BR0207250B1

BR0207250B1 - espuma compósita polimérica, painel isolante com cobertura de aço, e, método para a formação de uma massa de espuma compósita polimérica.

Info

Publication number: BR0207250B1
Application number: BRPI0207250-5A
Authority: BR
Inventors: Per Ingmar Quist; Anthony Jacob John
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2012-02-07
Also published as: IL157212A0; HUP0303275A2; AP2003002839A0; HU226899B1; HUP0303275A3; US20090214853A1; KR20030081444A; PT1368421E; EA200300881A1; EA006962B1; ES2296904T3; SK288044B6; DE60223228T2; IL157212A; OA12447A; SK10262003A3; PL206957B1; ZA200306005B; DE60223228D1; CN1249134C

Description

"ESPUMA COMPÓSITA POLIMÉRICA, PAINEL ISOLANTE COM COBERTURA DE AÇO, E, MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA MASSA DE ESPUMA COMPÓSITA POLIMÉRICA"

Campo técnico

Esta invenção refere-se a espumas compósitas poliméricas. A invenção também se refere a composições líquidas para a preparação de espumas compósitas poliméricas e painéis isolantes formados a partir destas espumas.

Fundamentos da invenção

As espumas poliméricas são largamente utilizadas para o isolamento térmico e acústico em construção civil. As espumas poliméricas, tais como espumas de poliestireno, são largamente utilizadas como um núcleo embutido dentro de coberturas de aço para formar painéis isolantes para aposentos e fabricas refrigerados por causa das suas excelentes propriedades mecânicas, alto valor isolante e baixo custo. A principal característica negativa destes painéis isolantes é a sua alta propensão a queimar e/ou fundir- se em um incêndio, levando à perda da resistência estrutural.

As espumas fenólicas e de furano, por outro lado, têm excelentes propriedades de resistência ao fogo, mas não são capazes de serem utilizadas como núcleos em painéis de coberturas de aço, por causa das suas pobres propriedades mecânicas. Elas são extremamente rígidas e formam uma superfície friável quando cortadas.

Um outro problema com as espumas fenólicas e de furano é conseguirem adesão satisfatória nas coberturas de aço.

O pedido de patente do Reino Unido GB 2013209A apresenta um método para a produção de painéis de uma resina policondensável. A invenção desta citação dissocia a expansão ou espumação da resina da sua polimerização ou poli condensação. Isto significa que a expansão ocorre antes da polimerização ou endurecimento da resina. O método requer aquecimento externo por que se requer que a expansão aconteça antes da polimerização. A composição poderá incluir contas de poliestireno. No entanto, estas são utilizadas na forma expandida, por que a reação de policondensação acontece aproximadamente a 60°, uma temperatura muito baixa para permitir que as contas de poliestireno se expandam. Para expandir as contas de poliestireno, são requeridas temperaturas próximas do ponto de amaciamento ou temperatura de transição de vidro do poliestireno. Esta citação tem um regime complexo de aquecimento para superar os problemas percebidos, por serem ligados os processos de cura/polimerização. E por esta razão que a espumação e a cura/polimerização da fase policondensável são separadas e são utilizadas as contas de poliestireno expandido.

O pedido de patente belga BE 865001 é semelhante à patente inglesa discutida acima, por que a espuma compósita é preparada utilizando- se contas de poliestireno expandido. O aquecimento no seu processo é limitado a temperaturas menores do que aquelas requeridas para a deformação das partículas de poliestireno.

O pedido de patente russa de número SU 585189 também apresenta composições que envolvem o uso de contas expandidas de poliestireno.

O pedido de patente alemã número DE 19910257 apresenta composições de espumas poliméricas resistentes ao fogo que incluem 5-50% em peso de grafita expansível. As composições são preparadas pela adição da mistura líquida a um molde e aquecimento por vapor externo. Ambos os exemplos utilizam contas de poliestireno expandido e a relação em peso de resina fenólica para poliestireno é menor do que 0,5. Sumário da invenção

Esta invenção apresenta em uma forma, uma espuma compósita polimérica composto de uma fase contínua de polímero fenólico ou de furano espumado (fenólico/de furano) e uma fase dispersa de polímero de poliestireno espumado onde a espuma compósita é preparada catalisando-se uma composição líquida espumável composta de 5-50%, peso/peso, de contas de poliestireno espumável e 50-95% de uma resina fenólica/de furano onde a referida composição catalisada espumável é capaz de atingir temperaturas suficientes para polimerizar o polímero fenólico/de furano e expandir o polímero de poliestireno sem requerer a aplicação de fontes de calor ou energia externos.

De preferência a percentagem em peso de polímero de poliestireno na espuma compósita está na faixa de 5-50 e mais de preferência 10-40.

De preferência a espuma compósita tem uma densidade na faixa de 25-200 kg/m3.

De preferência a espuma compósita tem uma densidade na faixa de 25-50 kg/m3.

De preferência a espuma compósita tem uma densidade na faixa de 50-200 kg/m3.

Em uma forma alternativa, a invenção apresenta um painel isolante com coberturas de aço tendo um núcleo de espuma compósita compreendendo uma fase contínua de polímero fenólico/de furano e uma fase dispersa de polímero de poliestireno espumado onde a relação em peso de polímero fenólico/de furano para poliestireno é de pelo menos 1.

