PT96148B - Processo para a preparacao de espumas com a ajuda de fluoroalcanos - Google Patents
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Description
presente invento diz respeito a um processo para a preparação de espumas à base de poli- socianatos, nomeadamente de espumas de poliuretano e espumas de poli-isocianatos. A preparação deste tipo de espumas é conhecida e está descrita, por exemplo, no Kunststoff-Handbuch (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 Ulmann de Quimica Industrial (1980), volume 19 paginas 301 a 341, estão descritas, resumidamente, as materias-primas que podem ser utilizadas e os processos possíveis pata a preparação de espumas rígidas e poliuretano
Em Kirk-Othmer. Encycl. of Chem. Technology, 3rd edition, vol.11 (1980). pages 87-89 e vol. 23 (1983) pages 576-607',' enconttfcfflm-se também referêji cias a esta matéria.
Os propelentes habituais para os poliuretanos são dioxido de carbono - que é produzido, quando da preparação dos poliuretanos, a partir de poli-isocianatos e compostos com hidrogénio reactivo, mediante adição de água - e/ou os chamados propelentes físicos nomeadamente substancias orgânicas voláteis, tais como acetona, acetato de etilo. alcanos substituídos por haloçji nio, como cloreto de metileno. clorofórmio, cloreto de etilideno, cloreto de vinilideno, mobofluorotriclorometano dicloro-difluorometano. e ainda butano. hexano, heptano ou éter dietílico. Por exemplo, através do DE-PS 1 111 381,
-4conhecem-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, C02 ou N20, são igualmente considerados. No Kunststoff-Handbuch (Manual de Plásticos), volume VII, Carl-Hanser-Verlag, Munique (1966), por exemplo nas paginas JI08 e 109 , 453 a 455 e 507 a 510, estão descritos mais pormenores sobre a utilização de propelentes.
Aos propelentes fisicos para espumas de poliuretano colocam-se determinadas exigências.
E necessária uma boa miscibi1 idade dos propelentes com as matérias-primas habituais, no entanto, eles devem ser inso lúveis no poliuretano que então se forma, a fim de se garan tir 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 preferencia os propelentes devem, ainda ser incombustíveis. Todes estas exigências fazem com que, no decurso do desenvolvimento da tecnologia, das espamas de poliuretano, se utilizem clorofluorocarbonetos (CFC), em especial triclorofluorometano (CFC 11), como propelentes fisicos.
Todavia, entretanto, suspeita-se que os CFC danificam a camada de ozônio da terra e, por esta razão, é necessária prescindir-se, quanto antes, da utilização destes compostos e, em vez deles, utilizar, como propelentes fisicos, outras substancias que não sejam prejudiciais ao ozônio.
X»
5Discute-se ο abandono do CFC, como propeiente, a favor de C02 que, - como atrás referido se forma mediante adição de água, quando da preparação dos poliuretanos a partir de poli-isocianatos.
Com efeito, este método é praticável com muitas espumas, no entanto, tem grandes desvanta gens, em especial no caso de espumas rigidas, porque as espumas preparadas deste modo apresentam uma elevada condu tibilidade térmica e, oomo tal, um menor poder de isolamento térmico do que as espumas preparadas com a ajuda de CFC.
Surpreendentemente, descobriu-se, agora, que os fluroalcanos, do mesmo modo que os CFC, são apropriados para a expansãp de espumas à base de poli-isocianatos e a condutibilidade térmica das espumas regidas expandidas com eles é consideravelmente menor do que a condutibilidade térmica das espumas expandidas com C02.
Sobeetudo descobriu-se que estes fluoroalcanos e o C02 podem ser simultâneamente utilizados como p*jpelentes, conseguindo-se. assim, mesmo com uma percentagem relativamente baixa de fluoroalcano (e, respec tivamente. elevada percentagem de C02 e, por isso, elevada percentagem de ãgua na formulação de espuma rígida)1,‘ uma enorme melhoria do efeito de isolamento térmico.
Objecto do presente invento é um processp para a preparação de espumas à base de poli-isocia_ natos, por conversão de poli-isocianatos, compostos, contendo pelo menos, dois átomos de hidrogénio, reactivos perante grupos isocianatos, propelentes e, eventualmente, outroa aditivos, caracterizado pelo facto de se utilizar um propelente constituído, pelo menos, por 10% de moles de um ou vários éteres fluorados da formula geral I com a=4-6, b =1-12 e c = 2-13
De preferencia, pelo menos 20% de moles, em especial 50-80% de moles de propelente, são constituídos por um ou vários fluoroalcanos mencionados. No entanto, em principio, os propelentes também pode ser constituído por 100% de moles destes fluoroalcanos.
