BR0204081B1 - tubos em multicamadas, utilizável para o transporte de fluidos, em camadas, utilizável em um veìculo a motor para conduzir combustìvel, e em monocamada, utilizável para conduzir combustìvel. - Google Patents

Description

"TUBOS EM MULTICAMADAS, UTILIZÁVEL PARA O TRANSPORTEDE FLUIDOS, EM CAMADAS, UTILIZÁVEL EM UM VEÍCULO AMOTOR PARA CONDUZIR COMBUSTÍVEL, E EM MONOCAMADA,UTILIZÁVEL PARA CONDUZIR COMBUSTÍVEL"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A presente invenção está relacionada a composições de materiaisclassificados na técnica química como poliamidas e em particular poliamidas 11e 12, artigos manufaturados úteis na técnica de transporte de fluidos tais comosolventes, fluidos polares e combustíveis, para aplicações tais como mangueiraspara combustíveis ou tubos para motores de combustão interna, em particularmotores para uso em veículos auto-impulsionados, bem como a processos paraos ditos artigos manufaturados e as ditas composições de materiais.

As mangueiras flexíveis para sistemas de combustíveis econtrole de poluição por vapor de combustível para motores de combustãointerna são bem conhecidas. Essas mangueiras têm sido fabricadas com umamonocamada (mangueiras de parede única) de poliamida ou outros polímerossintéticos, tendo provado no passado serem satisfatórias em usos tais comoem automóveis e outros veículos, bem como em motores de combustãointerna para uso estacionário. Essas mangueiras de parede única, as quaispodem apresentar comprimentos tão grandes quanto vários metros,necessitam, uma vez instaladas, não se alterarem no que diz respeito aomaterial e não se romperem durante a sua vida de serviço devido a quaisquerencolhimentos e alongamentos em resposta a calor ou frio ou a qualquertensão aplicada durante sua utilização.

Os regulamentos para meio ambiente recentemente alterados emais rigorosos, têm requerido que essas mangueiras para suprimento decombustível, em particular para os veículos automotivos, sejam relativamenteimpermeáveis a vapores de combustível e, por causa de ingredientes polarestais como oxigenados requeridos a serem formulados no combustível, que omaterial da mangueira em contato com o combustível seja resistente àextração de materiais da mangueira que possam se precipitar no combustívelou apresentar um potencial de entupirem filtros de combustível, injetores decombustível e similares que tenham orifícios extremamente pequenos e,assim sendo, baixa tolerância a particulados no combustível.

Uma solução para o problema de permeação tem sido co-extrusar tubos ou mangueiras com multicamadas (multi-paredes) quepossuem pelo menos uma camada (freqüentemente referida como uma"camada de barreira") a qual não é permeável a vapores de hidrocarbonetosou a quaisquer outros componentes voláteis do combustível.

Com a finalidade de evitar os problemas associados com osprecipitados relacionados com a extração de componentes de poliamidas, ouso de tubos com uma monocamada de poliamida ou tubos em multicamadaspossuindo a camada mais interna de poliamida tem sido de preferênciaevitado no projeto dessas mangueiras.

Típicas dessas construções em multicamadas são aquelasdescritas nas Patentes U.S. 5.419.374; 5.996.642; 5.510.160 e 5.554.462, bemcomo as referências citadas nessas patentes. As razões pelas quais as poliamidasquando em contato com o combustível são indesejáveis se achamparticularmente explicadas em detalhes na U.S. 5996642. Nas construçõesnessas patentes, as propriedades mecânicas da poliamida são acopladas com aspropriedades de barreira à permeabilidade de diversos fluoropolímeros os quaispor si só seriam ou muito caros para uso na produção automotiva ou sofreriam afalta de uma ou mais das propriedades mecânicas das poliamidas, propriedadesessas que por outro lado tornam as poliamidas 11 ou 12 os polímeros preferidospara a fabricação de mangueiras para combustível. Uma vez que poliamidas emuitos outros fluoropolímeros não aderem de forma adequada uns aos outrossem uma interligação mecânica ou uma camada de ligação entre eles, asreferências acima citadas também estão direcionadas a várias soluções para esteproblema, tal como o uso de uma camada de ligação ou o uso de uma camada debarreira de um fluoropolímeros modificado com acrílico.

