BR112012010421B1 - flexible pipe stiffener - Google Patents
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Abstract
enrijecedor para conduto flexível. a invenção refere-se a um enrijecedor (12) para conduto flexível (10) fabricado a partir de uma composição de elastômero de poliuretano, a qual é obtida a partir de uma composição de prepolímero de diisocianato de difenilmetano (prepolímero de mdi) que é depois reticulada com uma poliamina para formar a composição de elastômero de poliuretano apta a ser conformada para fabricar o enrijecedor.flexible conduit stiffener. The invention relates to a flexible conduit stiffener (12) made from a polyurethane elastomer composition which is obtained from a diphenylmethane diisocyanate (mdi prepolymer) prepolymer composition. It is then cross-linked with a polyamine to form the polyurethane elastomer composition capable of being formed to make the stiffener.
Description
“ENRIJECEDOR PARA CONDUTO FLEXÍVEL”“FLEXIBLE CONDUCT ENRIJECEDOR”
A invenção refere-se a um enrijecedor para conduto flexível.The invention relates to a stiffener for flexible duct.
Os enrijecedores são colocados em tomo dos condutos em locais onde um conduto flexível irá sofrer fortes solicitações induzidas pelos movimentos da embarcação ou das ondas. Um enrijecedor é constituído de uma estrutura de material plástico moldada de forma cônica tendo um comprimento de alguns metros e destinada a circundar o conduto. Reforçando um conduto flexível com um enrijecedor no local o mais solicitado, evita-se que o conduto curve-se além de seu raio de curvatura mínimo além do qual o conduto sofreria um dano irreversível de sua estrutura.The stiffeners are placed around the ducts in places where a flexible duct will suffer strong stresses induced by the movements of the vessel or waves. A stiffener consists of a structure of plastic material conically shaped having a length of a few meters and intended to surround the duct. By reinforcing a flexible duct with a stiffener at the most requested location, it prevents the duct from bending beyond its minimum radius of curvature beyond which the duct would suffer irreversible damage to its structure.
Os condutos flexíveis que fazem subir os fluidos (os hidrocarbonetos, por exemplo) a partir da cabeça de poços são conectados à instalação de superfície passando através de um tubo de guia de aço que pode ser reto ou dobrado “i-tubé” ou “J-tubé” respectivamente em língua em inglês. Vários tubos de guia estão previstos sobre a instalação de superfície. Quando da nova subida do conduto flexível, este é guiado e extraído através de um tubo de guia para conectar a extremidade do conduto à instalação de superfície. Em funcionamento, a amplitude dos movimentos do conduto flexível gerada pelos movimentos de ondas pode gerar uma alteração da estrutura do conduto flexível na proximidade do tubo de guia, por exemplo. Para evitar tal dano do conduto flexível, um enrijecedor circunda o conduto flexível na proximidade do tubo de guia. O enrijecedor é então fixado à extremidade do tubo de guia por um colar de aperto de modo conhecido.The flexible ducts that raise fluids (hydrocarbons, for example) from the wellhead are connected to the surface installation by passing through a steel guide tube that can be straight or bent “i-tubé” or “J -tubé ”respectively in English. Several guide tubes are provided on the surface installation. When the flexible duct rises again, it is guided and extracted through a guide tube to connect the end of the duct to the surface installation. In operation, the amplitude of the movements of the flexible conduit generated by the wave movements can generate a change in the structure of the flexible conduit in the vicinity of the guide tube, for example. To prevent such damage to the flexible conduit, a stiffener surrounds the flexible conduit in the vicinity of the guide tube. The stiffener is then attached to the end of the guide tube by a clamping collar in a known manner.
O enrijecedor situa-se geralmente sob o posto de trabalho da instalação de superfície, em meio imerso ou parcialmente imerso. Além disso, o enrijecedor sofre numerosas tensões de alongamento e de compressão geradas pelos movimentos de instalação de superfície e do conduto flexível sob o efeito das correntes marinhas, o vento e/ou as ondas. As condições experimentadas pelo enrijecedor poderíam gerar um envelhecimento prematuro do material plástico a longo prazo que poderia prejudicar a integridade do conduto flexível.The stiffener is usually located under the workstation of the surface installation, in an immersed or partially immersed environment. In addition, the stiffener undergoes numerous stretching and compression stresses generated by the movements of surface installation and the flexible duct under the effect of marine currents, wind and / or waves. The conditions experienced by the stiffener could lead to premature aging of the plastic material in the long run that could impair the integrity of the flexible conduit.
