polyurethane guia técnico de espumas flexíveis

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GUIA TÉCNICO DE ESPUMAS FLEXÍVEIS
POLYURETHANE
ÍNDICE
1.Introdução...........................................................................5
1.1. História das Espumas Flexíveis............................................... 5
1.2.Aplicações...................................................................................... 6
7.Resolução de Problemas............................................. 26
7.1. Problemas de Processo........................................................... 14
7.2. Problemas de Propriedades Físicas................................... 29
2.Formação das Espumas Flexíveis................................7
2.1. Reações Químicas....................................................................... 7
2.2. O Processo de Espumação...................................................... 7
2.3. Fórmula Genérica........................................................................ 8
8. Formulações Iniciais..................................................... 30
8.1. Espumas Convencionais........................................................ 30
8.2. Espumas com Carga Inorgânica........................................... 33
8.3. Espumas Macias........................................................................ 34
8.4. Espumas de Alta Resiliência..................................................35
3. Matérias-Primas ..............................................................9
3.1.Polióis............................................................................................. 10
3.2.Isocianatos..................................................................................... 11
3.3. Agentes de Expansão...............................................................12
3.4.Silicones.........................................................................................12
3.5.Catalisadores................................................................................ 13
3.6.Cargas............................................................................................. 14
3.7. Retardantes de Chama ...........................................................15
3.8.Colorantes.................................................................................... 16
4.Cálculos............................................................................... 17
4.1. Cálculo do TDI.............................................................................17
4.2. Fator de Caixa............................................................................. 18
4.3. Cálculo da Densidade.............................................................. 19
5.Produção das Espumas Flexíveis.............................. 20
5.1. Requisitos Básicos.................................................................... 20
5.2. Máquinas de Espumação Contínua.................................. 20
5.3. Processo de Espumação Contínuo.....................................21
5.4. Máquinas de Produção Descontínua.................................21
5.5. Processo de Produção Descontínuo................................ 22
5.6. Máquinas de Espumação Híbridas.................................... 22
6. Propriedades Físicas......................................................23
6.1.Densidade.....................................................................................23
6.2. Deformação Permanente......................................................23
6.3. Força de Indentação................................................................23
6.4. Passagem de Ar......................................................................... 24
6.5.Resiliência ................................................................................... 24
6.6.Resistência ao Rasgamento.................................................. 24
6.7. Tração e Alongamento.......................................................... 24
6.8.Fadiga Dinâmica........................................................................ 25
9. Propriedades Toxicológicas e Procedimentos
de Manuseio......................................................................... 36
9.1.Polióis............................................................................................ 36
9.2.Isocianatos.................................................................................. 36
9.3. Outros Componentes.............................................................37
Apêndice 1............................................................................. 39
Glossário............................................................................................... 39
Apêndice 2............................................................................ 45
Tabela de Conversão de Unidades ........................................... 45
Apêndice 2............................................................................ 46
Bibliografia........................................................................................... 46
1.INTRODUÇÃO
1.1. História das Espumas Flexíveis
A química dos poliuretanos teve seu início em 1849
quando Wurtz e Hofmann reportaram pela primeira
vez a reação entre um isocianato e um composto
hidroxílico. Em 1937, a descoberta da reação de
poliadição dos diisocianatos com glicóis, feita pelo Dr.
Otto Bayer e colaboradores, lançou as sementes da
indústria dos poliuretanos.
A partir de 1950, a Du Pont e a Monsanto iniciaram a
produção comercial de diisocianatos. Em 1953, a Du
Pont anunciou a comercialização de um poliuretano
espumado baseado em pré-polímero. Ainda no início
dos anos 50, o desenvolvimento de poliuretanos
espumados (celulares) fez com que maior ênfase fosse
colocada na produção de diisocianatos aromáticos (TDI
e MDI).
Em 1952, foi anunciada a instalação da primeira fábrica
de espuma flexível na Alemanha. O sucesso comercial
de várias aplicações de poliuretanos na Alemanha
despertou um grande interesse nos Estados Unidos da
América.
Em 1957, Du Pont, Mobay e National Aniline produziam
diisocianatos nos Estados Unidos com uma capacidade
anual conjunta de aproximadamente 35.000 toneladas.
No entanto, o interesse pelo desenvolvimento de
produtos baseados na nova tecnologia ainda era
relativamente pequeno devido aos altos custos e
limitações técnicas.
Entre 1957 e 1958, as empresas Dow Chemical Company,
Union Carbide Corporation e Wyandotte Chemical
Company viabilizaram o desenvolvimento da indústria
de poliuretanos através da introdução dos polióis
poliéter.
O uso destes novos produtos possibilitou a fabricação
de espumas com melhores propriedades, e menor
custo, do que aquelas feitas anteriormente (baseadas
em polióis poliéster).
Os novos isocianatos, introduzidos pela Monsanto e Du
Pont, também desempenharam um papel importante
no desenvolvimento das espumas de poliuretano. Os
sistemas a base de poliéster usavam a técnica “One
Shot” (uma etapa) onde o poliéster, diisocianato, água,
catalisadores e estabilizantes eram misturados em uma
só etapa ocorrendo, então, a reação de espumação.
Os primeiros sistemas a base de poliéter empregavam
o processo de prepolímero, onde o poliéter e o
diisocianato reagiam, numa primeira etapa, para
formar o prepolímero. Numa etapa posterior, este era
misturado com água, catalisadores e estabilizantes
para produzir as espumas. A maior parte das espumas
flexíveis feitas até 1960 usavam a técnica dos
prepolímeros.
A técnica de espumação “One Shot” com polióis
poliéter, que dispensa o uso de pré-polímeros
formados pela reação prévia de isocianato e poliol, foi
introduzida, em 1959, viabilizando o desenvolvimento
de espumas flexíveis para aplicações de grande volume.
As formulações usadas com a técnica “One Shot” eram
baseadas em polióis poliéter, TDI 80/20, catalisadores
amínicos e organo-metálicos e silicones à base de
copolímero de polidimetilsiloxano - glicol. Espumas
flexíveis de poliuretano são fabricadas, atualmente,
usando os mesmos compostos descritos acima.
Na metade dos anos 60 a Dow foi a pioneira na
introdução dos polióis poliéter contendo óxido de
etileno e óxido de propileno (heteropolímeros) que
permitiram uma melhoria no processo de fabricação
das espumas flexíveis de poliuretano.
No início da década de 70, a Union Carbide fez
a introdução pioneira dos polióis copoliméricos,
contendo estireno e acrilonitrila, que permitiram a
fabricação de espumas flexíveis de bloco e moldadas
com uma faixa ainda maior de propriedades físicas e
melhor processabilidade.
A partir dos meados da década de 80, a preocupação
crescente com o meio ambiente, particularmente a
reciclagem dos produtos a base de poliuretano, e a
destruição da camada de Ozônio, provocada pelos
clorofluorocarbonos, marcou o início de uma nova
fase de desenvolvimento de produtos e processos para
os vários segmentos da indústria de poliuretano.
Espumas flexíveis isentas de clorofluorocarbonos,
novos polióis, silicones, catalisadores e agentes
alternativos de expansão, bem como novos processos
de espumação têm sido, desde o início da década de
90, implementados com sucesso.
1.2. APLICAÇÕES DAS ESPUMAS FLEXÍVEIS
As principais características das espumas flexíveis de poliuretano são:
• Baixo Peso
• Alto Conforto
• Excelente Acolchoamento
• Boa Elasticidade
• Boa Resistência ao Rasgamento
• Ótima Resistência à Fadiga
• Facilidade de Corte
• Excelente Conformação
• Bom Isolamento Térmico
As espumas flexíveis podem ser produzidas numa ampla faixa de densidades, com os mais variados graus de
dureza, o que as tornam o material preferido para o estofamento nas indústrias de móveis e colchões.
Estas espumas apresentam ainda resistência à degradação consideravelmente maior do que as espumas baseadas
em látex natural.
Entre as inúmeras áreas de aplicações das espumas flexíveis destacam-se:
• Colchões
• Móveis
• Travesseiros
• Almofadas
• Componentes Automotivos
• Componentes para Calçados
• Brinquedos
• Vestuário
• Artigos de Limpeza
• Artigos de Higiene Pessoal
• Artigos para Construção Civil
• Embalagens
6
2. FORMAÇÃO DAS ESPUMAS FLEXÍVEIS
2.1. Reações Químicas
2.1.1. Reação de Polimerização
A reação de polimerização, também conhecida como reação de gelificação, ocorre em duas etapas sendo que a
segunda etapa é favorecida pelas altas temperaturas desenvolvidas durante o processo de cura do polímero.
Reação Primária
POLIOL
+
ISOCIANATO
=>
URETANA
Reação Secundária
URETANA
+
ISOCIANATO
=>
ALOFANATO
2.1.2. Reação de Expansão
A reação de expansão, ou reação de sopro, também ocorre em duas etapas sendo que na etapa inicial é produzido o
dióxido de carbono que é o gás responsável pela expansão do polímero. Como na reação de polimerização vista acima,
a segunda etapa também é favorecida pelas altas temperaturas desenvolvidas durante o processo de cura do polímero.
Reação Primária
ÁGUA
+
ISOCIANATO
=>
CO2
+
URÉIA DISUBSTITUÍDA
Reação Secundária
URÉIA DISUBSTITUÍDA
+
ISOCIANATO
=>
BIURETO
2.2. O Processo de Espumação
O processo de formação de uma espuma flexível de poliuretano envolve as seguintes etapas:
Dosagem e Mistura dos Componentes
As quantidades determinadas dos componentes da formulação são pesadas e misturadas em um equipamento
apropriado e dispensadas em um molde. No total são utilizados entre 6 e 12 componentes.
Creme
A mistura de líquidos fica saturada com o dióxido de carbono, que se forma na reação da água com o isocianato, dando
ao líquido uma aparência cremosa. Este fenômeno ocorre entre 6 e 20 segundos após a mistura dos componentes.
Crescimento
O calor gerado pela reação e a formação contínua de dióxido de carbono faz com que a massa em polimerização se
expanda até atingir o seu crescimento total, que depende da quantidade total de água e agentes físicos de expansão
presentes na formulação. Este processo se completa entre 60 a 120 segundos após a mistura dos componentes.
Cura
Os blocos de espuma são retirados do molde e transferidos para uma área de cura onde devem permanecer a uma
distância de 40 cm do outro bloco, por um período mínimo de 24 horas antes de serem manuseados.
7
2.3. Fórmula Genérica
8
COMPONENTE
PARTES
Poliol
50 - 100
Poliol Copolimérico
0 - 50
Água
1,0 – 7,0
Cloreto de Metileno
0 - 40
Silicone
0,8 – 5,0
Catalisador Amínico
0,10 – 0,50
Carga Inorgânica
0 - 30
Retardante de Chama
0 - 15
Pigmento
0-1
Outros Aditivos
0-2
Catalisador de Estanho
0,10 – 1,0
TDI – Índice
105 - 120
3.MATÉRIAS-PRIMAS
3.1.Polióis
Os tipos de polióis mais usados na fabricação de espumas flexíveis são os seguintes:
3.1.1. Polióis Poliéteres
São alcoóis polifuncionais contendo uma cadeia polimérica com ligações éter (C-O-C). São representados
genericamente, pela fórmula R-OH e suas principais características estão descritas a seguir:
Funcionalidade
2,5 - 3,0
Peso Molecular
3000 - 5000
N° de Hidroxilas
34 - 56
Viscosidade (25 °C)
500 - 1000 cps
Os polióis poliéteres convencionais podem, ainda, ser subdivididos em duas classes:
•
Homopolióis – polióis fabricados a partir de um iniciador, geralmente a glicerina, e extendidos com um só
óxido, como por exemplo, o óxido de propileno.