Conforme aqui usado, o termo "poliamida de baixa formaçãode precipitado" significa que a poliamida foi lavada ou extraída para reduziro nível de componentes tais como oligômeros (poliamida de baixo pesomolecular), sólidos ou semi-sólidos que de outra forma seriam liberados pelapoliamida após estar exposta ao fluido transportado e/ou ficariamprecipitados no fluido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção proporciona em um aspecto da composição, tubos(ou mangueiras) melhorados para o transporte de fluidos, compostos depoliamida de baixa formação de precipitado (de preferência poliamida 12 ou11), tanto na forma de tubos de uma monocamada (de preferência paraconduzir combustível) como de tubos em multicamadas compostos de pelomenos uma camada interna de poliamida em contato com o fluido e umacamada de barreira (de preferência um fluoropolímeros tal como fluoreto depolivinilideno, não modificado ou modificado para melhorar a aderênciausando materiais tais como uma poliglutarimida ou um copolímero deacrilato). A camada de barreira poderá ser ligada à camada de poliamida pormeio de uma camada de ligação (por exemplo, como ensinado na PatenteU.S. 5.242.976), por meio de ligação adesiva (como ensinado, por exemplo,nas Patentes U.S. 5.419.374 e 5.510.160) ou por meio do uso de uma camadade barreira modificada por acrílico que adere ela própria à poliamida(conforme ensinado, por exemplo, na Patente U.S. 5.554.426). Umaconstrução preferida, para uso em um veículo a motor, para conduzir ocombustível, compreende pelo menos uma camada interna de poliamida emcontato com o combustível, uma camada intermediária de ligação unida àsuperfície externa da camada interna e uma camada de fluoreto depolivinilideno ligada à superfície externa da camada intermediária de ligação,sendo que a melhoria compreende o uso de poliamida de baixa formação deprecipitado como a camada interna. Outras construções preferidas para esseuso incluem tubos em multicamadas compostos de uma camada interna depoliamida de baixa formação de precipitado, uma camada intermediária defluoreto de polivinilideno modificado, e uma camada externa de poliamida,bem como um tubo em multicamadas composto de uma primeira camada,interna, de uma poliamida de baixa formação de precipitado a qual écondutora com a finalidade de descarregar a eletricidade estática, umasegunda camada, de poliamida, uma terceira camada de fluoreto depolivinilideno modificado, e uma quarta camada, externa, de poliamida.

As formas de realização tangíveis do aspecto da composiçãomelhorada da invenção possuem as características de uso aplicado inerentesde serem apropriadas para o transporte de fluidos tais como combustíveis àbase de hidrocarbonetos, bem como os vapores dos mesmos, para motores decombustão interna, em particular para uso automotivo e ainda aquelescombustíveis de hidrocarbonetos contendo aditivos oxigenados tais comoálcoois ou éteres em particular, e ao mesmo tempo não adicionando aos ditoscombustíveis contaminantes que teriam a tendência a obstruir a passagem dodito combustível através de filtros de combustível, de bombas decombustível, passagens de carburadores ou passagens em injeções decombustível e similares.