Se, no entanto - o que geralmente acontece - o propelente não for todo constituído por estes fluoroalcanos, o radical será, então, constituído por um dos gases propelentes habituais atrás mencionados- mas, em geral, pelas razões atrás mencionadas, deverá prescindir-se em larga medida ou inteiramente dos CFC, De preferencia, o radical é constituído, pelo menos, em parte do/por COg, que é produzido por adição de uma quantidade apropria da de água, quando da conversão dos poli-isocianatos em e_s pumas,
Neste caso, uma quantidade apropriada de água ê uma quantidade que produz a percentagem pretendida de C02. Particularmente preferido é um gãs propelente que é apenas constituído por um ou vários fluoro alcanos mencionados e por C02 (produzido por adição de água), isto é, o radical do gãs propelente atrás mencionado é apenas constituído por C02,
Entre os fluoroalcanos, fluorados da formula I são preferidos aqueles em que a = 4-6, b= 1-8 e c = 3-13. Particularmente, preferidos são equeles em que a = 4-6, b = 1-5 e c = 5-13.
A preparação dos fluoroalcanos é descrita em : Ullmann:s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume A 11 (1988), paginas 349-389, em especial as páginas 354-355; A. M. Lovelace et al., Aliphatic Fluorine Compounds (1958); H„ Liebig e K. Ulm, Herstellung und Anwendung Aliphatischer Fluorverbindungen 11., (Prepara ção e Aplicação de Compostos de Fluor II). Chemiker Zeitung (1976), páginas 3-13.
Um outro objecto do presente inven to são espumas à base de poli-isocianatos, que podemser obtidas pelo processo atrás mencionado.
Se se utilizarem os fluoroalcanos atrás mencionados, podem-se substituir as habituais materias-primas de espuma e, cpmo atrás se disse, reduzir substancialmente as percentagens de ãgua ou do propelente fisico tradicional ou, até mesmo, prescindir inteiramente
-8Poli-isocianatos apropriados para o processo de acordo com o invento são os di-isocianatos ou poli-isocianatos, alifaticos, ciclo-alifaticos e aromáticos habituais para este fim Preferidos são 2,4- e
2,6-tolui1-di-isocianato, difeni1metano-di-isocianato, polimetilenopolrfeni1isocianato e misturas destes. Também se podem utilizar grupos carbodi-imida, grupos uretanps grupos alofonato, grupos isocianurato, grupos ureia ou grupos biureto, contendo poli-isocianatos, que são designados como “poli-isocianatos modificados e pré-polimeros de isocianato.
Fazem-se reagir os poli-isocianatos com compostos que contêm, pelo menos, dois átomos de hidrogénio reactivos perante grupos isocianatos, como, por exemplo, compostos que apresentam grupos hidroxilo. a base de poliéter, poliéster e amina, assim como compostos que apresentam grupos amibo, e/ou carboxilo e/ou grupos tiol. Em regra, estes compostos têm 2-8 átomos de hidrogénio reactivos perante isocianatos.
Como habitualmente, nesta reacção são utilizadas, como catalisadores, aminas terciárias que, eventualmente, também podem conter átomos de hidorgenio activos perante grupos isocianatos e/ou compostos de metais orgânicos, de preferencia sais de estanho de ácidos carbpxilicos.
Além disso, geralmente, são também utilizados aditivos activos â superficie, 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 de poliéter s i loxanos .
Os exemplos 1 a 6, a seguir apre2 sentados, explicam o presente invento. Eles referem-se a formulações típicas de espuma rígida com diferentes percentagens de vários fluoroalcanos. Pelo contrário, no exem pio comparativo, oomo propelente, utiliza-se exclusivamente COg obtido a partir de água.
Na utilização dos fluoroalcanos fluorados de acordo com o invento em conjunto oom C02, mesmo com percentagens relativamente pequenas de fluoroalcano de, por exemplo, 25% de moles relativamente ã quantidade total de propelente, verifica-se uma redução nitida de condutibilidade térmica das espumas.
Com um armazenamento prolongado este efeito aumenta ainda mais.
Os fluoroalcanos são também apropriados para a expaqsão de espumas macias de estrutura porosa e para a preparação de moldes de espuma com núcleo celular e superfícies 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 C02 como propelente exclusivo) g de sacarose/poliéter de oxido de propileno do indice OH 380, 15g de etilenodiamina/poliéter de oxido 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 decorrido cerca de 75 segundos tinha terminado. Obteve-se uma espuma rigida com as características indicadas no quadro.
11EXEMPLO 1
Procedeu-se tal como no exemplo cem parativo, embora com a diferença de que se utilizaram 2,0 g de dimetiIciclo-hexilamina, 2,0 g de água, 22g de 1,122,2-3 ,3-4,4-octafluorobutano (HCFg-CFg-CFg-CFgH) 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 a percentagem de octafluorobutano foi reduzida para 11g,
EXEMPLO 3
Procedeu-se tal como no exemplo 2, mas os 11 g de octafluorobutano foram substituídos por 15g de 1,1.1-2,2-3,3-4,4-nonâfluoro-hexano (CF3-CF2-CE2-CF2ch2-ch3).
