BR112016004878B1

BR112016004878B1 - processo para formação de uma espuma de poliuretano flexível e produto de espuma

Info

Publication number: BR112016004878B1
Application number: BR112016004878-4A
Authority: BR
Inventors: Paul A. Cookson; Irena Amici-Kroutilova; Alberto LORA LAMIA; Francois Casati
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2020-12-01
Also published as: JP6703945B2; US9840602B2; US20160208040A1; CN105518047A; CN105518049A; PL3044244T3; BR112016004878A8; AU2014318647A1; AU2014318647B2; MX2016002964A; JP2016531194A; ES2811802T3; EP3044247B1; AU2014318646B2; US20160215113A1; JP2016531193A; PL3044247T3; ES2813958T3; EP3044244B1; BR112016004906B1

Abstract

ESPUMA FLEXÍVEL CONVENVIONAL BASEADA EM POLIOL DE PIPA. Um processo para formar uma espuma de poliuretano flexível convencional inclui fornecer um componente de poliol incluindo um poliol de PIPA que é uma dispersão tendo um conteúdo de sólido de 10% a 75% em peso, com base em um peso total de poliol de PIPA, fornecer um componente de isocianato que inclui pelo menos um poli-isocianato, fornecer um componente aditivo que inclui um catalisador, e formar uma mistura de reação incluindo o componente de poliol, o componente de isocianato, e o componente aditivo para formar uma espuma de poliuretano flexível com um valor de resiliência abaixo de 45%. A mistura de reação tem um índice de isocianato de 90 a 150. O poliol de PIPA que é um produto de reação de uma mistura incluindo pelo menos um poliol de peso equivalente baixo tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de menos de 80, um composto de poli-isocianato tendo um peso equivalente de isocianato de número médio que é menos de 225, e um poliol de poliéter de base líquida tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de 200 a 1500 e pelo menos 80% dos grupos hidroxil secundário com base em uma quantidade total (...).

Description

PROCESSO PARA FORMAÇÃO DE UMA ESPUMA DE POLIURETANO FLEXÍVEL E PRODUTO DE ESPUMA

Campo

[0001] Modalidades se referem a uma espuma de poliuretano flexível convencional preparada usando uma dispersão de poliadição de poli-isocianato.

Introdução

[0002] Polióis de polímero têm uma fase contínua na qual um poliol de base possui partículas sólidas dispersas no mesmo. Quando o polímero poliol é usado para preparar a espuma de poliuretano flexível convencional, as partículas dispersas podem ajudar a formar células abertas e aumentar as propriedades de suporte de carga da espuma resultante. Exemplos de polióis de polímero incluem polióis de estireno-acrilonitrila (SAN) que são dispersões de polióis de estireno-acrilonitrila e poliadição de poli-isocianato (PIPA) que são dispersões de partículas de poliuretano-ureia ou polióis de poliureia (PHD) que são dispersões das aminas reagidas com poliisocianatos.

[0003] Enquanto polióis de SANs são amplamente utilizados para formar espuma de poliuretano flexível convencional, o uso de polióis de SANs também leva a um maior conteúdo de compostos orgânicos voláteis (COV) indesejado e/ou odor devido ao conteúdo de monômero de estireno-acrilonitrila. Polióis de PIPA geralmente contêm principalmente grupos hidroxil primário (por exemplo, conforme discutido no parágrafo [0024] de Publicação de Patente US 2006/0058410), cadeias de óxido de propileno longas protegidas com óxido de etileno, e pesos equivalente maiores que 1.600, que é uma limitação significativa sobre os tipos de produtos de poliol de PIPA que podem ser produzidos e os tipos de aplicações em que esses polióis de PIPA podem ser usados, excluindo assim as espumas flexíveis convencionais com valores de resiliência abaixo de 45% (o que pode representar cerca de dois terço do mercado de espuma flexível). Nesse sentido, é buscado formar espumas de poliuretano flexíveis convencionais usando um poliol de polímero tendo principalmente grupos hidroxil secundário (ou seja, pelo menos 80% de uma quantidade total de grupos hidroxil são grupos hidroxil secundário), uma vez que polióis tendo principalmente grupos hidroxil primário são desfavorecidos devido ao seu perfil de reatividade e sensibilidade para os níveis de catalisadores baseados em estanho. Além disso, formulações que reduzem o conteúdo de VOC e/ou odor em espumas de poliuretano flexíveis convencionais e métodos para formar as espumas de poliuretano flexíveis com o conteúdo de VOC reduzido são buscadas.

[0004] Enquanto US 4.374.209 inclui exemplos de espuma de poliuretano preparadas usando um poliol de PIPA baseado no poliol transportador baseado em hidroxil secundário e dietanolamina, nenhuma indicação é dada da viscosidade e distribuição de tamanho de partícula do produto final. EP 776.922 também inclui um exemplo de uma dispersão em que o poliol de base contém principalmente grupos hidroxil secundários e trietanolamina é usada como um reagente para preparar as partículas de poliuretano, mas não fornece informações de tamanho de partícula estabilidade da dispersão. Essas abordagens não conseguiram levar à produção comercial bem sucedida de um poliol de PIPA em que o poliol de base tem principalmente grupos hidroxil secundário. WO 2014/037558 também inclui um exemplo de uma dispersão de PIPA em que o poliol de base contém 90% grupos hidroxil secundário, mas como EP 776.922 não fornece informação de tamanho de partícula e estabilidade da dispersão.

Sumário

[0005] Modalidades podem ser realizadas fornecendo um processo para formar uma espuma de poliuretano flexível convencional que inclui fornecer um componente de poliol incluindo um poliol de PIPA que é uma dispersão tendo um conteúdo de sólido de 10% a 75% em peso, com base em um peso total de poliol de PIPA, fornecer um componente de isocianato que inclui pelo menos um poli-isocianato, fornecer um componente aditivo que inclui um catalisador, e formar uma mistura de reação incluindo o componente de poliol, o componente de isocianato e o componente aditivo para formar uma espuma de poliuretano flexível com um valor de resiliência abaixo de 45%. A mistura de reação tem um índice de isocianato de 90 a 150. O poliol de PIPA é um produto de reação de uma mistura incluindo pelo menos um poliol com baixo peso equivalente tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de menos de 80, um composto de poli-isocianato tendo um peso equivalente de isocianato de número médio de menos de 225, e um poliol de poliéter de base líquida tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de 200 a 1500 e pelo menos 80% dos grupos hidroxil secundário com base em uma quantidade total de grupos hidroxil no poliol poliéter de base líquida.

Descrição Detalhada

[0006] Modalidades relacionadas aos polióis de poliadição de poli-isocianato (PIPA) que são polióis de polímeros utilizáveis para formar espumas de poliuretano flexíveis convencionais, por exemplo, que são usadas na fabricação de roupas de cama e mobília (por exemplo, almofadas de assento, encosto, travesseiros, e colchões) e subcamada de tapete.