•
Heteropolióis - polióis fabricados a partir de um iniciador, geralmente a glicerina, e extendidos com uma
mistura de óxidos, como por exemplo, óxido de propileno e óxido de etileno.
3.1.2. Polióis Copoliméricos
Os polióis poliéteres convencionais podem ser modificados com polímeros orgânicos para dar origem a produtos mais
viscosos, de coloração branca a amarela, que são muito eficazes para melhorar as propriedades físicas, em particular o
suporte de carga, das espumas de poliuretano.
Os polióis copoliméricos são compostos contendo dispersões copoliméricas estáveis de estireno e acrilonitrila em
polióis poliéteres. São também denominados polióis poliméricos ou polióis grafitizados.
As principais características dos polióis copoliméricos estão descritas a seguir:
% De Sólidos
6 - 45
Número de Hidroxilas
20 - 46
Viscosidade (25 °C)
1100 - 6000 cps
Espumas com densidades acima de 26 Kg/m3, feitas com polióis convencionais e TDI 80/20, tornam-se macias e
rasgadiças. Este problema era, antigamente, contornado com misturas de polióis (por exemplo, Voranol® 4730 e
Voranol® 4701) junto com misturas de isocianatos (por exemplo, TDI 80/20 e TDI 65/35). Esta alternativa tem sido
substituída, com vantagens, por misturas de poliol convencional e poliol copolimérico.
3.1.3. Polióis Poliésteres
São alcoóis polifuncionais, contendo uma cadeia polimérica com ligações éster (O=C-O-C), usados em alguns
segmentos específicos, tais como no mercado de espumas para laminação à fogo onde proporcionam maior
adesividade.
9
3.2.Isocianatos
Os isocianatos usados na indústria de poliuretanos têm, pelo menos, dois grupos isocianato (NCO). O isocianato
usado na maioria das espumas flexíveis é o diisocianato de tolueno - TDI. O diisocianato de tolueno apresenta
as seguintes formas isômeras, ou seja, mesma fórmula molecular com diferentes fórmulas estruturais:
CH
3
CH
3
NCO
NCO
OCN
NCO
2,4 Diisocianato de Tolueno
2,6 Diisocianato de Tolueno
O diisocianato de tolueno é comercializado nas seguintes formas:
TDI 80 / 20 (T80)
TDI 65 / 35 (T65)
% Isômero
Teste com80Corante
C 2,4
% Isômero 2,4
D470 65
Teste
20 % Isômero 2,6
35 % Isômero 2,6
F
F
Normalmente, na indústria, o TDI 80/20 é conhecido, simplesmente, por TDI. Portanto todas as formulações que
mencionam TDI como isocianato devem ser entendidas como sendo baseadas no TDI 80/20. Algumas propriedades
típicas do diisocianato de tolueno são apresentadas na tabela abaixo:
F
F
% NCO
Mede
basicamente
a resistência
à
Viscosidade,
25 °C,
cps
ruptura inicial.
Ponto de Congelamento, °C
TDI 80/20
TDI 65/35
48
48
Mede 5
basicamente a ruptura
propagação.
5
14 ± 1
9±1
Acidez Total, %
0,004
0,004
Densidade a 25/4 °C
1,22
1,22
Ponto de Ebulição, °C
250
250
O TDI 65/35 pode ser usado, em misturas com o TDI 80/20, para aumentar o suporte de carga das espumas flexíveis.
Neste caso recomenda-se usar uma mistura de polióis como, por exemplo, 50% Voranol® 4730 e 50% Voranol® 4701.
10
3.3. Agentes de Expansão
Os agentes de expansão são os responsáveis pelo crescimento e formação da estrutura celular das espumas de
poliuretano. Existem dois tipos de agentes de expansão, a saber:
3.3.1. Agente de Expansão Químico
A água é o agente de expansão químico usado na fabricação de espumas flexíveis de poliuretano. É, também,
conhecida como agente principal de expansão pois é usada, sempre, nas formulações de espuma flexível.
O responsável pela expansão do polímero é, na verdade, o dióxido de carbono (CO2), que se forma pela reação química
da água com o TDI.
Uma das funções mais importantes da água é controlar a densidade das espumas flexíveis: quanto maior for o nível de
água, menor será a densidade. A variação da densidade não é linear, e o efeito da quantidade de água na densidade é
mais sentido quando se trabalha com níveis baixos.
Todavia, o nível de água deve ser balanceado na formulação, de modo a não apresentar risco de aumento excessivo da
temperatura interna da espuma.
3.3.2. Agente de Expansão Físico
Os agentes de expansão
são líquidos
ebulição
Testefísicos
com Corante
C de baixo ponto de
D470
Teste que usam o calor liberado durante a formação
da espuma para passar ao estado gasoso e, desta maneira, ajudam a diminuir a densidade da espuma. São, também,
conhecidos como agentes secundários de expansão, pois nem sempre são usados nas formulações de espuma flexível.
Os principais agentes de expansãoFfísicos são o cloreto de metileno e os clorofluorocarbonos (CFCs). É importante
ressaltar que os clorofluorocarbonos foram eliminados das formulações de Fespumas flexíveis pelo seu efeito nocivo à
camada de Ozônio da atmosfera e, também, pelo seu maior custo.
Os níveis aproximados de água e cloreto de metileno comumente usados para fabricar espumas flexíveis com
diferentes densidades estão descritos na tabela abaixo:
F
F 3
DENSIDADE, Kg/m
ÁGUA, pphp
CLORETO, pphp
90
Mede basicamente
45 a resistência à
ruptura inicial.
40
1
Mede1,8
propagação.
-
2
-
35
2,3
-
30
2,6
-
25
3,1
-
20
4,3
-
18
4,7
3
16
5
5
14
5,2
8
12
5,5
15
10
6,5
20
8
7
35
Os níveis acima são aproximados e devem se ajustados de acordo com a altitude da região da fábrica, índice de
TDI e nível de octoato de estanho. Quando o nível de água for maior do que 4,7 pphp (partes por cem partes de
poliol) deve-se usar cloreto de metileno para controlar a exotermia do bloco.
11
3.4.
Silicones
As exigências para um silicone a ser usado no processo de espumação de uma etapa são maiores do que aquelas
necessárias ao processo de espumação envolvendo pré-polímeros. Os silicones, substâncias denominadas copolímeros
de siloxano-glicol podem ser subdivididos em dois tipos:
3.4.1.Hidrolizáveis
Copolímeros de silicone - poliéter unidos pelo grupamento SiOC têm estabilidade limitada com relação à hidrólise.
Estes produtos são estáveis em meio aquoso por períodos de até uma semana quando tamponados adequadamente
com aminas, mas degradam, rapidamente, abaixo de pH 7.
3.4.2.Não-hidrolizáveis
Copolímeros de silicone - Poliéter unidos pelo grupamento SiC têm estabilidade prolongada (vários meses) em meio
aquoso.
Os silicones desempenham um papel fundamental nas diferentes etapas envolvidas na fabricação de espumas de
poliuretano :
Mistura – Os silicones são de um modo geral, solúveis nos compostos utilizados nas reações de poliuretano e,
portanto, funcionam como emulsificantes facilitando o contato e mistura dos componentes da formulação.
Nucleação - A formação da espuma começa quando o gás se desprende da mistura líquida reagente. Os silicones
ajudam a abaixar a tensão superficial e, desta maneira, auxiliam a nucleação e formação de células finas.
Estabilização - Após a formação das bolhas de gás, torna-se necessária a sua estabilização até que a estrutura
celular tenha se formado pela reação de polimerização. Neste período crítico, os silicones desempenham um papel
Teste com da
Corante
D470 Teste
fundamental na estabilização
espumaCevitando o seu colapso.
Abertura Celular - Os silicones auxiliam a abertura celular, necessária para que não ocorra encolhimento da
espuma, trabalhando em conjuntoF com o catalisador de estanho na obtenção de uma estrutura celular forte com
paredes flexíveis que possam se romper (fluindo para a estrutura das células) e permitindo a saída dos gases (ou seja,
F
produzindo espumas com células abertas.)
A tabela abaixo mostra o efeito da quantidade de silicone, como porcentagem da quantidade ideal para uma certa
formulação, na estrutura celular de uma espuma flexível:
F
% de Silicone F
Estrutura Celular
0 – 0,5
Mede basicamente
0,5 – 0,7 a resistência à
ruptura inicial.
0,7 – 0,9
Colapso
Mede basicamente
a ruptura
Rachos,
Densificação
propagação.
Células Grandes (Grossas)
0,9 – 1,2
Células Médias
1,2 – 1,5
Células Pequenas (Finas)
acima de 1,5
Encolhimento
Dosagem do Silicone
A maneira ideal de introduzir o silicone é como um componente separado. Misturas ASA (Água + Silicone + Amina)
são usadas na fabricação de espumas flexíveis de bloco por conveniência de pesagem. As células das espumas onde o
silicone é pré-misturado com água têm a tendência de serem mais grossas. O contato direto de silicone e catalisadores
contendo estanho deve ser evitado pois pode causar a degradação do silicone e provocar o colapso da espuma.
12
3.5.
Catalisadores
Os catalisadores desempenham um papel fundamental nas reações de espumas de poliuretano através do controle das
reações de polimerização e expansão. Além de alterar a velocidade destas reações, os catalisadores exercem influência
considerável nas propriedades físicas finais do polímero.
Os catalisadores mais usados em processos industriais de produção de espumas de poliuretano pertencem a duas
classes distintas de compostos, a saber:
3.5.1. Aminas Terciárias
As aminas terciárias, na sua grande maioria, atuam diretamente na reação de expansão ao passo que os derivados
orgânicos do estanho influenciam fortemente a reação de polimerização. Deste modo a escolha criteriosa destas
duas classes de compostos proporciona um controle efetivo das reações já mencionadas. As aminas terciárias também
atuam na polimerização do mesmo modo que os derivados orgânicos do estanho também auxiliam a reação de
expansão.
Teste
com
Corante
C
D470
Testede espuma que se deseja produzir e também
O tipo de catalisador,
bem
como
sua concentração,
depende
do tipo
das características específicas do processo de produção, tais como: temperatura ambiente, temperatura do molde,
complexidade do molde, formação de pele, tempo de desmoldagem, máquina de injeção, etc.
F
Alguns dos catalisadores amínicos mais usados em formulações de espumas de poliuretano são: Trietileno diamina, Bis
(dimetilaminoetil) éter, Dimetiletanolamina, Dimetilciclohexilamina, N-etilFmorfolina e Pentametildietileno triamina.
A tabela abaixo mostra o efeito da quantidade de catalisador amínico na formação de uma espuma flexível de
poliuretano como porcentagem da quantidade ideal para uma certa formulação.
F
% de Amina F
Efeito
0 – 0,03
Mede basicamente
0,03 – 0,08a resistência à
ruptura inicial.
0,08 – 0,12
Espuma Pegajosa, Sem Cura
Mede basicamente
a rupturaLongos
Tempos
propagação.
Espuma Boa
0,12 – 0,15
Tempos Curtos, Cura Rápida
acima de 0,15
Risco de Racho
13
Teste com Corante C
D470 Teste
F
3.5.2. Compostos Organometálicos
F
Vários compostos organometálicos podem ser usados na fabricação de espumas flexíveis, porém, o octoato de
estanho e, em alguns casos o dibutildilaurato de estanho, são os mais comumente empregados. A tabela abaixo mostra
o efeito da quantidade de estanho na formação de uma espuma flexível de poliuretano como porcentagem da
quantidade ideal para uma certa formulação.