Uma menção especial é feita a formas de realização do aspectocomposição da invenção onde a camada mais interna não contém umacapacidade de descarga eletrostática, bem como formas de realização onde acamada mais interna inclui uma capacidade de descarga eletrostática; formasde realização possuindo corrugações perpendiculares, paralelas ou em ânguloem relação ao eixo longitudinal da mangueira (conforme ensinado na PatenteU.S. 5.996.642); formas de realização possuindo uma ou mais camadasadicionais aderidas à superfície externa da superfície externa da camada debarreira; e de formas de realização onde a camada mais interna em contatocom o fluido possui uma capacidade de descarga eletrostática, essacapacidade de descarga eletrostática sendo distribuída de forma não uniformepor toda a dita camada mais interna, de preferência com pelo menos a maiorparte da capacidade de descarga eletrostática estando concentrada navizinhança da face mais interna da dita camada mais interna cuja face se achaem contato direto com o fluido.

DESCRIÇÃO DETALHADA

O metanol foi verificado como sendo especialmente utilizávelpara a preparação de poliamida de baixa formação de precipitado (depreferência as poliamidas 11 ou 12). As técnicas presentes para a lavagem dapoliamida com metanol não são particularmente críticas uma vez que opolímero necessita simplesmente de ser lavado usando qualquer técnica eequipamento convenientes tais que a lavagem apresente uma reduçãosubstancial dos componentes extraíveis. Caso desejado, os solventes como umacapacidade similar de solubilidade para oligômeros de poliamida poderãosubstituir o metanol. As lavagens poderão ser levadas a efeito em qualqueretapa da preparação das mangueiras/tubos. Isto é, a resina fresca conforme érecebida da síntese poderá ser lavada, a resina composta com plastificantesadequados, tal como a N-n-butil benzeno sulfonamida, bem como quaisqueroutros aditivos, poderá ser lavada, ou ainda lavada após a preparação de umamangueira em multicamadas completa ou o interior da camada de resina depoliamida.

Para as construções em multicamadas, outros materiais úteispara a camada de barreira incluem outros fluoropolímeros tais como PTFE(politetrafluoretileno), ETFE (polietileno tetrafluoretileno), FEP (etilenopropileno fluorado), CTFE (policlorotrifluoretileno) e ECTFE (polietilenoclorotetrafluoretileno), bem como LCP (polímeros de cristal líquido) e EVOH(etil vinil álcool). Todos esses polímeros, bem como os acima mencionadospolímeros de fluoreto de polivinilideno, se acham disponíveis de inúmerosfabricantes por todo o mundo.

As técnicas para a coextrusão e união das construções emmulticamadas que são bem conhecidas nesta técnica e não são críticas para aprática da invenção, se acham documentadas nas referências acimamencionadas e não serão discutidas aqui em maiores detalhes.

O uso de uma construção em multicamadas minimiza a permeaçãoe permite o uso de uma camada interna fina de poliamida, minimizando assim ocusto e o volume de material que pode ser extraído pelo fluido transportado. Paraas aplicações em linhas de combustível, uma parede única de poliamida poderápossuir tipicamente uma espessura de 1,27 mm a 3,175 mm, enquanto no caso deuma construção em multicamadas a parede interna de poliamida possui maistipicamente uma espessura de 0,12 mm a 1,52 mm.

A poliamida 11 é o polímero produzido pela policondensaçãodo ácido 11-aminoundecanóico. Ela se encontra comercialmente disponívelcom a marca registrada RILSAN, da ATOFINA Chemicals, Inc., nos EstadosUnidos e nas suas companhias relacionadas em todo o mundo. A poliamida12 é o polímero preparado pela policondensação da lactama do ácido 12-aminododecanóico e se acha comercialmente disponível em todo o mundo deinúmeras fontes.

Nas construções que utilizam camadas de ligação, o materialpreferido é o Adheflon ASP720 disponível da ATOFINA Chemicals Inc., nosEstados Unidos e nas suas companhias afiliadas em todo o mundo. OAdheflon ASP720 é uma mistura de fluoreto de polivinilideno composto comdiversos aditivos que adicionam aderência às poliamidas 11 e 12. As PatentesU.S. 5.242.976, 6.040.025 e 6.143.415 ensinam como produzir os materiaisadequados deste tipo que são úteis para a formulação das mangueiras emmulticamadas contempladas por esta invenção.

