BR0007540B1 - processo para a preparaÇço de espumas de poliuretano flexÍveis. - Google Patents

Description

"PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE ESPUMAS DE POLIURETANO FLEXÍVEIS"

A presente invenção refere-se a um processo para a preparaçãode espumas de poliuretano flexíveis, em que dióxido de carbono líquido éusado como um agente de sopro.

Tais processos são conhecidos na técnica e são, por exemplo,descritos na WO-A- 97/02938; WO-A-96 / 00644; EP-A-0.645.226 e WO-A-98/30376. Estes processos possuem em comum que as espumas depoliuretano são produzidas juntando-se, sob pressão, os componentes deespuma reativos, que incluem o dióxido de carbono líquido, e,subseqüentemente, passando-se a mistura de formação de espuma resultanteatravés de um dispositivo de redução de pressão, após o que a espuma depoliuretano é formada. A junção dos componentes de espuma pode envolvera pré-misturação de dióxido de carbono líquido, sob pressão, com pelo menosum dos outros componentes da espuma e então a misturação do componentecontendo dióxido de carbono líquido com os outros componentes da espumareativos sob pressão (por exemplo, WO-A-96/00644 e EP-A-0.645.226).Pode também envolver a misturação conjunta de todos os componentes daespuma, sem pré-misturação, e passagem direta dos mesmos através de umdispositivo de redução de pressão (por exemplo, WO-A-98/30376). Oscomponentes da espuma incluem tipicamente um componente poliol, umcomponente de poliisocianato, um ou mais catalisadores, um tensoativo e umagente de sopro. Após os componentes serem misturados, é aplicada pressãopara manter o dióxido de carbono no estado líquido, isto é, normalmente odióxido de carbono líquido é dissolvido nos outros componentes da espuma ea pressão aplicada assegura que nenhum dióxido de carbono gasoso estejapresente. Subseqüentemente, a mistura para a formação da espuma édescarregada, deste modo liberando a pressão, de tal modo que o dióxido decarbono líquido se tornará gasoso e irá expandir a espuma formada. Osdiferentes processos diferem principalmente pelo modo pelo qual um ou maisdos componentes é misturado com o dióxido de carbono líquido e/ ou pelomodo pelo qual a mistura de espuma é descarregada.

Por exemplo, na WO-A-97/02938, é descrito um processopara produzir continuamente espumas de poliuretano de baixa densidade, emque dióxido de carbono líquido é misturado, sob pressão, com os outroscomponentes da espuma e, subseqüentemente, a mistura de formação deespuma resultante é descarregada através de um cabeçote de descargapermeável para formar uma espuma. O cabeçote de descarga compreendepelo menos um elemento difusor tendo uma estrutura, que causa a divisão,divergência e convergência de trajetos de fluxo dentro da espessura axial doelemento difusor, todas relativas à direção do fluxo dos componentes atravésdo referido elemento difusor.

De acordo com a WO-A-98/30376, os componentes daespuma, que incluem dióxido de carbono líquido, são juntados sob pressão eentão passados através de uma cabeçote de descarga permeável, onde apressão é reduzida. O cabeçote de descarga compreende um elemento difusor,que consiste de várias malhas de arame tecidas, sinterizadas conjuntamentepara formar um elemento compósito. A estrutura do elemento difusor permitea divisão, divergência e convergência dos trajetos de fluxo nas três dimensõesna direção de fluxo através dos mesmos.

É ainda exposto outro sistema na EP-A-0.645.226, de acordocom o qual os componentes da espuma, que incluem o dióxido de carbonolíquido são misturados, sob pressão, em um cabeçote de misturação. Amistura é subseqüentemente espumada, antes que ocorra a reação química,pela alimentação da mistura através de um dispositivo de formação deespuma e equalização de pressão, que compreende uma zona de queda depressão alongada, que se abre ao interior de uma cavidade de formação deespuma tendo uma abertura de saída para descarregar a espuma sobre umsubstrato móvel.

