BRPI0800945B1 - Método para produzir uma composição de agente de ligação de dois componentes - Google Patents

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Chen Mai
B. Potts Keith
Ardi Lee San
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Rohm And Haas Company
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Abstract

método para produzir uma composição de agente de ligação de dois componentes, e, artigo laminado. um método para produzir uma composição de agente de ligação de dois componentes. o método usa uma mistura cujo primeiro componente contem: (i) 50 a 98% em peso de poliéster terminado em hidróxi tendo um número de hidroxila de 50 a 350 e funcionalidade de hidroxila de 2 a 3; (ii) 1 a 30% em peso de uma resina epóxi tendo um peso de epóxi equivalente de 500 a 4000; e (iii) 1 a 20% em peso de um alcoxisilano orgânico contendo grupos alcóxi c~ 1~-c~ 4~. o segundo componente contem um isocianato multifuncional tendo uma funcionalidade de isocianato de 1,8 a 4; segundo o qual o segundo componente está presente com relação ao primeiro componente em uma relação molar de grupos nco/oh de 0,9:1 a 3:1.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA PRODUZIR UMA COMPOSIÇÃO DE AGENTE DE LIGAÇÃO DE DOIS COMPONENTES (51) Int.CI.: C09J 175/00 (30) Prioridade Unionista: 19/04/2007 US 60/925278 (73) Titular(es): ROHM AND HAAS COMPANY (72) Inventor(es): MAI CHEN; KEITH B. POTTS; SAN ARDI LEE / 10 “MÉTODO PARA PRODUZIR UMA COMPOSIÇÃO DE AGENTE DE LIGAÇÃO DE DOIS COMPONENTES” [1] A presente invenção se refere a adesivo de uretano de duas partes empregando um aduto de silano-poliéster. A invenção é particularmente adequada para uso como um adesivo para laminação para aplicações em retorta e é adequado, por exemplo, para laminar películas de plástico revestidas de SiOx em películas flexíveis, folha de alumínio e outros substratos.
[2] Vários sistemas têm sido usados como adesivos para laminação para laminados para se obter bom aquecimento e resistência à umidade sob condições de retorta. Por exemplo, uma composição de adesivo de retorta sem solvente compreendendo poliéster, resina epóxi e um polímero terminado em isocianato é revelada na patente U.S n° 5.731.090.
[3] Nos últimos anos, películas não metálicas revestidas com hidrolisados de Si(OR)4 e compostos similares (“películas revestidas com SiOx”) têm sido introduzidas em laminados de retorta para substituir folha de alumínio. Películas revestidas com SiOx fornecem umidade extra e barreira ao gás requeridas para as bolsas de retorta. Diferente dos laminados produzidos com folha de alumínio, laminados produzidos com películas revestidas com SiOx permitem aquecimento em um forno de microondas.
[4] O problema endereçado por essa invenção é fornecer um adesivo para laminação melhorado, especialmente para películas revestidas de SiOx.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO [5] A presente invenção é direcionada a um método para produzir uma composição de agente de ligação de dois componentes. O método compreende as etapas de:
(a) preparar uma mistura a qual compreende: (i) 50 a 98% em peso de poliéster terminado em hidróxi tendo um número de hidroxila de 50 a
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350 e funcionalidade de hidroxila de 2 a 3; (ii) 1 a 30% em peso de uma resina epóxi tendo um peso de epóxi equivalente de 500 a 4000; e (iii) 1 a 20% em peso de um alcoxisilano orgânico contendo grupos alcóxi C1-C4;
(b) aquecer dita mistura em uma temperatura de 100 a 150°C ate dissolução da resina epóxi estar substancialmente completa, e evaporar o subproduto álcool C1-C4 em um teor de álcool C1-C4 residual menor que 0,6% em peso para produzir um primeiro componente; e (c) fornecer um segundo componente compreendendo um isocianato multifuncional tendo uma funcionalidade de isocianato de 1,8 a 4; segundo o qual dito segundo componente está presente com relação a dito primeiro componente em uma relação molar de grupos isocianato/hidróxi (NCO/OH) de 0,9:1 a 3:1.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [6] Todas percentagens mencionadas aqui são em peso (% em peso), e temperaturas em °C, a menos que especificado de outra forma. Como usado aqui, “agente de ligação” é um agente que é adequado para unir o mesmo a pelo menos um primeiro material, e preferivelmente também a um segundo material. O primeiro e segundo materiais podem ser os mesmos ou diferentes. Camadas múltiplas de material podem ser unidas usando o agente de ligação. “Agente de ligação” inclui um adesivo, um revestimento base, ou qualquer outro revestimento adequado para se ligar a uma superfície. Uns “alcoxisilano orgânico contendo grupos alcóxi C1-C4” é um silano contendo pelo menos dois grupos alcóxi C1-C4 e um grupo funcional orgânico tendo de uma a vinte átomos de carbono. Um grupo funcional orgânico é aquele o qual contem átomos selecionados entre carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, e enxofre.