[0007] O poliol de PIPA é uma dispersão incluindo um produto de reação de um poliol de peso equivalente baixo tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de menos de 80 com um poli-isocianato tendo um peso equivalente de isocianato numérico que é menos de 225, (para formar ligações de poliuretano ou poliuretano-ureia) dispersos em uma base, ou transportador, poliol tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de pelo menos 200 e no máximo 1.500 com pelo menos 80% de grupos hidroxil secundário com base em uma quantidade total de grupos hidroxil no poliol de poliéter de base líquida. A reação pode ser realizada in situ, enquanto os reagentes poliol e poli-isocianato são dispersos ou dissolvidos no poliol de base, dos quais grupos hidroxil em ambos o poliol de peso equivalente baixo e o poliol de base são reativos com grupos isocianato no poli-isocianato. A reação entre o poliol de base e o poli-isocianato pode resultar no enxerto que estabiliza os polióis de PIPA. No entanto, uma quantidade excessiva ou enxerto pode resultar em um produto altamente viscoso que contém pouca ou nenhuma fase de polímero dispersa. Por conseguinte, quando formando o poliol de PIPA, a reação que forma as ligações de poliuretano ou poliuretano-ureia deve ser equilibrada com a reação de enxertia, por exemplo, selecionando um poliol de peso equivalente baixo que é mais reativo para grupos isocianato do que o poliol de base enquanto continua a fornecer uma quantidade suficiente de enxertia para formar um poliol de PIPA estável e opcionalmente através da seleção do catalisador apropriado e do seu nível de reagentes e/ou um estabilizador para as partículas de PIPA. O poliol de PIPA pode ser produzido sem o uso de quaisquer dispersões de PIPA de sementes (por exemplo, o uso de uma dispersão de PIPA de semente que tem principalmente grupos hidroxil primário para preparar uma segunda dispersão de PIPA com conteúdo de grupo hidroxil primária reduzido pode ser excluído).

[0008] De acordo com as modalidades, o poliol de PIPA usado para preparar espuma de poliuretano flexível convencional é preparado reagindo pelo menos um poliol de peso equivalente baixo com um composto de poli-isocianato e o produto da reação do mesmo é disperso no poliol de base, por exemplo, como discutido em Pedido Provisório US 61/877.287 (depositado em 13 de setembro de 2013) e em Pedido Provisório US 61/877.290 (depositado em 13 de setembro 2013) . Por exemplo, o poliol de base pode ser um poliol de transportador de polioxipropileno ou um poliol de transportador de polioxipropileno-polioxietileno tendo um conteúdo de óxido de etileno baixo (por exemplo, menos de 12% em peso baseado em uma alimentação misturada). O poliol de PIPA tem pelo menos 80% dos grupos hidroxil secundário, baseado em uma quantidade total (por exemplo, em número ou em peso) de grupos hidroxil, e é produzido em um processo eficaz e eficiente. Por exemplo, o poliol de PIPA pode ter pelo menos 90% dos grupos hidroxil secundário.

[0009] O poliol de PIPA pode ser usado para preparar espuma flexível usando um processo de formação de espuma em bloco (por exemplo, um processo de formação de espuma em bloco conhecido na técnica pode ser usado), processo em que o poliol de PIPA é reagido com um componente de poli-isocianato de formação de espuma na presença do componente aditivo de formação de espuma (por exemplo, que inclui aditivos como um agente de sopro, um tensoativo e/ou um catalisador) . Um catalisador de gelificação forte pode ser utilizado desde que o poliol de PIPA contenha principalmente hidroxil secundário, portanto, tenha baixa reatividade em direção ao poliisocianato durante a formação de espuma. No processo de formação de espuma em bloco, as matérias-primas que incluem o poliol de PIPA e o componente de poli-isocianato de formação de espuma (e podem incluir pelo menos uma porção do componente aditivo de formação de espuma opcional) pode ser misturado e dispensado em uma região (por exemplo, uma calha), na qual as matérias-primas reagem e levantam sem restrição ou sob restrição mínima (como o peso de um filme de plástica sobrejacente). O poliol de PIPA não está limitado a usar em um processo de formação de espuma em bloco, por exemplo, uma espuma de poliuretano pode ser formada em um molde fechado ou aberto (por exemplo, um processo de molde fechado ou aberto conhecido por um especialista na técnica pode ser usado), em que as matérias-primas reagem em levantam com a restrição de uma estrutura de molde aberta ou fechada.

[0010] Para formar a espuma de poliuretano flexível, um componente de poliol de formação de espuma que inclui pelo menos o poliol de PIPA é reagido com o componente de poliisocianato de formação de espuma que inclui pelo menos um composto de poli-isocianato. A reação ocorre na presença do componente aditivo de formação de espuma que pode incluir um catalisador de sopro e/ou gelificação, um tensoativo, um agente de sopro, e/ou um retardante de chamas. Por exemplo, a espuma de poliuretano flexível convencional pode ser preparada em um índice de isocianato que é de 95 a 150 (por exemplo, 95 a 130, 100 a 125, 105 a 115, etc.). O índice de isocianato é medido como os equivalentes de isocianato na mistura de reação para formação de espuma flexível, dividido pelos equivalentes totais de materiais contendo hidrogênio reativo ao isocianato na mistura de reação, multiplicado por 100.

[0011] O poliol de PIPA tem um conteúdo de sólidos de 10% em peso a 75% em peso (por exemplo, 15% em peso a 50% em peso, 10% em peso a 40% em peso, 15% em peso a 40% em peso, 20% em peso a 40% em peso, 25% em peso a 45% em peso, 15% em peso a 30% em peso, 15% em peso a 25% em peso, etc.), com base no peso total do poliol de PIPA. Conteúdo de sólidos refere-se ao peso das partículas de PIPA como porcentagem do peso total da dispersão. O peso das partículas de PIPA pode ser um peso calculado determinado de acordo com métodos conhecidos na técnica. O poliol PIPA é um produto de reação de uma mistura incluindo pelo menos o poliol de peso equivalente baixo, o composto de poli-isocianato, e o poliol de base. A quantidade do poliol de PIPA no componente de poliol de formação de espuma pode ser pelo menos 5% em peso (por exemplo, de 5% em peso a 100% em peso, 8% em peso a 15% em peso, 12% em peso a 20% em peso, 18% em peso a 28% em peso, 26% em peso a 50% em peso, 26% em peso a 80% em peso, 50% em peso a 100% em peso, de 60% em peso a 100% em peso de 70% em peso a 100% em peso, de 80% em peso a 100% em peso, de 90% em peso a 100% em peso, de 95% em peso a 100% em peso, de 98% em peso a 100% em peso, etc.), com base em um peso total do componente de poliol de formação de espuma. Por exemplo, a quantidade do poliol de PIPA no componente de poliol de formação de espuma pode ser pelo menos 6% em peso perto de um conteúdo de sólido maior de 75% em peso e pode ser pelo menos 20% em peso perto de um conteúdo de sólido menor de 20% em peso, com base no peso total do componente de poliol de formação de espuma. As partículas de PIPA dispersas podem ter um diâmetro de partículas na faixa de 0,05 μm a 20 μm. Por exemplo, pelo menos 90% de uma quantidade total de partículas de PIPA pode ter um tamanho de partícula menor que 10 μm (por exemplo, 0,05 μm a 9 μm, 0,05 μm a 5 μm, etc.).

[0012] Além do poliol de PIPA, o componente de poliol de formação de espuma pode incluir pelo menos um poliol de poliéter derivado do óxido de propileno, óxido de etileno, e/ou óxido de butileno. Por exemplo, o componente de poliol de formação de espuma pode incluir um triol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno tendo um peso molecular de 3000 g/mol a 3500 g/mol. O triol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno pode ter um conteúdo de óxido de etileno que é menos de 15% (com o restante sendo óxido de propileno) e tem menos de 20% de grupos hidroxil primário (por exemplo, menos de 10% de grupos hidroxil primário) , com base no número total de grupos hidroxil no triol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno. O conteúdo de sólidos totais do componente de poliol de formação de espuma é ajustado através da inclusão do pelo menos um poliol de poliéter, por exemplo, para que o conteúdo de sólidos totais seja de 2% em peso a 50% em peso (por exemplo, 2% em peso a 30% em peso, 5% em peso a 25% em peso, 7% em peso a 20% em peso, etc.). Por exemplo, se o componente de poliol de formação de espuma inclui 50% em peso do poliol de PIPA tendo o conteúdo de sólidos de 15% em peso a 25% em peso e 50% em peso de um poliol de poliéter, um conteúdo de sólidos totais do componente de poliol de formação de espuma é de 7,5% em peso a 12,5% em peso, com base em um peso total do componente de poliol de formação de espuma. De acordo com modalidades exemplares, o conteúdo de sólidos totais do componente de poliol de formação de espuma é de 7,5% em peso a 25% em peso.

