BRPI0903539A2 - use of phyllosilicates as a component for polyurethane manufacture - Google Patents

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Ottavio Raul Domenico Riberti Carmignano
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Ottavio Raul Domenico Riberti Carmignano
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UTILIZAçãO DE FILOSSILICATOS COMO COMPONENTE PARA FABRICAçãO DE POLIURETANO. Espumas flexíveis de poliuretano foram preparadas utilizando filossilicatos. A utilização deste material promoveu um aumento do valor de CFD~ 40~, redução dos valores de histerese, assim como redução do poder de queima do material, O processo de preparação emprega filossilicatos, utilizando na obtenção da matriz polimérica, poliol, TDI, índice de isocianato controlado e água e diclorometano como agente de expansao. Pelo mesmo princípio utilizado nas espumas flexíveis, outros poliuretanos podem ser fabricados com a utilização de filossilicatos.USE OF PHILOSILICATES AS A COMPONENT FOR THE MANUFACTURE OF POLYURETHANE. Flexible polyurethane foams were prepared using phyllosilicates. The use of this material promoted an increase in the value of CFD ~ 40 ~, a reduction in the hysteresis values, as well as a reduction in the burning power of the material. The preparation process uses phyllosilicates, used in obtaining the polymeric matrix, polyol, TDI, index of controlled isocyanate and water and dichloromethane as the blowing agent. By the same principle used in flexible foams, other polyurethanes can be manufactured using phyllosilicates.

Description

UTIUZAÇAO DE FILOSSILICATOS COMO COMPONENTE PARA FABRICAÇAO DPOLIURETANO.UTILIZATION OF PHILOSILICATES AS A COMPONENT FOR DPOLIURETAN MANUFACTURE.

A presente invenção caracteriza-se pela utilização de filossilicatos comocomponente na fabricação de poliuretanos, substituindo ou não parte do poliol utilizado.The present invention is characterized by the use of component components phyllosilicates in the manufacture of polyurethanes, whether or not replacing part of the polyol used.

Os silicatos são abundantes na crosta terrestre, sendo que 25 % dos mineraispertencem a esta classe. Os silicatos são formados por unidades estruturais contendotetraedros representados por SiO4. Dentro da classe dos silicatos está inserida a subclassedos filossilicatos.Silicates are abundant in the earth's crust, and 25% of the minerals belong to this class. Silicates are formed by structural units containing tetrahedra represented by SiO4. Within the class of silicates is inserted the phylosilicate subclasses.

O poliuretano é um polímero formado por macromoléculas lineares queapresentam na cadeia a repetição do grupamento funcional uretana (Figura 1).Polyurethane is a polymer formed by linear macromolecules that present in the chain the repetition of the urethane functional group (Figure 1).

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Figura 1: Estrutura genérica do poliuretanoFigure 1: Generic Polyurethane Structure

Sua formulação foi patenteada pelo químico Otto Bayer, em 1937, sendoconsiderado um dos materiais poliméricos de maior êxito neste século, devido à suaversatilidade.Its formulation was patented by chemist Otto Bayer in 1937, and is considered one of the most successful polymeric materials of this century due to its softness.

Na área de produtos flexíveis, o poliuretano popularizou-se principalmente nossegmentos de colchões, estofados e assentos automotivos.In the area of flexible products, polyurethane has been mainly popularized in our automotive mattress, upholstery and seat segments.

Na área de produtos rígidos o poliuretano tem uma ampla utilização, podendoestar presente:In the area of rigid products, polyurethane is widely used and may be present:

- na indústria automotiva (em painéis, parachoques, portas e outros)- in the automotive industry (in panels, bumpers, doors and others)

- Na construção civil (em isolamentos térmicos, sancas, forros e outros)- In civil construction (in thermal insulation, crown molding, ceilings and others)

- Na construção de barcos- In boat building

- Como isolamento térmico em geladeiras- As thermal insulation in refrigerators

- Além de outras utilizaçõesAlguns produtos são utilizados na síntese de poliuretanos com a finalidade demodificar as propriedades finais deste material, como cargas e copolímeros.- In addition to other usesSome products are used in the synthesis of polyurethanes in order to modify the final properties of this material, such as fillers and copolymers.

