PT96102B - Processo para a preparacao de espuma a base de poli-isocianatos - Google Patents

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Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE ESPUMA A BASE DE POLI-ISOCIA NATOS i
Para isto, utiliza-se um propelente constituído por pelo menos, 10% demoles, de um ou vários éteres fluorados da fórmula geral I
H.F - O - C.H F. b c d e f com a = 1-6 b = 1-12 = 1-12 d = 1-2 e = 0-5 f = 0-5, etc.
•3-
presente invento diz respeito a um processo para a preparação de espumas à base de poli-isocianatos, nomeadamente de espumas de poliuretano e espumas de poli-isocianurato. A preparação deste tipo de espumas é conhecida e está descrita no KunststoffHandbuch (Manual de Plásticos), volume VII, poliuretanos, Cari Hanser Verlag Munique Viena (1983) páginas 246 a 331, assim como nas EP-A1-0 077 964, EP-A1-0 334 059, DE-AS 1 694 138 (=GB-PS 1 209 243).
Na enciclopédia Ullman de Quimica Industrial (1980) volume 19 páginas 301 a 341, estão descritas resumoidamente as matérias-primas que podem ser utilizadas e os processos possíveis para a preparação de espumas rigidas de poliuretano.
Em Kirk-Othmer, Encyclo. of
Chem. Technology 3rd edition, Vol. 11 (1980) pages 87-89 e Vol. 23 (1983), pages 576-607 encontram-se também referências a esta matéria.
Os propelentes habituais para os poliuretanos são dióxido de carbono - que é produzido quando da preparação dos poliuretanos, a partir dé poli-isocianatos e compostos com hidrogénio reactivo, mediante adição de água - e/ou os chamados propelentes fisicos nomeadamente substâncias orgânicas volafeis, tais como acetona, acetato de etilo, alcanos substituídos por halogénio, como cloreto de metileno, clorofórmio, cloreto de etilideno, cloreto de vinilideno, dicloro-difluorometano, e ainda butano, hexano, heptano ou éter dietílico. Através do DE-PS 1 111 381“,conhecem-se as possibilidades de utilização de hidrocarbonetos fluorados para a preparação de espumas de poliuretano para isolamento térmico.
Também os propelentes inorgânicos como, por exemplo, ar, CC>2 ou N2O, são igualmente considerados.
No Kunststoff-Handbuch (Manual de Plásticos) volume VII, Carl-Hanser-Verlag, Munique (1966) por exemplo, nas páginas 108 e 109, 453 e 507 a 510, estão descritos mais pormenores sobre a utilização de propelentes.
Aos propelentes fisicos para espumas de poliuetano colocam-se determinadas exigências.
É necessária uma boa miscibilidade dos propelentes com as matérias-primas habituais, no entanto, eles devem ser insolúveis no poliuretano que então se forma, a fim de se garantir uma boa qualidade das espumas. Além disso, por causa do calor de reacção existente quando da formação de espuma, que pode provocar um aumento de temperatura até cerca de 200°C, quando da expansão de peças mais volumosas, espera-se que o propelente tenha uma boa estabilidade térmica. De preferência, os propelentes devem, ainda ser incombustíveis. Todas estas exigências fazem com que, no decurso do desenvolvimento da tecnologia das espumas de poliuretano, se utilizam cloro-fluorocarbonetos (CFC) em especial triclorofluorometano (CFC 11) como propelentes fisicos.
Todavia, entretanto, suspeita-se que os CFC danificam a camada de ozono da terra e, por esta razão é necessário prescindir-se, quanto antes, da utilização destes compostos e, em vez deles, utilizar, como propelentes fisicos, outras substâncias que não sejam prejudiciais ao ozónio.
Discute-se o abandono do CFC, como propelente, a favor de CO2 que, como atrás referido - se forma mediante adição de água, quando da preparação dos poliuretanos, a partir de poliisocianatos. Com efeito, este método é particável com muitas espumas, no entanto, tem grandes desvantagens, em especial no caso de espumas rígidas, porque as espumas preparadas deste modo apresentam uma elevada condutibilidade térmica e, como tal, um menor poder de isolamento térmico do que as espumas preparadas com a ajuda de CFC.
