BE1024969B1 - Flexibel of semi-flexibel schuim omvattende een polyesterpolyol - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een flexibel of semi-flexibel schuim of een samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen, omvattende een polyesterpolyol of een polymeer omvattende een polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol wordt verkregen door een eerste polycondensatie (a) van een C3-C8-suikeralcohol Z en twee C4-C36-dizuren Y en Y’ die identiek of verschillend kunnen zijn en een tweede polycondensatie (b) van het in (a) verkregen product met twee C2-C12-diolen X en X’ die identiek of verschillend kunnen zijn.

Description

(30) Voorrangsgegevens :

24/08/2016 FR 1601253 (73) Houder(s) :

TEREOS STARCH & SWEETENERS BELGIUM NV

9300, AALST

België

Centre National de la Recherche Scientifique

75794, PARIS CEDEX 16

Frankrijk

Société SOPREMASAS 67025, STRASBOURG Frankrijk

Université de Strasbourg 67081, STRASBOURG Cedex Frankrijk (72) Uitvinder(s) :

BINDSCHEDLER Pierre Etienne 67025 STRASBOURG België

SARBU Alexandru 67025 STRASBOURG Frankrijk

LAURICHESSE Stephanie 67025 STRASBOURG Frankrijk

PERRIN Remi 67025 STRASBOURG

Frankrijk

FURTWENGLER Pierre 75794 PARIS Cedex 16 Frankrijk

AVÉROUS Luc

75794 PARIS Cedex 16

Frankrijk

REDL Andreas 9300 AALST België (54) Flexibel of semi-flexibel schuim omvattende een polyesterpolyol (57) De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een flexibel of semi-flexibel schuim of een samensteiiing die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen, omvattende een polyesterpolyol of een polymeer omvattende een polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol wordt verkregen door een eerste polycondensatie (a) van een C3-C8-suikeralcohol Z en twee C4-C36dizuren Y en Y’ die identiek of verschillend kunnen zijn en een tweede polycondensatie (b) van het in (a) verkregen product met twee C2-C12-diolen X en X’ die identiek of verschillend kunnen zijn.

BELGISCH UITVINDINGSOCTROOI

FOD Economie, K.M.O., Middenstand & Energie

Publicatienummer: 1024969 Nummer van indiening: BE2017/5587

Dienst voor de Intellectuele Eigendom Internationale classificatie: C07C 67/08 C08G 63/66 C08G 63/668 C08G 18/42

Datum van verlening: 04/09/2018

De Minister van Economie,

Gelet op het Verdrag van Parijs van 20 maart 1883 tot Bescherming van de industriële Eigendom;

Gelet op de wet van 28 maart 1984 op de uitvindingsoctrooien, artikel 22, voor de voor 22 September 2014 ingediende octrooiaanvragen ;

Gelet op Titel 1 Uitvindingsoctrooien van Boek XI van het Wetboek van economisch recht, artikel XI.24, voor de vanaf 22 September 2014 ingediende octrooiaanvragen ;

Gelet op het koninklijk besluit van 2 december 1986 betreffende het aanvragen, verlenen en in stand houden van uitvindingsoctrooien, artikel 28;

Gelet op de aanvraag voor een uitvindingsoctrooi ontvangen door de Dienst voor de Intellectuele Eigendom op datum van 24/08/2017.

Overwegende dat voor de octrooiaanvragen die binnen het toepassingsgebied van Titel 1, Boek XI, van het Wetboek van economisch recht (hierna WER) vallen, overeenkomstig artikel XI.19, § 4, tweede lid, van het WER, het verleende octrooi beperkt zal zijn tot de octrooiconclusies waarvoor het verslag van nieuwheidsonderzoek werd opgesteld, wanneer de octrooiaanvraag het voorwerp uitmaakt van een verslag van nieuwheidsonderzoek dat een gebrek aan eenheid van uitvinding als bedoeld in paragraaf 1, vermeldt, en wanneer de aanvrager zijn aanvraag niet beperkt en geen afgesplitste aanvraag indient overeenkomstig het verslag van nieuwheidsonderzoek.

Besluit:

Artikel 1. - Er wordt aan

TEREOS STARCH & SWEETENERS BELGIUM NV, Burchtstraat 10, 9300 AALST België;

Centre National de la Recherche Scientifique, 3 rue Michel Ange, 75794 PARIS CEDEX 16 Frankrijk;

Société SOPREMASAS, 14, rue de Saint-Nazaire, CS 60121, 67025 STRASBOURG Frankrijk;

Université de Strasbourg, 4 rue Blaise-Pascal CS 90032, 67081 STRASBOURG Cedex Frankrijk;

vertegenwoordigd door

CHIELENS Kristof, Pres. Kennedypark 31c, 8500, KORTRIJK;

OSTYN Frans, Pres. Kennedypark 31c, 8500, KORTRIJK;

CARDOEN Annelies, Pres. Kennedypark 31c, 8500, KORTRIJK;

een Belgisch uitvindingsoctrooi met een looptijd van 20 jaar toegekend, onder voorbehoud van betaling van de jaartaksen zoals bedoeld in artikel XI.48, § 1 van het Wetboek van economisch recht, voor: Flexibel of semi-flexibel schuim omvattende een polyesterpolyol.

UITVINDER(S):

BINDSCHEDLER Pierre Etienne, 14, rue de Saint-Nazaire, CS 60121, 67025, STRASBOURG;

SARBU Alexandru, 14, rue de Saint-Nazaire, CS 60121, 67025, STRASBOURG;

LAURICHESSE Stephanie, 14, rue de Saint-Nazaire, CS 60121, 67025, STRASBOURG;

PERRIN Remi, 14, rue de Saint-Nazaire, CS 60121, 67025, STRASBOURG;

FURTWENGLER Pierre, 3, rue Michel-Ange, 75794, PARIS Cedex 16;

AVÉROUS Luc, 3, rue Michel-Ange, 75794 , PARIS Cedex 16;

REDL Andreas, Burchtstraat 10, 9300, AALST;

VOORRANG:

24/08/2016 FR 1601253;

AFSPLITSING :

Afgesplitst van basisaanvraag :

Indieningsdatum van de basisaanvraag :

Artikel 2. - Dit octrooi wordt verleend zonder voorafgaand onderzoek naar de octrooieerbaarheid van de uitvinding, zonder garantie van de Verdienste van de uitvinding noch van de nauwkeurigheid van de beschrijving ervan en voor risico van de aanvrager(s).

Brussel, 04/09/2018,

Bij bijzondere machtiging:

BE2017/5587

Flexibel of semi-flexibel schuim omvattende een polyesterpolyol

Technisch gebied

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een flexibel of semi-flexibel polyurethaanschuim omvattende een polyesterpolyol dat van uit biomassa verkregen oorsprong kan zijn.

Voorgaande stand der techniek

Polyurethanen (PU) zijn veelzijdige polymeren die worden verkregen door de reactie tussen een polyol en een polyisocyanaat (Schema 1, a). PU’s worden gebruikt in voertuigen, meubilair, de bouwsector, schoenen, akoestische en thermische isolatie. Met een wereldwijde productie van 18 miljoen in 2016 zijn de PU’s goed voor een 6e plaats wat betreft de jaarlijkse productie van polymeren op wereldvlak. Flexibele schuimen vormen de grootste markt van PU’s, met een productie van meer dan 1600 kt in Europa in 2011. Typisch worden PU-schuimen gemaakt op basis van polyolen, polyisocyanaten, blaasmiddelen, oppervlakteactieve stoffen, en diverse katalysatoren om een chemisch verknoopt celmateriaal te verkrijgen. Er worden twee soorten blaasmiddelen gebruikt in de synthèse van PU-schuimen: chemische blaasmiddelen en fysische blaasmiddelen. Chemische blaasmiddelen zijn verbindingen die chemisch reageren in het schuimvormingsproces om gassen vrij te maken. Het water reageert met de isocyanaatfunctie om ureum te vormen en maakt één mol CO2 per mol water vrij (Schema 1, b). Fysische blaasmiddelen zijn verbindingen met een laag kookpunt, zo kunnen bijvoorbeeld isopentaanderivaten worden genoemd, die verdampen tijdens het exotherme schuimvormingsproces.

Gewoonlijk worden flexibele en semi-flexibele PU-schuimen verkregen op basis van polyol met een laag hydroxylgehalte (OHV < 100 mg KOH/g) en een hoog getalsgemiddel molecuulgewicht (Mn) (3 000 g/mol < Mn < 6 000 g/mol) om de flexibiliteit te verhogen en de verknoping van het materiaal te verminderen. Semi-flexibele schuimen in plaatvorm vormen een zeer aanzienlijk aandeel van de PU-schuimen. Ze vormen een interessante oplossing voor de problemen van onze moderne samenleving zoals geluidsoverlast, en bovendien is hun structuur met open cellen vochtdoorlatend. Er is in de isolatiesector veel vraag naar doorlatende materialen om te vermijden dat vocht zieh gaat ophopen en om schimmelgroei te voorkomen. Deze materialen hebben gewoonlijk een läge schijnbare dichtheid, een läge thermische geleidbaarheid en zijn bijgevoig goedkope materialen. Dit betekent dat semi-flexibele schuimen in plaatvorm polyvalente isolatiematerialen zijn, geschikt voor zowel akoestische als thermische isolatie.

BE2017/5587

De eigenschappen van de flexibele en semi-flexibele PU-schuimen komen voorf uit de fasescheiding van de harde en zachte gebieden. De zachte gebieden zijn uitzetbare ketens, voornamelijk aangebracht door te polyolen, die het materiaal zijn elasticiteit verlenen. Gewoonlijk worden de harde delen beschreven als een harde structuur die fysisch verknoopt wordt door het polyol of door gebruik te maken van een overmaat polyisocyanaat. De overmaat polyisocyanaat leidt tot een toename van de bi-ureumbinding (Schema 1, d), allofanaatbinding (schema 1, c) of isocyanuraatbinding (Schema 1, e). Het harde deel wordt eveneens verkregen door een ketenverlenger en een isocyanaat. Een andere manier om de stijfheid van de harde Segmenten te verbeteren, is door de zwakke krachten tussen ketens in het harde gebied te verhogen door polaire groepen zoals ureum in te voeren. De aanwezigheid van ureum leidt tot de toename van de hoeveelheid waterstofbindingen en van de verwekingstemperatuur.

De industrie van het PU is sterk afhankelijk van uit aardolie gewonnen polyolen en polyisocyanaten, toxische verbindîngen afkomstig uit de chemie van fosgeen of difosgeen. De ontwikkeling van nieuwe polyolen op basis van hernieuwbare synthonen met hoge meerwaarde voor de industrie van de PU’s is vandaag de dag verplicht om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. De hoge diversiteit en functionaliteit van de uit biomassa gewonnen synthonen maakt het mogelijk om PU-materialen nieuwe eigenschappen te verlenen. Sorbitol is een van die elementen van belang die als een van de 12 belangrijkste chemische producten met meerwaarde afkomstig uit biomassa werden genoemd door het Amerikaanse Ministerie van Energie in 2004 en recenter in een geactualiseerde lijst opgesteld door Bozell J.J et al. in 2010 (J.J. Bozell, G.R. Petersen, Technology development for the production ofbiobased products from biorefinery carbohydrates—the US Department of Energy's Top 10 revisited, Green Chem. 12 (2010) 539).

Sorbitol vertoont een hoge functionaliteit. Het gaat om een kristallijne suikeralcohol die twee primaire hydroxylgroepen en vier secundaire hydroxylgroepen draagt, wat praktisch is voor de chemische modificatie en het gebruik ervan in de polyurethaanchemie. Het is belangrijk om de modificatie van sorbitol in polyol te controleren. De functionaliteit van het polyol, het OH-getal en de viscositeit van het polyol hebben een sterke invloed op de vorming van het PU-net, de dichtheid en de morfologie van het PU-schuim. Naast het open of gesloten karakter van de cellen van het PU-schuim hebben ook de grootte, de vorm en de ruimtelijke verdeling ervan een invloed op de fysische eigenschappen van het schuim. Zo zijn de thermische en mechanische eigenschappen van PU-schuimen sterk afhankelijk van de morfologie van het schuim.

BE2017/5587 ^a· R-,-NCO + R₂-OH ^b· R-NCO + H₂O —

R-N-COOH

N

H

P_MM _x ^7? R—NCO . K NM₂ + LU₂ -_R-NHCONH —R

0.

,0

R-NCO + R-NH-C-0-R

d.

R-NCO + R-NH-NH-R

NH 0

R

HN.

Z

I

R

e. 3x R-NCO oA,A

R

Schema 1: Reactiviteit van isocyanaten met een alcoholfunctie (a), van water (b), een urethaanfunctie (c), een ureumfunctie en de trimerisatie van isocyanaten (e).

Er is heel wat onderzoek gevoerd naar de ontwikkeling en fysische karakterisering van schuimen op basis van uit biomassa gewonnen polymeren, met gebruikmaking van verschillende benaderingen. De mechanische en thermische eigenschappen van deze materialen werden echter minder bestudeerd. Zo hebben slechts enkele werken betrekking op de Studie en modeilering van de mechanische eigenschappen in samenhang met de thermische eigenschappen. Volgens het klassieke model ontwikkeld door Gibson en Ashby vertoont de modulus van Young een duidelijke afhankelijkheid van de relatieve dichtheid, maar zonder afhankelijkheid van de grootte van de cellen. De invloed van de dichtheid van

BE2017/5587 het schuim is duidelijk aangetoond, maar er bestaan maar weinig studies over (i) de invloed van de grootte van de cellen met constante dichtheid, en (ii) de invloed van de initiële formulering van het schuim.

Op basis van een uit biomassa gewonnen polyesterpolyol hebben de uitvinders een nieuw uit biomassa gewonnen polyurethaanschuim ontwikkeld dat goede mechanische karakteristieken vertoont en met name anisotrope mechanische karakteristieken voigens de voorspanningsrichting van het schuim ten opzichte van uit aardolie gewonnen PUschuim verkregen met een klassiek uit aardolie gewonnen polyetherpolyol.

De uitvinders hebben een vergelijkende studie opgesteld en correlaties aangetoond tussen de formulering van het schuim, de karakteristieke schuimvormingstijden (kinetiek) en de mechanische karakteristieken van de uit biomassa gewonnen PU-schuimen.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een flexibel of semi-flexibel schuim of een samensteiling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen, omvattende een polyesterpolyol of een polymeer omvattende een polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol wordt verkregen door een eerste polycondensatie (a) van een C3C8-suikeralcohol Z en twee C4-C36-dizuren Y en Y’ die identiek of verschillend kunnen zijn en een tweede polycondensatie (b) van het in (a) verkregen product met twee C2-C12diolen X en X’ die identiek of verschillend kunnen zijn.