[0013] O componente de poli-isocianato de formação de espuma inclui pelo menos um composto de poli-isocianato. O composto de poli-isocianato é um poli-isocianato aromático, um cicloalifático, ou um alifático. Compostos de poli-isocianato exemplares incluem di-isocianato de m-fenileno (MDI), diisocianato de tolueno (TDI), di-isocianato de hexametileno (HDI), di-isocianato de tetrametileno, di-isocianato de ciclohexano, di-isocianato hexahidrotolueno, di-isocianato de naftileno, e bis(isocianatometil)cicloexano. De acordo com modalidades exemplares, o componente de poli-isocianato inclui TDI ou MDI, por exemplo, disponível de The Dow Chemical Company sob os nomes comerciais VORANATE e ISONATE. Por exemplo, o componente de poli-isocianato pode incluir uma mistura de isômeros diferentes de TDI ou MDI, como uma mistura incluindo de 60% a 85% do isômero 2,4' de TDI e 15% a 40% do isômero 2,6' de TDI.

[0014] O componente aditivo de formação de espuma pode incluir pelo menos um catalisador de estanho (ou seja, um catalisador baseado em estanho). Catalisadores baseados em estanho exemplares incluem octoato estanhoso, carboxilato estanhoso, cloreto estânico, cloreto estanoso, oleato estanoso, dilaurato de dimetilestanho, dilaurato de dibutilestanho, e outros compostos de estanho de fórmula SnRn (OR) 4-n, em que R é um grupo alquil ou aril e n é 0-2. Um catalisador baseado em estanho exemplar inclui DibutilEstanhoDilaurato (DBTDL), mas DBTDL pode não ser adequado para uso em espuma em bloco flexível (por exemplo, devido a problemas de toxicidade e não degradar durante a formação de espuma, portanto, catalisando retrorreações durante o envelhecimento da espuma, conduzindo assim para espumas com características de envelhecimento ruins).

[0015] De acordo com uma modalidade exemplar, o catalisador de estanho é octoato estanhoso. Por exemplo, o octoato estanhoso pode ser o único componente baseado em estanho na mistura de reação para formação da espuma flexível convencional. A quantidade do catalisador de estanho octoato estanhoso pode ser menor que 0, 15 partes (por exemplo, menor que 0,13 parte, de 0,0001 a 0,14 parte, de 0,01 parte a 0,12 partes, etc.) por 100 partes em peso do componente de poliol de formação de espuma. Por exemplo, o octoato estanhoso pode quebrar durante a formação de espuma e gerar ácido 2-Etilhexanoico livre e/ou ácido 2-Etilcaproico, na espuma acabada fornece VOCs indesejados e tem um odor desagradável. De acordo com as modalidades, a quantidade de catalisador de estanho (como catalisador de octoato estanhoso) usado com o poliol de PIPA para formar a espuma de poliuretano convencional pode ser menor do que a normalmente utilizada na técnica de espumas flexíveis convencionais (por exemplo, usada com outros polióis de polímero como o poliol de SANs) para que uma redução nos compostos orgânicos voláteis (VOC) possa ser realizada. Por exemplo, o conteúdo de VOC pode ser medido em termos de microgramas do conteúdo de composto orgânico volátil por grama de espuma utilizando o método de teste VDA 278 (Dessorção Térmica de Emissões Orgânicas para a Caracterização de Materiais Não Metálicos para Automóveis).

[0016] De acordo com uma modalidade exemplar, o catalisador de estanho é um carboxilato estanoso, por exemplo, com base em ácidos graxos com 6 a 18 cadeias de átomo de carbonos, com e sem insaturação como ácido 2-Etil Caproico, ácido 2 Butil Octanoico, ácido 2 Hexil decanoico, ácido oleico, ácido ricinoleico, ácido oleico. O uso de sais estanhosos de alto peso molecular pode reduzir VOCs, mas poderia afetar negativamente as características de envelhecimento de espuma ou outras propriedades da espuma.

[0017] Embora o catalisador de estanho represente uma pequena porção do peso total das matérias-primas utilizadas para preparar a espuma flexível convencional, uma diminuição de pelo menos 45% da quantidade total do catalisador de estanho utilizado é correlacionada com uma redução significativa em ácido 2-Etilcaproico, portanto, um conteúdo VOC total (por exemplo, para permitir que produto finalizado seja rotulado como tendo um baixo conteúdo de VOC tendo em conta as normas vigentes em vários países). Além disso, a redução no conteúdo de VOC (por exemplo, estireno e ácido 2-Etilhexanoico), é associada a uma redução no odor do produto de espuma final. De acordo com as modalidades, pelo uso do poliol de PIPA para formar espuma de poliuretano flexível convencional, o conteúdo de VOC é reduzido devido à redução na (ou exclusão da) quantidade de catalisador de estanho necessária e a exclusão de qualquer polióis de SANs. Também, pela eliminação dos polióis de SANs, uma redução de odor e conteúdo de ácido 2-etil-hexanoico pode ser realizada no produto de espuma final.

[0018] O catalisador de estanho pode ser usado em conjunto com um ou mais outros catalisadores, por exemplo, pelo menos um catalisador de sopro, pelo menos um catalisador de gelificação e/ou pelo menos um catalisador reativo. Por exemplo, o catalisador de estanho pode ser usado com um ou mais catalisadores de amina, por exemplo, catalisadores de amina terciária. Catalisadores de amina exemplares incluem trimetilamina, trietilamina, N-metilmorfolina, N-etilmorfolina, N,N-dimetilbenzilamina, N,N-dimetiletanolamina, N,N,N',N'-tetrametil-1,4-butanodiamina, N,N-dimetilpiperazina, 1,4-diazobiciclo-2,2,2-octano, bis(dimetilaminoetil)éter, trietilenodiamina e dimetilalquilaminas, onde o grupo alquil contém de 4 a 18 átomos de carbono. Outro catalisador que pode ser utilizado inclui, por exemplo, um catalisador amidina cíclica, um catalisador de fosfina terciária, um catalisador baseado em quelato de metal, um catalisador baseado em sal metálico ácido, e/ou um sal metálico de catalisador baseado em ácido orgânico. Modalidades exemplares podem incluir polióis autocatalíticos usados em conjunto com os catalisadores de estanho e opcionalmente em conjunto com os um ou mais outros catalisadores.

[0019] O componente aditivo de formação de pode incluir pelo menos um agente de sopro opcional. Agentes de sopro exemplares incluem água, cloreto de metileno, dióxido de carbono, clorofluorocarbonos de baixo ponto de ebulição, fluorocarbonos, e hidrocarbonetos. Por exemplo, água pode ser usada em uma quantidade de 0, 0001 partes a 7,0 partes (por exemplo, 0,01 a 6,0 partes, 2,5 partes a 5,0 partes, etc.) por peso por 100 partes por peso do componente de poliol de formação de espuma.

