PT85227B - Processo para a fabricacao de artigos de espuma de poliuretano tendo zonas de dureza diferente - Google Patents
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Description
BP CHEMICAL LIMITED, inglesa, industrial, com sede em Belgrave House, 76 Buckingham Pa lace Road, Londres, SW1W OSU, Ingla terra
RESUMO:
A invenção refere-se a um processo para a fabricação de artigos de espuma de poliuretano que compreendem uma espuma dura encapsulada numa espuma macia, com propriedades aperfeiçoadas caracterizado por se provocar a formação de espuma duma formulação de espuma dura com, por exemplo, dióxido de carbono antes de ela ser introduzida no interior da formulação de espuma macia que se expande. A formulação de espuma dura é espumifiçada de maneira que a sua densidade fi que compreendida entre 75% β 145% da formulação de espuma ma cia.
A presente invenção refere-se ao processo para a fabricação de artigos de espuma de poliuretano possuindo uma ou mais zonas de espuma dura encapsulada numa espuma ma cia.
As espumas de poliuretano possuindo zonas ou cama das de dureza diferente estão cada vez a ser mais importantes para a moderna indústria de assentos. Em particular, os assentos feitos de tais espumas estão a ser utilizados na indústria automóvel em que se está a tornar importante redu zir o volume dos assentos, por razões relacionadas com a ef:; cácia de combustível, sem perda de conforto e apoio para o condutor.
Embora se saiba que para aperfeiçoar as caracterír ticas de assentos em espuma de poliuretano se utilizam arames de suporte ou se fabricam assentos a partir de partes individualmente espumosas com zonas de dureza diferente, desenvolveram-se recentemente duas tecnologias alternativas tendo em vista a simplificação do processo de fabrico.
A primeira destas alternativas está descrita na Patente US 4190697. Nesta patente divulga-se uma espuma de poliuretano integral compreendendo camadas de espuma de dureza diferente. Deste modo, aí se divulga uma almofada de assento compreendendo uma camada inferior de suporte de espuma rija para além de uma camada superior mais confortável de espuma macia. A patente descreve igualmente um processo para a fabricação de tais espumas de poliuretano que consiste em adicionar-se uma formulação de espuma rígida a um molde, permitindo-se que a formulação de espuma rígida suba e se expanda e em adicionar-se uma formulação de espuma macia à formulação de espuma rígida em expansão sob condições tais gue permitam que a formulação de espuma macia se introduza na formulação de espuma rígida a fim de se obter uma estrutura por camadas. De preferência a formulação de espuma ma-
cia deverá ser adicionada após a formulação de espuma rígida se ter expandido entre cerca de 10 e 80% do total da sua potencial expansão.
A outra tecnologia alternativa foi descrita na Pa tente Europeia n2.68820. AÍ se divulga um processo para fabricar espumas de poliuretano integral compreendendo zonas de espuma rígida encapsuladas numa espuma macia, que ó particularmente apropriada para fabricar rolos laterais e apoios lombares para os assentos dos automóveis. 0 processo para a fabricação de tais espumas compreende a adição, em primeiro lugar, de uma formulação de espuma macia a um molde, fazer-se subir a expandir esta formulação de espuma macia e adicionar-se subsequentemente uma formulação de espuma rígida sob condições tais que não permitam que a formulação de espu ma rígida se introduza na formulação de espuma macia mas que permitam que a espuma de poliuretano rígida seja encapsulada na espuma de poliuretano macia. A adição da espuma rígida deverá preferencialmente ter lugar ou 1) numa altura em que a formulação de espuma macia já se tenha expandido e su bido entre 250% e 1400% do seu volume original ou 2) numa altura entre t + 5 e t + 15 (os segundos t é o tempo de for mação de ereme da formulação de espuma macia) após se ter introduzido a formulação de espuma macia.