De uitvinding heeft verder betrekking op een flexibel of semi-flexibel schuim of samensteiling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen, omvattende een polyesterpolyol of een polymeer omvattende een polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol de algemene formule Rx-Ry-ZRy'-Rx’ heeft, waarin

- Z een C3-C8-suikeralcohol is, bij voorkeur C4-C7, typisch C5-C6,

- Ry en Ry’ diësters zijn met formule -OOC-Cn-COO- waarbij n ligt tussen 2 en 34, bij voorkeur tussen 3 en 22, typisch tussen 4 en 10,

- Rx en Rx’ C2-C12-mono-alcoholen zijn, die identiek of verschillend kunnen zijn, bij voorkeur C3-C8, typisch C4.

Typisch wordt onder de term “schuim”, zoals bijvoorbeeld gebruikt in de uitdrukkingen polyurethaanschuim of polyisocyanuraatschuim, een verbinding verstaan met een

BE2017/5587 driedimensionale celstructuur van het geëxpandeerde type. Genoemd schuim kan hard of zacht zijn, met geopende of gesloten cellen.

Onder “flexibel schuim of semi-flexibel schuim” wordt een schuim verstaan dat naar zijn initîële vorm terugkeert (ongev. 2 tot en met 60 sec.) na een vervorming door samendrukking van 50%. Gewoonlijk vertonen dergeiijke schuimen een gemengde structuur bestaande uit open en gesloten cellen. De eigenschappen ervan liggen tussen die van flexibele en die van harde schuimen.

We spreken over flexibel of semi-flexibel polyurethaanschuim, of flexibel of semiflexibel polyisocyanuraat voor niet-harde schuimen van polyurethaan of polyisocyanuraat.

Onder “schuim met gesloten cellen” wordt een schuim verstaan waarvan de celstructuur wanden omvat tussen elke cel en zo een geheel van verbonden en onderscheiden cellen vormt dat de opsluiting van een drijfgas mogelijk maakt. Een schuim wordt gekwalificeerd als een schuim met gesloten cellen wanneer het een maximum van 10% open cellen vertoont. Typisch zijn de schuimen met gesloten cellen hoofdzakelijk harde schuimen.

Onder “schuim met open cellen” wordt een schuim verstaan waarvan de celstructuur gevormd wordt door een ononderbroken celmatrix met wanden, geopend tussen de cellen waardoor de opsluiting van een drijfgas niet mogelijk wordt gemaakt. Een dergelijk schuim maakt de creatie van percolatiepaden binnen de celmatrix mogelijk. Typisch zijn de schuimen met open cellen hoofdzakelijk zachte of half-harde schuimen.

De term “polyesterpolyol” verwijst naar moleculen die hydroxylgroepen (diolen of suikeralcoholen) omvatten die onderling worden verbonden door esterbindingen. Zo worden in het polyesterpolyol volgens de uitvinding, de moleculen X, Y, Z, Y’ en X’ onderling verbonden door esterbindingen. Typisch worden de diolen X en X’ en de suikeralcohol Z aan de twee dizuren Y en Y’ gebonden door esterbindingen elk gevormd tussen een zuurfunctie van Y of van Y’ en een primaire hydroxylfunctie van Z, X of X’. Met voordeel is de pH van het polyesterpolyol typisch neutraal, wanneer het wordt verkregen door twee opeenvolgende polycondensaties gevolgd door een neutralisatiestap (bijvoorbeeld met kalium of natrium).

Het polyesterpolyol volgens de uitvinding vertoont met voordeel de algemene chemische formule C_aHbO_c waarbij 22 < a <42, 38 < b < 78, 14 < c < 22.

Typisch vertoont het polyesterpolyol volgens de uitvinding een molecuulgewicht tussen 350 g/mol en 2000 g/mol, bij voorkeur tussen 420 g/mol en 1800 g/mol en met meer voorkeur tussen 450 en 1700 g/mol. Volgens de uitvinding kan de molaire massa van het

BE2017/5587 polyesterpolyol worden bepaald door verschillende werkwijzen zoals sterische gelchromatografie.

Met voordeel vertoont het polyesterpolyol een hydroxylgetal van 300 tot 900 mg KOH/g. Het hydroxylgetal (IOH) kan worden berekend met de volgende formule:

IOH = functionaliteit van het polyesterpolyol x 56109,37 / molaire massa van het polyesterpolyol.

Het hydroxylgetal komt overeen met het aantal mg KOH dat nodig is voor de deprotonering van het geheel van de hydroxylgroepen aanwezig in een gram polyol. Het hydroxylgetal kan worden bepaald door omgekeerde dosering gebruik makend van kalium, bijvoorbeeld volgens standaard ASTM 4274-99 waarin de colorimetrische titratie wordt vervangen door pH-metrische titratie.

Onder “suikeralcohol” of “polyol” wordt een gehydrogeneerde vorm van monosacharide verstaan waarvan de carbonylgroep (aldehyde of keton) gereduceerd werd tot een primaire of secundaire hydroxyl. Typisch wordt de suikeralcohol gekozen uit glycerol, sorbitol, erythritol, xylitol, araditol, ribitol, dulcitol, mannitol en volemitol.

Onder “dizuur” wordt een koolstofketen verstaan die twee zuurgroepen omvat. Volgens de uitvinding omvat het polyesterpolyol twee dizuurmoleculen Y en Y’. Deze moleculen kunnen identiek of verschillend zijn op C4-C36, bij voorkeur C4-C24. Typisch worden de twee dizuurmoleculen onafhankelijk van elkaar gekozen uit butaandizuur (barnsteenzuur), pentaandizuur (glutaarzuur), hexaandizuur (adipinezuur), heptaandizuur (pimelinezuur), octaandizuur (suberinezuur), nonaandizuur (azelaïnezuur), decaandizuur (sebacinezuur), undecaandizuur, dodecaandizuur, tridecaandizuur (brassylinezuur), tetradecaandizuur, pentadecaandizuur, hexadecaandizuur, dimeren van vetzuren met tot 36 koolstofatomen (C36) of een mengsel daarvan. Typisch zijn Y en Y’ C5-C16- of C6-C12dizuren. Met voordeel worden de te verkiezen dizuurmoleculen onafhankelijk van elkaar gekozen uit adipinezuur en barnsteenzuur.

Onder “diol” wordt een koolstofketen verstaan die twee alcoholgroepen omvat. Volgens de uitvinding omvat het polyesterpolyol twee moleculen X en X’ van diolen die identiek of verschillend kunnen zijn. Typisch worden de diolmoleculen onafhankelijk van elkaar gekozen uit 1,2-ethaandiol, 1,3-propaandiol, 1,4-butaandiol, 1,6-hexaandiol, 1,8octaandiol, 1,10-decaandiol, 1,12 dodecaandiol en mengsels daarvan.

Met voordeel wordt het polyesterpolyol volgens de uitvinding gekozen uit bis(1,2ethaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,3-propaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,4-butaandiol)sorbitol-diadipaat, bis(1,4-butaandiol)-sorbitol-diadipaat gemodificeerd met glycerol,

BE2017/5587 bis(1,6-hexaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,8-octaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,10decaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,12-dodecaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,4butaandiol)-sorbitol-disuccinaat en sorbitol-diadipaat-sorbitol. Bij voorkeur wordt genoemd polyesterpolyol gekozen uit bis(1,8-octaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,10-decaandiol)sorbitol-diadipaat en bis(1,4-butaandiol)-sorbitol-diadipaat.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een flexibel of semi-flexibel schuim of een samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen, omvattende een polyesterpolyol verkregen aan de hand van een werkwijze omvattende de volgende stappen:

a) een stap van polycondensatie bij een temperatuur tussen 110 en 200°C, bij voorkeur 120 en 180°C, met meer voorkeur 130 en 170°C, typisch 150°, met voordeel gedurende 5 tot 10 uur:

i. van een C3-C8-suikeralcohol Z, bij voorkeur C4-C7, met voordeel C5-C6, typisch gekozen uit glycerol, sorbitol, erythritol, xylitol, araditol, ribitol, dulcitol, mannitol en volemitol, ii. twee identieke of verschillende C4-C36-dizuren Y en Y’, bij voorkeur C5-C24, iii. twee identieke of verschillende C2-C12-diolen X en X’, bij voorkeur C3-C8, typisch C4 met voordeel, onafhankelijk van elkaar gekozen uit 1,2-ethaandiol, 1,3-propaandiol, 1,4-butaandiol, 1,6-hexaandiol, 1,8-octaandiol, 1,10-decaandiol, 1,12 dodecaandiol, 1,4-butaandiol en mengsels daarvan,

b) optioneel een stap van neutralisatie van de vrije-zuurfuncties om de pH van het polyesterpolyol neutraal te maken (pH = 7), bijvoorbeeld, door een base, typisch een sterke base zoals potas, of door een zwakke base zoals natriumcarbonaat, natriumbicarbonaat, kaliumcarbonaat of een C4C8 mono-, bi- of tri-alcohol zoals hexanol; bij voorkeur wordt de neutralisatiestap uitgevoerd door toevoeging van kaliumcarbonaat of potas.

Met voordeel ligt de molverhouding (X+X’)/Z tussen de diolen X en X’ en de suikeralcohol Z tijdens de polycondensatiestap tussen 1 en 3, bij voorkeur tussen 1,5 en

2,5 en met nog meer voorkeur tussen 1,8 en 2,2.

BE2017/5587

Typisch ligt de molverhouding (Y+Yj/Z tussen de dizuren Y en Y’ en de suikeralcohol tijdens de polycondensatiestap tussen 1 en 3, bij voorkeur tussen 1,5 en 2,5 en met nog meer voorkeur tussen 1,8 en 2,2.

Volgens één uitvoeringsvorm ligt de molverhouding (X+Xj/(Y+Yj tussen de diolen X en X’ en de dizuren Y en Y’ tijdens de polycondensatiestap tussen 0,5 en 2, bij voorkeur tussen 0,7 en 1,5 en met nog meer voorkeur tussen 0,8 en 1,2.

Met voordeel omvat de polycondensatiestap een eerste polycondensatie (a) van de suikeralcohol Z en de dizuren Y en Y’ en een tweede polycondensatie (b) van het in (a) verkregen product met de diolen X en X’. Door deze polycondensatie in twee stappen kan polyesterpolyol met deze symmetrische structuur worden verkregen. Typisch zijn de dizuren Y en Y’ identiek en/of zijn de diolen X en X’ identiek.

Volgens één uitvoeringsvorm wordt de suikeralcohol Z gemengd met het of de moleculen van dizuur Y en Y’ en vervolgens geïncubeerd gedurende meer dan een uur, met meer voorkeur tussen 2 en 5 uur, met nog meer voorkeur tussen 2,5 en 4 uur, typisch gedurende 3 uur. Het of de moleculen van diol X en X’ worden in een tweede stap aan het mengsel toegevoegd en vervolgens geïncubeerd gedurende meer dan 4 uur, bij voorkeur tussen 5 en 10 uur, typisch tussen 5,5 en 7 uur. Op te verkiezen wijze wordt de polycondensatie uitgevoerd onder vacuüm.

Met voordeel reageren de moleculen van dizuur Y en Y’ tijdens de polycondensatiestap met de primaire alcoholen van de moleculen van suikeralcohol Z en vervolgens van de diolen X en X’. De watermoleculen afkomstig uit de reactie, worden verzameld met het oog op de eliminatie ervan.

De uitvinding heeft verder betrekking op een flexibel of semi-flexibel schuim omvattende een polymeer omvattende het polyesterpolyol volgens de uitvinding, waarbij genoemd polymeer typisch een polyurethaan en/of een polyisocyanuraat is.

Typisch vertoont het polymeer volgens de uitvinding een molaire massa van meer dan 1,7.10^e g/mol. Typisch is het polymeer een verknoopt polymeer.

Onder “polyurethaan” wordt een polymeer verstaan dat urethaanfuncties omvat, met andere woorden een urethaanpolymeer. Deze polymeren resulteren hoofdzakelijk uit de reactie van polyolen, met name van het polyesterpolyol volgens de uitvinding en polyisocyanaten. Deze polymeren worden in het algemeen verkregen uit formuleringen die een index vertonen van 100 tot 150, bij voorkeur van 105 tot 130, overeenstemmend met NCO/OH-verhouding tussen 1 en 1,5, bij voorkeur tussen 1,05 en 1,3.

BE2017/5587

Onder “polyisocyanuraat” worden de polymeren verstaan die resulteren uit de reactie van polyolen, met name van het polyesterpolyol volgens de uitvinding en polyisocyanaten, die verder urethaanbindingen bevatten, andere soorten functionele groepen, in het bijzonder tri-isocyanideringen gevormd door trimerisatie van polyisocyanaten. Deze polymeren, doorgaans ook gemodificeerde Polyurethanen genoemd, worden gewoonlijk verkregen op basis van formuleringen die een index vertonen van 110 tot 500, bij voorkeur tussen 115 en 460, met nog meer voorkeur tussen 150 en 450, ofwel een NCO/OH-verhouding tussen 1,1 en 5,0, bij voorkeur tussen 1,15 en 4,6, bij voorkeur tussen 1,5 en 4,5.

Volgens de uitvinding is genoemd polymeer een mengsel van polyurethaan en polyisocyanuraat. Een dergelijk mengsel wordt bijvoorbeeld waargenomen wanneer genoemd polymeer hoofdzakelijk urethaanfuncties en in mindere mate tot triisocyanuraatringen getrimeriseerde polyisocyanaten omvat. Typisch is genoemd polymeer een mengsel van polyurethaan en polyisocyanuraat, en vertoont het een index van hoger dan 100 of kleiner dan of gelijk aan 150, overeenstemmend met een NCO/OH-verhouding groter dan 1 of kleiner dan of gelijk aan 1,5.

Onder “NCO/OH-verhouding”, in de betekenis van de onderhavige uitvinding, wordt de verhouding verstaan tussen het aantal NCO-functies van het polyisocyanaat en het aantal OH-functies van de suikeralcohol, van het diol en van elke andere component die OH-groepen omvat (water, oplosmiddelen). De NCO/OH-verhouding wordt berekend met de volgende formule:

Verhouding NCO / OH = M_expPi x ME Pi / M_exp SAI x ME SAI waarin:

- MexpPi de massa van het polyisocyanaat is;

- MexpSAI de massa van de suikeralcohol is;

- ME SAI de équivalente massa van de suikeralcohol is en overeenstemt met de verhouding tussen de molaire massa van de suikeralcohol en de functionaliteit van de suikeralcohol;

- MEPi de équivalente massa van het polyisocyanaat is en overeenstemt met de verhouding tussen de molaire massa van het polyisocyanaat en de functionaliteit van het polyisocyanaat.