Conforme estabelecido acima, os tubos em multicamadas oumulti-paredes poderão ser preparados por meio de processos padrão, comopor exemplo, um tubo similar a aquele descrito na Patente U.S. 5.419.374poderá ser preparado exceto pela inversão das posições das camadas interna eexterna de poliamida e de fluoreto de polivinilideno e substituindo por umgrau similar de poliamida 11 ou 12 lavada com metanol o grau da resina depoliamida descrita naquela patente.

Uma pessoa especializada nesta técnica naturalmente deveráreconhecer que camadas adicionais poderão ser aderidas por fora da camadade barreira em todas as construções em multicamadas com camadas de adesãoapropriadas caso as camadas adicionais não se achem inerentementeaderentes ao fluoreto de polivinilideno ou a cada uma das outras, e que essasmangueiras ou tubos que possuem essas camadas externas adicionais sãocontempladas pela invenção como equivalentes na sua totalidade. Tambémcontempladas como equivalentes na sua totalidade são as construções de15 tubos onde a camada de poliamida de baixa formação de precipitado emcontato com o combustível é condutora para descarregar o acúmulo daeletricidade estática por toda a sua espessura, possui uma camada condutoraseparada de poliamida lavada aderida à sua superfície interna ou possui umgradiente de concentração de carbono ou outro material capaz de descargaestática incorporado quando visto por uma seção em corte.

Um exemplo do efeito da lavagem com metanol nos níveis deprecipitado foi ilustrado lavando a poliamida 11 com metanol, resultando emuma redução no conteúdo extraível em percentual em peso de 1,72 % nomaterial não lavado para 0,66 % no material lavado. Em um segundoexemplo, corridas de teste com combustível em uma poliamida 11 lavadacom metanol mostrou que nenhum precipitado insolúvel aparente nocombustível foi extraído.

A matéria em objeto considerada como sua invenção pelosinventores é distinta e particularmente apontada e reivindicação como se segue.

Claims (12)

1. Tubo em multicamadas, utilizável para o transporte defluidos, compreendendo pelo menos uma camada interna de poliamida emcontato com o fluido e uma camada de barreira, caracterizado pelo fato decompreender o uso de poliamida de baixa formação de precipitado como acamada interna.

2. Tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a camada de ligação conecta a camada interna de poliamida a umacamada de barreira.

3. Tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a camada de barreira é um fluoropolímero.

4. Tubo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que o fluoropolímeros é fluoreto de polivinilideno.

5. Tubo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que o fluoreto de polivinilideno foi modificado para melhorar a suaaderência.

6. Tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que há (A) pelo menos uma camada de poliamida e (B) pelo menosuma camada adjacente à dita camada (A) que compreende uma mistura de umfluoreto de polivinilideno e uma poliglutarimida, e onde as camadas (A) e (B)são unidas de forma adesiva uma à outra.

7. Tubo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de possuir pelo menos (A) uma camada de poliamida e (B) uma camadaadjacente à dita camada (A) contendo uma mistura de fluoreto depolivinilideno e um copolímero de acrilato, com as camadas aderentes uma àoutra.

8. Tubo em camadas, utilizável em um veículo a motor paraconduzir combustível, compreendendo pelo menos uma camada interna depoliamida em contato com o combustível, uma camada intermediária deligação unida à superfície externa da camada interna e uma camada defluoreto de polivinilideno unida à superfície externa da camada de ligação,caracterizado pelo fato de compreender o uso de poliamida de baixaformação de precipitado como a camada interna.

9. Tubo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a camada interna de poliamida compreende poliamida 12 oupoliamida 11.

10. Tubo em monocamada, utilizável para conduzircombustível, caracterizado pelo fato de compreender uma poliamida de baixaformação de precipitado.

11.

Tubo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelofato de que a poliamida é selecionada de poliamida 12 ou de poliamida 11.