No que respeita ao processo descrito nessa última patente, sabe-se que a encapsulação óptima da formulação de espuma rígida pela formulação de espuma macia dá-se quando a diferença de densidade entre as duas formulações é a me no:* possível no momento em que se adiciona a formulação de espu ma rígida. No entanto, ao minimizar-se a diferença de densi dade, depara-se um problema. Tal problema acontece porque a espuma macia sobe, expande-se a decresce em densidade quando se adiciona a espuma rígida no momento em que esta se en contra num estado de não-expansão e relativamente denso quan
- 4 Li do é introduzida no molde. De forma a ultrapassar este problema, foi necessário passar a introduzir-se a formulação de espuma rígida relativamente cedo logo após a formulação de espuma macia ser precipitada e passar a utilizar-se formulações de espuma macia de reactividade relativamente baixa de forma a evitar uma subida de expansão demasiado rápida da espuma macia.
Descobriu-se agora um processo modificado que irá permitir operar o processo EP 68820 com um número muito maiu vasto de formulações de espuma macias incluindo aquelas de reactividade superior relativamente às previamente utilizadas. Adicionalmente, para umas dadas condições de processamento, o grau de encapsulamento, que í definido pela espessura mínima de espuma em capsuladora sobre a espuma encapsu lada, á aperfeiçoada ao mesmo tempo que se aperfeiçoa a qua lidade do produto. 0 processo compreende a introdução dum agente de formação de espuma que leve a formulação de espuma rígida a espumificar logo que saia da cabeça misturadora, decrescendo deste modo rapidamente a sua densidade. 0 agente de formação de espuma é introduzido adicionalmente aos agentes de expansão, como por exemplo água, o qual leva a formulação de espuma rígida a subir e a expandir-se quando se encontra dentro do molde.
De igual modo, a presente invenção fornece um processo para a fabricação de artigos de espuma de poliuretano flexível moldados, compreendendo espuma de poliuretano rígi da encapsulada numa espuma de poliuretano macia, que compre ende introduzir-se num molde uma formulação de espuma macia fazer-se subir e expandir a formulação de espuma entre 100% e 2500% em volume e, em seguida, introduzir-se uma formulação de espuma rígida dentro da formulação de espuma macia, caracterizado pelo facto de a formulação de espuma rígida compreender um isocianato polifuncional, um álcool polifun?-
cional, um agente de expansão para fazer com que a formulação de espuma dura, quando é introduzida no interior da for mulação de espuma macia, tenha sido espumifiçada numa propor ção tal que a formulação de espuma dura fique compreendida entre 75 e 14% da densidade da formulação de espuma macia.
processo acima descrito tem a vantagem de poder ser aplicado a instalações de mistura/dosagem de espuma já existentes. A utilização de um agente de formação de espuma é eficaz quando é associado com máquinas de alimentação de espuma de poliuretano de baixa pressão, às quais misturam mecânicamente correntes pressunizadas dos componentes da for mulação. Tais máquinas de alimentação possuiem uma câmara de mistura que despressurizam parcialmente e retêm a formulação de espuma antes de a ejectarem. Mediante o controle da quantidade do agente de formação de espuma na formulação e o tempo de permanência na câmara de mistura, a densidade da segunda formulação de espuma pode ser minuciosamente controlada. Pode-se introduzir-se o agente de formação de espuma na cabeça misturadora ou num dos fluxos resinosos.
processo pode igualmente ser utilizado em máquinas de alimentação de espuma de poliuretano de alta pressão, nas quais a mistura dos componentes de formulação é feita através de uma colisão de alta pressão entre os fluxos reagentes. Contudo, em máquinas deste tipo é preferível dissolver ou injectar o agente de formação de espuma quer num álcool polifuncional ou num fluxo de isocianato polifuncional antes que se realize a mistura, uma vez que a injecção direc ta do agente de formação de espuma na cabeça misturadora da máquina de alimentação resulta normalmente em fraca formaçãc de espuma.
Quanto ao agente de formação de espuma, ele é aprç. priado tanto como um gás inerte, como por exemplo ar, diéxi-
cLo de carbono, azoto e similares, ou um agente de expansão artificial que seja altamente volátil sob temperatura ambien te tal como um clorofluormetano, como por exemplo OCl^F, CClgfg e HCFC12, butano, hexano e similares. 0 dióxido de carbono 4 um dos agentes de formação de espuma preferenciais.