Em uma outra forma alternativa, a invenção apresenta um método de preparação de uma massa de espuma compósita polimérica compreendendo a adição de uma composição líquida espumável composta de 5-50%, peso/peso, de contas de poliestireno espumável e 50-95% de uma resina fenólica/de furano e uma quantidade efetiva de um catalisador, em um molde temporário na forma da massa e removendo-se o molde após o início da expansão da composição líquida.

Descrição detalhada da invenção As resinas adequadas para esta invenção são resinas sintéticas termocuradas. Elas poderão ser obtidas, por exemplo, pela condensação de fenol, fenóis substituídos ou álcool fürfurílico com aldeídos, tais como formaldeído, acetaldeído e fürfüral. No entanto, conforme visto por aqueles versados na técnica, o fenol poderá ser substituído, no todo ou em parte, por outras substâncias com química semelhante ao fenol, tais como fenóis substituídos, compostos de cresol ou naturais fenólicos, tais como lignina ou tanino. O tanino, especialmente, é uma substância reativa que pode ser utilizada em quantidades significativas como um extensor de resina de baixo custo na invenção atual. O álcool fürfurílico poderá ser substituído por outros compostos reativos contendo a estrutura molecular do fürano, isto é um anel formado por quatro carbonos e um átomo de oxigênio. O anel pode ter zero, uma ou duas ligações duplas, de preferência duas, porque isto faz com que o composto seja mais reativo e propenso a ser carbonizado quando exposto a alta temperatura. O formaldeído poderá ser substituído por outros aldeídos, mas estes geralmente são mais dispendiosos e menos reativos, e portanto não são preferidos. As resinas de fenol-formaldeído constituem a classe principal de resinas fenólicas adequadas para a invenção atual. Elas usualmente são preparadas pela reação de fenol com 37-50% de formaldeído aquoso a 5Ο- 100° C, na presença de um catalisador básico.

As resinas fenólicas mais úteis na invenção atual são referidas como resinas de fenol-aldeído e geralmente contêm um componente de fenol e um de aldeído. Dois tipos gerais de resinas fenólicas que são bem conhecidos na técnica são os novolacs e resóis.

2.5 Como regra geral, as resinas de resol líquido são preparadas reagindo-se um ou mais fenóis com um excesso de um ou mais aldeídos em fase aquosa e na presença de um catalisador alcalino. O excesso de aldeído poderá ser pequeno ou grande dependendo do tipo de resina requerida.

Os novolacs usualmente são preparados reagindo-se quantidades em excesso de fenol com formaldeído. A molécula de resina novolac é feita de dihidroxifenilmetano a qual após uma outra adição de formaldeído e condensação imediata dos grupos álcoois assim formados com outra molécula de fenol, produz compostos lineares tendo a fórmula geral H[C6H3(OH).CH2]nC6H4.OH assim como polímeros ramificados nos quais alguns dos anéis de benzeno têm três pontes de metileno ligadas sob condições ácidas. Os novolacs também podem ser produzidos em condições alcalinas e ambos os tipos de novolacs podem ser incorporados em um resol, feito em separado ou in situ, para fins de se produzir espumas fenólicas.

O termo fenol pode incluir não somente o próprio fenol (incluindo fenol puro/ou de grau técnico) mas também outros compostos de fenol tais como resorcinol, cresol, xilenol, clorofenol, bisfenol A, alfa-naftol, β-naftol e semelhantes e misturas dos mesmos.

As resinas de furano são definidas para fins deste pedido como resinas líquidas que contêm pelo menos 10%, peso/peso, de compostos cuja estrutura molecular incorpora o anel de furano, com 0, 1 ou 2 duplas ligações; e o qual pode ser curado por calor ou pela adição de um catalisador ácido, para formar um sólido termocurado.

A resina de furano contém de preferência um pouco de álcool furfurílico, ou de produtos de reação de álcool furfurílico, como por exemplo, aqueles descritos na patente americana de número 5.545.825.

Os aldeídos a serem usados para a reação com os fenóis acima mencionados ou com o álcool furfurílico usualmente contêm cerca de 1 a 8 átomos de carbono e de preferência cerca de 1 a 3 átomos de carbono. Exemplos específicos de aldeídos incluem formaldeído, acetaldeído, aldeído propiônico, furfural, benzaldeído e semelhantes, e misturas dos mesmos. No contexto da invenção atual, é preferido o uso de formaldeído. As formas mais comuns de formaldeído disponíveis comercialmente incluem formalina, a qual usualmente é uma solução aquosa a 30-52% em peso de formaldeído em água; paraformaldeído, que é um polímero sólido linear de formaldeído; e trioxano, que é um tripolímero sólido cíclico de formaldeído. Pretende-se que as acima mencionadas e outras fontes de formaldeído para a reação com fenol ou álcool furfurílico sejam incorporadas aqui quando for utilizado o termo formaldeído.