De acordo com a WO-A-96/00644, são produzidas espumaãusando dióxido de carbono como um agente de sopro, em que pelo menos umdos compostos de formação de espuma é misturado com dióxido de carbono,sob pressão, para produzir uma mistura contendo dióxido de carbono emforma líquida, subseqüentemente misturando esta mistura com o outrocomponente de espuma reativo para formar uma mistura reativa espumável, eentão expandir esta mistura reativa por sua subdivisão em um grande númerode fluxos individuais em taxas de cisalhamento elevadas. De modo adequado,isto é alcançado pela passagem da mistura reativa através de pelo menos umatela de malha fina. Finalmente, o produto de espuma é curado.

Embora as espumas produzidas pelos métodos acima descritospossuam desempenho satisfatório em muitos aspectos, existe ainda espaçopara aperfeiçoamento. A presente invenção teve por objetivo particularmenteo aperfeiçoamento da dureza das espumas produzidas e o aperfeiçoamento daresistência mecânica e das propriedades de suporte de carga. Além disso, apresente invenção teve por objetivo encontrar um método para produzirespumas de poliuretano tendo capacidade de processamento aperfeiçoada, porexemplo, em termos de abertura de célula, ao mesmo tempo em que dióxidode carbono é usado como agente de sopro.

Estes e outros objetos foram alcançados pelo uso de polímerospolióis em combinação com dióxido de carbono líquido.

O uso de polímeros polióis em combinação com dióxido decarbono líquido causa um problema adicional. Ou seja, os dispositivos dedescarga nos aparelhos para aplicar dióxido de carbono líquido contêmpequenas aberturas para descarregar a mistura para a formação da espuma.Entretanto, as partículas poliméricas presentes no polímero poliol poderiamprontamente obstruir as pequenas aberturas no dispositivo de descarga.Polímeros polióis, isto é, polióis com partículas poliméricas dispersadas nosmesmos, usualmente contêm pequenas frações de partículas de polímaixrmaiores. Como dito, estas partículas poderiam obstruir as pequenas passagensno dispositivo de descarga, de tal modo que, em um certo momento, a misturapara a formação da espuma não pudesse mais passar por este dispositivoapropriadamente. Foi verificado que quantidades muito pequenas departículas de polímero maiores já causam a obstrução dos dispositivos dedescarga. Obviamente, esta é uma situação indesejada.

Entretanto, foi agora verificado que, quando do uso depolímeros polióis, em que as partículas de polímero satisfazem arequerimentos severos quanto a seu tamanho, eles podem ser perfeitamentebem usados.

Conseqüentemente, a presente invenção refere-se a umprocesso para a preparação de espumas de poliuretano flexíveis, quecompreendem os estágios de :

(a) juntar um componente poliol, um componente depoliisocianato, um agente de sopro, que compreende dióxido de carbonolíquido, um catalisador adequado e opcionalmente substâncias químicasauxiliares, em pressão suficiente para manter o dióxido de carbono em umestado líquido, e

(b) liberar a pressão e permitir com que a mistura obtida noestágio (a) reaja como uma espuma de poliuretano flexível,em que o componente poliol compreende um polímero poliol,que consiste de, pelo menos, um poliéter poliol tendo uma funcionalidadenominal média de, pelo menos, 2,5 tendo dispersadas no mesmo de 2 a 50%,em peso, com base no peso total do polímero poliol, de partículas depolímero, em que o tamanho de partícula, essencialmente de nenhuma destaspartículas de polímero, exceda a 50 μηι.

Em geral, um polímero poliol é uma dispersão de umpolímero sólido em um poliol de base líquido. Tais sistemas são bemconhecidos na técnica. Exemplos de tais sistemas de polímero poliol emétodos para a sua preparação estão expostos, por exemplo, nasespecificações de patente Nos. 0.076.491; 0.343.907 e 0.495.551. Polímerosde poliuréia ou poliuretano são também conhecidos como sendo úteis como opolímero dispersado em polímeros polióis.

O poliol base pode ser qualquer poliol, ou mistura de polióis,conhecidos como sendo úteis para a formação de uma dispersão estável depolímero nos mesmos. Em geral, tal poliéter poliol é obtido pela reação deum ou mais óxidos de alquileno, como óxido de etileno e óxido de propileno,com um composto iniciador adequado, contendo três ou mais hidrogêniosativos, que podem reagir com o óxido de alquileno. De modo adequado, opoliol base é um poliéter poliol tendo um peso molecular na faixa de 250 a12.000, preferivelmente de 500 a 6.500, mais preferivelmente de 2.500 a6.000; uma funcionalidade nominal média (Fn) de pelo menos 2,5, maispreferivelmente de 2,5 a 6,0, e de modo mais preferido de 2,5 a 4,0; e um teorde óxido de etileno de a partir de 0 a 50%, em peso, preferivelmente de 0 a20%, em peso, com base no peso total de poliéter poliol.

