BR112013003704B1 - Sistema de reação para a preparação de uma espuma de poliuretano viscoelástica e método para preparar uma espuma viscoelástica - Google Patents

Sistema de reação para a preparação de uma espuma de poliuretano viscoelástica e método para preparar uma espuma viscoelástica Download PDF

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Abstract

sistema de reação para a preparação de uma espuma de poliuretano viscoelástica e método para preparar uma espuma viscoelástica é provido um sistema de reação compreendendo um poliisocianato orgânico e um componente reativo com isocianato para a preparação de uma espuma de poliuretano viscoelástica. o componente reativo com isocianato compreende(i) de 10 a 50% em pesodo componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em po) de baixo peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 500, (ii) de 45 a 95% em peso de um ou mais polióis ricos em óxido de etileno(ricos em eo) tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno de 40% a 65% em peso da massa total do poliol rico em eo e pelo menos um dentre (iii) de 10 a 30% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em po de alto peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 800 a 2.000 ou (iv) de 10 a 40% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno contendo estireno-acrilonitrila.

Description

SISTEMA DE REAÇÃO PARA A PREPARAÇÃO DE UMA ESPUMA DE POLIURETANO VISCOELÁSTICA E MÉTODO PARA PREPARAR UMA ESPUMA VISCOELÁSTICA
Campo da invenção [0001] Concretizações da presente invenção referem-se a espumas de poliuretano. Mais particularmente, concretizações da invenção referem-se a espumas de poliuretano tendo propriedades viscoelásticas.
Antecedentes da invenção [0002] Espumas de poliuretano são usadas em uma ampla variedade de aplicações, variando de estofados (tais como colchões, travesseiros e almofadas de assentos) a embalagens para isolamento térmico e para aplicações médicas. Os poliuretanos têm a habilidade de serem formulados sob medida para aplicações particulares por meio da seleção das matérias-primas que são usadas para fazer o polímero.
[0003] Uma classe de espuma de poliuretano é conhecida como espuma viscoelástica (VE) ou com memória. As espumas viscoelásticas exibem uma resposta retardada no tempo e dependente da taxa de uma tensão aplicada. Elas têm uma baixa resiliência e se recuperam lentamente quando comprimidas. Estas propriedades estão frequentemente associadas com a temperatura de transição vítrea (Tg) do poliuretano. A viscoelasticidade é frequentemente manifestada quando o polímero tem uma Tg na ou próximo da temperatura de uso, que para muitas aplicações é a temperatura ambiente.
[0004] Conforme a maioria das espumas de poliuretano, espumas de poliuretano VEs são preparadas pela reação de um componente poliol com um poliisocianato na presença de um agente de sopro. O agente de sopro é geralmente água ou uma
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2/34 mistura de água e outro material. As formulações VEs são frequentemente caracterizadas pela seleção do componente poliol e da quantidade de água na formulação. O poliol predominante usado nessas formulações tem uma funcionalidade de cerca de 3 grupos hidroxila/molécula e um peso molecular na faixa de 400-1500. Este poliol é primariamente o principal determinante da Tg da espuma de poliuretano, apesar de que outros fatores tais como os níveis de água e o índice de isocianato também desempenham papéis significativos.
[0005] Tipicamente, as espumas de poliuretano viscoelásticas têm baixas propriedades de fluxo de ar, geralmente de menos que cerca de 0,47 litros/segundo (1,0 pés cúbicos por minuto) sob condições de temperatura ambiente (22°C) e pressão atmosférica (1 atm), daí promovendo exsudação quando usadas como espumas de conforto (por exemplo, em artigos para camas, assentos e outros acolchoamentos). O baixo fluxo de ar também conduz a uma baixa transferência de calor e umidade para fora da espuma, resultando em (1) temperatura de espuma (leito) e (2) umidade aumentadas. A consequência da temperatura mais alta é uma resiliência mais alta e uma característica viscoelástica reduzida. A combinação de calor e umidade resulta em fadiga acelerada da espuma. Adicionalmente, caso os fluxos de ar da espuma sejam muito baixos, as espumas poderão sofrer contração durante a manufatura. Ademais, melhorar o fator de suporte das espumas viscoelásticas fica limitado a não ser que as propriedades viscoelásticas sejam comprometidas.
[0006] Um alto fluxo de ar poderá ser obtido em detrimento de outras propriedades físicas tais como deformação permanente por compressão e rasgadura. A baixa deformação
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3/34 permanente por compressão é crítica para a recuperação da espuma de embalagem apertada durante o armazenamento e transporte e reflete na durabilidade de longo prazo de artigos de espuma tais como colchões e travesseiros.
[0007] Seria desejável alcançar um valor de fluxo de ar mais alto que aquele geralmente alcançado atualmente enquanto que mantendo as propriedades viscoelásticas da espuma. Ademais, seria desejável ter espumas com fluxo de ar melhorado enquanto que mantendo propriedades tais como a deformação permanente por compressão. Em algumas aplicações, também é desejável ter espumas que sejam macias ao toque. Sumário da invenção [0008] Concretizações da presente invenção se referem a espumas de poliuretano. Mais particularmente, concretizações da presente invenção referem-se a espumas de poliuretano tendo alto fluxo de ar enquanto que mantendo propriedades viscoelásticas.
[0009] Em uma concretização, é provido um sistema de reação para a preparação de poliuretano viscoelástico. O sistema de reação compreende (a) um poliisocianato orgânico e (b) um componente reativo com isocianato. O componente reativo com isocianato compreende (i) de 10 a 50% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) de baixo peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 200 a 500, (ii) de 45 a 95% em peso de um ou mais polióis ricos em óxido de etileno (ricos em EO) tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno de 30% a 75% em peso da massa total do poliol rico em EO e pelo menos um dentre (iii) de 10 a 30% em peso do componente
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4/34 reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em PO (ricos em PO) de alto peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 800 a 2.000 e (iv) de 10 a 40% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno contendo estireno-acrilonitrila.
[0010] Em uma outra concretização, é provido um método para preparar a espuma viscoelástica. O método compreende formar componentes de reação e combinar os componentes de reação sob condições suficientes para formar uma espuma de poliuretano viscoelástica. Os componentes de reação compreendem um poliisocianato orgânico, um componente reativo com isocianato, água e um componente catalisador. O componente reativo com isocianato compreende um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) de baixo peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 200 a 500 compreendendo de 10 a 50% em peso do componente reativo com isocianato, um ou mais polióis de óxido de etileno (ricos em EO) tendo um peso equivalente numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno de 40% a 65% em peso da massa total de do poliol rico em EO compreendendo de 45 a 95% em peso do componente reativo com isocianato e pelo menos um dentre: (i) um ou mais polióis ricos em PO de alto peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 800 a 2.000 compreendendo de 10 a 30% em peso do componente reativo com isocianato, e (ii) um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno contendo estireno-acrilonitrila de 10 a 40% em peso do componente reativo com isocianato.
[0011] Em ainda outra concretização, é provido um sistema
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5/34 de reação para a preparação de uma espuma de poliuretano viscoelástica. O sistema de reação compreende (a) um poliisocianato orgânico, (b) um componente reativo com isocianato, e (c) um tensoativo de organossilicone. O componente reativo com isocianato compreende { (b) (i)} de 70 a 95% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis de óxido de etileno (ricos em EO) tendo um peso equivalente numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno de 40% a 65% em peso da massa total de poliol rico em EO e { (b) (ii) } de 10% a 30% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) de alto peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 800 a 2.000. Descrição detalhada da invenção [0012] Concretizações da presente invenção se referem a espumas de poliuretano. Mais particularmente, concretizações da presente invenção se referem a espumas de poliuretano tendo alto fluxo de ar enquanto que mantendo as propriedades viscoelásticas.
