BR112018073303B1

BR112018073303B1 - Método para produzir uma espuma à base de poliuretano e método para produzir um painel isolante

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Publication number: BR112018073303B1
Application number: BR112018073303-2A
Authority: BR
Inventors: Paolo Golini; Giuseppe Vairo; Matthew A. Robinson; Swithin P. Adu-Peasah
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2022-08-09
Also published as: BR112018073303A2; EP3464408A1; US10844159B2; WO2017205282A1; CN109153766A; US20190119432A1; ES2809748T3; EP3464408B1; CN109153766B

Abstract

Trata-se de um método de produção de uma espuma à base de poliuretano que inclui fornecer um resíduo de cultura triturado que tem um tamanho médio de partícula inferior a 10 mm e que é preparado triturandose resíduos agrícolas, fornecer um sistema de poliuretano que inclui um componente de isocianato e um componente reativo de isocianato, nos quais o sistema de poliuretano tem um índice de isocianato de 70 a 350, formar um sistema de poliuretano modificado adicionando-se o resíduo de cultura triturado ao sistema de poliuretano em uma faixa de 1,0% a 20,0% em peso, com base no peso total do sistema de poliuretano, e formar a espuma à base de poliuretano de modo a ter uma densidade aplicada de 30 kg/m3 a 75 kg/m3, de acordo com ASTM D-1622, e ter o resíduo de cultura triturado incorporado aos polímeros de poliuretano que são um produto de reação do componente de isocianato e do componente reativo de isocianato do sistema de poliuretano.

Description

Campo

[0001] As modalidades referem-se às espumas à base de poliuretano, por exemplo, espumas rígidas de poliuretano, que incluem resíduos de cultura incorporados às mesmas, produtos que incorporam tais espumas à base de poliuretano, e métodos de fabricação de tais espumas à base de poliuretano e produtos que incorporam tais espumas à base de poliuretano.

Introdução

[0002] Os materiais isolantes à base espuma de poliuretano são frequentemente a escolha preferencial em construção e aplicações de cadeia de fria em relação a outros materiais, como fibra de vidro e lã de rocha, quando se busca um alto desempenho de isolamento. As espumas de poliuretano podem normalmente fornecer certas propriedades favoráveis em detrimento de alternativas de menor custo, como rigidez e permeabilidade ao ar limitada. A possibilidade de incorporar subprodutos de baixo custo em tais espumas de poliuretano é buscada, sem afetar negativamente a condutividade térmica.

Sumário

[0003] As modalidades podem ser realizadas fornecendo-se um método de produção de uma espuma à base de poliuretano que inclui fornecer um resíduo de cultura triturado que tem um tamanho médio de partícula inferior a 10 mm e que é preparado triturando-se resíduos agrícolas, fornecer um sistema de poliuretano que inclui um componente de isocianato e um componente reativo de isocianato, nos quais o sistema de poliuretano tem um índice de isocianato de 70 a 350, formar um sistema de poliuretano modificado adicionando-se o resíduo de cultura triturado ao sistema de poliuretano em uma faixa de 1,0% a 20,0% em peso, com base no peso total do sistema de poliuretano, e formar a espuma à base de poliuretano de modo a ter uma densidade aplicada de 30 kg/m3 a 75 kg/m3, de acordo com ASTM D-1622, e ter o resíduo de cultura triturado incorporado aos polímeros de poliuretano que são um produto de reação do componente de isocianato e do componente reativo de isocianato do sistema de poliuretano.

Descrição detalhada

[0004] Propõe-se que os resíduos de cultura triturados possam ser incorporados às espumas à base de poliuretano (como espumas rígidas de poliuretano), de modo a aumentar a quantidade de subprodutos na espuma resultante, sem afetar significativamente a condutividade térmica de modo que a espuma à base de poliuretano seria adequada para uso como isolamento e/ou em produtos de isolamento. Os resíduos de cultura são definidos como materiais de resíduo de campo deixados em um campo agrícola ou pomar após a colheita ter sido coletada ou material que é coletado com a cultura, mas é descartado como um subproduto de baixo valor durante o processamento da cultura. Os resíduos de cultura podem ser compostos de polímeros, incluindo celulose, hemicelulose e/ou lignina, que têm o potencial de atuar como um produto isolante, juntamente com benefícios adicionais.

[0005] O uso de certos resíduos de cultura na espuma à base de poliuretano pode permitir maior capacidade de variar um fator de resistência à difusão do vapor de água do produto à base de poliuretano resultante, em um esforço para adaptar o fator de resistência à difusão de vapor de água (também conhecido como valor μ) para o uso pretendido do produto à base de poliuretano. A difusão do vapor de água é a transferência de vapor através de um material de barreira, como um polímero ou compósito para o outro lado. O processo envolve três etapas: (i) absorção, enquanto moléculas de vapor são absorvidas na superfície do material de barreira, (ii) difusão, enquanto moléculas absorvidas migram através do meio para o lado oposto devido à concentração diferencial, e (iii) dessorção, enquanto as moléculas migradas evaporam da segunda superfície do material de barreira. O processo é tipicamente acionado pelo gradiente de concentração de vapor, até que a pressão parcial atinja o equilíbrio. Embora todos os polímeros sejam permeáveis em algum grau, a permeabilidade pode ser afetada por propriedades físicas e químicas de vapor, material de barreira e/ou condições ambientais, incluindo: (a) afinidade química entre vapor e barreira (por exemplo, vapor pode ser absorvido mais facilmente na superfície e isso pode fazer com que as cadeias de polímeros inchem mais facilmente, permitindo, assim, a penetração mais fácil das moléculas de vapor), (b) vazios ou rachaduras na barreira ou material polimérico (por exemplo, que podem criar caminhos com menos resistência, que poderiam comprometer ainda mais a integridade da barreira) e/ou (c) temperatura (por exemplo, temperatura mais alta aumenta a mobilidade das moléculas e, portanto, a difusão mais rápida).

