Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.21/1251
Título: Influence of LPG composition on straw applied one componente PU winter foam
Autor: Mimoso, Bruno Miguel Correia
Orientador: Avelino, Helena Teixeira
Bordado, João Carlos
Palavras-chave: Gás propulsor
Poliuretano
GLP
Propano
N-butano
Isobutano
Espuma de inverno de um componente
1,1-di fluoroetano (HFC-152a)
Tubo adaptador
Propellant
Polyurethane
LPG
Propane
N-butane
Isobutane
Winter one component foam
HFC-152a : 1,1-Difluoroethane
Straw applied
Volume of LPG
Data de Defesa: Out-2011
Citação: Mimoso, Bruno Miguel Correia - Influence of LPG composition on straw applied one componente PU winter foam. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2011. Dissertação de mestrado.
Resumo: O principal objectivo desta tese é obter uma relação directa entre a composição dos gases liquefeitos de petróleo (GLP), propano, n-butano e isobutano, usados como aerossóis propulsores numa lata de poliuretano de um componente, com as propriedades das espumas produzidas por spray. As espumas obtidas, terão de ter como requisito principal, um bom desempenho a temperaturas baixas, -10ºC, sendo por isso designadas por espumas de Inverno. Uma espuma é considerada como tendo um bom desempenho se não apresentar a -10/-10ºC (temperatura lata/ spray) glass bubbles, base holes e cell collapse. As espumas deverão ainda ter densidades do spray no molde a +23/+23ºC abaixo dos 30 g/L, um rendimento superior a 30 L, boa estabilidade dimensional e um caudal de espuma a +5/+5ºC superior a 5 g/s. Os ensaios experimentais foram realizados a +23/+23ºC, +5/+5ºC e a -10/-10ºC. A cada temperatura, as espumas desenvolvidas, foram submetidas a testes que permitiram determinar a sua qualidade. Testes esses que incluem os designados por Quick Tests (QT): o spray no papel e no molde das espumas nas referidas temperaturas. As amostras do papel e no molde são especialmente analisadas, quanto, às glass bubbles, cell collapse, base holes, cell structur e, cutting shrinkage, para além de outras propriedades. Os QT também incluem a análise da densidade no molde (ODM) e o estudo do caudal de espumas. Além dos QT foram realizados os testes da estabilidade dimensional das espumas, testes físicos de compressão e adesão, testes de expansão das espumas após spray e do rendimento por lata de espuma. Em todos os ensaios foi utilizado um tubo adaptador colocado na válvula da lata como método de spray e ainda mantida constante a proporção das matérias-primas (excepto os gases, em estudo). As experiências iniciaram-se com o estudo de GLPs presentes no mercado de aerossóis. Estes resultaram que o GLP: propano/ n-butano/ isobutano: (30/ 0/ 70 w/w%), produz as melhores espumas de inverno a -10/-10ºC, reduzindo desta forma as glass bubbles, base holes e o cell collapse produzido pelos restantes GLP usados como aerossóis nas latas de poliuretano. Testes posteriores tiveram como objectivo estudar a influência directa de cada gás, propano, n-butano e isobutano nas espumas. Para tal, foram usadas duas referências do estudo com GLP comercializáveis, 7396 (30 /0 /70 w/w %) e 7442 (0/ 0/ 100 w/w %). Com estes resultados concluí-se que o n-butano produz más propriedades nas espumas a -10/- 10ºC, formando grandes quantidades de glass bubbles, base holes e cell collapse. Contudo, o uso de propano reduz essas glass bubbles, mas em contrapartida, forma cell collapse.Isobutano, porém diminui o cell collapse mas não as glass bubbles. Dos resultados experimentais podemos constatar que o caudal a +5/+5ºC e densidade das espumas a +23/+23ºC, são influenciados pela composição do GLP. O propano e n-butano aumentam o caudal de espuma das latas e a sua densidade, ao contrário com o que acontece com o isobutano. Todavia, pelos resultados obtidos, o isobutano proporciona os melhores rendimentos de espumas por lata. Podemos concluir que os GLPs que contivessem cerca de 30 w/w % de propano (bons caudais a +5/+5ºC e menos glass bubbles a -10/-10ºC), e cerca 70 w/w % de isobutano (bons rendimentos de espumas, bem como menos cell collapse a -10/-10ºC) produziam as melhores espumas. Também foram desenvolvidos testes sobre a influência da quantidade de gás GLP presente numa lata. A análise do volume de GLP usado, foi realizada com base na melhor espuma obtida nos estudos anteriores, 7396, com um GLP (30 / 0/ 70 w/w%), e foram feitas alterações ao seu volume gás GLP presente no pré-polímero. O estudo concluiu, que o aumento do volume pode diminuir a densidade das espumas, e o seu decréscimo, um aumento da densidade. Também indico u que um mau ajuste do volume poderá causar más propriedades nas espumas. A