[0020] Um agente de sopro baseado em cloreto de metileno pode ser usado em uma quantidade de 3 partes a 30 partes (por exemplo, 5 partes a 15 partes, 5 partes a 10 partes, etc.) por peso por 100 partes por peso do componente de poliol de formação de espuma. De acordo com uma modalidade exemplar, o produto de espuma pode ser produzido sob vácuo em formação de espuma de pressão variável (VPF) de acordo com as propriedades de espuma desejadas. O componente aditivo de formação de espuma pode incluir pelo menos um tensoativo estabilizante de espuma opcional, por exemplo, que ajuda a estabilizar as bolhas de gás formadas pelo agente de sopro durante o processo de formação de espuma. Por exemplo, o tensoativo de estabilização de espuma pode ser um tensoativo de silicone que é conhecido na técnica (como um tensoativo de organossilicone). O componente aditivo de formação de espuma pode incluir um agente reticulante, um extensor de cadeia, um abridor de célula, um enchimento (como a melamina e/ou carbonato de cálcio), um retardante de chamas, um pigmento, um corante, um agente de reforço, um biocida, um conservante, e/ou um antioxidante.

[0021] A espuma de poliuretano flexível convencional formada usando o poliol de PIPA e uma menor quantidade de catalisador baseado em estanho, de acordo com as modalidades, tem excelentes propriedades, incluindo o envelhecimento de espuma, sobre uma faixa de conteúdo de sólidos e densidades (15 kg/m3 e 50 kg/m3) das espumas resultantes, por exemplo, em comparação com uma espuma flexível convencional formada usando o poliol de SANs e uma maior quantidade de catalisador de estanho. Por exemplo, um tempo de sopro pode ser menos de 130 segundos, um desvio de força de compressão em um desvio de 40% pode ser maior que 4,0 kPa, e/ou uma força de rasgo pode ser pelo menos 295 N. A resiliência de espuma está abaixo de 45%.

[0022] Em relação à formação de poliol de PIPA para uso na formação da espuma de poliuretano convencional, uma mistura de reação é preparada que inclui pelo menos o poliol de peso equivalente baixo, o componente de poli-isocianato, o poliol de base (por exemplo, que é um poliol de poliéter líquido a 23 °C), e pelo menos um catalisador como um catalisador livre de estanho por razões ambientais. O catalisador livre de estanho substancialmente exclui qualquer estanho de modo a ser referido como livre de estanho. Catalisadores livres de estanho exemplares incluem aminas terciárias e sais de zinco ou bismuto, por exemplo, ricinoleato de zinco (Kosmos 54, disponível de Evonik). A quantidade do catalisador livre de estanho usado pode ser de 0,01% em peso a 1% em peso (por exemplo, de 0,02% em peso a 0,5% em peso, de 0,02% em peso a 0,1% em peso, etc.) com base no peso total dos reagentes de formação de PIPA. De acordo com uma modalidade exemplar, a mistura de reação para formação do poliol de PIPA substancialmente exclui qualquer catalisador baseado em estanho, por exemplo, inclui apenas um ou mais catalisadores livres de estanho como um catalisador de zinco (por exemplo, um catalisador de carboxilato de zinco). Como discutido, por exemplo, a Patente US 6.576.682 (ver tabela 4) como um tipo de catalisador pode um efeito muito leve sobre a respirabilidade de espumas de poliuretano em comparação com Octoato Estanhoso.

[0023] A mistura de reação pode ser agitada e o poliol de peso equivalente baixo e o poliol de base podem reagir com o componente de poli-isocianato para formar o poliol de PIPA (por exemplo, sob a forma de uma dispersão). Em última análise, a mistura de reação pode incluir 1 a 30 (por exemplo, 1 a 20, 5 a 15, 6,5 a 9,5, etc.) partes em peso do poliol de peso equivalente baixo, 1 a 50 (por exemplo, 1 a 30, 5 a 20, 10 a 15, etc.) partes em peso do poli-isocianato, e 100 partes em peso do poliol de base.

[0024] O componente de poliol para formação do poliol de PIPA inclui o poliol de peso equivalente baixo, que tem um peso equivalente de hidroxil de número médio de menos de 80 g/mol de equivalência (por exemplo, menos de 75, de 50 a 75, etc.). O poliol de peso equivalente baixo pode ter de 2 a 6 grupos hidroxil (por exemplo, 2 a 4, 2 a 3, etc.) por molécula. O poliol de peso equivalente baixo pode incluir pelo menos dois grupos hidroxil primário por molécula e quaisquer grupos hidroxil adicionais opcionais podem ser grupos hidroxil secundário. No poliol de PIPA, o poliol de peso equivalente baixo pode ser disperso no poliol de base sob a forma de pequenas gotas. Um grande excesso de poliol de peso equivalente baixo pode não ser necessário e a quantidade de poliol de peso equivalente baixo utilizado pode ser suficiente para consumir os grupos isocianato fornecidos na mistura de reação. Por exemplo, o índice para formação do poliol de PIPA pode ser de 30 a 200 (por exemplo, 30 a 175, 30 a 150, 40 a 125, 40 a 120, 50 a 110, 90 a 105, etc.) para equivalentes dos grupos hidroxil do poliol de peso equivalente baixo por equivalente de grupos isocianato. O índice de isocianato é medido como os equivalentes de isocianato na mistura de reação para formação de poliol de PIPA, dividido pelos equivalentes totais de materiais contendo hidrogênio reativo ao isocianato na mistura de reação, multiplicado por 100. Considerado de outra forma, o índice de isocianato é a razão dos grupos isocianato sobre átomos de hidrogênio reativos de isocianato presentes na mistura de reação, dados como uma porcentagem.

[0025] Em termos de peso, o poliol de peso equivalente baixo pode ser usado em uma quantidade de 1 parte a 50 partes (por exemplo, 2 partes a 30 partes, 3 partes a 15 partes, 3 partes a 10 partes, 3 partes a 7 partes, etc.) por peso por 100 partes em peso do poliol de base. Polióis de peso equivalente baixo exemplares incluem etileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, 1,3-propano, 1,2-propano diol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, glicerina, trimetilolpropano, trimetiloletano, pentaeritritol, eritritol, e sacarose. Ouras aminas exemplares incluem dietanolamina, trietanolamina, triisopropanolamina, e di-isopropanolamina. Por exemplo, trietanolamina pode ser usada por si só ou como uma mistura com um ou mais dos anteriores (como uma mistura incluindo 75% em peso a 99,9% em peso de trietanolamina e 0,01% em peso a 25% em peso de outro poliol de baixo peso molecular tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de menos de 80, com base no peso total da mistura). O pelo menos outro poliol ou amina pode contabilizar por 0% em peso a 25% em peso do peso total do componente poliol.

[0026] Outra opção é combinar o poliol de peso molecular baixo com uma amina como uma amina secundária ou primária para introduzir frações de poliureias (PHD) nas partículas de PIPA. Por exemplo, uma amina primária pode ser usada. Exemplos incluem diciclohexilamina (DCHA), cicloexilamina (CHA), etileno diamina (EDA), isoforona diamina (IPDA), trisaminopropilamina, Laromine™ de BASF e Jeffamine® polieteraminas de Huntsman. Uma vez que aminas primárias reagem mais rápido do que TEOA com o isocianato, as mesmas podem ser considerados como "sementes in situ" para a formação de partículas de PIPA finas.

[0027] O componente de poli-isocianato para formação do poliol de PIPA, que é fornecido separadamente do componente de poli-isocianato de formação de espuma, inclui pelo menos um composto de poli-isocianato tendo um peso equivalente de isocianato de número médio que é menor que 225 g/mol de equivalência (por exemplo, menor que 175 g, de 50g a 175 g, de 7 0 g a 150 g, etc.) . O composto de componente de poliisocianato pode ser um poli-isocianato aromático, um cicloalifático, ou um alifático. Compostos de poli-isocianato exemplares incluem di-isocianato de m-fenileno (MDI), diisocianato de tolueno (TDI), di-isocianato de hexametileno (HDI), di-isocianato de tetrametileno, di-isocianato de ciclohexano, di-isocianato hexahidrotolueno, di-isocianato de naftileno, e bis(isocianatometil)cicloexano. O componente de poli-isocianato e o componente de poli-isocianato de formação de espuma podem ter a mesma composição. De acordo com modalidades exemplares, o componente de poli-isocianato inclui TDI ou MDI, por exemplo, disponível de The Dow Chemical Company sob os nomes comerciais VORANATE e ISONATE. Por exemplo, o componente de poli-isocianato pode incluir uma mistura de isômeros diferentes de TDI ou MDI, como uma mistura incluindo de 60% a 85% do isômero 2,4' de TDI e 15% a 40% do isômero 2,6' de TDI.