[0006] O fator de resistência à difusão do vapor de água é uma medida da relativa relutância do material em permitir que o vapor de água passe através do material, medido em comparação com as propriedades do ar. O valor μ é uma propriedade do material a granel e é multiplicado pela espessura do material quando usado em uma construção específica. Em outras palavras, o fator μ é um número adimensional que descreve quantas vezes um material é melhor em resistir à passagem do vapor de água, em comparação com uma espessura equivalente de ar. Considerando que, quanto menor o valor de μ, mais espesso o isolamento deve ser para alcançar a mesma redução de difusão de vapor de água. Em alguns casos, um fator de resistência à difusão de vapor de água de 28,0 (por exemplo, 15,0 a 28,0) e menor pode ser procurado e, em outros casos, pode ser procurado um fator de resistência à difusão de vapor de água superior a 28,0 (por exemplo, maior que 28,0 a 45,0). Por exemplo, em certas aplicações de isolamento (como quando a capacidade do interior de uma parede ou compartimento de ter capacidade de secar devido ao acúmulo de água de condensação em tubos ou outros meios), um material de isolamento com um baixo fator de resistência à difusão de vapor de água pode ser buscado. Além disso, em certas aplicações de isolamento com um grande gradiente de temperatura, como aplicações de armazenamento a frio, um alto fator de resistência à difusão de vapor de água pode ser buscado para limitar a difusão de água do lado quente para o isolamento e condensação no isolamento ou no lado frio. Consequentemente, seria vantajoso poder ajustar prontamente o fator de resistência à difusão do vapor de água resultante da espuma resultante, sem ter de recorrer apenas ao ajuste da espessura, com base no uso planeado da espuma à base de poliuretano e/ou produto incluindo a espuma à base de poliuretano.

[0007] Além disso, nos casos em que a espuma à base de poliuretano resultante está situada próxima e/ou exposta a ambientes com forte presença de umidade (por exemplo, relacionada a processamento industrial especial) ou ambientes com diferenças significativas de temperatura entre ambiente externo e interno (por exemplo, em relação ao armazenamento a frio) pode ser necessário, na fase de projeto, fornecer a possível inclusão de uma barreira de vapor no “lado quente” da estrutura para reduzir a possibilidade de minimizar e/ou evitar a condensação dentro da estrutura e/ou no próprio núcleo de isolamento. Efeitos colaterais derivados da presença de tal condensação podem ser, entre outros, aumento da condutividade térmica e/ou crescimento de fungos.

[0008] O sistema de poliuretano para a formação de espumas à base de poliuretano (como espumas rígidas de poliuretano) pode ser preparado como sistema de um componente ou de dois componentes, ambos contam com a presença de polímeros de poliuretano que são o produto de reação de uma porção química de isocianato fornecida com um componente de isocianato com uma porção química reativa de isocianato fornecida a partir de um componente reativo de isocianato para formar polímeros de poliuretano. A espuma à base de poliuretano resultante tem uma densidade aplicada a partir de 30 kg/m3 a 75 kg/m3 (por exemplo, 30 kg/m3 a 70 kg/m3, 30 kg/m3 a 50 kg/m3, 35 kg/m3 a 45 kg/m3, etc.) de acordo com ASTM D-1622. A densidade aplicada pode ser uma densidade de molde aplicada. A espuma à base de poliuretano pode ser uma espuma de células fechadas que tem 80% ou mais de células fechadas (em comparação com células abertas) com base no número total de células.

[0009] A composição para formar a espuma à base de poliuretano inclui resíduos de cultura triturados em uma quantidade de 1,0% a 20,0% em peso (por exemplo, 1,5% a 20,0% em peso, 1,5% em peso a 15,0% em peso, 1,5% em peso a 10,0% em peso, 1,8% em peso a 8,2% em peso, 2,0% em peso a 8,0% em peso, etc.), com base em um peso total da composição para formar a espuma à base de poliuretano. O resíduo de cultura triturado pode estar na forma de um pó que tem um tamanho médio de partícula inferior a 10 mm, por exemplo, na forma de um pó formado com partículas sólidas. O resíduo de cultura triturado pode estar na forma de partículas sólidas que formam um pó, mas pode ser introduzido em uma mistura de reação para formar a espuma à base de poliuretano como uma pasta fluida (por exemplo, misturada com um componente líquido da composição).

[0010] Com o resíduo de cultura triturado, a composição pode ser um sistema de poliuretano modificado, em que o resíduo de cultura triturado é incluído em um componente de isocianato e/ou componente reativo de isocianato de um sistema de poliuretano (isto é, um sistema para formar a espuma à base de poliuretano). Por exemplo, pelo menos em uma porção, o resíduo de cultura triturado pode ser incluído com pelo menos uma porção do componente reativo de isocianato, por exemplo, misturado com o componente reativo de isocianato e/ou misturado com um poliol e/ou diluente componente reativo de isocianato. Por exemplo, o resíduo de cultura triturado pode ser misturado com um poliol e/ou diluente reativo como uma terceira corrente que é usada na fabricação da espuma à base de poliuretano, enquanto uma primeira corrente pode incluir o componente de isocianato e a segunda corrente pode incluir a porção remanescente do componente reativo de isocianato que não está incluído no terceiro fluxo. Um limite superior da faixa admissível para a quantidade de resíduo de cultura triturado pode ter como base uma viscosidade resultante do componente (ou componentes) em que os resíduos da cultura triturados são incorporados. O resíduo de cultura triturado pode não ser reativo com os outros componentes na composição do sistema de poliuretano modificado.

