en general a "poliisocianatos", se trata de poliisocianatos monoméricos y/u oligoméricos por igual. Sin embargo, para entender muchos aspectos de la invención, es importante distinguir entre diisocianatos monoméricos y poliisocianatos oligoméricos. Cuando se hace referencia aquí a los "poliisocianatos oligoméricos", se trata de poliisocianatos formados a partir de al menos dos moléculas de diisocianato monomérico, es decir, compuestos que constituyen o contienen un producto de reacción formado por al menos dos moléculas de diisocianato monomérico.
Por ejemplo, el diisocianato de hexametileno (HDI) es un "diisocianato monomérico" ya que contiene dos grupos isocianato y no es un producto de reacción de al menos dos moléculas de poliisocianato
Figure imgf000004_0001
Los productos de reacción que se forman a partir de al menos dos moléculas de HDI y que siguen teniendo al menos dos grupos isocianato, por el contrario, son "poliisocianatos oligoméricos" en el contexto de la invención. Representantes de tales "poliisocianatos oligoméricos" son, a partir del HDI monomérico, por ejemplo, el isocianurato de HDI y el biuret de HDI, cada uno de los cuales está formado por tres unidades monoméricas de HDI
Figure imgf000004_0002
isocianurato de HDI biuret de HD|
(fórmulas estructurales idealizadas)
En el contexto de la presente invención, tanto los isocianatos monoméricos como los oligoméricos son igualmente útiles. Sin embargo, en una realización preferida de la presente invención, el material de superficie sólida está hecho de una composición polimerizable en la que los poliisocianatos oliogénicos constituyen al menos el 5 % en peso, más preferentemente al menos el 10 % en peso, incluso más preferentemente al menos el 25 % en peso y más preferentemente al menos el 50 % en peso de la masa total de isocianatos que comprende la composición polimerizable.
En una realización especialmente preferida de la presente invención, los poliisocianatos oligoméricos constituyen al menos el 95 % en peso y, más preferentemente, al menos el 98 % en peso de la masa total de isocianatos que comprende la composición polimerizable. Dichas composiciones de isocianato que tienen un bajo contenido de poliisocianatos monoméricos pueden obtenerse haciendo reaccionar poliisocianatos monoméricos en condiciones de reacción adecuadas y eliminando posteriormente los poliisocianatos monoméricos que no han reaccionado, por ejemplo, mediante destilación en capa fina.
Los procesos de preparación de poliisocianatos oligoméricos adecuados para la presente invención se describen, por ejemplo, en J. Prakt. Chem. 336(1994) 185-200, en DE-A 1670666, DE-A 1954093, DE-A 2414413, DE-A 2452 532, DE-A 2641 380, DE-A 3700209, DE-A 3900053 y DE-A 3928 503 o en EP-A 0336205, EP-A 0339396 y EP-A 0798299.
Los poliisocianatos que son especialmente adecuados para su uso en la presente invención se seleccionan preferentemente de la lista que consiste en 1,4-diisocianatobutano (BDI), 1,5-diisocianatopentano (PDI), 1,6-diisocianatohexano (HDI), 2-metil-1,5-diisocianatopentano, 1,5-diisocianato-2,2-dimetilpentano, 2,2,4- o 24,4-trimetil-1,6-diisocianatohexano, 1,10-diisocianatodecano, 1,3- y 1,4-diisocianatociclohexano, 1,4-diisocianato-3,3,5-trimetilciclohexano, 1,3-diisocianato-2-metilciclohexano, 1,3-diisocianato-4-metilciclohexano, 1-isocianato-3,3,5-trimetil-5-isocianometilciclohexano (diisocianato de isoforona; IPDI), 1-isocianato-1-metil-4(3)-isocianometilciclohexano, 2,4'- y 4,4'-diisocianatodiciclohexilmetano (H12MDI), 1,3- y 1,4-bis(isocianometil)ciclohexano bis(isocianometil)norbornano (NBDI), 4,4'-diisocianato-3,3'-dimetilciclohexilmetano, 4,4'-diisocianato-3,3',5,5'-tetrametildiciclohexilmetano, 4,4'-diisocianato-1,1'-bi(ciclohexilo), 4,4'-diisocianato-3,3'-dimetil-1,1'-bi(ciclohexilo), 4,4'-diisocianato-2,2',5,5'-tetrametil-1,1'-bi(ciclohexilo), 1,8-diisocianato-p-mentano, 1,3-diisocianatoadamantano, 1,3-dimetil-5,7-diisocianatoadamantano, 1,3 -y 1,4-bis(isocianometil)benceno (diisocianato de xilileno; XDI), 1,3- y 1,4-bis-1-isocianato-1-metiletil)benceno (TMXDI) y carbonato de bis(4-(1-isocianato-1-metiletil)fenilo), 2,4- y 2,6-diisocianatotolueno (TDI), 2,4'- y 4,4'-diisocianatodifenilmetano (MDI), 1,5-diisocianatonaftaleno y sus combinaciones. Si se utilizan poliisocianatos oligoméricos, éstos se basan preferentemente en los mencionados poliisocianatos monoméricos.
