BR102013011036B1

BR102013011036B1 - Material adesivo isolante resistente à alta temperatura; composição do substrato do dito material adesivo isolante resistente à alta temperatura

Info

Publication number: BR102013011036B1
Application number: BR102013011036-1A
Authority: BR
Inventors: Vanessa Correa Arantes; Manuela Lima Queiroz De Andrade Kaneko
Original assignee: 3M Innovative Properties Company
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2021-09-08
Also published as: EP2992060A1; RU2015145838A; JP6359085B2; CN105209565B; RU2635622C2; MX2015014908A; JP2016524632A; BR102013011036A2; TW201500511A; CN105209565A; EP2992060B1; WO2014179264A1; US20160053139A1

Abstract

material adesivo isolante resistente à alta temperatura composição do substrato do dito material adesivo isolante resistente à alta temperatura a presente invenção refere-se a um material adesivo isolante resistente a temperaturas médias de até 105ºc, que é destinado, mais especificamente, à preparação de fitas isolantes que podem ser utilizadas em vários tipos de aplicações, inclusive o isolamento de cabos elétricos. a invenção se refere ainda à composição do substrato do dito material adesivo isolante e seu método de fabricação.

Description

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um material adesivo isolante resistente a temperaturas médias de até 105 °C por pelo menos 20.000 horas e é destinado, mais especificamente, à preparação de fitas isolantes que podem ser utilizadas em vários tipos de aplicações - inclusive o isolamento de cabos elétricos. A invenção refere-se ainda à composição do substrato do dito material adesivo isolante.

Fundamentos

Como é conhecido na técnica, fitas adesivas isolantes de PVC (cloreto de polivinila) - as denominadas fitas isolantes - são largamente empregadas em diversos segmentos industriais e em diversas aplicações, como, por exemplo, no campo da construção e no campo elétrico em virtude de seu custo competitivo. No entanto, deve-se mencionar que o 15 uso mais amplamente conhecido deste tipo de fita isolante ocorre em aplicações que exijam o isolamento elétrico de fios e cabos elétricos, especialmente para proteger as junções nas instalações elétricas - pontos onde o material também deve apresentar características de resistência térmica devido à energia de aquecimento liberada pelo efeito Joule da corrente elétrica.

É preciso ainda que o material seja termicamente resistente devido ao possível uso em ambientes sujeitos às altas temperaturas. Em vista disso, as fitas isolantes de PVC atualmente conhecidas e utilizadas exibem resistência térmica máxima de aproximadamente 90 °C, o que corresponde à temperatura máxima a que cabos elétricos podem ser submetidos. A título de exemplo, o documento CN102153825 pode ser citado, o qual revela um material isolante de cabo elétrico de PVC que é resistente a temperaturas altas e baixas na faixa de 30 a 90 °C.

Uma nova geração de cabos elétricos vem surgindo no mercado e esses cabos podem suportar seguramente temperaturas de até 105°C, mas não há conhecimento de elementos acessíveis que isolem e protejam as junções capazes de acompanhar essa 30 evolução, o que pode originar sérios inconvenientes à segurança das instalações.

Os documentos JP2011046964 e JP2008143976, por exemplo, descrevem substratos de fita adesiva dotados de alta resistência térmica, contudo com uma composição que difere da invenção, inclusive uma base polimérica distinta.

O documento CN101230171 refere-se a um material plástico isolante resistente à 35 alta temperatura, porém a composição desse material inclui o plastificante ftalato. Alguns ftalatos estão sendo adicionados à lista REACH (Regulamentação da Comunidade Europeia para substâncias químicas e seu uso seguro) na Europa e possivelmente no futuro seu uso será banido de algumas regiões do mundo.. O mesmo plastificante também está sendo utilizado no material do documento RU2429255. No documento IN2010CH02599, é revelado um cabo elétrico resistente à alta temperatura dotado de uma camada isolante de mica revestida com PVC. Portanto, refere-se a um cabo elétrico, distinguindo-se da presente 5 invenção.