[0013] Conforme usado aqui, o termo “fluxo de ar se refere ao volume de ar que passa através de uma seção quadrada de espuma de 5,08 cm x 5,08 cm (2 polegadas) e espessura de 2,54 cm (1 polegada) a 125 Pa (0,018 psi) de pressão. As unidades são expressas em decímetros cúbicos por segundo (i.é, litros por segundo) e convertidos em pés cúbicos por minuto. Uma unidade comercialmente disponível representativa para medir o fluxo de ar é manufaturada pela TexTest AG, Zurique, Suíça e é identificada como TexTest Fx3300. Esta medição obedece a ASTM D 3574 Ensaio G.
[0014] Conforme usado aqui, o termo “CFD 25% refere-se a
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6/34 uma medição de deflexão por força de compressão onde uma espuma de 10,16 x 10,15 cm e 5,08 cm na direção lateral e de espessura (4 x 4 x 2 polegadas) é comprimida para baixo segundo o eixo geométrico da espessura a uma deformação por compressão de 25%, e mantida durante um minuto antes que uma medição de deflexão por força de compressão seja determinada, i.é, a espuma é comprimida até 75% da sua espessura original, de acordo com os procedimentos de ASTM D 3574 C e é medida em quiloPascals (kPa), Newtons (N) ou fibras força (lbf). “CFD 40%, “CFD 65%e “CFD 75% semelhantemente correspondem a uma compressão de 60%, 35% e 25% da espessura original da espuma, respectivamente.
[0015] Conforme usado aqui, o termo “Deformação Permanente
por Compressão a 90% significa um ensaio de deformação
permanente por compressão medido no nível de deformação
compressiva de 90% e paralelamente à direção de crescimento
da espuma. Este ensaio é usado aqui para correlacionar a
perda em serviço de espessura da almofada de espuma e varia com a dureza da espuma. A deformação permanente por compressão é determinada de acordo com ASTM D 357401, Ensaio A. Vantajosamente, a espuma viscoelástica tem uma densidade de pelo menos cerca de 40, preferivelmente pelo menos cerca de 48, mais preferivelmente pelo menos cerca de 64 e no máximo cerca de 128, mais procedimento no máximo cerca de 96, o mais preferivelmente no máximo cerca de 88 kg/m3 (2,5, 3, 4, 8, 6, 5,4 libras/pé3, respectivamente).
[0016] Conforme usado aqui, o termo “alongamento % conforme aplicado a uma espuma é usado aqui para se referir à extensão linear que uma amostra de espuma possa atingir antes de romper-se. A espuma é testada pelo mesmo método usado para
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7/34 determinar a resistência à tração, e o resultado é expresso como uma percentagem do comprimento original da amostra de espuma de acordo com os procedimentos de ASTM D-3574, Ensaio E.
[0017] Conforme usado aqui, o termo funcionalidade, particularmente funcionalidade de poliol é usado aqui para se referir ao número de hidrogênios ativos em um iniciador usado para preparar o poliol, que poderá reagir com uma molécula de epóxido (tal como óxido de etileno ou óxido de propileno). Este também é referido como funcionalidade nominal. Para os propósitos da funcionalidade de poliol, uma funcionalidade amina primária/secundária ou hidroxila contará uma vez como relação ao valor da funcionalidade nominal.
[0018] Conforme usado aqui, o termo Deflexão por Força de Indentação (IFD) é uma medição da suportabilidade de carga e é expressa em Newtons ou libras-força (lbf). Conforme usado aqui, o termo IFD 25% refere-se à medição da força em libras requerida manter o indentador da espuma após um minuto. Conforme usado aqui, o termo IFD 65% refere-se à força requerida para fazer uma indentação de 65% da espessura de uma amostra de espuma de 38,10 cm x 38,10 cm x 10,16 cm (15 x 15 x 4) por um disco com 20,32 cm (8 polegadas) de diâmetro 127 cm2 (50 pol2) .
[0019] Conforme usado aqui, Tempo de Recuperação de VE ou Tempo de Recuperação, é medido liberando/retornando a cabeça de carga de compressão da posição de VE a 75% (compressão da espuma até 25% da espessura original da espuma) para uma posição onde a compressão da espuma seja de 90% da espessura original da espuma. O Tempo de Recuperação é definido como o tempo de liberação/retorno da cabeça de
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8/34 compressão até o momento quando a espuma empurra de volta a cabeça de compressão com uma força de pelo menos um Newton. O Tempo de Recuperação é determinado de acordo com os procedimentos de ASTM D-3574M e é medido em segundos. Para uma espuma viscoelástica este tempo é desejavelmente de pelo menos cerca de 2 segundos, preferivelmente de pelo menos cerca de 5 segundos, e mais preferivelmente de pelo menos cerca de 6 segundos, mas vantajosamente de menos que cerca de 30 segundos e preferivelmente de menos que 20 segundos. Esta é uma medida do “efeito de memória de formato apesar de não ser absoluto, uma vez que se poderá obter um número baixo no Tempo de Recuperação e ainda ter uma espuma com “memória de formato.
[0020] Conforme usado aqui, o termo “resiliência é usado para se referir à qualidade de uma espuma percebida como molejo. Esta é medida de acordo com os procedimentos de ASTM D3574 Ensaio H. Este ensaio de rebote de bola mede a altura que uma bola de aço com peso conhecido largada rebota da superfície da espuma quando largada sob condições especificadas e expressa o resultado como uma percentagem da altura de largada original. Conforme medida de acordo com o ensaio ASTM, uma espuma VE curada exibe uma resiliência de vantajosamente no máximo cerca de 20%, preferivelmente no máximo cerca de 10%.
[0021] Conforme usado aqui, o termo “fator de suporte refere-se à razão da Deflexão por Força de Compressão (CFD) a 65% dividida pela Deflexão por Força de Compressão a 25%.
[0022] Conforme usado aqui, o termo resistência à rasgadura é usado aqui para se referir à força média máxima requerida para rasgar uma amostra de espuma que esteja pré
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9/34 entalhada com um entalhe longitudinal na amostra de espuma.
Os resultados de ensaio são determinados de acordo com ASTM
D3574-F em Newtons por metro (N/m) ou libras por polegada linear (lb/pol).
[0023] Conforme usado aqui, o termo espuma viscoelástica
é pretendido para designar aquelas espumas tendo uma
resiliência de menos que 25%, conforme medida de acordo com
ASTM D3574 Ensaio H . Preferivelmente a espuma terá uma
resiliência de menos que 20% . Em cert as concretizações , a
espuma terá uma resiliência de menos que 15% ou até menos que
10%.
[0024] Os componentes reativos com isocianato usados na produção de poliuretano são geralmente aqueles compostos tendo pelo menos dois grupos hidroxila. Esses compostos são referidos aqui como polióis. Os polióis incluem aqueles obtidos pela alcoxilação de moléculas de partida (iniciadores) adequadas com um óxido de alquileno. Exemplos de moléculas de iniciador tendo 2 a 4 sítios reativos incluem água, amônia, ou alcoóis polihídricos tais como alcoóis dihídricos tendo um peso molecular de 62 a 399, especialmente os alcano polióis tais como etileno glicol, propileno glicol, hexametileno diol, glicerol, trimetilol propano ou trimetilol etano, ou alcoóis de baixo peso molecular contendo grupos éter tais como dietileno glicol, trietileno glicol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, ou butileno glicóis. Esses polióis são materiais convencionais preparados por métodos convencionais. Para polióis, quando o termo triol ou monol for usado, a funcionalidade do iniciador de partida (tal como glicerina para trióis e n-butanol para monóis) é pretendida. A catálise para esta polimerização
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10/34 poderá ser ou aniônica ou catiônica, com catalisadores tais como hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de césio (CsOH), trifluoreto de boro, ou um catalisador complexo de cianeto duplo metálico (DMC) tal como hexacianocobaltato de zinco ou um composto de fosfazênio quaternário. No caso de catalisadores alcalinos, esses catalisadores alcalinos são preferivelmente removidos do poliol ao fim da produção por uma etapa de acabamento adequada, tal como coalescência, separação com silicato de magnésio, ou neutralização ácida.