F
% de Estanho F
Efeito
0 – 0,09
Mede basicamente
0,10 – 0,19a resistência à
ruptura inicial.
0,20 – 0,30
Colapso
Mede basicamente a ruptura
Rachos
propagação.
Espuma Boa
0,31 – 0,40
Espuma Fechada, Morta
acima de 0,41
Encolhimento
As espumas com excesso de estanho apresentam células muito fechadas que irão diminuir a elasticidade da espuma, ou
seja, os valores de tensão de ruptura, alongamento e resistência ao rasgamento. Além disto, as células fechadas causam
um aumento “artificial” da dureza das espumas que é rapidamente perdido durante o uso e prejudicam, ainda, o valor
de deformação permanente da espuma.
3.6.
Cargas Inorgânicas
Cargas inorgânicas são frequentemente, usadas em formulações de espuma flexível para aumentar, artificialmente, a
densidade e a dureza. Por este motivo deve-se fazer uma distinção entre densidade real e densidade aparente.
Densidade Real - É a densidade de uma espuma flexível de poliuretano isenta de cargas inorgânicas.
Densidade Aparente - É a densidade de uma espuma flexível contendo cargas inorgânicas.
As cargas inorgânicas mais usadas em formulações de espumas flexíveis são o Carbonato de Cálcio (calcita) e o Sulfato
de Bário (barita). As quantidades de carga mais comumente usadas variam entre 10 e 20 partes por 100 partes de poliol.
Idealmente a carga deve ser empastada em poliol numa proporção 1:1 para facilitar sua dispersão com os demais
produtos da fórmula. Entretanto, na maioria dos casos, a carga é adicionada diretamente no poliol durante a produção
do bloco. Recomenda-se, então, adicionar o silicone ao poliol antes da adição da carga com o objetivo de facilitar a sua
dispersão.
Ao introduzir carga em uma formulação de espuma flexível deve-se aumentar o estanho e o silicone. Os melhores
resultados são obtidos com a barita (BaSO4) devido ao seu maior peso específico e menor abrasão. No entanto, a
calcita (CaCO3) tem sido usada na maioria dos casos por motivos econômicos.
Espumas com densidade real entre 23 e 35 Kg/m3 “aceitam” carga melhor do que espumas com densidade entre 10 e
20 Kg/m3. Não se recomenda o uso de carga em formulações de espumas flexíveis com densidades críticas, ou seja,
entre 7 e 12 Kg/m3 porque a probabilidade de rachos, ou até colapso, é muito grande.
14
3.7.
Retardantes de Chama
Os éster fosfatos halogenados são os compostos mais usados como retardantes de chama em formulações de
espumas flexíveis de poliuretano. O nível necessário para se obter comportamento de retardância à chama depende da
densidade, normalmente sempre acima de 20 kg/m3, e situa-se entre 5 e 15 partes para cem partes de poliolde.
3.7.1.Combustibilidade
Todas as espumas flexíveis de poliuretano devem ser consideradas combustíveis sob certas circunstâncias, embora as
características de combustibilidade possam ser modificadas, através de mudanças na formulação e/ou pelo uso de
retardantes de chama.
A temperatura de ignição das espumas flexíveis de poliuretano situa-se entre 375 e 475°C. Pesquisas efetuadas pela
BRMA ( Associação dos Fabricantes Britânicos de Borracha ) mostraram que as espumas flexíveis de poliuretano podem
ser expostas, indefinidamente, a temperaturas até 105°C sem sofrer degradação térmica que possa levar a auto-ignição.
No entanto, estas mesmas espumas, se mantidas em temperaturas superiores a 140°C, por período prolongado, podem
sofrer degradação térmica e, eventualmente, auto-ignição. Por exemplo, a 140°C, uma exposição contínua de um mês
(mais de 700 horas) seria necessária para causar degradação térmica e, eventualmente, auto-ignição.
Deve-se ter em mente que as espumas flexíveis de poliuretano, na maioria de suas aplicações, são usadas junto com
outros materiais (por exemplo, tecidos) que podem aumentar, ou diminuir, as suas características de combustão.
3.7.2. Produtos de Combustão
A queima de espumas flexíveis de poliuretano, além de produzir fumaça, normalmente gera um líquido marrom escuro
que pode continuar a queimar, mesmo após a fonte de ignição ter sido retirada, e vários Gases - Monóxido de Carbono
e Dióxido de Carbono são os mais significativos entre eles, a exemplo do que acontece na combustão de todos os
compostos orgânicos.
3.7.3. Testes de Inflamabilidade
Os testes de inflamabilidade mais utilizados para determinar as características de queima das espumas flexíveis de
poliuretano são os seguintes:
•
ASTM 1692
•
MVSS 302
•
CALIFORNIA 117
É importante ressaltar que os resultados obtidos nestes testes de laboratório, de pequena escala, são comparativos e
não refletem a performance da espuma nas condições reais de um incêndio.
15
3.8.Colorantes
Os compostos que modificam a aparência de cor dos objetos, ou que conferem cor a objetos transparentes, são
chamados colorantes. Eles produzem cor pela absorção seletiva e reflexão em áreas bem definidas do espectro que
constituem a cor branca. Os colorantes são tradicionalmente divididos em duas grandes classes:
3.8.1.Corantes
São substâncias que conferem cor a um substrato e que são solúveis no mesmo. Os corantes possibilitam a obtenção
de tons mais fortes quando comparados com o processo de coloração por meio de pigmentos. Observa-se melhor
consistência de cores e nenhum efeito nas propriedades físicas das espumas.
Por serem reativos os corantes não migram para a superfície e não é possível a extração. A ausência de metais
pesados na composição química dos corantes minimiza possíveis alterações na catálise ou na formação da espuma. A
concentração preferida de corantes é de 0,05 a 0,1 pphp.
3.8.2.Pigmentos
Teste com Corante C
D470 Teste
São substâncias que conferem cor a um substrato e que são insolúveis no mesmo, estando distribuídas de maneira
homogênea no substrato, formando o que chamamos de dispersão. Os pigmentos pastosos são geralmente obtidos
pela dispersão de 12 a 18% de pigmentoF em poliol. O tamanho das partículas sólidas deve estar entre 2 e 4 microns para
a obtenção de uma boa dispersão.
F
A concentração preferida de pigmento é de 0,2 a 1,0 pphp.
Propriedades: Corantes x Pigmentos
F
Propriedade
F
Estado Físico
Mede
basicamente a resistência à
Aparência
ruptura inicial.
Pigmento
Líquido
Pastoso
Mede
Uniforme
propagação.
Dispersão
< 5000
3000 - 10000
Facilidade de Limpeza
Fácil
Difícil
Solubilidade em Água
Sim
Não
Solubilidade em Poliol
Sim
Não
Estabilidade
Grande
Pequena
Presença de Metais Pesados
Não
Sim
Viscosidade, 25° C, cps
16
Corante
4.CÁLCULOS
4.1. Cálculo do TDI
O cálculo mais importante para a fabricação de espumas flexíveis de PU é a determinação da quantidade de
isocianato para uma certa formulação. É obtido de acordo com a seguinte fórmula:
Onde: OH = Nº de hidroxilas do poliol
Teste com Corante C
OH A
I
x 87
+
TDI =
100
561 9
D470 Teste
A = Partes de água
I = Índice de TDI
F
F
Exemplo 1
Calcular a quantidade de isocianato necessária para fabricar espuma flexível com a fórmula abaixo:
F
F = 56)
Voranol ® 3010 N (OH
100
Água
4,2
Mede basicamente
a resistência à
Niax ® L-540
ruptura inicial.
Mede basicamente
a ruptura
1,0
propagação.
Kyarat AA 2200
0,10
Niax D-19
0,15
TDI 80/20
?
Teste com Corante C
Índice
TDI =
115 D470 Teste
115
56
4,2
x 87
+
F
100
561
9
= 56,68
F
Exemplo 2
Calcular a quantidade de isocianato necessária para fabricar espuma flexível com a fórmula abaixo:
F
F = 56)
Voranol ® 4730 (OH
100
Água
5,5
Mede
basicamente
a resistência à
Cloreto
de Metileno
ruptura inicial.
Mede basicamente
a ruptura
10
propagação.
Niax ® L-540
1,4
Kyarat AA2200
0,12
Niax D-19
0,21
TDI 80/20
?
Índice
118
TDI =
118
100
x 87
56
561
+
5,5
9
= 72,98
17
4.2. Fator de Caixa
A formulação padrão de uma espuma é calculada sempre para 100 partes de poliol. Para calcular o Fator de Caixa (FC),
requerido para preencher a caixa de espumação, deve-se conhecer a densidade da espuma, o volume da caixa e usar a
seguinte fórmula:
Onde :
D: Densidade do bloco, em Kg /m3
V: Volume do caixote, em m3
D470 Teste
S: Soma dos componentes
A: Partes de água
C: Partes de cloreto de metileno
D x V x 1000
FC =Teste com Corante C
S - (2,44 x A + C)
F
F
Exemplo 1
Calcular a quantidade de isocianato necessária para fabricar espuma flexível com densidade 26 Kg/m³ usando um caixote
de 10 m³ e a formulação abaixo:
F
Voranol® 3010
F
Voranol® 3943A
Mede
Águabasicamente a resistência à
ruptura inicial.
80
x 1803 = 144240
20
x 1803 = 36060
Mede3,4
propagação.
x 1803 = 6130
0,9
x 1803 = 1623
Niax® A – 1
0.06
x 1803 = 108
Niax D-19
0,18
x 1803 = 325
TDI 80/20 (Índice 118)
48
x 1803 = 86544
Soma dos Componentes
152,54
Niax® L-540
Teste com Corante C
FC =
F
D470 Teste
26 x 10 x 1000
= 1803
152,54 - (2,44 x 3,4 + 0 )
F
Exemplo 2
Calcular o fator de caixa para fabricar uma espuma com densidade 14 Kg/m3 usando um caixote de 6,5 m3 e a formulação
padrão descrita abaixo:
F
Voranol ® 4730 N
F
Água
basicamente a resistência à
CloretoMede
de metileno
ruptura inicial.
x 562 = 56200
5
x 562 = 2810
Mede10
propagação.
x 562 = 5620
1,6
x 562 = 899
Kyarat AA 2200
0.12
x 562 = 67
Niax D-19
0,24
x 562 = 135
TDI 80/20 ( Índice 118)
67,3
x 562 = 37823
Soma dos Componentes
184,26
Niax® L-540
FC =
18
100
14 x 6,5 x 1000
= 562
184,26 - (2,44 x 5 + 10 )
Observações
1. Se a densidade ficar conforme e a altura do bloco ficar abaixo do esperado deve-se aumentar o fator
de caixa usando os dados obtidos, ou seja, fazendo uma regra de três. Exemplo: usando o fator de caixa 562
obteve-se uma altura de bloco igual a 1, 15 metros, mas se deseja obter um bloco com 1,25 m de altura. Para achar
o fator de caixa correto basta fazer a seguinte regra de três:
562 -------------------------------------- 1,15
Teste com Corantex C -------------------------------------D470 Teste 1,25
x = 611
F
Na formulação de produção, basta dividir a quantia de poliol porF 100 para se achar o fator de caixa.
Dividindo-se as quantias dos outros componentes por esse fator obtem-se a formulação padrão.
2. Exemplo
F
F
FÓRMULA
Voranol ® 4730 N
PRODUÇÃO
FATOR
PADRÃO
130.000
÷ 1.300
100
Mede basicamente a resistência à5.590
Água
Niax ® L-540
ruptura inicial.
1.703
Mede basicamente ÷
a ruptura
1.300
propagação.