O documento JP2000345121 revela outro adesivo material de PVC produzido a partir de um plastificante à base de poliéster, mas que não apresenta a mesma resistência térmica da presente invenção e, finalmente, o documento JP2001247829 descreve um • produto termicamente resistente não baseado em PVC, portanto, não se pode afirmar que sua composição e seus recursos difiram da presente invenção.

O estado da técnica carece de um material adesivo isolante com capacidade de resistência térmica para suportar temperaturas médias de 105°C, a fim de ser utilizado seguramente junto com a nova geração de cabos elétricos que tem sido atualmente desenvolvida e comercializada,

Objetivos das Modalidades da Invenção

Portanto, o objetivo de pelo menos uma modalidade da presente invenção é fornecer um material adesivo resistente às altas temperaturas, que possa suportar temperaturas operacionais de cerca de 105°C por pelo menos 20.000 horas em comparação aos 90°C que limitam a temperatura operacional máxima de materiais similares conhecidos 20 no atual estado da técnica.

Outro objetivo de pelo menos uma modalidade da presente invenção é fornecer um . . material adesivo isolante compreendendo resina de cloreto de polivinila (PVC), que suporte uma temperatura de 105°C e ainda tenha uma característica de isolante elétrico para ser utilizado seguramente em instalações elétricas em geral.

Outro objetivo de pelo menos uma modalidade da presente invenção é revelar um material adesivo isolante resistente à alta temperatura que não compreende nos materiais de sua composição plastificantes ftalato.

Consequentemente, um dos objetivos de pelo menos uma modalidade da presente invenção é fornecer um material adesivo isolante resistente à alta temperatura de produção 30 relativamente simples e custos de fabricação/comercialização acessíveis, estimulando desta maneira seu uso e, portanto, sendo mais seguro para as instalações de maneira geral.

Sumário da Invenção

Os objetivos acima são alcançados por pelo menos uma modalidade da presente invenção através de uma composição do substrato de um material adesivo isolante 35 resistente à alta temperatura a ser utilizado, mais especificamente, em fitas adesivas isolantes.

Em uma modalidade preferencial da invenção, a dita composição compreende o I uso de cloreto de polivinila (PVC), carbonato de cálcio (CaCO3) e estabilizante à base de cálcio e zinco (Ca/Zn) para a preparação de um substrato com resistência térmica de 105°C por pelo menos 20.000 horas de exposição.

Em outra modalidade, a dita composição compreende 30% a 60% de resina de 5 PVC; 10% a 60% de carbonato de cálcio (CaCO3), e 4% a 20% de estabilizador à base de cálcio/zinco (Ca/Zn). Em outra modalidade, a dita composição compreende a seguinte descrição: 30% a 60% de resina de PVC; 4% a 20% de estabilizador à base de cálcio/zinco (Ca/Zn); 0,2% a 5% de plastificante monomérico; plastificante polimérico; 10% a 60% de carbonato de cálcio (CaCO3), retardador de chama; antioxidantes; pigmento.

Em outra modalidade, a composição compreende: 40% a 50% de resina de PVC; 5% a 15% de estabilizador à base de cálcio/zinco (Ca/Zn); 1,5% a 4% de plastificante monomérico; plastificante polimérico; co-estabilizante; 10% a 30% de carbonato de cálcio (CaCO3), retardador de chama; antioxidantes; pigmento.

Preferencialmente, o substrato do material adesivo isolante da presente invenção 15 tem uma espessura de 0,1 a 0,2 milímetros.

Desse modo, os objetivos das modalidades da invenção são adicionalmente alcançados por um material adesivo isolante resistente à alta temperatura que compreende, mais especificamente, um substrato, pelo menos uma camada preparativa de base e pelo menos uma camada de substância adesiva, CARACTERIZADA pelo fato de que 20 compreende um substrato produzido de acordo com as características descritas acima.