[0025] Em uma concretização, é provido um sistema de reação para a preparação de uma espuma de poliuretano viscoelástica. O sistema de reação compreende (a) um ou mais componentes baseados em diisocianato de metileno difenila (MDI) e (b) um componente reativo com isocianato. Em certas concretizações, o sistema de reação adicionalmente compreende (d) um ou mais componentes catalisadores. Em certas concretizações, o sistema de reação adicionalmente compreende (e) um ou mais tensoativos. Em certas concretizações, o sistema de reação adicionalmente compreende aditivos adicionais.
[0026] O componente (a) poderá compreender um ou mais componentes poliisocianato orgânico tendo uma média de 1,8 ou mais grupos isocianato por molécula. A funcionalidade isocianato é preferivelmente de cerca de 1,9 a 4, e mais preferivelmente de 1,9 a 3,5 e especialmente de 2,0 a 3,3.
[0027] Os um ou mais componentes isocianato orgânicos poderão ser um poliisocianato polimérico, um isocianato aromático, um isocianato cicloalifático, ou um isocianato alifático. Poliisocianatos exemplificativos incluem diisocianato de m-fenileno, 2,4-diisocianato de tolueno, 2,6
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11/34 diisocianato de tolueno, 1, 6-diisocianato de hexametileno 1,4-diisocianato de tetrametileno, diisocianato de hexahidrotolueno, 1,5-diisocianato de naftileno, 2,4diisocianato de metoxifenila, 4,4'-diisocianato de difenilmetano, diisocianato de 4,4'-bifenileno, diisocianato de 3,3'-dimetoxi-4,4'-bifenila, diisocianato de 3,3'-dimetil4,4'-bifenila, 4,4'-diisocianato de 3,3'-dimetetildifenil metano, triisocianato de 4,4',4-trifenil metano, um polifenilisocianato de polimetileno (PMDI), 2,4,6triisocianato de tolueno, e 2,2',5,5'-tetraisocianato de 4,4'-dimetildifenilmetano. Poliisocianatos preferidos incluem MDI e derivados de MDI tais como produtos de MDI “líquidos modificados com biureto e MDI polimérico. Poliisocianatos preferidos são os chamados produtos de MDI poliméricos, que são uma mistura de poliisocianatos de polimetileno polifenileno em MDI monomérico. Em uma concretização, o MDI polimérico compreende 70% p/p ou mais do isocianato total. Produtos de MDI poliméricos especialmente adequados têm um teor de MDI livre de 5 a 50% em peso, mais preferivelmente de 10 a 40% em peso. Tais produtos de MDI polimérico estão comercialmente disponíveis da The Dow Chemical Company sob as designações comerciais PAPI® e VORANATE®.
[0028] Um poliisocianato especialmente preferido é um produto de MDI polimérico tendo uma funcionalidade isocianato média de 2,3 a 3,3 grupos isocianato/molécula e um peso equivalente de isocianato de 120 a 170, preferivelmente de 125 a 135. Produtos comercialmente disponíveis adequados deste tipo incluem PAPIMR PB-219, PAPIMR 27, VORANATEmr M229, VORANATEmr 22 0, VORANATEmr 2 90, VORANATEmr M5 95, e VORANATEmr M600, todos os quais comercialmente disponíveis da The Dow
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Chemical Company.
[0029] A quantidade de poliisocianato que é usada é tipicamente suficiente para prover um índice de isso de 55 a 110. Em ainda outra concretização, o índice é de 60 a 110. Em ainda outra concretização, o índice é de 70 a 100 e em uma concretização adicional é de 75 a 90.
[0030] O componente (b) poderá ser um componente reativo com isocianato compreendendo (i) de 10 a 50% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) de baixo peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 500, (ii) de 50 a 95% em peso do componente com isocianato de um ou mais polióis de óxido de etileno (ricos em EO) tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno igual a ou maior que 30% mas menor que 70% da massa total do poliol rico em EO e ou (iii) 10 a 30% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em PO tendo um peso equivalente numérico de 800 a 2.000, ou (iv) de 10 a 40% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis de co-polímeros de óxido de propileno contendo estireno-acrilonitrila. Em certas concretizações, o componente reativo com isocianato (b) adicionalmente compreende (v) de 5 a 10% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais monóis de óxido de etileno óxido de propileno tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 300 a 800.
[0031] Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} poderão compreender pelo menos 10% p/p, 15% p/p, 20% p/p, 25% p/p, 30% p/p, 35% p/p, 40% p/p, ou 45% p/p do peso total do
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13/34 componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações os um ou mais polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} poderão compreender até, 15% p/p, 20% p/p, 25% p/p, 30% p/p, 35% p/p, 40% p/p, 45% p/p ou 50% p/p do peso total do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações os um ou mais polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} poderão compreender de 10% a 50% p/p, ou de cerca de 20% p/p a 40% do peso total do componente reativo com isocianato (b) total.
[0032] Em certas concretizações, os polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} têm um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 500. Em certas concretizações, os polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} têm um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 340. Em certas concretizações, os polióis ricos em PO de baixo peso equivalente { (b) (i) } têm uma funcionalidade entre 2 e 6, Em certas concretizações, os polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} têm uma funcionalidade entre 2,2 e 4.
[0033] Em certas concretizações os um ou mais polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} têm um teor de PO de menos que 70% p/p, 75% p/p, 80% p/p, 85% p/p, 90% p/p, 95% p/p ou 100% p/p da massa total do poliol rico em PO de baixo peso equivalente. Em certas concretizações, os polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} terão alguma quantidade de conteúdo de hidroxila primária. Em certas concretizações, os polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} terão uma quantidade de conteúdo de hidroxila primária de 30% ou superior do conteúdo de hidroxila total do poliol rico em PO de baixo peso equivalente. Em certas concretizações, os um ou mais polióis
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14/34 ricos em EO { (b) (ii) } poderão compreender de 45% p/p, 50% p/p, 55% p/p, 60% p/p, 65% p/p, 70% p/p, 75% p/p, 80% p/p, 85% p/p, ou 90% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} poderão compreender até 50% p/p, 55% p/p, 60%
p/p, 65% p/p, 70% p/p, 75% p/p, 80% p/p, 85 % p/p, 90% p/p ou
95% p/p. Os um ou mais polióis ricos em EO { (b) (ii) } poderão
compreender de 45% p/p a 95% p/p, ou de 65% p/p a 85% p/p do
componente reativo com isocianato (b) total.
[0034] Em certas concretizações, os um ou mais polióis
ricos em EO {(b)(ii)} têm um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 800. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} têm um peso equivalente médio numérico combinado de 250 a 400. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} têm uma funcionalidade entre 2 e 6. Em certas concretizações, Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b) (ii)} têm uma funcionalidade entre 2,5 e 4. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} têm um teor de EO de pelo menos 30% p/p, 35% p/p, 40% p/p, 45% p/p, 50% p/p, 55% p/p, 690% p/p, 65% p/p, 70% p/p, ou 75% p/p da massa total dos um ou mais polióis ricos em EO. Os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} poderão ter um teor de EO de 40% p/p a 65% p/p da massa total dos um ou mais polióis ricos em EO ou de 50% p/p a 60% p/p da massa total dos um ou mais polióis ricos em EO. Em uma ou mais concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} poderão ter um teor de hidroxila primária de menos que 50%.