Para limitar estes fenômenos, os enrijecedores são fabricados a partir de material plástico que apresenta boas características de resistências à 5 hidrólise e ao alongamento. Um material que reúne as melhores características é o poliuretano. Atualmente, um enrijecedor é fabricado, por exemplo, partir de um TDI-poliéter Adiprene LI67, de dureza 95 Shore A. Por um período de vida em serviço de 20 a 30 anos, a temperatura máxima de resistência à hidrólise deste material é de 50°C.To limit these phenomena, the stiffeners are manufactured from plastic material that has good resistance to hydrolysis and stretching. A material that combines the best characteristics is polyurethane. Currently, a stiffener is manufactured, for example, from a TDI-polyether Adiprene LI67, with 95 Shore A hardness. For a service life of 20 to 30 years, the maximum temperature of resistance to hydrolysis of this material is 50 ° C.
Os enrijecedores classicamente fabricados podem atingir vários metros de comprimento, espessuras superiores a 200 mm para um peso podendo exceder 2 toneladas. Para limitar a volume ocupado e o peso dos enrijecedores, os poliuretanos são escolhidos com durezas relativamente elevadas, tipicamente acima de 90 Shore A.Classically manufactured stiffeners can reach several meters in length, thicknesses greater than 200 mm for a weight that can exceed 2 tons. To limit the volume occupied and the weight of the stiffeners, polyurethanes are chosen with relatively high hardnesses, typically above 90 Shore A.
Nesta gama de dureza, a dificuldade de processabilidade do poliuretano aumenta com a dureza. Com efeito, mais a dureza do poliuretano aumenta, mais o tempo de gelificação (fpot life” em inglês) da mistura preparada a partir de um prepolímero à base de diisocianato e de um extensor de cadeia como as poliaminas ou polialcoóis é curto, o que necessita a 20 utilização de máquinas de vazamento de taxa de fluxo elevada, notadamente quando se trata de moldar peças de grande tamanho.In this range of hardness, the processability of polyurethane increases with hardness. In fact, the more the polyurethane hardness increases, the more the gelation time (fpot life ”in English) of the mixture prepared from a prepolymer based on diisocyanate and a chain extender such as polyamines or polyalcohols is short, which it requires the use of high flow rate casting machines, especially when it comes to molding large parts.
Um objetivo da invenção é propor um enrijecedor que apresenta uma resistência ao envelhecimento melhorada em pelo menos 10°C em relação ao enrijecedor da arte anterior, assegurando ao mesmo tempo uma 25 boa homogeneidade das propriedades mecânicas.An object of the invention is to propose a stiffener that exhibits an improved resistance to aging by at least 10 ° C compared to the stiffener of the prior art, while ensuring good homogeneity of mechanical properties.
Outro objetivo da invenção é permitir a fabricação de um enrijecedor que apresenta uma dureza mais elevada em relação ao enrijecedor da arte anterior, de 60 Shore D, por exemplo, assegurando ao mesmo tempo uma boa homogeneidade das propriedades mecânicas.Another objective of the invention is to allow the manufacture of a stiffener that has a higher hardness in relation to the stiffener of the prior art, of 60 Shore D, for example, while ensuring a good homogeneity of the mechanical properties.
A terceira vantagem é permitir a fabricação de um enrijecedor cuja processabilidade é melhorada em relação ao enrijecedor da arte anterior.The third advantage is to allow the manufacture of a stiffener whose processability is improved over that of the prior art stiffener.
De modo surpreendente, verificou-se que um elastômero de poliuretano preparado a partir de um prepolímero de diisocianato de 5 difenilmetano (MDI) e de um extensor de cadeia escolhido entre as poliaminas podia ser utilizado para a fabricação de um enrijecedor. O enrijecedor assim fabricado apresenta então uma resistência ao envelhecimento ainda superior em relação ao enrijecedor conhecido bem como uma processabilidade melhorada. Esta melhoria da processabilidade 10 permite a realização de um enrijecedor de dureza mais elevada.Surprisingly, it was found that a polyurethane elastomer prepared from a 5-diphenylmethane diisocyanate (MDI) prepolymer and a chain extender chosen from among the polyamines could be used to manufacture a stiffener. The stiffener thus manufactured then exhibits even greater resistance to aging compared to the known stiffener as well as improved processability. This improvement in processability 10 allows for the realization of a stiffener of higher hardness.
