Capítulo 1 - Reagentes & Fundamentos

Os poliuretanos (PU’s) foram desenvolvidos por Otto Bayer, em 1937, tornando-se uma fantástica história de sucesso e um negócio de muitos bilhões de dólares no mundo atual. São produzidos pela reação de poliadição de um isocianato (di ou polifuncional) (Capítulo 1) com um poliol (Capítulo 1) e outros reagentes como: agentes de cura ou extensores de cadeia (Capítulo 1), contendo dois ou mais grupos reativos; catalisadores (Capítulo 2); agentes de expansão (Capítulo 2); surfactantes (Capítulo 2); cargas (Capítulo 2); agentes antienvelhecimento (Capiluto 2), corantes & pigmentos (Capítulo 2), retardantes de chama (Capítulo 2), desmoldantes (Capítulo 2), etc. Os isocianatos podem ser aromáticos ou alifáticos. Os compostos hidroxilados podem variar quanto ao peso molecular, natureza química e funcionalidade. Os polióis podem ser poliéteres, poliésteres, ou possuir estrutura hidrocarbônica. A natureza química bem como a funcionalidade dos reagentes deve ser escolhida de acordo com as propriedades finais desejadas. Esta flexibilidade possibilita a obtenção de materiais com diferentes propriedades físicas e químicas, e faz com que os PU’s ocupem posição importante no mercado mundial de polímeros sintéticos de alto desempenho.

O desenvolvimento comercial dos PU’s começou na Alemanha no final da década de 1930, inicialmente com a fabricação de espumas rígidas (Capítulo 5), adesivos (Capítulo 7), e tintas (Capítulo 7). Os elastômeros (Capítulo 6) tiveram a sua origem na década de 1940, na Alemanha e Inglaterra. Durante a Segunda Guerra Mundial o desenvolvimento dos PU’s foi descontinuado, porém desde 1946 o seu mercado tem apresentado um crescimento enorme. A década de 1950 registrou o desenvolvimento comercial dos PU’s em espumas flexíveis (Capítulo 3). Durante os anos 60, o uso dos clorofluorcarbonos (CFCs) como agente de expansão (Capítulo 2) das espumas rígidas resultou no grande emprego deste material em isolamento térmico. Na década de 1970 as espumas semi-flexíveis (Capítulo 4) e semi-rígidas (Capítulo 4) revestidas com materiais termoplásticos foram largamente usadas na indústria automotiva. Nos anos 80, o crescimento de importância comercial foi a moldagem por injeção e reação (RIM) (Capítulo 4), dando ímpeto aos estudos das relações entre estrutura molecular e propriedades dos PU’s (Capítulo 1). Na década de 1990 e neste início de milênio, presenciamos a preocupação com o meio ambiente, com as pesquisas voltadas para a substituição dos CFC’s considerados danosos à camada de ozônio terrestre, o desenvolvimento de sistemas que não possuam compostos orgânicos voláteis (VOC’s), e os processos de reciclagem dos PU’s.

1.1 - Mercado Mundial

O mercado para PU’s, iniciado nos anos 1930, teve um crescimento de 10 milhões de toneladas em 2000, para um consumo mundial da ordem de 13,6 milhões de toneladas em 2005, com previsão de 16 milhões de toneladas, em 2010 (Tabela 1.1). Entre 2000 e 2005, a taxa média global anual de crescimento foi de 6,7%, com previsão de 4,2%, entre 2005 e 2010. Atualmente, os PU’s ocupam a sexta posição, com cerca de 5% do mercado dos plásticos mais vendidos no mundo, comprovando ser um dos produtos mais versáteis empregados pela indústria. Os maiores centros consumidores são América do Norte, Europa e o Continente Asiático. O crescimento global está sendo dirigido em grande parte pelas economias asiáticas, todavia as melhores margens de lucros são principalmente obtidas nos mercados tradicionais da Europa e América do Norte, onde as altas propriedades de desempenho dos PUs podem ser usadas dentro de novas aplicações no setor médico, automobilístico e de construção.