[0011] A condutividade térmica inicial resultante da espuma à base de poliuretano, por exemplo, a 10 °C, não pode ser adversamente afetada pela presença dos resíduos da cultura e/ou resíduo de cultura triturado (quando se refere a uma espuma à base de poliuretano preparada com o uso do mesmo método e componentes, exceto a única diferença é que o resíduo de cultura triturado é excluído). Por exemplo, a espuma à base de poliuretano, que inclui o resíduo do solo, pode ter uma boa condutividade térmica, como uma condutividade térmica de 25,0 mW/i^°K a 10 °C ou menos (por exemplo, de 5,0 a 25,0 mW/i^°K a 10 °C, 15,0 a 25,0 mW/m-°K a 10 °C, 18,0 a 25,0 mW/m-°K a 10 °C, etc.), medido de acordo com EN 12667.

[0012] O fator de resistência à difusão do vapor de água (fator μ) da espuma à base de poliuretano pode ser modificável com quantidades variáveis do resíduo de cultura triturado incorporadas à composição para formar a espuma à base de poliuretano. Por exemplo, em modalidades exemplificativas, um fator de resistência à difusão de vapor de água pode ser aumentado aproximadamente de 40% a 50% (por exemplo, 46%) incluindo aproximadamente 8% em peso de cascas de girassol trituradas na composição para formar a espuma à base de poliuretano em comparação com quando uma mesma composição, exceto aquela que exclui as cascas de girassol trituradas, é usada para formar uma espuma à base de poliuretano.

[0013] A espuma à base de poliuretano pode ter um fator de resistividade do vapor de água entre 10,0 a 60,0, medido de acordo com EN 12086. Em pelo menos uma parte da faixa (por exemplo, de 1,0% em peso a 20,0% em peso, de 1,5% em peso a 10,0% em peso, de 1,5% em peso a 8,5% em peso, de 1,8% em peso a 8,2% em peso, etc.) para a quantidade de resíduos de cultura triturados (por exemplo, como pó) incluída no sistema de poliuretano, o fator de resistividade do vapor de água pode aumentar à medida que a quantidade de resíduos agrícolas usados no sistema de poliuretano aumenta. Similarmente, em pelo menos uma parte da faixa (por exemplo, de 1,0% em peso a 20,0% em peso, de 1,5% em peso a 10,0% em peso, de 1,5% em peso a 8,5% em peso, de 1,8% em peso a 8,2% em peso, etc.) para a quantidade de resíduos de cultura triturados incluídos na espuma à base de poliuretano, o fator de resistividade de vapor de água pode aumentar à medida que a quantidade de resíduos de cultura triturados na espuma à base de poliuretano aumenta. Em modalidades exemplificativas, o fator de resistividade do vapor de água pode ser variável em pelo menos 90% ao longo de um faixa (por exemplo, de 1,5% a 8,5% em peso) para a quantidade do resíduo de cultura triturado, enquanto em uma extremidade alta da faixa, o fator de resistividade do vapor de água é pelo menos 90% maior do que em uma extremidade baixa da faixa.

[0014] Em modalidades exemplificativas, o fator de resistividade do vapor de água pode ser variável em uma faixa entre 10,0 a 60,0 (por exemplo, 15,0 a 50,0, 18,0 a 39,0, 19,0 a 38,2, etc.) variando-se a quantidade do resíduo de cultura incluída na espuma de poliuretano e/ou sistema de poliuretano. Por exemplo, quando o resíduo de cultura triturado (por exemplo, como um pó) é incluído na composição para formar a espuma à base de poliuretano em uma primeira quantidade dentro da faixa para inclusão do resíduo de cultura (como 1,0% a 20,0% em peso, 1,5% a 20,0% em peso, 1,5% em peso a 15,0% em peso, 1,5% em peso a 10,0% em peso, 2,0% em peso a 8,0% em peso, etc.), um fator de resistência à difusão de vapor de água da espuma à base de poliuretano pode ser 28,0 ou menor (por exemplo, de 15,0 a 28,0, de 18,0 a 28,0, etc.). Além disso, quando o resíduo de cultura triturado é incluído em uma segunda quantidade que é maior do que a primeira quantidade e está dentro da faixa para inclusão do resíduo de cultura triturado, o fator de resistência à difusão de vapor de água da espuma à base de poliuretano pode ser superior a 28,0 (por exemplo, maior que 28,0 e até 45,0, de 28,5 a 39,0, etc.).