BE2017/5587

Onder “ureumbinding” of “ureumfunctie” wordt, in de zin van de onderhavige uitvinding, een di-gesubstitueerde ureumbinding verstaan die het product is van de reactie tussen een primaire aminefunctie en een isocyanaatfunctie van een polyisocyanaat. De aminefuncties worden in situ gegenereerd door de reactie van een watermolecule met een door een polyisocyanaat gedragen isocyanaatfunctie.

Typisch omvat het schuim volgens de uitvinding of de samenstelling die het mogelijk maakt om een dergelijk schuim te verkrijgen omvattende genoemd polyesterpolyol volgens de uitvinding of genoemd polymeer volgens de uitvinding verder ten minste één reactiekatalysator, ten minste één blaasmiddel, een stabiliseermiddel, ten minste één polyisocyanaat met een functionaliteit die ten minste gelijk is aan 2, optioneel, ten minste één co-polyol en additieven.

Onder “co-polyol” wordt een verbinding verstaan die twee hydroxylfuncties (type diol) of meer (polyol) draagt, toegevoegd aan de samenstelling omvattende het polyesterpolyol, om de eigenschappen ervan zoals de functionaliteit of de viscositeit bij te stellen, om verknopingsknopen te creëren of als ketenverlengerte fungeren. De co-polyolen kunnen C2-C8 zijn, bij voorkeur C2-C7, met voordeel C3-C6. De co-polyolen kunnen met voordeel worden gekozen uit ethyleenglycol, glycerol, 1,4-butaandiol, butaan-1,3-diol, 1,3propaandiol, propaan-1,2-diol, 1,5-pentaandiol, 1,6-hexaandiol, 1,2-propyleenglycol, 3oxapentaan-1,5-diol, 2-[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]-ethanol, benzeen-1,2,4-triol, benzeen1,2,3-triol, benzeen-1,3,5-triol, sorbitol, erythritol, xylitol, araditol, ribitol, dulcitol, mannitol en volemitol. De te verkiezen co-polyolen zijn glycerol, 1,4-butaandiol, 1,3-propaandiol en sorbitol. Typisch wordt/worden het/de co-polyol(en) toegevoegd in een polyesterpolyol/copolyol-verhouding gaande van 70/30 tot en met 99/1, bij voorkeur, 75/25 tot en met 95/5, met nog meer voorkeur, 80/20 en 92/8, typisch, 82/8 en 90/10, bijvoorbeeld 85/15.

Volgens de uitvinding omvat de samenstelling twee co-polyolen, typisch een C2-copolyol en een C3-co-polyol of een C2-co-polyol en een C4-co-polyol of een C2-co-polyol en een C5-co-polyol of een C2-co-polyol en een C6-co-polyol of een C3-co-polyol en een C4co-polyol of een C3-co-polyol en een C5-co-polyol of een C3-co-polyol en een C6-co-polyol of een C4-co-polyol en een C5-co-polyol of een C4-co-polyol en een C6-co-polyol of een C5-co-polyol en een C6-co-polyol, of twee C3-co-polyolen of twee C4-co-polyolen of twee C5-co-polyolen of twee C6-co-polyolen.

Met voordeel omvat de samenstelling ten minste één C2-co-polyol, typisch twee copolyolen, typisch ethyleenglycol en glycerol, ethyleenglycol en 1,4-butaandiol, ethyleenglycol en erythritol, ethyleenglycol en xylitol, ethyleenglycol en araditol, ethyleenglycol en ribitol, ethyleenglycol en dulcitol, ethyleenglycol en mannitol of

BE2017/5587 ethyleenglycol en volemitol. Volgens de uitvinding is het te verkiezen mengsel van copolyolen glycerol en ethyleenglycol.

Bijvoorbeeld omvat de samenstelling twee co-polyolen, typisch erythritol en sorbitol, xylitol en sorbitol, araditol en sorbitol, ribitol en sorbitol, dulcitol en sorbitol, mannitol en sorbitol of volemitol en sorbitol.

Met voordeel omvat de samenstelling twee co-polyolen, typisch in een verhouding tussen 95/05 tot en met 50/50, bij voorkeur, 90/10 tot en met 55/45, bij voorkeur 87/13 tot en met 60/40, met meer voorkeur 85/15 tot en met 62/38, met nog meer voorkeur 80/20 tot en met 65/35. Typisch een verhouding C3/C6 of C3/C5 of C4/C6 of C5/C6 tussen 95/05 tot en met 50/50, bij voorkeur, 90/10 tot en met 55/45, bij voorkeur 87/13 tot en met 60/40, met meer voorkeur 85/15 tot en met 62/38, met nog meer voorkeur 80/20 tot en met 65/35. Volgens de uitvinding is de voorkeursverhouding 66/33, een verhouding die in het bijzonder voordeiig is in het kader van het glycerol/sorbitol-mengsel van co-polyolen, met name voor een uiteindelijk mengsel polyesterpolyol/glycerol/sorbitol van 85/10/5.

Onder “polyisocyanaat” wordt elke chemische verbinding verstaan die ten minste twee onderscheiden chemische isocyanaatfuncties (NCO) omvat, met andere woorden, met “een functionaliteit die ten minste gelijk is aan 2”. Wanneer het polyisocyanaat een functionaliteit van 2 heeft, spreekt men van een di-isocyanaat. Onder functionaliteit wordt, in de zin van de onderhavige uitvinding, het totale aantal reactieve isocyanaatfuncties per isocyanaatmolecule verstaan. De functionaliteit van een product wordt bepaald aan de hand van de titratie van de NCO-functie via een werkwijze van terugtitrering van overmatig dibultylamine door zoutzuur. Typisch heeft genoemd polyisocyanaat een functionaliteit tussen 2 en 5, bij voorkeur tussen 2,5 en 3,5, met nog meer voorkeur tussen 2,7 en 3,3. Met voordeel wordt genoemd polyisocyanaat gekozen uit aromatische, alifatische, cycloalifatische polyisocyanaten en hun mengsels. Zo kunnen bijvoorbeeld worden genoemd: 2,4-tolueen-di-isocyanaat, 2,6-tolueen-di-isocyanaat, mengsels van 2,4- en 2,6tolueen-di-isocyanaat, m-fenyl-di-isocianaat, p-fenyl-di-isocyanaat, cis/trans cyclohexaandi-isocyanaat hexamethyleen-di-isocyanaat, m- en p-tetramethylxylyleen-di-isocyanaat, mxylyleen, p-xylyleendi-isocyanaat, naftaleen-m, m-di-isocyanaat, 1,3,5-hexamethylmesityleen-tri-isocyanaat, 1-methoxyfenyl-2,4-di-isocyanaat , 4,4'-difenyl-mehtaan-diisocyanaat, 4,4'-di-isocyanabifenyleen 3,3'-dimethoxy-4,4'-difenyl di-isocyanaat, 3,3'dimethyl-4,4'-difenyl-di-isocyanaat, 4,4,4-trifenylmethaan-tri-isocyanaat, tolueen-2,4,6mtri-isocyanaat, 4,4'-dimethyl-difenyl methaan-2,2', 5,5'-tetra-isocyanaat, en alyfatische isocyanaten zoals4,4'-difenylmethaan-di-isocyanaatwaterstof, gehydrogeneerd tolueen diisocyanaat (TDI) en gehydrogeneerd meta- en paraxyleen di-isocyanaat van

BE2017/5587 tetramethylxylyleen di-isocyanaat (TMXDIOisocyanaat, product van American Cyanamid co, Wayne, NJ, USA.), 3: 1 meta-tetramethylxylyleen-di-isocyanaat / trimethylolpropaan (Cythane 3160® isocyanaat, van de Amerikaanse onderneming American Cyanamid Co.), plurifunctionele moleculen zoals difenylmethyleen-poly-di-isocyanaat (pMDI) en analogen daarvan. Typisch wordt het polyisocyanaat gekozen uit tolueen-di-isocyanaat (TDI), 4,4’difenylmethaan-di-isocyanaat (of 4,4'-difenylmethyleen-di-isocyanaat of 4,4’-MDI), polymethyleen-polyfenyleen-polyisocyanaat (polymeer MDI, pMDI) en mengsels daarvan.

Onder “reactiekatalysator” wordt een verbinding verstaan die, in een kleine hoeveelheid ingevoerd, de kinetiek versnelt van de vorming van de urethaanbinding (-NHCO-O-) door reactie tussen het polyesterpolyol van de uitvinding en een polyisocyanaat of de reactie tussen een polyisocyanaat en water activeert of de trimerisatie van isocyanaten activeert. Typisch worden de reactiekatalysatoren gekozen uit tertiaire amines (zoals dimethylcyclohexaan), tinderivaten (zoals tindibutyldilaureaat), ammoniumzouten (zoals methaanaminium, 2,2-dimethylpropanoaat-N,N,N-trimethyl), alkalimetaalcarboxylaten (zoals kalium-2-ethylhexanoaat of kaliumoctoaat), amine-ethers (zoals bis(2dimethylamino-ethyl)-ether), en triazines (zoals 1,3,5-Tris(3dimethylamino)propyl))hexahydro-1,3,5-triazine).

Een samensteliing die is bestemd voor het verkrijgen van een schuim omvat met voordeel genoemd polyesterpolyol volgens de uitvinding of genoemd polymeer volgens de uitvinding, ten minste één reactiekatalysator, ten minste één polyisocyanaat met een functionaliteit die ten minste gelijk is aan 2, ten minste één blaasmiddel en optioneel, een stabiliseermiddel, een brandvertragend middei, often minste één co-polyol.

Wanneer de samensteliing een schuim is of een samensteliing die het mogelijk maakt om een schuim te verkrijgen, is het te verkiezen polyesterpolyol met voordeel een polyesterpolyol met een neutrale pH en/of omvat het een sorbitol als suikeralcohol Z. Typisch is het te verkiezen polyesterpolyol bis(1,2 ethaandiol)-sorbitol-diadipaat, bis(1,6 hexaandiol)-sorbitol-diadipaat of bis(1,4 butaandiol)-sorbitol-diadipaat, met meer voorkeur bis(1,4 butaandiol)-sorbitol-diadipaat, of bis(1,6 hexaandiol)-sorbitol-diadipaat.

Volgens de uitvinding omvat een schuim na polymerisatie typisch een polymeer volgens de uitvinding, met name een verknoopt polymeer, ten minste één reactiekatalysator, ten minste één blaasmiddel, ten minste één stabiliseermiddel, en optioneel ten minste één co-polyol.

Onder “blaasmiddel” of “expansiemiddel” wordt een verbinding verstaan die door chemische en/of fysische werking een expansie van een samensteliing teweegbrengt

BE2017/5587 tijdens een schuimvormingstap. Typisch wordt het chemische blaasmiddel gekozen uit water, mierenzuur, ftaalzuuranhydride en azijnzuur. Het fysische blaasmiddel wordt gekozen uit pentaan en isomeren van pentaan, koolwaterstoffen, gefluoreerde koolwaterstoffen, de hydrochloorfluorolefinen, hydrofluorolefinen (HFO), ethers en mengsels daarvan. We kunnen methylal noemen als voorbeeld van een blaasmiddel van het ethertype. Volgens de uitvinding is een te verkiezen mengsel van chemisch en fysisch blaasmiddel bijvoorbeeld een mengsel van water/pentaanisomeren of water/methylal of water/hydrofluorolefinen.

Onder “stabiliseermiddel” wordt een middel verstaan dat de vorming van een emulsie tussen het polyol en het blaasmiddel mogelijk maakt, de kiemvorming van de expansieplaatsen van het blaasmiddel, alsook de fysische stabiliteit van de polymeermatrix tijdens de voortgang van de reacties. Typisch worden de stabiliseermiddelen gekozen uit elke mogelijke van de glycol-silicone-copolymeren (bijvoorbeeld Dabco DC198 of DC193, op de markt gebracht door Air Products), niet- hydrolyseerbaar glycol-silicone-copolymeer (bijvoorbeeld DC5000 van Air Products), siloxaan-polyalkyleen-copolymeer (bijvoorbeeld Niax L-6164 van Momentive), polyoxyalkyleen-methylsiloxaan-copolymeer (bijvoorbeeld Niax L-5348 van Momentive), polyetherpolysiloxaan-copolymeer (bijvoorbeeld Tegostab B8870 of Tegostab B1048 van Evonik), polyether-polydimethylsiloxaan-copolymeer (bijvoorbeeld Tegostab B8526 van Evonik), polyethersiloxaan (bijvoorbeeld Tegostab B8951 van Evonik), een gemodificeerd polyether-polysiloxaan-copolymeer (bijvoorbeeld Tegostab B8871 van Evonik), een polyoxyalkyleen-polysiloxaan-blokcopolymeer (bijvoorbeeld Tegostab BF 2370 van Evonik) en afgeleiden of mengsels daarvan.

Onder “additieven” worden middelen verstaan zoals antioxidanten (middelen voor neutralisatie van de ketenuiteinden die aan de oorsprong liggen van de depolymerisatie of co-monomeerketens die in Staat zijn om de uitbreiding van de depolymerisatie te stoppen), ontvormingsmiddelen (talk, paraffine-oplossing, silicone), anti-hydrolysemiddelen, biociden, anti-UV-middelen (titaniumoxide, triazine, benzotriazool) en/of brandvertragende middelen (antimoon, fosfor-, boor-, stikstofverbindingen).

Onder “brandvertragend middel” wordt een verbinding verstaan die de eigenschap heeft om de verbranding of verhitting van de materialen die ze impregneert of afdekt te beperken of verhinderen; we spreken ook van vlam- of brandvertrager. Zo kunnen we bijvoorbeeld, alleen of in een mengsel, grafiet, silicaten, boor, halogeen- of fosforderivaten zoals Tris (1-chloor-2-propyl)-fosfaat (TOPP), tri-ethyleenfosfaat (TEP), triarylfosfaatesters, ammoniumpolyfosfaat, rode fosfor, trishalogeenaryl, en hun mengsels noemen.