Poderão ser usados tensoativos e são selecionados dentre quaisquer agentes estabilizantes adequados úteis na estabilização de espumas de resinas líquidas de fenol-aldeído. O tensoativo pode ser aniônico, catiônico, não iônico ou anfotérico. A restrição maior é que ele não deve interferir com o processo de espumação. E conhecido um grande número de tensoativos adequado? s eles são apresentados em numerosas publicações. Os tensoativos comumente utilizados incluem tensoativos de silício, tais como os copolímeros de siloxano-oxialquileno e tensoativos orgânicos tais como poliéteres e poliálcoois, incluindo os seus produtos de condensação e óxidos de alquileno tais como óxidos de etileno e óxidos de propileno, com alquil fenóis, ácidos graxos, alquilsilanos e silício. Exemplos específicos incluem polioxietileno octadecilfenol, sulfato de polioxietileno decilfenol, polioxietileno dodecil fenol, polioxietileno octil fenol, éster do ácido polioxietileno linoleico, éster do ácido polioxietileno esteárico, monolaurato de polioxietileno sorbitano, triestearato de polioxietileno sorbitano.

A quantidade de tensoativo utilizada usualmente não é crítica por que quantidades pequenas, 1% ou menos em peso de resina, com freqüência resultam em uma redução substancial na tensão superficial da resina.

Agentes de sopro típicos que poderão ser utilizados na preparação do componente de espuma fenólica ou de furano da invenção atual incluem os agentes de sopro físicos e químicos, assim como técnicas mecânicas de sopro. Em uma realização preferida, o agente de sopro é fornecido pela água da resina, a qual está presente na resina quando ela é preparada ou gerada no processo de cura. Embora seja preferível, não é essencial que a resina fenólica ou resina de furano seja espumável. No entanto, por razões de custo e propriedades térmicas, é preferível que a resina fenólica ou resina de furano seja espumável.

Catalisadores ácidos típicos incluem ácido fosfórico, ácidos alcano sulfônicos tais como o ácido metano sulfônico, ácido clorídrico e ácido sulfurico, ou misturas dos mesmos. Os ácidos adequados são aqueles utilizados na técnica para a cura de resinas fenólicas. Eles usualmente são caracterizados como ácidos fortes. Os catalisadores poderão também ser selecionados de ácidos sulfônicos aromáticos tais como o ácido fenol sulfônico, ácido benzeno sulfônico, ácido tolueno sulfônico e ácido xileno sulfônico. Os ácidos de Lewis, tais como o cloreto de alumínio, também poderão ser utilizados.

Em muitos casos, o catalisador ácido é adicionado em 1:5 quantidades suficientes para reduzir o pH inicial da mistura de resina líquida abaixo de 4, de preferência entre 1,5 e 3,0. Também, a quantidade de catalisador necessária pode ser determinada avaliando-se os tempos desejados de fase cremosa e os tempos de fase firme da mistura da reação. Falando de forma geral, no entanto, a concentração do catalisador contido na mistura espumante da reação variará entre 5 e 20%, peso/peso, de resina fenólica/de furano. O catalisador converte a resina em polímero.

A composição líquida de resina deve ter uma reatividade adequada, significando que ela deve gerar calor suficiente em uma reação química exotérmica para fazer com que as contas de poliestireno expansíveis se expandam. Este processo de expansão normalmente não ocorrerá, a não ser que a temperatura da resina alcance uma temperatura de pelo menos 80°C, de preferência pelo menos 90°C, mais de preferência pelo menos 100°C.

O alcance de uma temperatura especificada depois da catálise significa que quando 1.000 g de resina espumável são colocadas em um recipiente cilíndrico de 10 litros com diâmetro de 200 mm aquela temperatura é alcançada após a catálise. Esta característica da invenção atual apresenta a vantagem de que os painéis poderão ser preparados com equipamento relativamente simples e barato. Fontes externas de calor tais como vapor ou microondas, geralmente não são necessárias. No entanto, tais fontes externas de calor poderão ser utilizadas para se preparar as composições da invenção atual.

Aditivos que aumentam o calor gerado pela resina catalisada podem ser adicionados beneficamente, como por exemplo, o álcool furfurílico ou peróxidos, de preferência peróxido de hidrogênio, por causa da sua alta reatividade e baixo custo. Será visto que deve ser considerado o uso de tais aditivos se uma resina passa adequadamente no teste exotérmico.

Outros aditivos poderão ser incluídos, tais como aqueles descritos em espumas da técnica anterior, para melhorar qualquer propriedade física especial ou para reduzir custos. Por exemplo, os retardantes de chama contendo por exemplo cloro, bromo, boro, fósforo ou amônia, especialmente fosfato de amônio, poderão ser adicionados para melhorar a resistência ao fogo. A grafita expansível também pode ser utilizada utilmente, por exemplo conforme descrito na DE 19910257A1. A grafita se expande quando exposta a altas temperaturas conforme acontece em um incêndio. O mesmo pedido de patente também descreve o uso de aditivos intumescentes, como por exemplo, uma mistura de melamina, um copolímero de PVA, pentaeritritol e fosfato de amônio. Estes e outros aditivos com efeito semelhante poderão ser incorporados nas composições da invenção atual. Cargas de baixo custo tais como perlita, cinza volante, e vermiculita, poderão ser adicionadas para se reduzir os custos. Tais cargas poderão também ser benéficas, porque elas podem atuar como agentes nucleantes, reduzindo o tamanho médio da célula do componente de espuma de resina. Uréia, melamina e outros compostos contendo nitrogênio capazes de reagirem com aldeídos, como o fenol e o álcool furfurílico, em uma reação de dois estágios conhecida na técnica como adição seguida por condensação, também podem ser utilizados por si próprios ou como produtos de reação com aldeídos, de preferência formaldeído, para substituir algumas das resinas fenólicas ou de fiirano. Agentes de neutralização poderão ser adicionados na mistura espumável, tais como sais de dissolução lenta, como bórax anidro. Os métodos descritos na patente americana de número 4.122.045 são incorporados aqui nesta especificação.