[0035] Em certas concretizações onde espumas moldadas sejam produzidas, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)}
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15/34 poderão ter um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 800, preferivelmente de 350 a 550. Em certas concretizações onde espumas moldadas sejam produzidas, os um ou mais polióis ricos em EO {(b) (ii)} poderão ter um teor de EO de 30% a 75% da massa total dos um ou mais polióis ricos em EO.
[0036] Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} poderão compreender pelo menos 10% p/p, 15% p/p, 20% p/p, ou 25% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(ii)} poderão compreender até 15% p/p, 20% p/p, 25% p/p ou até 30% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em PO de alto peso equivalente {(b)(iii)} poderão compreender de 10% a 30% em peso ou de cerca de 15% a 20% em peso di peso total do componente reativo com isocianato (b) total.
[0037] Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em PO de alto peso equivalente {(b)(iii)} têm um peso equivalente médio numérico combinado de 800 a 2.000. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em PO de alto peso equivalente {(b)(iii)} têm um peso equivalente médio numérico combinado de 900 a 1.200. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em PO de alto peso equivalente {(b)(iii)} têm uma funcionalidade entre 2 e 6. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em PO de alto peso equivalente {(b)(iii)} têm uma funcionalidade entre 2,2 e 4. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em PO de baixo peso equivalente {(b)(iii)} têm um teor de PO de pelo menos 70% p/p, 75% p/p, 80% p/p, 85%
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16/34 p/p, 90% p/p, 95% p/p, ou 100% p/p da massa total de poliol rico em PO de baixo peso equivalente.
[0038] Em certas concretizações, os um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno {(b)(iv)} poderão compreender pelo menos 10% p/p, 15% p/p, 20% p/p, ou 25% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno {(b)(iv)} poderão compreender até 15% p/p, 20% p/p, 25% p/p, ou até 30% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno {(b)(iv)} poderão compreender de 10% p/p a 30% em peso ou de cerca de 15% p/p a 20% em peso do componente reativo com isocianato total.
[0039] Em certas concretizações, os um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno {(b)(iv)} contêm partículas de polímero dispersas. Em certas concretizações, o poliol de co-polímero de óxido de propileno {(b)(iv)} contém partículas de estireno-acrilonitrila (SAN) dispersas. Em certas concretizações, as partículas de polímero dispersas são obtidas por polimerização in situ de acrilonitrila e estireno. Em certas concretizações, os um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno {(b)(iv)} compreendem de 20% a 50% de acrilonitrila estireno sólido. Em certas concretizações, as partículas de polímero dispersas são obtidas por polimerização in situ de acrilonitrila e estireno. Em certas concretizações, os um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno {(b)(iv)} compreendem de 30% a 40% de acrilonitrila estireno sólido. Em certas concretizações, as partículas de acrilonitrila estireno têm
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17/34 um tamanho de partícula de 1 a 2 micra. Em certas concretizações, os um ou mais polióis de óxido de propileno têm um número de hidroxila de 22.
[0040] Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno {(b)(v)} poderão compreender pelo menos 1% p/p, 5% p/p, 10% p/p, ou 15% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etilenoóxido de propileno {(b)(v)} poderão compreender até 5% p/p, 10% p/p, 15% p/p. ou 20% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno {(b)(v)} poderão compreender de 1% a 20% em peso, ou de 5% a 10% em peso do componente reativo com isocianato (b) total.
[0041] Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno {(b)(v)} têm um peso equivalente de 300 a 800. Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno {(b)(v)} têm um peso equivalente de 400 a 600. Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etilenoóxido de propileno {(b)(v)} têm uma funcionalidade entre 1 e 2. Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno {(b)(v)} têm um teor de EO de 3070% da massa do copolímero. Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno { (b) (v) } têm um teor de EO de 40-60% da massa do copolímero. Em certas concretizações, os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno {(b)(v)} são selecionados dentre copolímeros em bloco aleatórios (RBC) e copolímeros em bloco.
[0042] Não se limitando a nenhuma teoria, porém, acredita
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18/34 se que os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno { (b) (v) } auxiliem na compatibilidade dos polióis rico em PO e rico em EO bem contribuam para melhorar a abertura de células e o fluxo de ar.
[0043] Em certas concretizações, o poliol rico em PO de baixo peso equivalente {(b)(i)} e o poliol rico em PO de alto peso equivalente {(b)(iii)} poderão ser combinados de maneira a formarem um único componente poliol rico em PO de alto peso equivalente. Em certas concretizações, o componente poliol rico em PO único tem um peso equivalente médio numérico combinado de 210 a 450 e preferivelmente de 240 a 400. Em certas concretizações, o componente poliol rico em PO único tem uma funcionalidade de 2,4 a 4,0.
[0044] Em certas concretizações, o componente poliol rico em PO único compreende pelo menos 5% p/p, 10% p/p, 15% p/p, 20% p/p, 25% p/p, 30% p/p, 35% p/p, 40% p/p, ou 45% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, o componente poliol rico em PO único compreende até 10% p/p, 15% p/p, 20% p/p, 25% p/p, 30% p/p,
35% p/p, 40% p/p, 45% p/p, ou até 50% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, o componente poliol rico em PO único poderá compreender de 5% a 50% em peso a cerca de 15% a 35% em peso do componente reativo com isocianato (b) total.
[0045] Em certas concretizações, o componente reativo com isocianato (b) poderá compreender um extensor de cadeia { (b) (vi) } . Um extensor de cadeia é um material tendo dois grupos reativos com isocianato por molécula. Em qualquer caso, o peso equivalente por grupo reativo com isocianato poderá variar de cerca de 30 a menos que 100, e é geralmente
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19/34 de 30 a 75. Os grupos reativos com isocianato são preferivelmente grupos álcool alifático, amina primária ou amina secundária, com grupos álcool alifático sendo particularmente preferidos. O extensor de cadeia {(b)(vi)} é tipicamente usado em pequenas quantidades, tais como até 10 partes, especialmente até 2 partes, por 100 partes em peso do sistema reativo total. Em certas concretizações, o teor de extensor de cadeia {(b)(vi)} é de 0,015 a 5% em peso do componente reativo com isocianato (b). Exemplos de extensores de cadeia incluem alquileno glicóis tais como etileno glicol, 1,2- ou 1,3-propileno glicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, e assemelhados; glicol éteres, tais como dietileno glicol.
[0046] Em certas concretizações, o componente reativo com isocianato (b) compreende {(b)(i)} de 70% a 95% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais dentre polióis ricos em óxido de etileno (ricos em EO) tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno de 40% a 65% em peso da massa total do poliol rico em EO e {(b)(ii)} de 10% a 30% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) de alto peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 800 a 2.000.
[0047] Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b) (i)} (descrito acima como { (b) (ii)}) poderão compreender pelo menos 70% p/p, 75% p/p, 80% p/p, 85% p/p, ou 90% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO { (b) (ii)} poderão compreender de 70% p/p a 95% p/p, ou de 75% p/p a 85% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. [0048] Em certas concretizações, os um ou mais polióis
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20/34 ricos em PO de alto peso equivalente { (b) (ii) } (descrito acima como {(b) (iii)}) poderão compreender pelo menos 10% p/p, 15% p/p, 20% p/p, ou 25% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(iii)} poderão compreender até 15% p/p, 20% p/p, 25% p/p, ou 30% p/p do componente reativo com isocianato (b) total. Em certas concretizações, os um ou mais polióis ricos em EO {(b)(iii)} poderão compreender de 10% p/p a 30% p/p, ou de 20% p/p a 25% p/p do componente reativo com isocianato (b) total.