BE2017/5587

Een voorbeeid van een samenstelling volgens de uitvinding die het mogelijk maakt om een flexibel of sem-flexibel schuim met open cellen te verkrijgen wordt typisch geformuleerd met een index van 90 tot en met 150, bij voorkeur 105 tot en met 120, typisch 115, met andere woorden een NCO/OH-verhouding van 0,90 tot en met 1,5, bij voorkeur 1,05 tot en met 1,20, typisch 1,15.

Typisch omvat een dergelijke samenstelling

- 50 tot 130 delen, bij voorkeur 75 tot 120 delen, typisch 85 tot 100 delen van een polyesterpolyol volgens de uitvinding,

- 0 tot 50 delen, bij voorkeur 0,5 tot 30 delen, typisch 2 tot 20 delen van ten minste één co-polyol,

-100 tot 500 delen, bij voorkeur 130 tot 400 delen, typisch 150 tot 350 delen van ten minste één polyisocyanaat,

- 0,5 tot 5 delen, bij voorkeur 1 tot 3 delen van ten minste één katalysator, typisch van een aminekatalysator zoals dimethylcyclohexylamine,

- 0 tot 40 delen, bij voorkeur 2 tot 30 delen, met nog meer voorkeur 4 tot 20 delen van ten minste één blaasmiddel, typisch 0,5 tot 11 delen, bij voorkeur 1 tot 10 delen, met nog meer voorkeur 1,5 tot 9 delen van een chemisch blaasmiddel zoals water en/of 0 tot 30 delen, bij voorkeur 2 tot 25 delen, met nog meer voorkeur 5 tot 20 delen van een fysisch blaasmiddel zoals isopentaanderivaten,

- 0 tot 5 delen, bij voorkeur 1 tot 3 delen van een stabiliseermiddel zoals een polyether-polysiloxaan-copolymeer, en

- 0 tot 20 delen, bij voorkeur 5 tot 15 delen van een brandvertragend middel.

Een flexibel of semi-flexibel polyurethaanschuim met open cellen omvat bijvoorbeeld 100 delen van een polyesterpolyol, 160 delen van een polyisocyanaat, 2 delen van een aminekatalysator zoals dimethylcyclohexylamine, 2 delen van een blaasmiddel zoals water en 13 delen van een blaasmiddel zoals isopentaanderivaten, 2,5 delen van een stabiliseermiddel zoals een polyether-polysiloxaan-copolymeer en 10 delen van een brandvertragend middel.

Een tweede voorbeeid van een flexibel of semi-flexibel polyurethaanschuim met open cellen is een schuim omvattende 85 delen van een polyesterpolyol en 15 delen copolyol, 330 delen van een polyisocyanaat, 2 delen van een aminekatalysator zoals dimethylcyclohexylamine, 9 delen van een blaasmiddel zoals water, 2,5 delen van een

BE2017/5587 stabiliseermiddel zoals een polyether-polysiloxaan-copolymeer en 10 delen van een brandvertragend middel.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een paneel of een blök van flexibel of semi-flexibel schuim, omvattende het flexibele of semi-flexibele schuim van de uitvinding, typisch voor thermische of akoestische isolatie, met name van gebouwen, of cryogene isolatie van koelkasten, koelkamers, of voor het opvullen of helpen bij het drijven zoals in middelen die helpen bij het drijven (riem of vest...) of watersporten, voor het dempen van schokken en trillingen (bijvoorbeeld schoenen, tapijten en matrassen, schuimen voor verpakking of voor vulling van harde structuren met het oog op het verbeteren van het comfort ervan, typisch dakpanelen, zitplaatsen (stoelen, zetels,...), zolen, zones bestemd om te worden vastgegrepen zoals sturen van voertuigen,...), voorfiltratie.

Onder “paneel” wordt een rechthoek verstaan met een bij benadering parallellepipedumvorm die relatief gladde oppervlakken vertoont en de volgende afmetingen heeft, van 0,3 tot en met 50 m² oppervlak voor een dikte van 10 tot en met 1000 mm, bij voorkeur van 0,5 tot en met 20 m² oppervlak voor een dikte van 15 tot en met 500 mm; met nog meer voorkeur 0,8 tot en met 15 m² oppervlak voor een dikte van 17 tot en met 400 mm, typisch van 1 tot en met 7 m² oppervlak voor een dikte van 20 tot en met 250 mm. Voorbeelden van afmetingen zijn typisch een oppervlak van 600 x 600 mm of 1200 x 600 mm voor een dikte van 20 tot en met 250 mm.

Onder “blok” wordt een structuur verstaan van gelijk welke mogelijke geometrische vorm, kubus-, parallellepipedum-, ster- of cilindervorm, met of zonder uitsparing(en), met een volume tussen 1 cm³ tot en met 100 m³, bij voorkeur 10 cm³ tot en met 70 m³, met nog meer voorkeur 100 cm³ tot en met 50 m³, typisch 0,5 tot en met 35 m³, typisch van 1 tot en met 30 m³.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het verkrijgen van een paneel of een blok van flexibel of semi-flexibel schuim volgens de uitvinding, met name via vormgieten.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor thermische, akoestische of cryogene isolatie, met name van gebouwen, leidingen voor transport van flui'da of een werkwijze voor het vullen (scheuren of vrije ruimte), het ondoorlatend maken (van structuren, scheuren...), het afdichten of verbeteren van het drijfvermogen (typisch van middelen voor hulp bij het drijven of watersporten) of het dempen van schokken en trillingen of filtratie door afzetting of invoering van blokken of panelen van flexibel of semi-flexibel

BE2017/5587 schuim volgens de uitvinding of door het op- of inspuiten van een flexibel of semi-flexibel schuim of een samensteiling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim volgens de uitvinding te verkrijgen.

Een samensteiling die het mogelijk maakt om een flexibel polyurethaanschuim te verkrijgen, vertoont typisch een index van 100 tot en met 120 en omvat bijvoorbeeld:

- 10 tot 60 massa%, bij voorkeur 20 tot 40 massa% van een polyesterpolyol volgens de uitvinding,

- 1 tot 10 massa%, bij voorkeur 2 tot 7 massa% blaasmiddelen, typisch water,

- 40 tot 80 massa%, bij voorkeur 50 tot 75 massa% polyisocyanaat zoals polymethyleen-polyfenyleenpolyisocyanaat of tolueen-di-isocyanaat,

- 0 tot 5 massa%, bij voorkeur 0,2 tot 2 massa% van een stabiliseermiddel,

- 0,1 tot 5 massa%, bij voorkeur 0,2 tot 2 massa% van ten minste één katalysator.

Een samensteiling van een zacht polyurethaanschuim omvat bijvoorbeeld 100 delen van het polyesterpolyol volgens de uitvinding; 5 delen blaasmiddel zoals water; 50 delen polyisocyanaat zoals tolueen-di-isocyanaat, 1 deel stabiliseermiddel zoals Tegostab BF 2370; 0,2 delen katalysator zoals dibutyltindilauraat.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een isolatiepaneel zoals een paneel voor akoestische of geluidsisolatie, een matras, een zitplaats, een stoel, een armstoel of een zitbank zoals een autostoel of een meubel omvattende genoemd flexibel of semiflexibel schuim volgens de uitvinding.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het verkrijgen van een flexibel of semi-flexibel schuim, typisch van polyurethaan en/of polyisocyanuraat, omvattende:

• een stap van het verkrijgen van een polyesterpolyol volgens de uitvinding of van een poiymeer volgens de uitvinding,

BE2017/5587 • een stap van het toevoegen van ten minste één polyisocyanaat, ten minste één reactiekatalysator, ten minste één blaasmiddel en een stabiliseermiddel, en • een polymerisatiestap.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op het gebruik van een schuim volgens de uitvinding bij thermische of akoestische isolatie of voor het vullen van ruimten in de bouwsector of de mechanische industrie.

Hoewel ze verschillende betekenissen hebben, werden de termen omvatten, “bevatten”, “bestaan uit” en hun afgeleiden in de beschrijving van de uitvinding onderling verwisselbaar gebruikt en kunnen ze door elkaar worden vervangen.

De uitvinding zal duidelijker kunnen worden begrepen door de volgende figuren en voorbeeiden te lezen, die uitsluitend bij wijze van voorbeeld worden gegeven.

KORTE BESCHRIJVING VAN PE TEKENINGEN

Figuren

Figuur 1: Schuimvormingsprofiel: evolutie van de temperatuur (a), van de maximale hoogte (b) en de mate van schuimvorming (c) ten opzichte van de tijd van de schuimvormingsstap

Figuur 2: a. FTIR-spectra van de geformuleerde schuimen, b. FTIR-spectra ingezoomd op de absorptiezone van de isocyanuraten

Figuur 3: a. TGA-curves van de PU-schuimen, onder droge lucht, b. Afgeleide van de TGA-curves van de PU-schuimen, onder droge lucht

Figuur 4: SEM-beeld van de PU-schuimen in de transversale (T) en longitudinale (L) richtingen ten opzichte van de stijgingsrichting van het schuim

Figuur 5 : a) Opslagmodulus, verliesmodulus en evolutie van Tan δ van REF, en

-b) Evolutie van Tan δ van REF en van de uit biomassa gewonnen schuimen

Figuur 6: Spanningsrekcurves van REF en het uit biomassa gewonnen schuim B100-2, in -a) longitudinale richting, -b) transversale richting

Figuur 7: Spanningsrekcurves van de uit biomassa gewonnen PU-schuimen, in a) longitudinale richting, -b) transversale richting

BE2017/5587

VOORBEELD

1. Materiaal en werkwijze

a. Producten

Het sorbitol werd geleverd door de onderneming TEREOS (MERITOL®, 98%, watergehalte <0,5%, gehalte aan reducerende suikers <0,1%). Het 1,4-butaandiol (BDO, 99%) werd verkregen van de onderneming SIGMA ALDRICH. Het adipinezuur (AA) (99%) werd verkregen van de onderneming ACROS ORGANICS. Het polyetherpolyol is een oxypropyl-polyol van de onderneming HUNTSMAN (DALTOLAC® R570), met een gemiddelde functionaliteit van 3,0 en een OH-getal van 570 mg KOH/g. Het polyisocyanaat is 4,4’-methyleenbis-(difenyl-isocyanaat) (MDI) polymeer van BORSODCHEM (ONGRONAT 2500). Er werden twee typische katalysatoren voor polyurethaanschuim gebruikt: Ν,Ν-dimethylcyclohexylamine (DMCHA) en de oplossing aan 15 gew.% kalium-2ethylhexanoaat (Ko), respectievelijk van MOMENTIVE en BORSODCHEM. De vlamvertrager is tris (1-chloor-2-propyl) (TCPP) fosfaat van SHEKOY, de oppervlakteactieve stof was polydimethylsiloxaan (B84501) verkregen van de onderneming EVONIK en het glycerol (gly) (99,5%) werd verkregen van FISHER SCIENTIFIC. Het isopentaan van INVENTEC werd gebruikt als fysisch blaasmiddel. AI deze chemische producten werden gebruikt zoals ze werden ontvangen zonder verdere zuivering.

b. Synthese van een polyesterpolyol op basis van sorbitol (BASAB)

Het polyesterpolyol op basis van sorbitol werd gesynthetiseerd door een bulkpolycondensatie in twee stappen op basis van sorbitol, 1,4-butaandiol en adipinezuur. Eén mol-equivalent van sorbitol en twee mol-equivalenten van adipinezuur werden geladen in een temperatuur-geregelde Parr-reactor van 600 ml (model Nr. 4568) uitgerust met een verwarmingsmantel, een mechanische roerinrichting met een U-vormig blad, een thermokoppel, een Dean Stark met een uitlaat van de condensator bovenaan om er een vacuümpomp op te kunnen aansluiten en een uitlaat onderaan voor het verzamelen van de condensaten, een inlaat en een uitlaat van inert gas... Het medium werd gedurende drie uur verhit tot 150°C, waarna 2 molequivalenten ten opzichte van het sorbitol aan 1,4butaandiol werden toegevoegd. De reactie werd gedurende zes bijkomende uren voortgezet. Tot slot werd de reactor gekoeld tot 60°C en werd de resterende aciditeit van het niet-gereageerde adipinezuur geneutraliseerd door toevoeging van een geschikte hoeveelheid K2CO3. Een viskeus geel polyol (BASAB) werd uit de reactor gerecupereerd en de algemene eigenschappen van het BASAB worden samengevat in tabel 1 en vergeleken met het uit aardolie gewonnen polyetherpolyol. Bijkomende details met betrekking tot deze synthèse worden gegeven in de octrooiaanvrage FR 16/01253.

BE2017/5587

Dynamische	OH-getal -	Zuurgetal -	Gemiddelde functionaliteit
viscositeit bij	titratie (mg	titratie (mg	Primaire	Secundaire
25°C	KOH/g)	KOH/g)	hydroxylen	hydroxylen
(mPa.s)

- Uit aardolie	670	570	Minder dan	3,0 (eind)
gewonnen
polyetherpolyol
BASAB	24.300 ± 200	382 ±9	3,4 ±0,8	2 4

Tabel 1 : Referentie en BASAB-polyol

c. Synthese van de PU-schuimen

Er werden PU-schuimen bereid met een molaire verhouding isocyanaat / hydroxyl (NCO / OH) van 1,15. Om het gehalte aan isocyanaat te bepalen worden alle reactieve hydroxylgroepen in aanmerking genomen, dat wil zeggen de polyolen, het water en de eventuele oplosmiddelen geassocieerd met de verschillende katalysatoren. Op basis van de schuimvormingswerkwijze met twee componenten wordt een voormengsel bereid omvattende polyol(en), katalysatoren, oppervlakteactieve stoffen (polydimethylsiloxaan, B84501 ), een vlamvertrager (TCPP) het of de blaasmiddel(en). De blaasmiddelen worden gekozen uit isopentaan (fysisch blaasmiddel) en water (chemisch blaasmiddel). De totale verhouding van blaasmiddel blijft constant in alle formuleringen. In elke bereiding is het aantal delen TCPP en oppervlakteactieve stof constant en gelijk aan 10 delen voor het TCPP en 2,5 delen oppervlakteactieve stoffen. De totale hoeveelheid polyol is nooit groter dan 100 delen. Wanneer onbewerkte kristallijne polyolen zoals sorbitol worden gebruikt, worden ze vooraf opgelost in water om de kristalliniteit te doorbreken en hun reactiviteit te verhogen. Het mengsel wordt mechanisch geroerd tot er een witte, fijne emulsie wordt verkregen met een totale opname van het blaasmiddel. De temperatuur van het mengsel wordt gecontroleerd en bijgesteld op 20°C. Ook de temperatuur van het polyisocyanaat wordt gecontroleerd en een gepaste hoeveelheid wordt snel toegevoegd aan de emulsie. Het volledige reactiemengsel wordt gedurende 5 sec. krachtige geroerd, vervolgens schuim in een wegwerpbeker van 250 ml bij kamertemperatuur (gecontroleerd op 20°C) om de kinetiek van het schuim te volgen of in een FOAMAT-inrichting. Voor verdere analyse werden de schuimmonsters drie dagen op kamertemperatuur bewaard om een volledige rijping van het schuim te verkrijgen.

d. Karakterisering van de verkregen schuimen

De thermogravimetrische analyses (TGA) werden uitgevoerd met behulp van een TA Hi-Res TGA Q5000 inrichting onder opnieuw samengestelde lucht (debiet 25 ml/min.). Monsters van 1 tot en met 3 mg werden verwarmd van kamertemperatuur tot 700°C

BE2017/5587 (10°C/min.). De belangrijkste karakteristieke afbraaktemperaturen zijn die op het maximum van de afgeleide van de curve met betrekking tot het gewichtsverlies (DTG) (Tdeg, max).

