Estudo das propriedades físico-químicas relevantes no processo de gravação de materiais de base poliuretano para revestimentos de interior automóvel

Abstract

O principal foco da TMG Automotive é o desenvolvimento de têxteis revestidos para o interior automóvel. A empresa destaca-se pela utilização consciente de recursos naturais, energia e matérias-primas, em total consonância com os princípios ecológicos e a proteção do meio ambiente. Neste cenário, surge a necessidade da aplicação de poliuretano high-solids, que, por serem matérias-primas livres de solventes orgânicos, permitem reduzir o impacto ambiental das emissões de CO2 , compostos orgânicos voláteis (VOCs) e combater desperdícios industriais. No entanto, estas matérias-primas apresentam alguns desafios processuais, nomeadamente a impossibilidade de gravação por cilindros. Dando continuidade ao trabalho iniciado no Projeto Individual, o objetivo deste trabalho é o estudo das propriedades físico-químicas de poliuretanos high-solids, de modo a obter artigos produzidos pela técnica de recobrimento e que possam ser gravados pelo processo de gravação por cilindros. Numa fase inicial, efetuou-se um levantamento bibliográfico dos processos tecnológicos praticados na empresa, seguido dos conceitos teóricos gerais sobre poliuretanos. O procedimento experimental da presente dissertação foi dividido em duas fases. A primeira etapa envolve a preparação de várias formulações de filmes compactos de poliuretano high-solids em ambiente laboratorial. Essas formulações foram preparadas com o propósito de investigar as propriedades reológicas (por reometria de pratos paralelos em regime de varrimento de temperaturas) que permitem concluir sobre o comportamento viscoelástico das amostras; químicas (FTIR), que possibilitam a determinação das ligações químicas presentes nas amostras; e térmicas (DSC), que permitem analisar a temperatura de transição vítrea das amostras, com o objetivo de estabelecer futuras correlações com o desempenho dos produtos obtidos do processo de gravação. Na segunda fase, procedeu-se à produção de têxteis revestidos à escala laboratorial, a partir das versões de matéria-prima mais promissoras. Posteriormente, estes materiais foram submetidos à gravação por cilindros em escala piloto, com temperaturas a partir dos 220 ºC. Analisou-se a evolução da morfologia do gravado nos materiais ao longo do tempo, por observação microscópica das superfícies. Do trabalho realizado conclui-se que a formulação utilizada no artigo G, um artigo de poliuretano high solids do tipo alifático poliéter/poliéster e com poliol de origem biológica, demonstra os resultados mais satisfatórios, nomeadamente na definição do gravado final. Dado o destaque deste artigo como o mais promissor para a concretização do objetivo inicial, é imperativo destacar a importância de aprofundar o conhecimento sobre a sua constituição química.

The main focus of TMG Automotive is the development of coated fabrics for automotive interiors. The company stands out for its conscientious use of natural resources, energy, and raw materials, in full accordance with ecological principles and environmental protection. In this context, there arises a need for the application of high-solids polyurethane, which, being solvents-free raw materials, allows for the reducing the environmental impact of CO2 emissions, volatile organic compounds (VOCs), and combating industrial waste. However, these materials present some procedural challenges, namely the inability for cylinder embossing. Continuing the work initiated in the Individual Project, the goal of this project was to study the physico chemical properties of high-solids polyurethanes, and to obtain products using the coating technique that can be engraved through the cylinder embossing process. In an initial phase, a bibliographic survey of the technological processes practiced in the company was carried out, followed by a review of general theoretical concepts related to polyurethanes. The experimental procedure of this dissertation was divided into two phases. The first stage involves the preparation of various formulations of high-solids polyurethane compact films in a laboratory environment. These formulations are prepared with the purpose of investigating the rheological properties (through parallel plate rheometry with temperature sweep) to draw conclusions about the viscoelastic behaviour of the samples; chemical properties (FTIR) to determine the chemical bonds present in the samples; and thermal properties (DSC) to analyse the glass transition temperature of the samples, with the aim of establishing future correlations with the performance of products obtain from the embossing process. In the second phase, coated fabrics were produced on a laboratory scale using the most promising raw material formulations. Subsequently, these materials were subjected to pilot-scale cylinder embossing at temperatures starting from 200 ºC. The evolution of the engraved morphology on the materials over time was analysed through microscopic observation of the surfaces. From the work carried out, it can be concluded that the formulation used in the G sample, a high-solids polyurethane of the aliphatic polyester/polyether type with a biologically sourced polyol, demonstrates the most satisfactory results, particularly in terms of the definition of the final engraved structure. Given the importance of this sample as the most promising for achieving the initial goal, it will be important to obtain deeper knowledge on the chemical structure of this sample.