Breve Descrição dos Desenhos

A invenção será nesse momento descrita fazendo referência às figuras em anexo, nas quais:

A Figura 1 ilustra os resultados de um teste de volatilização de HCI realizado em 25 uma composição da presente invenção e um Exemplo Comparativo;

A Figura 2 ilustra os resultados de um teste para a perda de massa das amostras submetidas ao teste descrito na Figura. 1.

Descrição Detalhada da Invenção

A seguir, objeto da presente invenção será descrito em detalhes, a título de 30 exemplo, não de limitação, já que tanto o material como o método de produção em si aqui revelados podem compreender diferentes detalhes e aspectos estruturais, procedimentos e dimensões, sem desviar do escopo de proteção pretendido.

Pelo menos uma modalidade da presente invenção refere-se a um material adesivo termicamente resistente e isolante a ser utilizado em diversas áreas, inclusive no isolamento 35 de cabos elétricos, em que o dito material compreende essencialmente um substrato de resina de cloreto de polivinila com outros componentes, inclusive estabilizantes térmicos, retardador de chama, plastificantes, borracha sintética e opcionalmente, pigmento preto. O material compreende adicionalmente um adesivo sensível à pressão e uma camada intermediária de camada preparativa à base de água.

As modalidades de composição da presente invenção não contêm o plastificante ftalato. Ademais, as modalidades do produto aqui revelado satisfazem as diretrizes do acordo RoHS - Restrição de Substâncias Perigosas firmado em 2002, de acordo com o qual os países membros assumem o compromisso de garantir que, em 2006, novos equipamentos elétricos e eletrônicos colocados no mercado devem conter quantidades mínimas das seguintes substâncias nocivas: mercúrio, cádmio, cromo hexavalente, bifenil policromatado, éteres de difenila polibromatado e chumbo.

Ademais, os ditos materiais exibem uma resistência térmica de 105°C por pelo menos 20.000 horas de exposição, além de excelente flexibilidade e resistência mecânica - deve-se lembrar que materiais similares conhecidos no atual estado da técnica também possuem excelentes propriedades mecânicas e elétricas, porém resistência térmica limitada a 90°C devido à composição do substrato.

Em síntese, a presente invenção compreende um substrato de PVC revestido com um adesivo de borracha sensível à pressão, sendo que os ingredientes básicos da composição do substrato são mostrados na Tabela 1: Tabela 1:

Além dos materiais mencionados na Tabela , outros materiais podem ser adicionados para produzir o filme e fornecer diferentes características ao material, tal como plastificante monomérico, por exemplo, trimelitato de trioctila (TOTM), ftalato de diisononila (DINP); co-estabilizantes, por exemplo, óleo epoxidado; retardadores de chama, por exemplo, trióxido de antimônio; borracha sintética, por exemplo, borracha nitrílica, antioxidantes fenólicos, por exemplo, 4-metil fenol e 3,5 di-tert-butil-4-hidroxifenil, e pigmento, por exemplo, pigmento preto. Preferencialmente, um primeiro antioxidante fenólico da presente invenção é adequado para estabilizar a borracha nitrílica, por exemplo, 4-metil fenol e um segundo antioxidante fenólico é adequado para estabilizar formulações de PVC, por exemplo, 3,5 di-tert-butil-4-hidroxifenil. Exemplos de faixas não limitantes para estes materiais constam .da Tabela 2: Tabela 2

Resinas de PVC que são apropriadas para a presente invenção têm um valor K igual a 70. Tais resinas estão comercialmente disponíveis e uma resina preferencial inclui SP1300 ou 271 PY, as quais estão comercialmente disponíveis através da Braskem ou Solvay, respectivamente.

A presente composição pode conter estabilizante à base de Ca/Zn comercialmente disponível sob a denominação CZ6540 através da Chemson; que é constituído por 34-38% de cálcio em sua composição.