De infrarood-spectrometrie werd uitgevoerd met een infrarood spectrometer met fouriertransformatie NICOLET 380 gebruikt in reflectiemodus uitgerust met een ATRdiamantmodule (ATR-FTIR). Voor de analyse van alle monsters (64 scans, resolutie 4 cm' ¹) werd een atmosferische achtergrond verzameld. Alle spectra werden genormaliseerd op een trekpiek van de C-H-binding op 2950 cm'¹.

De dynamische mechanische analyse (DMA) werd uitgevoerd op de TRITEC 2000inrichtingen (Triton) met samendrukking. De monsters werden geanalyseerd bij een constante frequentie van 1 Hz voor een temperatuurbereik van 30 tot en met 270°C met een verwarmingssnelheid van 2°C/min. en een constante statische weerstand van 0,5 N. De monsters waren 7,5 x 7,5 x 7,5 mm³ groot.

De quasi-statische samendrukkingsproeven werden uitgevoerd met een INSTRONdynamometer (E1000, USA), uitgerust met een belastingsensor van 1 KN, bij kamertemperatuur en met een constante deformatiesnelheid van 2,5 mm/min. De kubusvormige monsters die werden gebruikt voor de samendrukkingsproeven hadden de volgende afmetingen: 25 * 25 * 25 mm³. De monsters werden getest in de longitudinale richting (overeenstemmend met de expansie van het schuim tijdens het procès) en in de transversale richting. De modulus van Young werd gedefinieerd als de helling van de spanningsrekcurves in de elastische zone en de elasticiteitsgraad als eerste maximum van de spanningscurve.

De thermische geleidbaarheid werd gemeten aan de hand van de warmteflux. Typisch bestaat de inrichting uit een verwarmingselement met twee thermokoppels om de temperatuur op de voor- en achtervlakken te verkrijgen. De inrichting is eveneens uitgerust met twee sensoren voor het meten van de verwarmingstijd en de cyclustijd. De verwarmingstijd en cyclustijd worden gebruikt om de maximale flux van de geleidingswarmte te corrigeren, wat nodig is voor de berekening van de warmtegeleidingscoëfficiënt, aan de hand van de wet van Fourier, gebruikt voor thermische geleiding in permanente toestand. Er werden platen van verschillende materialen met afmetingen van 300 * 400 * 3 mm³ gebruikt om de warmtegeleidingscoëfficient te bepalen.

De temperatuur van de schuimen, de expansiesnelheden en -hoogtes, de dichtheid en de druk werden geregistreerd met behuip van een FOAMAT FPM 150 (Messtechnik GmbH) uitgerust met cilindrische houders met een hoogte van 180 mm en een diameter van 150 mm, een LR 2-40 PFT ultrasone sonde voor registratie van de schuimhoogte, een NiCr / Ni thermokoppel type K en een druksensor 150 FPM. De gegevens werden geregistreerd en geanalyseerd met specifieke software.

BE2017/5587

Het gehalte aan open cellen werd bepaald met behulp van een Ultrapyc 1200e van Quantachrome Instruments, gebaseerd op de techniek van de expansie van het gas (wet van Boyle). Er worden kubusvormige schuimmonsters (ongeveer 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm) afgesneden voor een eerste meting. Vervolgens werd het kubusvormige monster in acht gelijke delen gesneden en werd de meting herhaald. Deze tweede meting laat toe om het gehalte aan gesloten cellen te corrigeren op basis van de cellen die werden beschadigd door het versnijden van het monster. De metingen werden uitgevoerd volgens EN ISO4590 en ASTM 6226.

De schijnbare dichtheid van de schuimen werd gemeten volgens standaardmethode EN 1602.

De morfologie van de cellen van de cellen werd geobserveerd met een scanningelektronenmicroscoop met veldemissie (SEM) HITACHI TM-1000. De kubusvormige schuimmonsters werden versneden met een microtoom-lemmet en werden geanalyseerd in twee karakteristieke richtingen: longitudinaal en dwars met betrekking tot de stijgingsrichting van de schuimen.

2. Resultaten en discussie

Er werden vijf schuimen geformuleerd. De gedetailleerde formuleringen worden voorgesteld in tabel 2.

Een uit aardolie gewonnen schuim (hierna REF) wordt gebruikt als referentie. De formuleringen B85-2, B85-4, B100-2 en B100-4 zijn de uit biomassa gewonnen schuimen die zullen worden geëvalueerd. De karakteristieken van de formuleringen en de kinetiek van de verkregen schuimen worden weergegeven in tabel 2.

Het referentieschuim (REF) vertoont de snelste kinetiek met een tijd tot crèmevorming van 10 sec., terwijl alle uit biomassa gewonnen schuimen tot 15 sec. gaan. Een tijd tot crèmevorming van 15 sec. is een aanvaardbare tijd voor de formulering van dergelijke schuimen, met name bestemd voor de continue productie van schuimpanelen voor isolatie van gebouwen.

		REF	B85-2	B85-4	B100-2	B100-4
Formulerin g	Polyol	Uit aardol ie ge wo nnen	BASAB + giy + sorbitol	BASAB + giy + sorbitol	BASAB	BASAB

BE2017/5587

	Polyolgehalte (in delen)	100	85+10 + 5	85+10 + 5	100	100
Fysisch expansiemiddel (in delen)	15.04	19.28	13.20	12.25	4.14
Chemisch expansiemiddel (in delen)	1.60	1.60	4.14	1.60	4.14
Referentieti jden	Tijd tot crèmevorming (s)	10	27	16	15	22
Tijd tot draadvorming (s)	44	122	90	70	60
Tijd tot kleefvrij schuim (s)	66	300	210	115	110

Tabel 2: Formulering en karakteristieken van de PU-schuimen

De tijd tot kleefvrij schuim is een indicatie met betrekking tot de vorming van het PUnet op het oppervlak, maar is geen indicatie van het einde van het schuimvormingsproces. Volgens deze parameter eindigt de polymerisatiestap van REF op het oppervlak na 66 sec., terwijl de andere, uit biomassa gewonnen schuimen tijden vertonen van meer dan 100 sec. Dit verschil in tijd tot kleefvrij schuim wijst op een zwakkere eindreactiviteit bij de schuimvorming. Dit betekent dat het voiledige polyurethaan-net, in het geval van de uit biomassa gewonnen formuleringen, pas later wordt gerealiseerd dan voor de uit aardolie gewonnen schuimen. Dat kan in het bijzonder voordelig zijn voor de productie van schuimblokken door vormgieten.

De metingen die door de FOAMAT werden uitgevoerd, wijzen erop dat het referentieschuim REF zijn hoogste expansiesnelheid van 5 mm/s (Figuur 1, c) bereikt op 40 sec., en zijn maximale hoogte van 160 mm bereikt op 70 sec. (Figuur 1, b). Deze expansiesnelheid is een rechtstreeks gevolg van de exotherme polyadditie tussen de isocyanaat- en hydroxylfuncties, met een reactie-enthalpie van 100,32 kJ/mol (M. lonescu, chimie et technologie des polyols pour les polyuréthanes, Rapra Technology, Shawbury, Shrewsbury, Shropshire, Royaume-Uni, 2005), de interne temperatuur van REF wordt pas na 210 sec. gestabiliseerd op 170°C, met andere woorden de voiledige polymerisatietijd van het PU-net. Het B100-2-schuim is het uit biomassa gewonnen equivalent van REF en de FOAMAT-meting (Figuur 1 ) geeft duidelijk het effect weer van de wijziging van het polyol van een uit aardolie gewonnen polyether naar een uit biomassa gewonnen polyester op de schuimvormingstemperatuur, de expansiesnelheid en de evolutie van de hoogte van het schuim.

Zo merken we voor het uit biomassa gewonnen B100-2-schuim een expansiesnelheid vast die vijf maal lager ligt dan die van REF. Parallel daarmee stellen we

BE2017/5587 vast dat de schuimtemperatuur bereikt tijdens de schuimvormingsstap lager ligt voor B1002 dan voor REF. De verlaging van deze twee metingen is indicatief voor een zwakkere reactiviteit van het polyester (uit biomassa gewonnen BASAB) in vergelijking met die van het polyether (uit aardolie gewonnen). Deze lagere reactiviteit wordt verklaard door de lagere beschikbaarheid van de secundaire hydroxylgroepen en de lagere reactiviteit van de eindstandige hydroxylgroepen van het uit biomassa gewonnen polyester in vergelijking met het referentie-polyether.

De temperatuurcurve van B100-2 (Figuur 1, a) toont een vertraging van ongeveer 60 sec. in vergelijking met REF, wat overeenkomt met de tijd die het systeem nodig heeft om de reactietemperatuur te bereiken. Dit verschil tussen REF en B100-2 is een rechtstreeks gevolg van de schuimvormingssnelheid. Een gelijkaardig profiel wordt eveneens waargenomen op alle temperatuurcurves van de uit biomassa gewonnen schuimen. Deze trägere schuimvormingssnelheid is geen beperking op industrieel niveau omdat ze kan verschillen naargelang de gebruikte katalysator en kan een voordeel vormen in gietvormwerkwijzen omdat ze het mogelijk kan maken om de vorm volledig te vullen voorafgaand aan de polymerisatie van het schuim.

Er werd eveneens een effect van het gehalte aan chemisch blaasmiddel en met name aan water in de mengsels op de schuimvormingsparameters waargenomen. Zo werd het B100-4-schuim geformuleerd met een hoger watergehalte dan de mengsels B100-2 en REF. Daarbij werd een verbetering van de schuimvormingsparameters bij B100-4 in vergelijking met B100-2 en REF waargenomen. Meer in het bijzonder vertoont B100-4 karakteristieke tijden tot draadvorming en tot kleefvrij schuim die respectievelijk 10 sec. en 5 sec. lager zijn dan die van B100-2 (tabel 2). Zo is formulering B100-4 voordelig in die zin dat ze schuimvormingskarakteristieken vertoont die dicht aanleunen bij de formulering van de uit aardolie gewonnen referentie (REF). Formulering B100-2 blijft evenwel interessant omdat ze een voldoende lange werktijd mogelijk maakt die geschikt is, bijvoorbeeld voor de productie van schuimblokken in gietvormen.

Het effect van het water op de schuimvorming zou gelinkt zijn aan de hoge reactiviteit tussen het isocyanaat en het water, met name een reactiviteit die tweemaal groter is dan die tussen het isocyanaat en de alcohol. De exothermie van de waterisocyanaat-reactie is duidelijk zichtbaar op de evolutie van de temperatuur van het B100-4schuim die op 47 sec. van 30 naar 140°C gaat. De expansiesnelheid van B100-4 ligt met andere woorden respectievelijk 1,6 en 4 keer hoger dan die van REF en B100-2, met een gelijke schuimhoogte.

BE2017/5587

Als we REF, B100-2 en B100-4 vergelijken, stellen we verder vast dat de verhoging van het watergehalte van het mengsel de zwakkere reactiviteit van het BASAB compenseert en het mogelijk maakt om een mengsel te verkrijgen dat zeer goede karakteristieken vertoont op het vlak van temperatuur (figuur 1a) en expansiesnelheid (figuur 1c). Zo stellen we vast dat de expansiesnelheid van B100-4 4 keer groter is dan die van B100-2. B100-4 bereikt een maximale expansiesnelheid van 8 mm/sec., hogerdan die van REF die 5,5 mm/s bedraagt. Ook de maximumtemperatuur die wordt bereikt tijdens de reactie neemt met 20°C toe tussen B100-2 en B100-4.

Bijgevolg kunnen samenstellingen op basis van uit biomassa gewonnen producten die een goede reactiviteit vertonen en dus een schuimkinetiek die helemaal vergelijk baar is met die van uit aardolie gewonnen samenstellingen wat betreft temperatuur en expansiesnelheid worden verkregen volgens de uitvinding.

Om de schuimvormingskinetiek te optimaliseren, werd de impact van korte, nietvluchtige en zeer reactieve polyolen zoals sorbitol en glycerol bij de start van het schuimvormingsproces bestudeerd (tabel 2).

Er werden samenstellingen bereid die uitsluitend BASAB (B100-2 en B100-4) als polyol bevatten of die een mengsel van BASAB, glycerol en sorbitol omvatten in een verhouding BASAB/glycerol/sorbitol van 85/10/5 (B85-2 et B85-4).

De samenstellingen B85-2 en B100-2 verschillen uitsluitend van elkaar door de aanwezigheid of afwezigheid van deze kleine polyolen. Hetzelfde geldt voor de samenstellingen B85-4 en B100-4.

Zo toont de vergelijking tussen de expansiesnelheden van de B85-2- en B100-2schuimen, weergegeven in figuur 1, duidelijk de hoge reactiviteit van het BASAB-korte diolen mengsel, in vergelijking met enkel BASAB. Zo wordt de expansiesnelheid van het B100-2-schuim nooit hoger dan 2 mm/s, terwijl die van B85-2 3 mm/s overschrijdt. De effecten van deze hoge reactiviteit zijn ook zichtbaar in de schuimvormingstemperatuur van B100-2, weergegeven in figuur 1a, die 40°C lager ligt dan die van B85-2. De resulterende expansie van het schuim wordt bei'nvloed door de laagste temperatuur (Figuur 1b). De hoogte van het B85-2-schuim is tweemaal groter dan de hoogte van het B100-2 schuim, terwijl ze allebei dezelfde hoeveelheid blaasmiddelen bevatten. Zo vertoont het mengsel BASAB, glycerol en sorbitol in een verhouding BASAB / glycerol / sorbitol van 85/10/5, bij een identieke hoeveelheid blaasmiddel, een duidelijk effect op het profiel van de schuimvormingskinetiek en dus op de hoogte alsook op de uiteindelijke dichtheid van het schuim.