Entre estos poliisocianatos se prefieren especialmente los poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos. Los poliisocianatos alifáticos particularmente preferidos se seleccionan preferentemente de la lista que consiste en diisocianato de 1,6-hexano (HDI), diciclohexilmetano-4,4'-diisocianato (H12MDI), diisocianato de isoforona (IPDI), diisocianato de 2,2,4-trimetilhexametileno (TMDI) y diisocianato de pentametileno 5 (PDI).
En una realización particularmente preferida de la presente invención, los poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos definidos anteriormente constituyen al menos el 60 % en peso, más preferentemente al menos el 80 % en peso, incluso más preferentemente al menos el 90 % en peso y más preferentemente al menos el 95 % en peso de la masa total de isocianatos en la composición polimerizable. En una realización particularmente preferida de la presente invención, la composición polimerizable no contiene poliisocianatos aromáticos ni aralifáticos.
En otra realización particularmente preferida de la presente invención, los poliisocianatos oligoméricos constituyen al menos el 60 % en peso, más preferentemente al menos el 80 % en peso, incluso más preferentemente al menos el 90 % en peso y más preferentemente al menos el 95 % en peso de la masa total de isocianatos en la composición polimerizable. El uso de poliisocianatos oligoméricos en lugar de monoméricos contribuye a mejorar la seguridad a la hora de manipular estos materiales, ya que los oligómeros tienen una presión de vapor más baja que los monómeros.
Según la invención, es posible utilizar combinaciones de al menos dos o al menos tres poliisocianatos monoméricos y/u oligoméricos diferentes un componente (ii).
Para ajustar la viscosidad del componente poliisocianato (ii) de la composición polimerizable, es particularmente ventajoso combinar al menos un poliisocianato monomérico con al menos un poliisocianato oligomérico. Dicho poliisocianato oligomérico puede estar basado en el poliisocianato monomérico empleado. También puede basarse en un poliisocianato monomérico que no esté presente en la composición polimerizable como monómero. La mencionada combinación de poliisocianatos oligoméricos y monoméricos también es útil para disminuir la contracción de volumen durante el proceso de curado de la composición polimerizable.
Agente de carga orgánico B1
Los agentes de carga orgánicos preferidos B1 se seleccionan del grupo que consiste en polietileno, polietileno de alta densidad, cloruro de polivinilo, silicona, policarbonato, poliamida 11, poliamida 12, poliuretano termoplástico, poliurea en polvo y polipropileno. Preferentemente, los tamaños de grano están en el rango de 1-300 pm, más preferentemente presentan un tamaño de grano de 200 pm a 300 pm.
Preferentemente, el agente de carga orgánico B1 constituye al menos el 5 % en peso, más preferentemente al menos el 15 % en peso, incluso más preferentemente más del 40 % en peso y más preferentemente al menos el 60 % en peso de la masa total de la composición polimerizable.
Agente de carga inorgánico B2
Los agentes de carga orgánicos más preferidos se seleccionan del grupo que consiste en trihidrato de alúmina, cuarzo y dolomita. Preferentemente, el trihidrato de alúmina tiene una densidad de 2,45 g/c m3 y una dureza Mohs de 2,5 a 3,5. Preferentemente, el cuarzo tiene una densidad de 2,65 g/c m3 y una dureza Mohs de 7,0. Preferentemente, la dolomita tiene una densidad de 2,9 g/c m3 y una dureza Mohs de 3,5 a 4,0. El agente de carga inorgánico B2 más preferido es el trihidrato de alúmina.