Plastificantes monoméricos são bastante conhecidos na técnica e são adicionados à composição para aumentar a propriedade de resistência térmica da fita isolante e para aprimorar sua flexibilidade e propriedades de processamento. O plastificante monomérico apropriado para a presente invenção inclui, mas não se limita a, trimelitato de trioctila. Exemplos de plastificantes comercialmente disponíveis incluem os plastificantes que 15 compreendem trimelitato de trioctila da Scandiflex e Elekeiroz.

O CaCO3 apropriado para a presente invenção possui preferencialmente um tamanho de partícula entre cerca de 1 e 20 micron, preferencialmente entre cerca de 1 e 10 micron, e com máxima preferência entre cerca de 1 e 3 micron. CaCO3 adequado encontra- se comercialmente disponível, por exemplo, através de Micronita (www.micron-ita.com.br) e 20 Provale (www.provale.ind.br). As características de resistência térmica do material da presente invenção são obtidas utilizando-se carga de carbonato de cálcio (CaCO3) inorgânico micronizado de partícula pequena e baixa densidade (na quantidade de 10-60 %, preferencialmente 10 - 30%, mais preferencialmente 13 - 23% da composição total).

Nesse sentido, é importante observar que, de maneira geral, métodos 25 convencionais para melhorar a estabilidade térmica dos filmes plásticos incluem modificações à natureza e/ou peso molecular dos plastificantes, e também uma seleção de diferentes tipos e quantidades de estabilizantes.

A composição da presente invenção utiliza um estabilizante térmico contendo maior quantidade de cálcio que os produtos similares, os quais suportam uma temperatura máxima de 90°C e o material contém ainda maior quantidade de estabilizante. No entanto, testes realizados levam à conclusão de que esta modificação isoladamente não é suficiente para obter a resistência térmica pretendida de 105°C. Em vista disso, a composição assim preparada tinha uma quantidade maior de carga de carbonato de cálcio micronizada no substrato vinílico e os resultados obtidos demonstraram a eficácia de utilização do dito material nesta formulação. “Micronizado” se refere a partículas que foram processadas até tamanhos médios de 1 a 100 micrometros.

Adicionalmente, é importante observar que o uso de uma carga de carbonato de cálcio também melhorou significativamente a propriedade de elongação do material sem comprometer a resistência à tração.

O indivíduo versado sabe que a elongação pode ser aprimorada adicionando-se à composição quantidades maiores de plastificante, no entanto, não era esperado que a carga 15 inorgânica micronizada aumentasse a resistência térmica e a elongação do produto.

Um método adequado para a fabricação do substrato do material adesivo isolante resistente à alta temperatura da presente invenção inclui as seguintes etapas: 1. adicionar resina de PVC, estabilizante de cálcio/zinco (Ca/Zn), plastificante monomérico, plastificante polimérico, co-estabilizante, carbonato de cálcio (CaCO3), e 20 trióxido de antimônio a um equipamento de mistura e processar esses componentes à temperatura de 85 a 105°C; 2. adicionar os seguintes componentes à pré-mistura obtida na etapa anterior: borracha nitrílica, antioxidantes e pigmento preto e fundir o material na temperatura compreendida entre 175 e 195°C; 3. despejar a mistura em um equipamento de homogeneização operando na temperatura entre 170 e 190°C; 4. transferir a mistura para um equipamento de extrusão operando na temperatura entre 170 e 190°C, sendo que o dito equipamento de extrusão alimenta pelo menos uma calandra; 5. processar o material na calandra até que a espessura desejada do substrato seja alcançada, sendo que a espessura preferencial é de 0,1 a 0,2 milímetros;

Em seguida a este processo, a camada preparativa à base de água é aplicada ao substrato e em seguida o adesivo sensível à pressão é aplicado à camada preparativa. Note-se que outros tipos de adesivos e camadas preparativas podem ser utilizados, tais 35 como, por exemplo, acrilatos, desde que eles não afetem a resistência do substrato às altas temperaturas.

