PT1650240E

PT1650240E - Espumas flexíveis de poliuretano de baixa densidade aparente e resistência reduzida à compressão

Info

Publication number: PT1650240E
Application number: PT05021980T
Authority: PT
Inventors: Sven Dr Meyer-Ahrens; Klaus Steinborn; Manfred Naujoks
Original assignee: Bayer Materialscience Ag
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-10-08
Publication date: 2007-11-07
Also published as: EP1650240B1; CN1772786A; NO20054612D0; NO20054612L; KR20060054066A; RU2422469C2; RU2005132110A; CA2523398A1; US20060084710A1; ES2292033T3; JP2006117936A; MXPA05011148A; DE102004051048A1; SI1650240T1; CN1772786B; PL1650240T3; EP1650240A1; BRPI0504675A; DK1650240T3; ATE370175T1

Description

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DESCRIÇÃO "ESPUMAS FLEXÍVEIS DE POLIURETANO DE BAIXA DENSIDADE APARENTE E RESISTÊNCIA REDUZIDA À COMPRESSÃO" A presente invenção diz respeito a espumas flexíveis de poliuretano com valores de densidade aparente inferiores a 15 kg/m3 e valores de resistência à compressão inferiores a 1,5 kPa e a um processo para a sua preparação.

Foram já produzidas espumas flexíveis de poliuretano com densidades de 15 kg/m3 e inferiores e com uma resistência à compressão inferior a 1,5 kPa, utilizando para tal combinações de agentes expansores gue continham água e CFC. Após a proibição dos CFC, só por meio da utilização de agentes expansores, tais como diclorometano ou acetona, ou então por formação da espuma sob pressão reduzida se conseguia obter valores reduzidos de densidade aparente. Todos estes processos possuem diversas desvantagens gue, às vezes, são bastante graves: em muitos países, o diclorometano está sujeito a condições restritas de utilização em termos de concentração máxima no local de trabalho e aos valores de emissão permitidos às unidades de fabrico industrial; já no caso da cetona, é necessário conceber unidades de fabrico à prova de explosão, e a produção sob pressão reduzida obriga à blindagem dispendiosa da fábrica e permite uma produção contínua só até um determinado limite. A utilização de água como único agente expansor, com o consequente aumento da quantidade de água utilizada, dá origem a espumas com propriedades mecânicas muito fracas. Além disso, pode ocorrer a descoloração da espuma, ou mesmo 2 a sua combustão espontânea, devido à natureza exotérmica da reacção de expansão. Em função do poliol utilizado, também é possivel aumentar a rigidez e a fragilidade da espuma produzida por meio da adição de maiores quantidades de água. A patente de invenção norte-americana n° 4 970 243 A descreve a preparação de espumas flexíveis com valores de densidade aparente inferiores a 21 kg/m3, utilizando água como agente expansor, em quantidades compreendidas entre 5 e 15 partes por cada 100 partes de poliol, e trabalhando com indices de NCO (valor da proporção entre os grupos isocianato e os grupos que podem reagir com isocianato na mistura de reacção, multiplicado por 100) muito baixos, inferiores a 80 e de preferência entre 40 e 65.

Os documentos EP 0 719 627 Bl e EP 0 767 728 B2 descrevem a utilização de dióxido de carbono, dissolvido sob pressão, enquanto agente expansor para a produção de espumas convencionais. O documento EP 0 767 728 B2 salienta que é possível obter espumas com valores de densidade aparente de 15 kg/m3 e inferiores, utilizando água como agente expansor suplementar. No caso dos componentes polióis convencionais, por adição de 6 partes de C02 e 4,6 partes de água por cada 100 partes de poliol, é possível obter valores de densidade aparente de 14 kg/m3. No entanto, as espumas resultantes não possuem os valores desejados, bem inferiores a 1,5 kPa, de resistência à compressão. A patente de invenção norte-americana n° 4 143 004 A e o documento FR 2 172 860 A descrevem misturas especiais de polióis para a produção de espumas flexíveis de poliuretano com uma resistência à compressão particularmente reduzida, 3 as chamadas espumas "hipermacias". Estas misturas de polióis contêm dois poli-éter-polióis que são imisciveis entre si e que possuem um teor global de unidades óxido de etileno compreendido entre 50% e 70% em peso. No documento FR 2 172 860 A encontra-se descrito que as misturas de polióis deveriam possuir um teor em grupos hidroxilo primários compreendido entre 35% e 55%. Na patente de invenção norte-americana n° 4 143 004 A é necessário um teor em grupos hidroxilo primários compreendido entre 55% e 80%. As espumas produzidas possuem valores de densidade aparente compreendidos entre 20 e 30 kg/m3. A presente invenção proporciona espumas com valores de densidade aparente inferiores a 15 kg/m3 e de preferência inferiores a 13 kg/m3 (de acordo com a norma EN-ISO 845) , com valores de resistência à compressão inferiores a 1,5 kPa e de preferência inferiores a 1,0 kPa (de acordo com a norma EN-ISO 3386-1) e com boas propriedades mecânicas, para além destas.