4,3
÷ 1.300
1,31
Kyarat AA 2200
0.143
÷ 1.300
0,11
Carga
16.900
÷ 1.300
13
Niax D-19
0.338
÷ 1.300
0,26
TDI 80/20
75.400
÷ 1.300
58
Na fórmula acima dividindo-se a quantidade de poliol (130.000) por 100 encontra-se o fator de caixa 1.300.
4.3. Cálculo da Densidade
A formulação padrão de uma espuma é calculada sempre para 100 partes de poliol. Para calcular o Fator de Caixa (FC),
requerido para preencher a caixa de espumação, deve-se conhecer a densidade da espuma, o volume da caixa e usar a
seguinte fórmula:
Densidade = (
90
)
+
partes de CaCO3
7
partes água + partes cloreto
=
Kg/m3
8
Obs. Valores considerados ao nível do mar
Para altitude de até 1000 mts, considerar um decrécimo de 10%
Para altitude de 1800 a 2500 mts, considerar um decrécimo de 20%
19
5. PRODUÇÃO DE ESPUMAS FLEXÍVEIS
5.1. Requisitos Básicos
As espumas flexíveis de poliuretano podem ser fabricadas em diferentes escalas e com diversos tipos de
equipamentos. Em todos os casos, porém, alguns requisitos básicos devem ser observados como por exemplo:
Temperatura dos Componentes - A densidade, viscosidade e reatividade química dos polióis e isocianatos
variam de acordo com a temperatura. Portanto, o controle da temperatura destes componentes é fundamental
para a produção de espumas de modo eficiente e sem problemas, tais como: rachos, colapsos e variações de
propriedades. É aconselhável manter a temperatura destes produtos entre 23 + - 2°C. Deve-se ter em mente que
ao redor de 16°C o diisocianato de tolueno (TDI) cristaliza. Este processo causa um desbalanceamento de seus
isômeros que, por sua vez, irá causar um desequilíbrio das reações de polimerização e expansão, resultando em
rachos ou colapso da espuma.
Dosagem Precisa - Para se obter uma espuma de boa qualidade, ou seja, com propriedades físicas uniformes e
isenta de rachos, os componentes devem ser dosados nas proporções recomendadas pela fórmula de produção.
Esta dosagem pode ser feita manualmente, com o auxílio de balanças ou por meio de bombas dosadoras.
Mistura Eficiente - A mistura eficiente de todos os componentes da fórmula é um dos fatores mais críticos para
a obtenção de uma boa espuma. A mistura ineficiente pode causar a formação de células grossas, deficiências
nas propriedades físicas e rachos na espuma. O excesso de mistura, por outro lado, irá causar o aparecimento de
furos na estrutura celular da espuma.
Cura - As espumas flexíveis devem ser curadas na temperatura ambiente por um período de 24 horas, no
mínimo, para permitir o término das reações secundárias que só ocorrem nas altas temperaturas que se
desenvolvem no período de cura. O manuseio e corte de espumas sem cura adequada podem acarretar
encolhimento e perda de propriedades físicas.
5.2. Máquinas de Espumação Contínua
As máquinas de espumação contínua são classificadas de acordo com a pressão, ou seja, máquinas de alta
pressão, onde os componentes são dosados em contra fluxo no cabeçote de mistura, com uma pressão entre
300 e 3000 psi e máquinas de baixa pressão onde um agitador, trabalhando entre 2000 e 6000 rpm, assegura a
mistura apropriada dos componentes. Os principais componentes destas máquinas são:
Tanques de Componentes - Geralmente entre 6 e 12 tanques dotados de sistema de recirculação sendo
bastante comum o uso de 8 tanques para: poliol base, poliol copolimérico, TDI, silicone, mistura de água com
amina, agente de expansão físico, retardante à chama e estanho.
Trocadores de Calor - Os trocadores de calor são usados para manter a temperatura dos produtos dentro de
uma faixa pré-estabelecida e ficam situados, normalmente, no caminho que leva ao cabeçote misturador.
Bombas Dosadoras - Bombas dosadoras de precisão que permitem dosar os componentes da fórmula com
variação inferior a 1%.
Painel de Controle - O painel de controle comanda toda a operação através do controle e registro do fluxo dos
componentes, suas temperaturas e pressões, etc.
Túnel de Espumação - Dotado de uma esteira rolante forrada com papel
no fundo e laterais, sistema de exaustão e serra para corte dos blocos
no fim do túnel.
20
5.3. Processo de Espumação Contínuo
Os tanques de trabalho são carregados e os produtos são recirculados até que se atinja a faixa de temperatura
de trabalho. Após a calibração individual de todas as vias, a máquina começa a funcionar primeiro com o fluxo
de poliol, seguido pelo agente de expansão, silicone, catalisadores e, por último, o isocianato.
Os componentes são levados continuamente ao cabeçote misturador e, após a mistura, dispensados na esteira
transportadora onde ocorrem a expansão, polimerização e estabilização da espuma que é cortada em blocos no
fim do túnel e transportada para a área de cura.
5.4. Máquinas de Produção Descontínua
As máquinas de espumação descontínua, também conhecida como espumação em caixote, representam
uma alternativa bem menos sofisticada e mais econômica em relação ao processo contínuo. Os principais
componentes destas máquinas são:
Caixa - Caixa metálica retangular ou cilíndrica, com articulações que permitem a entrada e saída do equipamento
de espumação. Normalmente um fundo móvel é usado para facilitar a desmoldagem do bloco. As caixas retangulares
podem ser feitas com vários tamanhos sendo que o comprimento e largura mais utilizados são 5 metros e 2 metros
respectivamente. O volume da caixa retangular, em m3, é determinado pela fórmula abaixo:
Volume = Comprimento x Largura x Altura
As caixas cilíndricas, usadas para a produção de espumas torneadas, têm um diâmetro entre 1,5 e 2 metros e
altura entre 1,80 e 2,20 metros. O volume da caixa cilíndrica, em m3, é determinado pela fórmula abaixo onde D é
o diâmetro do cilindro e h a altura:
Volume = 3,1416 x ( D2/4 ) x h
Caçamba - A caçamba, recipiente de formato cilíndrico onde os componentes da fórmula são misturados, deve
ter um fundo móvel que permita a saída da mistura reacional para a caixa de espumação. Geralmente se usa uma
caçamba para caixas com volume até 6 m3 e uma ou duas caçambas para caixas com volume de 12 m3. O volume
da caçamba, em m3, é determinado pela fórmula abaixo onde D é o diâmetro do cilindro e h a altura:
Volume = 3,1416 x ( D2/4 ) x h
Agitador - O agitador mecânico, também conhecido por batedor, é um dos componentes mais importantes do
equipamento descontínuo de espumação, pois o seu formato, e velocidade, é que determinam a perfeita mistura de
todos os produtos da fórmula. Os agitadores com formato de hélice ou disco dentado são os mais usados.
Tampa – A tampa metálica deve ter um sistema de contra peso que permita variar a pressão que a mesma
exerce sobre a espuma na fase final de seu crescimento. Deve possuir, ainda, furos regularmente espaçados por
toda a sua área e cantos chanfrados para facilitar a saída de gases.
Painel de Controle - O processo de espumação é comandado a partir de um painel onde se encontram os
temporizadores, os controles de acionamento pneumático e o controle da velocidade do batedor.
Sistemas de Acionamento Automático - Um sistema elétrico é usado para o motor que move o batedor e um
sistema pneumático para adição do isocianato, deslocamento e abertura do fundo da caçamba e movimentação
das paredes da caixa de espumação.
Sistema de Exaustão - A área da espumação deverá estar dotada de um sistema de exaustão eficiente para
remover os gases que são liberados no final do processo de espumação.
Sistema de Lavagem - Após a derrama da mistura reacional na caixa de espumação, a caçamba deve ser lavada
com água sob pressão e seca com ar comprimido. Pode-se, alternativamente, alimentar imediatamente o poliol
para o próximo bloco para evitar esta lavagem. No entanto, a cada ciclo de 6 a 8 blocos a lavagem deve ser feita
para evitar o acúmulo de resíduos nas paredes da caçamba.
21
5.5. Processo de Produção Descontínuo
O poliol é dosado e carregado na caçamba. O isocianato é dosado e transferido para o vaso que, geralmente, se
encontra conectado à caçamba. A água, o silicone e a amina, previamente pesados e misturados, são adicionados ao
poliol e inicia-se, então, um ciclo de pré-mistura (30 a 60 segundos com velocidade entre 600 - 1700 rpm).
O estanho é adicionado agora e faz-se, imediatamente, um novo ciclo de pré-mistura (30 a 45 segundos com
velocidade entre 600 e 1700 rpm). O isocianato é adicionado e inicia-se o ciclo de mistura final (3 a 8 segundos com
velocidade entre 600 - 1700 rpm).
A mistura reacional é, então, despejada na caixa de espumação onde irão ocorrer os processos de expansão e
polimerização.
5.6. Máquinas de Espumação Híbridas
Nos últimos anos têm surgido equipamentos de espumação híbridos, ou seja, que combinam as vantagens dos
processos contínuo (precisão na dosagem e automação) e descontínuo (flexibilidade, produção limitada). As
principais características de tais equipamento estão descritas abaixo:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Cabeçote de mistura com capacidade para até 12 componentes
6 vias para sistema de coloração dos blocos
Câmara para pressão positiva até +350 g/cm2 e pressão negativa de até –300 g/cm2
Painel de comando computadorizado
Espumação de blocos retangulares e cilíndricos
Sistema Planiblock incorporado
Espumação em câmara fechada
Controle dos dados estatísticos da produção
Sofisticado sistema de segurança
A utilização da pressão positiva durante o processo de espumação permite a fabricação de espumas flexíveis
com suporte de carga (dureza) muito acima do obtido com equipamentos convencionais mesmo com a
utilização de polióis copoliméricos.
Por outro lado, o uso de pressão negativa (vácuo) permite a fabricação de espumas de baixa densidade, e
espumas macias e supermacias, sem a adição de clorofuorcarbonos, cloreto de metileno ou qualquer outro
agente físico de expansão.
A dosagem automática da fórmula elimina os erros de pesagem manual. A mistura dos componentes, feita
em um cabeçote a 4200 rpm, garante uma homogeinização perfeita. As principais vantagens oferecidas pelas
máquinas de espumação híbrida são:
•
•
•
•
22
Espumas com dureza acima da média
Espumas macias sem cloreto de metileno
Eliminação dos resíduos de lavagem
Redução da mão de obra
6. PROPRIEDADES FÍSICAS
6.1.Densidade
A densidade de uma espuma é obtida pela relação massa/volume do corpo de prova.
Onde:
DENSIDADE =
((
M
V
1000
M = massa do corpo de prova em gramas
V = volume do corpo de prova em cm3
6.2. Deformação Permanente
Este método de teste consiste em defletir o corpo de prova de espuma, sob condições específicas de tempo e
temperatura, e observar seu efeito na espessura do corpo de prova. A deformação permanente é calculada pela
fórmula abaixo:
Onde:
Ct =
( To Tf )
To
100
Ct = compressão expressa como uma porcentagem da espessura original
To = espessura original do corpo de prova
Tf = espessura final do corpo de prova 30 min. após a retirada do
dispositivo de compressão
6.3. Força de Indentação
O teste consiste em medir a força necessária para produzir indentações de 25, 40 e 65% na espuma com o auxílio de
um dinamômetro. Esses números são conhecidos como valores de IFD a 25, 40 e 65%, respectivamente. O fator de
conforto é calculado segundo a fórmula abaixo:
FATOR DE CONFORTO =
IFD 65%
IFD 25%
23
6.4. Passagem de Ar
O teste de passagem de ar mede a facilidade com que o ar passa através de uma estrutura celular. O teste
consiste em colocar uma amostra de espuma flexível sem peles em uma cavidade sobre uma câmara e criar
um diferencial específico de pressão de ar constante. A taxa de passagem de ar necessária para manter esse
diferencial de pressão é o valor de passagem de ar.