[0015] Em modalidades exemplificativas, a faixa para inclusão do resíduo de cultura triturado (por exemplo, como um pó) pode ser dividido em uma subfaixa inferior e em uma subfaixa superior que, em combinação, abrange inferior e superior (por exemplo, porções não sobrepostas) da faixa para a inclusão dos resíduos de cultura triturado (por exemplo, de tal modo que uma totalidade da faixa seja essencialmente dividida em duas subfaixas separados, essencialmente sem sobreposição). A subfaixa inferior cobre uma porção de valor percentual de peso relativamente menor da faixa para inclusão do resíduo de cultura triturado e a subfaixa superior cobre uma porção de percentual de peso relativamente maior da faixa para inclusão do resíduo de cultura triturado. Em tais modalidades exemplificativas, quando o resíduo de cultura triturado incluído em uma quantidade dentro da subfaixa inferior, um fator de resistência à difusão de vapor de água da espuma à base de poliuretano pode ser de 28,0 ou inferior (por exemplo de 15,0 a 28,0, de 18,0 a 28,0, etc.), e quando o resíduo de cultura triturado é incluído em uma quantidade dentro da subfaixa superior, o fator de resistência à difusão de vapor de água da espuma à base de poliuretano pode ser superior a 28,0 (por exemplo, maior que 28,0 e até 45,0 28,5 a 39,0, etc.). Em modalidades exemplificativas, a subfaixa mais baixa pode abranger o uso de pelo menos 2,0% em peso a 4,5% em peso do pó residual de cultura de casco de girassol triturado e a subfaixa superior pode abranger pelo menos 6,0 a 8,0% em peso do pó de resíduo de cultura de casco de girassol triturado.

[0016] A espuma à base de poliuretano pode ser uma espuma rígida de poliuretano expandida. A espuma rígida de poliuretano pode ser usada no isolamento, por exemplo, como um membro isolante de um painel isolante. O painel isolante pode incluir um substrato de base e o membro isolante pode ser formado no substrato de base. Os processos para a preparação de composições de poliuretano rígidas expandidas seriam conhecidos por um indivíduo de habilidade comum na técnica, e tais composições podem ser usadas na indústria de cadeia a frio (por exemplo, para assegurar um controle de temperatura estreito para produtos, tais como fármacos, vacinas e alimentos em todos os seus ciclos de armazenamento e envio). Por exemplo, a espuma de poliuretano rígida expandida pode ser preparada com o uso de um agente de expansão químico e/ou físico. A espuma rígida de poliuretano pode ser preparada com o uso de pelo menos água e/ou uma hidroclorofluoroolefina como agente de expansão.

Resíduos de cultura

[0017] Os resíduos de cultura podem ser definidos como materiais de resíduos de campo deixados em um campo agrícola ou pomar após a colheita ter sido coletada ou material que é coletado com a cultura, mas é descartado como um subproduto de baixo valor durante o processamento da cultura. No entanto, propõe-se que os resíduos de cultura trituráveis (que também podem ser chamados de resíduos de cultura trituráveis) possam ser usados como aditivos em produtos de espuma à base de poliuretano. Por triturabilidade entende-se o material que é suficientemente sólido para ser triturado em partículas finas. As partículas finas podem ter um tamanho médio de partícula (também chamado de valor médio de distribuição de tamanho de partícula com base em um modelo de distribuição numérica) menor que 10 mm, menor que 2 mm, menor que 1 mm, menor que 800 μm, e/ou inferior a 650 μm. O tamanho médio das partículas pode ser superior a 0,1 nm. Os resíduos de cultura trituráveis podem ser incorporados como resíduos de culturas triturados na composição para formar a espuma à base de poliuretano, de tal modo que os resíduos de cultura triturados sejam incorporados em uma matriz de poliuretano na espuma resultante. Os resíduos de cultura trituráveis podem ser secos, por exemplo, antes de serem triturados, de modo a serem secos, resíduos de cultura triturados. Os resíduos de cultura trituráveis são não lenhosos, por exemplo, são derivados de culturas herbáceas que tendem a ser plantas anuais que não se desenvolveram o suficiente para formar caules lenhosos. Os resíduos de cultura trituráveis podem ser derivados de culturas de cereais e/ou culturas oleaginosas. Os resíduos de cultura trituráveis podem não ser derivados de leguminosas, que abrangem a produção de óleo (como óleo de cozinha) com o uso de culturas de leguminosas.

[0018] Por ano, pode significar culturas que crescem a partir de sementes e produzem uma cultura em uma estação de crescimento (cuja estação de crescimento é inferior a um ano e/ou inferior a seis meses). Por exemplo, resíduos de cultura não lenhosos podem excluir plantas perenes como árvores e arbustos que desenvolveram caules lenhosos. Resíduos de cultura não lenhosos exemplificativos são discutidos na Publicação Internacional no WO 2004/011518.

[0019] Os resíduos de cultura de grãos de cereais exemplificativos provêm de culturas de milho, arroz, cevada, aveia, painço e trigo. Os resíduos de cultura oleaginosos exemplificativos provêm da produção de óleo de girassol, óleo de canola, óleo de linhaça e óleo de gergelim. Os resíduos de cultura trituráveis podem ser derivados de não leguminosas, ou seja, não derivados de uma planta da família Fabaceae ou Leguminosae. Como exemplo, as leguminosas incluem feijão, soja, lentilha, amendoim e ervilha. Modalidades exemplificativas podem excluir casca de soja ou outros resíduos de cultura de tais culturas leguminosas.