El término "no secado" al describir el agente de carga inorgánico B2 se refiere a un material que no ha sido sometido a temperaturas superiores a 50 °C, más preferentemente a más de 80 °C y más preferentemente a más de 120 °C en las últimas 24 horas antes de añadirlo a la composición polimerizable. Por lo tanto, el agente de carga inorgánico contiene agua que está ligada como agua de cristalización o presente como relicto de humedad del aire. Preferentemente, la carga inorgánica se ha almacenado entre -10 °C y 50 °C y en presencia de una humedad del aire entre 3 g/m3 y 15 g/m3 durante al menos 48 horas antes de añadirla a la composición polimerizable.
El término "no secado" significa que, aunque estos agentes de carga son higroscópicos, se añaden a la formulación sin una etapa de procesamiento previa destinada a reducir el contenido de agua. Por lo tanto, tienen el contenido de agua que obtienen en las condiciones de almacenamiento mencionadas anteriormente.
Preferentemente, los agentes de carga inorgánicos sin secar tienen un contenido de agua de al menos 0,15 % en peso, más preferentemente de 0,9 % en peso. El límite superior del contenido de agua de un agente de carga inorgánico adecuado B2 es preferentemente el 5 % en peso, más preferentemente el 3 % en peso.
El contenido total de agua de la composición polimerizable depende del contenido de agua del agente de carga inorgánico, así como de la proporción del agente de carga inorgánico con respecto a la masa total de la composición. Preferentemente, el contenido total de agua de la composición polimerizable que se introduce mayoritariamente a través de la carga inorgánica B2 oscila entre el 0,1 % en peso y el 4,0 % en peso, más preferentemente entre el 0,2 % en peso y el 3,0 % en peso y más preferentemente entre el 0,2 % en peso y el 2,0 % en peso. Para conseguir una superficie libre de defectos se puede incluso preferir añadir deliberadamente agua para ajustar el contenido total de agua de acuerdo con el rango especificado anteriormente.
Preferentemente, el agente de carga inorgánico B2 constituye al menos el 25 % en peso, más preferentemente al menos el 50 % en peso, incluso más preferentemente al menos el 70 % en peso y más preferentemente al menos el 80 % en peso de la masa total de la composición polimerizable. En principio, son deseables altas concentraciones del agente de carga inorgánico para optimizar las propiedades del material de la superficie sólida. Sin embargo, hay un límite superior de contenido de agente de carga porque debe haber una proporción suficiente de material de matriz para promover la cohesión del material de la superficie sólida. Por lo tanto, el contenido de agente de carga inorgánico no supera el 65% en peso.
El agente de carga orgánico B1 y el agente de carga inorgánico B2 se utilizan, preferentemente, en una relación en peso de 1 % B1 y 99 % B2 a 99 % B1 y 1 % B2, más preferentemente en una relación de 10 % B1 y 90 % B2 a 90 % B1 y 10 % B2.
Catalizador
Preferentemente, la composición polimerizable comprende además un catalizador C. Como catalizador C es adecuado cualquier compuesto que medie la formación de grupos uretano a partir de isocianatos y polioles. Tales compuestos son bien conocidos por el experto en la materia.
Los catalizadores C preferidos son el laurato de dibutilo y estaño, el neodenoato de zinc, el carboxilato de bismuto o sus combinaciones.
Otros catalizadores preferidos se seleccionan del grupo que consiste en formiato de amonio, acetato de amonio, octanoato de amonio, acetato de estaño(II), octoato de estaño (II), etilhexoato de estaño (II), laurato de estaño (II), diacetato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño, maleato de dibutilestaño, dineodecanoato de dimetilestaño dioleato de dimetilestaño, laurilmercaotido de dimetilestaño, dineodecanoato de dioctilestaño, diacetato de dioctilestaño, 2-etilhexanoato de bismuto, 2-etilhexanoato de cobalto, 2-etilhexanoato de hierro, acetato de sodio, octoato de sodio, formiato de kalio, acetato de kalio, etilhexaoto de kalio, octoato de kalio y sus mezclas.