De acordo com um modo específico da invenção o elastômero de poliuretano é preparado partir de um prepolímero de diisocianato difenilmetano (MDI) e um sal de metileno dianilina. Este modo de realização é particularmente vantajoso para proceder a uma moldagem a frio (“cold casf 15 de acordo com terminologia em inglês) do enrijecedor. A moldagem a frio do enrijecedor é particularmente vantajosa na medida em que não requerer uma aparelhagem muito complexa.According to a specific mode of the invention, the polyurethane elastomer is prepared from a diphenylmethane diisocyanate (MDI) prepolymer and a methylene dianiline salt. This embodiment is particularly advantageous for cold forming (“cold casf 15 according to English terminology) of the stiffener. Cold molding the stiffener is particularly advantageous in that it does not require a very complex apparatus.
A descrição que vai seguir apresentará de maneira detalhada os modos de realização da invenção e outras vantagens em referência com o 20 desenho em anexo:The description that follows will present in detail the ways of carrying out the invention and other advantages in reference to the attached drawing:
- A figura 1 é uma vista em corte transversal de um conduto flexível munido de um enrijecedor de acordo com a invenção.Figure 1 is a cross-sectional view of a flexible conduit provided with a stiffener according to the invention.
A figura 1 mostra esquematicamente um conduto flexível (10) provido de um enrijecedor (12). O conduto flexível é engatado através do 25 tubo de guia (14) da instalação de superfície (não representada). O enrijecedor é colocado no nível do conduto de tal modo que quando da conexão do conduto flexível à instalação de superfície, o enrijecedor esteja no nível do bocal do tubo de guia, protegendo assim o conduto flexível de qualquer deterioração quando dos movimentos da embarcação. O enrijecedor então é fixado por um colar de aperto (não representado) ou qualquer outro meio conhecido em tomo da extremidade do tubo de guia.Figure 1 schematically shows a flexible conduit (10) provided with a stiffener (12). The flexible conduit is engaged through the guide tube (14) of the surface installation (not shown). The stiffener is placed at the level of the duct in such a way that when connecting the flexible duct to the surface installation, the stiffener is at the level of the nozzle of the guide tube, thus protecting the flexible duct from any deterioration during the movements of the vessel. The stiffener is then secured by a clamping collar (not shown) or any other known means around the end of the guide tube.
De acordo com a invenção, o enrijecedor é fabricado a partir de uma nova composição de poliuretano. O poliuretano utilizado para fabricar o enrijecedor é obtido a partir de uma composição de prepolímero de diisocianato de difenilmetano (prepolímero de MDI). Este prepolímero é depois reticulado com uma poliamina para formar a composição de elastômero de poliuretano apta a ser conformada para fabricar o enrijecedor.According to the invention, the stiffener is manufactured from a new polyurethane composition. The polyurethane used to manufacture the stiffener is obtained from a diphenylmethane diisocyanate prepolymer composition (MDI prepolymer). This prepolymer is then cross-linked with a polyamine to form the polyurethane elastomer composition capable of being shaped to make the stiffener.
O elastômero de poliuretano é assim preparado de acordo com um processo em duas etapas. Em um primeiro tempo, um prepolímero intermediário é preparado por condensação das funções álcool de um poliol sobre as funções isocianato de um poliisocianato. Em um segundo tempo, o prepolímero e o agente de reticulação são pré-aquecidos e misturados em uma máquina de vazamento, depois a mistura é injetada em um molde préaquecido da forma do enrijecedor, e por último este molde é mantido em temperatura em uma estufa durante a duração da reticulação.The polyurethane elastomer is thus prepared according to a two-step process. In the first instance, an intermediate prepolymer is prepared by condensing the alcohol functions of a polyol on the isocyanate functions of a polyisocyanate. In a second step, the prepolymer and the crosslinking agent are preheated and mixed in a casting machine, then the mixture is injected into a preheated mold of the stiffener, and finally this mold is kept at a temperature in an oven during the duration of the crosslinking.