[0020] Exemplos de resíduos de cultura trituráveis incluem cascos (também chamados de cascas), palha, fibras residuais e raízes. Por casco/casca se entende a carcaça ou revestimento exterior de uma semente. Cascos exemplificativos incluem cascas de girassol, cascas de milho, cascas de arroz, cascas de cevada, cascas de aveia, cascas de painço e cascas de trigo. Cascos/casca podem ser coletados como parte da semente durante a colheita. Durante o processamento da semente, os cascos podem ser removidos, como no caso da soja, girassol, arroz, aveia, cevada e outros grãos de cereais e oleaginosas. A fim de evitar o acúmulo de cascos nas instalações de processamento, os usos de subprodutos para os cascos devem ser encontrados para evitar o custo de descarte. Os cascos têm sido usados em várias aplicações de baixo valor, como usados como ração animal rica em fibras, queimada por seu valor de combustível e, em alguns casos, são aterradas às custas do processador. Em modalidades exemplificativas, os cascos podem ser de culturas de grãos de cereais e/ou culturas oleaginosas e não de culturas leguminosas. Modalidades exemplificativas incluem cascos de girassol moídos, que pode ser um subproduto agrícola da produção de óleo de girassol e são tradicionalmente incinerados para recuperar o valor de combustível. Os cascos de girassol triturados podem ter um tamanho de partícula médio de menos de 800 μm (por exemplo, maior que 200 μm e/ou maior que 400 μm).

[0021] Por palha, quer-se dizer as folhas e caules de culturas de campo, como milho (maíz) ou sorgo que são comumente deixados em um campo após a colheita das culturas de campo. A palha pode incluir cascos/cascas residuais. A palha usada nas modalidades exemplificativas dos resíduos de cultura pode ser de culturas de grão de cereais e/ou culturas oleaginosas e não de leguminosas. Por fibras residuais, quer-se dizer fibras como bagaço e fibras de milho. O bagaço inclui matéria fibrosa que permanece depois que a cana ou o caule de sorgo é esmagado para extrair o suco. As raízes das culturas podem ser descritas como parte de uma planta que a prende ao solo ou a um suporte (normalmente subterrâneo), projetada para transportar água e nutrientes para outras partes da planta por meio de galhos e fibras.

Espuma à base de poliuretano

[0022] Espumas à base de poliuretano, tais como espumas rígidas de poliuretano, contêm porções de uretano e são produzidas por materiais de partida que incluem um componente de isocianato e um componente reativo de isocianato. A composição para formar a espuma à base de poliuretano pode ser preparada com o uso de um sistema de componente único ou um sistema de dois componentes. No sistema de um componente, um componente de isocianato e um componente reativo de isocianato (enquanto que o reativo de isocianato pode ser incorporado ao componente de isocianato de modo que um pré-polímero terminado com isocianato seja um componente no sistema) está presente. No sistema de componente único, a espuma de poliuretano pode ser preparada quando o material é aplicado a um substrato. No sistema de dois componentes, o componente de isocianato e o componente reativo de isocianato são fornecidos separadamente e, após a mistura dos dois componentes separados, a espuma de poliuretano pode começar a se formar. Os sistemas de um componente e de dois componentes podem incluir um agente de expansão.

[0023] O componente de isocianato inclui pelo menos um isocianato (por exemplo, um poliisocianato e/ou um pré-polímero terminado em isocianato). O componente reativo de isocianato inclui pelo menos um componente poliol que inclui um ou mais polióis. O componente reativo de isocianato pode incluir um componente aditivo opcional que inclui pelo menos um aditivo opcional (tal como um agente de expansão, um catalisador, um agente curativo, um extensor de cadeia, um retardador de chama, um modificador de viscosidade, um enchimento, um pigmento, um estabilizante, um tensoativo, um plastificante, um zeólito e/ou outros aditivos que modifiquem as propriedades do produto final de poliuretano resultante). Em modalidades exemplificativas, o componente reativo de isocianato pode incluir, pelo menos, o agente de expansão e/ou pelo menos o agente de expansão e o catalisador.

[0024] Além disso, de acordo com modalidades, o componente de isocianato e/ou o componente reativo de isocianato incluem os resíduos de cultura triturados. Os resíduos de cultura triturados podem ser pré-misturados (isto é, misturados antes da formação da espuma de poliuretano) com o componente de isocianato e/ou o componente reativo de isocianato. Em modalidades exemplificativas, pelo menos uma porção do resíduo de colheita triturado (por exemplo, como um pó) é adicionada (por exemplo, misturada) ao componente reativo de isocianato (por exemplo, em uma totalidade do componente reativo de isocianato ou uma porção do mesmo) antes da formação do produto da reação polimérica de poliuretano do componente de isocianato e do componente reativo de isocianato.

[0025] Em modalidades exemplificativas, um sistema de um componente inclui o componente de isocianato, em conjunto com o componente reativo de isocianato, na forma de um ou mais pré-polímeros terminados em isocianato na composição para formar a espuma à base de poliuretano. Os pré-polímeros terminados em isocianato são derivados de poliisocianatos. O pré-polímero terminado em isocianato pode ter um teor de NCO livre (isto é, porção química de isocianato) de 5% a 30% em peso (por exemplo, 5% a 25%, 5% a 20%, 8% a 18% %, etc.). O pré-polímero terminado em isocianato pode representar de 20,0% em peso a 90,0% em peso de um peso total da composição para formar a espuma à base de poliuretano. Em modalidades exemplificativas, um sistema de dois componentes inclui um componente de isocianato que tem um ou mais poliisocianatos e/ou um ou mais dos pré-polímeros terminados em isocianato. Por exemplo, o sistema de dois componentes pode incluir de 10,0% em peso a 95,0% em peso (por exemplo, 20,0% em peso a 90,0% em peso, 40,0% em peso a 85,0% em peso, 45,0% em peso a 75,0% em peso, 45,0% em peso a 65,0 em peso, 45,0% em peso a 55,0% em peso, 49,0% em peso a 55,0% em peso, etc.) do poliisocianato, com base no peso total da composição para formar a espuma de poliuretano.