É possível obter infinitas variações de produtos pela combinação de diferentes tipos de matérias-primas como polióis, isocianatos e aditivos. Centenas de aplicações foram desenvolvidas para atender diversos segmentos de mercado. Na área de espumas flexíveis (Capítulo 3) os PU’s se popularizaram nos segmentos de colchões, estofados e assentos automotivos; os semi-rígidos na indústria automotiva (Capítulo 4) na forma de descansa-braços, painéis, pára-choques, etc; os micro-celulares em calçados; e os rígidos no isolamento térmico (Capítulo 5) de geladeiras, “freezers” e caminhões frigoríficos, na construção civil em painéis divisórios (Capítulo 5), etc. Além destes, temos os PU’s sólidos usados como elastômeros (Capítulo 6), tintas & revestimentos (Capítulo 7), adesivos (Capítulo 7) & ligantes (Capítulo 7), fibras (Capítulo 7), selantes & impermeabilizantes (Capítulo 7), encapsulamento elétrico (Capítulo 7), etc. Os PU’s nas formas de espumas flexíveis, rígidas, revestimentos, elastômeros, fibras, etc. representam cerca de 20 kg do material usado nos carros de passeio. Os consumos percentuais aproximados nos diferentes segmentos industriais são mostrados na Figura 1.1.

Figura 1.1 - Consumo mundial de PU por segmento

Em bases regionais, a demanda de espuma de poliuretano está relativamente próxima da produção porque o comércio é relativamente pequeno. Até mesmo dentro dos Estados Unidos, geograficamente o suprimento segue muito de perto a demanda, especialmente para os produtos flexíveis. Muitas centenas de produtores no mundo fabricam a espuma de poliuretano, freqüentemente em plantas em locais diferentes. A maioria os produtores de espuma concentram os esforços em espuma flexível (Capítulo 3) ou em rígida (Capítulo 5) porque os mercados e tecnologias são bastante diferentes. A espuma flexível de poliuretano é principalmente usada como um material de enchimento em mobília, transporte e colchões. A espuma rígida de poliuretano é utilizada principalmente como um material de isolamento térmico em construção e refrigeração. Os assentos automotivos (Capítulo 4) são uma área de globalização onde os principais produtores operam em várias regiões do mundo.

Em termos da análise do mercado através do tipo de produto final, é interessante notar que embora colchões & estofados representem o maior mercado atualmente em termos de volumes, outros mercados estão experimentando uma maior taxa de crescimento. Especialmente a produção de espumas rígidas usadas para construção. Esta tendência está em concordância com a norma atual de reduzir o efeito estufa e melhorar a eficiência energética, como também a urbanização continuada de muitas economias em desenvolvimento. Fora do setor de refrigeração, o crescimento global da produção de espuma rígida é estimado em 5% por ano, durante os próximos 4-5 anos.

Diversos tipos de polióis são encontrados no mercado mundial. Os mais consumidos são os polióis poliéteres de diferentes estruturas a base de poli(oxipropileno) e poli(oxipropileno/etileno) (PPG's) (69%) (Capítulo 1), seguidos dos polióis poliésteres (19%) (Capítulo 1). Além desses polióis temos ainda os: polióis poliméricos, poli(oxitetrametileno) glicóis (PTMEG’s ou PTHF's) (Capítulo 1), policaprolactonas glicóis (<2%) (Capítulo 1), polióis acrílicos, polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH) (<1%) (Capítulo 1), polióis derivados do óleo de mamona (<1%) (Capítulo 1), etc. A Tabela 1.3 apresenta o mercado dos principais polióis, isocianatos e aditivos.

Durante os anos oitenta e metade dos anos noventa, os polóis poliéster respondiam por somente 10% do mercado total, e atualmente, representam cerca de 20%. Os polióis poliésteres alifáticos, cujo mercado em 2001 foi cerca de 1.000 mil toneladas, com previsão de 1.090 mil toneladas em 2006, podem ser a base de poliadipatos (60%) e policaprolatonas (10%) (Capítulo 1) e são usados nos PUs flexíveis como: couro sintético (9%); elastômeros (31%) (solados, vazados, TPU e fibras); espumas flexíveis (12%); adesivos (6%); e tintas & revestimentos (13%). Os polióis poliésteres aromáticos (29%) (Capítulo 1) são usados nas espumas rígidas de PIR e PUR, cujo consumo em 2001 foi de cerca de 310 mil toneladas com previsão de 410 mil toneladas em 2006.