Este processo de fabricação permite controlar mais facilmente as características do material final o que apresenta uma vantagem quando se trata de modelar peças necessitando de grandes quantidades de material, como é o caso com o enrijecedor.This manufacturing process makes it easier to control the characteristics of the final material, which has an advantage when it comes to modeling parts requiring large amounts of material, as is the case with the stiffener.
De acordo com uma primeira etapa, um prepolímero intermediário de diisocianato de difenilmetano (prepolímero de MDI) é sintetizado.According to a first step, an intermediate prepolymer of diphenylmethane diisocyanate (MDI prepolymer) is synthesized.
O prepolímero de MDI é obtido fazendo reagir a uma temperatura compreendida entre 30 e 150°C um diisocianato de MDI com um poliol de elevado peso molecular compreendido, por exemplo, entre 250 e 10000 g.mof1. A relação entre o número de função N=CO e o número de funções OH na mistura reacional pode estar compreendida entre 1,5 e 20. A temperatura reacional está, por exemplo, compreendida entre 30 e 150°C.The MDI prepolymer is obtained by reacting an MDI diisocyanate with a high molecular weight polyol comprised, for example, between 250 and 10,000 g.mof 1 at a temperature between 30 and 150 ° C. The relationship between the number of N = CO functions and the number of OH functions in the reaction mixture can be between 1.5 and 20. The reaction temperature is, for example, between 30 and 150 ° C.
O diisocianato de MDI utilizado para a preparação do prepolimero de MDI é selecionado entre 2,4’ diisocianato de difenilmetano e o 4,4’ diisocianato de difenilmetano ou ainda o 2,2’ diisocianato de difenilmetano.The MDI diisocyanate used for the preparation of the MDI prepolymer is selected from 2.4 'diphenylmethane diisocyanate and 4.4' diphenylmethane diisocyanate or 2.2 'diphenylmethane diisocyanate.
Altemativamente de 0 a 20% em peso de urn diisocianato alifático pode ser acrescentado à composição de prepolimero de MDI. O diisocianato alifático é então escolhido entre o grupo constituído de 1,1’metileno-bis (4-isocianatociclo-hexano), diisocianato de 1,4-ciclo-hexano, diisocianato de isoforona (IPDI), diisocianato de 1,3-xileno, diisocianato de 10 hexametileno e diisocianato de 1,1,4,4-tetrametilxileno ou de uma mistura de um destes compostos.Alternatively from 0 to 20% by weight of an aliphatic diisocyanate can be added to the MDI prepolymer composition. The aliphatic diisocyanate is then chosen from the group consisting of 1,1'methylene-bis (4-isocyanatocyclohexane), 1,4-cyclohexane diisocyanate, isophorone diisocyanate (IPDI), 1,3-xylene diisocyanate , 10 hexamethylene diisocyanate and 1,1,4,4-tetramethylxylene diisocyanate or a mixture of one of these compounds.
Preferivelmente,o poliol de peso molecular elevado é escolhido entre o grupo dos poliéteres glicol e dos poliésteres glicol.Preferably, the high molecular weight polyol is chosen from the group of polyether glycol and polyester glycol.
Na sequência do texto, o termo “composição de prepolimero de diisocianato de difenilmetano” é definido como uma composição contendo pelo menos 80% de prepolimero de diisocianato de difenilmetano obtido pela reação de pelo menos um poliol e um monômero de diisocianato e podendo compreender, além disso, uma quantidade de monômero de MDI livre ou outro solvente ou plastificante.Following the text, the term "diphenylmethane diisocyanate prepolymer composition" is defined as a composition containing at least 80% diphenylmethane diisocyanate prepolymer obtained by reacting at least one polyol and a diisocyanate monomer and may comprise, in addition to in addition, an amount of free MDI monomer or other solvent or plasticizer.
De acordo com uma segunda etapa, a composição de prepolimero de MDI é colocada depois em reação com um agente de reticulação em uma relação da ordem da estequiometria selecionado entre as poliaminas e preferivelmente as poliaminas aromáticas. A relação entre o número de função N=CO total na composição de prepolimero de MDI e o 25 número de funções NH2 na mistura reacional é sensivelmente da ordem da estequiometria. Por exemplo, ele pode estar compreendido entre 0,7 e 1.2.According to a second step, the MDI prepolymer composition is then reacted with a crosslinking agent in a ratio of the stoichiometric order selected between the polyamines and preferably the aromatic polyamines. The relationship between the number of total N = CO functions in the MDI prepolymer composition and the number of NH 2 functions in the reaction mixture is roughly in the order of stoichiometry. For example, it can be between 0.7 and 1.2.
