Introdução aos Agentes Espumantes de Poliuretano – Agentes Espumantes à Base de Alcanos

Os compostos alcanos ganharam atenção devido ao seu ODP (potencial de destruição da camada de ozônio) zero, efeito estufa mínimo, não toxicidade e impacto ambiental insignificante. A tecnologia de formação de espuma pentano já foi adotada por fabricantes em regiões como Europa e Ásia. Os alcanos com zero PDO cumprem os requisitos do Protocolo de Montreal para a eliminação progressiva de substâncias que destroem a camada de ozono, embora a sua inflamabilidade seja uma limitação.

Na via HC (hidrocarbonetos), os compostos à base de pentano são os mais valiosos em termos práticos para processos de formação de espuma. Os principais agentes espumantes à base de alcano em uso prático incluem ciclopentano líquido, n-pentano e isopentano, denominados coletivamente como "agentes espumantes de pentano".

Comparado com CFC-11 e HCFC-141b, o uso de compostos de pentano como agentes de expansão de espuma de poliuretano requer a abordagem de vários problemas:

1  Inflamabilidade:  Alcanos são compostos orgânicos voláteis (VOCs) e altamente inflamáveis, necessitando de medidas de segurança rigorosas durante a produção.

2  Solubilidade: O pentano tem solubilidade relativamente baixa em poliéter polióis. A solubilidade do ciclopentano em polióis poliéteres de espuma rígida em geral varia de 10% a 20%, enquanto o n-pentano e o isopentano apresentam solubilidade abaixo de 7%. Polióis e aditivos especiais ou modificados são normalmente necessários para atingir a concentração desejada de agente espumante.

3  Condutividade térmica: Os alcanos têm condutividade térmica em fase gasosa relativamente alta, resultando em espumas rígidas com desempenho de isolamento inferior em comparação com espumas à base de HCFC-141b.

4  Coeficiente de Difusão: O coeficiente de difusão do pentano nas espumas de poliuretano é superior ao do CFC-11, necessitando de medidas de proteção para que a espuma rígida mantenha suas propriedades.

5  Problemas de condensação: O ciclopentano, com ponto de ebulição mais alto, é propenso à condensação, reduzindo a quantidade de ciclopentano nas células de espuma e aumentando a quantidade de CO₂ e ar que entra nas células. Isto resulta no aumento da condutividade térmica da espuma. A condensação geralmente ocorre em temperaturas próximas 25°C, levando a quedas de pressão interna e impactando a estabilidade dimensional da espuma. Para mitigar isso, a densidade da espuma (por exemplo, 38 kg/m³) é frequentemente aumentado, ou as matérias-primas e formulações são melhoradas para melhorar a densidade de reticulação e a estrutura celular, fortalecendo assim a matriz de espuma e melhorando a estabilidade. Embora o n-pentano também possa condensar, a sua pressão de vapor mais elevada torna a condensação menos severa.

Avanços em Formulações e Tecnologia

Inicialmente, métodos de co-sopro de ciclopentano de componente único ou ciclopentano-água eram comumente usados. Posteriormente, misturas de ciclopentano com alcanos de ponto de ebulição mais baixo, como isopentano ou butano, foram introduzidas para resolver problemas causados ​​pelo alto ponto de ebulição do ciclopentano. Melhorias nas matérias-primas e formulações produziram espumas com excelentes características de desempenho.

Entre os agentes espumantes à base de alcano, o ciclopentano tem a menor condutividade térmica em fase gasosa e solubilidade relativamente alta em poliéter polióis, tornando-o o agente espumante alcano mais amplamente utilizado. A tecnologia de formação de espuma à base de ciclopentano tornou-se uma das alternativas globais aos agentes espumantes CFC, particularmente em aplicações de espuma rígida para isolamento de refrigeradores.

O ciclopentano oferece diversas vantagens:

● Custo-benefício:  É a alternativa mais econômica entre os substitutos do clorocarbono.

● Benefícios ambientais: O ciclopentano tem zero ODP.

● Melhorias de segurança: As questões de segurança associadas ao uso do ciclopentano foram abordadas de forma eficaz.

Na China, o ciclopentano foi escolhido como substituto dos agentes espumantes de clorocarbono, com o apoio da Associação Chinesa de Eletrodomésticos. O ciclopentano tem amplo potencial de mercado e disponibilidade abundante. Pode ser obtido através da separação e processamento das frações C5, subproduto do craqueamento do etileno.

Tendências da indústria

Com a proibição do HCFC-141b nos países desenvolvidos e o alto custo dos agentes espumantes à base de HFC, muitas empresas adotaram sistemas de formação de espuma de pentano como substituto do HCFC-141b na produção de espumas rígidas de poliuretano para isolamento de refrigeradores e outras aplicações.