EXEMPLO 4 g de glicerina/poliéter de oxido de etileno do indice OH 750, g de sacarose/poliêter de oxido de propileno do indice OH 490, de etilenodiamina/poliéter de oxido de propileno do indice OH 480, g de tetrabromoftalato-diol do indice 0H 220 (ΡΗΤ-4-diol da Great Lakes Chemical), g de tricloro-etilfosfato, g de estabilizador de espuma,
1,5 g de dimetilciclo-hexilamina, g de ãljua, g de 1,1-2,2-3,3-4,4-octafluorobutano e
147 g de MDI e foram expandidos tal como no exemplo compa-13EXEMPLO 5 g de poliéter de etilenodiamina e as mesmas percentagens de oxido de etileno e de oxido de propileno do indice OH 630 foram misturados com 45 g de sorbitol/glicerina/ poliéter de oxido de propileno do indice OH 560, 20 g de glicerina/poliéter de oxido de propileno do inidce OH 160, 20 g de diol de tetrabromofta1 ato do inidce 0H 220, g de tricloro-etilfosfato, assim como 1,0 g de estabilizador de espuma, 1 ,0 g de dimetilciclo-hexilamina,
2,2 g de água, 22 g de 1,1,1-2,2-3,3-4,4-nonafluoro-hexano e 137 g de MDI e foram expandidos tal como no exemplo comparativo.
EXEMPLO 6 g de sorbitol/glicerina/poliéter de oxido de propileno de indice 0H 560 foram misturados com 15 g de etilenodiamina/ poliéter de oxido de propileno do indice 0H 480, 20 g de glicerina/poliéter de oxido de propileno do indice 0H 160, g de diol de tetrabromoftalato, do inidce 0H 220 e 20g de tricloro-etilfosfato, assim como 1,0 g de cada um dos estabilizadores de espuma, comercializados com as designações DC 10 e DC 198 da Fa. Dow-Corning-Corp.,
1,0 g de dimetilciclo-hexilamina, 2,2 g de ãgua, 2¾ de 1,1-2,2-3,3-4,4-5,5-6,6,6-trideca-fluoro-hexano e 137 g de MDI e expandidos, tal como nos exemplos atrás mencionados .
QUADRO
Proporção de moles água/fluoroalcano
Características da espuma densidade condutibilidade em bruto térmica (kg/m^) (23°C, mW/(m.k) ao fim de 1 dia ao fim de 6 semanas
EXEMPLO
COMPARATIVO | 100/0 | 37 | 25,8 | 34,7 |
EXEMPLO 1 | 49/51 | 37 | 22,5 | 25,0 |
EXEMPLO 2 | 75/25 | 35 | 23,5 | 26,7 |
EXEMPLO 3 | 75/25 | 38 | 23,5 | 26,0 |
EXEMPLO 4 | 21/79 | 32 | 21 ,8 | 22,8 |
EXEMPLO 5 | 50/50 | 32 | 20,9 | 22,2 |
EXEMPLO 6 | 50/50 | 36 | 20,5 | 22,3 |
Claims (6)
- REIVINDICAÇOES ,1a.- Processo para a preparação de espumas à base de poli-isocianatos, por conversão de poli-isocianatos, compostos,contendo, pelo menos, dois átomosde hidrogénio, aue reagem perante grupos isocianatos, propelentes e, eventu^lmente outros aditivos, caracterizado por se utilizar um propelente que, pelo menos, em 10% de moles, é composto de um ou vários fluoroalcanos da formula geral I com a=4-6, b~ 1-12 e c ”2-13.
- 2a.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se utilizar um propelente que, pelo menos, em 20% de moles, é composto de um ou vários dos fluoroalcanos mencionados.
- 3a.- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se utilizar um propelente que, pelo menos, em 50-80% de moles é, composto de um ou vários dos fluoroalcanos mencionados.
- 48.- Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo facto de o radical do propelente ser composto, pelo menos, em parte de COg que ê formado por adição de água, quando da conversão dos poli-isocianatos.
- 5*.- Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo facto de o radical do propelente ser composto de C02, que é formado por adição de ãgua,aquando da conversão dos poli-isocianatos.
- 68.- Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo facto de se utilizar um ou vários fluoroalcanos fluorados da formula I, com a = 4-6, b = 1-12 e c = 2-13.-177a.- Processo de acordo com a/ uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo facto de se utilizar um ou varias fluoroalcanos fluorados da formula I, com a=4-6, b= 1-5 e c= 5-13.Lisboa, 10 de Dezembro de 1990
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