Introdução aos agentes espumantes de poliuretano: agentes espumantes HCFC

Entre os compostos que podem substituir os CFCs, os hidroclorofluorcarbonos (HCFCs) contêm menos átomos de cloro e incluem hidrogênio em sua estrutura molecular. Isso os torna quimicamente menos estáveis, muitas vezes decompondo-se na baixa atmosfera. Os HCFC têm um potencial de destruição da camada de ozono (ODP) e um potencial de aquecimento global (GWP) significativamente mais baixos em comparação com os CFC, resultando num menor impacto ambiental.

HCFC-141b  é considerado o substituto de desempenho mais próximo do CFC-11 como agente espumante. Seu ponto de ebulição é ligeiramente superior ao do CFC-11 e as características do processo de formação de espuma são semelhantes, com eficiência de formação de espuma ligeiramente superior. Comparado aos HFCs gasosos (por exemplo, HFC-134a) ou agentes espumantes líquidos inflamáveis ​​à base de pentano, o HCFC-141b oferece maior conveniência operacional e pode ser usado com equipamentos existentes projetados para formação de espuma com CFC-11. Além disso, o HCFC-141b tem condutividade térmica relativamente baixa como gás e boa compatibilidade com polióis e isocianatos, proporcionando um desempenho de espuma próximo ao das espumas de CFC-11.

De meados da década de 1990 até cerca de 2002, o HCFC-141b (1,1-dicloro-1-fluoroetano) foi amplamente utilizado como agente espumante na América do Norte para espuma rígida de poliuretano em refrigeradores, freezers, isolamento de edifícios e tubulações. Também foi parcialmente adotado em alguns países europeus e no Japão. O HCFC-141b é usado principalmente para espumas rígidas de poliuretano na China. A condutividade térmica da espuma rígida de poliuretano feita com HCFC-141b é ligeiramente superior à dos sistemas CFC-11, mas com melhorias na formulação e um aumento de 10% na densidade da espuma, pode ser alcançado um desempenho de isolamento térmico comparável ao dos sistemas CFC-11. No entanto, o HCFC-141b pode ter um efeito dissolvente de longo prazo em materiais de revestimento de refrigeradores como ABS e HIPS, exigindo medidas de proteção. Além disso, alcançar o mesmo efeito de isolamento da espuma CFC-11 requer um ligeiro aumento na densidade da espuma (cerca de 10%).

HCFC-123  é um composto líquido com menor ODP e GWP que o HCFC-141b. Possui boa compatibilidade com polióis, e seu processo de formação de espuma e condutividade térmica da espuma na mesma densidade são semelhantes aos do HCFC-141b. Embora extensivamente estudado para sua aplicação em espuma durante a fase inicial da substituição do CFC e considerado um agente espumante alternativo ao lado do HCFC-141b, sua toxicidade ligeiramente maior limitou seu uso.

HCFC-22 (clorodifluorometano) é um refrigerante estabelecido que é de baixo custo, não inflamável e de baixa toxicidade, o que o torna um agente espumante de custo competitivo. Devido ao seu peso molecular menor, é necessário menos HCFC-22 em comparação com o CFC-11. À temperatura ambiente, o HCFC-22 é gasoso e normalmente é dissolvido em componentes de poliol quando usado como agente espumante de poliuretano. Sua alta pressão de vapor pode causar a volatilização da mistura, levando ao aumento da pressão do gás, o que exige modificações no equipamento, como misturadores estáticos para melhorar a mistura e recipientes resistentes à pressão para pré-mistura. Os sistemas HCFC-22 podem ser usados ​​com máquinas de formação de espuma de alta e baixa pressão, e a espuma rígida resultante tem condutividade térmica comparável a um sistema CFC-11 com 50% de redução.

Desvantagens do uso de HCFC-22 puro:

1  O baixo ponto de ebulição leva à formação excessiva de espuma, criando vazios na espuma rígida.

2  As propriedades de solidificação e desmoldagem da superfície são menos ideais.

3  A condutividade térmica da espuma muda mais rapidamente durante o envelhecimento em alta temperatura.

Esses problemas podem ser mitigados misturando HCFC-22 com HCFC-142b, que tem ponto de ebulição mais alto e melhora a estabilidade da formação de espuma.

HCFC-142b (clorodifluoroetano)  tem um ODP menor que o HCFC-141b, mas um PAG e condutividade térmica ligeiramente maiores. É comumente misturado com HCFC-22 para uso.

Agentes espumantes misturados, como HCFC-141b/HCFC-22, HCFC-123/HCFC-22 e HCFC-22/HCFC-142b, reduzem a pressão do gás na mistura de poliol e reduzem os custos do agente espumante. Essas misturas usam solventes industriais ou refrigerantes prontamente disponíveis, com tecnologia de produção madura e preços razoáveis.

Como os HCFCs ainda contêm cloro, o seu ODP está acima de zero, o que significa que ainda prejudicam a camada de ozono. O Acordo de Copenhaga determinou reduções faseadas na produção e utilização de HCFC: redução de 85% até 2004, 35% até 2010, 10% até 2015, 0,5% até 2020 e proibição total até 2030. Os países desenvolvidos já começaram a restringir os agentes espumantes HCFC. O HCFC-141b, um agente espumante “transitório” na indústria de espuma de poliuretano, será finalmente banido. Os Estados Unidos proibiram os agentes espumantes HCFC em 2003.

Este artigo apresenta os agentes espumantes de HCFC como substitutos transitórios dos CFCs em espumas de poliuretano, destacando suas propriedades, aplicações, impactos ambientais e limitações, juntamente com os esforços globais para eliminar gradualmente os HCFCs devido ao seu potencial de destruição da camada de ozônio.