Polímeros de poliestireno adequados para a invenção atual incluem polímeros de estireno que são comumente utilizados para se preparar contas de poliestireno que devem ser sopradas para se formar contas de espuma de poliestireno. Também se utilizando estireno como o único monômero, outros monômeros de adição polimerizáveis poderão ser utilizados e tais copolímeros são incluídos no termo poliestireno desta especificação. O estireno está sempre presente como o componente principal do polímero de poliestireno. Além disso, os polímeros de poliestireno poderão ser modificados pela adição de retardantes de chama. As contas de poliestireno preferidas contêm retardantes de chama, tais como as contas fornecidas pela Huntsman com o nome comercial Spacel 4940 e Spacel 7740.

A invenção atual envolve o uso de contas de poliestireno não expandidas. Isto permite que níveis relativamente elevados de poliestireno sejam incorporados no compósito final da espuma por que as propriedades reológicas e de fluxo das composições líquidas são muito mais fáceis de serem controladas. Se forem utilizadas contas de poliestireno expandido, somente níveis relativamente baixos de poliestireno podem ser incorporados na espuma compósita quando é utilizada uma mistura fluida.

O agente e a técnica de sopro de poliestireno preferidos compreendem a utilização de agentes de sopro físicos líquidos, os agentes que são líquidos voláteis que produzem um gás de sopro através da vaporização do agente de sopro ou através da decomposição do agente de sopro durante a exotermia.

São bem conhecidos na técnica anterior numerosos agentes de sopro adequados para uso no contexto da invenção atual. Idealmente, o agente de sopro deve ser um líquido tendo um ponto de ebulição na pressão atmosférica entre -50° e 100°C e mais de preferência entre 0° e 50°C.

Exemplos de agentes de sopro voláteis, incluem compostos orgânicos, tais como hidrocarbonetos, hidrocarbonetos halogenados, álcoois, cetonas e éteres. Exemplos específicos de agentes de sopro de hidrocarbonetos incluem propano, pentano, isopentano e hexano. O pentano é o agente de sopro preferido.

Os agentes de sopro são utilizados em uma quantidade suficiente para produzir a espuma de poliestireno resultante com a densidade desejada. No caso da invenção atual, verificou-se ser especialmente útil utilizar-se contas de poliestireno expansível que se expandem até uma densidade de cerca de 13-20 kg/m3 quando soprados convencionalmente com vapor em um processo de um só passe. Nesta especificação e de acordo com a prática da indústria, esta densidade se refere à densidade de contas expandidas e juntadas de poliestireno. Para permitir a arrumação do volume, a densidade real destas contas expandidas é aproximadamente 50% maior, isto é, aproximadamente 20-30 kg/m3. Na invenção atual, a densidade da fase de espuma fenólica de preferência é pelo menos duas vezes aquela da espuma de poliestireno e quando expressando esta relação a Requerente se refere às densidades reais das duas fases. Tais espumas fenólicas de densidade menor oferecem a vantagem de custos menores mas as propriedades mecânicas são mais pobres. Para painéis isolantes de uso geral, a espuma na faixa de densidade 25-50 kg/m3 normalmente oferece uma resistência adequada, mas densidades ainda menores poderão ser úteis. Para utilizações requerendo uma resistência ao fogo e/ou resistência estrutural máximas, densidades maiores poderão ser preferidas, como por exemplo, 50-200 kg/m3, ou superiores. As proporções relativas de peso da fase de polímero de poliestireno e da fase de polímero fenólico/de furano são importantes na invenção atual. Nesta especificação, as proporções relativas são calculadas por referência à composição da composição líquida espumável. Quando se faz estes cálculos a fase fenólica/de furano inclui todos os aditivos, tais como catalisadores, cargas, água, tensoativos e retardantes de chama e exclui somente as contas de poliestireno. Será visto que as proporções reais relativas de peso da fase de polímero de poliestireno e da fase de polímero fenólico/de furano na espuma compósita poderão variar ligeiramente das proporções relativas de peso calculadas conforme acima. Estas diferenças são atribuídas à perda de compostos voláteis. No entanto, o método acima é utilizado por conveniência.

Um detalhe da invenção atual que a coloca em separado de outras espumas rígidas, tais como a fenólica, poliuretana e poliestireno expandido (EPS), é a habilidade da mistura de espuma antes de se expandir reter uma "memória" do seu formato, para produzir um artigo totalmente expandido, final, com aproximadamente a mesma forma que a mistura espumável antes do crescimento, "o mesmo formato" significa que a relação de comprimento: largura: altura é aproximadamente o mesmo para a espuma expandida final que para a mistura antes do crescimento. Uma característica altamente benéfica desta "memória" da forma antes do crescimento é o fato de que a espuma pode ser produzida com equipamento extremamente simples e portanto de baixo custo. Por exemplo, uma caixa de papelão, utilizada para a embalagem, pode ser usada como um molde temporário para produzir blocos de tamanho comercial. Em tal caso, os quatro cantos verticais da caixa devem ser alinhados, permitindo que todos os lados verticais a serem dobrados se tornem horizontais, descansando no piso. Os quatro lados da caixa devem ser mantidos em uma posição vertical (isto é, formando uma caixa) somente durante um tempo suficientemente longo para permitir que a mistura espumável seja colocada dentro da caixa, e o crescimento ou expansão seja iniciado.