[7] Em algumas modalidades da invenção, o alcoxisilano orgânico tem a fórmula R1-A-Si(OR2)3, segundo o qual R1 é um grupo funcional selecionado entre glicidila, amino, vinil, (met)acriloíla, carboxila e mercapto;
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A é um radical difuncional tendo de 1 a 10 átomos de carbono; e R2 é alquila C1-C4. A pode ser aromático, alifático ou alicíclico, e pode ser saturado ou insaturado. Preferivelmente, R2 é alquila C1-C3, e mais preferivelmente metila ou etila. Em algumas modalidades da invenção, A é um grupo -(CH2)n-(X)j(CH2)m, onde n é de 1 a 6, X é NH ou O, j é 0 ou 1, e m é 2 ou 3 quando j é 1 e 0 quando j é 0. Em algumas modalidades, j é 1, X é NH, m é 2 e R1 é um grupo amino. Em algumas modalidades, j e m são 0, e n é 1 a 3; preferivelmente n é 3. Em algumas modalidades, R2 é metila ou etila, alternativamente R2 é metila. Em algumas modalidades, R1 é um grupo glicidila. Em algumas modalidades da invenção, a quantidade de alcoxisilano orgânico no primeiro componente não é maior que 18%, alternativamente não é maior que 15%, alternativamente não maior que 12%, baseado no peso do primeiro componente. Em algumas modalidades, a quantidade de alcoxisilano orgânico é pelo menos 2%, alternativamente pelo menos 3%, alternativamente pelo menos 4%, alternativamente pelo menos 6%, baseado no peso do primeiro componente.
z [8] Álcool mono-funcional pode ser gerado ao longo do tempo da transesterificação de grupos alcoxisilanos com grupos poliéster hidróxi quando o alcoxisilano e o poliéster são misturados. Quando ele contata o isocianato, o álcool mono-funcional pode terminar a reação de formação de uretano. O álcool pode também diminuir o aquecimento e resistência à umidade do adesivo sob condições de retorta. O método dessa invenção minimiza a formação de álcool mono-funcional na mistura de poliéster e silano pré-formando um aduto de poliéster-silano. Acredita-se que as etapas de aquecimento e evaporação aceleram a reação do alcoxisilano orgânico, R1A-Si(OR2)3 com o poliéster terminado em hidróxi para produzir um aduto de poliéster terminado em silano-hidroxi da fórmula R1-A-Si(OR2)2(OR3), segundo os quais R1, A e R2 são como definidos previamente. OR3 é um grupo derivado removendo um átomo de hidrogênio de um grupo hidroxila do
Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 11/21 / 10 poliéster terminado em hidróxi. Em algumas modalidades da invenção, um ou ambos grupos R2 remanescentes são substituídos pela reação do alcoxisilano com moléculas adicionais do poliéster terminado em hidróxi. Em algumas modalidades, a mistura de poliéster terminado em hidróxi, resina epóxi e alcoxisilano é aquecida a 100 a 150°C por 2 a 5 horas, ou mais se necessário. Em algumas modalidades, a temperatura é de 100 a 130°C. Preferivelmente, a resina epóxi é completamente dissolvida no poliéster, mas existem quantidades traço de sólidos remanescentes. Em algumas modalidades, o álcool mono-funcional, R2OH é evaporado para reduzir o nível de álcool mono-funcional para menos que 0,5%, alternativamente menos que 0,4%m alternativamente menos que 0,3%, alternativamente menos que 0,2%. Preferivelmente, a evaporação é realizada em pressão reduzida, preferivelmente em uma pressão menor que 100 mmHg (13 kPa), alternativamente em uma pressão menor que 40 mmHg (5,2 kPa). O tempo necessário para reduzir o teor de álcool para o nível desejado irá variar um pouco com o álcool e pressão e temperatura de operação, e pode facilmente ser determinado por aquele versado na técnica, mas tipicamente, a evaporação irá ser realizada em 2 a 24 horas em uma temperatura de 50°C a 130°C, alternativamente de 80°C a 130°C por 2 a 18 horas.