6.5.Resiliência
Esse método de teste consiste em deixar uma esfera de aço cair no corpo de prova e registrar a altura do
retorno. Calcula-se então a média dos três valores de retorno.
6.6. Resistência ao Rasgamento
A resistência ao rasgamento deve ser medida em um equipamento de acionamento mecânico (dinamômetro)
que indicará a carga total no ponto em que ocorre a ruptura do corpo de prova.
A resistência ao rasgamento é calculada de acordo com a fórmula abaixo:
Onde:
RR = Resistência ao Rasgamento
F = força, N
E = espessura, m
F
RR =
E
6.7. Tração e Alongamento
Este método de teste determina o efeito da aplicação de uma força de tração na espuma. Medem-se a tensão
de ruptura e o alongamento de ruptura.
Calcula-se a tensão de ruptura, TR ,dividindo a força de ruptura pela área de seção transversal original do corpo
de prova.
Onde:
TR =
F
E
L
TR = Tensão de Ruptura
F = Força registrada pelo equipamento
E = Espessura do corpo de prova
L = Largura do corpo de prova
Calcula-se o alongamento, A , como uma porcentagem da distância original, usando a fórmula abaixo
Onde:
A=
24
(Df
Do )
Do
100
Do = distância original entre os marcos de referência
Df = distância entre os marcos de referência na ruptura
6.8. Fadiga dinâmica
Os objetivos do teste de fadiga dinâmica são
determinar: (1) a perda do suporte de carga a 40%
de deflexão (IFD, 40%); (2) a perda de espessura; e
(3) ruptura estrutural avaliada por inspeção visual.
No teste de fadiga o corpo de prova é defletido por
80000 ciclos sob uma força vertical de 750 + - 20 N.
O cálculo percentual da perda de espessura é feita
com a fórmula a seguir:
Onde:
Ep = perda de espessura, %
Eo = espessura original do corpo de prova
Ef = espessura final do corpo de prova
O cálculo percentual da perda de força por deflexão
é feita com a fórmula abaixo:
Fp =
(Fo Ff )
Fo
100
Onde:
Fp = perda de força de indentação a 40% de deflexão, %
Fo = valor original do suporte de carga (IFD a 40%)
Ff = valor final do suporte de carga (IFD a 40%)
25
7. RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS
7.1.
Problemas de Processo
Amarelecimento da Espuma
Descrição
A espuma tem uma coloração amarela, de intensidade variada,
geralmente na região central do bloco.
Solução
•
•
•
•
•
•
•
Verificar a dosagem do poliol
Verificar a dosagem do TDI
Diminuir o índice de TDI
Diminuir o nível de água
Mudar o catalisador amínico
Verificar presença de metais (água e cloreto de metileno)
Diminuir o tamanho do bloco
Baixa Processabilidade
Descrição
A formulação exibe uma faixa de trabalho do octoato de
estanho muito estreita, ou seja, ora a espuma apresenta rachos
(estrutura celular aberta) ou, então, encolhimento (estrutura
celular fechada).
Solução
•
•
•
•
Diminuir o nível de silicone
Usar silicone de menor atividade
Eliminar reticulante
Usar combinação de catalisadores amínicos
Células Grossas
Descrição
A espuma apresenta uma estrutura com células grandes e
ásperas.
Solução
• Verificar a dosagem do silicone
• Aumentar o nível de silicone
• Aumentar a velocidade do misturador e/ou o tempo de
mistura
26
Cavitação Inferior
Descrição
A espuma apresenta estrutura celular fechada com cavidades na parte inferior do bloco.
Solução
• Diminuir o nível de octoato de estanho
Colapso
Descrição
A espuma cresce total, ou parcialmente, e depois cai.
Solução
• Aumentar o nível do octoato de estanho
• Verificar a dosagem dos componentes
Crateras de Superfície
Descrição
Pequenas crateras ou rachos espalhados pela superfície do bloco.
Solução
• Diminuir incorporação de ar na mistura
• Diminuir agitação
• Alterar nível de catalisador amínico
Descanso ou Relaxamento
Descrição
O bloco cresce, normalmente, até sua altura máxima e, então, cede por mais de 6 centímetros.
Solução
• Aumentar o nível de octoato de estanho
Efervescência
Descrição
A espuma não cresce e aparecem bolhas que estouram na superfície da massa líquida.
Solução
• Verificar dosagem do silicone
27
Encolhimento
Racho de Estanho
Descrição
Descrição
O bloco cresce normalmente mas não libera gases ao
atingir sua altura máxima e contrai durante a cura.
Racho esfarelado, em formato de zig-zag, no interior
ou lateral do bloco.
Solução
• Diminuir o nível de octoato de estanho
• Diminuir o nível de silicone
• Usar silicone de menor atividade
• Diminuir o índice de TDI
Solução
• Aumentar nível de octoato de estanho
Racho de Amina
Descrição
Fumos
Racho liso horizontal que aparece, geralmente, na
metade superior do bloco.
Descrição
Liberação excessiva de vapores no final do crescimento
da espuma.
Solução
• Diminuir catálise amínica
• Diminuir nível de silicone
Solução
• Verificar dosagem dos componentes poliol, água e
TDI
• Diminuir índice de TDI
Racho de Reatividade
Furos ou Bolhas
Grande fissura lisa, horizontal ou vertical no interior do
bloco.
Descrição
Furos de formato esférico espalhados por toda a
estrutura celular da espuma.
Solução
• Diminuir a temperatura dos componentes
• Diminuir a velocidade do misturador
• Eliminar carga
Descrição
Solução
• Diminuir dosagem de silicone
• Verificar dosagem de TDI
• Esfriar fundo da caixa
Tempos Longos de Reação
Descrição
A espuma apresenta tempos longos de creme e
crescimento e a superfície fica brilhante e pegajosa.
Solução
• Aumentar catalisador amínico
• Aumentar octoato de estanho
• Verificar eficiência do misturador
28
7.2. Problemas de Propriedades Físicas
Deformação Alta
Descrição
Densidade
Descrição
Espuma com densidade acima ou abaixo do valor
esperado.
Solução
• Verificar pesagem dos componentes
• Aumentar água e/ou cloreto para diminuir
densidade
• Diminuir água e/ou cloreto para aumentar
densidade
Espuma com alto valor de deformação permanente.
Solução
• Diminuir octoato de estanho
• Diminuir índice de TDI
• Diminuir silicone
• Eliminar carga
• Usar combinação de catalisadores amínicos
Elasticidade
Descrição
Espuma com baixos valores de tensão de ruptura,
alongamento e resistência ao rasgamento.
Solução
• Eliminar carga inorgânica
• Aumentar poliol copolimérico
Espuma Macia
Descrição
Espuma com baixo valor de suporte de carga.
Solução
• Aumentar nível de poliol copolimérico
• Aumentar índice de TDI
• Aumentar água e diminuir cloreto (respeitando
os valores seguros)
Espuma Morta
Descrição
Espuma “cansada”, com retorno lento.
Solução
• Diminuir silicone
29
Teste com Corante C
8. FORMULAÇÕES INICIAIS
D470 Teste
F
F
8.1. Espumas Convencionais
Baixa Densidade
F
F
Densidade
Voranol® 4010
7
10
10
13
16
100
100
100
100
100
-
-
Mede3943
basicamente a resistência àVoranol®
ruptura inicial.
Água
Mede- basicamente a ruptura
propagação.
7,3
6,0
6,0
5,4
4,9
Cloreto
43
22
22
11
6
Silicone Niax® L-540
5,0
3,3
3,3
2,2
1,7
Teste com Corante C0,50
0,30
0,30
0,22
0,18
-
-
-
-
-
0,90
0,50
0,40
0,33
120
120
0,50
F
120
120
120
Aricat® AA 805
Aricat® AA 303
Octoato de Estanho
F
Índice TDI
D470 Teste
Propriedades Físicas
Densidade, Kg/m3
F
F
Tensão, Kpa
7
10
13
16
60
60
70
80
Mede basicamente
110 a ruptura
propagação.
125
140
Mede basicamente
a resistência à 100
Alongamento,
%
ruptura inicial.
30
Rasgamento, N/m
300
300
360
420
Resiliência, %
30
30
32
35
DPC, 90%, %
> 50
20
15
10
IFD, 25%, N
60
65
75
90
IFD, 65%, N
130
140
160
190
Teste com Corante C
D470 Teste
F
F
Média Densidade
F
F
Densidade
Voranol® 4010
18
20
23
26
100
100
100
100
-
-
4,3
3,70
3,2
Mede3943
basicamente a resistência à Voranol®
Água
ruptura inicial.
4,7
Mede basicamente
a ruptura
propagação.
Cloreto
2
-
-
-
Silicone NiaxTM L-540
1,5
1,2
1
0,9
D4700,16
Teste
0,18
-
-
-
-
0,18
0,27
0,25
0,23
0,25
118
118
118
118
Kyarat AA Teste
2200 com Corante C 0,16
Aricat® AA 303
Octoato de Estanho
F
Índice TDI
Densidade, Kg/m3
F
F
F
Tensão, Kpa
18
20
23
26
105
100
110
105
Mede basicamente
150 a ruptura
propagação.
160
175
Mede basicamente
Alongamento,
%
ruptura inicial.
Rasgamento, N/m
480
510
550
590
Resiliência, %
37
39
41
42
DPC, 90%, %
8
8
7
6
IFD, 25%, N
100
115
125
135
IFD, 65%, N
210
230
260
280
31
F
F
Média Densidade
F
F
Densidade
Voranol® 4010
28
30
35
42
90
85
80
80
20
20
2,75
2,35
1,90
Mede3943
basicamente a resistência à 10
Voranol®
Água
ruptura inicial.
3,0
Mede basicamente
a ruptura
15
propagação.
Cloreto
-
-
-
-
Silicone NiaxTM L-595
0,9
0,8
0,7
0,6
D470 -Teste
-
-
0,18
0,22
0,25
0,28
0,25
0,23
0,20
0,16
118
118
118
118
Kyarat AA Teste
2200 com Corante C Aricat® AA 303
Octoato de Estanho
F
Índice TDI
Densidade, Kg/m3
F
F
Tensão, Kpa
28
30
35
42
120
125
110
125
Mede basicamente
170 a ruptura
propagação.
160
140
Mede basicamente
Alongamento,
%
ruptura inicial.
32
F
Rasgamento, N/m
550
530
500
470
Resiliência, %
43
44
46
49
DPC, 90%, %
6
6
5
4
IFD, 25%, N
130
140
150
170
IFD, 65%, N
310
330
350
400
Teste com Corante C
D470 Teste
F
F
8.2. Espumas com Carga Inorgânica
F
Densidade
F
Voranol® 4010
19
22
24
26
28
33
100
100
100
90
80
70
10
20
30
Mede basicamente
a resistência- à
Voranol®
3943
ruptura inicial.
Mede
basicamente
- a ruptura
propagação.