Concluiu-se agora que é possível obter este tipo de espumas fazendo reagir poli-isocianatos com misturas especiais de polióis em combinação, utilizando quantidades elevadas de água e dióxido de carbono, dissolvido sob pressão elevada, como agente expansor. A presente invenção proporciona espumas flexíveis com uma densidade aparente inferior a 15 kg/m3, de preferência inferior a 13 kg/m3, e uma resistência à compressão inferior a 1,5 kPa, e de preferência inferior a 1,0 kPa, que podem ser obtidas fazendo reagir a) poli-isocianatos aromáticos com b) uma mistura de polióis constituída por 4 bl) 60 a 90 partes em peso pelo menos de um poli-éter-poliol com uma funcionalidade nominal compreendida entre 2 e 6 e de preferência de 3, um teor em oxietileno >60% em peso e de preferência >70% em peso, grupos OH primários predominantes, de preferência entre 75% e 85% de grupos OH primários, e um valor de OH (OHV) compreendido entre 10 e 112 e de preferência entre 40 e 50, e b2) 10 a 40 partes em peso pelo menos de um poli-éter-poliol com uma funcionalidade nominal compreendida entre 2 e 6 e de preferência de 3, um teor em oxietileno entre 0% e 30% em peso e de preferência entre 10% e 20% em peso, grupos OH secundários predominantes, de preferência entre 30% e 45% de grupos OH primários, e um OHV compreendido entre 8 e 112; c) água, de preferência numa quantidade inferior a 6 partes em peso por cada 100 partes em peso de mistura b); d) dióxido de carbono dissolvido sob pressão numa quantidade pelo menos de 6 partes em peso por cada 100 partes em peso de mistura b) e e) agentes reticuladores facultativos, f) utilizando-se estabilizadores de espuma à base de silicone, agentes de activação, catalisadores metálicos e outros agentes auxiliares convencionalmente utilizados para a produção de espumas de PU; com um índice de NCO compreendido entre 80 e 100 e de preferência entre 85 e 95.

As espumas flexíveis de acordo com a invenção são preparadas por reacção de poli-isocianatos aromáticos. De preferência, utiliza-se di-isocianato de tolueno (TDI) para 5 tal e mais preferencialmente sob a forma de uma mistura de isómeros que contém 80% em peso de 2,4-TDI ('TDI 80'). De acordo com outra variante preferida, utiliza-se o poli-isocianato utilizado é o di-isocianato de difenilmetano (MDI), sob a forma de MDI monomérico, misturas de MDI e seus homólogos superiores (MDI polimérico) ou suas misturas.

De acordo com uma variante preferida, o componente b2) contém um poli-éter-poliol com um OHV entre 28 e 35; de acordo com outra variante preferida, o OHV está compreendido entre 42 e 56. De acordo com outra variante da invenção, o componente b2) contém um poliol polimérico, um poliol PHD ou um poliol PIPA. Os polióis poliméricos são polióis que contêm uma proporção de polímeros sólidos, produzidos pela polimerização radical de monómeros adequados, tais como estireno ou acrilonitrilo, num poliol de base. Os polióis PHD são preparados por uma reacção de poliadição de di-isocianatos com diaminas, v.g., TDI e hidrazina, num poliol de base; os polióis PIPA são preparados por uma reacção de poliadição de di-isocianatos como amino-álcoois. Os polióis PIPA encontram-se descritos minuciosamente nos documentos GB 2072204 A, DE 31 03 757 AI e US 4 374 209 A.