[9] Poliésteres úteis nessa invenção são líquidos a 20°C, e preferivelmente têm baixa viscosidade a 20°C, por exemplo, 500 a 1.000 cps. O poliéster é formado primariamente de ácidos dicarboxílicos e dióis. Dióis são usados em excesso, enquanto que o poliéster é terminado em OH. Dióis alifáticos e ácidos dicarboxílicos são preferidos, embora dióis aromáticos e ácidos dicarboxílicos possam também ser usados. Em seleção de dióis e ácidos dicarboxílicos para formar o poliéster, consideração é feita a compatibilidade com alimento e/ou remédio. Dióis adequados incluem, mas não são limitados a dietileno glicol, propileno glicol, etileno glicol, hexano z
diol, butano diol, neopentil glicol, etc. Ácidos dicarboxílicos adequados
Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 12/21 / 10 incluem, mas não são limitados a ácido adípico, ácido tereftálico, ácido isoftálico, ácido sebácico, ácido azeláico, etc. Uma pequena quantidade de ramificação é aceitável; desse modo, polióis, tal como trimetilol propano, e ácidos carboxílicos (e anidridos), tal como anidrido trimelítico, podem ser incorporados na cadeia de poliéster. A funcionalidade a hidroxila do poliéster fornece o meio pelo o qual o poliéster é reticulado com o poliisocianato para formar um uretano reticulado. O poliéster pode ter alguma funcionalidade ácida, isto é, até um número ácido de cerca de 25, mas nenhuma funcionalidade ácida é requerida ou mesmo desejada. O poliéster terminado em hidróxi irá ter uma funcionalidade de hidroxila de 2 a 3, e desse modo irá conter pelo menos dois grupos hidroxila. Poliésteres terminado em hidroxila preferidos são selecionados de dióis, trióis ou suas misturas. O poliol é suficientemente não volátil já que ele estará completamente ou pelo menos parcialmente disponível para reação com o isocianato durante operações de mistura. Em algumas modalidades da invenção, o poliéster terminado em hidróxi irá ter um número de hidroxila de pelo menos 100, alternativamente pelo menos 150, alternativamente pelo menos 200. Em algumas modalidades, o poliéster terminado em hidróxi irá ter um número de hidroxila de não mais que 300, alternativamente não mais que 280, alternativamente não mais que 250. Em algumas modalidades da invenção, a quantidade de poliol no primeiro componente é não mais que 90% em peso, alternativamente não mais que 85% em peso, alternativamente não mais que 80% em peso, alternativamente não mais que 75% em peso, baseado no peso do primeiro componente. Em algumas modalidades, a quantidade de poliol é pelo menos 55% em peso, alternativamente pelo menos 60% em peso, alternativamente pelo menos 65% em peso. Em algumas modalidades da invenção, a quantidade do primeiro componente na composição de dois componentes é de 30 a 80% em peso da composição, alternativamente de 45 a 70% em peso.