análise económica, concluiu que o custo das espumas com mais GLP nas suas formulações, reduz-se em cerca de 3%, a quando de um aumento do volume de GLP no pré-polímero de cerca de 8 %. Esta diminuição de custos deveu-se ao facto, de um aumento de volume de gás, implicar uma diminuição na quantidade das restantes matérias-primas, com custos superiores, já que o volume útil total da lata terá de ser sempre mantido nos 750 mL. Com o objectivo de melhorar a qualidade da espuma 7396 (30/0/70 w/w %) obtida nos ensaios anteriores adicionou-se à formulação 7396 o HFC-152a (1,1-di fluoroetano). Os resultados demonstram que se formam espumas com más propriedades, especialmente a -10/-10ºC, contudo proporcionou excelentes shaking rate da lata. Através de uma pequena análise de custos não é aconselhável o seu uso pelos resultados obtidos, não proporcionando um balanço custo/benefício favorável. As três melhores espumas obtidas de todos os estudos foram comparadas com uma espuma de inverno presente no mercado. 7396 e 7638 com um volume de 27 % no prépolímero e uma composição de GLP (30/ 0 / 70 w/w%) e (13,7/ 0/ 86,3 w/w%), respectivamente, e 7690, com 37 % de volume no pré-polímero e GLP (30/ 0 / 70 w/w%), apresentaram em geral melhores resultados, comparando com a espuma benchmark . Contudo, os seus shaking rate a -10/-10ºC, de cada espuma, apresentaram valores bastante inferiores à composição benchmarking.
The goal of the present dissertation is to determine the influence of the liquefied petroleum gases (LPG), such as propane, n-butane and isobutane, on straw applied winter (B3-highly flammable) one component polyurethane foams. The experiments, were made at +23/+23ºC (can /spray temperature), +5/5ºC and -10/-10ºC, and intended to determinate the foam quality. At each temperature, where made the Quick Tests, in which was sprayed the foam on the paper and mould, check the overall density mould at +23/+23ºC and output at +5/5ºC. Further experiments were made to determinate the dimensional stability of the foams, physical tests of compression and adhesion, post -expansion and yield of a can. Initial trials perform studies among the LPGs present in the market. It was concluded that the formulation 7396, propane/ n-butane/ isobutane: (30/ 0/ 70 w/w%), produces the finest winter foams at -10/-10ºC, minimizing the formation of glass bubbles, base holes and the cell collapse. Experiments to the individual influence of each gas by use of different LPGs than the ones in the market were also performed. It concludes that n-butane, does not produce good foam properties at -10/-10ºC, causing glass bubbles, cell collapse and base holes. On the other hand, experiments show that the use of propane as propellant can reduce the severe glass bubbles, however it still produces cell collapse. On the contrary, isobutane can reduce the cell collapse, but not the glass bubbles. Results shown also that output at +5/+5ºC and overall density mould at +23/+23ºC can be adjusted by modifying the LPGs ratios. Propane and n-butane increase the output as well as the overall density mould, unlike the isobutane, which does not improve either of the both properties. However, tests prove that isobutane give more can foam yield. In short, results show that a good LPG ratio should present a medium quantity of P ( about 30 w/w%), that give high output and no glass bubbles at -10ºC, and around 70 w/w% of isobutane, that produces high yield and reduces the cell collapse at -10ºC. Moreover, it was analyzed the volume percentage of LPG on the prepolymer. It proves that varying the LPGs volume on prepolymer, the foam densit y can be adjusted. In effect, both variables have an inversely proportional relationship. However, out of certain upper and lower limits, the LPG amount can also give bad foam properties. A brief cost analysis was also made, showing that production costs can be reduced, when the quantity of LPG gases is increased. Experiments using HFC-152a gas in the best tested, 7396 LPG (30/0/70 w/w%) as propellants were carried out as well. It did not result in good foam properties, but gave excellent can shaking rate. Nevertheless, its use is not profitable, due to the much higher costs compared to the above mentioned LPGs. A benchmarking comparison with the best formulations produced, was also performed. The results show that, the formulations made present overall excellent properties comparing to the benchmark one. However, can shaking rates at -10/-10ºC were not as so good as the formulation present in the market.
Peer review: yes
URI: http://hdl.handle.net/10400.21/1251
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