[0028] O poliol de base para formação do poliol de PIPA inclui pelo menos um poliéter líquido tendo um peso equivalente de hidroxil de 200 g/mol de equivalência para 1500 g/mol de equivalência (por exemplo, de 250 a 1400, de 400 a 1300, de 800 a 1250, etc.). Os grupos hidroxil do poliol de base são principalmente hidroxil secundário e podem incluir apenas pequenas quantidades de hidroxil primário. Pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90%, pelo menos 92%, pelo menos, 95%, ou pelo menos 98% da quantidade total dos grupos hidroxil do poliol de base são hidroxil secundário. Por outro lado, o poliol de base pode conter não mais de 20%, não mais de 15%, não mais de 10%, não mais de 8%, não mais de 5%, e/ou não mais de 2% de hidroxilo primário baseado na quantidade total de grupos hidroxil no poliol de base. Por exemplo, o poliol de base pode ser um poliol de transportador de polioxipropileno ou um poliol de transportador de polioxipropileno-polioxietileno tendo um conteúdo de óxido de etileno baixo (por exemplo, menos de 12% em peso baseado em uma alimentação misturada). O poliol de base pode ter uma funcionalidade de hidroxil nominal de pelo menos 2,0 (por exemplo, pode ser um diol ou um triol). Por exemplo, a funcionalidade de hidroxil nominal é pelo menos 2,5, pelo menos 3,0, de 2,5 a 6,0, e/ou de 2,5 a 4,2. O peso equivalente de hidroxil de número médio do poliol de base pode ser de 205 g/mol de equivalentes a 1500g / mol de equivalentes (por exemplo, 300 a 1400, 500 a 1300, 600 a 1350, 700 a 1200, 900 a 1100, etc.) . Se o poliol de base é uma mistura de dois ou mais polióis de base preparados separadamente, os polióis de base independente têm um peso equivalente de hidroxil médio de 200 a 6000.

[0029] O poliol de base pode ser um poliol de poliéter que é um homopolímero ou copolímero que inclui óxido de propileno. Por exemplo, o poliol de base pode ser um polímero de óxido de propileno que inclui de 0% a cerca de 10% (por exemplo, 0 a 2%, etc.) dos grupos hidroxil primário com base na quantidade total de grupos hidroxil no homopolímero do óxido de propileno. A seleção de um catalisador para formação do poliol de base pode ter um efeito sobre o percentual de grupos hidroxil primário presentes no poliol de base resultante. Por exemplo, homopolímeros baseados em óxido de propileno preparados com catalisadores de metais alcalinos podem incluir menos de 2% de grupos hidroxil primário, enquanto que homopolímeros baseados em óxido de propileno preparados utilizando complexos de catalisador de cianeto de metal duplo podem ter até aproximadamente 8% grupos hidroxil primário, com base na quantidade total de grupos hidroxil no homopolímero de óxido de propileno. De acordo com uma modalidade exemplar, o poliol de base é triol que é um homopolímero de polioxipropileno tendo um peso equivalente de hidroxil de 900 a 1350 e tendo 95% a 100% dos grupos hidroxil secundário.

[0030] Copolímeros exemplares incluem copolímeros aleatórios de óxido de propileno e óxido de etileno que são preparados pela polimerização de uma mistura de óxido de propileno e óxido de etileno (por exemplo, para formar copolímeros de polioxipropileno-polioxietileno tendo um conteúdo de polioxietileno de 0,5% em peso a 30% em peso, 0,5% em peso a 20% em peso e/ou 0,5% em peso a 15% em peso). Outro copolímero exemplar inclui copolímeros de bloco contendo um ou mais blocos internos de polimerizado de um dos óxidos de propileno e óxido de etileno e blocos terminais do outro de óxido de propileno e óxido de etileno. O bloco terminal pode representar 0,5% em peso a 30% em peso, 0,5% em peso a 20% em peso e/ou 0,5% em peso a 15% em peso do copolímero de bloco. De acordo com uma modalidade exemplar, o poliol de base é um triol que é um copolímero (por exemplo, copolímero aleatório ou copolímero de bloco) de 80% em peso a 99,5% em peso de polioxipropileno e 0,5% em peso a 20% em peso de polioxietileno tendo um peso equivalente de hidroxil de 900 a 1350 e tendo 95% a 100% grupos hidroxil secundário.

[0031] O poliol de base pode ser preparado pela polimerização do óxido de propileno, óxido de etileno, e/ou óxido de butileno na presença de um composto iniciador ou mistura de compostos de iniciador. O iniciador pode incluir pelo menos dois átomos de hidrogênio oxialquilatáveis. Grupos hidroxil, grupos amina primária, grupos amina secundária, e grupos tiol são exemplos de grupos que contêm átomos de hidrogênio oxialquilatáveis. Iniciadores exemplares são glicerina, água, etileno glicol, propano diol, dietileno glicol, dipropileno glicol, trietileno glicol, propileno glicol, ciclohexanodimetanol, metil amina, glicerina de etil amina, trimetilolpropano, trimetiloletano, pentaeritritol, eritritol, sacarose, sorbitol, manitol, dietanolamina, monoetanolamina, trietanolamina, etileno diamina, tolueno diamina e propano diamina. Misturas de dois ou mais dos iniciadores anteriores podem ser utilizadas. Por exemplo, o iniciador pode ser glicerina.

[0032] A mistura para formação de poliol de PIPA ainda pode incluir o componente aditivo opcional (que em algumas modalidades exemplares pode ser excluído) que inclui um estabilizador (incluindo, por exemplo, um estabilizador baseado em não silicone que é diferente do PIPA de poliol) e/ou água. A mistura pode incluir o estabilizador em uma quantidade de 0% em peso a 10% em peso e/ou e a água em uma quantidade de 0% em peso a 2% em peso, com base no peso total da mistura agitada. Sem a intenção estar vinculado a esta teoria, incluindo o estabilizador e/ou pequenas quantidades de água, polióis de PIPA estáveis que têm baixas viscosidades e tamanhos de partículas pequenos dispersos na poliol de base, que tem principalmente grupos de hidroxil secundário, podem ser formados para uso na produção de espumas convencionais.

[0033] O estabilizador, se usado, pode ser um composto com base sem silicone e que não é um poliol de PIPA anteriormente formado (por exemplo, não é um poliol de PIPA de semente). O estabilizador pode incluir um poliéter funcionalizado que é um poliéter linear ou ramificado tendo pelo menos um segmento de poliéter com um peso molecular de 200 a 8000. O poliéter funcionalizado pode ter pelo menos uma extremidade que é independentemente terminada com um grupo isocianato ou um grupo reativo ao isocianato ligado ao poliéter funcionalizado através de, por exemplo, um grupo ureia e/ou grupo uretano. O grupo reativo ao isocianato pode ser, por exemplo, um grupo hidroxil, um grupo amino primário, um grupo amino secundário ou um grupo epóxi. Todos ou uma parte do poliéter funcionalizado pode incluir pelo menos um selecionado do grupo de um grupo de biureto, um grupo de isocianurato, um grupo de ureia, e um grupo de alofanato.