[10] Resinas epóxi particularmente adequadas são resinas epóxi A
Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 13/21 / 10 de bisfenol tendo ambas funcionalidade epóxi e hidroxila conforme descritas acima. Tipicamente, a resina epóxi é sólida a 20°C. A funcionalidade OH da resina epóxi fornece que a resina é reticulada na reação de cura de uretano. Em algumas modalidades da invenção, a resina epóxi tem um peso equivalente em epóxi de não mais que 3000, alternativamente não mais que 2000, alternativamente não mais que 1500, alternativamente não mais que 1000, alternativamente não mais que 750. Em algumas modalidades, o peso equivalente em epóxi é pelo menos 550. Resinas epóxi as quais são sólidas em temperatura ambiente podem ser dissolvidas no poliéster para formar uma composição líquida. Em algumas modalidades, a quantidade de resina epóxi no primeiro componente não é maior que 25%, alternativamente não mais que 22%, baseado no peso do primeiro componente. Em algumas modalidades, a quantidade de resina epóxi é pelo menos 5%, alternativamente pelo menos 10%, alternativamente pelo menos 12%, alternativamente pelo menos 14% baseado no peso do primeiro componente.
[11] O poliisocianato empregado pode ser qualquer poliisocianato adequado, mas preferivelmente é um poliisocianato alifático, um poliisocianato aromático ou uma mistura dos mesmos. Preferivelmente, o poliisocianato tem uma funcionalidade de pelo menos 2. Exemplos de poliisocianatos adequados incluem aqueles baseados em diisocianato de tolueno (TDI), diisocianato de difenil metano (MDI), diisocianato de diciclohexil metano (HMDI), seus isômeros e suas misturas. Pré-polímeros de um poliisocianato e um poliol podem também ser empregados. Poliisocianatos alifáticos são especialmente preferidos. As proporções relativas de grupos isocianato para grupos reativos a isocianato podem variar conforme desejado, dentro de uma relação molar de grupos NCO/OH de 0,9:1 a 3:1. Em algumas modalidades da invenção, a relação molar de NCO/OH é de 0,9:1 a 1,5:1. Em algumas modalidades da invenção, a quantidade do segundo componente na composição de dois componentes é de 20 a 70% em peso da composição,
Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 14/21 / 10 alternativamente de 30 a 55% em peso.
[12] Conforme entendido do antecedente, o sistema da presente invenção contempla o emprego de dois componentes, os quais preferivelmente são misturados usando um misturador adequado (por exemplo, um misturador mecânico eletricamente, pneumaticamente, ou de outra forma movimentado) antes de ou durante aplicação a um substrato para formar o agente de ligação. Desse modo, o primeiro componente tipicamente irá ser acondicionado separadamente do poliisocianato. Mistura pode ocorrer em qualquer tempo adequado no processo de laminação, tal como antes, durante, ou como resultado do processo de aplicação. Todas as etapas do processo podem ser realizadas sob condições de temperatura ambiente. Conforme desejado, aquecimento ou resfriamento pode ser empregado.
[13] O agente de ligação da presente invenção é útil para ligar dois a quatro substratos juntos. Os substratos podem ser material similar ou material dissimilar. Em uma modalidade preferida, uma camada do agente de ligação é aplicada a uma camada do primeiro substrato, e a camada do agente de ligação resultante é converta com uma camada do segundo substrato para formar um artigo laminado segundo os quais os dois substratos são ligados juntos pela camada seca de agente de ligação. Uma terceira e quarta camada de película podem ser adicionadas ao laminado para formar laminas de três ou quatro camadas. Em uma modalidade preferida, as camadas de substrato são fornecidas na forma de rolos de material de substrato. As folhas podem ser da ordem de 1 a 10 mils (25,4 a 254 μm) em espessura. Espessuras maiores são também possíveis, como são espessuras menores (por exemplo, na ordem de 1 ou mais mícrons).
[14] As composições da presente invenção podem ser aplicadas a substratos desejados usando técnicas convencionais de aplicação tais como laminadores sem solvente, impressão por rotogravura, impressão flexográfica, pulverização sem ar ou convencional, revestimento por rolo, revestimento por
Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 15/21 / 10 escova, revestimento por haste enrolada de arame, revestimento por faca, ou processos de revestimento tais como processos de revestimento por cortina, por inundação, por sino, por disco e por imersão. Revestimento com o agente de ligação pode ser feito sobre a superfície toda ou somente uma parte da mesma, tal como ao longo da margem, ou em locais intermitentes.