Uma carga largamente utilizada em espumas flexíveis de poliuretano é ocarbonato de cálcio, devido aos seguintes fatores: custo, não abrasividade, não toxicidadee ter cor clara o que facilita pigmentação.A widely used filler in flexible polyurethane foams is calcium carbonate due to the following factors: cost, non-abrasiveness, non-toxicity and light color which facilitates pigmentation.

Entretanto este material, utilizado em grande quantidade, favorece uma reduçãona qualidade das espumas flexíveis.However, this material, used in large quantities, favors a reduction in the quality of flexible foams.

Outro material utilizado comumente na síntese de poliuretanos são oscopolímeros. Estes são materiais estranhos à cadeia polimérica que passam a fazer parteda cadeia pois participam das reações de polimerização.Another material commonly used in the synthesis of polyurethanes is oscopolymers. These are foreign materials to the polymer chain that become part of the chain because they participate in polymerization reactions.

Em espumas de poliuretano flexível é muito comum a utilização de copolímeros,seja para aumentar a dureza, a flexibilidade, a resistênia ao rasgo ou resiliência daespuma.In flexible polyurethane foams it is very common to use copolymers, either to increase hardness, flexibility, tear resistance or foam resilience.

Pelas considerações acima relacionadas, a presente invenção caracteriza-se porpromover um método de preparação de espumas flexíveis de poliuretano com estruturacelular homogênea e empregando filossilicatos em porcentagem que variam de 1 a 70%,no interior da matriz polimérica. O poliol utilizado na formulação da espuma pode sersubstituído, em parte, pelo filossilicato, que age como um copolímero na espuma.From the above considerations, the present invention is characterized by providing a method of preparing flexible polyurethane foams with homogeneous structure and employing percentage phyllosilicates ranging from 1 to 70% within the polymer matrix. The polyol used in the foam formulation may be replaced in part by the phyllosilicate, which acts as a copolymer in the foam.

Para o bom entendimento da invenção serão citados exemplos não limitantes,apresentando uma formulação onde 15% do poliol foi substituído por esteatito(filossilicato) e uma formulação de espuma pura.For a good understanding of the invention non-limiting examples will be cited, presenting a formulation where 15% of the polyol was replaced by steatite (phyllosilicate) and a pure foam formulation.

Exemplo 1: Síntese das espumas flexíveis de poliuretano.Example 1: Synthesis of flexible polyurethane foams.

Para realização do presente trabalho, foram sintetizadas espumas flexíveis depoliuretano, de acordo com a formulação e metodologia descritas a seguir.To perform the present work, flexible polyurethane foams were synthesized, according to the formulation and methodology described below.

Para fabricação das espumas flexíveis utilizou-se as formulações descritas natabela 1.Tabela 1: Exemplos de formulações de espumas com e sem filossilicatos.For the manufacture of flexible foams, the formulations described in table 1 were used. Table 1: Examples of foam formulations with and without phyllosilicates.

<table>table see original document page 4</column></row><table><table> table see original document page 4 </column> </row> <table>

Para o exemplo descrito acima utilizou-se o esteatito, porém outros filossilicatospodem ser utilizados.For the example described above, steatite was used, but other phyllosilicates may be used.

Como o filossilicato entrou na formulação substituindo parte do poliol, eleparticipa das reações químicas de síntese das espumas de poliuretano. Desta forma outrospoliuretanos, além de espumas, podem também ter o poliol substituído por filossilicatos.As the phyllosilicate entered the formulation replacing part of the polyol, it participates in chemical synthesis reactions of polyurethane foams. Thus other polyurethanes, in addition to foams, may also have the polyol substituted by phyllosilicates.