4,5
4,1
3,8
3,5
3,3
2,80
Cloreto
2,0
-
-
-
-
-
Niax® L 540
1,5
1,2
1,1
1,05
1,05
-
Niax® L-625
-
-
-
-
-
1,0
Aricat® AA 805
0,20
-
-
-
-
-
Aricat® AA 303
-
0,17
0,20
0,22
0,22
0,24
CACO3
10
10
10
11
13
15
Octoato de Estanho
0,28
0,33
0,31
0,29
0,29
0,26
118
118
118
118
118
118
Água
Teste com Corante C
F
Índice TDI
D470 Teste
F
F
Densidade (kg/m3)
F
Tensão (kPa)
19
22
24
26
28
33
80
83
95
95
94
100
Mede basicamente
410
440a ruptura
470
450
430
110
120
120
115
Mede basicamente
a resistência
390à
Rasgamento,
(N/m)
ruptura inicial.
propagação.
Alongamento, (%)
120
115
IFD 25% (N)
104
138
131
148
157
173
IFD 65% (N)
250
322
320
360
367
397
Resiliência, (%)
35
37
39
41
43
44
Def. Permanente, 90%, (%)
9
8
8
6
6
5
33
Teste com Corante C
D470 Teste
F
F
8.3. Espumas Macias
F
F
Densidade
Voranol® 4010
15
17
19
23
27
100
100
90
90
100
10
-
Mede 1421
basicamente a resistência àVoranol®
Água
ruptura inicial.
4,4
Mede- basicamente a ruptura
10
propagação.
4,0
3,6
2,9
2,6
Cloreto
10
7
6
6
4
Niax® L 625
1,8
1,5
1,4
1,0
1,0
Aricat® AA 805
-
-
-
-
-
D470 Teste
0,15
0,18
0,18
0,20
0,44
0,37
0,34
0,31
0,29
112
116
110
F
110
115
0,20
Aricat® AATeste
303 com Corante C
Octoato de Estanho
F
Índice TDI
F
Densidade (kg/m3)
F
Tensão (kPa)
15
17
19
23
27
60
70
75
70
80
450
410
Mede basicamente
a resistência450
à
Rasgamento,
(N/m)
ruptura inicial.
34
Alongamento, (%)
200
IFD 25% (N)
Mede
410basicamente a ruptura
500
propagação.
150
230
210
160
58
80
56
55
90
IFD 65% (N)
135
185
130
130
200
Resiliência, (%)
40
38
46
48
50
5
4
3
4
3
Teste com Corante C
D470 Teste
F
F
8.4. Espumas de Alta Resiliência
F
F
Densidade
Specflex® NC 630
45
39
32
28
60
55
50
70
50
30
2,15
2,5
3,0
Mede
basicamente
Specflex®
NC
700
Água
ruptura inicial.
1,8
Mede basicamente
a ruptura
45
propagação.
Dietanolamina
0,75
1,0
1,3
1,.5
Niax® L 2100
1,0
1,2
1,5
1,8
Aricat® AA 303
0,12
0,12
0,12
0,12
Niax® A-1
0,06
0,06
0,06
0,06
Octoato de Estanho
0,08
0,10
0,12
0,13
0,05
0,03
-
-
113
113
113
120
Teste com Corante C
Dibutildilaurato de Estanho
Índice TDI
F
D470 Teste
F
F
Densidade (kg/m3)
F
Tensão (kPa)
45
39
32
28
135
145
145
110
650
550
150
155
150
Mede basicamente
a resistência à620
Rasgamento,
(N/m)
ruptura inicial.
Mede basicamente
645 a ruptura
propagação.
Alongamento, (%)
130
IFD 25% (N)
140
112
100
80
IFD 65% (N)
380
330
300
240
Resiliência, (%)
68
67
62
59
3
5
6
8
Observações
1. As formulações aqui apresentadas devem ser
encaradas apenas como sugestões e portanto devem
ser criteriosamente analisadas e modificadas segundo
as necessidades de cada fabricante de espumas.
2. As fórmulas sugeridas são apresentadas em sua
composição percentual baseada em cem partes de
poliol. A fórmula de produção correspondente pode
ser obtida calculando-se o fator de caixa.
3. As quantidades apresentadas nas tabelas de
fórmulas acima podem variar de acordo com:
• Altitude
• Temperatura ambiente
• Temperatura dos componentes
4. Os valores apresentados na tabelas de
propriedades físicas acima podem variar de acordo
com:
• Passagem de ar
• Estrutura celular
• Topo, meio ou fundo do bloco
5. Todas as informações contidas neste boletim,
dadas de boa fé, são de caráter orientativo e
representam o melhor do nosso conhecimento. A
Univar Brasil não se responsabiliza pelo uso destas
informações e recomenda que as mesmas sejam
criteriosamente analisadas.
35
9. PROPRIEDADES TOXICOLÓGICAS E PROCEDIMENTOS DE MANUSEIO
9.1.Polióis
Contato com os Olhos
Os polióis, em geral, não oferecem sério perigo aos
olhos. Alguns tipos podem causar uma irritação
leve e passageira, mas muito provavelmente não
devem causar ferimento na córnea. Óculos de
segurança comuns oferecem boa proteção durante
o manuseio. Em caso dos olhos serem atingidos,
lave-os imediatamente com água corrente por um
mínimo de 15 minutos. Se a irritação persistir após a
lavagem, procurar cuidados médicos.
Contato com a Pele
A ocorrência de irritação da pele é pouco provável.
Em caso de contato, lavar a pele em água corrente
abundante durante 15 minutos. Remover as roupas e
sapatos atingidos pelo produto e lavá-los bem antes
de reutilizá-los.
explosividade conhecido, mas como uma substância
orgânica, se aquecida pode se decompor e, se isto
ocorrer em um ambiente fechado, pode gerar voláteis
suficientes para formar uma mistura explosiva.
Vazamento e Descarte
Pequenos vazamentos podem ser absorvidos com
o uso de serragem ou outro material absorvente, e
recolhidos em sacos plásticos. Vazamentos maiores
devem ser contidos para que não atinjam riachos,
esgotos, etc., e recolhidos em recipientes (balde, tambor)
para posterior eliminação.
Para o descarte de poliol, deve-se considerar que, sendo
o mesmo relativamente solúvel em água, seu despejo
em rios, riachos, lagos, etc., ou seu enterramento, pode
contaminar mananciais de água. Assim, o poliol deverá
ser preferencialmente eliminado através da queima em
incineradores de alta temperatura e baixa produção
de fumos, e de acordo com as legislações municipal,
estadual e federal vigentes.
9.2.Isocianatos
Ingestão
A ingestão de pequena quantidade de poliol não
deve causar problema algum, pois o produto é
pouco tóxico. Se grande quantidade for ingerida,
provocar o vômito e procurar assistência médica.
Perigo de Incêndio e Explosão
Contato com os Olhos
Exposição breve a vapores de isocianato pode
causar lacrimejação e ardência ao passo que
exposição prolongada pode causar irritação
dolorosa. O contato direto com isocianato líquido
pode ser extremamente doloroso e causar irritação
severa ou dano permanente aos olhos caso não seja
imediatamente removido.
Os polióis da marca Univar têm baixa toxicidade e têm
ponto de fulgor (em vaso fechado) na faixa de 148º 260º C, dependendo do tipo em questão. Como são
produtos orgânicos, os polióis queimam na presença
do fogo, ou de calor e oxigênio suficientes, produzindo
dióxido de carbono e água. O incêndio poderá ser
extinguido com neblina de água, dióxido de carbono
ou pó químico seco.
Óculos de segurança com proteção da área ocular
(monogoggle) devem ser usados. Em caso dos olhos
serem atingidos, lave-os imediatamente com água
corrente por um mínimo de 15 minutos. Procurar
cuidados médicos imediatamente.
As pessoas que estiverem combatendo o incêndio
deverão usar sistema de respiração autônoma
(se possível), ou evitar a inalação da fumaça
gerada. Os polióis da marca Univar não têm limite de
Contatos repetidos ou prolongados com isocianato
podem causar vermelhidão, bolhas ou queimadura na
pele. O contato direto pode ainda causar sensibilização
da pele e manifestações alérgicas. Aventais e luvas devem
36
Contato com a Pele
Teste com Corante C
ser usados sempre que houver a possibilidade de
contato com isocianatos. Em caso de contato,
lavar a pele em água corrente, com o auxílio de um
sabonete, durante 15 minutos. Remover as roupas e
sapatos atingidos pelo produto e lavá-los bem antes
de reutilizá-los.
D470 Teste
sobre as áreas afetadas e recolhido após duas
horas com envase em embalagem
apropriada para
F
descarte posterior de acordo com as legislações
municipal, estadual e federal vigentes.
Neutralizador de Isocianato
Ingestão
Embora improvável de acontecer, a ingestão de
isocianatos pode causar a irritação das mucosas
da boca, esôfago e estômago. Em caso de ingestão
uma grande quantidade de água deve ser ingerida e
solicitado pronto atendimento médico.
Inalação
Inalação de vapores de isocianatos irritam as
mucosas das vias respiratórias. Até mesmo breves
exposições podem causar irritação e dificuldades
de respirar com acesso de tosse. Sensibilização ao
isocianato pode ocorrer após breve exposição ou
após períodos prolongados que provocam sintomas
parecidos com o ataque asmático.
A concentração atmosférica de isocianatos não deve
exceder 0,02 ppm (partes por milhão). Máscaras
apropriadas devem ser usadas sempre que houver a
possibilidade de exposição a concentrações de vapor
de isocianato acima do valor acima mencionado. Em
caso de inalação procurar área com boa ventilação,
remover qualquer roupa contaminada e providenciar
atendimento médico.
Componente
F
Serragem
Mede
basicamente
Terra
de Fuller a resistência à
ruptura inicial.
Kilogramas
10
17 Mede basicamente a ru
Água
5,8
Etanol
8,5
Trietanolamina
1,8
Hidróxido de Amônia
1,8
propagação.
9.3. Outros Componentes
Os silicones devem ser tratados de modo similar
aos polióis ao passo que as aminas devem ser
tratadas de modo similar aos isocianatos. O cloreto
de metileno, agente físico de expansão utilizado
regularmente na produção de espuma flexíveis,
apresenta baixa toxicidade mas podem causar
efeito anestésico ou inconsciência. Para qualquer
outro aditivo recomenda-se obter informação mais
detalhada do fabricante.
Perigo de Incêndio e Explosão
A maioria dos isocianatos têm ponto de fulgor
elevado e não são normalmente considerados
inflamáveis. Como são produtos orgânicos, os
isocianatos queimam na presença do fogo, ou de
calor e oxigênio. O incêndio poderá ser extinguido
com dióxido de carbono ou pó químico seco.
As pessoas que estiverem combatendo o incêndio
deverão usar sistema de respiração autônoma ou
evitar a inalação da fumaça gerada.
Vazamento e Descarte
Pequenos vazamentos podem ser absorvidos com o
uso de material neutralizador que deve ser aplicado
37
38
APÊNDICE 1 - GLOSSÁRIO
Os termos mais comumente usados pelos profissionais
da indústria de poliuretano estão listados neste glossário.
Algumas palavras têm fundamento científico enquanto
outras têm origem mais popular. Alguns conceitos
químicos básicos são, também, descritos.
Aditivo
Um produto usado para modificar as propriedades ou o
processamento da espuma, mas que não é essencial para
a sua produção. Exemplos típicos são os plastificantes,
corantes, antioxidantes, aromatizantes, cargas, etc.
Agente de Expansão Físico
Um líquido de baixo ponto de ebulição usado nas
formulações de espuma para gerar gás, além do dióxido
de carbono gerado pela reação da água com o isocianato.
Também conhecido como agente auxiliar de expansão.
Usado junto com a água para abaixar a densidade da
espuma, em densidades inferiores a 20 kg/m3 ou em
substituição a uma parte da quantidade total de água
da formulação para produzir espumas macias. Exemplo:
cloreto de metileno, dióxido de carbono.
