Projeto ECOFOAM

Enquadramento

A crescente globalização da indústria automóvel, bastante acentuada nos últimos anos, resultou em novos desafios para os construtores de automóveis (OEM – Original Equipment Manufacturer), nomeadamente na necessidade de adaptar os diferentes modelos de automóveis aos diferentes tipos de clientes e respetivos hábitos e culturas. Associada à globalização existe uma maior consciencialização ambiental e do impacto dos materiais na qualidade do ar do interior do habitáculo e consequentemente na saúde dos seus ocupantes. Desta forma, paradigmas culturais como, por exemplo o chamado “cheiro a carro novo”, foram quebrados e passaram de algo desejável para algo que motiva preocupações e reclamações por parte dos clientes. Hoje em dia é sabido que um dos maiores mercados mundiais para a indústria automóvel, quer em número de automóveis vendidos, quer em potencial de crescimento, é a China. Neste momento, a reclamação número um neste país, aquando da compra de automóveis novos, é o odor dentro do interior do habitáculo. Assim, é premente para as OEM a melhoria/redução/remoção do odor dentro do habitáculo dos automóveis. Estes requisitos são passados a todos os fornecedores da cadeia da indústria automóvel, através de normas, nomeadamente aos produtores de espumas flexíveis de poliuretano (PUF), que pela natureza da aplicação do seu produto têm um impacto grande na qualidade do ar do interior do habitáculo e consequentemente no odor. As PUF revestidas por tecido ou pele sintética cobrem uma área superficial bastante grande do interior do habitáculo, estando presentes na consola central, painel de portas, assentos e tetos. Os requisitos de emissões e testes de COV dependem do fabricante de automóveis e, normalmente adotam requisitos de teste de materiais e componentes da região onde se inserem. Por exemplo, muitas das OEM europeias adotam os padrões desenvolvidos pela Verband der Automobilindustrie (VDA, ou Associação Alemã da Indústria Automóvel), como é o caso da Mercedes, os fabricantes de automóveis japoneses adotam os padrões JAMA/JSAE. Outros grandes fabricantes podem adotar uma abordagem própria para os requisitos para a sua cadeia de fornecedores, adotando alguns dos requisitos de emissões e testes de padrões específicos por referência, combinando vários elementos dos padrões existentes ou desenvolvendo requisitos totalmente novos, como acontece com o Grupo PSA, por exemplo, através da norma PSA D10 5517 (Assessments of the olfactory intensity for materials and parts of cabin and the boot referential, materials and piecesof parts, whole parts, vehicle). Os vários materiais e métodos de teste disponíveis estão sendo harmonizados no conjunto de normas ISO 12219.

As PUF em bloco são laminadas juntamente com tecidos, ou com peles sintéticas, para a produção de revestimentos para painéis de porta, capas de assentos, teto, consolas centrais, etc. Considerando todas estas aplicações das PUF, o volume ocupado, bem como a área superficial, no interior do habitáculo de um automóvel é muito elevado. Consequentemente o estudo do impacto das PUF e do processo de laminação aos materiais de revestimento no odor do interior do automóvel é de vital importância para este novo desafio que é o aumento da qualidade percecionada do ar no interior do habitáculo do automóvel.

O estudo do odor de materiais é uma área de investigação complexa e com muitos desafios. Existe uma carência ao nível do know-how que permita estabelecer correlações entre os compostos orgânicos voláteis (COV) encontrados e o resultado do odor percecionado pelos ocupantes dos automóveis. Não existe uma proporcionalidade entre as concentrações encontradas nestes métodos e o odor real percecionado pelos utilizadores ao longo da vida útil do automóvel. Compostos com concentrações muito baixas, na ordem ppb (parte por bilião), podem originar um forte odor, muitas vezes desagradável. Existe também a combinação de diferentes compostos que individualmente podem não ter grandes implicações, mas que em conjunto originam um odor indesejável. Aliado a estes problemas existe ainda a subjetividade dos odores que varia muito de cultura para cultura e mesmo de indivíduo para indivíduo.

Neste momento, as OEM têm uma presença cada vez mais global e desenvolvem automóveis tendo em consideração os princípios da globalização. Como consequência deste facto, têm surgido problemas com alguns componentes em ambientes húmidos resultantes da degradação dos materiais e da possibilidade de geração de odores. O odor, bem como as emissões originadas pelas PU, pode-se modificar ao longo da vida útil do automóvel pela decomposição das PU. É sabido que as PUF base PE (poliéter) e PES (poliéster) no processo de degradação geram compostos que podem provocar sensações odoríferas diferentes. Esta degradação é especialmente crítica em ambientes húmidos, nomeadamente em PUF de base PES. Para além deste facto, uma das principais fontes de odor nas PUF são as aminas. Para contornar este problema foram desenvolvidas soluções ao nível de aminas reativas ou de alto peso molecular. No entanto, nas atuais soluções de PUF poliéster, a utilização deste tipo de aminas é muito restrita visto que agrava significativamente o processo de envelhecimento húmido, inviabilizando a utilização deste tipo de PUF em aplicações reais. Sendo assim, existe uma tendência em algumas aplicações de migração das PUF à base de PES para PUF à base PE. No entanto, as PUF base PE têm algumas desvantagens face às PUF base PES ao nível da oxidação face à radiação ultravioleta (UV) e ao nível da estrutura celular.