BE2017/5587

Er werd eerder al aangetoond dat voor formuieringen die BASAB bevatten, de verhoging van het watergehalte van het mengsel (B100-2 versus B100-4) een netto toename van de reactiviteit van het schuim biedt.

Bij de formuieringen die het mengsel BASAB, glycerol en sorbitol bevatten, heeft de verhoging van het watergehalte van het mengsel (B85-2 versus B85-4) geen noemenswaardig effect op de schuimvormingskinetiek. De waargenomen schuimhoogtes en -temperaturen zijn inderdaad vergelijkbaar (Figuur 2a en 2b).

Als we nu deformuleringen B85-4 en B100-4 vergelijken, die een hoog watergehalte bevatten en van elkaar worden onderscheiden door de aanwezigheid (B85-4) of afwezigheid (B100-4) van körte polyolen, dan stellen we een sneller schuimvormingsprofiel vast voor de formuiering die alleen BASAB omvat. De maximale schuimvormingssnelheid van de formuiering B100-4 wordt namelijk bereikt bij een maximale waarde van 8 mm/s in 50 sec., en neemt daarna snel af. Voor de formuiering B85-4 wordt daarentegen een maximale waarde van 3,5 mm/s in 100 sec. waargenomen. De voornaamste hypothèse om dit verschijnsel te verklären, is de vorming van kanalen binnenin het schuim, verkregen door vervorming en coalescentie van cellen met laag mechanisch gedrag gevormd door zwak verknoopte polymeren. Dit fenomeen wordt gestimuleerd door de aanwezigheid van körte diolen in de formuiering B85-4, die als verknopingsmiddel kunnen werken. Deze hypothèse kan later worden bevestigd met een SEM-studie.

De samenstellingen B85-2 en B85-4 bevatten allebei een mengsel van BASAB, glycerol en sorbitol, waarbij de samensteiiing B85-4 zieh onderscheidt door een hoog watergehalte. De verkregen B85-2- en B85-4-schuimen bereiken een hoogte die vergelijkbaar is met die van het REF-schuim. Toch worden er variaties vastgesteld in de expansiesnelheid en de temperatuur.

Zo wordt er een verhoging van de temperatuur van het B85-2-schuim vastgesteld na 60 sec. alsook een trage schuimvormingssnelheid van 2 mm/s die gedurende 80 sec. constant wordt gehouden. Deze variaties kunnen worden toegeschreven aan de reactie van de körte diolen met de isocyanaatfuncties die worden gedragen door de polyisocyanaten gekozen voor de formuiering. Wanneer de temperatuur 80°C bereikt, begint het BASABpolyol krachtig te reageren met de vrije isocyanaatfuncties. We stellen dan een toename van de schuimvormingssnelheid van B85-2 vast van 2 naar 3 mm/s. Er is een verandering in helling zichtbaar op de temperatuurcurve weergegeven in figuur 1a. Deze evoluties zijn rechtstreekse gevolgen van de toename van de exothermie van de polymerisatie. Ter vergelijking, in de formuiering B85-4 die het mengsel van BASAB, glycerol en sorbitol omvat en een hoog watergehalte heeft, maskeert het effect dat gelinkt is aan het hoge

BE2017/5587 watergehalte dat van de korte polyolen. Zo nemen de temperatuur en de schuimvormingssnelheid tijdens de schuimvorming drastisch toe en bereikt het schuim een maximale hoogte in 20 sec. (zie figuren 1a, 1b en 1c) omwille van het feit van de erg exotherme reactie tussen het polyisocyanaat en het water zoals eerder toegelicht.

Bijgevolg verschilt de reactiviteit van het uit biomassa gewonnen polyesterpolyol aanzienlijk in functie van de schuimvormingstemperatuur en kan ze worden bijgesteld door gebruik te maken van de al dan niet gecombineerde effecten van blaasmiddelen zoals water en korte diolen zoals glycerol en/of sorbitol.

Water is een chemisch blaasmiddel en is het eenvoudigste middel om de expansiesnelheid te verhogen, maar het brengt eveneens een verhoging mee van het gehaite aan ureumbinding in het uiteindelijke schuim. Aangezien deze bindingen een verharding van de Segmenten tot gevolg hebben, zou de toename van hun aanwezigheid een invloed kunnen hebben op de mechanische eigenschappen van het schuim.

In het licht van de voorgaande resultaten werd aangetoond dat het watergehalte van de samenstelling en dus de vorming van ureumbindingen kan worden beperkt door het BASAB te combineren met korte polyolen zoals glycerol en sorbitol. Ze hebben namelijk een inducerende werking op de reactie en vereenvoudigen de fysieke expansie van het schuim terwijl ze de vorming van ureum beperken.

De chemische samenstelling van de PU-schuimen werd geanalyseerd aan de hand van infraroodspectroscopie (FT-IR). De functionele groepen gebonden aan de PU’s en aan de polyisocyanuraten (PIR) werden geïdentificeerd (figuur 2a). Aan de hand van deze analyse kan een spectrum (figuur 2a) worden verkregen dat verschillende pieken vertoont. De grote piek op 3300 cm'¹ komt overeen met de rek van de N-H-groepen. De piek op 2270 cm^-1 stemt overeen met het resterende vrije NCO. De aanwezigheid en de waarde van deze pieken komen overeen met de molaire verhouding NCO/OH van de formulering van 1,15. De hydroxylgroepen zijn zichtbaar door de afwijking van de basislijn tot 3600 cm'¹. Deze groepen zijn zeker niet-reactieve secundaire hydroxylgroepen van het BASAB. De N-Hgroepen vertonen eveneens een torsiesignaal op 1510 cm'¹. De brede piek op 2950 cm'¹ komt overeen met de rek van de C-H-binding aanwezig in het PU-skelet en het signaal op 1595 cm'¹ komt overeen met de Ar-H-rek van de fenylgroepen van het polyisocyanaat (M. Rogulska, A. J. Therm. Anal. Calorim. 114 (2013) 903-916). Er werden meerdere pieken toegeschreven aan de urethaanfunctie, waaronder de C=O-rek die waterstofbindingen vertoont op 1709 cm'¹, de CO-rek op 1220 cm'¹, vervolgens de twee samengevoegde pieken op 1062 cm'¹ en 1017 cm'¹ gelinkt aan de symmetrische rek van de N-CO-Obindingen en de rek van de CO-bindingen (B.R. Barrioni, Mater. Sei. Eng. C. 52 (2015) 2227

BE2017/5587

30). In verband met de ureumfuncties werd al beschreven (A.M.B.M. MUSTAFE, FTIR studies on 2K polyurethane paint, 2005.) dat ze worden teruggevonden in de vorm van een brede piek op 1647 cm'¹. Er werd aangenomen dat hun läge gehalte ten opzichte van de urethaanfunctie een zwakker signaal opwekt aan de oorsprong van de verschuiving ten opzichte van de basislijn van het spectrumsignaal in het gebied van 1700-1600 cm'¹. De laatste grote piek, tot slot, die bij alle spectra voorkomt op 1412 cm'¹, wordt toegeschreven aan de absorptieband van het isocyanuraat. Deze piek wijst erop dat er, zeifs in de PUformulering met een läge overmaat aan isocyanaatfunctie, een kleine hoeveelheid isocyanuraat wordt gevormd. De hoeveelheid isocyanuraat gelinkt aan de intensiteit van de piek (figuur 2b) toont een goede correlatie met de eerder geregistreerde schuimtemperatuur. Dit is consistent met de hoge temperatuur die noodzakelijk is om het PIR-materiaal te verkrijgen (Hofmann-1870Berichte_der_deutschen_chemischen_Gesellschaft.pdf, (n.d.)). De tri-isocyanuraatringen die aldus in het schuim worden ingevoerd, verhogen de verknopingsgraad van de betrokken schuimen. Concluderend kunnen we stellen dat de schuimen die worden verkregen op basis van uit biomassa gewonnen producten (BASAB alleen of in een mengsel met glycerol en sorbitol) op dezelfde wijze als de uit aardolie gewonnen schuimen (REF) poly-schuimen (urethaan-isocyanuraat) (PUIR).

Om de temperatuurbestendigheid van de schuimen te bepalen, werd een thermogravimetrische analyse (TGA) uitgevoerd op elk van de schuimen en konden TGAen TGD-thermogrammen worden verkregen (zie figuur 3a). Voor de referentiesamenstelling wordt een gewichtsverlies overeenkomstig een thermische afbraak in twee fasen waargenomen. Het eerste temperatuurverlies stemt overeen met de ontleding van de urethanen en polyetherpolyol, met maximum van de TGD-curve op 250°C. Het tweede gewichtsverlies wordt toegeschreven aan de splitsing van de koolstof-koolstofbinding met een maximum op de TGD-curve op 560°C. Deze resultaten zijn consistent met de eerdere werken die in de literatuur werden gerapporteerd (/-/. Ulrich, Recent Advances in Isocyanurate Technology, J. Cell. Plast. 17 (1981) 31-34 ; A. Arbenz, et ai, J. Polym. Environ. (2017); A. Celzard, Polym. Degrad. Stab. 96 (2011) 477-482). De thermische stabiliteit van de schuimen wordt bei'nvloed door verschillende parameters naargelang het uitgangsmateriaal dat aanvankelijk wordt gebruikt voor de formulering. Zo wordt de ontledingstemperatuur van de urethaangroep bei'nvloed door zijn buren. Zo werd gerapporteerd dat een urethaanfunctie omgeven door twee alkylen een initîële ontleding vertoond bij 250°C, terwijl die zou beginnen bij 120°C wanneer ze wordt omgeven door twee arylgroepen (J. Simon, Chromatographia. 25 (1988) 99-106). Deze ontleding wordt voornamelijk veroorzaakt door de thermische omkeerbaarheid van de urethaanfunctie,

BE2017/5587 volgens de voornaamste ontledingspaden, met name de omgekeerde reactie, dissociatie, vorming van aminen en trans-carbamoylering.

Alle uit biomassa gewonnen schuimen vertonen een thermische stabiliteit die lager ligt dan die van de referentie, met een gewichtsverlies beginnend bij 170°C. We wijzen erop dat, behalve in het geval waar brandwerendheid vereist is, de installatie- en gebruiksomstandigheden van de schuimen aigemeen genomen worden gekenmerkt door temperaturen die lager liggen dan 170°C. Bijgevolg bieden de verkregen, uit biomassa gewonnen schuimen een interessant alternatief voor vele toepassingen. De afbraak van de schuimen zoals die werd waargenomen, is complex omwille van de toevoeging van de verschillende chemische groepen van het polyesterpolyol. In feite worden polyesters onderworpen aan twee grote afbraken, met name de waterstofsplitsingen a en ß (/7. Abe, Macromol. Biosci. 6 (2006) 469-486), wat leidt tot een afbraak die concurreert met de afbraak van de urethaanfunctie. Tijdens deze analyse werd geen enkel specifiek effect waargenomen dat verband houdt met de toevoeging van korte polyolen in de samensteiling, aangezien de TGD-diagrammen voor de meeste van de uit biomassa gewonnen schuimen, vergelijkbaar zijn. Enkel monster B85-4, dat een mengsel van BASAB, glycerol en sorbitol vertoont en een hoog watergehalte heeft, toont verschillende TGA- en TDGthermogrammen. Het gewichtsverlies van dit monster is träger dan dat van de uit biomassa gewonnen schuimen. Dit is consistent met de formulering ervan omdat het hoge watergehalte de vorming van ureum veroorzaakt dat thermisch stabieler is dan de urethaanfunctie (D.K. Chattopadhyay, J. Polym. Sei. Part B Polym. Phys. 44 (2006) 102118). Dit laatste schuim vertoont dus een betere thermische stabiliteit dan de andere uit biomassa gewonnen schuimen en biedt dus mogelijk een betere brandwerendheid en weerstand tegen hoge temperaturen.

	REF	B85-2	B85-4	B100-2	B100-4
Longitudinale	Feret max,	376 ± 91	432 ±157	443 ±146	362 ±134	408 ±122
richting	DF max (pm) Feret min, DF min (pm)	194 ± 39	227 ± 69	174 ±47	173 ± 58	110 ± 25
	R= DF max /	1,96 ±0,35	1,92 ±0,47	2,60 ±0,8	2,17 ±0,76	3,78 ±
	Dpmin					0,93
Transversale	Feret max,	217 ± 33	350 ±114	232 ± 66	277 ±100	380 ± 88
richting	Dpmax (pm) Feret min, Dpmin (pm)	182 ± 33	245 ± 77	170 ±47	171 ± 52	104 ±28
	R= Dpmax /	1.21 ± 0.15	1.46 ±0.36	1.38 ±0.25	1.65 ±0.42	3.79 ±
	Dpmin					0.97

Tabel 1 : Morfologie van de PU-schuimen

BE2017/5587

De analyse van de morfologie van de schuimen werd uitgevoerd aan de hand van een SEM-analyse en gekoppeld aan een evaluatie van de anisotrope verhouding (R) van de cellen van het schuim. De SEM-beelden die worden getoond in figuur 4, tonen microstructuren van schuimmonsters in de longitudinale richting (L) en de transversale richting (T) ten opzichte van de stijgingsrichting van het schuim. Er worden verschillende en niet-homogene structuren verkregen met de PU-schuimen met open cellen, behalve met de referentie, die een homogeen schuim met gesloten cellen vertoont.

In de longitudinale richting hebben aile cellen een veelhoekige vorm met een duidelijke anisotropie (R) (Tabel 3) en ellipsoïde vormen (R = 1,9 tot 3,8). Dit fenomeen wordt versterkt door het gedeeltelijk vrije schuimvormingsproces gebruikt met een groei van het schuim in de longitudinale richting. Daarentegen zijn de cellen meer bolvormig in de transversale richting (1,21 < R < 1,65), met uitzondering van B100-4 (BASAB en hoog watergehalte), waar de cellen in beide richtingen ellipsvormig zijn.

Naast de vorm van de cellen, tonen de SEM-beelden ook de globale structuur van de schuimen. Als we de schuimen vergelijken die werden verkregen op basis van een samenstelling omvattende de BASAB en een hoog watergehalte, vertoont B100-4 grotendeels langgerekte cellen die aan de oorsprong liggen van kleine kanaaltjes in het materiaal. Daar waar B100-2, overeenkomend met de formuiering met BASAB en een lager watergehalte, dichter aansluit bij een conventionele structuur met open cellen. Dit verschil kan gemakkelijk worden verklaard door het hoge gehalte aan chemisch blaasmiddel (water) in B100-4.