La composición polimerizable de la presente invención comprende preferentemente el catalizador definido anteriormente en una cantidad comprendida entre el 0,1% y el 2% en peso en la composición final.
Microesferas
En una realización preferida, la composición polimerizable comprende adicionalmente microesferas expandibles D. Dichas microesferas pueden estar llenas o vacías. Preferentemente, se llenan con un hidrocarburo que actúa como agente formador de espuma, es decir, que se expande si se calienta la composición polimerizable. Las microesferas tienen una cubierta que está hecha de un material termoplástico, de modo que se ablanda si se aplica calor y permite la expansión de la microesfera. Dado que las microesferas durante el proceso de curado que implica el calentamiento de la composición polimerizable, su expansión aumenta el volumen de la composición y, por lo tanto, contrarresta la contracción de volumen que es causada por la reticulación de los grupos isocianato e hidroxilo. Por lo tanto, las microesferas mejoran la estabilidad dimensional y la calidad de las superficies del material de la superficie sólida.
Preferentemente, las microesferas no expandidas, es decir, expandibles, tienen un diámetro entre 1 pm y 1 mm, más preferentemente entre 2 pm y 0,5 mm y más preferentemente entre 5 pm y 50 pm. Tras la expansión, su diámetro aumenta preferentemente en un factor entre 2 y 5.
La cubierta de la microesfera se fabrica preferentemente con un material hecho de monómeros seleccionados del grupo que consiste en cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, acrilonitrilo, metacrilato de metilo o estireno, 5 y sus mezclas. Los agentes formadores de espuma preferidos se seleccionan del grupo que consiste en freones, n-pentano, i-pentano, neopentano, butano e i-butano. Un freón preferido es el triclorofluorometano.
El agente formador de espuma constituye preferentemente entre el 5 y el 30% del peso de la microesfera. Un ejemplo de un producto de microesferas adecuado, preferido y disponible en el mercado, es Expancel (marca comercial), que tiene una cubierta termoplástica de un copolímero de cloruro de vinilideno/acrilonitrilo e isobutano como agente formador de espuma.
Las microesferas D se añaden preferentemente a la composición polimerizable en una cantidad que constituye entre el 0,1 % en peso y el 18 % en peso, más preferentemente entre el 0,1 % en peso y el 5,0 % en peso sobre la masa total de la composición polimerizable.
En un caso particular, se ha demostrado que al añadir más microesferas expandibles termoplásticas, al menos un 3% en peso sobre la cantidad total de la composición final, la estructura del sólido de poliuretano ya reticulado puede tener dos densidades distintas: una densidad compacta superior a 1100 g/cm3, típica de los materiales de superficie sólida con un espesor de lámina de 2 a 5 mm en la parte exterior y una densidad baja o media de 200 a 800 g/cm3, en la parte interior o núcleo. Esta característica hace que la pieza tenga una estructura tipo sándwich que proporciona propiedades físicas muy mejoradas como, por ejemplo, una buena resistencia a la rotura y al impacto, con un menor peso final de la pieza.
Aditivos
En una realización preferida de la presente invención, la composición polimerizable comprende además al menos un aditivo E. Los aditivos adecuados dependen del proceso de transformación y del tipo de poliuretano. Los aditivos preferidos que pueden utilizarse en la presente invención son los estabilizadores, los agentes espumantes, los agentes retardadores de la llama y los compuestos que protegen el poliuretano contra la degradación hidrolítica, la oxidación o la luz ultravioleta o los pigmentos. Además de los aditivos mencionados, hoy en día se pueden incorporar diferentes tipos de nanopartículas a la matriz polimérica para conseguir propiedades específicas. Las nanopartículas son partículas orgánicas o inorgánicas cuyo tamaño oscila entre 1 y 100 nm.