[15] O agente de ligação é particularmente atrativo para aplicações de empacotamento e selagem. Por exemplo, em um aspecto, uma película de plástico, película revestida de SiOx, película de metal, ou película de plástico metalizada é laminada (por exemplo, toda ou pelo menos parte de sua superfície, tal como ao longo de suas margens, ou em locais intermitentes) com o agente de ligação da presente invenção. Em uma tal aplicação, alimento pode ser acondicionado para preparação em saco de cozimento, ou o laminado resultante deve ser usado para selar ou acondicionar algum outro artigo.
[16] Nem o primeiro componente nem o segundo componente requer qualquer solvente orgânico; desse modo, a composição descreve aqui são composições de adesivo essencialmente 100% sólidas. Enquanto solventes orgânicos podem estar presentes em quantidades menores, por exemplo, até cerca de 2% em peso, alternativamente até cerca de 1% em peso (incluindo subproduto álcool), para ajuste da viscosidade ou outros propósitos, de um ponto de vista de teor orgânico volátil (VOC), adição de solventes orgânicos é indesejada.
EXEMPLOS
EXEMPLO 1:
[17] O primeiro componente foi preparado de 144 gramas de resina epóxi EPON 1002 (produto da condensação de álcool de A-glicidila de bisfenol, disponível de Hexion Co.), tendo um peso equivalente de epóxi de 600 a 700 dissolvido em 576 gramas de poliéster a 100°C. O poliéster era um adipato de dietileno de Mw 500 com um número de hidroxila de 225. (3Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 16/21 / 10 glicidoxipropil)trimetoxisilano (80 g) foi adicionado na mistura de poliéster/epóxi. A mistura foi aquecida para 120°C por 3 horas para dissolver a resina epóxi, e então evaporada sob vácuo em pressão residual de 20 mmHg (2600 mPa) e 110 a 120°C por 9 horas para extrair excesso de metanol da reação. O nível de subproduto metanol residual era 0,26%.
[18] O segundo componente foi um diisocianato de hexametileno polimérico com % de NCO de 21,5% e funcionalidade de 3.
[19] 130 gramas do primeiro componente e 100 gramas do segundo componente foram misturados em uma relação molar de NCO/OH de 1,0 antes de produzir o laminado. A mistura de laminado foi aplicada imediatamente a película de Nylon e unida por alfinetada com a película de CPP na maneira convencional. O peso do revestimento era 1,0 a 1,2 pounds/ream (1,6-2g/m2) e a temperatura da alfinetada era 50°C. Película de PET revestida com SiOx foi então laminada para o laminado de NYLON/CPP para formar o laminado triplo de película de SiOx/NYLON/CPP.
[20] O teste de retorta foi conduzido uma semana depois após o adesivo estivesse curado. O laminado triplo foi produzido em bolsas e carregado com água para o teste de retorta a 132°C e 15 psi (205 kPa) por 30 minutos. A adesão entre a película de SiOx e o NYLON após o teste de retorta permaneceu maior que a resistência da película.
Exemplo comparativo 1:
[21] O primeiro componente foi preparado de 144 gramas de resina epóxi EPON 1002F dissolvido em 576 g de poliéster a 100°C. O poliéster era adipato de dietileno de Mn 500 com número de hidroxila de 225.
[22] O segundo componente era um diisocianato de hexametileno polimérico com % de NCO de 21,5% e funcionalidade de 3.
[23] 120 gramas do primeiro componente e 100 gramas do segundo componente foram misturados juntos em uma relação molar de NCO/OH de 1,0 antes de produzir o laminado. A mistura de adesivo foi aplicada e testada
Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 17/21 / 10 como no exemplo 1. Existia uma abertura entre o PET revestido com SiOx e o NYLON após o teste de retorta. A adesão entre essas camadas era quase zero. Exemplo comparativo 2:
[24] O primeiro componente foi preparado de 144 gramas de resina epóxi EPON 1002F dissolvido em 576 g de poliéster a 100°C. O poliéster era adipato de dietileno de Mn 500 com número de hidroxila de 225. (3glicidoxipropil)trimetoxisilano (80 g) foi adicionado na mistura de poliéster/epóxi em temperatura ambiente. O nível de subproduto metanol residual era 0,62%.