O polímero dispersado no poliol base pode, em princípio, serqualquer polímero conhecido como sendo aplicável para este propósito.Deste modo, polímeros adequados incluem os polímeros baseados emmonômeros etilenicamente insaturados e particularmente polímeros dehidrocarbonetos vinil aromáticos, como estireno, alfa-metil estireno, metilestireno e vários outros estirenos alquil-substituídos. Destes, o uso deestireno é preferido. O monômero vinil aromático pode ser usadoisoladamente ou em combinação com outros monômeros etilenicamenteinsaturados, tais que acrilonitrila, metacrilonitrila, cloreto de vinilideno,vários acrilatos e dienos conjugados, como 1,3-butadieno e isopreno.Polímeros preferidos, entretanto, são poliestireno e copolímeros de estireno -acrilonitrila (SAN). Outra classe adequada de polímeros são os polímeros depoliuréia e poliuretano. De modo particular, os produtos de condensação deaminas de álcool poliídrico e de diisocianatos aromáticos são muito úteis aeste respeito. Um polímero muito preferido é o produto de condensação detrietanol amina e diisocianato de tolueno ( TDI). Um polímero dispersadoestá preferivelmente presente em uma quantidade de 5 a 40%, em peso, combase no peso total de polímero poliol. No caso em que o polímero sejapoliestireno ou polímero SAN, quantidades preferidas estão entre 10 e 35%,em peso, enquanto que, no caso de polímeros de poliuréia e produtos decondensação de aminas de álcool poliídrico e diisocianatos aromáticos, aquantidade preferida de polímero está entre 5 e 20%, em peso.

As partículas de polímero dispersadas no poliol devem ter umtamanho de partícula de não mais do que 50 μπι, isto é, essencialmentenenhuma das partículas deve ter um tamanho de partícula acima de 50 μπι.Foi verificado, a saber, que partículas maiores de vários ppm (isto é, 5 ppmou mais) já são suficientes para bloquear os dispositivos de descarga dosaparelhos de formação de espuma. O resultado é um acúmulo de pressão, quepode afetar adversamente as propriedades da espuma. Além disso, o tempo decorrida é muito curto em um tal caso, deste modo impedindo a produção deespuma comercialmente viável. Resultados particularmente bons em termosde tempo de corrida foram obtidos quando do uso de polímeros polióis, emque essencialmente nenhuma das partículas de polímero dispersadas possuium tamanho de partícula, que exceda a 25 μπι. De modo mais preferido, otamanho de partícula das partículas de polímero não deve exceder a 20 μπι.

De modo a assegurar que os polímeros polióis usados estejamessencialmente isentos de partículas poliméricas tendo um tamanho departícula acima de 50 μπι, o polímero poliol é adequadamente filtrado antesdo uso no processo de acordo com a presente invenção. Qualquer técnica defiltração conhecida na técnica para a filtração de suspensões de pequenaspartículas em um meio líquido pode ser usada. Ainda outra possibilidade deobter polímeros polióis, que sejam essencialmente isentos de partículas depolímero tendo um tamanho de partícula acima de 50 μιη é pelo uso de ummétodo para preparar polímeros polióis, em que partículas de polímero muitopequenas são formadas com uma distribuição de tamanho de partícula muitoestreita, exposta na EP-A- 0.786.480.

A invenção será agora ilustrada pelos seguintes exemplos, semlimitar o escopo da presente invenção a estas modalidades particulares.