Omdat water erg reactief is, zorgt het ervoor dat er snel koolstofdioxide vrijkomt, wat kanaaltjes creëert die gericht zijn naar de binnenkant van het schuim toe en die de celstructuur doorbreken. Een fysisch blaasmiddel biedt een meer gematigde expansiecontrole door de verdamping ervan in microluchtbelletjes die worden opgenomen tijdens het mechanisch roeren van het voormengsel van polyolen (N. S. Ramesh, et al, Polym. Eng. Sei. 34 (1994) 1685-1697), wat een meer sponsachtige structuur oplevert.

De schuimmonsters afkomstig van een formuiering met een mengsei van polyolen (B85-2 en B85-4) vertonen een celstructuur met een coëfficiënt R die lager ligt dan die van B100-2 en B100-4. Hun celstructuur is gelinkt aan een hogere verknopingsdichtheid bij de vorming van het PU-net tijdens het schuimvormingsproces. De hogere verknopingsdichtheid wordt veroorzaakt door de toevoeging van polyfunctionele glycerol en sorbitol die de expansie van het gas beperken en verhoogt de hardheid van het materiaal.

BE2017/5587

Bijgevolg maakt de variabele reactiviteit van het BASAB in functie van het gehalte aan expansiemiddel of polyolen met kleine afmetingen polyolen (C2-C6) tijdens het schuimvormingsproces het mogelijk om de cel structuur van de verkregen schuimen aan te passen. Aangezien de structuur van het schuim gevolgen heeft voor de mechanische eigenschappen, kunnen er met BASAB naargelang de gekozen formulering dus schuimen met diverse mechanische eigenschappen worden verkregen.

BASAB maak het verder mogelijk om schuimen te verkrijgen met structurele karakteristieken die verschillen van die van de schuimen omvattende uit aardolie gewonnen producten in honingraat.

Ze leunt echter aan bij de structuren van andere uit aardolie gewonnen producten die niet in deze Studie werden opgenomen. We merken op dat dit verschil in morfologie deze uit biomassa gewonnen schuimen semi-flexibele structuureigenschappen geeft met een formulering die vergelijkbaar is met die van de opgenomen uit aardolie gewonnen referentie.

Er werd een tomografische analyse uitgevoerd (niet getoond) die de SEMwaarnemingen bevestigt. Zo tonen de tomografische beeiden een zeer complexe structuur, met een niet-homogene vorm en grootte van de cellen, in overeenstemming met de SEMbeelden.

Om de verkregen schuimen beter mechanisch en thermisch te karakteriseren, werden de warmtegeleidingscoëfficienten en de schijnbare dichtheid van alle schuimen bestudeerd (tabel 4). De schijnbare dichtheden van alle schuimen liggen tussen 23 en 41 kg/m³ en de schijnbare dichtheid van het referentieschuim werd vastgesteld op 30,7 kg/m³. Bij de uit biomassa gewonnen schuimen vertoont het B85-2-schuim een schijnbare dichtheid die 2 kg/m³ meer bedraagt dan die van de monsters van het B85-4-schuim, en de dichtheid van B100-2 is 16 kg/m³ groter dan de dichtheid van B100-4. Dit betekent dat schuimen met een hoger watergehalte meer geëxpandeerd zijn, wat goed correleert met de bovenstaande vaststellingen.

Zo vertonen alle uit biomassa gewonnen schuimen meteen hoger watergehalte een hogere expansiesnelheid en een hogere temperatuur die een toename van de expansie van de gassen in deze schuimen veroorzaakt ten opzichte van de REF of van hun homologen die minder water bevatten (B100-2 vs. B100-4 en B85-2 vs. B 85-4). Dit fenomeen is bijzonder duideiijk voor de B100-2- en B100-4 monsters waar de toename van de hoeveeiheid water leidt tot een vermindering van de schijnbare dichtheid met bijna 40%.

BE2017/5587

Nomenclat uur	Chemisch expansiemid del (delen)	Schijnba re dichtheid (kg/m3)	Grootte van de cellen in de longitudin ale richting (pm)	Gehalt e aan geslote n cellen (%)	Warmtegeleidingsverm ogen λ (mW/mK)
REF	1.6	30,7 ± 0,8	194 ± 39	93	25 ±0,0013
B85-2	1.6	25,4 ± 1,6	227 ± 69	2	51± 0,0042
B85-4	4.14	23,1 ± 0,3	174 ±47	2	51 ±0,0021
B100-2	1.6	41,2 ± 3,5	173 ± 58	10	40 ± 0,0035
B100-4	4.14	25,3 ± 1,8	110 ± 25	9	35 ±0.0015

Tabel 4: Karakteristieken van de schuimen

Bovendien stellen we vast dat het REF-schuim het laagste warmtegeleidingsvermogen vertoont, met 25 mW/m.K, omwille van zijn hoge gehaite aan gesloten cellen. Het gehaite aan gesloten cellen is namelijk verantwoordelijk voor 60 tot

65% van de thermische eigenschappen van schuimen met läge dichtheid (H. Fleurent, J.

Cell. Plast. 31 (1995) 580-599). Terwijl, verrassenderwijsn de uit biomassa gewonnen PUschuimen een warmtegeleidingsvermogen vertonen tussen 35 en 51 mW/mK, terwijl ze een meerderheid aan open cellen bezitten. Deze waarden van het warmtegeleidingsvermogen zijn vergelijkbaar met die van lucht (40mW/(m.K)) of glaswol (30 tot 40 mW/(m.K)), die zeer goede thermische isolatoren zijn.

De Polyurethanen en het polyurethaan-ureum vertonen een warmtecapaciteit (Cp) bevat in een bereik van respectievelijk 0,422 tot 0,665 cal.g'¹. ° C¹ en 0,389 tot 0,513 J.g' ¹.K (J.E. Mark, ed., Polymer data handbook, 2nd ed, Oxford University Press, Oxford ; New York, 2009). Aigemeen genomen zijn de zwakke Cp-waarden van de polymeren die de schuimen vormen, een verklaring voor het läge warmtegeleidingsvermogen van het materiaal in vergelijking met niet-polymeermaterialen zoals metaalschuimen. De B85-4- en B85-2- of B100-4 en B100-2-schuimen vertonen warmtegeleidingsvermogens die onderling dichterbij elkaar liggen, waarschijnlijk omwille van hun gelijke gehaite aan gesloten cellen en hun vergelijkbare celgroottes.

In het onderhavige geval lijkt de relatieve dichtheid geen grote rol te speien. Toch is het warmtegeleidingsvermogen van de B100-4- en B100-2-schuimsystemen lager dan dat van B85-4 en B85-2. De uit biomassa gewonnen schuimen zijn Systemen die aigemeen genoemn open zijn, waarbij het voornaamste verschil tussen B100-4 en B100-2 schijnbare

BE2017/5587 dichtheid is. De warmtegeleidingscoëfficient van het B100-4-schuim is lager vanwege zijn läge schijnbare dichtheid in vergelijking met B100-2. B85-4 en B85-2 hebben dezelfde schijnbare dichtheid, verwante gehaltes aan gesloten cellen, nagenoeg dezelfde celgroottes; het lijkt dus logisch dat de twee schuimsystemen dezelfde warmtegeleidingscoëfficiënt vertonen.

De geproduceerde uit biomassa gewonnen schuimen vertonen interessante karakteristieken op het vlak van warmtegeleidingsvermogen en dus isolerende eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van uit aardolie gewonnen schuimen. De beste resultaten worden verkregen voor de uit biomassa gewonnen schuimen met een formulering met een hoog watergehalte en in afwezigheid van co-polyol.

Verrasenderwijs vertonen de uit biomassa gewonnen schuimen een laag percentage gesloten cellen, met name in vergelijking met het uit aardolie gewonnen schuim dat als referente diende voor de basis van de formuleringen. Toch is er een groot aantal uit aardolie gewonnen schuimen met open cellen verkrijgbaar op de markt, die niet noodzakeiijk een even goed warmtegeleidingsvermogen vertonen als de uit biomassa gewonnen schuimen op basis van BASAB.

Er werd een dynamisch-mechanische analyse (DMA) uitgevoerd om de viscoelastische eigenschappen van de schuimen in functie van de temperatuur te karakteriseren, met name om de typische relaxatietemperaturen van het polyurethaannet dat het schuim vormt, te bepalen. De evolutie van de opslagmodulus, de verliesmodulus en de verliesfactor (Tan8) in functie van temperatuur voor de referentie (REF) wordt weergegeven in figuur 5a). Zoals doorgaans waargenomen, blijft de opslagmodulus hoger in het glasachtige gebied, alvorens hij plots daalt in het glasovergangsgebied. Het Tan8-spectrum vertoont slechts één piek, wat een relaxatietemperatuur geeft die gelinkt kan worden aan de glasovergangstemperatuur (Tg) van de zachte Segmenten van de schuimen. Deze temperatuur bedraagt ongeveer 200°C voor de PU-schuimmonsters. De mechanischdynamische analyses (DMA) die werden uitgevoerd op de uit biomassa gewonnen PUschuimen tonen zoals verwacht een afname van de visco-elastische eigenschappen en een daling van de Tg (Figuur 5-b en tabel 5). Dit bevestigt dat de mobiliteit van de polymeerketens in de uit biomassa gewonnen PU-schuimen is toegenomen. Deze toename is hoofdzakelijk toe te schrijven aan de aanwezigheid van resterende OH-groepen, eerder via FTIR waargenomen in de uit biomassa gewonnen schuimen. De daling van de relaxatietemperaturen en de afname van de visco-elastische eigenschappen van de uit biomassa gewonnen schuimen laat toe om hieruit een afname van hun brosheid ten opzichte van het zeer harde REF-schuim af te leiden.

BE2017/5587

Zo blijkt duidelijk, uit de resultaten die worden gerapporteerd in tabel 5, dat de opslagmoduli van de uit biomassa gewonnen schuimen B100-2 en B100-4 gelijksoortig zijn. De opslagmodulus van het uit biomassa gewonnen B85-4-schuim daarentegen, is 1,65 keer groter dan de opslagmodulus van het B85-2 schuim. De lichte toename van de opslagmodulus en Tg van het B85-4-schuim ten opzichte van het B85-2-schuim is waarschijnlijk toe te schrijven aan de aanwezigheid van chemisch blaasmiddel. Zoals eerder toegelicht, leidt dit hoge gehalte aan chemisch blaasmiddel tot de vorming van harde Segmenten (door het feit dat er ureumbindingen worden gecreëerd) in het materiaal. Al deze variaties van thermische en visco-elastische eigenschappen worden uitgelegd in het gedeelte over de mechanische eigenschappen.

De mechanische eigenschappen werden geëvalueerd aan de hand van een analyse bij samendrukking aan 50% van de schuimmonsters. De verschillende schuimen werden geanalyseerd op een compressiebank met plateau om het verschil in compressiesterkte en pletbestendigheid van de verschillende schuimen te onderzoeken in functie van de richting van de uitoefening van de belasting. Deze eigenschappen worden geëvalueerd door de modulus van Young en opslagmodulus van de verschillende schuimen te meten.

Figuur 6 vergelijkt de mechanische eigenschappen inzake compressie van de referentie en het uit biomassa gewonnen B100-2-schuim, bij kamertemperatuur in de longitudinale en daarna in de transversale richting. In het geval van een in de longitudinale richting uitgeoefende spanning, stellen we vast dat de spanning lineair toeneemt met de vervorming (toe te schrijven aan het elastische gedrag van de twee schuimen), alvorens het plastische vloeipunt te bereiken (figuur 6a). Voorbij het plastische vloeipunt blijft de spanning nagenoeg constant omwille van de verdichting van het schuim. In het geval van een in de transversale richting uitgeoefende spanning is het gedrag van het schuim verschillend (figuur 6b). Na een elastische zone tot op het plastische vloeipunt blijft de spanning toenemen, wat overeenstemt met de verdichting van het schuim. Er werd eveneens vastgesteld dat de restvervorming na de ontlasting kleiner is dan die in de longitudinale richting. Het gaat hier om een gevolg van de structuur van de cellen die gericht zijn in de stijgingsrichting van het schuim (J. D'Souza, etal, J. Appl. Polym. Sei. 131 (2014)). Deze uitlijning heeft geleid tot de ontwikkeling van een anisotroop gedrag dat bijdraagt tot een vergroting van de mechanische eigenschappen in de longitudinale richting ten opzichte van de transversale richting. De SEM-waarnemingen en de resultaten van de Feret diameters laten toe om de richting van de cellen te bevestigen. Ook laten de poreuze structuren met open cellen van de uit biomassa gewonnen schuimen een betere luchtcirculatie in de materialen toe. Dit draagt bij tot de afname van de restvervorming na

BE2017/5587 ontlasting van de drukspanning. Dit fenomeen is bijzonder uitgesproken voor de B85-2- en B85-4-formuleringen die een restvervorming hebben van minder dan 10%.

Het waargenomen verschil in mechanische eigenschappen van de schuimen naargelang de spanning wordt uitgeoefend in de longitudinale of transversale richting kan als volgt worden verklaard. Na het elastische gebied, waargenomen voor alle schuimen, breekt de structuur van de in de longitudinale richting gerichte cellen onder de belasting die aan de basis ligt van de waargenomen restvervorming. In de transversale richting daarentegen, is de Iangwerpige vorm van de cellen beter in staat om een grotere vervorming te ondergaan alvorens te breken. Deze hypothesen worden ondersteund door het werk van J. Anderson et al (J. Andersons, et al., Mater. Des. 92 (2016) 836-845), dat betrekking had op de hardheid en de weerstand van polyisocyanuraatschuimen met gesloten cellen en de anisotropie van de hardheid van het schuim tussen de longitudinale richting en de transversale richting.

Ten opzichte van de referentie vertoont het uit biomassa gewonnen B100-2 schuim verschillende mechanische eigenschappen, met een modulus van Young en een plastisch vloeipunt die lager liggen, zoals blijkt uit Tabel 5. De modulus van Young en het plastische vloeipunt in de longitudinale richting bedragen respectievelijk 8,5 en 0,31 MPa voor de referentie en 3 en 0,08 MPa voor B100-2 (zie tabel 5). Dezelfde trends worden gemeten in de transversale richting voor het B100-2-schuim ten opzichte van de referentie (Tabel 5). Deze drastische veranderingen in de eigenschappen vloeien hoofdzakelijk voort uit de morfologie van de schuimen. Bovendien daalt het gehalte aan gesloten cellen van deze schuimen van 90 tot 10% tussen respectievelijk de referentie en B100-2 (Tabel 4). Zo draagt de drukvorming bij compressie van het in de gesloten cellen bevatte gas van de referentie bij tot de verhoging van de mechanische eigenschappen ervan ten opzichte van het B1002-schuim (J. D'Souza, et al J. Appl. Polym. Sei. 131 (2014)).