Em aplicações como tetos as PUF têm que cumprir requisitos bastante exigentes ao nível da estrutura celular e da oxidação face à radiação UV, visto que o tecido utilizado nesta aplicação é de baixa gramagem e, portanto, muito transparente. Desta forma, o estudo e desenvolvimento de PUF base PE, com propriedades físicas ao nível da estrutura celular semelhantes às PUF base PES e que cumpram os requisitos de envelhecimentos face à radiação UV requeridos para a aplicação tetos, é importante para evitar problemas de odor e emissões ao longo da vida útil do automóvel. De forma a contribuir para uma produção mais sustentável, incluindo uma redução da pegada de ecológica, o desenvolvimento destas PUF de base PE terá que ter em consideração a necessidade de desenvolver formulações com polióis que consumam menos CO2 no seu processo de fabrico.

Principal Objetivo

O projeto EcoFoam tem como principal objetivo produzir PUF para a indústria automóvel com características inovadoras ao nível da sua contribuição para a qualidade do ar interior do automóvel, tanto na fase inicial do automóvel (“carro novo”), como nos seus primeiros meses de vida, antecipando-se, de uma forma autoimposta, a uma exigência superior das OEM em relação aos níveis de odores e de COV nos interiores dos automóveis. Também se pretende desenvolver PUF que permitam melhorar o odor do complexo PUF+tecido e PUF+pele sintética. A melhoria da qualidade do ar interior do automóvel também vai exigir o estudo e melhoria das propriedades físicas após envelhecimentos e exposição à radiação UV das PUF.

As novas soluções desenvolvidas ao nível das PUF não deverão por em causa do cumprimento de requisitos das várias OEM como:

• Emissões (COV, Emissão de formaldeído, Fogging)
• Propriedades físicas
• Propriedades físicas depois de envelhecimentos húmidos e secos

Para responder a estes desafios do projeto, no âmbito do Clube de Fornecedores PSA, foi constituído um consórcio vertical formado por uma entidade do SI&I - Laboratório Associado CICECO - Instituto de Materiais de Aveiro, da Universidade de Aveiro (UA); uma empresa produtora de PUF, Flexipol Espumas Sintéticas S.A., empresa líder deste projeto e uma empresa TIER3 da fileira automóvel; e uma empresa que utiliza as PUF para a produção de complexos PUF+Pele sintética para aplicações em automóveis, TMG - Tecidos Plastificados e Outros Revestimentos para a Indústria automóvel, S.A., empresa TIER2 da fileira automóvel. Este consórcio conta ainda como parceiro o Grupo PSA, sendo esta a empresa líder do Clube de Fornecedores PSA.

Objetivo 1: Desenvolvimento de PUF com baixo teor de emissões e de baixo odor

• Obter PUF base poliéter que tenham valores de odor segundo o método de ensaio D10 5517 menor do que 2,8, com um desvio médio padrão <0,7
• Obter PUF que tenham valores de odor segundo o método de ensaio VDA 270 C3 igual ou menor do que 2,5

Objetivo 2: Desenvolvimento de PUF com maior permeabilidade ao ar

• • Obter PUF com maior permeabilidade ao ar através do desenvolvimento de novas formulações que vão permitir uma maior rutura das membranas das células das PUF na etapa de desgaseificação

Objetivo 3: Desenvolvimento de PUF com resistência superior ao envelhecimento húmido e às radiações UV

A estratégia para garantir o odor ao longo da vida útil do automóvel também passa pela utilização de PUF de base PE onde até ao momento são utilizadas PUF de base PES. Desta forma, um dos objetivos do projeto passa pelo desenvolvimento de PUF de base PE com estrutura celular semelhante à PES ao nível da regularidade, do tamanho de célula, de forma a cumprir:

• Número de células > 25 cel/cm segundo standard UNE 53201 com uma distribuição de regularidade medida pelo NSD (Normalized Standard Deviation)<0,30 medida pelo software CellMatt Technologies
• Mudança de cor em tecido tetos de acordo com a norma PSA D47 1431, Headliner 150h a 100ºC, escala ≥4

e do comportamento face à exposição à radiação UV:

• Número de células >30 cel/cm segundo standard UNE 53201 com uma distribuição de regularidade medida pela NSD <0,30 software CellMatt Technologies
• Mudança de cor em tecido dos tetos de acordo com a norma PSA D47 1431, Headliner 150h a 100ºC, escala ≥4

Também será estudada a influência no odor do envelhecimento húmidos e por radiação UV das PUF.