Preferivelmente, as poliaminas são escolhidas entre as poliaminas aromáticas. A título de exemplo, a poliamina pode ser 4,4’metileno-bis (2-cloroanilina), 3,5-diamino-4 clorobenzoácido de éster isobutílico ou ainda 4,4’-metileno-bis (3-cloro-2,6-dietilanilina).Preferably, polyamines are chosen from aromatic polyamines. For example, the polyamine can be 4,4'methylene-bis (2-chloroaniline), 3,5-diamino-4 isobutyl ester chlorobenzoic acid or 4,4'-methylene-bis (3-chloro-2, 6-diethylaniline).
A mistura constituída da composição de prepolímero e do agente de reticulação é injetada em um molde pré-aquecido tendo a forma cônica típica de um enrijecedor. Este molde é mantido em temperatura em estufa durante a duração da reticulação e por último o enrijecedor é desmoldado.The mixture consisting of the prepolymer composition and the crosslinking agent is injected into a preheated mold having the typical conical shape of a stiffener. This mold is kept at an oven temperature for the duration of the crosslinking and finally the stiffener is demoulded.
O pedido de patente EP 1950234 descreve tipicamente um novo elastômero de poliuretano que pode ser utilizado para fabricar um enrijecedor de acordo com o primeiro modo de realização da invenção.Patent application EP 1950234 typically describes a new polyurethane elastomer that can be used to manufacture a stiffener according to the first embodiment of the invention.
EP 19550234 descreve, com efeito, um elastômero de poliuretano obtido a partir de um prepolímero compreendendo 2,4’diisocianato de difenilmetano preparado de acordo com um processo compreendendo as etapas seguintes:EP 19550234 describes, in effect, a polyurethane elastomer obtained from a prepolymer comprising diphenylmethane 2,4 'diisocyanate prepared according to a process comprising the following steps:
(a) fazer reagir o diisocianato de difenilmetano (MDI) compreendendo mais de 80% de 2,4’-diisocianato de difenilmetano com poliol de elevado peso molecular selecionado entre o grupo dos polialquilenoéter polióis tendo um peso molecular compreendido entre 250 e 10000 g. mof 1 a uma temperatura compreendida entre 30 e 150°C durante um tempo suficiente para formar o prepolímero de 2,4’ MDI e para fazer reagir as funções OH do poliol com uma relação entre as funções NCO e as funções OH compreendida entre 1,5: 1 e20:l.(a) reacting diphenylmethane diisocyanate (MDI) comprising more than 80% diphenylmethane 2,4'-diisocyanate with high molecular weight polyol selected from the group of polyalkylene ether polyols having a molecular weight comprised between 250 and 10000 g. mof 1 at a temperature between 30 and 150 ° C for a time sufficient to form the 2,4 'MDI prepolymer and to react the OH functions of the polyol with a relationship between the NCO functions and the OH functions between 1, 5: 1 and 20: l.
(b) acrescentar ao prepolímero de 2,4’MDI um diisocianato alifático escolhido entre ο Ι,Γ- metileno-bis (4-isocianatociclo-hexano), o(b) adding to the 2,4'MDI prepolymer an aliphatic diisocyanate chosen from ο Ι, Γ-methylene-bis (4-isocyanatocyclohexane), the
1.4- diisocianato de ciclo-hexano, o diisocianato de isoforona (IPDI), o 1,3diisocianato de xileno, o diisocianato de hexametileno e o diisocianato de1.4- cyclohexane diisocyanate, isophorone diisocyanate (IPDI), xylene 1,3diisocyanate, hexamethylene diisocyanate and diisocyanate of
1.1.4.4- tetrametilxileno ou uma mistura de um destes compostos.1.1.4.4- tetramethylxylene or a mixture of one of these compounds.
(c) acrescentar uma quantidade necessária de di- ou poliamina alifática e/ou aromática pela qual os constituintes vão reagir de modo que a relação equivalente entre os grupos NCO e a soma dos grupos NCO livres está compreendida entre 0,8: 1 e 1,2: 1.(c) add a necessary amount of aliphatic and / or aromatic di- or polyamine by which the constituents will react so that the equivalent relationship between the NCO groups and the sum of the free NCO groups is between 0.8: 1 and 1 , 2: 1.