[0049] Em certas concretizações, o sistema de reação adicionalmente compreende (c) um agente de sopro. Em certas
concretizações, o teor de agente de sopro é de 1% a 5% em
peso do peso total do sistema de reação. Em certas
concretizações, o teor de agente de sopro é de 1% a 2% em
peso do peso total do sistema de reação. Em certas
concretizações, o agente de sopro é água.
[0050] Em certas concretizações, o sistema de reação
adicionalmente compreende (d) um ou mais catalisadores. Catalisadores são tipicamente usados em pequenas quantidades, por exemplo, cada catalisador sendo empregado de 0,0015 a 5% em peso do sistema de reação total. A quantidade dependerá do catalisador ou mistura de catalisadores, o desejado balanço de reações de gelificação e sopro para equipamentos específicos, a reatividade dos polióis e isocianato bem como outros fatores familiares daqueles entendidos no assunto.
[0051] Uma ampla variedade de materiais é conhecida para catalisar reações formadoras de poliuretanos, incluindo aminas terciárias; fosfinas terciárias tais como trialquilfosfinas e dialquilbenzilfosfinas; diversos quelatos
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21/34 metálicos, tais como aqueles que podem ser obtidos a partir de acetilacetona, benzoilacetona, trifluoracetil acetona, acetoacetato de etila e assemelhados, com metais tais como Be, Mg, Zn, Cd, Pd, Ti, Zr, Sn, As, Bi, Cr, Mo, Mn, Fe, Co e Ni; sais metálicos ácidos de ácidos fortes, tais como cloreto férrico, cloreto estânico, cloreto estanoso, tricloreto de antimônio, nitrato de bismuto, e cloreto de bismuto; bases fortes tais como hidróxidos alcalinos e alcalino-terrosos, alcóxidos e fenóxidos, diversos alcoolatos e fenolatos metálicos, tais como Ti(OR)4, Sn(OR)4, e Al(OR)3, onde R é alquila ou arila, e os produtos de reação dos alcoolatos com ácidos carboxílicos, beta-dicetonas, e 2-(N,Ndialquilamino)alcoóis; sais de carboxilatos de metais alcalinos, Bi, Pb, Sn, ou Al; e compostos de estanho tetravalentes, e compostos de bismuto, antimônio ou arsênico tri- ou pentavalentes. Catalisadores preferidos incluem catalisadores de aminas terciárias, e catalisadores de organoestanho. Exemplos de catalisadores de amina terciária comercialmente disponíveis incluem: trimetilamina, trietilamina, N-metilmorfolina, N-etilmorfolina, N,Ndimetilbenzilamina, N,N-dimetiletanolamina, N,Ndimetilaminoetila, N,N,N',N'-tetrametil-1,4-butanodiamina, N,N-dimetilpiperazina, 1,4-diazabiciclo-2,2,2-octano, bis(dimetilaminoetil)éter, trietilenodiamina e dimetilalquilaminas onde o grupo alquila contenha 4 a 18 átomos de carbono. Misturas destes catalisadores de aminas terciárias são frequentemente usados.
[0052] Exemplos de catalisadores comercialmente disponíveis incluem NIAXMR A1 e NIAXMR A99 (bis(dimetilaminoetil)éter em propileno glicol comercialmente
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22/34 disponível da Momentive Performance Materials) , NIAXMR B9 (N,N-dimetilpiperazina e N,N-dimetilhexadecilamina em óxido de polialquileno poliol, comercialmente disponível da Momentive Performance Materials), DABCO® 8264 (uma mistura de bis(dimetilaminoetil)éter, trietilenodiamina e dimetilhidroxietil amina em dipropileno glicol, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals), DABCO 33LV® (trietileno diamina em dipropileno glicol, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals), DABCO® BL-11 (uma solução a 70% de bis-diaminoetil éter em dipropileno glicol, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals), NIAXMR A-400 (um amina terciária/sal de ácido carboxílico e bis (2-dimetilaminoetil)éter em água patenteado e um composto de hidroxila patenteado, comercialmente disponíveis da Momentive Performance Materials) ; NIAXMR A-300 (um amina terciária/sal de ácido carboxílico e trietilenodiamina em água, comercialmente disponível da Momentive Performance Materials); POLYCAT® 58 (um catalisador de amina patenteado, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals); POLYCAT® 5 (pentametil dietileno triamina, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals); e POLYCAT® 8 (N,N-dimetil ciclohexilamina, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals).
[0053] Exemplos de catalisadores de organoestanho são cloreto estânico, cloreto estanoso, octoato estanoso, oleato estanoso, dilaurato de dimetilestanho, dilaurato de dibutilestanho, outros compostos de organoestanho ou arila da fórmula SnRn(OR)4-n, onde R é alquila e n é 0-2, e assemelhados. Os catalisadores de organoestanho são geralmente usados em conjunto com um ou mais catalisadores de
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23/34 amina terciária, caso sejam usados. Catalisadores de organoestanho de interesse incluem KOSMOS® 29 (octoato estanoso da Evonik AG) , catalisadores DABCO® T-9 e T-95 (ambas composições de octoato estanoso comercialmente disponíveis da Air Products and Chemicals).
[0054] Em certas concretizações, o sistema de reação adicionalmente compreende (e) um ou mais tensoativos para auxiliar em estabilizar a espuma à medida que ela expande e cura. Os tensoativos são tipicamente usados em pequenas quantidades, por exemplo, cada tensoativo sendo empregado de cerca de 0,0015 a cerca de 5% em peso do sistema de reação total. A quantidade depende dos tensoativos ou misturas de tensoativos, bem como de outros fatores familiares àqueles entendidos no assunto.
[0055] Exemplos de tensoativos incluem tensoativos e agentes umectantes não iônicos tais como aqueles preparados pela adição seqüencial de óxido de propileno e então óxido de etileno a propileno glicol, organossilicones sólidos ou líquidos, e polietileno glicol éteres de alcoóis de cadeia longa. Tensoativos iônicos tais como sais de amina terciária ou alcanolamina de ésteres de sulfato ácido de alquila, ésteres alquil sulfônicos e ácidos alquil aril sulfônicos de cadeia longa também poderão ser usados. Os tensoativos preparados pela adição seqüencial de óxido de propileno e então óxido de etileno a propileno glicol são preferidos, como o são organossilicones sólidos ou líquidos. Exemplos de tensoativos de organossilicone úteis incluem copolímeros de polissiloxano/poliéter comercialmente disponíveis tais como TEGOSTAB® (designação comercial da Evonik AG) B-8462, B-8404 e B-8871, e tensoativos DC-198 e DC-5043, comercialmente
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24/34 disponíveis da Dow Corning, e NIAXMR L-627, NIAXMR L-620, e NIAXMR L-618 comercialmente disponíveis da Momentive Performance Materials. Surpreendentemente, o tensoativo NIAXmr L-620 provê fluxo de ar melhorado comparativamente com outros tensoativos de silicone possibilitando o uso de um ou mais polióis ricos em PO tendo um peso equivalente mais alto.
[0056] Em uma concretização adicional, para melhorar o processamento e para permitir o uso de índices de isocianato mais altos, aditivos adicionais tais como aqueles descritos na publicação WO 2008/021034, a divulgação da qual sendo aqui incorporada por referência, poderão ser adicionados à mistura de reação. Tais aditivos incluem 1) sais de metais alcalinos ou metais de transição de ácidos carboxílicos; 2) compostos de 1,3,5-tris alquil- ou 1,3,5-tris(N,N-dialquil amino alquil)-hexahidro-s triazina; e 3) sais de carboxilato de compostos de amônio quaternário. Quando usados, tais aditivos são geralmente usados em uma quantidade de cerca de 0,01 a 1 parte por 100 totais de poliol. O aditivo adicional é geralmente dissolvido em pelo menos um outro componente da mistura de reação. É geralmente não preferido dissolvê-lo no poliisocianato.