[25] O segundo componente era um diisocianato de hexametileno polimérico com % de NCO de 21,5% e funcionalidade de 3.
[26] 120 gramas do primeiro componente e 100 gramas do segundo componente foram misturados juntos em uma relação molar de NCO/OH de 1,0 antes de produzir o laminado. A mistura de adesivo foi aplicada e testada como no exemplo 1. Existia uma abertura entre o PET revestido com SiOx e o NYLON após o teste de retorta, mas a adesão entre essas camadas diminuiu para 148 g/15 mm com a separação e destruição do adesivo.
Preparação do primeiro componente Adesão de SiOx/Nylon antes do teste de retorta Adesão de SiOx/Nylon após o teste de retorta
Exemplo 1 Silano adicionado a 100°, vácuo em 20 mmHg Destruição da película Destruição da película
Exemplo comparativo 1 Nenhum silano presente Destruição da película < 6g/15 mm, deslaminação total
Exemplo comparativo 2 Silano adicionado em temperatura ambiente Destruição da película 148 g/15 mm, separação do adesivo
Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 18/21 / 2

Claims (9)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para produzir uma composição de agente de ligação de dois componentes, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
    (a) preparar uma mistura a qual compreende: (i) 55 a 90% em peso de um poliéster terminado em hidróxi tendo um número de hidroxila de 50 a 350 e funcionalidade de hidroxila de 2 a 3; (ii) 5 a 25% em peso de uma resina epóxi tendo um peso de epóxi equivalente de 500 a 4000; e (iii) 2 a 18% em peso de um alcoxisilano orgânico contendo grupos alcóxi C1-C4;
    (b) aquecer dita mistura em uma temperatura de 100 a 150°C ate dissolução da resina epóxi estar completa, e evaporar o subproduto álcool C1-C4 em uma pressão menor que 100 mmHg (13 kPa) em um teor de álcool C1-C4 residual menor que 0,4% em peso para produzir um primeiro componente; e (c) fornecer um segundo componente compreendendo um isocianato multifuncional tendo uma funcionalidade de isocianato de 1,8 a 4;
    segundo o qual dito segundo componente está presente com relação a dito primeiro componente em uma relação molar de grupos isocianato/hidróxi (NCO/OH) de 0,9:1 a 3:1.
  2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alcoxisilano orgânico tem a fórmula R1-A-Si(OR2)3, segundo o qual R1 é um grupo funcional selecionado entre glicidila, amino, vinil, (met)acriloíla, carboxila e mercapto; A é um radical difuncional tendo de 1 a 10 átomos de carbono; e R2 é alquila C1-C4.
  3. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que A é um grupo -(CH2)n-(X)j-(CH2)m, onde n é de 1 a 6, X é NH ou O, j é 0 ou 1, e m é 2 ou 3 quando j é 1 e 0 quando j é 0; segundo o qual R2 é metila ou etila.
  4. 4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro componente compreende 60 a 85% em peso do
    Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 19/21
    2 / 2 poliéster terminado em hidróxi, 10 a 25% em peso da resina epóxi, e a 4 a 15% em peso do alcoxisilano orgânico.
  5. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que R1 é glicidila, j e m são 0, e n é 3.
  6. 6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que dito isocianato multifuncional é um diisocianato de hexametileno polimérico com funcionalidade de pelo menos 2,3.
  7. 7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o número de hidroxila do poliéster terminado em hidróxi é de 150 a 280.
  8. 8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a relação molar de grupos NCO/OH é de 0,9:1 a 1,5:1.
  9. 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a resina epóxi é derivada de bisfenol A e é sólida a 20°C.
    Petição 870170084525, de 01/11/2017, pág. 20/21
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