O método de síntese descrito em EP1950234 é uma via de obtenção possível de um elastômero de poliuretano por intermédio da formação de uma composição de prepolímero de 2,4’ MDI, reticulada por uma poliamina alifática ou aromática e moldada a quente para fabricar um enrijecedor.The synthesis method described in EP1950234 is a possible way of obtaining a polyurethane elastomer by forming a 2.4 'MDI prepolymer composition, crosslinked by an aliphatic or aromatic polyamine and hot molded to make a stiffener.
Enquanto que, previamente, a reticulação de um prepolímero de MDI com uma poliamina era afastada devido à sua reatividade muito elevada com relação aos MDIs, o pedido de patente EP 1950234 descreve uma nova via de síntese dos elastômeros de poliuretano por reação de uma composição contendo um prepolímero de MDI e uma poliamina onde os parâmetros de reações são controláveis.Whereas, previously, the crosslinking of an MDI prepolymer with a polyamine was removed due to its very high reactivity with respect to MDIs, patent application EP 1950234 describes a new route of synthesis of polyurethane elastomers by reaction of a composition containing an MDI prepolymer and a polyamine where the reaction parameters are controllable.
Os enrijecedores preparados a partir de um elastômero de poliuretano sintetizado fazendo reagir uma composição compreendendo um prepolímero de MDI e uma poliamina apresentam melhores características de resistência à hidrólise e um melhor comportamento em fadiga que os enrijecedores fabricados a partir dos elastômeros de poliuretano da arte anterior, conservando ao mesmo tempo propriedades mecânicas homogêneas nas zonas de espessuras grandes, tipicamente 100 mm a 500 mm. Além disso, continua possível, conservando sempre a homogeneidade das propriedades mecânicas, obter enrijecedores de maior dureza. Por último, uma grande vantagem é a melhor processabilidade do poliuretano na medida em que as formulações à base de prepolímero de MDI e uma poliamina permitem, em curso de moldagem, assegurar uma coesão entre a parte moldada já endurecida e o resto da formulação que ainda não está endurecida.Stiffeners prepared from a polyurethane elastomer synthesized by reacting a composition comprising a prepolymer of MDI and a polyamine have better characteristics of resistance to hydrolysis and a better fatigue behavior than stiffeners made from the polyurethane elastomers of the prior art, while preserving homogeneous mechanical properties in areas of great thickness, typically 100 mm to 500 mm. In addition, it remains possible, always maintaining the homogeneity of mechanical properties, to obtain hardeners of greater hardness. Finally, a great advantage is the better processability of the polyurethane as the formulations based on MDI prepolymer and a polyamine allow, in the course of molding, to ensure a cohesion between the molded part already hardened and the rest of the formulation that still it is not hardened.
As características do material assim obtido permitem atingir uma dureza compreendida entre 50 Shore D a 70 Shore D assegurando ao mesmo tempo propriedades homogêneas dentro do material. As medidas de dureza são realizadas de acordo com a norma ISO 868 ou ASTM d2240... O material obtido apresenta igualmente uma resistência à hidrólise até 60°C durante 30 anos, ou mesmo 70°C por períodos mais curtos, uma resistência à fadiga aumentada de um fator 2 a 10 de acordo com as condições de utilização. As medidas de resistência à hidrólise são realizadas por testes de tração de acordo com a norma ASTM D638 sobre corpos de prova tendo sido submetidos a um envelhecimento acelerado na água, e por extrapolação pela lei de Arrhenius.The characteristics of the material thus obtained make it possible to achieve a hardness between 50 Shore D to 70 Shore D while ensuring homogeneous properties within the material. Hardness measurements are carried out in accordance with ISO 868 or ASTM d2240 ... The material obtained also has a hydrolysis resistance of up to 60 ° C for 30 years, or even 70 ° C for shorter periods, a resistance to fatigue increased by a factor of 2 to 10 according to the conditions of use. Measurements of resistance to hydrolysis are performed by tensile tests according to the ASTM D638 standard on specimens having been subjected to accelerated aging in water, and by extrapolation by Arrhenius law.