Facultativamente, também é possivel utilizar agentes reticuladores e) . Os agentes reticuladores são compostos com um peso molecular compreendido entre 32 e 400, que contêm pelo menos dois grupos que podem reagir com o isocianato. De acordo com uma variante preferida da invenção, utiliza-se sorbitol, numa quantidade compreendida entre 0,5 e 5 partes em peso e de preferência entre 1 e 2 6 partes em peso por cada 100 partes em peso de mistura b), como agente reticulador.

As espumas de acordo com a invenção são preparadas de um modo conhecido, em principio, pelos especialistas na matéria, através de um processo descontinuo ou continuo, v.g., o processo de 'Draka-Petzetakis', 'Maxfoam', 'Hennecke-Planiblock' ou 'Vertifoam'. Para pormenores sobre tais processos, evja-se G. Oertel (Ed.): "Kunststoff Handbuch", vol. 7 "Poliurethane", 3aa ed., Hanser Verlag, Munique 1993, págs. 193-220.

De acordo com as formulações apresentadas no quadro 1 e utilizando os materiais de partida a seguir indicados, foram preparadas espumas flexíveis. Todas as espumas foram produzidas em processo contínuo, utilizando uma máquina 'HENNECKE UBT 78'. O débito total de polióis à saída era de cerca de 28 kg/minuto e a velocidade da agitadora era de 3500 a 4500 r.p.m.. A temperatura do poliol era de 25°C e a temperatura do isocianato era de 21°C. O poliol foi doseado a cerca de 30 bar e o isocianato a cerca de 85 bar (pressão do injector). O dióxido de carbono foi doseado numa unidade 'NOVAFLEX' fabricada por 'HENNECKE'.

Poliol A: poliéter de EO/PO, obtido a partir de glicerina, com cerca de 72% de EO, com grupos OH primários predominantes e um valor OH de 37;

Poliol B: poliéter de EO/PO, obtido a partir de glicerina, com cerca de 8% de EO, com grupos OH secundários predominantes e um valor OH de 48; 'Desmodur® T80' : TDI 80, Bayer AG; 7

Estabilizador BF 2370: polissiloxano modificado com poliéter ('Tegostab® BF 2370', Degussa-Goldschmidt AG); Catalisador 33LV: solução de trietilenodiamina em propileno-glicol ('Dabco® 33LV', Air Products);

Catalisador Al: solução de éter bis-dimetilaminoetilico em propileno-glicol ('Niax® Al', GE (anteriormente Witco/OSI)) e

Catalisador T-9: dioctoato de estanho ('Dabco® T-9', Air Products).

Quadro 1

Exemplo 1 2* 3* Poliol A [partes em peso] 75 - - Poliol B [partes em peso] 25 100 100 Dióxido de carbono (C02) [partes em peso] 6 6 6 Água [partes em peso] 6,00 6, 00 4,6 Estabilizador BF 2370 [partes em peso] 1,50 1,80 1,50 Catalisador 33 LV [partes em peso] 0,10 0,10 Catalisador AI [partes em peso] 0,03 0, 05 0,05 Catalisador T-9 [partes em peso] 0,05 0,25 0,17 'Desmodur® T-80' 57, 9 58, 9 56, 6 Número 90 90 110 Densidade aparente (EN-ISO 845) [kg/m3] 11,3 13,5 13, 6 Resistência à tracção (EN-ISO 1798) [kPa] 92 n.d. 60 Alongamento à ruptura (EN-ISO 1798) s[%] 432 n.d. 157 Resistência à compressão a 40% (EN-ISO 3386-1) [kPa] 0,44 n.d. 1, 97 Compressão remanescente (90%) (EN-ISO 1856) [%] 15,8 n.d. 5,4 Estrutura da espuma fina, irregular estrutura esponj osa fina, regular * exemplo de comparação 0 exemplo 1 diz respeito a uma espuma de acordo com a invenção que possui a resistência reduzida à compressão 9 desejada e uma baixa densidade aparente. A estrutura porosa é perfeita. 0 exemplo 2 descreve a composição e os resultados dos ensaios respeitantes à preparação de uma espuma de baixa densidade aparente não conforme a presente invenção. 0 CO2 não ficou retido na mistura da espuma e deu origem a uma estrutura esponjosa, com grandes lacunas. Não foi possível determinar as propriedades mecânicas, visto que não foi possível obter amostras homogéneas. Apesar da grande quantidade de água, a densidade aparente era superior à da espuma de acordo com a invenção. 0 exemplo 3 também descreve uma espuma não conforme a presente invenção. Embora esta espuma tenha sido preparada com grandes quantidades de C02, ainda assim não se conseguiu atingir os valores reduzidos de densidade aparente e resistência à compressão da espuma de acordo com a invenção. 10

