Desarrollo de polioles poliéter poliméricos para producir espumas flexibles de poliuretano con propiedades mejoradas

Resumen

En el presente trabajo de investigación se estudia el desarrollo de polioles poliéter poliméricos (PPPs) para la producción de espumas flexibles de poliuretano (FPUs) con propiedades mejoradas. Así, en esta tesis doctoral se produjeron dos tipos de PPPs en función de la propiedad de la espuma a mejorar, PPP de poliestireno (PS) para mejorar las propiedades mecánicas y PPP con cápsulas de parafina (PPP termorregulador), para la mejora de las propiedades térmicas. Para asegurar la estabilidad de las partículas poliméricas de PS en medio poliol se desarrolló un dispersante no acuoso (DNA) que permita asegurar la estabilidad de las partículas poliméricas en el medio poliol. Se plantea un DNA de doble propósito conteniendo dos segmentos perfectamente distinguibles. Grupos vinílicos que le aporten al DNA la capacidad para polimerizar con monómeros vinílicos, y un segundo segmento con grupos hidroxilo de fuerte afinidad por los grupos hidroxilo y/o los oxígenos éter del poliol poliéter trifuncional (PP) y que permitan asegurar una buena estabilidad de las partículas en el medio poliol, evitando la sedimentación y la coalescencia de las partículas poliméricas. Este DNA se sintetizó mediante el proceso Stöber, proceso ampliamente utilizado para la producción de gel de sílice empleando los alcoxilanos Tetraetilortosilicato (TEOS) y Viniltrietoxisilano (VTES) como precursores. Se estudió la influencia de este DNA modificando las concentraciones de monómero (estireno, S), iniciador, DNA y temperatura. Mediante el uso de este DNA fue posible sintetizar PPPs trifuncionales estables a partir de S conteniendo hasta un 38 y 43 %p/p de sólidos. Las condiciones de reacción óptimas se establecieron utilizando una concentración de 1,5 %p/p de DNA, 4 %p/p de iniciador con respecto a la cantidad de S y una temperatura de polimerización de 80ºC. La viscosidad del PPP óptimo (38 %p/p, 1930 mPa.s y 43 %p/p, 3671 mPa.s) fue menor que la de los PPPs disponibles en el mercado (42 %p/p, 4500 mPa.s) para contenido de sólidos similares, con la ventaja adicional de emplear una cantidad menor de DNA (1,5 %p/p < 2.0-5.0 %p/p utilizado industrialmente) y una temperatura de reacción más suave que las empleadas en el proceso industrial (110ºC). Por otro lado, para la síntesis del PPP termorregulador (T-PPP), se llevó a cabo en medio acuoso empleando agua y toluendiisocianato (TDI) como monómeros para la formación de un polímero de poliurea. De esta forma, se obtiene un Slurry acuoso constituido por cápsulas termorreguladoras de PCM con carcasa de poliurea dispersas en agua y que posteriormente será sustituida por el poliol (PP) deseado. En este caso, se pretende utilizar un exceso de TDI tal que en el Slurry queden grupos NCO libres que puedan actuar como DNA mediante la reacción posterior con el PP. De esta forma, el T-PPP consiste en partículas de poliurea con PCM encapsulado estabilizadas en el medio poliol. Se encontró que un Slurry acuoso con una concentración de NCO libre del 0,44% y un tiempo de adición del poliol de 20 minutos eran las condiciones adecuadas para obtener un T-PPP con una concentración de sólidos del 40%p/p, un calor latente (LH) de 37,71 J/g y buenas propiedades reológicas. Finalmente, se comprobó la viabilidad de utilizar los PPPs desarrollados con partículas de PS y cápsulas de poliurea conteniendo PCM, respectivamente, en la producción de FPUs. Las FPUs de propiedades mecánicas mejoradas se prepararon con PPPs de dos concentraciones de PS 33 %p/p (PPP33) y 43 %p/p (PPP43) con tamaños de partícula promedio de 4,64 y 2,64 µm, respectivamente. Se utilizaron diferentes porcentajes de PPP en la formulación de las FPUs, 10, 20 y 40 partes por cien (ppc) en la receta de espumación. Se compararon las propiedades estructurales, morfológicas y mecánicas con las obtenidas al utilizar un PPP comercial (C-PPP) conteniendo un 42 %p/p de estireno-acrilonitrilo (SAN) como relleno y las presentadas por una FPU polimérica comercial, proporcionada por INERPLASP, conteniendo 50 ppc de un PPP con un 40 %p/p de sólidos aproximadamente. De esta forma, se obtuvieron FPUs con distintas concentraciones de relleno conteniendo PPP33, PPP43 y C-PPP que permitieron sintetizar FPUs de mayor dureza sin empeorar de manera significativa otras propiedades físicas, mecánicas y estructurales siendo adecuadas para ser utilizadas como FPUs en el sector automovilístico. Posteriormente, se estudió la viabilidad de espumación del T-PPP. Para ello, se sintetizaron FPUs que contenían 0, 6,25, 10, 15 y 20 ppc de T-PPP, observando un aumento en la capacidad de almacenamiento térmico de las mismas. Las propiedades de las FPUs sintetizadas con el T-PPP fueron comparadas con las FPUs conteniendo PS y SAN como relleno, junto con la espuma comercial, mostrando de igual forma su aplicabilidad en el sector automovilístico.