Como atrás foi mencionado, a fim de se obter um encapsulamento aperfeiçoado é importante certificar que, quando a segunda formulação relativamente rígida é introduzida sobre a primeira formulação relativamente macia e em subida ou expansão, as densidades das duas formulações de espuma são similares. Apropriadamente em relação ao tempo da sua introdução, a segunda formulação relativamente rígida deverá possuir uma densidade compreendida entre 7% θ 14% da densidade da primeira formulação relativamente macia e em subida e expansão, preferencialmente entre 85% e 12%, e ainda mais preferencialmente entre 9% e 120%.
No que respeita aos componentes padrão das formulações macia e rígida, eles serão familiares aos conhecedores da matéria. Na ER 68820 divulgam-se detalhadamente os tipos de formulações, cujo assunto mais relevante está aqui incorporado por referência. Resumidamente, poder-se-á dizer que o isocianato polifuncional é o preferencialmente utilizado a uma escala comercial. Na prática, tal significa diisocianato (TDI), os isómeros e homólogos mais elevados de di(isocianatofenil) metano (MDX) e prepolímeros de tais com postos com polióis polietéricos, poliós poliméricos ou poli aminas.
Similarmente aos álcoois polifuncionais (conhecidos neste campo como polióis) os polióis polietéricos sao
preparados mediantealcóxilização de dióis simples com um ou mais óxido etilénico, óxido propilémico ou óxido butilénico.
Para se prepararem espumas ô necessário que ambas as formulações de espuma macia e espuma rígida, incorporem um agente de expansão. Tal torna-se particularmente necessário no caso das formulações de espuma rígida uma vez que, embora o agente de formação de espuma cause uma certa dose de expansão, ela é insuficiente para se obter uma espuma coai pletamente expandida. Os agentes de expansão típicos são a água e halocarbonetos artificiais os quais são ligeiramente menos voláteis do que os que são utilizados como agentes de formação de espuma. 0 agente de expansão preferido é a água.
Adicionalmente aos componentes supracitados é normalmente desejável adicionar-se catalisadores, surfactantes estabilizadores de espuma, aditivos para o controle da suavidade, dilatadores de cadeia, retardadores de chama e similares, como se divulga detalhadamente na EP 68820, a fim de se modificar as propriedades físicas das formulações de espu ma.
processo da moldagem ê apropriadamente realizado num molde possuindo uma abertura em cima possuindo uma tampa que pode ser fechada apôs se terem introduzido as formulações. Uma vez que o molde se encontra fechado as formulações podem então subir e expandir-se apôs o que são curadas, sendo posteriormente retirado o artigo já moldado.
Descrever-se-á agora o processo da presente inven Ção com referência aos seguintes exemplos:
Exemplo 1
Para a realização desta experiência e para o teste comparativo que se lhe segue, utilizou-se um molde do mesmo tipo ao que se usa para fabricar assentos para automóveis de poliuretano. 0 molde possui um desenho tal de for ma e o artigo final possuir uma zona central de assento e dois rolos laterais de apoio.
Encheu-se o molde com uma máquina de alimentação a poliuretano de alta pressão. Esta máquina possui três entradas de fluxo (2 para poliol e 1 para isocianato) e uma cabeça misturadora de alta pressão, estando ligada à extremidade de um braço robot. Os 5 fluxos alimentados à cabeça mistura eram como se segue:
Fluxo 1
100 partes do peso total
3,2 partes do peso total
0,05 partes do peso total
0,5 partes do peso total
0,8 partes do peso total
Fluxo 2
100 partes por peso total
2,8 partes do peso total
0,5 partes do peso total
- Poliol para produzir uma formulação de espuma macia poliol polimérico possuindo uma densidade de 16% em relação ao peso do conteúdo de co polímero estireno/acrilonitri lo (BP-U1315) água catalisador de amina UCC A-l produtos do ar catalisador and na 33 IV surfactante de silicone BP-SH-207
- Poliol para produzir uma formulação de espuma rígida poliol polimérico possuindo uma densidade de 30% em relaçêj ao peso do conteúdo de copolímero estireno/acrilonitrilo (BP-RP 1318) água dietanoamina
0,7 partes do peso total produtos do ar catalisador ami na 53 LV
1,0 partes do peso total surfactante de silicone BP SH-209
Fluxo 3 - Fluxo de isocianato
Este fluxo compreendeu uma mistura de 80$ de TDI (80/20) e 20% de MDI em crude. Utilizou-se o isocianato em cada formulação numa quantidade tal que permitisse a cada formulação possuir um índice de 100.