Vários isocianatos aromáticos e alifáticos estão disponíveis comercialmente, porém mais de 95% dos isocianatos consumidos são à base do tolueno diisocianato (TDI) (31%) (Capítulo 1) e do metileno-difenil-isocianato (MDI) (66%) (Capítulo 1) e seus derivados, que são obtidos de diaminas acessíveis e de baixo custo. O crescimento da demanda global de MDI, entre 2000 e 2005, de acordo com os principais fabricantes, foi devido principalmente aos PUs moldados e as espumas rígidas.

1.1.1 - América Latina e Brasil

Desde os anos 90, o mercado latino americano cresceu de 240 mil toneladas, para um consumo atual estimado em 600 mil toneladas anuais, representando cerca de 6% do mercado mundial. É prevista uma taxa de crescimento de 4% ao ano, com um consumo de cerca de 720 mil toneladas, em 2008 (Tabela 1.4). Uma das variáveis que tem ajudado a impulsionar o crescimento do mercado é a substituição de outros materiais pelos PUs, como por exemplo, seu elevado nível de utilização nos automóveis, refrigeradores, adesivos, e construção.

Na América Latina, as aplicações das espumas flexíveis de PU (Capítulo 3) em colchões e estofados que é da ordem de 57% da demanda total, enquanto as aplicações automotivas (Capítulo 4) respondem por 10%. As espumas rígidas (Capítulo 5) mobilizam uma parcela aproximada de 16% e são usadas principalmente em isolamento térmico (12%) e construção (4%). Os segmentos de poliuretanos sólidos, como os adesivos (Capítulo 7) & selantes (Capítulo 7) (4%), elastômeros (Capítulo 6) & solados (Capítulo 4) (7%), tintas & revestimentos (Capítulo 7) (6%), etc, correspondem ainda a modestos 16% (Figura 1.2), quando comparados aos mais de 30% em termos globais. Os novos desenvolvimentos de uso dos PUs em adesivos, revestimentos, elastômeros, selantes, solados e outros produtos farão certamente aumentar significativamente este volume.

Figura 1.2 - Consumo de PU por segmento na América Latina 

Como em toda América Latina, predomina o mercado (Tabelas 1.5 e 1.6) de espumas flexíveis para colchões e estofados, o TDI (Capítulo 1) é o isocianato mais consumido. Em 2003, a demanda de PU em espumas flexíveis foi estimada em 384 mil toneladas, sendo a produção das espumas flexíveis em bloco (Capítulo 3) de 333 mil toneladas, e das moldadas (Capítulo 4) de 51 mil toneladas. Os maiores consumidores são: Brasil (50%), México (20%), Argentina (7%), Chile (4,3%), Colômbia (3,6%), Venezuela (3,4%), e Peru (2,9%). Em 2003, o consumo brasileiro foi da ordem de 190 mil toneladas, com previsão de 242 mil toneladas em 2008. O consumo de TDI é estimado em 148 mil toneladas, sendo 130 mil toneladas em espumas flexíveis para colchões e estofados, 16 mil para a indústria automotiva, e 2 mil em revestimentos, adesivos, selantes e elastômeros. No Brasil estima-se a produção de espumas flexíveis em bloco e moldadas, em 178 mil e 17 mil toneladas, respectivamente. O consumo previsto de TDI é cerca de 75 mil toneladas, no Brasil, e 20 mil na Argentina e Chile.

O MDI (Capítulo 1) é empregado nas espumas rígidas (Capítulo 5) (72%), usadas em isolamento térmico e em construção (painéis, spray); elastômeros/calçados (15%); espumas flexíveis moldadas (9%); revestimentos (2%); e adesivos, ligantes e selantes (1,5%). A previsão de consumo de MDI é de 100 mil toneladas, na América Latina, e de 50 mil toneladas, no Brasil. O consumo de isocianatos alifáticos (Capítulo 1), usados em tintas e revestimentos, é estimado em 4 mil toneladas anuais. Na América Latina, durante os anos 90, as taxas de crescimento do consumo de TDI e MDI e poliol foram respectivamente, 7,3%, 14,3% e 8,7%. Atualmente, é esperado um aumento anual no consumo de TDI e poliol poliéter de cerca de 4,5% e um pouco superior para o MDI.