Er werd op de uit biomassa gewonnen schuimen een analyse uitgevoerd van de reactie op de spanningen door vervorming van de schuimen om de onderlinge variaties in mechanische eigenschappen van de uit biomassa gewonnen schuimen te onderzoeken. De spanningrekcurves van alle uit biomassa gewonnen schuimen in de longitudinale richting worden weergegeven in Figuur 7a. Algemeen genomen stellen we vast dat de modulus van Young en het plastische vloeipunt van het B100-2-schuim hoger liggen dan die van respectievelijk de B85-4-, B85-2- en B100-4-schuimen (figuur 7a). Bovendien vertoont het B100-4-schuim de laagste modulus van Young en plastisch vloeipunt. Meer algemeen stellen we vast dat de B85-4-, B85-2- en B100-4-schuimen zwakkere mechanische eigenschappen vertonen dan B100-2. De verbeterde mechanische

BE2017/5587 eigenschappen van B100-2 kunnen worden verklaard door de hogere dichtheid ten opzichte van de andere schuimen.

Het B100-2-schuim vertoont een meerderheid aan open cellen, cellen met kleine afmetingen en een schijnbare dichtheid die hoger ligt dan die van de andere uit biomassa gewonnen schuimen. Bij compressie leiden de snelle verdichting en de goede verdeling van de belasting ertoe dat de mechanische eigenschappen, en in het bijzonder de opslagmodulus, de modulus van Young en het plastische vloeipunt verbeteren.

Formulering B100-4 vertoont als blaasmiddel water en isopentaan. Na het schuimvormingsproces verklären het hoge gehalte aan open cellen en de lagere dichtheid de zwakkere eigenschappen bij compressie van het verkregen B100-4-schuim.

De waargenomen lichte verbetering van de mechanische eigenschappen wat betreft de opslagmodulus of de modulus in de transversale richting (tabel 5) van B85-4 ten opzichte van het B85-2-monster is eveneens toe te schrijven aan de chemische structuur van de twee materialen. Het uit biomassa gewonnen B85-4-schuim wordt namelijk gemaakt met een hoger watergehalte dan het B85-2-schuim. Bovendien is het ook beiangrijk op te merken dat de aanwezigheid van glycerol en sorbitol in de formuleringen B85-4 en B85-2 de verknopingsdichtheid verhoogt. Een gelijkaardig fenomeen wordt waargenomen als we de mechanische eigenschappen van de B85-4- en B100-4-schuimen vergelijken. Zo vertoont het B85-4-schuim betere mechanische eigenschappen dan het B100-4-schuim. Dit bevestigt dat het effect van het water op de polymerisatie gematigder tussen de B85-4- en B85-2-schuimen dan tussen de B100-4- en B100-2-schuimen. Bijgevoig situeren de spanningrekcurves van de formuleringen B85-4 en B85-2 zieh tussen die van de formuleringen B100-4 en B100-2. Deze vaststellingen tonen dus de grote invloed aan van het blaasmiddel of verknopingsmiddel op de mechanische eigenschappen van het PUschuim.

	REF	B85-2	B85-4	B100-2	B100-4
Schijnbare dichtheid (kg/m3)	30,7 ± 0,8	25,4 ± 1,6	23,1 ±0,3	41,2 ±3,5	25,3 ± 1,8
Opslagmodulus (MPa)	13.08	1.95	3.23	2.35	2.30
Glasovergangstemperatuur (°C)	194.0	189.8	184.2	192.0	185.3
Modulus in de longitudinale richting (MPa)	8,5 ±0,8	5,8 ± 0,3	5,2 ± 0,7	3,0 ±0,3	2,1 ±0,5

BE2017/5587

Modulus in de transversale richting (MPa)	1,8 ± 0,12	0,43 ± 0,08	0,52 ± 0,03	0,5 ±0,02	0,21 ± 0,06
Plastisch vloeipunt in de	0,320 ±	0,063 ±	0,069 ±	0084 ± 0,005	0,052 ±
longitudinale richting (MPa)	0,030	0,003	0,003	0,002
Plastisch vloeipunt in de	0,130 ±	0,016 ±	0,020 ±	0,023 ±	0,004 ±
transversale richting (MPa)	0,004	0,002	0,003	0,007	0,0006

Tabel 5: Vergelijking van de mechanische eigenschappen van de verschillende schuimen

De transversale spanningrekcurves van B85-4, B100-4, B85-2 en B100-2 worden weergegeven in figuur 7, b. Het is duidelijk dat het verschil in mechanische eigenschappen tussen de verschillende uit biomassa gewonnen schuimen dezelfde trend volgt als degene die wordt waargenomen in de longitudinale richting. Figuur 7, b toont echter dat het spanningrek-gedrag zeer verschillend is van dat in de longitudinale richting, wat een duidelijk anisotroop mechanisch gedrag van de uit biomassa gewonnen schuimen aantoont. Een nauwkeurige analyse van de hellingen van de spanningrekcurves in het elastische gebied toont dat de modulus van Young die wordt gemeten in de transversale richting 10 keer kleiner is dan die in de longitudinale richting voor B85-4 en B100-4. Deze verhouding is ongeveer 14 en 6 voor respectievelijk B85-2 en B100-2. Deze daling is minder uitgesproken voor de elastische spanning. Voor het B100-2-schuim bijvoorbeeld, is de elastische spanning in de transversale richting slechts 3 keer kleiner dan degen die wordt vastgesteld in de transversale richting.

Concluderend kunnen we stellen dat er met succès PU-schuimen met open cellen op basis van polyesterpolyol op basis van sorbitol werden ontwikkeld en bestudeerd. Het blaasmiddel, het polyol of het mengsel van polyolen en co-polyol hebben bewezen belangrijke parameters te zijn voor de modulatie van de kinetiek, het schuimvormingsprofiel en de eigenschappen van de uit biomassa gewonnen schuimen dankzij het reactiebereik van BASAB. Het gebruik van water als chemisch blaasmiddel in de formuiering van de schuimen heeft de karakteristieke tijd (kinetiek), expansiesnelheid en schuimvormingstemperatuur op doeltreffende wijze verbeterd. Het vermindert eveneens de dichtheid van het schuim op significante wijze van 41 tot 25 kg/m³ ten opzichte van dezelfde schuimen die worden opgeblazen met een fysisch expansiemiddel (isopentaan) wanneer enkel uit biomassa gewonnen polyol wordt gebruikt. Zo werd een gamma PU-schuimen met verschillende mechanische eigenschappen verkregen. De mechanische compressieproeven tonen dat de mechanische eigenschappen zeer verschillend zijn in de longitudinale en transversale richting. Zo vertonen de gemaakte schuimen een aanzienlijke anisotropie van hun mechanische eigenschappen. Verder vertonen aile schuimen significante veranderingen in de modulus van Young, het plastische vloeipunt en de

BE2017/5587 spanning overeenstemmend met het begin van het verdichtingsgebied. Deze resuitaten zijn volledig consistent met de visco-elastische eigenschappen verkregen via DMA. De glasovergang neemt af wanneer uit biomassa gewonnen polyol wordt gebruikt voor de formulering, in vergelijking met de uit aardolie gewonnen referentie. Bovendien maakt het gebruik van chemische en fysische blaasmiddelen in uit biomassa gewonnen schuimen het mogelijk om variaties te krijgen in de schijnbare dichtheid, het gehalte aan gesloten cellen en de microstructuur van de schuimen.

De uit biomassa gewonnen PUR-schuimen beantwoorden aan de vereisten van een ruim gamma aan toepassingen, gaande van meubiiair tot akoestische of thermische isolatie van gebouwen, aangezien ze een läge warmtegeleidingscoëfficient en een hoog gehalte aan open cellen hebben. De uit biomassa gewonnen PU-schuimen lijken bijzonder geschikt voor de nieuwe vereisten inzake thermische en akoestische isolatie vanwege hun hoge gehalte aan open cellen en hun elastisch gedrag. De anisotropie van de mechanische eigenschappen van dergelijke schuimen kan eveneens worden aangewend voor vultoepassingen van gelijk welke aard, met name in de bouwsector. Schuimen die eveneens een laag warmtegeleidingsvermogen vertonen kunnen worden vervormd in de longitudinale richting ten opzichte van de stijgingsrichting van het schuim en vervolgens terugkeren naar hun oorspronkelijke afmeting, waardoor ze kunnen worden gebruikt om ruimten te vullen die aanwezig zijn in een beschadigd deel van de aanvankelijke isolatie van een gebouw.

BE2017/5587

Claims (2)

1. CONCLUSIES

   1. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen, omvattende een polyesterpolyol of

   5 een polymeer omvattende een polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol wordt verkregen door een eerste polycondensatie (a) van een C3-C8-suikeralcohol Z en twee C4-C36-dizuren Y en Y’ die identiek of verschillend kunnen zijn en een tweede polycondensatie (b) van het in (a) verkregen product met twee C2-C12diolen X en X’ die identiek of verschillend kunnen zijn.

   10 2. Flexibel of semi-flexibel schuim of een samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen, omvattende een polyesterpolyol of een polymeer omvattende een polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol, waarbij genoemd polyesterpolyol de algemene formule Rx-Ry-ZRy'-Rx’ heeft, waarin

   15 - Z een C3-C8-suikeralcohol is, bij voorkeur C4-C7, typisch C5-C6,

   - Ry en Ry’ diësters zijn met formule -OOC-Cn-COO- waarbij n ligt tussen 2 en

   34, bij voorkeur tussen 3 en 22, typisch tussen 4 en 10,

   - Rx en Rx’ C2-C12-mono-alcoholen zijn, die identiek of verschillend kunnen zijn, bij voorkeur C3-C8, typisch C4.

   20 3. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 en 2, met het kenmerk dat de suikeralcohol Z wordt gekozen uit glycerol, sorbitol, erythritol, xylitol, araditol, ribitol, dulcitol, mannitol en volemitol.

   4. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om

   25 een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk dat de dizuren Y en Y’ onafhankelijk van elkaar worden gekozen butaandizuur, pentaandizuur, hexaandizuur, heptaandizuur, octaandizuur, nonaandizuur, decaandizuur, undecaandizuur, dodecaandizuur, tridecaandizuur, tetradecaandizuur, pentadecaandizuur, hexadecaandizuur en mengsels daarvan.

   BE2017/5587

   5. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 4, met het kenmerk dat de diolen X en X’ onafhankelijk van elkaar worden gekozen uit 1,2-ethaandiol, 1,3-propaandiol, 1,4-butaandiol, 1,6-hexaandiol, 1,8octaandiol, 1,10-decaandiol, 1,12-dodecaandiol en mengsels daarvan.

   6. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk dat het ten minste één reactiekatalysator, ten minste één blaasmiddel, een stabiliseermiddel, ten minste één polyisocyanaat met een functionaliteit van ten minste gelijk aan 2, optioneel, ten minste één co-polyol omvat.

   7. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk dat het ten minste één C2-C8-co-polyol, bij voorkeur C3C7 omvat.

   8. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 7, met het kenmerk dat het een polyesterpolyol/co-polyol(en)-verhouding vertoont gaande van 70/30 tot en met 99/1, bij voorkeur 75/25 tot en met 95/5.

   9. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 8, met het kenmerk dat het ten minste één co-polyol wordt gekozen uit ethyleenglycol, glycerol, sorbitol, erythritol, xylitol, araditol, ribitol, dulcitol, mannitol en volemitol.

   10. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 8, met het kenmerk dat het twee co-polyolen omvat, typisch in een verhouding gaande van 95/05 tot en met 50/50, bij voorkeur 87/13 tot en met 60/40.

   11. Flexibel of semi-flexibel schuim of samenstelling die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 en 10, met het kenmerk dat de het twee co-polyolen omvat die worden gekozen uit

   BE2017/5587 glycerol en sorbitol, glycerol en erythritol, glycerol en xylitol, glycerol en araditol, glycerol en ribitol, glycerol en dulcitol, glycerol en mannitol of glycerol en volemitol.

   12. Flexibel of semi-flexibel schuim of samensteliing die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot

   5 en met 10, met het kenmerk dat het omvat

   - 50 tot en met 130 delen van het polyesterpolyol,

   - 0 tot en met 50 delen van ten minste één co-polyol,

   - 100 tot en met 500 delen van ten minste één polyisocyanaat,

   - 0,5 tot en met 5 delen van ten minste één kataiysator,

   10 - 0 tot en met 40 delen van ten minste één blaasmiddel,

   - 0 tot 5 delen van een stabiliseermiddel en

   - 0 tot 20 delen van een brandvertragend middei.

   13. Paneel of blök in flexibel of semi-flexibel schuim omvattende een flexibel of semi-flexibel schuim volgens een der conclusies 1 tot en met 12, typisch voor

   15 thermische, akoestische of cryogene isolatie of voor het vullen van lege ruimten of het helpen bij het drijven of voor het dempen van schokken en trillingen of voor filtratie.

   14. Werkwijze voor thermische, akoestische of cryogene isolatie, voor het ondoorlatend maken, afdichten of verbeteren van het drijfvermogen, het dempen

   20 van schokken en trillingen of filtratie door afzetting of invoering van blokken of panelen van flexibel of semi-flexibel schuim volgens conclusie 13 of door het op- of inspuiten van een flexibel of semi-flexibel schuim of een samensteliing die het mogelijk maakt om een flexibel of semi-flexibel schuim te verkrijgen volgens een der conclusies 1 tot en met 12.

   BE2017/5587 '♦'8iT •'♦'885-2 ♦S85-4 'X'8IîXS-3 g8IiXS-4 '♦885-2 ♦885-4

   -X-KïiXi-2
2. 2L 8100-4

   Tijd (s)

   150 ♦ «s;

   885-2 ' 885 4

   X 8 3 80-2 •'^T' 8380 - 4

   200

   T.üd (s)

   BE2017/5587 (ïocyanuraien

   WiScrc·’ isscysriiiraaibäniä'.g

   Gclfgiiai

   BE2017/5587

   Tôn’p«ratyur

   BE2017/5587