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO A lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor, não sendo parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • US 4970243 A [0004] • EP 0719627 BI [0005] • EP 0767728 B2 [0005] [0005] • US 4143004 A [0006] [0006] • FR 2172860 A [0006] [0006] • GB 2072204 A [0011] • DE 3103757 [0011] • US 4374209 A [0011]

Literatura não relacionada com patentes referida na descrição • Kunststoff Handbuch. G. OERTEL. Polyurethane. Hanser Verlag, 1993, vol. 7, 193-220 [0013]

Lisboa, 23/10/2007

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Espuma flexível com uma densidade aparente inferior a 15 kg/m3 e uma resistência à compressão inferior a 1,5 kPa que podem ser obtidas fazendo reagir a) um poli-isocianato aromático com b) uma mistura de polióis constituída por bl) 60 a 90 partes em peso pelo menos de um poli-éter-poliol com uma funcionalidade nominal compreendida entre 2 e 6, um teor em oxietileno >60% em peso, grupos OH primários predominantes e um valor de hidroxilo compreendido entre 10 e 112 e b2) 10 a 40 partes em peso pelo menos de um poli-éter-poliol com uma funcionalidade nominal compreendida entre 2 e 6, um teor em oxietileno entre 0% e 30% em peso, grupos OH secundários predominantes e um valor de OH compreendido entre 8 e 112; c) água; d) dióxido de carbono, dissolvido sob pressão, numa quantidade de pelo menos 6 partes em peso por cada 100 partes em peso de mistura b) e e) agentes reticuladores facultativos, f) utilizando-se estabilizadores de espuma à base de silicone, agentes de activação, catalisadores metálicos e outros agentes auxiliares convencionalmente utilizados para a produção de espumas de PU; com um índice de NCO compreendido entre 80 e 100. 2

2. Espuma flexível de acordo com a reivindicação 1, em que o poli-isocianato aromático utilizado é di-isocianato de difenilmetano, MDI polimérico ou suas misturas.

3. Espuma flexível de acordo com a reivindicação 1, em que o componente b2) contém um poliol polimérico.

4. Espuma flexível de acordo com a reivindicação 1, em que o componente b2) contém um poliol PHD.

5. Espuma flexível de acordo com a reivindicação 1, em que o componente b2) contém um poliol PIPA.

6. Espuma flexível de acordo com a reivindicação 1, em que o agente reticulador 3) é o sorbitol.

7. Processo para a preparação de espumas flexíveis, o qual consiste em fazer reagir a) poli-isocianatos aromáticos com b) uma mistura de polióis constituída por bl) 60 a 90 partes em peso pelo menos de um poli-éter-poliol com uma funcionalidade nominal compreendida entre 2 e 6, um teor em oxietileno >60% em peso, grupos OH primários predominantes e um valor de hidroxilo compreendido entre 10 e 112 e b2) 10 a 40 partes em peso pelo menos de um poli-éter-poliol com uma funcionalidade nominal compreendida entre 2 e 6, um teor em oxietileno entre 0% e 30% em peso, grupos OH secundários 3 predominantes e um valor de OH compreendido entre 8 e 112; c) água, numa quantidade inferior a 6 partes em peso por cada 100 partes em peso de mistura b); d) dióxido de carbono, dissolvido sob pressão, numa quantidade pelo menos de 6 partes em peso por cada 100 partes em peso de mistura b) e e) agentes reticuladores facultativos, f) utilizando-se estabilizadores de espuma à base de silicone, agentes de activação, catalisadores metálicos e outros agentes auxiliares convencionalmente utilizados para a produção de espumas de PU; com um índice de NCO compreendido entre 80 e 100. Lisboa, 23/10/2007