Após o início do crescimento, os quatro lados verticais da caixa podem ser dobrados para se tornarem horizontais, permitindo que a espuma se expanda nas três dimensões, ao mesmo tempo mantendo aproximadamente a forma inicial, isto é a mesma relação de comprimento:largura:altura. O uso desta caixa desmontável ou retrátil ou molde é um exemplo do uso de um molde temporário. Outros exemplos de moldes temporários são bandejas formadas por paredes frágeis ou que podem ser derretidas. Depois que a composição espumável iniciou a exotermia, é atingida uma temperatura ou pressão onde a parede é derretida, torna-se frágil ou se rompe, de tal forma que a composição espumável em expansão não é mais confinada pelas paredes do molde temporário. Quando a composição espumável em expansão não é mais confinada pelas paredes, considera-se que as paredes foram removidas. A remoção das paredes poderá ser feita derretendo-se ou rompendo-se as mesmas, assim como pela intervenção física através de um operador. As paredes da caixa desmontável ou retrátil poderão alternativamente ser mantidas na forma que define o molde pelos meios de retenção de paredes derretidas. Quando a composição espumável inicia a exotermia e se expande, ela alcança uma temperatura predeterminada que faz com que os meios de retenção ou as paredes do molde caiam para o lado externo, permitindo que a massa em expansão não seja confinada. Um molde temporário, isto é um dispositivo que confina parcialmente a composição espumável líquida catalisada somente até que se inicie a expansão, também pode ser utilizado beneficamente em linhas contínuas, como por exemplo, na produção de blocos contínuos. Neste caso, o molde temporário pode ser criado, por exemplo, através do dobramento mecânico de papel alimentado de um rolo, em um formato semelhante a canal que confina uma quantidade adequada da composição líquida catalisada somente durante um tempo suficientemente longo para que comece a expansão.

Em uma variação do processo acima, o molde temporário contendo a composição líquida espumável catalisada poderá ser colocado em um segundo molde ou molde externo. Este molde externo poderá ser aberto em uma face ou totalmente fechado. A Requerente verificou que se utilizando um molde temporário dentro de um -molde externo, as faces finais da espuma compósita são mais uniformes e reproduzíveis e portanto requerem um mínimo de acabamento.

Principalmente, utilizando-se este método simples, permitindo- se que a expansão volumétrica da espuma aconteça sem quaisquer restrições de espaço, podem ser produzidos blocos comerciais de tamanho útil, isto é, maiores do que 1 metro cúbico. Isto é diferente de outros blocos de espuma plástica, que requerem o confmamento espacial em pelo menos duas dimensões (espumas fenólicas e de poliuretana) e com freqüência três dimensões (espuma de poliestireno expandido EPS). No caso do EPS, tradicionalmente há a necessidade de uma fonte externa de vapor pressurizado, além da complexidade e custo do equipamento de produção.

Embora o método simples descrito acima possa ser utilizado para produzir blocos de espuma da invenção, a espuma também pode ser produzida em um espaço confinado, desde que o molde seja suficientemente resistente para suportar a pressão exercida pela espuma em expansão. A espuma da invenção também pode ser produzida em linhas contínuas. Uma das vantagens significativas da invenção atual é que as fontes de calor externo ou de energia não são necessárias. E surpreendente que possam ser preparadas composições de espuma onde o calor exotérmico da reação da polimerização de uma fase polimérica pode ser utilizado para espumar não somente esta fase mas a outra fase polimérica. Isto é o oposto dos ensinamentos anteriores discutidos no passado onde a separação destas funções é considerada essencial. A técnica anterior geralmente usa contas de poliestireno expandido e depende da aplicação de calor externo. A invenção será agora melhor descrita por referência a realizações preferidas, através dos exemplos seguintes.

Exemplo 1

Uma mistura espumável foi preparada utilizando-se a seguinte formulação, onde foi incluída perlita como um agente nucleante para auxiliar a espumação da resina fenólica:

<table>table see original document page 15</column></row><table>

Em uma tina de 10 litros, todos os componentes acima, exceto a mistura de ácidos, foram misturados em conjunto e aquecidos a 30°C. Foi adicionada a mistura de catalisador ácido, e a mistura total foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de um minuto, a mistura líquida iniciou a expansão rapidamente e a temperatura da mistura alcançou 100°C. Em um curto período de tempo, foi criado um corpo plástico de espuma, com um volume aproximado de 9 litros. No mesmo dia foi cortada uma amostra da espuma, pesada e medida, e verificou-se que tinha uma densidade de 151 kg/m3. As contas de poliestireno expandido eram claramente visíveis em todas as superfícies cortadas, tendo um diâmetro na maior parte na faixa de 1 a 2 mm. O tamanho médio estimado era de 1,5 mm, correspondendo a um volume de 1,8 mm3. Como o volume médio das contas de poliestireno não expandidas era de somente 0,05 m3 a expansão média era 36 vezes o volume original. Assim sendo, como a densidade específica das contas de poliestireno não expandido era de 1.000 kg/m3, a densidade média especifica das contas expandidas foi calculada como sendo 28 kg/m3. Como a percentagem em peso de poliestireno na mistura era de 200 g: 1.550 g = 13%, segue-se que o componente de peso de poliestireno seria 13% de 151 kg/m3 = 20 kg. A percentagem em peso da fase de polímero fenólico/de furano foi calculada como sendo 87%. Como a densidade média especifica das contas de poliestireno expandido foi calculada anteriormente como 28 kg/m3, o peso 21 kg/m3 representaria um volume de 20:28 m3 = 0,71 m3, isto é, uma fração volumétrica de 71%.