Um segundo modo de realização particular da invenção será agora descrito. Neste modo particular de realização da invenção, o prepolímero de diisocianato é reticulado com uma família particular de aminas cujas funções aminas reativadas são bloqueadas para diminuir a sua reatividade com relação ao prepolímero de MDI.A second particular embodiment of the invention will now be described. In this particular embodiment of the invention, the diisocyanate prepolymer is cross-linked with a particular family of amines whose reactivated amine functions are blocked to decrease its reactivity with respect to the MDI prepolymer.
O elastômero de poliuretano utilizado para fabricar o enrijecedor é obtido a partir de uma composição de prepolímero de diisocianato de difenilmetano (prepolímero de MDI) que é depois reticulada com um complexo de sais de metileno dianilina (MDA) para formar a composição de elastômero de poliuretano apta a ser conformada a frio para fabricar o enrijecedor. Por conformação a frio é necessário compreender que o enchimento do molde pode ser feito sem ter a necessidade do préaquecimento do molde nem mesmo dos reagentes (exceto para assegurar a desgaseificação) e que a reação de reticulação não se opera quando do enchimento do molde. Isto permite um enchimento lento e controlado do molde, evitando assim a formação de bolhas, a reticulação sendo operada em um segundo tempo quando da elevação em temperatura do material introduzido no molde da forma do enrijecedor.The polyurethane elastomer used to manufacture the stiffener is obtained from a diphenylmethane diisocyanate prepolymer composition (MDI prepolymer) which is then cross-linked with a methylene dianiline salt (MDA) complex to form the polyurethane elastomer composition. able to be cold formed to manufacture the stiffener. By cold forming it is necessary to understand that the filling of the mold can be done without having to preheat the mold or even the reagents (except to ensure degassing) and that the crosslinking reaction does not operate when filling the mold. This allows a slow and controlled filling of the mold, thus avoiding the formation of bubbles, the crosslinking being operated in a second time when the temperature introduced of the material introduced in the mold of the form of the stiffener.
O sal de metileno dianilina (MDA) é uma poliamina cujas funções aminas são bloqueadas a fim de diminuir a reatividade da amina com relação ao prepolímero de MDI no momento da reticulação da composição de prepolímero de MDI e assim poder prosseguir, com vantagem, à moldagem a frio do enrijecedor (('cold cast” em terminologia em inglês). Durante a fase de moldagem a frio, as funções aminas do sal de MDA serão liberadas por uma elevação controlada em temperatura para reagir com a composição de prepolímero de MDI. A liberação progressiva das funções aminas do complexo de sais de MDA permite diminuir a reatividade do agente de reticulação e realizar com vantagem uma moldagem a frio do enrijecedor.Methylene dianiline salt (MDA) is a polyamine whose amine functions are blocked in order to decrease the reactivity of the amine with respect to the MDI prepolymer at the time of crosslinking the MDI prepolymer composition and thus being able to proceed, with advantage, to molding (cold cast in English terminology). During the cold molding phase, the amine functions of the MDA salt will be released by a controlled rise in temperature to react with the MDI prepolymer composition. Progressive release of the amine functions of the MDA salt complex makes it possible to decrease the reactivity of the crosslinking agent and to advantageously perform a cold molding of the stiffener.
O elastômero de poliuretano é preparado de acordo com um processo em três etapas. Em um primeiro tempo, uma composição de prepolímero intermediário é preparada por condensação das funções álcool de um poliol sobre as funções isocianato de um poliisocianato como previamente descrito para o primeiro modo de realização da invenção.The polyurethane elastomer is prepared according to a three-step process. In the first instance, an intermediate prepolymer composition is prepared by condensing the alcohol functions of a polyol on the isocyanate functions of a polyisocyanate as previously described for the first embodiment of the invention.
Em um segundo tempo, o prepolímero de MDI e o sal de MDA são misturados pré-aquecidos em tomo de 70°C para assegurar uma desgaseificação da mistura.In a second step, the MDI prepolymer and the MDA salt are mixed preheated around 70 ° C to ensure degassing of the mixture.
O sal de metileno dianilina (MDA) é com vantagem o complexo de tris-(4,4’-diaminodifenilmetano), NaCl, obtido entre a metileno dianilina (MDA) e o sal de cloreto de sódio. Opcionalmente este sal pode compreender um plastificante. Por exemplo, ele é proposto sob as marcas CAYTUR 31™ e CAYTUR 31-DA™.The methylene dianiline (MDA) salt is advantageously the tris- (4,4'-diaminodiphenylmethane) complex, NaCl, obtained between methylene dianiline (MDA) and the sodium chloride salt. This salt can optionally comprise a plasticizer. For example, it is proposed under the brands CAYTUR 31 ™ and CAYTUR 31-DA ™.