Surpreendentemente, descobriu-se, agora, que os éteres fluorados, do mesmo modo que os CFC, são apropriados para a expansão de espumas à base de poli-isocianatos e a condutibilidade térmica das espumas rigidas expandidas com eles é consideravelmente menor do que a condutibilidade térmica das espumas expandidas com CC>2, Sobretudo descobriu-se que estes éteres fluorados e o CC>2 podem ser simultaneamente utilizados como propelentes, conseguindo-se, assim, mesmo com uma percentagem relativamente baixa de éteres fluorados (e, respectivamente, elevada percentagem de C02 e, por isso, elevada percentagem de água na formulação de espuma rigida) uma enorme melhoria do efeito de isolamento térmico.
Objecto do presente invento é um processo para a preparação de espumas à base de poli-isocianatos, por conversão de poli-isocianatos, compostos, contendo, pelo menos, dois átomos de hidrogénio, reactivos perante grupos isocianatos, propelentes e, eventualmente, outros aditivos, caracterizado pelo facto de se utilizar um propelente constituído pelo menos, por 10% de moles de um ou vários éteres fluorados da fórmula geral I
C H, F - 0 - C.H F^ abc d e f coftr
a = 1-6 d = 1-2
b = 1-12 e = 0 -5
c = 1-12 f = 0-5
De preferência, pelo menos
20% de moles, em especial, 50-80% de moles do propelente, são constituídos por um ou vários éteres fluorados menciona dos. No entanto, em principio, o propelente também pode ser constituído por 100% de moles destes éteres. Se, no entanto - o que geralmente acontece - o propelente não for todo constituído por estes éteres, o radical será, então, consti tuido por um dos gases propelentes habituais atrás menciona dos. De preferência, o radical é constituído, pelo menos, em parte, por CC^, que é produzido por adição de uma quanti dade apropriada de água, quando da conversão dos poli-isocianatos em espumas. Neste caso, uma quantidade apropriada de água e uma quantidade que produz a porção pretendida de CC>2. Particularmente preferido é um gás propelente que é apenas constituído por um ou vários éteres mencionados e por C02 (produzido por adição de água) isto é, o radical do gás propelente atrás mencionado é apenas constituído por CO^.
Entre os éteres fluorados da fórmula I são preferidos aqueles em que
a = 1-5 d = 1-2
b = 1-6 e = 1-3
c = 5-10 f = 2-4
Particularmente preferidos são aqueles em que
a = 1-3 d = 1-2
b = 1-4 e = 1-3
c = 1-6 f = 2-4 etc.
A preparação dos éteres fluorados é descrita em : Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume A 11 (1988) páginas 349-389 em especial a página 367; A. M. Lovelace et al., Aliphatic Fluorine Compounds (1958); H. Liebig e K. Ulm., Herstellung und Anwendung aliphatischer Fluorverbindungen II., (Preparação e Aplicação de Compostos de Flúor II.) ChemikerZeitung (1976) páginas 3-13.
Um outro objecto do presente invento são espumas à base de poli-isocianatos, que se obtêm pelo processo atrás mencionado.
Se se utilizarem os éteres fluorados atrás mencionados, podem-se substituir as habituais matérias-primas de espuma e, como atrás se disse, reduzir substancialmente as percentagens de água ou do propelente fisico tradicional, ou aténesmo, prescindir inteiramente deles.
Poli-isocianatos apropriados para o processo de acordo com o invento são os di-isocianatos ou poli-isocianatos, alifáticos, ciclo-alifáticos e aromáticos habiteis para este fim. Preferidos são 2,4- e 2,6-toluildi-isocianato, difenilmetanodi-isocianato, polimetilpolifenilisocianato e misturas destes. Também se podem utilizar grupos carbodi-imidas, grupos uretanos, grupos alofanatos, grupos isocianuratos, grupos ureias ou grupos biuretos, contendo poli-isocianatos, que são designados como poli-isocianatos modificados e pré-polimeros de isocianato.
Fazem-se reagir os poli-isociana tos com compostos que contêm, pelo menos, dois átomos de hidrogénio reactivos perante grupos isocianato, como, por exemplo, compostos que apresentam grupos hidroxilo à base de poliéter, poliéster e amina, assim como compostos que apresentam grupos amino e/ou carboxilo e/ou grupos tiol. Em regra estes compostos têm 2-8 átomos de hidrogénio reactivos perante isocianatos.