A superfície cortada da espuma não era quebradiça como as espumas fenólicas da técnica anterior, e no entanto a espuma não se derretia nem queimaria como a espuma de poliestireno, quando submetida a uma chama.

Exemplo 2

Este exemplo ilustra o efeito do teor mais elevado de poliestireno.

Uma mistura espumável foi preparada utilizando-se a seguinte formulação:

Resina fenólica, grau ILl 737 ex Huntsman 1.000 g

Contas de poliestireno, Spacel grau 4940 ex Huntsman 400 g

Álcool íurfurílico IOOg

Teric C12 (tensoativo) ex Huntsman 40 g

Perlita IOg

ácido fenol sulfônico a 75 % 140 g

} Pré-mistura

ácido fosfórico a 85 % 60 g

Em uma tina de 10 litros, todos os componentes acima exceto a mistura de ácidos foram misturados em conjunto e aquecidos a 30°C. Foi adicionada a mistura de catalisador ácido, e a mistura total foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de um minuto, a mistura líquida iniciou a expansão rapidamente e a temperatura da mistura alcançou 100°C. Em um curto período de tempo, foi criado um corpo plástico de espuma, com um volume aproximado de 14 litros. No mesmo dia foi cortada uma amostra da espuma, pesada e medida, e verificou-se que tinha uma densidade de 98 kg/m3. Uma grande quantidade de contas de poliestireno expandido era claramente visível em todas as superfícies cortadas, tendo um diâmetro na maior parte na faixa de 1 a 2 mm com uma média estimada de 1,5 mm.

A percentagem em peso de poliestireno na mistura foi calculada como sendo 23%, e a percentagem volumétrica como sendo 81%. A percentagem em peso de polímero fenólico/de furano foi calculada como sendo 77%.

A superfície cortada da espuma não era quebradiça como as espumas fenólicas da técnica anterior, e no entanto a espuma não se derreteria nem seria queimada como a espuma de poliestireno quando submetida a uma chama.

Exemplo 3

Este exemplo mostra o efeito de um nível mais elevado de álcool furfurílico, resultando em mais expansão e portanto uma densidade menor da espuma. Este exemplo também ilustra o uso de uma resina de furano.

<table>table see original document page 17</column></row><table> Em uma tina de 10 litros, a resina, as contas de poliestireno, o álcool furfurílico, o Teric C12 e a perlita foram misturados, e a mistura foi aquecida a 30°C. A mistura de catalisador ácido foi então adicionada, e a mistura total foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de um minuto, a mistura líquida iniciou a expansão rapidamente e a temperatura da mistura foi aumentada até 103°C. Em um curto período de tempo foi criado um corpo plástico de espuma com um volume aproximado de 20 litros.

Foi cortada uma amostra da espuma no mesmo dia, pesada e medida, e verificou-se que tinha uma densidade de 74 kg/m3. Quatro semanas depois a amostra foi pesada outra vez, mostrando uma perda de peso de 10% correspondente a uma densidade madura de 67 kg/m3. E possível que a perda de peso seja constituída na sua maior parte de excesso de umidade e possivelmente do agente de sopro pentano nas contas de poliestireno. As contas de poliestireno expandido eram claramente visíveis em todas as superfícies cortadas, tendo um diâmetro na sua maior parte na faixa de 1,0 a 2,5 mm com um tamanho médio estimado de 1,5 mm, correspondente a um volume de 1,8 mm3. Como o volume médio das contas de poliestireno não expandido era de somente cerca de 0,05 mm3, a expansão média foi de 36 vezes o volume original. Assim sendo, como a densidade específica das contas de poliestireno não expandido era de 1.000 kg/m3, a densidade média específica das contas expandidas foi calculada como sendo 28 kg/m3. Como a percentagem em peso de poliestireno na mistura era de 400 g:1800 g = 22%, segue-se que o componente de peso de poliestireno seria 22% de 74 kg/m3. Como a densidade específica das contas de poliestireno expandido foi 2.5 calculada anteriormente como sendo 28 kg/m3, o peso de 16 kg deveria representar um volume de <formula>formula see original document page 18</formula> , isto é, uma fração volumétrica de 57%.

Assim sendo, expresso em termos tanto de relações em peso como de volume, a espuma compósita poderia ser descrita como sendo um composto de uma fase de espuma de poliestireno representando 22% em peso mas 57% em volume, e uma fase de espuma fenólica/de furano representando 78% em peso mas somente 43% em volume. O componente de espuma fenólica/de furano foi calculado como tendo uma densidade específica de 0,78x74/0,43 kg/m3 = 134 kg/m3 (antes da perda de voláteis no envelhecimento).

Assim sendo, neste caso, a densidade do componente de espuma fenólica/de furano foi determinada como sendo de 134/28 = 4,8 vezes maior do que a densidade da espuma de poliestireno.