[0034] Por exemplo, o poliéter funcionalizado pode ter a seguinte estrutura:

[0035] Na Fórmula 1, R representa o resíduo, após a remoção de um grupo isocianato, de um poli-isocianato tendo a estrutura R-(NCO)x. Além disso, x na Fórmula 1 e em-R (NCO)x representa o número de grupos isocianato inicial no composto de poliisocianato usado para preparar o poliéter funcionalizado (por exemplo, x pode ser um número de 2 a 6). Na Fórmula 1, PE representa uma cadeia de poliéter tendo um peso molecular de 200 a 8000 e X representa um átomo de oxigênio ou um grupo NH. Por exemplo, o PE pode ser o resíduo, após reação com um grupo de isocianato, de um monol de poliéter ou uma monoamina de poliéter. O monol ou monoamina pode ser preparada pela polimerização do óxido de propileno, óxido de etileno, óxido de butileno, e/ou tetrahidrofurano na presença de um composto iniciador (como metanol, etanol, propanol, butanol, hexanol, fenol, e/ou álcool benzílico).

[0036] O poliéter funcionalizado mostrado na Fórmula I pode ser preparado em uma reação de um poli-isocianato inicial com um poliéter monofuncional. O poliéter monofuncional tem um peso molecular de 200 a 8000, e contém um grupo reativo ao isocianato por molécula. O grupo reativo ao isocianato pode ser, por exemplo, um grupo hidroxil, um grupo amino primário ou secundário, um grupo tiol, ou um grupo epóxi. O poliéter preferencialmente é um monol de poliéter ou monoamina de poliéter. O poliéter monofuncional preferencialmente tem um peso molecular de 400 a 6000, mais preferencialmente 600 a 4000, ainda mais preferencialmente 700 a 3000 e em algumas modalidades de 1000 a 3000. Monóis de poliéter são preferenciais. O poliéter pode ser linear ou ramificado, mas poliéteres lineares são preferenciais.

[0037] Os grupos isocianato de poliéteres funcionalizados anteriores podem ser protegidos com um composto que substitui os grupos isocianato com um ou mais grupos reativos ao isocianato. Esse composto de proteção pode ser, por exemplo, um poliol ou aminoálcool, cada qual substitui os grupos isocianato com grupos hidroxil. Os grupos reativos ao isocianato estão ligados ao segmento de poliéter do poliéter funcionalizado através de um ou mais grupos ureia e/ou uretano.

[0038] Assim, de acordo com outra modalidade exemplar, o poliéter funcionalizado pode ter a seguinte estrutura:

[0039] Na Fórmula 2, PE representa uma cadeia de poliéter com peso molecular de 200 a 8000, X representa um átomo de oxigênio ou um grupo NH, R' representa o resíduo após remoção de hidroxila ou grupos amino de um poliol ou aminoálcool, e z pode ser um número de 1 a 5, de 1 a 2, etc..

[0040] De acordo com outra modalidade exemplar, o poliéter funcionalizado pode ter a seguinte estrutura:

[0041] Na Fórmula 3, PE representa uma cadeia de poliéter tendo peso molecular de 200 a 8000, X representa um átomo de oxigênio ou um grupo NH, R representa o resíduo após a remoção de um grupo isocianato, de um poli-isocianato tendo a estrutura R-(NCO)x, R' representa resíduo de um agente protetor de poliol, e z pode ser um número de 1 a 5 , de 1 a 2, etc. Além disso, Z representa independentemente uma das seguintes estruturas (exceto que pelo menos um Z na Fórmula 3 é representado pela Fórmula 4):

[0042] A mistura de reação para preparar o estabilizador pode incluir pelo menos um composto poli-isocianato e o poliéter (PE) em uma razão de peso de 10:90 a 90:10. O produto resultante da mistura de reação pode incluir um ou mais compostos de isocianurato contendo pelo menos um segmento de poliéter tendo um peso molecular de 500 a 5000 (por exemplo, 700 a 3000, 700 a 2000, etc.) e tendo um conteúdo de isocianato de pelo menos 0,8% em peso. De acordo com uma modalidade exemplar, o estabilizador pode ser incluído em uma quantidade de 0,1 partes a 15 partes (por exemplo, 0,5 partes a 10 partes, 2,5 partes a 10 partes, 5 partes a 10 partes, etc.) por peso por 100 partes em peso do poliol de base. No poliol de PIPA, grupos isocianato do estabilizador podem reagir com o poliol de peso equivalente baixo para enxertar as espécies contendo isocianato para as partículas de PIPA.

[0043] O poliol de PIPA pode ser preparado na presença de água, por exemplo, de 0% em peso a 2% em peso, 0% em peso a 0,5% em peso e/ou 0% em peso a 0,15% em peso, com base no peso total da mistura agitada. A água, quando presente, pode ser transportada para o processo como uma impureza no poliol de base, que, como produtos industriais, potencialmente poderiam conter de 0,01% em peso a 0,25% em peso de água com base em um peso total do produto de poliol comercialmente disponível. Consequentemente, a redução e/ou minimização da água transportada no sistema de reação como uma impureza é buscada e um processo de adição de água adicional para o sistema de reação poderá ser excluído.

[0044] O processo para preparar o poliol de PIPA pode ser realizado em um processo em lotes, em um processo semilote, ou em um processo contínuo. O poliol de base, o poli-isocianato, o poliol de peso equivalente baixo, pode ser adicionado em qualquer ordem para a mistura de reação. Por exemplo, para formar o poliol de PIPA, a reação do poliol de peso equivalente baixo com o poli-isocianato pode ocorrer na presença do poliol de base e o estabilizador, ou uma pré-reação entre o poliol de base e o poli-isocianato pode ser realizada e o poliol de peso equivalente baixo pode ser adicionado a partir daí.

[0045] Por exemplo, quando formando uma mistura de pré-reação, o processo pode incluir combinar 1 parte a 50 partes em peso do composto de poli-isocianato tendo um peso equivalente de isocianato médio que é menos de 225 e 100 partes em peso do poliol de poliéter de base líquida tendo um peso equivalente de hidroxil médio pelo menos 200 e pelo menos 80% dos grupos hidroxil secundário. O poli-isocianato reage com o poliol de poliéter enquanto mistura para produzir uma mistura de pré-reação contendo poliol de base não reagida, composto de poli-isocianato não reagido, e um ou mais adutos contendo grupo isocianato do poliol de base com o poli-isocianato. Então, o poliol de peso equivalente baixo tendo um peso equivalente de hidroxil médio de menos de 80 e opcionalmente poliisocianato adicional são dispensados na mistura de pré-reação, por exemplo, quantidade suficiente do poliol de peso equivalente baixo poder ser fornecida para consumir os grupos isocianato na mistura de pré-reação. Por exemplo, 1 a 30 partes de poliol de peso equivalente baixo são adicionadas. O poliol de peso equivalente baixo reage com os grupos isocianato para formar partículas de poliadição de poli-isocianato dispersas no poliol de base (ou seja, o poliol de poliéter de base líquida). A pré-reação pode ser formada juntando continuamente o poliol de poliéter de base líquida e o poliisocianato em uma cabeça de mistura para formar uma mistura que é continuamente introduzida em um reator tubular, e o poliol de peso equivalente baixo e o poli-isocianato adicional opcional podem ser adicionados à jusante do reator tubular.

[0046] A reação de formação de PIPA pode ser realizada a uma temperatura de, por exemplo, 0°C a 100°C (por exemplo, 10°C a 70°C, 20°C a 60°C, etc.) . Uma temperatura elevada pode ser desejável para reduzir o tempo de reação, mas pode não ser necessária (por exemplo, com base no uso de um catalisador apropriado). Permite-se então que a mistura reaja. O resfriamento pode ser aplicado se necessário para impedir aumento excessivo de temperatura devido ao calor exotérmico da reação.