Exemplo 1:

Em uma unidade de espuma de material em pranchaexperimental, equipada com um dispositivo para a introdução de dióxido decarbono líquido ao interior de uma formulação de espuma (um dispositivo deCO2 líquido Novaflex de Hennecke; Novaflex é uma marca registrada), foitestado um polímero poliol pré-filtrado. O polímero poliol pré-filtradocontinha 10,5%, em peso, de partículas de poliestireno dispersadas em umpoliéter poliol tendo um valor OH de 46 mg KOH/g, um peso molecular de3500, um teor de óxido de etileno de 11%, em peso, e uma funcionalidademédia nominal de 3,0, e continha menos do que 5 ppm de material retido nofiltro, quando passado através de um filtro de 41 μπι, em uma filtraçãopadrão.

Uma formulação contendo:

100 partes em peso de Polímero Poliol55 partes em peso de TDI -804,5 partes em peso de água0,2 partes em peso de octoato estanoso0,25 partes em peso de catalisador de amina (NIAX A-1; NIAX é umamarca registrada)

4,0 partes em peso de dióxido de carbono líquido; e1,7 partes em peso de tensoativo de Silicone (Silicone B 4900)foi processada em uma unidade de espuma de material em prancha com umdispositivo de CO2 líquido e uma espuma de poliuretano foi formada.

As propriedades da espuma medidas foram:

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Exemplo Comparativo 1:

Em uma unidade de espuma de material em pranchacomercial, equipada com um dispositivo de CO2 líquido similar, a mesmaformulação que usada no Exemplo 1 foi testada contendo os mesmos 10, 5 %,em peso, de polímero poliol que usado no Exemplo 1, exceto que, desta vez,a forma não-filtrada do polímero poliol foi usada. Em uma filtração padrãoem um filtro de 41 μιη, foi encontrado um material retido de 23 ppm para estepolímero poliol.

Quando do processamento da formulação através da unidadede espuma de material em prancha, foi observado um rápido acúmulo depressão e um grande número de partículas foi encontrado na parte dedescarga do dispositivo de CO2 líquido, como um resultado do que, odispositivo foi bloqueado.

Exemplo Comparativo 2:

Na mesma unidade que no Exemplo 1, foi testada a mesmaformulação que no Exemplo 1, exceto que ela continha poliéter poliol em vezde um polímero poliol. Deste modo, não haviam partículas de polímeropresentes. O poliéster poliol usado foi o mesmo poliol, que foi usado como opoliol base no polímero poliol do Exemplo 1 (isto é, tendo um valor OH de46 mg KOH/g, um peso molecular de 3500, um teor de óxido de etileno de11% e uma funcionalidade média nominal de 3,0).

Quando do processamento desta formulação através daunidade de produção de espuma, não foi verificado bloqueio da parte dedescarga do dispositivo de CO2 e uma espuma de poliuretano foi formada.

As propriedades da espuma medidas foram :

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Comparando as propriedades da espuma produzida noExemplo Comparativo 2 com aquelas da espuma produzida no Exemplo 1, éevidente que o processo de acordo com a invenção resulta em uma espumamenos elástica, com dureza aperfeiçoada e resistência mecânica. O ExemploComparativo 1 mostra que a presença de essencialmente nenhuma partículade polímero, tendo um tamanho de partícula acima de 50 μιη, é essencial paraproduzir uma espuma com dióxido de carbono líquido como o agente desopro.

Claims (3)

1. Processo para a preparação de espumas de poliuretanoflexíveis, caracterizado pelo fato de compreender os estágios de:(a) juntar um componente poliol, um componente depoliisocianato, um agente de sopro que compreende dióxido de carbonolíquido, um catalisador adequado e substâncias químicas opcionalmenteauxiliares, em pressão suficiente para manter o dióxido de carbono em umestado líquido, e(b) liberar a pressão e permitir que a mistura obtida no estágio(a) reaja como uma espuma de poliuretano flexível,em que o componente poliol compreende um polímero poliol,que consiste de, pelo menos, um poliéter poliol tendo uma funcionalidadenominal média de pelo menos 2,5, tendo dispersado no mesmo de 2 a 50%,em peso, com base no peso total de polímero poliol, de partículas depolímero, em que o tamanho de partícula de essencialmente nenhuma daspartículas de polímero excede a 50 μιη.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o tamanho de partícula, de essencialmente nenhuma daspartículas de polímero, excede a 25 μιη.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que o polímero dispersado no poliéter poliol époliestireno, copolímero de estireno-acrilonitrila, polímero de poliuretano oupoliuréia.