[0057] Diversos componentes adicionais poderão ser incluídos na formulação de espuma viscoelástica. Esses incluem, por exemplo, reticulantes, plastificantes, cargas, eliminadores de fumaça, fragrâncias, reforços, corantes, pigmentos, preservativos, máscaras contra odores, agentes de sopro físicos, agentes de sopro químicos, retardantes de chamas, agentes desmoldantes internos, biocidas, antioxidantes, estabilizantes de UV, agentes antiestáticos, agentes tixotrópicos, promotores de adesão, abridores de
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25/34 células, e combinações destes.
[0058] A composição espumável poderá conter um abridor de células ou reticulante. Quando estes materiais forem usados, eles serão tipicamente usados em pequenas quantidades tais como até 10 partes, especialmente até 2 partes, em peso por 100 partes em peso do sistema reativo total. Um reticulante é um material tendo, em média, mais que dois grupos reativos com isocianato por molécula. Em cada caso, o peso equivalente por grupo reativo com isocianato poderá variar de cerca de 30 a menos que 100, e é geralmente de 30 a 75. Os grupos reativos com isocianato são preferivelmente grupos álcool alifático, amina primária ou amina secundária, com grupos álcool alifático sendo particularmente preferidos. Exemplos de extensores de cadeia e reticulantes incluem alquileno glicóis tais como etileno glicol, 1,2- e 1,3-propileno glicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, e assemelhados; glicol éteres tais como dietileno glicol.
[0059] Uma ou mais cargas também poderão estar presentes na formulação de espuma viscoelástica. Uma carga poderá auxiliar em modificar as propriedades reológicas da composição de uma maneira benéfica, reduzir o custo e conferir propriedades benéficas à espuma. Cargas adequadas incluem materiais inorgânicos e orgânicos que sejam estáveis e não fundam nas temperaturas encontradas durante a reação de formação do poliuretano. Exemplos de cargas adequadas incluem caulim, montmorilonita, carbonato de cálcio wollastonita, talco, termoplásticos de alto ponto de fusão, vidro, cinzas volantes, negro-de-fumo, dióxido de titânio, óxido de ferro, óxido de cromo, corantes azo/diazo, ftalocianinas, dioxazinas, e assemelhados. A carga poderá conferir
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26/34 propriedades tixotrópicas à composição de poliuretano espumável. Sílica pirogênica é um exemplo de uma tal carga.
[0060] Partículas reativas também poderão ser incluídas no sistema de reação para modificar as propriedades da espuma viscoelástica. Tais sistemas reativos incluem polióis copoliméricos tais como aqueles contendo estireno/acrilonitrila (SAN), polióis de dispersão de poliharnstoff (PHD) e produtos de poliadição de poliisocianatos (PIPA), por exemplo, conforme ensinado em Chemistry and Technology of Poliols for Polyurethanes, Rapra Technology Limited (2005), págs 185-227.
[0061] Quando usadas, as cargas vantajosamente constituem de cerca de 0,5 a cerca de 30%, especialmente de cerca de 0,5 a cerca de 10% em peso do sistema de reação.
[0062] Apesar de nenhum agente de sopro adicional (diferente de água) ser geralmente usado na composição de poliuretano espumável, está dentro da abrangência das concretizações descritas aqui incluir um agente de sopro físico ou químico adicional. Os agentes de sopro físicos poderão ser, mas não estão limitados a, dióxido de carbono (CO2) líquido, CO2 supercrítico e diversos hidrocarbonetos, fluorcarbonetos, hidrofluorcarbonetos, clorocarbonetos (tais como cloreto de metileno), clorofluorcarbonetos, e hidroclorofluorcarbonetos, Agentes de sopro químicos são materiais que se decomponham ou reajam (diferentes de grupos isocianato) em temperaturas elevadas de maneira a produzir dióxido de carbono e/ou nitrogênio.
[0063] A espuma VE poderá ser preparada em um chamado processo de espuma em bloco, ou por diversos processos de moldagem; referir-se a “Flexible Polyurethane Foams por R.
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Herrington, ed., 1999. Em um processo de espuma em bloco, os componentes são misturados e despejados em uma calha ou outra região onde a formulação reaja, se expanda livremente em pelo menos uma direção, e cure. Os processos de espuma em bloco são geralmente operados continuamente em escalas comerciais. [0064] Em um processo de espuma em bloco, os diversos componentes são introduzidos individualmente ou em diversas subcombinações à cabeça misturadora, onde são misturados e liberados. As temperaturas dos componentes são geralmente na faixa de 15 a 35°C antes da misturação. A mistura liberada tipicamente se expande e cura sem calor aplicado. No processo de espuma em bloco, a mistura de reação se expande livremente ou sob restrição mínima (tal como possa ser aplicada devido ao peso de uma folha ou película de cobertura).
[0065] Também é possível produzir a espuma viscoelástica por um processo de moldagem, introduzindo a mistura de reação em um molde fechado onde ela se expande e cura. Frequentemente, o próprio molde é pré-aquecido até uma temperatura acima das condições de temperatura ambiente. Tal pré-aquecimento do molde poderá conduzir a um tempo de ciclo mais rápido.
[0066] A espuma viscoelástica feita de acordo com as concretizações descritas aqui é útil em uma variedade de aplicações em embalagens e acolchoados, tais como em colchões, incluindo forros de colchões, travesseiros, embalagens almofadas para pára-choques, equipamentos esportivos e médicos, forros para capacetes, assentos para pilotos, e diversas aplicações de atenuação de ruídos e vibrações. As aplicações de atenuação de ruídos e vibrações são de particular importância na indústria do transporte, tal
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28/34 como em aplicações automotivas.
[0067] Os seguintes exemplos são providos para ilustrar concretizações da invenção, mas não são pretendidos para limitar a sua abrangência. Todas as partes e percentagens são em peso, salvo indicação em contrário.
[0068] Uma descrição das matérias-primas usadas nos exemplos é conforme segue.
[0069] Poliol A é um poliéter poliol de óxido de propileno puro com peso equivalente de 336, iniciado por glicerina com um número de hidroxila de 167, comercialmente disponível da The Dow Chemical Company sob a designação comercial de VORANOL® 3150.
[0070] Poliol B é um triol copolimérico de poli óxido de etileno-co-óxido de propileno (iniciado por glicerina), com um % p/p de óxido de etileno na alimentação de óxido de alquileno de 60%, um número de hidroxila de 168, e um teor de hidroxila primária de aproximadamente 38%.
[0071] Poliol C é um poliol de alimentação mista de polioxietileno-polioxipropileno iniciado por glicerina (8% p/p de EO) tendo um peso equivalente de aproximadamente 994 com um número de hidroxila de 56, comercialmente disponível da The Dow Chemical Company sob a designação comercial de poliol VORANOL® 3010.
[0072] Poliol D é um poliol copolimérico de polioxialquileno (CPP) contendo partículas de polímero dispersas obtido por polimerização in situ de acrilonitrila e estireno com um número de hidroxila de 22, comercialmente disponível da The Dow Chemical Company com a designação comercial de VORALUX® HL 431.
[0073] Poliol E é um poliol de alimentação mista de
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29/34 polioxietileno-polioxipropileno, (75% de EO) , com funcionalidade de 6, 9, tendo um número de hidroxila de 31, comercialmente disponível da The Dow Chemical Company sob a designação comercial de VORANOL® 4053.
[0074] Poliol F é um polioxietileno-polioxipropileno poliol capeado de funcionalidade 3, iniciado por glicerina (14% de EO) tendo um número de hidroxila de 34, comercialmente disponível da The Dow Chemical Company sob a designação comercial de VORANOL® 4701.
[0075] Poliol G é um poliéter poliol de óxido de propileno puro iniciado por glicerina de óxido de propileno puro, de funcionalidade 3 com um número de hidroxila de 238, comercialmente disponível da The Dow Chemical Company com a designação comercial de VORANOL® 2070.