A mistura é injetada depois em um molde da forma de um enrijecedor.The mixture is then injected into a form of a stiffener.
Em uma terceira etapa o molde que pode ter sido pré-aquecido previamente é introduzido em um fomo cuja elevação em temperatura é controlada. Quando desta última etapa, o perfil de elevação em temperatura do fomo é ajustado para liberar progressivamente as funções aminas do sal de MDA e reticular o prepolímero de MDI.In a third stage, the mold that may have been previously preheated is introduced into a stove whose temperature rise is controlled. During this last stage, the temperature rise profile of the furnace is adjusted to progressively release the amine functions of the MDA salt and crosslink the MDI prepolymer.
Neste modo de realização particular, o tempo de reação que efetua a formação do elastômero de poliuretano é mais longo graças à reatividade controlada do agente de reticulação selecionado. Assim, não é necessário utilizar máquinas de vazamento com taxa de fluxo elevado. Além disso, o enrijecedor fabricado a partir do elastômero de poliuretano obtido a partir de um prepolímero de MDI reticulado com o sal de metileno dianilina (MDA) apresenta características mecânicas comparáveis às obtidas com o enrijecedor obtido de acordo com o primeiro modo de realização da invenção.In this particular embodiment, the reaction time that effects the formation of the polyurethane elastomer is longer thanks to the controlled reactivity of the selected crosslinking agent. Thus, it is not necessary to use casting machines with a high flow rate. In addition, the stiffener made from polyurethane elastomer obtained from an MDI prepolymer cross-linked with methylene dianiline salt (MDA) has mechanical characteristics comparable to those obtained with the stiffener obtained according to the first embodiment of the invention .
O pedido de patente W02009108510 descreve tipicamente um novo elastômero de poliuretano que pode ser utilizado para fabricar um enrijecedor pela técnica de moldagem a frio de acordo com o segundo modo de realização da invenção. Também, os ensinamentos do pedido de patente W02009108510 são incorporados por referência ao pedido de patente.Patent application W02009108510 typically describes a new polyurethane elastomer that can be used to manufacture a stiffener by the cold molding technique according to the second embodiment of the invention. Also, the teachings of patent application W02009108510 are incorporated by reference to the patent application.
W02009108510 descreve uma composição de elastômero de poliuretano obtido por reação de um prepolímero de MDI e de metileno dianilina complexada com um sal de cloreto de sódio cuja mistura é estável no tempo durante vários dias na temperatura de desgaseificação de 70°C.W02009108510 describes a composition of polyurethane elastomer obtained by reacting a prepolymer of MDI and methylene dianiline complexed with a sodium chloride salt whose mixture is stable over time for several days at the degassing temperature of 70 ° C.
Esta mistura é introduzida depois em um molde da forma de um enrijecedor e aquecida a uma temperatura de reticulação a determinar entre 115 e 130°C para liberar as aminas bloqueadas do complexo de MDA e iniciar a reação de reticulação da composição de prepolímero de MDI.This mixture is then introduced into a stiffener mold and heated to a crosslinking temperature to be determined between 115 and 130 ° C to release the blocked amines from the MDA complex and initiate the crosslinking reaction of the MDI prepolymer composition.
A reação de reticulação efetua-se em condições quase estequiométricas. A estequiometria é determinada pela relação entre o número de função N=CO total na composição de prepolímero de MDI e o número total de funções NH2 liberadas em temperatura de reticulação do prepolímero de MDI. Esta relação é facilmente determinável e pode estar compreendida entre 0,7 e 1,2, por exemplo.The crosslinking reaction takes place under almost stoichiometric conditions. Stoichiometry is determined by the relationship between the number of total N = CO functions in the MDI prepolymer composition and the total number of NH2 functions released at the crosslinking temperature of the MDI prepolymer. This ratio is easily determined and can be between 0.7 and 1.2, for example.
O enrijecedor assim obtido apresenta propriedades melhoradas de modo idêntico ao que foi descrito para o primeiro modo de realização da invenção.The stiffener thus obtained has improved properties similarly to that described for the first embodiment of the invention.
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