[0026] Os poliisocianatos exemplificativos incluem o diisocianato de tolueno (TDI) e as suas variações conhecidas por um indivíduo de habilidade comum na técnica, e o diisocianato de difenilmetano (MDI) e variações dos mesmos conhecidos por um indivíduo de habilidade comum na técnica. Podem ser usados outros isocianatos conhecidos na técnica de poliuretano, por exemplo, conhecidos na técnica para revestimentos à base de poliuretano. Exemplos, incluem isocianatos modificados, tais como derivados que contêm grupos biureto, ureia, carbodiimida, alifonato e/ou isocianurato podem também ser utilizados. Exemplos de produtos à base de isocianato disponíveis incluem produtos PAPI™, produtos ISONATE™ e produtos VORANATE™, produtos VORASTAR™, produtos HYPOL™, produtos HYPERLAST™, produtos Isocianatos TERAFORCE™, disponíveis junto à The Dow Chemical Company.

[0027] O componente poliol do componente reativo de isocianato para formar a espuma à base de poliuretano pode incluir um ou mais polióis. O componente poliol pode incluir um ou mais polióis selecionados a partir do grupo de um poliéter poliol, um poliol de poliéster, um poliol de policarbonato, um poliol derivado de um óleo natural e/ou um poliol simples (tal como glicerina, etilenoglicol, propilenoglicol e butilenoglicol). Por exemplo, o um ou mais polióis podem incluir um ou mais poliéter polióis e/ou um ou mais polióis de poliéster. Os poliéter polióis podem ser preparados, por exemplo, pela polimerização de epóxidos, tais como óxido de etileno, óxido de propileno e/ou óxido de butileno. O um ou mais polióis podem ter um número de hidroxila de 50 mg KOH/g a 550 mg KOH/g (por exemplo, 100 a 550 mg KOH/g). Por exemplo, o componente de poliol pode incluir um componente de poliol de alta funcionalidade e um componente de poliol de baixa funcionalidade. O componente poliol de alta funcionalidade pode incluir um ou mais polióis que têm uma funcionalidade de hidroxila de 4,0 ou superior (por exemplo, de 4,0 a 7,0). O baixo componente poliol funcional pode incluir um ou mais polióis que têm uma funcionalidade de hidroxila inferior a 4,0 (por exemplo, de 2,0 a menos de 4,0). Em modalidades exemplificativas, pelo menos 50,0% em peso (por exemplo, 50,0% em peso a 85,0% em peso) do componente reativo de isocianato pode ser o componente poliol de elevada funcionalidade. Menos de 30,0% em peso (por exemplo, de 1,0% em peso a 25,0% em peso, etc.) do componente reativo de isocianato pode ser o componente aditivo opcional.

[0028] O componente reativo de isocianato pode reagir com o componente de isocianato a um índice de isocianato de 70 a 350 (por exemplo, 80 a 300, 90 a 250, 90 a 200, 90 a 180, 100 a 170, etc.). O índice de isocianato é medido como os equivalentes de isocianato na mistura de reação para formar a rede de poliuretano, dividido pelo total de equivalentes de materiais que contêm hidrogênio reativo de isocianato na mistura de reação, multiplicado por 100. Considerado de outro modo, o índice de isocianato é a razão de grupos isocianato sobre átomos de hidrogênio reativos de isocianato presentes na mistura de reação, fornecido em porcentagem.

[0029] O componente aditivo pode incluir um ou mais agentes de expansão. Agentes de expansão exemplificativos incluem hidrofluorocarbonetos (HFC), hidroclorofluoroolefina (HCFO), água e ácidos carboxílicos, tais como ácido fórmico. Podem ser usados agentes de expansão conhecidos na técnica para uso em espumas rígidas de poliuretano.

[0030] O componente de aditivo pode incluir um ou mais catalisadores. Por exemplo, o componente de aditivo pode incluir um catalisador à base de estanho e/ou amina. Por exemplo, o componente de catalisador pode representar menos de 5,0% em peso de um peso total do componente reativo de isocianato. Um agente de cura incluindo pode ser um composto de diamina orgânico bifuncional ou um composto de diamina orgânica trifuncional. O componente extensor de cadeia opcional pode incluir um extensor de cadeia, por exemplo, que possui dois grupos reativos de isocianato por molécula e pode ter um peso equivalente por grupo reativo de isocianato menor que 400. O componente de reticulação opcional pode incluir pelo menos um agente de reticulação que tenha três ou mais grupos reativos com isocianato por molécula e um peso equivalente por grupo reativo com isocianato inferior a 400.

[0031] Vários outros aditivos, por exemplo, aqueles conhecidos dos versados na técnica, podem ser incluídos no componente aditivo opcional. Por exemplo, podem ser usados agentes corantes, agentes ligantes de água, substâncias tensoativas, extensores e/ou plastificantes. Corantes e/ou pigmentos (tais como dióxido de titânio e/ou negro de carbono), podem ser incluídos no componente aditivo opcional para conferir propriedades de cor ao elastômero de poliuretano. Os pigmentos podem estar na forma de sólidos ou os sólidos podem ser pré- dispersos em um carreador de poliol. Reforços (por exemplo, flocos ou vidro moído e/ou sílica pirogênica) podem ser usados para conferir certas propriedades. Outros aditivos incluem, por exemplo, estabilizadores de UV, antioxidantes, agentes de liberação de ar e promotores de adesão, que podem ser usados independentemente dependendo das características desejadas da espuma de poliuretano.