Foram realizados testes em escala industrial utilizando uma caixa de expansão com2,25 χ 1,95 χ 1,30 m, onde foram realizados testes com esteatito e serpentinito. Ambosapresentaram o mesmo comportamento, substituindo parte do poliol na formulação daespuma, mostrando que outros filossilicatos podem ser utilizados, por possuíremestrutura química semelhante.Industrial scale tests were performed using an expansion box with 2.25 χ 1.95 χ 1.30 m, where steatite and serpentinite tests were performed. Both showed the same behavior, replacing part of the polyol in the foam formulation, showing that other phyllosilicates can be used because they have a similar chemical structure.

A análise térmica do serpentinito mostra que este perde água, tanto provenienteda umidade, quanto presente na sua estrutura. Como é absorvido calor para liberaçãodesta água, isto reduz o poder de queima dos materiais com este filossilicato presente.The thermal analysis of the serpentinite shows that it loses water, either from moisture, or present in its structure. As heat is absorbed to release this water, this reduces the burning power of materials with this present phyllosilicate.

Este comportamento foi observado em testes de queima de espuma de poliuretanocontendo serpentinito. Porterem estrutura semelhante, outros filossilicatos apresentam omesmo comportamento de retardante de chama.MetodologiaThis behavior was observed in serpentinite polyurethane foam burning tests. Due to their similar structure, other phyllosilicates exhibit the same flame retardant behavior.

Em um recipiente plástico descartável, foram colocados o poliol e o filossilicato,quando utilizado, sendo esta mistura agitada até completa homogeneização. Em seguida,adicionou-se a amina, o surfactante e água. A mistura foi submetida á agitação mecânicapor 30 s. Logo após foi adicionado o catalisador (octoato de estanho), sendo a misturanovamente agitada por 30 segundos. Introduziu-se o isocianato, submetendo a massareagente a 4 segundos de agitação. Após esta agitação a mistura foi vertida em caixacúbica de madeira, com 32 χ 36 centímetros de base, por 23 cm de altura. Após aexpansão as espumas foram retiradas da caixa e deixadas em repouso 72 h para cura,sendo então analisadas as propriedades mecânicas, que serão descritas a seguir.In a disposable plastic container, polyol and phyllosilicate were placed, when used, and the mixture was stirred until complete homogenization. Then, the amine, the surfactant and water were added. The mixture was mechanically stirred for 30 sec. Immediately afterwards the catalyst (tin octoate) was added and the mixture stirred again for 30 seconds. The isocyanate was introduced and subjected to 4 seconds stirring. After this stirring, the mixture was poured into a wooden box with 32 x 36 cm of base by 23 cm of height. After expansion, the foams were removed from the box and left to stand for 72 h to cure, and then the mechanical properties were analyzed, which will be described below.

Análise Mecânica das espumasMechanical Analysis of Foams

Nas análises mecânicas, as espumas flexíveis foram submetidas a quatro ciclos decompressão-descompressão, com 70% de deformação, com o objetivo de avaliar ocomportamento da histerese e deformação a 40% (CFD40). As condições do experimentoforam determinadas pela norma ISO 3386.In the mechanical analyzes, the flexible foams were submitted to four decompression-decompression cycles, with 70% deformation, aiming to evaluate the hysteresis behavior and 40% deformation (CFD40). The conditions of the experiment were determined by ISO 3386.

Em espumas flexíveis, a histerese está relacionada à perda de energia do sistemaquando este é submetido a um ciclo de compressão-descompressão.In flexible foams, hysteresis is related to system energy loss when it is subjected to a compression-decompression cycle.