A superfície da espuma cortada não era quebradiça como as espumas fenólicas da técnica anterior, e no entanto a espuma não se derreteria nem se queimaria como a espuma de poliestireno quando submetida a uma chama. Isto é surpreendente, considerando-se que cerca de três quartos do volume da espuma compósita foram feitos de espuma de poliestireno, a qual por si própria é imediatamente derretida e então é queimada, quando submetida a uma chama.

Exemplo 4

Este exemplo mostra que é possível espumar-se uma resina fenólica sem a presença de um tensoativo.

<table>table see original document page 19</column></row><table>

Em uma tina de 10 litros, a resina e as contas de poliestireno foram misturadas e aquecidas a 30°C. A mistura de catalisador ácido foi adicionada, e a mistura total foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de um minuto, a mistura líquida começou a se expandir rapidamente, e a temperatura da mistura aumentou para 102°C. Em um curto período de tempo, foi criado um corpo plástico de espuma com um volume aproximado de 22 litros. Foi cortada uma amostra da espuma, pesada e medida, e verificou-se que tinha uma densidade de 61 kg/m3. Quatro semanas mais tarde a amostra foi pesada outra vez, mostrando uma perda de peso de 10% correspondente a uma densidade madura de 55 kg/m3. É possível que a perda de peso seja constituída na sua maior parte por excesso de umidade e possivelmente e pelo agente de sopro pentano nas contas de poliestireno.

As contas de poliestireno expandido eram claramente visíveis em todas as superfícies cortadas, tendo um diâmetro na sua maior parte na faixa de 1,0 a 2,5 mm. O tamanho médio estimado era de 1,5 mm, correspondendo a um volume de 1,8 mm3. Como o volume médio das contas de poliestireno não expandido era de somente cerca de 0,05 mm3, a expansão média era de 36 vezes o volume original. Assim sendo, como a densidade específica das contas de poliestireno não expandido era de 1.000 kg/m3, a densidade específica das contas expandidas foi calculada como sendo de 28 kg/m3. Como a percentagem em peso de poliestireno na mistura era de 600 g: 1.740 g = 34 %, segue-se que o componente de peso de poliestireno seria de 34% de 61 kg/m3 = 21 kg/m3. Como a densidade específica das contas de poliestireno expandido era anteriormente calculada como sendo de 28 kg/m3, o peso de 21 kg deveria representar um volume de 16/28 = 0,75 m3, isto é, uma fração volumétrica de 75%.

Assim sendo, expresso em termos de relações tanto de peso como de volume, a espuma compósita poderia ser descrita como compreendendo uma fase de espuma de poliestireno, representando 34% em peso mas 75% em volume, e uma fase de espuma fenólica representando 66% em peso mas somente 25% em volume. O componente de espuma fenólica foi calculado como tendo uma densidade específica de 0,66x61/0,25 kg/m3 = 161 kg/m3 (antes da perda de voláteis por envelhecimento). Assim sendo, neste caso, a densidade da espuma compósita fenólica foi determinada como sendo de 161 — =5,8 vezes maior do que a densidade da espuma de poliestireno. 28

A superfície de espuma cortada não era quebradiça como as espumas fenólicas da técnica anterior, e no entanto a espuma não se derreteria nem se queimaria como a espuma de poliestireno quando submetida a uma chama. Isto é surpreendente, considerando-se que três quartos do volume da espuma compósita foram constituídos de espuma de poliestireno, a qual por si própria, é derretida imediatamente e então é queimada quando submetida a uma chama.

Exemplo 5

Este exemplo mostra que o processo da invenção atual pode ser utilizado para produzir uma espuma compósita de densidade muito baixa, isto é, menor do que 30 kg/m3.

Resina fenólica, grau IL 1737 ex Huntsman 3.000 g

Resina de furano, grau NBBlOl ex Foseco 1.200 g

Contas de poliestireno, grau Spacel 7740 ex Huntsman 3.900 g

Fosfato de amônio 600 g

ácido sulfurico a 50% 270 g

} Pré-mistura

ácido fosfórico a 81 % 270 g

Peróxido de hidrogênio a 50% 60 g

Em uma tina de 25 litros, revestida com uma bolsa plástica, a resina fenólica, a resina de furano e as contas de poliestireno foram misturadas em conjunto e aquecidas a 31°C. Foi adicionado o catalisador ácido pré-misturado, e a mistura toda foi vigorosamente agitada durante 45 segundos. A bolsa plástica contendo a mistura foi então retirada da tina, para permitir que a expansão da espuma acontecesse sem maiores limitações. A expansão foi essencialmente completada em menos de cinco minutos. Depois de 2h foi cortada uma amostra e verificou-se que tinha uma densidade de 25 kg/m3. Notavelmente, mesmo com esta densidade baixa, a superfície cortada da espuma não era quebradiça como as espumas fenólicas da técnica anterior, e no entanto a espuma não se derreteria nem se queimaria como a espuma de poliestireno, quando submetida a uma chama. Este exemplo incorpora uma resina de furano disponível comercialmente, um retardante de chama e um peróxido, o último sendo um exemplo de aditivos que aumentam o calor exotérmico gerado pelo processo da invenção.

Exemplo 6

Este exemplo ilustra a habilidade da espuma da invenção de ter uma "memória" da sua forma antes do crescimento.