[0076] Monol é um monol de óxido de propileno-co-óxido de etileno, comercialmente disponível da The Dow Chemical Company com a designação comercial de UCONMR 50-HB-100.
[0077] Silicone A é um tensoativo de silicone usado para espumas de MDI viscoelásticas, comercialmente disponível da Momentive Performance Materials como tensoativo NIAXMR L-618 (um tensoativo moderado projetado para uso com espumas de MDI) .
[0078] Silicone B é um tensoativo de silicone usado para e estabilização de espumas em bloco convencionais comercialmente disponível da Momentive Performance Materials como tensoativo NIAXMR L-620 (um tensoativo de organossilicone do tipo alquila de alta performance, para uso em espumas convencionais flexíveis em bloco).
[0079] Catalisador de amina A é uma solução a 70% de bisdiaminoetil éter em dipropileno glicol, comercialmente
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30/34 disponível como DABCO® BL-11, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals, Inc.
[0080] Catalisador de amina B é uma solução a 33% de trietileno diamina em dipropileno glicol, comercialmente disponível da Air Products and Chemicals, Inc. como DABCO 33LV®.
[0081] Catalisador de estanho é um catalisador de octoato estanoso, também conhecido como 2-etilhexanoato de estanho (II), comercialmente disponível da Evonik como KOSMOS® 29.
[0082] MDI polimérico (PMDI) é um MDI polimérico com uma funcionalidade de 2,2, comercialmente disponível como PAPIMR PB-219 da The Dow Chemical Company.
[0083] PMDI-2 é um MDI polimérico com uma funcionalidade de 22, comercialmente disponível como PAPIMR 94 da The Dow Chemical Company.
Métodos de Ensaio [0084] Salvo especificado em contrário, as propriedades da espuma são medidas de acordo com ASTM D3574.
[0085] Exemplos 1 a 12 e Controle (C1 a C6) [0086] As amostras neste estudo foram feitas por espumação em caixa usando uma caixa de madeira com 38 cm x 38 cm x 24 cm forrada com um forro de película plástica incolor. Foi usado um misturador de alto cisalhamento de 16 pinos (4 pinos em quatro direções radiais) em alta velocidade de rotação. A cabeça misturadora de pinos foi projetada de maneira tal que as extremidades dos pinos estivessem a 1 cm de afastamento da parede do copo de misturação cilíndrico de 1 galão. Os componentes da formulação com exceção do catalisador de estanho e o isocianato foram misturados primeiramente durante 15 segundos a 2.400 rpm. Então, o catalisador de octoato
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31/34 estanoso foi adicionado e imediatamente misturado durante 15 segundos adicionais (2.400 rpm) . Finalmente, o isocianato foi adicionado à mistura e imediatamente misturado durante 4 segundos adicionais (3.000 rpm). A mistura inteira foi despejada em uma caixa forrada com película plástica. O tempo de relaxamento foi medido a partir do momento que a etapa de misturação final (a etapa com a adição do isocianato) iniciasse. Uma vez completada a espumação, a espuma foi adicionalmente deixada curar da noite para o dia sob a cobertura. Paredes de amostra de espuma foram descartadas e as amostras restantes foram caracterizadas para análise mecânica e química. Onze formulações foram estudadas e as formulações e propriedades mecânicas são providas na tabela
1.
[0087] As amostras de espuma foram caracterizadas de acordo com ASTM D 3574. A tabela 1 descreve as formulações exploradas e as propriedades mecânicas observadas para tais formulações. O exemplo comparativo é rotulado como C#1 e as formulações das concretizações descritas aqui são rotuladas como #1-#12. O exemplo comparativo C#1 mostra que as propriedades de deformação permanente por compressão (39,7%) e fluxo de ar (0,37 L/s) de espumas baseadas em MDI produzidas com um poliol de PO puro (poliol A) e um poliol copolimérico (poliol D) são muito pobres.
[0088] Exemplos 13 a 16 [0089] Um artigo de espuma foi feito usando um mistura A-B concorrente de alta pressão, Canon A-40, comercialmente disponível do fabricante do equipamento de espumação, Canon. Uma pressão de topo de misturador alvo era de 1.500 psi para ambos o lado do isocianato (A) e o lado do poliol (B). O
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32/34 tanque de isocianato continha apenas o poliisocianato, e o tanque de poliol continha todos os polióis, tensoativos água e catalisador. A mistura foi liberada para dentro de um molde de alumínio aquecido com dimensões de 15 x 15 x 4,5, com uma temperatura inicial ajustada em 49 graus Celsius + 10 graus Celsius, com cada partida completada em 5-7 segundos dependendo da produção. Conforme mostrado na tabela 2, foram obtidos artigos de espuma moldados muito macios com bom desempenho de recuperação.
[0090] Os inventores descobriram que podia ser alcançado um melhoramento significativo das propriedades de deformação permanente por compressão e fluxo de ar de uma espuma de poliuretano viscoelástica usando uma quantidade significativa de poliol rico em EO (poliol B) no sistema de reação. A formulação #1 demonstra o uso do poliol copolimérico como extensor de cadeia. As formulações #5 e #6 demonstram o uso de monol. As formulações #7 a 11 demonstram o uso de poliol rico em PO de baixo peso equivalente (poliol A) , o poliol rico em EO (poliol B), e o poliol de alto peso equivalente (poliol C) sem o uso do poliol copolimérico, extensor de cadeia ou monol. Os exemplos demonstram excelentes propriedades de deformação permanente por compressão, CS a 90% < 3% e as espumas são abertas, a maioria tendo um alto fluxo de ar > 1 L/s
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Tabela 1. Formulações e Propriedades Físicas
Formulação C1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Poliol A 80 20 30 25 20 25 25 25 25 20 17,5 15
Poliol B 60 50 55 60 50 45 55 50 55 57,5 60 75
Poliol C 20 20 20 20 20 20 25 25 25 25 25
Poliol D 20 20
Monol 5 10
Extensor de Cadeia 0, 75 0,75 0,75 0, 75 0, 75 0,75 0,75
Água 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Tensoativo de Silicone A 0, 8 0,8 0,8 0, 8 0, 8 0,8 0,8 0, 8 0,8 0,8 0, 8 0, 8
Tensoativo de Silicone 1
Catalisador de Amina 1 0,2 0,2 0,15 0, 15 0, 15 0,15 0,15 0, 15 0,15 0,15 0, 15 0, 15 0,15
Catalisador de Amina 1 0, 07 0,07 0,05 0, 05 0, 05 0,05 0,05 0, 05 0,05 0,05 0, 05 0, 05 0,05
Catalisador de Estanho 0, 05 0,05 0,05 0, 05 0, 05 0,05 0,05 0, 05 0,05 0,05 0, 05 0, 05 0,05
Total 103, 9 103, 9 103,8 103, 8 103, 8 103,8 103,8 103, 1 103,1 103,1 103, 1 103, 1 103,3
MDI Polimérico 50,06 47, 4 48,2 48,2 48,2 47, 74 52,3 46, 61 45, 65 45, 65 45, 65 45, 65 45, 8
Total A+B 153, 9 151,3 152,0 152, 0 152, 0 151,5 156,1 149, 7 148,7 148,7 148, 7 148, 7 149,1
Índice Iso 78 75 75 75 75 83 75 75 75 75 75 75 75
Fluxo de Ar (L/s) 0,37 1,09 0,76 1, 37 1, 89 0,93 0,078 1, 07 1,48 2,33 2, 42 2,35 2,68
CT 90% (%) 39, 7 1,2 1, 9 1, 3 1, 1 1, 9 2,5 1, 3 1, 6 1,1 1, 1 0, 9 1,2
Densidade (kg/m3) 51,2 52, 4 50, 9 50,9 51,3 51, 1 49,7 47,9 48, 0 48, 8 48,4 48,2 47, 9
Tempo de Recuperação (s) 3 2 2 2 2 3 6 2 3 2 2 2
Resiliência (%) 8 3 1 1 2 5 2 3 2 2 3 3 4
Resistência à Rasgadura (N/m) 175 136 135 128 149 114 150 128 173 161 169 171 114
Alongamento (%) 95 113 139 143 134 151 141 141 178 188 195 191
IFD 25% (lbf) 23 14 11 10 10 8,5 13 11 8 8 7 8
IFD 85% (lbf) 60 26 22 20 21 17 26 22 16 16 16 17
CFD 40% (kPa) 0,9
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Tabela 2 . Formulação e Propriedades Físicas