[0047] Se o estabilizador contém grupos isocianato ou é adicionado como uma mistura com um ou mais outros compostos contendo isocianato, pode ser combinado com o poli-isocianato (se houver necessidade de poli-isocianato adicional) e a combinação resultante introduzida junto com o processo de formação de poliol de PIPA. De acordo com outras modalidades exemplares, o estabilizador pode ser introduzido separadamente do poli-isocianato, em qualquer ordem ou simultaneamente. O poliol de peso equivalente baixo pode ser introduzido antes, simultaneamente com, ou após um estabilizador contendo isocianato e poli-isocianato adicional (se qualquer um for adicionado).

[0048] De acordo com modalidades exemplares, uma fase adicional de filtragem do poliol de PIPA e/ou decapagem do poliol de PIPA pode ser evitada. Por exemplo, no poliol de PIPA, a formação de aglomerados instáveis pode ser evitada, assim, um processo de filtração pode ser excluído. Em contraste, quando formando polióis de SANs, após a conclusão da reação, o poliol pode ser decapado ou tratado de outra forma, por exemplo, para remover materiais não reagidos e/ou subprodutos de reação voláteis. A decapagem pode ser realizada, por exemplo, através da aplicação de vácuo com uma temperatura elevada, e um agente de decapagem pode ser borbulhado através do produto para facilitar a remoção destes materiais. A filtragem dos polióis de SANs pode ser necessária devido à presença de aglomerados instáveis.

[0049] De acordo com as modalidades, as espumas convencionais podem ser preparadas usando polióis de PIPA preparados de acordo com as modalidades discutidas em Pedido Provisório US 61/877.287 (depositado em 13 de setembro de 2013, e incorporado aqui como referência). De acordo com modalidades, as espumas convencionais podem ser preparadas usando polióis de PIPA preparados de acordo com as modalidades discutidas em Pedido Provisório US 61/877.290 (depositado em 13 de setembro de 2013, e incorporado aqui como referência). Por exemplo, as espumas de poliuretano podem ser preparadas usando pelo menos um poliol de PIPA, que é selecionado a partir do Poliol de PIPA A ao Poliol de PIPA J discutido abaixo. De acordo com modalidades exemplares, várias combinações de Poliol de PIPA A a Poliol de PIPA J podem ser utilizadas.

[0050] O Poliol de PIPA A tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um poliol transportador, peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% dos grupos hidroxil secundário. O Poliol de PIPA exemplar é preparado misturando em um primeiro frasco, em temperatura ambiente, aproximadamente duas partes em peso do Isocianato TDI com duas partes em peso de um copolímero de bloco monofuncional linear (tendo cerca de 80 a 90% de óxido de propileno e aproximadamente 10% a 20% de óxido de etileno, e um peso molecular de pelo menos 1000 e não mais de 1800 g/mol) na presença de um catalisador (por exemplo, exemplos estão disponíveis de Air Products como Polycat® 45 e Polycat® 46). A reação prossegue por algumas horas e pode então ser reagida com um excesso de trietanolamina (TEOA). Em um segundo frasco, em temperatura ambiente, aproximadamente 9 partes em peso do Isocianato com 72 partes em peso de um triol de poliéter de polioxipropileno (tendo um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol) é preparado em um misturador de laboratório de alta velocidade. Depois disso, aproximadamente 6,8 a 7,2 partes em peso de trietanolamina, aproximadamente 0,15 a 0,3 partes em peso de um catalisador de carboxilato de zinco, e aproximadamente 1,8 a 2,2 partes em peso do produto da reação do primeiro frasco são adicionados por sessenta segundos com agitação contínua para preparar o Poliol de PIPA A. O Poliol de PIPA A resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0051] O Poliol de PIPA B tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um poliol transportador, um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% de grupos hidroxil secundário, e é formado usando o processo descrito em relação ao Poliol de PIPA A, acima, pré-misturando o estabilizador com o isocianato ao produzir o poliol de PIPA. O Poliol de PIPA B resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0052] O Poliol de PIPA C tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um poliol transportador, um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% de grupos hidroxil secundário, e é formado usando o processo descrito em relação ao Poliol de PIPA A, acima, exceto que usa Polycat® 41, Dabco® TMR, Dabco TMR-2, e/ou Dabco TMR-30 como catalisador. O Poliol de PIPA C resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0053] O Poliol de PIPA D tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um poliol transportador, um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% de grupos hidroxil secundário, e é formado usando o processo descrito em relação ao Poliol de PIPA A, acima, exceto que usando uma parte do isocianato com 2 a 4 partes do copolímero de bloco monofuncional linear. O Poliol de PIPA D resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0054] O Poliol de PIPA E tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um poliol transportador, um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% de grupos hidroxil secundário, e é formado usando o processo descrito em relação ao Poliol de PIPA A, exceto que usando um copolímero de bloco monofuncional linear com 100% de PO, contendo aproximadamente 0,2 partes de água. O Poliol de PIPA E resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0055] O Poliol de PIPA F é semelhante ao Poliol de PIPA E, exceto que contém uma pequena quantidade adicional de partículas de PHD obtidas com 0,1 a 1 parte de uma amina primária como um correagente com TEOA.

[0056] O Poliol de PIPA G tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um transportador poliol, um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% dos grupos hidroxil secundário, e é formado usando um processo que consiste em pré-mistura do poliol com o catalisador de carboxilato de zinco, adicionando TDI como o isocianato, agitando por 60 a 120 segundos em temperatura ambiente para permitir que a reação inicie, vertendo TEOA na mistura reativa ainda sob agitação, e continuando a agitação por mais 5 a 10 minutos. O Poliol de PIPA G resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0057] O Poliol de PIPA H tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um transportador poliol, um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% dos grupos hidroxil secundário usando um processo que consiste em pré-mistura do poliol com Dabco 33 LV ou Niax™ A-33 como catalisador, adicionando o isocianato TDI, agitando por 60 a 120 segundos em temperatura ambiente para permitir que a reação inicie, vertendo TEOA na mistura reativa ainda sob agitação, e continuando a agitação por mais 5 a 10 minutos. O Poliol de PIPA H resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0058] O Poliol de PIPA I tem um conteúdo de sólidos de aproximadamente 20% em um poliol transportador, um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol, e pelo menos 90% de grupos hidroxil secundário usando o processo descrito em relação ao Poliol de PIPA F, exceto que MDI polimérico é usado como o isocianato. O Poliol de PIPA I resultante pode ser um poliol de PIPA estável com 20% de sólidos e tamanho de partícula abaixo de 10 mícrons.

[0059] O Poliol de PIPA J é semelhante ao Poliol de PIPA H e Poliol de PIPA I, exceto que contém uma pequena quantidade adicional de partículas de PHD obtidas com 0,1 a 1 parte de uma amina primária como um correagente com TEOA.

[0060] Todas as partes e porcentagens são em peso, salvo se indicado o contrário. Os termos modificado de combustão, resistente às chamas, e termos semelhantes como usados aqui se referem ao desempenho de um material em testes de inflamabilidade de laboratório, e não são destinados a descrever o desempenho sob condições de fogo real.

Exemplos

[0061] Os seguintes materiais são principalmente usados:
Isocianato Uma mistura de di-isocianato de tolueno (TDI) de 80% em peso de di-isocianato de 2,4'-tolueno e 20% em peso de di-isocianato de 2,6'-tolueno (disponível como VORANATE ™ T80 de The Dow Chemical Company).
Poliol A Um poliol é um triol de poliéter de polioxipropileno, tendo um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol (disponível como VORANOL™ WK 3138 de The Dow Chemical Company). Menos de 10% dos grupos hidroxil do Poliol A são grupos hidroxil primário.
Poliol de SAN Um poliol de polímero de SAN contendo 40% de sólidos e aproximadamente triol de matéria-prima de peso molecular médio numérico 3000 (disponível como VORALUX ™ HL 400 de The Dow Chemical Company).
Tensoativo de Silicone Um tensoativo de organossilicone (disponível como Niax™ L-620 de Momentive)
Catalisador de Estanho Octoato Estanhoso (disponível como Dabco® T9 de Air Products)
Niax™ A-1 Uma catalisador de sopro baseado em amina incluindo 70% de bis(2- dimetilaminoetil)éter (disponível de Momentive). Dabco® 33 LV Uma catalisador de gelificação baseado em amina incluindo uma solução 33% em peso de trietilenodiamina em dipropileno glicol (disponível de Air Products).