Resina fenólica, grau IL1737 ex Huntsman 30.000 g

Resina de furano, grau NBBlOl ex Foseco 6.000 g

Contas de poliestireno, Spacel grau 4940 ex Huntsman 15.000 g

Fosfato de amônio 2.700 g

ácido sulfurico a 50% 2.700 g

} Pré-mistura

ácido fosfórico a 85 % 2.700 g

Foram adicionados em um tambor de 100 litros a resina fenólica, a resina de furano, o fosfato de amônio e as contas de poliestireno, misturados e aquecidos a 27°C. Foi adicionada a pré-mistura de catalisador ácido, e a mistura total foi vigorosamente agitada durante 40 segundos, e então derramada em uma caixa de papelão com o tamanho de 600 χ 600 χ 300 mm (comprimento χ largura χ altura). A caixa foi revestida com uma folha plástica, e todos os quatro cantos verticais foram alinhados, permitindo que as laterais fossem dobradas para uma posição horizontal isto é, repousassem no solo. Os quatro lados da caixa foram mantidos em uma posição vertical (para formar uma caixa) até o crescimento começar, o que ocorreu em menos de um minuto. Os lados da caixa foram então deixados não escorados, e rapidamente foram empurrados para uma posição horizontal pela espuma em expansão. Notavelmente, a espuma não escorada continuou a se expandir em todas as direções, mantendo aproximadamente a sua forma de antes do crescimento, terminando como um bloco totalmente expandido do tamanho de 1,2 χ 1,2 χ 0,6 m, tendo lados quase que na vertical. Foi cortada uma amostra da espuma e verificou-se que tinha uma densidade de 42 kg/m3.

Como modificações dentro do espírito e do escopo da invenção poderão ser rapidamente efetuadas pelas pessoas versadas na técnica, deve ser entendido que a invenção não é limitada à realização especial descrita aqui acima, na forma de exemplo.

Claims

1. Espuma compósita polimérica, caracterizada pelo fato de que compreende uma fase contínua de um polímero de furano ou polímero fenólico e de furano e uma fase dispersa de polímero de poliestireno espumado onde a espuma compósita é preparada pela reação de uma composição líquida espumável composta de 5-50%, peso/peso, de contas de poliestireno não expandido espumável, 50-95%, peso/peso, de uma resina ou mistura de resina selecionada do grupo de uma resina de furano, uma resina fenólica e de furano e uma resina fenólica e álcool furfurílico e uma quantidade efetiva de um catalisador ácido, onde a composição espumável reagida atinge temperaturas suficientes para polimerizar a resina ou mistura de resina e expandir o polímero de poliestireno sem requerer a aplicação de fontes externas de calor ou energia, em que a espuma compósita tem uma densidade na faixa de 25-200 kg/m3.

2. Espuma compósita polimérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a resina de furano contém álcool furfurílico ou produtos de reação de álcool furfurílico.

3. Espuma compósita polimérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a percentagem em peso do polímero de poliestireno na espuma compósita é 10-40.

4. Espuma compósita polimérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a espuma compósita tem uma densidade na faixa de 25-50 kg/m3.

5. Espuma compósita polimérica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a espuma compósita tem uma densidade na faixa de 50-200 kg/m3.

6. Espuma compósita polimérica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o polímero de furano ou polímero fenólico e de furano na fase contínua é espumado.

7. Espuma compósita polimérica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a composição espumável catalisada alcança pelo menos 80°C.

8. Espuma compósita polimérica de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a composição espumável catalisada alcança pelo menos 90°C.

9. Espuma compósita polimérica de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a composição espumável catalisada alcança pelo menos 100°C.

10. Espuma compósita polimérica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende um aditivo selecionado do grupo consistindo de retardantes de chama, grafita expansível, agentes intumescentes e cargas.

11. Espuma compósita polimérica de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o retardante de chama libera gás amônia quando exposto ao fogo.

12. Painel isolante com cobertura de aço, caracterizado pelo fato de que possui um núcleo de uma espuma compósita polimérica compreendendo uma fase contínua e uma fase dispersa como definida na reivindicação 1 onde a relação em peso da fase contínua para a fase dispersa é de pelo menos 1.

13. Painel isolante com cobertura de aço de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o polímero de furano ou polímero fenólico e de furano é espumado.

14. Método para a formação de uma massa de espuma compósita polimérica, caracterizado pelo fato de que compreende a adição de uma composição líquida espumável composta de 5-50%, peso/peso, de contas de poliestireno espumável e 50-95%, peso/peso, de uma resina ou mistura de resina selecionada do grupo de uma resina de furano, uma resina fenólica e de furano e uma resina fenólica e álcool furfurílico e uma quantidade efetiva de um catalisador ácido, e uma quantidade efetiva de um catalisador ácido em um molde temporário com a forma da massa e removendo-se o molde temporário depois que a composição líquida inicia a sua expansão, em que a referida composição espumável catalisada atinge temperaturas suficientes para polimerizar dita resina ou mistura de resina e expandir o polímero de poliestireno sem requerer a aplicação de fontes externas de calor ou energia, em que a espuma compósita tem uma densidade na faixa de 25-200 kg/m3.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dita resina ou mistura de resina é misturada com álcool furfurílico.

16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o molde temporário é colocado em um molde externo, cujo molde externo define a forma da espuma compósita após a expansão.

17. Método de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que dita resina ou mistura de resina é espumada.