Como habitualmente, nesta reacção , como catalisadores, são utilizadas aminas terciárias que, eventualmente, também podem conter átomos de hidrogénio activos perante grupos isocianato e/ou compostos orgânicos de metais de preferência sais de estanho de ácidos carboxilicos.
Além disso, geralmente, são também utilizados aditivos activos à superfície, como emulsionantes e estabilizadores de espuma. Quanto aos emulsionantes, trata-se por exemplo, de sais de ácidos gordos; como estabilizadores de espuma, utilizam-se muitas vezes poliéter-siloxanos.
Os exemplos 1 a 7, a seguir apresentados, explicam o presente invento, Eles referem-se a formulações tipicas de espuma rigida com diferentes percen tagens de vários éteres fluorados. Pelo contrário, no exemplo comparativo, como propelente, utiliza-se exclusivamente CO2 obtido a partir de água. Na utilização dos éteres fluorados de acordo com o invento em conjunto com CC>2, mesmo com percentagens relativamente pequenas de éter de, por exemplo 25% de moles relativamente à quantidade total de propelente , verifica-se uma redução nitida de condutibilidade térmica das espumas. Com um armazenamento prolongado este efeito aumenta ainda mais.
Os éteres fluorados são também apropriados para a expansão de espumas macias de estrutura porosa e para a preparação de moldes de espuma com núcleo celular e superfície compacta, segundo DE-AS 1 694 138 (de acordo com GB-PS 120 243).
As características das espumas preparadas nos exemplos abaixo estão indicadas no quadro que se segue.
(Exemplo Comparativo) (Utilização de CO2 como propelente exclusivo) g de sacarose/poliéter de óxido de propileno do indice OH 380, 15 g de etilenodiamina/poliéter de óxido de propileno do indice OH 480, 1 g de estabilizador de espuma (tipo DC 193 da Dow Corning Corp.)
1,5 g de dimetilciclo-hexilamina e 3,8 g de água foram bem misturados, durante 15 segundos, por meio de um agitador com 2.500 rotações; em seguida, adicionaram-se 192 g de difenilmetano-di-isocianato em bruto (tipo corrente MDI) que foram bem misturados durante 10 segundos e, por fim, vazaram-se num molde de papel. A mistura começou a formar espuma ao fim de aproximadamente 15 segundos e quando tinham decorri do cerca de 75 segundos tinha terminado. Obteve-se uma espuma rigida com as características indicadas no quadro.
EXEMPLO 1
Procedeu-se tal como no exemplo comparativo, embora com a diferença de que se utilizaram 2,0 g de dimetilciclo-hexilamina, 2,0 g de água, 15 g de éter metilico de 1-hidro-tetrafluoroetilo (CHF2-CF2-O-CH3) e 165 g de MDI.
EXEMPLO 2
Procedeu-se tal como no exemplo 1, mas a quantidade de água foi aumentada para 3,0 g e a quantidade de MDI para 180 g e as 15 g de éter metílico de 1-hidrotetrafluoro-etilo foram substituídas por 10 g de éter metílico de 2-hidro-hexafluoropropilo (CFg-CHF-CF2-CF2-o-CH3).
EXEMPLO 3
Procedeu-se tal como no exemplo 2, mas a quantidade de água foi aumentada para 3,4 g e a quantidade de MDI para 186 g. Em vez de éter metílico de 2-hidro-hexafluoropropilo utilizaram-se 4,5 g de éter etilico de 1-hidro-tetrafluoro-etilo (chf2-cf2-o-ch2-ch3).
EXEMPLO 4 g de glicerina/poliéter de óxido de etileno do indice OH 750, 50 g de sacarose/poliéter de óxido de propileno do indice OH 490, 15 de etilenodiamina /poliéter de óxido de propileno do indice OH 480, 20 g de diol tetrabromoftalato do indice OH 220 (ΡΗΤ-4-diol da Great Lakes Chemical), 20 g de tricloro-etilfosfato, 1 g de água, 28 g de éter metílico de 1-hidro-tetrafluoroetilo
(CHF2-CF2-O-CHg) e 147 g de MDI foram expandidos tal como no exemplo comparativo.