Em 2003, as espumas rígidas (Capítulo 5) apresentaram uma demanda estimada em 101 mil toneladas. Os maiores consumidores latino-americanos foram Brasil (43%), México (38%), Argentina (7%), Chile (3,7%), Colômbia (3,3%), Venezuela (3%), e Peru (2,3%). O maior consumo foi em refrigeração, com cerca de 56 mil toneladas, sendo: Brasil (41%), México (35%), Colômbia (7%), Venezuela (6%), Argentina (5%) e Chile (2%). Os painéis representaram 30 mil toneladas, sendo: Brasil (49%), México (36%), Argentina (8%), Chile (1%), Colômbia (1%), e Venezuela (1%).

Atualmente, o mercado brasileiro de PU com aproximadamente 300.000 toneladas anuais é cerca de 50% do total latino americano e mais de 70% do Mercosul (Tabelas 1.4 e 1.5). Com a instalação no Brasil das fábricas de isocianatos e polióis, na década de 1970, o setor ganhou impulso e evoluiu rapidamente. Em 1980, o setor já consumia 80 mil toneladas de PU's. Quinze anos mais tarde, a demanda dobrou, tornando-o o maior consumidor de PU na América Latina. O consumo aproximado por segmento no Brasil é mostrado na Figura 1.3.

Figura 1.3 - Consumo de PU por segmento no Brasil

Os polióis poliéter (PPG's) (Capítulo 1) são os mais consumidos na América Latina e Brasil, sendo usados em 97% das espumas flexíveis em bloco e moldadas. O consumo latino americano de poliol poliéter é estimado em 300.000 toneladas, sendo cerca de 215.000 (72%) toneladas em espumas flexíveis para colchões e estofados, 38.000 (13%) em aplicações automotivas, 31.000 (10,5%) em espumas rígidas para isolamento térmico, 7.000 (2,3%) em elastômeros e 3.300 (1,3%) em adesivos, selantes e revestimentos. No Brasil estima-se o consumo de polióis poliéteres (Capítulo 1) em 145.000 toneladas, e 39.000 na Argentina e Chile.

O consumo anual de poliol poliéster é estimado em 31.000 toneladas, no Brasil, e 43.000 toneladas na América Latina. Os polióis poliésteres são usados, principalmente, na forma de elastômeros microcelulares, na indústria de calçados (62%), espumas flexíveis para laminados têxteis (16%), espumas rígidas (11%) e revestimentos (11%). Os polióis poliésteres alifáticos (Capítulo 1) são usados nos PUs flexíveis, como os elastômeros/calçados, espumas flexíveis e revestimentos flexíveis. Os polióis poliésteres aromáticos (Capítulo 1) são usados nos PUs rígidos, como as espumas rígidas e nos revestimentos de alta dureza. Além desses polióis são consumidas anualmente, cerca de 4.500 toneladas de PTHF (Capítulo 1), em elastômeros de alto desempenho, e 3.000 toneladas de polióis acrílicos (Capítulo 1), em vernizes de acabamento automotivos.

Em 2003, o mercado latino americano de CASE (tintas & revestimentos, adesivos, selantes, e elastômeros / solados) apresentou uma modesta demanda de aproximadamente 107 mil toneladas de PU, se comparadas as 2,3 milhões de toneladas globais, porém, com grandes perspectivas de crescimento. As tintas e revestimentos (Capítulo 7) representam 30%, os adesivos 16%, os selantes 6% e os elastômeros/calçados 46% do total de materiais poliuretânicos empregados. O Brasil com 61 mil toneladas (56%) e o México com 32 mil (30%) são os maiores consumidores. Os elastômeros de PU com cerca de 47 mil toneladas anuais são utilizados em calçados (Capítulo 4) (73%), elastômeros moldados por vazamento (Capítulo 6) (10%), fibras (Capítulo 7) (8%), e TPUs (Capítulo 6) (8%). No Brasil, o crescimento previsto para o uso de PUs em CASE é de 4,7%, destacando-se a produção brasileira de calçados que é a terceira maior do mundo, com mais de 500 milhões de pares.