[0032] O componente aditivo e/ou o sistema de poliuretano podem incluir ou excluir quaisquer cargas orgânicas e inorgânicas sólidas conhecidas na técnica para uso em espumas rígidas de poliuretano. Os enchimentos sólidos podem ser cargas de reforço. Por exemplo, em algumas modalidades exemplificativas, essas cargas sólidas orgânicas e/ou inorgânicas (tais como enchimentos de reforço) podem ser incluídas com o resíduo de cultura triturado (por exemplo, como um pó) na espuma à base de poliuretano resultante. Em algumas modalidades exemplificativas, os enchimentos de reforço (tais como fibras/partículas minerais, fibras/partículas de vidro, fibras de carbono e/ou fibras de madeira/partículas), podem ser excluídos do sistema de poliuretano. Em outras modalidades exemplificativas, o componente aditivo, o sistema de poliuretano e/ou espuma à base de poliuretano podem excluir cargas sólidas, como cinza volante, cinza de fundo, areia fina, fibras céricas/partículas, fibras minerais/partículas de fibras de vidro/partículas, fibras de negro de carbono, negros de carbono, grafite, fibras/partículas de madeira, talcos, argilas, sílicas, carbonatos de cálcio, pós plásticos (tais como pós à base de propileno e pós à base de ABS - acrilonitrila- butadieno-estireno), fosfatos, óxidos e/ou poliamidas.

[0033] A espuma de poliuretano pode ser formada por uma aplicação de aspersão e/ou vertimento que aplica o sistema de poliuretano sobre um substrato de base e/ou uma superfície (por exemplo, na superfície de um molde aquecido ou o uso de um molde pode ser evitado). A aplicação de aspersão e/ou vertimento pode ser realizada em um dispositivo transportador, por exemplo, de uma maneira contínua. Por exemplo, a aspersão e/ou vertimento pode ser realizado dentro de uma cavidade de painel, para que a espuma curada se torne o núcleo de isolamento de painéis ensanduichados produzidos com substratos adequados como aço, papel, alumínio ou outros materiais usados na indústria de painéis ensanduichados.

[0034] Todas as partes e porcentagens encontram-se em peso a menos que indicado de outra forma. Todas as informações de peso molecular têm como base o peso molecular ponderal médio, a menos que indicado de outro modo. Exemplos

[0035] Propriedades aproximadas, caracteres, parâmetros, etc., são fornecidos abaixo em relação a vários exemplos de trabalho, exemplos comparativos e os materiais usados nos exemplos de trabalho e comparativos.

[0036] Os seguintes materiais são principalmente usados:

[0037] Sistema Formulado: Um sistema formulado para formar poliuretanos que inclui uma mistura que tem pelo menos um poliéter poliol de alta funcionalidade, um poliol de baixa funcionalidade e aditivos como um catalisador e agente de expansão, cujo sistema formulado é comercializado como utilizável para produção de painéis de face rígida para construções pré-fabricadas e armazéns frigoríficos (disponíveis junto à The Dow Chemical Company como VORACOR™ CD 804).

[0038] Isocianato: Di-isocianato difenil metileno polimérico, também chamado de PMDI (disponível junto à The Dow Chemical Company como VORANATE™ M 220).

[0039] Cascos de girassol: Um aditivo de resíduo de cultura de oleaginosas que é um material em pó preparado com cascos de girassol crus e exposição do material a um forno a vácuo entre 70 a 100 °C para reduzir o teor de umidade da perda inicial na secagem de 8 a 13% para aproximadamente 2 a 5% durante um período de 13 dias. O material seco resultante é subsequentemente triturado até um tamanho médio de partícula inferior a 600 μm com o uso do Laboratory Mill 3100 disponível junto à Perten Instruments, com um triturador de martelo com um tamanho de espaçamento de 1 mm.

[0040] Pó de madeira: Um aditivo lenhoso que é um pó de madeira também conhecido como pinho escocês.

[0041] Cascos de Soja: Aditivo de resíduo de leguminosas que é um material em pó preparado com cascos de soja crus e exposição do material a um forno a vácuo para reduzir o teor de umidade de sua perda inicial na secagem 8 a 13% para aproximadamente 2 a 5% ao longo de um período de 13 dias. O material seco resultante é subsequentemente triturado com um triturador de martelo de 1 mm de espaçamento. O material resultante tem menos de 5,0% em peso de perda na secagem.

[0042] As condições aproximadas (por exemplo, em relação ao tempo e às quantidades) e as propriedades para formar os Exemplos de Trabalho 1 a 4 e os Exemplos Comparativos A a F são discutidas abaixo.

[0043] Os Exemplos de Trabalho 1, 2, 3 e 4, e o Exemplo Comparativo A, são preparados de acordo com as seguintes formulações aproximadas na Tabela 1, abaixo. Cada um dos Exemplos de Trabalho 1 a 4 e Exemplo Comparativo A são preparados com o uso de 100 partes em peso do Sistema Formulado e 120 partes em peso de Isocianato, e os Exemplos de Trabalho 1 a 4 incluem ainda quantidades variáveis dos Cascos de Girassol. O Exemplo Comparativo A é um exemplo de controle que exclui quaisquer aditivos residuais de culturas trituradas.

[0044] Cada um dos Exemplos Comparativos B, C, D, E e F é preparado com o uso de 100 partes em peso do Sistema Formulado e 120 partes em peso do Isocianato, com quantidades variáveis de resíduos de madeira ou leguminosas.