A etapa final compreende cortar o material adesivo isolante resistente à alta temperatura na forma de uso desejada, que normalmente é a forma de um cilindro.

Exemplos

Os exemplos e exemplos comparativos a seguir são oferecidos para auxiliar no entendimento da presente invenção e não devem ser interpretados como uma limitação ao 5 seu escopo. Salvo indicação em contrário, todas as partes e percentuais são fornecidos em peso. Os métodos e protocolos de teste adiante foram empregados na avaliação do exemplo ilustrativo e exemplos comparativos que se seguem. Lista de Materiais

Duas amostras foram preparadas: Exemplo 1 e Exemplo Comparativo 1. As composições das amostras são mostradas na Tabela 3 e as descrições de como as amostras foram produzidas são fornecidas abaixo. Tabela 3

O Exemplo 1 foi realizado combinando os materiais listados na Tabela 3 da seguinte maneira: 1. adicionar resina de PVC, estabilizante de cálcio/zinco (Ca/Zn), plastificante monomérico, plastificante polimérico, co-estabilizante, carbonato de cálcio (CaCO3), e 5 trióxido de antimônio a um equipamento de misturação e processar esses componentes à temperatura de 85 a 105°C; 2. adicionar os seguintes componentes à pré-mistura obtida na etapa anterior: borracha nitrílica, antioxidantes e pigmento preto e fundir o material na temperatura compreendida entre 175 e 195°C; 3. despejar a mistura em um equipamento de homogeneização operando na temperatura entre 170 e 190°C; 4. transferir a mistura a um equipamento de extrusão operando na temperatura entre 170 e 190°C, sendo que o dito equipamento de extrusão alimenta pelo menos uma calandra; 5. processar o material na calandra até que a espessura desejada do substrato seja obtida, sendo que a espessura preferencial está na faixa de 0,1 a 0,2 milímetros;

Em seguida, uma camada preparativa à base de água (mistura de látex natural e sintético) foi aplicada ao substrato e deixou-se secar, em seguida um adesivo sensível à pressão à base de borracha foi revestido sobre a camada preparativa e também se deixou 20 secar. Em uma etapa final, o material adesivo isolante resistente à alta temperatura foi cortado na forma de uso desejada.

O Exemplo Comparativo 1 foi realizado de maneira similar com os materiais listados na Tabela 3.

Os testes a seguir são fornecidos como ilustração complementar às composições e 25 efeitos da presente invenção. 1-Teste de Volatilização de HCI:

O Teste de Volatilização de HCI é um teste simples e prático que mostra a eficácia da adição de CaCO3 para evitar a degradação da formulação de PVC em virtude do aumento de temperatura. Neste teste a amostra foi depositada em um tubo de vidro e 30 exposta a 200 °C. Uma fita de pH colorida foi depositada na parte superior do e o tempo para mudança da cor foi relacionado ao início da volatilização do HCI no material de PVC. O resultado é reportado em minutos de exposição na Tabela 4. Um tempo maior é associado à melhor estabilidade térmica da formulação.

Os resultados do teste de Volatilização de HCI mostrando a eficácia da adição de 5 CaCO3 estão representados na Figura 1. Tabela 4. Resultados do Teste de Volatilização de HCI

1- Teste de Perda de Peso:

Este teste avalia a Perda de Peso (ou a perda de massa) após exposição da amostra a 150°C durante 24, 48, 120, 240, 336 e 480 horas, Quanto mais baixo o nível de 10 perda de peso, melhor é a resistência térmica da fita. Os testes foram realizados nas composições do Exemplo 1 e do Exemplo Comparativo 1.

Os resultados do teste de perda de peso mostrando a eficácia da adição de CaCO3 estão representados na Figura 2.