Ventajas
La contracción de volumen es un problema común cuando se trata de fundir materiales de superficie sólida. Por ejemplo, los materiales basados en poliéster, metil-metacrilato o polimetil-metacrilato presentan una contracción de volumen del 10-15 % tras el curado, mientras que en el caso de los poliuretanos es del orden del 3-5 %, lo que permite diseños más complejos de la pieza de superficie sólida curada. Por lo tanto, el uso del poliuretano como material de la matriz tiene importantes ventajas. Sorprendentemente, se pudo demostrar que el uso de poliuretano como material de matriz en el moldeo por inyección de reacción no requiere el secado de los agentes de carga inorgánicos antes de su uso. Así, la presente invención proporciona un nuevo material de superficie sólida con propiedades mejoradas que puede fabricarse mediante un proceso rápido y barato.
Material de superficie sólida
Como se ha expuesto anteriormente, el curado de la composición polimerizable según la presente invención produce un material de superficie sólida. Por lo tanto, en otra realización, la presente invención se refiere a un material de superficie sólida que comprende
a) una matriz de poliuretano con una temperatura de transición vítrea de al menos 45 °C que comprende como bloques de construcción
(i) al menos un poliol A1 con un contenido de OH de al menos 25 % en peso; y
(ii) al menos un poliisocianato A2 que comprenda al menos un 60 % en peso de poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos;
en el que el poliol A1 constituye al menos el 80 % en peso de todos los compuestos hidroxilo-funcionales de la matriz de poliuretano; y
b) al menos un agente de carga orgánico B1 y al menos un agente de carga inorgánico B2, en el que el gente de carga inorgánico B2 no está seco.
Todas las definiciones dadas anteriormente con respecto a los componentes de la composición polimerizable y sus proporciones en la composición polimerizable también se aplican a esta realización.
El término "material de superficie sólida" es bien conocido por el experto en la materia. Se refiere a un material sólido no poroso que comprende una matriz polimérica y un agente de carga. Una definición preferente de los materiales de superficie sólida se encuentra en la norma ISO 19712-1 UNE.EN: 2013.
Dicho agente de carga puede ser un agente de carga orgánico B1 como se ha descrito anteriormente con más detalle o puede ser un agente de carga inorgánico B2 también descrito anteriormente con más detalle. Preferentemente, el material de la superficie sólida comprende tanto un agente de carga orgánico B1 como un agente de carga inorgánico B2. El material es, preferentemente, homogéneo en todo su espesor, es decir, tiene la misma composición y estructura en cada parte.
La matriz polimérica del material de superficie sólida comprende un poliuretano que comprende al menos un poliol A1 y al menos un poliisocianato A2 como se ha descrito anteriormente. Más preferentemente, la matriz polimérica consiste en un poliuretano de este tipo, es decir, la matriz de poliuretano se produce a partir de la composición polimerizable definida más arriba en la presente solicitud. La matriz polimérica del material de superficie sólida es la parte del material que forma una fase continua en la que se dispersan los agentes de carga orgánicos y/o inorgánicos.
La temperatura de transición vítrea de la matriz de poliuretano es de al menos 45 °C, preferentemente de al menos 65 °C y más preferentemente de al menos 85 °C. Así, el material de superficie sólida de la presente invención no es un elastómero. Un material sólo presenta propiedades elastoméricas si se utiliza a una temperatura muy inferior a su temperatura de transición vítrea.
En una realización preferida de la presente invención, el material de superficie sólida definido anteriormente se fabrica utilizando la composición polimerizable de la invención en el proceso de moldeo por reacción (RIM).
Procedimiento
En otra realización, la presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar un material de superficie sólida que tiene una temperatura de transición vítrea de al menos 45 °C que comprende las etapas de
a) mezcla de al menos un poliol A1 con un contenido de OH de al menos 25 % en peso, al menos un poliisocianato A2 que comprenda al menos 60 % en peso de poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos, al menos un agente de carga orgánico B1 y al menos un agente de carga inorgánico B2; en elque el poliol A1 constituya al menos el 80 % en peso de todos los compuestos hidroxilo-funcionales de la mezcla de reacción obtenida en la etapa de procedimiento a);
b) llenado de la mezcla de reacción obtenida en la etapa del procedimiento a) en un molde; y
c) curado de la mezcla de reacción.
Todas las definiciones dadas anteriormente se aplican también a esta realización de la invención a menos que se especifique lo contrario.