Resultados

A Flexipol no ano de 2022 aumentou o seu volume de faturação em 52% e tem como previsão para 2023 cerca de 61% face a 2020. A contribuição do mercado automóvel, como planeado teve um aumento bastante superior ao sector da colchoaria. Se no final de 2020 as vendas das espumas auto representaram cerca 33% do volume de vendas, temos como previsão para o ano de 2023 aumento para 51%, sendo este o sector com mais peso no volume de negócios da Flexipol. Este aumento é resultado da estratégia de aposta em projetos diferenciadores e inovadores como o EcoFoam para o sector automóvel. Como demonstrado, a ampla e rápida aplicação dos resultados do projeto permitiu antecipar vendas que só estavam previstas para anos subsequentes a 2023. Este projeto permitiu também à TMG Automotive utilizar espumas de PUR melhoradas em características de cheiro e emissões. Levando à melhoria destas características nos complexos de pele sintética à base de PVC, indo de encontro à tendência de mercado de revestimento para o interior automóvel.

A concretização deste projeto permitiu dotar a Flexipol de uma série de Know-How ao nível das emissões e odor nas espumas flexíveis, obtenção de estrutura celular pequena e regular, resistência à radiação UV e controlo da permeabilidade ao ar nas espumas de base poliéter. Portanto, com uma melhoria inerente ao nível dos envelhecimentos húmidos e consequentemente da decomposição e libertação de compostos odoríferos e voláteis ao longo do tempo de vida do produto. Conhecimento este, que já foi aplicado no desenvolvimento de novos produtos, na melhoria contínua de produtos já estabelecidos, bem como no desbloquear de produtos já em fase de desenvolvimento. De referir ainda, que algum do conhecimento adquirido servirá de base para outros projetos e desenvolvimentos futuros, nomeadamente ao nível do odor e da regulação da estrutura celular a partir do controlo da viscosidade dos quasi-prepolímeros. Deste modo, no âmbito da melhoria do odor/emissões e melhoria da resistência à radiação UV foi desenvolvida para aplicação em tetos automóvel a espuma EHL 27 1D LE, que já se encontra em fase de comercialização.

Ao nível das espumas com muito baixa permeabilidade ao ar e elevado número de células base poliéter, utilizada no processo contínuo de fabrico de tetos com impregnação de pré-polímero de MDI, foram desenvolvidas as espumas Tecna E 34 0T e Tecna E 34 1T. Esta última já com uma melhoria ao nível das emissões. Estas espumas já foram introduzidas no mercado para projetos com a OEM Stellantis.
Para as espumas com elevado número de células para o processo de produção de tetos em uma ou duas etapas foi desenvolvida a gama de espumas PURTECH, que está numa fase de produção de protótipos e envio a clientes. O desenvolvimento à escala piloto do processo de produção e controlo da viscosidade dos polióis a partir dos quasi-prepolímeros vai permitir a introdução de uma nova gama de produtos cuja industrialização está prevista para meados 2024 e progressivamente ampliada nos anos subsequentes. O estudo de formulações com maior permeabilidade ao ar do que as espumas tradicionais para o processo de fabrico de capas para assentos auto, permitiu o desenvolvimento da espuma ECS 32 0S HP que está em fase de envio das primeiras amostras iniciais a clientes. A comercialização deste novo produto, caso os resultados das amostras iniciais sejam positivos está prevista para o segundo semestre de 2024. Como referido, o conhecimento gerado durante o projeto permitiu também a melhoria de produtos já desenvolvidos e alavancar a validação de produtos em desenvolvimento. O conhecimento ao nível de emissões e odor foi aplicado na gama de produtos em fase final de validação e em produtos ainda em desenvolvimento para a Tesla, para a aplicação em capas de assentos, espumas para painéis de portas e tetos. Permitindo a melhoria de produtos em fase final de validação e no alavancar de novas homologações visto que a OEM Tesla utiliza métodos de emissões baseados em micro-chamber.
Também de salientar a aplicação do conhecimento ao nível na interação de emissões entre a espuma e pele sintética na nova espuma desenvolvida para a OEM Volvo com melhoria ao nível das emissões ECS 28 0V LE que começou a ser fornecida recentemente ao Tier 2 TMG.
Ao nível da OEM BMW de referir a importância da validação da espuma ECS 42 HR LE na OEM BMW para placas de assentos, em que foi essencial o conhecimento ao nível das emissões e origem de alguns compostos. Para a OEM RSA, os conhecimentos em emissões e odor em micro-chamber test também foram muito úteis na validação do complexo tecido mais espuma para o Tier 1 Forvia para capas para assentos.