Os gráficos mostrados nas Figuras 1 e 2 ilustram os resultados dos testes 15 realizados no Exemplo 1 e no Exemplo Comparativo 1.

O gráfico da Figura 1 revela o tempo de volatilização do HCI, onde quanto maior o tempo, melhor a estabilidade térmica da composição. Note-se que o Exemplo 1 mostrou um aumento de 45% no tempo de volatilização do HCI, o que significa que houve um aumento do tempo de degradação do PVC durante a exposição a uma temperatura de teste de 20 200°C.

O gráfico da Figura 2 mostra que o Exemplo 1 teve menor perda de massa após a exposição das amostras a uma temperatura de 150°C por determinados períodos de tempo (24, 48, 120, 240, 336 e 480 horas) quando comparado ao Exemplo Comparativo 1.

A matriz de PVC de algumas modalidades da presente invenção utiliza 0,2 - 5% do 25 plastificante trimelitato de trioctila em combinação com materiais inorgânicos, tais como 1060% de CaCO3 para melhorar o desempenho do material em altas temperaturas, sem comprometer suas propriedades mecânicas e dielétricas (105°C).

A resina de PVC é o polímero de base da composição e preferencialmente deve ser utilizada na quantidade de 30 a 60% do peso total, a quantidade do estabilizante à base de 30 cálcio/zinco em relação ao PVC sendo utilizada para proteger o produto contra a degradação térmica durante o processamento, e a quantidade preferencial deste componente varia entre 5 e 15% do total.

Além disso, resinas antíoxidativas são utilizadas em cerca de 0,6% da composição para impedir a oxidação dos materiais constituintes, especialmente da resina de PVC e da borracha nitrílica.

Note-se que o objeto da presente invenção pode ser utilizado em várias aplicações, precipuamente em cabos e fios elétricos. Vale ainda mencionar que produtos conhecidos similares têm resistência térmica de 90°C, de acordo com as Normas Técnicas Brasileiras 5 (Norma Técnica Brasileira) ABNT NBR NM 60454-3-1/2007, e os parâmetros de tais normas técnicas foram empregados na invenção, resultando na resistência térmica final de 105°C.

Portanto, permite-se concluir que as modalidades da presente invenção solucionam os problemas do atual estado da técnica através do fornecimento de uma composição completamente inusitada que resulta em um produto dotado de características únicas até 10 então não observadas em produtos similares conhecidos.

É importante notar que a descrição acima busca exemplificar algumas das modalidades preferenciais da presente invenção. Portanto, é claramente compreensível para os indivíduos versados na técnica que diversas modificações, variações e combinações de elementos que desempenhem a mesma função substancialmente do mesmo modo para 15 obtenção do mesmo resultado ainda permanecem dentro do escopo de proteção conforme definido pelas reivindicações em anexo.

Claims

1. Composição do substrato de um material adesivo isolante resistente à alta temperatura CARACTERIZADA pelo fato de que compreende 40% a 50% em peso de resina de cloreto de polivinila PVC; 5% a 15% em peso de estabilizador à base de cálcio/zinco (Ca/Zn); 13% a 23% em peso de carbonato de cálcio (CaCO3), em que a composição do substrato possui resistência térmica de 105 °C por pelo menos 20.000 horas de exposição, determinada de acordo com a Norma Técnica Brasileira ABNT NBR NM 60454-3-1/2007.

2. Composição do substrato, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende adicionalmente um plastificante monomérico.

3. Composição do substrato, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o plastificante monomérico compreende trimelitato de trioctila ou ftalato de diisononila.

4. Composição do substrato, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende adicionalmente um ou mais entre antioxidantes, pigmentos, plastificantes monoméricos, plastificantes poliméricos, retardadores de chama e co-estabilizante.

5. Composição do substrato, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que é revestida por um adesivo sensível à pressão e aplicada a fitas adesivas isolantes.