Os adesivos (Capítulo 7) com 17 mil toneladas anuais são usados em embalagens (45%), calçados (23%), construção (14%), painéis (8%), automóveis (5%) e outros transportes (5%). Os PUs representam 10% do mercado de adesivos no Brasil. Os selantes (Capítulo 7) com 6 mil toneladas são utilizados nos vidros automotivos (51%), construção (40%), outros transportes (6%), e diversos (5%). Nas tintas e revestimentos de PU, que apresentaram um consumo de 32 mil toneladas, em 2000, os principais usos são em: madeira & mobílias (42,1%), verniz de acabamento automotivo (17,1%), pinturas arquitetônicas (16,8%), tintas industriais (8,6%), auto OEM (5,0%), tintas de manutenção (2,5%), aeronaves (2,3%), marinha/offshore (2,0%), veículos comerciais (1,0%), revestimentos de pisos, tanques & decks (0,8%), revestimentos de plásticos, tecidos & couro (0,8%).

Em grau de utilização da capacidade instalada brasileira, a média histórica do segmento é de 75% desde o ano 2000. Em 2004, os dados apurados pela Comissão Setorial de Poliuretano da Abiquim informam o uso de 85,5% (janeiro a junho) da capacidade instalada, e a entidade projeta até o fim do ano uso de acima de 90% da capacidade instalada. O total das matérias-primas importadas está na média histórica de 35% sobre o consumo aparente nacional, havendo sofrido, no primeiro semestre de 2004, leve elevação em relação ao total importado no mesmo período de 2003. Já a participação das exportações na produção local alcança patamares de 15 a 17%. De janeiro a junho de 2004, o total exportado (17%) aumentou um ponto percentual em relação ao mesmo período de 2003 (16%), direcionando-se para a América do Norte, Europa, Ásia e América Latina.

Por aplicação, segundo a Abiquim a produção de 255 mil toneladas (2003) aparece direcionada para os seguintes segmentos: 54% para espumas flexíveis, 19% para espuma rígida, 16% para CASE ou tintas, adesivos, selantes, elastômeros etc, 8% para espuma flexível moldada e 3% para outras aplicações. Por produto, 49% da produção foi de poliol poliéter, 11% de poliol poliéster, 23% de TDI e 17% de MDI. Os dados foram coletados a partir de todos produtores nacionais e tomam como base o consumo aparente nacional (CAN), ou seja, o total de matérias-primas produzido mais o total importado menos o total de matérias-primas exportado.

A produção de matérias-primas para poliuretano aumentou, de 1999 a 2003, em torno de 5% anuais e cresceu, apenas no primeiro semestre de 2004, em torno de 15%, projetando um crescimento anual, em 2004, de 12%. A capacidade instalada de produção da indústria, também segundo a Abiquim, é de 280 mil toneladas anuais. Outro dado interessante diz respeito ao peso do mercado de casas de sistema. As vinte casas de sistema do mercado brasileiro transformam 70 mil toneladas de matérias-primas em produtos de maior valor agregado, ou seja, por volta de um quarto da produção total. Em faturamento, o mercado nacional fechou 2003 com um total estimado em 470 milhões de dólares, prevendo-se para o final de 2004 um faturamento total de 520 a 550 milhões de dólares.

Em consumo per capita, os dados da Abiquim mostram um grande aumento de 1999 a 2001 (1,23 quilo para 1,49 quilo), caindo para 1,44 quilo/habitante em 2003. Em relação a outros países e continentes, o uso de poliuretanos no Brasil é levemente superior ao da América Latina como um todo (1,1 quilo) e muito superior ao da média do Leste Europeu e países do Pacífico exceto Japão (0,5 quilo para ambos). Já em relação aos países mais desenvolvidos, contudo, o consumo per capita do Brasil deixa muito a desejar (os países da NAFTA consomem 5,4 quilos, a Europa 4,5 quilos e o Japão, 4,1 quilos).

1.2 - Isocianatos