[0045] A Tabela 1 acima mostra que para os Exemplos de Trabalho 1 a 4 é possível modular o fator de resistividade de vapor de água em condutividade térmica controlada com o uso de diferentes quantidades de Cascos de Girassol como um aditivo em um sistema de espuma rígida de poliuretano moldado a uma densidade aplicada desejada dentro de uma faixa de 35 a 45 kg/m3. Em particular, mostra-se que à medida que aumenta a quantidade de pó de casco de girassol triturado na composição, o fator de resistividade de vapor de água aumenta.

[0046] Em contraste, cada um dos Exemplos Comparativos B a F, que incluem o Pó de Madeira ou os Cascos de Soja, mostra uma influência quase negligenciável no fator de resistividade de vapor de água. Além disso, pelo menos o Exemplo Comparativo B em relação ao Exemplo Comparativo D, mostra um agravamento da condutividade térmica.

[0047] Com referência aos Exemplos de Trabalho 1 a 4, e Exemplos Comparativos de A a F, as amostras são preparadas como espumas rígidas expandidas moldadas misturando-se manualmente os componentes nas quantidades indicadas para formar uma mistura de reação e vertendo a mistura de reação em um molde de alumínio fechado de dimensões 20 x 20 x 10 cm e aquecido a 40 °C. O molde de alumínio pode ser previamente tratado com um agente de liberação, como um agente de liberação disponível a partir da linha de produtos ACMOSIL. Como uma etapa preliminar, o aditivo, se incluído, é disperso no Sistema Formulado na quantidade de carga indicada para formar uma pasta fluida viscosa. Como tal, para a suspensão viscosa ou o sistema formulado para o Exemplo Comparativo A, faz-se reagir com o Isocianato acoplado à mistura a 2.500 rpm com um misturador de ar Heidolph. Em seguida, a espuma reagente resultante é vertida no molde de alumínio fechado e deixada reagir. A espuma resultante é desmoldada após cerca de 15 minutos. O parâmetro de reatividade, também chamado de tempo de gelificação, é medido por meio de um bastão de ferro fundido dentro da espuma reagente e registado logo que uma colagem filamentosa é visualmente observada no bastão de ferro. A densidade aplicada é medida de acordo com ASTM D-1622. A condutividade térmica é medida de acordo com a EN 12667. A permeabilidade de vapor de água e o fator de resistividade de vapor de água são medidos de acordo com EN 12086. Tal como seria entendido por um indivíduo de habilidade comum na técnica, as propriedades podem ser medidas após aguardar por um período de 24 horas a 120 horas em um ambiente controlado.

Claims

1. Método para produzir uma espuma à base de poliuretano, caracterizado pelo fato de compreender: - fornecer um resíduo de cultura triturado que tem um tamanho médio de partícula inferior a 10 mm e que é preparado triturando-se resíduos de cultura sendo que os resíduos de cultura são derivados de pelo menos um selecionado a partir de culturas de cereais e culturas oleaginosas; - fornecer um sistema de poliuretano que inclui um componente de isocianato e um componente reativo de isocianato, o sistema de poliuretano tendo um índice de isocianato de 70 a 350; - formar um sistema de poliuretano modificado adicionando-se o resíduo de cultura triturado ao sistema de poliuretano em uma faixa de 1,0% a 20,0% em peso, com base no peso total do sistema de poliuretano modificado; e - formar a espuma à base de poliuretano de modo a ter uma densidade aplicada de 30 kg/m3 a 75 kg/m3, de acordo com ASTM D-1622, e de ter o resíduo de cultura triturado incorporado aos polímeros de poliuretano que são um produto da reação do componente de isocianato e do componente reativo de isocianato do sistema de poliuretano.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção do resíduo de cultura triturado ser adicionada ao componente reativo de isocianato antes da formação do produto da reação do componente de isocianato e do componente reativo de isocianato.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de os resíduos de cultura incluírem cascas de girassol.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de o resíduo de cultura triturado ter um tamanho médio de partícula menor que 2 mm.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de a espuma à base de poliuretano ter uma condutividade térmica de 18,0 mW/m-° K a 10 °C a 25,0 mW/m-°K a 10 ° C, medida de acordo com EN 12667.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de entre pelo menos uma porção da faixa, conforme a quantidade do resíduo de cultura triturado incluída no sistema de poliuretano modificado aumenta, o fator de resistividade de vapor de água aumenta, sendo que o fator de resistividade de vapor de água é medido de acordo com a EM 12086.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de: - quando o resíduo de cultura triturado é incluído em uma primeira quantidade dentro da faixa, um fator de resistência à difusão de vapor de água da espuma à base de poliuretano ser de 28,0 ou menos, sendo que o fator de resistividade de vapor de água é medido de acordo com a EM 12086, e - quando o resíduo de cultura triturado é incluído em uma segunda quantidade que é maior do que a primeira quantidade e está dentro da faixa, o fator de resistência à difusão do vapor de água da espuma à base de poliuretano é superior a 28,0.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de: - a faixa ser dividida em uma subfaixa inferior e uma subfaixa superior que abrange uma totalidade da faixa, quando o resíduo de cultura triturado é incluído em uma quantidade dentro da subfaixa inferior, um fator de resistência à difusão de vapor de água da espuma à base de poliuretano é de 28,0 ou menos, sendo que o fator de resistividade de vapor de água é medido de acordo com a EM 12086, e - quando o resíduo de cultura triturado é incluído em uma quantidade dentro da subfaixa superior, o fator de resistência à difusão do vapor de água da espuma à base de poliuretano é superior a 28,0.

9. Método para produzir um painel isolante, caracterizado pelo fato de compreender: - fornecer um substrato de base; e - produzir a espuma à base de poliuretano, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, no substrato de base.