Os valores encontrados para as propriedades mecânicas das espumas sintetizadasforam os seguintes:The values found for the mechanical properties of the synthesized foams were as follows:

Tabela 1: Propriedades das espumasTable 1: Foam Properties

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Na tabela 1, observa-se que a espuma com esteatito apresentou maiores valoresde CFD40 que a espuma pura. Este fato já era esperado visto que o esteatito comporta-secomo um copolímero na matriz polimérica. Pode-se observar também que a espuma comesteatito apresentou valores menores de histerese que aquela pura.Table 1 shows that the steatite foam presented higher CFD40 values than the pure foam. This fact was already expected since steatite behaves as a copolymer in the polymeric matrix. It can also be observed that the foamed foam presented lower hysteresis values than the pure one.

Claims (7)

UTILIZAÇÃO DE FILOSSILlCATOS COMO COMPONENTE PARA FABRICAÇÃO DEPOLIURETANOUSE OF PHILOSILLECATES AS A COMPONENT FOR POLYLURETAN MANUFACTURE 1. - Processo de preparação de espumas de poliuretano, flexíveis, semirígidas ourígidas com um ou mais filossilicatos.1. - Process for the preparation of flexible, semi-rigid polyurethane foams with one or more phyllosilicates. 2. - Processo de preparação de espumas de poliuretano, flexíveis, semirígidas ourígidas com um ou mais filossilicatos modificados pelo tratamento com ácidos, bases,copolímeros ou outros.2. - Preparation process of flexible, semi-rigid polyurethane foams with one or more phylosilicates modified by treatment with acids, bases, copolymers or others. 3. - Processo de preparação de espumas de poliuretanos, segundo itens 1 e 2,utilizando poliol, diisocianato (TDI ou MDI (modificado ou não) ou outro isocianato),surfactante, agentes de expansão (água, cloreto ou outro) e catalisadores (aminas,octanoato de estanho ou outro).3. - Polyurethane foam preparation process according to items 1 and 2, using polyol, diisocyanate (TDI or MDI (modified or not) or other isocyanate), surfactant, blowing agents (water, chloride or other) and catalysts ( amines, tin octanoate or other). 4. - Processo de preparação de espumas de poliuretano segundo itens 1, 2 e 3 com umou mais filossilicatos com concentrações de 1 a 70%.4. Process for preparing polyurethane foams according to items 1, 2 and 3 with one or more phyllosilicates with concentrations of 1 to 70%. 5. - Processo de preparação de espumas de poliuretano, segundo itens 1 a 4, parautilização:a) Na indústria moveleira (colchões, estofados, cadeiras, etc.)b) Como isolamento térmico (na construção civil, fabricação de caixas térmicas, baúsrefrigerados, etc.)c) Na indústria automotiva (em bancos, encostos de cabeça, painéis, para-choques, etc.)d) Na indústria de calçados.5. - Process of preparation of polyurethane foams, according to items 1 to 4, for use: a) In the furniture industry (mattresses, upholstery, chairs, etc.) b) As thermal insulation (in construction, manufacture of thermal boxes, chilled boxes , etc.) c) In the automotive industry (in seats, headrests, panels, bumpers, etc.) d) In the shoe industry. 6. - Processo de preparação de outros poliuretanos, além de espumas, onde o poliol ésubstituído por um filossilicato, sendo válidas as mesmas condições descritas nos itens 1 a 5.6. Preparation process of other polyurethanes, in addition to foams, where the polyol is replaced by a phyllosilicate, and the same conditions as described in items 1 to 5 apply. 7.- Processo de preparação de poliuretanos, segundo itens de 1 a 6, utilizandofilossilicato como retardante de chama.7.- Polyurethanes preparation process, according to items 1 to 6, using phyllosilicate as flame retardant.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012135920A1 (en) * 2011-04-08 2012-10-11 Allcarmignano Ottavio Raul Domenico Riberti Use of phyllosilicates as a component for manufacturing polyurethane

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012135920A1 (en) * 2011-04-08 2012-10-11 Allcarmignano Ottavio Raul Domenico Riberti Use of phyllosilicates as a component for manufacturing polyurethane

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