La etapa a) del procedimiento se realiza preferentemente no más de 5 minutos, más preferentemente no más de 2 minutos, aún más preferentemente no más de 1 minuto y, más preferentemente no más de 30 segundos antes de iniciar la etapa b) del procedimiento.
El poliol A1 constituye al menos el 80 % en peso, preferentemente al menos el 85 % en peso, más preferentemente al menos el 90 % en peso y más preferentemente al menos el 95 % en peso de todos los compuestos hidroxilofuncionales en la mezcla de reacción obtenida en la etapa a) del procedimiento. Es particularmente preferible que esta limitación se aplique también a la mezcla de reacción curada en la etapa de procedimiento c), es decir, que antes del curado en la etapa de procedimiento c) sólo se añadan compuestos hidroxilo-funcionales distintos del poliol A1 en una cantidad que no disminuya la proporción de poliol A1 por debajo de los valores establecidos anteriormente.
El molde utilizado en el procedimiento de la presente invención es, preferentemente, un molde cerrado. Preferentemente, la mezcla de reacción obtenida en la etapa a) del procedimiento se llena en dicho molde cerrado bajo presión dentro del rango de 2 bar a 3500 bar, más preferentemente 2 bar a 200 bar y más preferentemente 2 bar a 14 bar. Preferentemente, el molde utilizado en el procedimiento de la presente invención tiene una temperatura entre 25 °C y 130 °C, más preferentemente entre 25 °C y 80 °C. El proceso de curado en la etapa c) del procedimiento finaliza cuando la composición polimerizable se ha vuelto sólida y puede ser manipulada. El tiempo necesario para alcanzar esta fase depende de la temperatura del molde, del catalizador y de su concentración, así como de la forma y el tamaño del producto. Los tiempos de curado necesarios pueden determinarse fácilmente mediante sencillos experimentos. Los tiempos de curado preferidos son entre 5 y 60 minutos. La inserción de la composición polimerizable en un molde cerrado y el posterior curado de la composición en el molde cerrado se conoce como moldeo por inyección de reacción.
En otra realización, la presente invención se refiere a un material de superficie sólida obtenido por el procedimiento descrito anteriormente.
Otra realización de la presente invención se refiere al uso de la composición polimerizable de la invención para fabricar un producto seleccionado del grupo que consiste en fachadas, paneles, revestimientos, marcos de ventanas, techos, rejillas, escaleras, muebles de jardín, mesas, sillas, camas, puertas, marcos, fregaderos, lavabos, platos de ducha, tumbonas, paragüeros, revestimientos para piscinas, baldosas, parques infantiles, bancos, taburetes, jardineras, estanterías, jarrones, armarios, percheros, cómodas, lámparas, encimeras, barras, zapateros y cajas. Dichos productos son adecuados para su uso en interiores y exteriores.
Los siguientes ejemplos sólo pretenden ilustrar la invención. No limitarán en modo alguno el alcance de las reivindicaciones.
Ejemplos
Materiales:
Desmodur N3600: isocianurato a base de HDI sin disolventes
DesmodurXP2489 poliisocianato HDI/IPDI sin disolventes
La ficha técnica del trihidruro de alúmina menciona un contenido de agua del 0,25% a 105 °C. La muestra se almacenó a temperatura ambiente en el laboratorio.
Ejemplo 1 (inventiva)
1A Material de superficie sólida con agentes de carga inorgánicos
Matriz con Tg. estándar
El Desmodur N3600 y el glicerol (NCO:OH = 1) se mezclaron con el trihidrato de alúmina con un equipo de mezclado estándar para obtener una relación en peso de resina y agente de carga de 70:30. 0.se añadió un 005% en peso de laurato de dibutilestaño como catalizador.
La mezcla de reacción se inyectó en un molde (1 cm x 15 cm x 10 cm) a una presión de 5 bares y se desmoldó después de 20 minutos.
El material de superficie sólida reaccionado mostró una temperatura de transición vitrea de 103 °C.
Matriz con alta Tg
El DesmodurXP2489 y el glicerol (NCO:OH = 1) se calentaron a 50°C y se mezclaron con el trihidrato de alúmina con un equipo de mezclado estándar para obtener una relación de resina y agente de carga de 70:30. 0.se añadió un 005% en peso de laurato de dibutilestaño como catalizador.