Adicionalmente a estes factos, introduziu-se dióxido de carbono no Fluxo 2 por via dum fluxo de recirculaçãc. A quantidade de dióxido de carbono introduzida foi tal que s formulação de espuma proveniente do fluxo 2 possuía uma densidade de 250 gr/litro quando saiu da cabeça misturadora.
Detalhes do Processamento
Temperatura do molde - 5O-55°O
Temperatura da demoldagem - 8 minutos
1) - Misturaram-se 0 fluxo 1 e 0 fluxo 3 a fim de se obter uma formulação de espuma. A formulação de espuma macia foi introduzida na área do assento e rolos laterais do molde com umaattrtura, utilizando-se 0 braço do robot para mover a máquina de alimentação através do molde. 0 tempo de introdução para a formulação de espuma macia foi de 3,7 segundos.
2) - Misturaram-se 0 fluxo 2 e 0 fluxo 3 a fim de se obter uma formulação de espuma rígida. Esta formulação encon trava-se em estado de formação de espuma quando foi introduzida no molde devido à presença de dióxido de carbono no flu xo 2. A formulação de espuma rígida foi introduzida às tiras na parte lateral esquerda e direita dos rolos laterais seque cialmente (como se descreve na EP 68820), durante um período
de 3 β 6 segundos respectivamente após se ter completado a fase 1. O tempo de introdução de cada caso foi de 1 segundo. Durante a fase 1, a densidade da formulação de espuma rígida estava compreendida entre 100 e 120% da formulação de espuma macia em expansão.
3) - 0 molde foi fechado procedendo-se à cura do seu conteúdo. 0 molde produzido pelo método atrás referido possuía rolos laterais contendo espuma rígida encapsulada com espuma macia. A espessura mínima da espuma macia cobrindo a espuma rígida era de 1 cm.
Teste Comparativo
Repetiu-se a realização do Exemplo 1 com a diferei. ça de que não se introduziu dióxido de carbono no fluxo 2 não se mantendo deste modo qualquer contrôle na densidade ds. espuma rígida. A moldagem produzida pelo método atrás indicado possuía rolos laterais contendo espuma rígida encapsulada com espuma macia. Contudo, neste caso a espessura mínima da espuma macia cobrindo a espuma rígida era 0,3 cm
Claims (6)
- ia. - Processo para a fabricação de artigos de espuma de poliuretano flexível moldados, compreendendo espuma de poliuretano rígida encapsulada numa espuma de poliuretano macia, que compreende introduzir-se num molde uma formulação de espuma macia, fazer-se subir e expandir a formulaI ção de espuma macia entre 100% e 2300% em volume e, em segui da, introduzir-se uma formulação de espuma rígida dentro da formulação de espuma macia, caracterizado pelo facto de a formulação de espuma rígida compreender um isocianato polifuncional, um álcool polifuncional, um agente de expansão e uma quantidade suficiente dum agente de formação de espuma com que a formulação de espuma dura, quando ó introduzida no interior da formulação de espuma macia, tenha sido espumificada numa proporção tal que a densidade da formulação de espuma dura fique compreendida entre 75% e 145% da densidade da formulação de espuma macia.
- 2®. - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca. racterizado pelo facto de a densidade da formulação de espuma dura estar compreendida entre 85% e 125% da densidade da formulação de espuma macia.
- 3®. - Processo de acordo com a reivindicação 2, ca. racterizado pelo facto de a densidade da formulação de espuma dura estar compreendida entre 95% e 120% da densidade da segunda formulação de espuma.
- 4&. - Processo de acordo com a reivindicação 1, ca. racterizado pelo facto de o agente de formação de espuma sei· dióxido de carbono.
- 5®. - Processo de acordo com a reivindicação 4, ca. racterizado pelo facto de o agente de expansão ser água.
- 6a. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o processo compreender ainda as operações subsequentes que consistem em
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