Agente de Expansão Químico
Produto que, a partir de uma reação química, gera um
gás que é, então, usado para expandir a espuma. Exemplo:
água.
Agente Desmoldante
Produto, na forma de dispersão, solução ou emulsão,
aplicado na superfície do molde para evitar que a espuma
grude no mesmo na hora da desmoldagem.
Agitadores
Peças com diferentes formatos e tamanhos usadas para
misturar e recircular os componentes líquidos dentro dos
tanques.
Aromatizante
Produto com odor agradável usado em uma formulação
para mascarar o odor desagradável de algum
componente.
Balanço Catalítico
A proporção entre o catalisador de expansão (amínico) e o
catalisador de polimerização (organometálico).
Batelada
Pré-mistura contendo poliol com todos os demais
componentes (exceto o isocianato) nas proporções de uma
dada fórmula.
Biureto
Composto formado pela reação de um grupo isocianato
com um grupo uréia.
Bloco
Espuma produzida em caixote pelo processo descontínuo ou
segmento cortado a partir de bloco produzido em máquina
contínua de espumação.
Bloco Contínuo
Bloco de espuma produzido em máquina de espumação
contínua.
Cabeçote de Mistura
Dispositivo que mistura dois ou mais componentes de uma
formulação antes da derrama dos mesmos em um molde. No
caso de espumas flexíveis feitas em caixote este dispositivo
é conhecido como caçamba ou batedor.
Caixote
Termo usado para descrever um equipamento descontínuo
para a produção de blocos de espuma composto por
caçamba de fundo falso, misturador com velocidade e
tempo de agitação variáveis e caixa de espumação
Carga
Composto formado pela reação de um grupo uretana com
isocianato em temperaturas elevadas.
Substância adicionada a uma formulação para alterar a
densidade ou as propriedades da espuma. As cargas mais
usadas em espumas incluem o carbonato de cálcio e o
sulfato de bário.
Amina Terciária Catalisador
Amina caracterizada por apresentar átomo de Nitrogênio
ligado a três radicais orgânicos. Classe de compostos
amplamente utilizada na catalisação de espumas de
poliuretano.
Substância que apresenta a propriedade de alterar a
velocidade de uma reação química. Os catalisadores mais
usados em espumas de poliuretano são as aminas terciárias e
os catalisadores organometálicos contendo estanho.
Antioxidantes
Células
Alofanato
Produtos adicionados aos polióis ou formulações para
aumentar a resistência às reações de oxidação.
Aromático
Termo usado para descrever compostos cujas moléculas
possuem pelo menos um anel benzênico. Diisocianato
de tolueno (TDI) e difenil metano diisocianato (MDI), os
principais isocianatos para a fabricação de espumas, são
compostos aromáticos.
Cavidades individuais na estrutura da espuma formadas
pela nucleação e crescimento de bolhas dentro de um meio
líquido reativo.
Células Fechadas
Células que apresentam membranas intactas que não
permitem o fluxo de ar entre células vizinhas. Um alto
teor de células fechadas prejudica a performance das
espumas flexíveis de bloco.
39
Células Finas
Termo usado para descrever espumas com cerca de 70 80 células por polegada linear.
Células Grossas
Células grandes e irregulares (“grossas”) que são formadas
por mistura ineficiente. Espumas com estrutura celular
grossa (20 a 30 células por polegada linear) são usadas na
fabricação de esponjas de limpeza.
Células Irregulares
correlação com a realidade. Estes testes são frequentemente
utilizados para comparar a performance relativa de várias
espumas.
Efeito de Massa
Efeito da quantidade total de produtos na reatividade,
tempo de cura e exotermia da espuma. A relação entre a
superfície e o volume do molde ou caixa onde a espuma é
produzida também afetam o processo de espumação.
Equivalente Amínico
Células com tamanhos diferentes, não uniformes,
presentes na estrutura celular de uma espuma. Aparecem
por excesso de ar na mistura ou por mistura não
homogênea. Espumas de alta resiliência apresentam
estrutura com células irregulares.
Valor analítico usado para expressar a reatividade de
compostos contendo grupos isocianato. O valor é
inversamente proporcional à reatividade do produto. Por
exemplo, o equivalente amínico do TDI é 87 ao passo que
o equivalente amínico do MDI polimérico, menos reativo, é
maior do que 130.
Clorofluorocarbonos
Espuma
Compostos formados por Carbono, Flúor, Cloro e
Hidrogênio usados, no passado, como agentes físicos de
expansão na produção de espumas de poliuretano.
Material celular, de baixo peso, resultante da introdução de
bolhas de um gás em uma massa polimerizante.
Composto Orgânico
Espuma resultante do processo de unir pequenos flocos de
espuma com o auxílio de adesivo e pressão.
Substância química contendo átomos de carbono. As
substância binárias simples como monóxido ou dióxido
de carbono, cianetos e carbonatos metálicos não se
enquadram nesta categoria.
Corte por Compressão Variável
Processo para o corte de uma lâmina de espuma
submetida a uma força de compressão variável de
modo que resultem duas lâminas que se encaixam
perfeitamente contendo padrões alternados de
saliências e depressões. As vantagens deste processo
são a obtenção de espumas mais macias e resilientes
bem como o fato de que as duas lâminas possuem uma
espessura próxima à espessura da lâmina original.
Crescimento Livre
A expansão de uma espuma em um recipiente sem
tampa. A menor densidade possível de uma formulação é
obtida nestas condições.
Descoloração
Espuma Aglomerada
Espuma de Alta Resiliência
Espuma flexível de bloco ou moldada baseada na reação de
polióis reativos, de alto peso molecular, com TDI ou misturas
de TDI/MDI com valor de resiliência maior ou igual a 55.
Estas espumas são usadas em móveis e colchões de alto
conforto bem como em assentos automotivos.
Espuma de Bloco Contínuo
Espuma flexível de bloco fabricada em um máquina contínua
de espumação. Estas espumas apresentam propriedades
físicas superiores, e mais uniformes, quando comparadas às
espumas flexíveis de caixote.
Espuma de Caixote
Espuma flexível de bloco fabricada por processo
descontínuo com o auxílio de um caixote. As dimensões
dos caixotes mais usados são 3, 5 e 10 metros cúbicos.
Espuma de Copo
O amarelecimento gradual de uma espuma causado por
uma reação fotoquímica. Ocorre mais rapidamente na luz
solar do que na artificial. É um fenômeno superficial e
não acarreta perda das propriedades físicas da espuma.
Espuma feita manualmente, em copo, com 100 - 300 gramas de
reagentes e usando um misturador elétrico ou pneumático. Estas
espumas são feitas para determinar a reatividade da formulação,
controlar a qualidade das matérias-primas ou no estágio inicial
de desenvolvimento de novas formulações.
Diisocianato
Espuma de Poliuretano
Composto contendo dois grupos isocianato (NCO) por
molécula.
Durabilidade
Este termo, quando aplicado a espumas flexíveis, se refere
à capacidade de uma espuma reter o suporte de carga e
espessura durante sua vida útil. Existem vários testes de
laboratório que são usados para prever a durabilidade das
espumas que, no entanto, podem não apresentar boa
40
Plástico celular termofixo formado pela reação de
compostos contendo hidrogênio ativo (poliol) com agente
de expansão (água) e isocianato (TDI, MDI). Podem ser
classificadas em flexíveis, semi-flexíveis, semi-rígidas e rígidas.
Estabilizadores
Aditivos que ajudam a manutenção ou melhoria das
propriedades das espumas tais como : antioxidantes,
absorvedores de ultravioleta, etc.
Exotermia
O calor liberado durante as reações que ocorrem no
processo de espumação. A exotermia das reações é
diretamente proporcional à reatividade dos componentes
bem como ao nível de água da formulação.
Estequiometria
A relação entre os equivalentes reativos de uma formulação.
Fator de Conforto A relação entre o valor de IFD a 65% de deflexão e o valor
de IFD a 25% de deflexão. Quanto maior o módulo maior
o conforto da espuma. Espumas flexíveis apresentam
valores de módulo entre 1.8 e 2.4. Espumas de alta resiliência
apresentam, geralmente, valores de módulo acima de 2.6.
Flamabilidade
Queima relativa de um material em condições especificadas.
A denominação pode variar de acordo com o método
utilizado.
Floculador
Equipamento usado para picar retalhos ou sobras de espuma
para utilização posterior (flocos, espuma aglomerada, etc.).
Fluidez
A capacidade de uma formulação de preencher uma cavidade
definida (molde) com a densidade mais baixa possível.
Hidroxila Secundária
Hidroxilas obtidas na fabricação de polióis com óxido de
propileno. São menos reativas do que as hidroxilas primárias.
Índice de Isocianato A medida do balanço estequiométrico entre o número
de equivalentes de isocianato usado para reagir com
o número de equivalentes dos compostos reativos
da fórmula (poliol, água, reticulantes, etc.). Índice de
isocianato 100 indica que existe isocianato suficiente para
reagir com todos os compostos contendo hidrogênio
ativo. Normalmente um certo excesso de isocianato
(102 - 115) é usado para melhorar as propriedades das
espumas.
Injeção de Ar
A prática de injetar pequenas quantidades de ar comprimido
no cabeçote de mistura com o objetivo de diminuir o
tamanho das células da espuma.
Isocianato
Grupo químico contendo átomos de Carbono, Nitrogênio e
Oxigênio unidos por duplas ligações (N=C=O); um composto
orgânico contendo um ou mais grupos isocianato.
Isocianurato
Fluorocarbono
A família de hidrocarbonetos fluorados que é usada como
agente de expansão físico na produção de espumas.
Composto trímero cíclico formado pela reação entre
grupos isocianato em índices de isocianato superior a 100
e na presença de certos catalisadores que favorecem a
trimerização. Estes grupos conferem características especiais
às espumas rígidas.
Formulação
Isômero
Os produtos, expressos em partes por cem partes de poliol,
usados para a fabricação de uma espuma.
Friável
Espuma que esfarela quando submetida a atrito.
Funcionalidade
O número de grupos reativos por molécula. Exemplos: A
funcionalidade da glicerina é 3 (3 grupos OH).
Gradiente de Densidade
É a variação de densidade que ocorre em um bloco de
espuma devido a problemas físicos inerentes ao processo. A
densidade média de um bloco é obtida de uma amostra do
centro geométrico do mesmo. Amostras do fundo do bloco
apresentam densidades maiores e amostras do topo do
bloco densidades menores.
Grupo Hidroxílico
O radical formado pela combinação dos átomos de
Hidrogênio e Oxigênio (OH) que forma o grupo reativo das
moléculas dos polióis.
Hidroxila Primária
Hidroxilas obtidas pelo acabamento de polióis com óxido
de etileno. São mais reativas do que as hidroxilas secundárias
(obtidas em polióis feitos apenas com óxido de propileno).
Uma de duas ou mais estruturas moleculares que contém
o mesmo número e tipo de átomos porém arranjados de
uma forma diferente na molécula (fórmulas estruturais
diferentes). O TDI, por exemplo, é fornecido com duas
relações diferentes de isômeros, 80/20 ou 65/35, que
apresentam comportamentos distintos na fabricação de
espumas.
Laminação a Chama
Processo de união de espuma flexível com tecido pela fusão
da superfície da espuma por chama e prensagem posterior.
Linha de Creme
O ponto da esteira de uma máquina contínua de espumação
onde a mistura reagente se torna esbranquiçada e começa a
expandir. Quando o processo de espumação está estabilizado
a linha de creme permanece a uma distância fixa do cabeçote
de mistura.