La mezcla de reacción se inyectó en un molde (1 cm x 15 c m x 10 cm) a una presión de 5 bares y se desmoldó después de 20 minutos.
El material de superficie sólida reaccionado mostró una temperatura de transición vítrea de 160 °C.
La evaluación óptica de ambos productos mostró una superficie uniforme y homogénea sin defectos. Un corte en la superficie mostró un material homogéneo sin burbujas visibles.
Ejemplos 23 y 2 (comparativo)
El DesmodurXP2489, el glicerol (NCO:OH = 1) y el trihidrato de alúmina se mezclaron en un mezclador de velocidad durante 30 segundos a 3500 rpm para obtener una relación de resina y agente de carga de 70:30. A continuación, la mezcla de reacción se introdujo en un molde abierto a temperatura ambiente.
Tras el curado durante 8 horas a 130°C, se comprobaron las propiedades ópticas y mecánicas del material. El resultado fue una superficie irregular que no satisface la estética de un material de superficie sólida común. Había burbujas abiertas y cerradas en la superficie.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Composición polimerizable que comprende
(i) al menos un poliol A1 con un contenido de OH de al menos 25 % en peso;
(ii) al menos un poliisocianato A2 que comprenda al menos un 60 % en peso de poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos;
(iii) al menos un agente de carga orgánico B1; y
(iv) al menos un agente de carga inorgánico B2, en el que el agente de carga inorgánico B2 no se seca;
en la que el poliol A1 constituye al menos el 80 % en peso de todos los compuestos hidroxilo-funcionales de la composición polimerizable.
2. La composición polimerizable de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha composición polimerizable comprende al menos un 25 % en peso de agente de carga inorgánico B2 basado en la masa total de la composición polimerizable.
3. La composición polimerizable de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que dicha composición polimerizable comprende al menos un 5 % en peso de agente de carga orgánico B1 basado en la masa total de la composición polimerizable.
4. La composición polimerizable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el poliisocianato A2 comprende al menos un 5 % en peso de poliisocianatos oligoméricos.
5. La composición polimerizable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el agente de carga inorgánico se selecciona del grupo que consiste en trihidrato de alúmina, cuarzo y dolomita.
6. La composición polimerizable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el agente de carga inorgánico tiene un contenido de agua de al menos 0,15 % en peso.
7. La composición polimerizable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el agente de carga orgánico B1 se selecciona del grupo que consiste en polietileno, polietileno de alta densidad, cloruro de polivinilo, silicona, policarbonato, poliamida 11, poliamida 12, poliuretano termoplástico, poliurea en polvo y polipropileno.
8. Uso de la composición polimerizable de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para fabricar un material de superficie sólida.
9. Material de superficie sólida que comprende
a) una matriz de poliuretano que comprende como bloques de construcción
(i) al menos un poliol A1 que tiene un contenido de OH de al menos 25 % en peso; y
(ii) al menos un poliisocianato A2 que comprenda al menos un 60 % en peso de poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos;
en el que el poliol A1 constituye al menos el 80 % en peso de todos los compuestos hidroxilo-funcionales de la matriz de poliuretano; y
b) al menos un agente de carga orgánico B1 y al menos un agente de carga inorgánico B2, en el que el gente de carga inorgánico B2 no está seco.
10. El material de superficie sólida de la reivindicación 9, que tiene una densidad de al menos 1000 kg/m3.
11. Procedimiento de fabricación de un material de superficie sólida que comprende las etapas de
a) mezcla de al menos un poliol A1 con un contenido de OH de al menos 25 % en peso, al menos un poliisocianato A2 que comprenda al menos 60 % en peso de poliisocianatos alifáticos y cicloalifáticos, al menos un agente de carga orgánico B1 y al menos un agente de carga inorgánico B2; en elque el poliol A1 constituya al menos el 80 % en peso de todos los compuestos hidroxilo-funcionales de la mezcla de reacción obtenida en la etapa de procedimiento a);
b) llenado de la mezcla de reacción obtenida en la etapa del procedimiento a) en un molde; y
c) curado de la mezcla de reacción.
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el procedimiento es un proceso de moldeo por reacción.
13. Material de superficie sólida obtenido por el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 o 12.
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