[0062] Um Poliol de PIPA exemplar usado aqui tem um conteúdo de sólidos de 20% em um poliol transportador tendo um peso molecular médio numérico de aproximadamente 3000 g/mol. O transportador poliol é preparado por polimerização de óxidos de alquileno com um catalisador de polimerização de hidróxido de potássio. Contém pelo menos 98% dos grupos de hidroxil secundário. O poliol de PIPA é preparado reagindo trietanolamina com di-isocianato de tolueno na presença de poliol transportador, um catalisador de uretano de carboxilato de zinco e um estabilizador. Nenhum catalisador de estanho está presente. A viscosidade do poliol de PIPA exemplar é cerca de 2.500 mPa*s (20°C) e 90% das partículas, em volume, são menores do que 5 μm.

[0063] Exemplos 1 a 9 e Exemplos Comparativos A a F são preparados em um processo de formação em bloco de acordo com as formulações na Tabela 1 e Tabela 2, abaixo. Em particular, o componente de poliol (que inclui o poliol de PIPA, o Poliol de SAN, e/ou Poliol A) , os aditivos (ou seja, tensoativos e catalisadores de amina), e a água são misturados com o Isocianato, de acordo com as formulações na Tabela 1 e Tabela 2. Depois disso, propriedades de amostras de espuma resultantes são medidas, como discutido abaixo. Os componentes para as formulações na Tabela 1 e Tabela 2 são pesados com precisão em recipientes de capacidade adequada, e o Isocianato é pesado separadamente. Todos os componentes são mantidos em temperatura ambiente (aproximadamente 20 °C) durante a pesagem e processamento. Um misturador estático de bancada é usado para preparar as amostras em três fases. Na primeira fase, uma pré-mistura que inclui os polióis e aditivos é preparada. Na segunda fase, o Catalisador de Estanho é misturado com a pré-mistura. Na terceira fase, o Isocianato é adicionado à pré-mistura para formar uma mistura de reação (formação da mistura de formação de reação é considerada como o tempo quando começa a reação, ou seja, t0) . A mistura de reação é então vertida em um recipiente adequado e deixada levantar para formar amostras de espuma. Então, as amostras de espuma são recozidas em forno por 5 min e permitidas para curar ainda mais por 24 horas em temperatura ambiente, antes de testar.

[0064] Em referência à Tabela 1, abaixo, Exemplos 1 a 4 e Exemplos Comparativos A a D têm um conteúdo de sólidos totais de 20% no componente de poliol.

[0065] Referindo-se à Tabela 1, acima, o Exemplo 2 tem um valor de fluxo de ar relativamente menor juntamente com um valor de deformação de compressão comparativamente mais alto.

[0066] Em referência à Tabela 2, abaixo, Exemplos 5 a 6 e Exemplos Comparativos E e F têm um conteúdo de sólidos totais de 10% no componente de poliol.

[0067] A substituição de poliol de SAN com o poliol de PIPA permite uma redução (por exemplo, pelo menos 50%) de Octoato Estanhoso, que leva a uma redução do conteúdo de ácido 2-Etilcaproico e uma eliminação de VOC de Estireno e Acrilonitrila na amostra resultante.

[0068] A densidade é medida de acordo com ISO 3386. CFD (ou seja, desvio de força de compressão) é uma medida da firmeza (ou rigidez) em um desvio de 40%, e a força para desviar a amostra em 40% é medida de acordo com ISO 3386. A resistência ao rasgo é uma medida da quantidade de força necessária para quebrar uma amostra de espuma à medida que a mesma é puxada, e é medida de acordo com ASTM D 3574. A resiliência é medida de acordo com ASTM D 3574. O fluxo de ar através da espuma é medido de acordo com ASTM D-3574. A deformação de compressão em 75% é uma medida da deformação permanente de uma espuma depois de ser comprimida para 75% de sua espessura original entre duas placas de metal por um período de tempo e condição de temperatura controlada, e é medido de acordo com ISO 1856.

Claims

Processo para formação de uma espuma de poliuretano flexível, o processo caracterizado pelo fato de compreender:
- - prover um componente de poliol incluindo 1) um poliol de PIPA que é uma dispersão tendo um conteúdo de sólidos de 15% a 75% em peso, com base em um peso total do poliol de PIPA, o poliol de PIPA sendo preparado na ausência de um catalisador de estanho a partir de um produto de reação de uma primeira mistura incluindo pelo menos um poliol de peso equivalente baixo tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de menos de 80, um composto de poli-isocianato tendo um peso equivalente de isocianato de número médio que é menos de 225, e um poliol de poliéter de base líquida tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de 200 a 1500 e pelo menos 90% dos grupos hidroxil secundário com base em uma quantidade total de grupos hidroxil no poliol de poliéter de base líquida e 2) um triol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno tendo um peso molecular de 3000 a 3500, tendo um conteúdo de polioxietileno que é menos de 15% em peso, com base na quantidade total de polioxipropileno e polioxietileno no triol de poliéter polioxipropileno-polioxietileno, e tendo menso de 10% de grupos hidroxil primário, com base na quantidade total de grupos hidroxil no triol de poliéter de polioxipropileno-polioxietileno, sendo que o componente de poliol tem um conteúdo de sólidos totais de 2% em peso a 50% em peso, com base no peso total do componente de poliol;
- -prover um componente de isocianato que inclui pelo menos um poli-isocianato;
- - prover um componente aditivo que inclui um catalisador; e
- - formar uma mistura de reação incluindo o componente de poliol, o componente de isocianato, e o componente aditivo para formar uma espuma de poliuretano flexível com um valor de resiliência abaixo de 45%, a mistura de reação tendo um índice de isocianato de 90 a 150.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o poliol de poliéter de base líquida ser preparado pela reação de um ou mais óxidos de alquileno na presença de um catalisador de polimerização de hidróxido de potássio.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a espuma de poliuretano ter uma densidade dentro de uma faixa de 10 kg/m3 a 100 kg/m3.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a espuma de poliuretano ter uma densidade dentro de uma faixa de 15 kg/m3 a 50 kg/m3.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o poliol de peso molecular de baixo ser trietanolamina ou uma mistura incluindo trietanolamina e outro poliol de peso molecular de baixo tendo um peso equivalente de hidroxil de número médio de menos de 80.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o poliol de poliéter de base líquida ser um triol que é um homopolímero de polioxipropileno ou um copolímero de 80% em peso a 99,5% em peso de polioxipropileno e 0,5% em peso a 20% em peso de polioxietileno com base no peso total do polioxietileno e polioxipropileno no poliol de poliéter de base líquida, e o peso equivalente de hidroxil do poliol de poliéter de base líquida sendo de 900 a 1350.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a primeira mistura ainda inclui um estabilizante não baseado em silicone que é diferente do poliol de PIPA.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a primeira ainda incluir uma amina primária como um correagente com o poliol de peso equivalente baixo para obter partículas baseadas em copolímero PIPA/PHD.
Produto de espuma, caracterizado pelo fato de ser preparado pelo processo para formação de uma espuma de poliuretano flexível conforme definido na reivindicação 1.