Formulação Ex. 13 Ex. 14 Ex. 15 1x. 16
Poliol A 15 29 20 0
Poliol B 45 50 50 60
Poliol E 25 15 15 5
Poliol F 15 15 15 20
Poliol G 0 0 0 15
Água 2,7 2,5 2,7 2, 6
Silicone A 1 1 1 0, 7
Amina A 0, 15 0, 15 0, 2 0, 15
Amina B 0, 3 0, 2 0, 2 0, 27
Total 89, 15 83, 85 84, 10 103,72
Índice 60 60 65 70
PMDI-2 39, 44 39, 59 44,78 35, 45
Gramas 1150 1150 1050 1400
Peso Espuma 937 922 855 807
Propriedades Ex. 13 Ex. 14 Ex. 15 1x. 16
Comp. 90% 8 n/d n/d n/d
Comp. 50% n/d 30 2 4
Resistência à Tração 4,3 3, 0 4,8 n/d
Alongamento % 86 82 86 n/d
Resistência à Rasgadura 0, 35 0, 36 0, 48 0, 60
Resiliência 0, 88 0, 47 n/d n/d
Fluxo de Ar 0, 88 0, 47 n/d 1, 47
Densidade 3, 7 3, 6 3, 5 3, 2
Tempo de recuperação 2 3 3 2
CFD 25% 1, 9 1, 7 1, 9 2,0
CFD 65% 3, 5 3, 1 3, 5 3, 4
CFD 75% 5, 9 5, 3 5, 6 5, 6
Fator de Suporte (%) 1, 80 1, 86 1, 83 1,76
Comentários Muito Lento
[0091] Conquanto o acima tenha sido direcionado a concretizações da invenção, concretizações outras e adicionais da invenção poderão ser divisadas sem partir da sua abrangência básica.

Claims (19)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de reação para a preparação de uma espuma de poliuretano viscoelástica, caracterizado pelo fato de compreender:
    (a) um poliisocianato orgânico; e (b) um componente reativo com isocianato compreendendo:
    (i) de 10 a 45% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) de baixo peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 500 e um teor de óxido de propileno de pelo menos 70% em peso;
    (ii) de 45 a 80% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de etileno (ricos em EO) tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno de 45% a 70% em peso, e o um ou mais polióis ricos em EO tendo um teor de hidroxila primária de 35% e menor que 50%, com base no teor total de hidroxila do um ou mais polióis ricos em EO;
    e pelo menos um dentre (iii) de 10 a 30% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) de alto peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 800 a 2.000 e um teor de óxido de propileno de pelo menos 70% em peso; e (iv) de 10 a 40% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno contendo estireno-acrilonitrila.
  2. 2. Sistema de reação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os um ou mais polióis ricos em EO terem um teor de óxido de etileno de 45% a 60% da massa total
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    2/5 do poliol rico em EO.
  3. 3. Sistema de reação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente reativo com isocianato adicionalmente compreender:
    (v) de 5 a 10% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 300 a 800.
  4. 4. Sistema de reação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o componente reativo com isocianato adicionalmente compreender:
    (vi) um extensor de cadeia.
  5. 5. Sistema de reação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender:
    (c) água; e (d) um componente catalisador.
  6. 6. Sistema de reação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender:
    (e) um tensoativo de organossilicone.
  7. 7. Sistema de reação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno terem uma funcionalidade entre 1 e 2 e um peso equivalente médio numérico combinado de 400 a 600.
  8. 8. Sistema de reação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno terem uma concentração de óxido de etileno que é entre 30-70% em peso da massa total do monol.
  9. 9. Sistema de reação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ter de óxido de etileno ser de
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    55% a 65% em peso da massa total dos um ou mais polióis ricos em EO.
  10. 10. Sistema de reação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os um ou mais polióis ricos em EO terem um teor de hidroxila primária de 37% e menor que 50%.
  11. 11. Sistema de reação de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o peso equivalente médio numérico combinado dos um ou mais polióis ricos em EO ser de 250 a 400 e o teor de óxido de etileno dos um ou mais polióis ricos em EO ser de 55% a 65% em peso da massa total dos um ou mais polióis ricos em EO.
  12. 12. Sistema de reação de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o componente reativo com isoacianato incluir de 15% a 35% em peso dos um ou mais polióis ricos em PO de baixo peso equivalente e de 45% a 65% em peso de os um ou mais polióis ricos em EO.
  13. 13. Método para preparar uma espuma viscoelástica, caracterizado pelo fato de compreender:
    formar componentes de reação compreendendo:
    um poliisocianato orgânico;
    um componente reativo com isocianato compreendendo;
    um ou mais polióis ricos em óxido de propileno (ricos em PO) tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 200 a 500, compreendendo de 10 a 45% em peso do componente reativo com isocianato, e tendo um teor de óxido de propileno de pelo menos 70% em peso;
    um ou mais polióis de óxido de etileno (ricos em EO) tendo um peso equivalente numérico combinado de 200 a 800 e um teor de óxido de etileno de 45% a 70% em peso e compreendendo de 45% a 80% em peso do componente reativo com isocianato, e o
    Petição 870190112738, de 04/11/2019, pág. 80/83
    4/5 um ou mais polióis ricos em EO tendo um teor de hidroxila primária de 35% e menor que 50%, com base no teor total de hidroxila do um ou mais polióis ricos em EO;
    e pelo menos um dentre um ou mais polióis ricos em PO de alto peso equivalente tendo um peso equivalente médio numérico de 800 a 2.000, tendo um teor de óxido de propileno de pelo menos 70% em peso, e compreendendo de 10 a 30% em peso do componente reativo com isocianato, e um ou mais polióis de co-polímero de óxido de propileno contendo estireno-acrilonitrila e compreendendo de 10 a 40% em peso do componente reativo com isocianato;
    água; e um componente catalisador; e combinar os componentes de reação sob condições suficientes para formar uma espuma de poliuretano viscoelástica.
  14. 14. Método, de acordo a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o componente reativo com isocianato adicionalmente compreender:
    (v) de 5 a 10% em peso do componente reativo com isocianato de um ou mais monóis de óxido de etileno óxido de propileno tendo um peso equivalente médio numérico combinado de 300 a 800.
  15. 15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de o componente reativo com isocianato adicionalmente compreender:
    um extensor de cadeia.
  16. 16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de os componentes de reação adicionalmente compreender:
    Petição 870190112738, de 04/11/2019, pág. 81/83
    5/5 um tensoativo de organossilicone.
  17. 17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno terem uma funcionalidade entre 1 e 2 e um peso equivalente médio numérico combinado de 400 a 600.
  18. 18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno terem uma concentração de óxido de etileno que seja entre 30-70% em peso da massa total do um ou mais monóis.
  19. 19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de os um ou mais monóis de óxido de etileno-óxido de propileno terem uma concentração de óxido de etileno que seja entre 40-60% em peso da massa total do um ou mais monóis.
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