Produção sustentável de poliuretano sem isocianato tóxico
Os investigadores substituem o químico tóxico por um dicarbamato inofensivo e utilizam o CO2 como matéria-prima para a produção sustentável de plástico
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Os poliuretanos (PUR) encontram-se em muitos produtos, tais como mobiliário estofado, espuma ou materiais de isolamento, pavimentos, tintas e até tubos de cateteres médicos. No entanto, a produção destes plásticos de elevada procura depende de isocianato tóxico. Os investigadores do Fraunhofer desenvolveram agora um processo de produção alternativo que utiliza dicarbamato inofensivo.
Os compostos químicos como o isocianato são tóxicos e provocam alergias ou asma. No entanto, continuam a ser indispensáveis para a indústria química. São necessários especialmente na produção de PUR. Estes plásticos são altamente versáteis e, por isso, são utilizados em muitos produtos. Embora o produto final já não contenha isocianatos, são necessárias precauções de segurança especiais durante o fabrico para os manter afastados dos seres humanos e para evitar riscos para a saúde.
Pela primeira vez, os investigadores do Fraunhofer conseguiram produzir poliuretanos sem utilizar isocianatos no projeto CO2NIPU (poliuretano sem isocianato, NIPU).
Dicarbamato como substituto do isocianato
Para tal, o gestor de projeto Christoph Herfurth do Instituto Fraunhofer de Investigação Aplicada de Polímeros IAP e a sua equipa substituíram o isocianato por dicarbamato inofensivo. O processo inovador torna a produção de plásticos mais fácil e segura. Os trabalhadores já não precisam de receber formação especial para se protegerem da substância tóxica. Uma outra vantagem: o processo resulta em menos emissões de gases com efeito de estufa. Isto porque os investigadores estão a utilizar dióxido de carbono para produzir dicarbamato. Estão também a desenvolver métodos de reciclagem para os materiais PUR usados.
Para além do Fraunhofer IAP, participaram no projeto CO2NIPU o Instituto Fraunhofer de Tecnologias Químicas ICT, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabrico e Materiais Avançados IFAM e o Instituto Fraunhofer de Tecnologia Ambiental, Segurança e Energia UMSICHT. Herfurth salienta as vantagens deste projeto inovador: "As estruturas moleculares dos poliuretanos fabricados a partir de dicarbamatos são idênticas às dos PU convencionais fabricados a partir de isocianatos. Isto significa que a experiência existente pode ser aproveitada para alcançar as propriedades do material necessárias para o produto final ou aplicação."
Sistema modular para propriedades do material
Os investigadores desenvolveram ainda mais o processo com vista à sua viabilidade industrial. Diferentes produtos químicos são misturados em proporções específicas para produzir as propriedades desejadas. Os chamados extensores de cadeia ajudam a reticular os grupos moleculares e a garantir propriedades elásticas ou adesivas. Os dióis poliméricos servem para amolecer o plástico, enquanto o dicarbamato, como substituto do isocianato, inicia o processo químico. Após a mistura, estes produtos químicos são fundidos e agitados a temperaturas entre 180 e 190 graus Celsius. Após o arrefecimento, os especialistas testam caraterísticas como a resistência à tração e a elasticidade.
Os isocianatos são altamente reactivos, razão pela qual os poliuretanos se formam frequentemente em apenas alguns minutos. Embora a utilização de dicarbamatos menos reactivos prolongue o mesmo processo para seis a oito horas, é muito mais fácil de controlar e regular. Isto reduz os desperdícios e as flutuações de qualidade na produção.
Economia circular para a indústria dos plásticos
Os dicarbamatos são produzidos utilizando um processo de alta pressão no parceiro de projeto Fraunhofer UMSICHT. O metanol eo CO2 são reagidos com diaminas a uma pressão de 50 bar para sintetizar dicarbamatos. O Fraunhofer ICT desenvolve processos de reciclagem de poliuretanos usados, como por exemplo de materiais de espuma antigos, que são depois reprocessados para produzir novos produtos de PUR. "Estamos assim a contribuir para o objetivo de uma economia circular sustentável sem emissões de gases com efeito de estufa", resume Herfurth.
Como primeira aplicação, os investigadores do Fraunhofer têm como objetivo o fabrico de tubos de cateteres biocompatíveis para aplicações médicas. O Fraunhofer IFAM utiliza o sistema modular variável para desenvolver adesivos que permitem a ligação de cânulas ao tubo.
A tecnologia de produção de poliuretanos sem isocianatos está agora a funcionar também fora do laboratório. "Conseguimos agora produzir vários quilogramas de NIPU na nossa fábrica piloto. No próximo passo, será possível produzir várias centenas de quilogramas de NIPU no Centro de Plantas Piloto Fraunhofer para Síntese e Processamento de Polímeros PAZ em Schkopau", diz Herfurth.
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