EXEMPLO 5
Procedeu-se tal como no exemplo 4, no entanto, em vez de 15 g, utilizaram-se apenas 10 g de glicerina/poliéter de óxido de etileno do indice OH 750, assim como 55 g de sorbitol/glicerina/poliéter de óxido de propileno do indice OH 560 em vez de 50 g de sucrose/poliéter de óxido de propileno do indice OH 490 e o propelente éter metilico de 1-hidro-tetrafluorometilo foi substituido por 40 g de éter (1,l-difluoro-2,2-difluoro etil)-1,1,1-trifluoroetilico (CHF„-CF„-O-CH„-CF^).
EXEMPLO 6 g de poliéter de etilenodiamina e as mesmas percentagens de óxido de etileno e óxido de propileno do indice OH 630 foram misturadas e expandidas com 45 g de sorbitol/glicerina/poliéter de óxido de propileno do indice OH 560, 20 g de glicerina/poliéter de óxido de propileno do indice OH 160., 20 de diol de tetrabromoftalato do indice OH 220 e 20 g de tricloro-etilfosfato assim como 1,0 g de estabilizador de espuma, 1,0 g de dimetilciclo-hexilamina, 2,2 g de água, 13 g de éter etilico de (1,l-difluoro-2,2-difluoro-etilo) (CHF2-CF2-O-CH2-CH3) e 137 g de MDI, tal como no exemplo 1.
EXEMPLO 7
Procedeu-se tal como no exemplo 4, mas as 28 g de éter metilico de 1-hidro-tetrafluoretilo foram substituidas por 35 g de éter metilico de (1,1,1-trifluoro-2-fluoro-3,3-difluoro-propilo (CF^-CHF-CFg-O-CH3).
QUADRO
Proporção de moles água/éter fluorado
Densidade bruta (kg/m3)
Características da espumei
Condutibilidade térmica (23°C,mW/ (m.K.) ao fim de 1 dia ao fim de 6 semanas
Exemplo compara-
tivo 100/0 37 25,8 34,7
Exemplo 1 49/51 36 23 ,0 26,4
Exemplo 2 75/25 37 22,8 26,4
Exemplo 3 86/14 34 23,9 29 ,0
Exemplo 4 21/79 32 22,1 23,8
Exemplo 5 22/78 26 21,0 21,9
Exemplo 6 58/42 32 23,1 26,3
Exemplo 7 22/78 35 21,3 22,1

Claims (5)

  1. REIV INDICAÇÕES:
    lâ. Processo para a preparação de espuma, à base de poli-isocianatos, por conversão de poli-isocianatos, compostos, contendo pelo menos, dois átomos de hidrogénio reactivos perante grupos isocianatos, propelentes e, eventualmente outros aditivos, caracterizado pelo facto de se utilizar um propelante constituído por pelo menos 10% de moles, de um ou vários éteres fluorados da fórmula geral I
    C H.F - 0 - C.H F,. abc d e f com a = 1-6 d = 1-2 b = 1-12 e = 0-5 c = 1-12 f = 0-5, etc.
  2. 2â. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se utilizar um propelante constituído por 20% de moles de um ou vraios éteres fluorados mencionados.
  3. 3ã. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se utilizar um propelante constituido por 50-80% de moles, de um ou vários éteres fluorados mencionados.
  4. 4ã. - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto do radical do propelente ser, pelo menos, em parte, composto de CC>2, que é formado por adição de água, quando da conver são dos poliisocianatos.
  5. 5^. - Processo de acordo com
    uma das reivindicações de 1 de o radical do propelente, formado por adição de água, -isocianatos. a 3, caracterizado pelo facto ser composto de CC>2, que é quando da conversão dos poli- uma das reivindicações de 1 de se utilizar um ou vários com 6ã. - Processo de acordo com a 5, caracterizado pelo facto éteres fluorados da fórmula I a = 1-5 d = 1-2 b = 1-6 e = 1-3 c = 5-10 f = 2-4, etc. uma das reivindicações de 1 de se utilizar um ou vários 7§. - Processo de acordo com a 5, caracterizado pelo facto éteres fluorados da fórmula I
    com
    1*
    -16a = 1-3 b = 1-4 c = 1-6 d = 1-2 e = 1-3 f = 2-4, etc.
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