Linhas de Fluxo
Veios que se propagam para o topo do bloco de espuma
flexível geralmente causados por derrama de material do
cabeçote em cima de espuma em fase de expansão.
Linhas de Mistura Linhas visíveis em espumas com problema de mistura que se
espalham da base para o topo do bloco.
41
Linhas de União Linhas que aparecem na espuma mostrando onde dois
fluxos do material se encontraram no estágio final do
preenchimento de um molde.
Membrana Celular
A fina película que forma a parede das células fechadas das
espumas.
Molde Qualquer recipiente onde a mistura reativa de poliuretano
é derramada para formar um artigo com as formas deste
recipiente.
Nucleação
Plástico
Material polimérico sintético.
Plástico Celular
Material plástico contendo inúmeras células no seu interior.
Plastificantes
Substâncias usadas para aumentar a flexibilidade da estrutura
da espuma.
Poliéster Material polimérico contendo grupos éster (-COO-)
na cadeia principal ou em ramificações. Os poliésteres são
mais susceptíveis à hidrólise do que os poliéteres.
O processo de geração de bolhas minúsculas dentro de um
líquido. Recurso usado em espumas flexíveis para ajustar o
tamanho das células. Pode-se abaixar, significativamente, o
peso específico do poliol com o uso da nucleação
Poliéter
Núcleo
Substância contendo mais do que três grupos isocianato
ligados na molécula.
A porção interna de uma espuma livre de toda e qualquer
pele.
Número de Hidroxila
Número que expressa a quantidade de grupos hidroxila
disponíveis para a reação com isocianato. Usado no cálculo
estequiométrico da reação. É calculado como o número
de miligramas de hidróxido de potássio equivalentes ao
conteúdo de hidroxilas de um grama do poliol.
Pele Superfície externa da espuma, de densidade mais alta, que
se forma pelo resfriamento mais rápido do que o núcleo. No
caso de espumas moldadas a pele faz parte do acabamento
final do artigo. No caso de espumas flexíveis de bloco, a
pele, também conhecida como casca, deve ser removida.
Perda Gasosa
A perda de massa durante o processo de espumação
calculada pela subtração do peso final da espuma do peso
total de produtos usado. Esta perda é proveniente da
formação de CO2 na reação do isocianato com a água bem
como da vaporização de agentes físicos de expansão.
Peso Equivalente
O peso molecular de um produto dividido pelo número de
grupos reativos da molécula.
Peso Molecular
A soma dos pesos atômicos de todos os átomos de uma
molécula.
pH
A medida da acidez ou basicidade aparente de uma
substância. Três padrões são normalmente usados na
indústria de poliuretano:
1- Mistura de água/metanol (relação 1:10 em peso).
2- Mistura isopropanol/água (relação 10:6 em volume)
3- 5% em peso de poliol em água
42
Material polimérico contendo grupos éter (-C-O-C-) na
cadeia principal ou em ramificações.
Poliisocianato Poliisocianurato
Substância contendo vários grupos poliisocianurato (trímeros
cíclicos do isocianato) ligados na molécula.
Polímero Substância orgânica, natural ou sintética, composta de
unidades químicas que se repetem para formar moléculas
maiores.
Poliol Molécula que apresenta vários grupos hidroxila (OH) nas
extremidades de cadeias ligadas por grupos éter (poliol
poliéter) ou ligadas por grupos éster ( poliol poliéster).
Os polióis podem ainda ser modificados com polímeros
de estireno/acrilonitrila (polióis copoliméricos), com
uréia (polióis PHD) ou com poliuretano (polióis PIPA).
Poliol Capeado
Poliol cujos grupos terminais diferem dos grupos
intermediários que constituem a sua estrutura. Por exemplo,
um poliol “iniciado” com glicerina, “extendido” com óxido de
propileno (PO) e “capeado” com óxido de etileno (EO).
Poliol Copolimérico
Uma suspensão de um copolímero de estireno / acrilonitrila,
em um poliol poliéter, com conteúdo variável de sólidos
(5 a 45%). Normalmente usado junto com polióis poliéteres
convencionais para aumentar o suporte de carga da espuma
bem como para melhorar a sua processabilidade. Também
conhecido como poliol polimérico ou poliol “grafitizado”.
Poliuretanos
Compostos contendo vários grupos uretano (NHCOO) ao
longo de um polímero contendo ligações éter ou éster.
Ponto de Fulgor
A temperatura onde um líquido forma vapor suficiente para
criar uma mistura inflamável perto da superfície do mesmo.
Porcentagem de Hidroxila
A porcentagem em peso dos grupos OH no peso total do
poliol.
Tempo de Creme
Histórico de tempo e temperatura de uma espuma após se
removida do molde. Termo usado também para definir o
tempo necessário para que a espuma atinja o máximo de suas
propriedades físicas. Em geral este tempo fica entre 1 e 2 dias
para a maioria das espumas de poliuretano.
O tempo decorrido entre a mistura dos componentes da
formulação e o início do crescimento da espuma. Neste ponto
a mistura reagente muda de cor, tornando-se esbranquiçada,
em função da saturação do líquido pelo gás que é gerado na
reação do isocianato com a água. O tempo de creme é uma
característica importante de uma formulação e é influenciado
por uma série de fatores, tais como: nível de catalisador,
temperatura dos componentes, processo de espumação (alta
ou baixa pressão), etc.
Pré-Cura
Tempo de Crescimento
Pós-Cura
Histórico de tempo e temperatura de uma espuma durante a
residência no molde. Pré-Polímero
Produto formado pela reação de poliol com isocianato que,
normalmente, contém isocianato livre para reação posterior
com poliol e aditivos para formar o produto final.
Processabilidade
O grau de facilidade com o qual um produto pode ser
fabricado levando em consideração as variações que
normalmente ocorrem nas matérias primas, equipamentos e
operadores.
Reação de Expansão
Reação química da água com isocianato que resulta na
formação de dióxido de carbono - CO2 - que propicia
a expansão do polímero. Poliuretanos não celulares são
baseados em formulações isentas de água para evitar a
geração de gás e, consequentemente, a formação de células.
Reação de Gelificação
Uma das reações que ocorrem durante a formação de uma
espuma. A reação entre polióis, reticulantes e isocianatos
que formam grandes moléculas, aumentando a viscosidade
do meio e, eventualmente, formando macro-moléculas de
altíssimo peso molecular. Também conhecida como reação
de polimerização.
Reatividade O tempo decorrido entre a mistura final dos componentes
até o pico de crescimento da espuma.
Tempo de Cura
O tempo necessário para que a espuma atinja as suas
propriedades físicas finais, como resultado do término
de todas as reações químicas que ocorrem no processo
de fabricação da espuma. Na temperatura ambiente,
este tempo varia entre 24 e 72 horas para a maioria das
formulações de espumas de poliuretano.
Tempo de Desmoldagem
O tempo decorrido entre a injeção dos componentes
reativos dentro de um molde e a abertura do mesmo para a
remoção da peça moldada sem que ocorra rasgamento ou
alteração de sua forma original.
Tempo de Gel O tempo decorrido desde a mistura dos componentes
na câmera de mistura (ou no cabeçote de injeção) até o
ponto onde o polímero já está formado. Normalmente é
determinado pela introdução de um palito de madeira no
bloco até que se perceba a formação de fios.
Tempo de Pega Livre O tempo decorrido desde o início da reação e o ponto
onde a superfície da espuma pode ser tocada sem provocar
adesão. Espumas semi-rígidas e espumas rígidas apresentam
tempos de pega livre menores do que espumas flexíveis de
bloco ou moldadas.
Termo amplamente usado para descrever os resultados
empíricos ou analíticos de medidas ou observações da
velocidade das reações que ocorrem durante a formação de
uma espuma.
Toque
“SCORCH” Uretano Coloração marrom no centro do bloco causada por excesso
de exotermia durante o processo de fabricação da espuma.
Pode ocorrer em espumas contendo alto nível de água, alto
índice de isocianato ou contaminadas com certos metais.
Descrição subjetiva do tato de uma espuma. Espumas com
bom toque têm tato aveludado e, espumas com toque ruim,
têm um tato áspero.
O produto da reação de um isocianato com um composto
contendo hidroxila
43
44
Teste com Corante C
D470 Teste
F
APÊNDICE 2
F
TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES
F
PARA CONVERTER
F PARA CONVERTER
EM
EM
cm
130.000
0,3937
Mede basicamente a5.590
ruptura
propagação.
0,3048
Mede basicamente a resistência à ft
ruptura inicial.
Comprimento
Volume
Peso
Densidade
Dureza
Tensão de Ruptura
Rasgamento
in
1.703
2,54
m
0.143
3,2808
m
16.900
39,37
gl
l
3,785
l
m3
0,001
m3
l
1.000
m3
ft3
35,3144
Ton/m3
lb / ft3
62,428
kg
lb
2,2046
lb
g
453,59
g/cm3
lb / in3
0,03613
g/cm3
lb / ft3
62,43
g/cm3
kg / m3
1.000
g/l
lb / ft3
0,0624
lb/ft3
kg / m3
16,018
Kg/m3
lb / ft3
0,0624
lbs/50 in
N/0,0323cm2
4,448
N/0,0323cm2
lbs/50 in
0,225
lbs/in2 (psi)
kN/m2(kPa)
6,895
kN/m2(kPa)
lbs/in2 (psi)
0,145
Kg/cm2
kN/m2
98,07
Kg/cm2
lbs/in2
14,223
lbs/in (pli)
N/cm
1,75
N/cm
lbs/in (pli)
0,571
KN/m
N/cm
10
Kg/cm
N/cm
9,798
Kg/cm
lbs/in
5,599
45
APÊNDICE 3 - BIBLIOGRAFIA
1.
Saunders, J.H. and Frisch, K.C., Polyurethanes: Chemistry and Technology, Part I. Chemistry; Krieger: New York, 1983
2.
Saunders, J.H. and Frisch, K.C., Polyurethanes: Chemistry and Technology, Part II. Technology; Krieger: New York, 1983
3.
Herrington, R., Hock, K., Eds., Flexible Polyurethane Foams; The Dow Chemical Company, Form
No. 109-01061, 1997
4.
Dombrow, B.A., Polyurethanes;Reinhold Publishing Corporation: New York, 1965
5.
Oertel, G., Polyurethane Handbook;Hanser: Munich, 1985
6.
Woods, G., The ICI Polyurethanes Book; Wiley and Sons: Chicester, England, 1987
7.
The Flexible Polyurethane Foam Handbook, The Dow Chemical Company, Form No. 109-613-84
8.
Stewart, S. A., A Glossary of Urethane Industry Terms, The Martin Sweets Company, Inc: 1971
Observações:
1.
Os fabricantes dos produtos químicos aqui mencionados, e suas marcas registradas, são:
•
Momentive do Brasil
NIAX®
•
Univar Brasil
KYAROL
•
Univar Brasil
ARICAT
•
Univar Brasil
CORPOL
•
Dow S.A.
VORANOL
•
Dow S.A
VORANATE
•
Dow S.A
SPECFLEX
•
MILLIKEN
REACTINT
2.
As informações sobre os produtos, e suas respectivas aplicações, foram coletadas de várias fontes e
devem servir como ponto de partida para a escolha de um determinado produto ou fornecedor. Informações
mais detalhadas, ou específicas, deverão ser obtidas junto aos fabricantes e/ou seus representantes.
46
POLYURETHANE
Univar
www.univar.com/brazil
Rua Arinos, 15 - Pq. Indl. Água Vermelha
Osasco - SP - Brasil - Cep: 06276-032
Tel.: 55 11 3602 7222 | Fax: 55 11 3602 7233

polyurethane guia técnico de espumas flexíveis

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