BR112020006507A2 - composição em gel que compreende um material de mudança de fase - Google Patents
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Abstract
A presente invenção fornece uma composição que compreende a) um material de mudança de fase; b) 1 a 10 % em peso de um aditivo gelificante de sílica; e c) um aditivo gelificante de copolímero de estireno; em que a composição está na forma de um gel e em que a razão de peso entre b) aditivo gelificante de sílica e c) aditivo gelificante de copolímero de estireno na composição está na faixa de 0,6 a 5:1. A invenção também fornece um método para produzir a composição e um artigo e um produto que compreende a composição. Finalmente, a invenção fornece o uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno para produzir uma composição em gel que compreende um material de mudança de fase com uma ou mais propriedades melhoradas.
Description
“COMPOSIÇÃO EM GEL QUE COMPREENDE UM MATERIAL DE MUDANÇA DE FASE” Campo da Invenção
[0001] A presente invenção se refere a uma composição que compreende um material de mudança de fase (PCM) que está na forma de um gel, um método para produzir a composição em gel, um artigo ou produto que compreende a composição e o uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno para produzir uma composição em gel. Antecedentes
[0002] Materiais de mudança de fase (PCMs) são uma classe de material que pode ser usada como meios de armazenamento de calor latente, meios de transferência de calor e/ou meios reguladores de temperatura. Os PCMs têm muitas aplicações; por exemplo, como meios de armazenamento de calor em materiais isolantes ou materiais de construção ou como meios de transferência de calor em sistemas de aquecimento e resfriamento (por exemplo, em condicionamento de ar, refrigeração ou aplicações automotivas), ou como meios reguladores de temperatura (por exemplo, em aplicações sensíveis à temperatura, como embalagem, vestimentas e roupa de cama/colchão). A maneira com a qual PCMs operam é baseada na entalpia de transformação que acompanha a transição do PCM da fase sólida para a líquida ou vice-versa, o que resulta no fato de que a energia é absorvida a partir dos arredores ou liberada nesses. Desse modo, os PCMs podem ser usados para manter uma temperatura constante em uma faixa definida e/ou para melhorar isolamento térmico.
[0003] Uma aplicação de PCMs é a indústria de edificação e construção, oferecendo a possibilidade de reduzir o uso de aquecimento e ar condicionado e de manter uma temperatura confortável em edifício de peso leve com baixa massa térmica. Outras aplicações incluem a captura e o uso de calor de baixo grau de processos industriais Ou maquinário, como motores, armazenamento de energia solar, e regulação de temperatura de material sensível à temperatura, incluindo alimentos, organismos vivos, como pessoas e animais, material farmacêutico e biológico, órgãos de transplante e eletrônicos delicados.
[0004] Visto que uma fase de um PCM é uma fase líquida e outra fase é sólida, os PCMs exigem um armazenamento e uma contenção cuidadosos durante seu uso para impedir vazamentos. Permanece uma necessidade de melhorar uma ou mais propriedades de uma composição que compreende um material de mudança de fase para melhorar seu desempenho ou facilidade de contenção. Sumário da Invenção
[0005] A presente invenção é baseada em parte no reconhecimento pelo requerente de que uma combinação vantajosa de agentes gelificantes pode ser usada para gelificar uma composição que compreende um material de mudança de fase. Sem se ater à teoria, a combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno fornece vantagens para a composição devido aos diferentes mecanismos através dos quais esses aditivos fornecem um efeito gelificante.
[0006] Então, vista a partir de um primeiro aspecto, a presente invenção fornece uma composição que compreende: a) um material de mudança de fase; b) 1 a 10% em peso de um aditivo gelificante de sílica; e c) um aditivo gelificante de copolímero de estireno; em que a composição está na forma de um gel e em que a razão de peso entre b) aditivo gelificante de sílica e c aditivo gelificante de copolímero de estireno na composição está na faixa de 0,6 a 5:1.
[0007] Vista a partir de um segundo aspecto, a presente invenção fornece um artigo que compreende um recipiente vedado e uma composição de acordo com o primeiro aspecto contida no recipiente.
[0008] Vista a partir de um terceiro aspecto, a presente invenção fornece um método para produzir uma composição de acordo com o primeiro aspecto que compreende as etapas de: i) misturar os componentes da composição a uma temperatura suficiente e por um período de tempo suficiente para permitir que o aditivo gelificante de copolímero de estireno se dissolva completamente na composição; e ii) interromper a mistura para permitir que a composição descanse e forme um gel.
[0009] Vista a partir de um quarto aspecto, a presente invenção fornece o uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno para produzir uma composição em gel que compreende um material de mudança de fase, em que oO período de fluxo em repouso (FAR) a 25 “C, como medido no presente documento, da composição em gel é pelo menos 2 vezes mais longo do que aquele de uma composição em gel comparativa, em que a composição em gel comparativa compreende um aditivo gelificante comparativo que consiste apenas no copolímero de estireno, em que a % em peso total de aditivos gelificantes na composição em gel e na composição em gel comparativa é equivalente.
[0010] Vista a partir de um quinto aspecto, a presente invenção fornece o uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno para produzir uma composição em gel que compreende um material de mudança de fase, em que oO valor de afinamento por cisalhamento (STV) a 25 ºC, como medido no presente documento, da composição em gel é pelo menos 2 vezes maior que aquele de uma composição em gel comparativa, em que a composição em gel comparativa compreende um aditivo gelificante comparativo que consiste apenas no copolímero de estireno, em que a % em peso total de aditivos gelificantes na composição em gel e na composição em gel comparativa é equivalente.
[0011] Qualquer aspecto da invenção pode incluir qualquer um dos recursos descritos no presente documento em relação a esse aspecto da invenção ou quaisquer outros aspectos da invenção. Descrição Detalhada da Invenção
[0012] Será entendido que qualquer quantidade ou limite de faixa superior ou inferior usados no presente documento podem ser combinados de modo independente.
[0013] Quando usado no presente documento, será entendido que o termo "% em peso" se refere à porcentagem em peso do componente específico com base no peso total da entidade específica cujo componente faz parte.
[0014] Será entendido que, quando se descreve o número de átomos de carbono em um grupo substituinte (por exemplo, “Cl a C6”), o número se refere ao número total de átomos de carbono presentes no grupo substituinte, que inclui qualquer um presente em quaisquer grupos ramificados. Adicionalmente, quando se descreve o número total de átomos de carbono em, por exemplo, ácidos graxos, oO mesmo se refere ao número total de átomos de carbono que inclui o número no ácido carboxílico, e qualquer um presente em quaisquer grupos ramificados.
[0015] Muitos dos produtos químicos que podem ser usados para produzir a presente invenção são obtidos a partir de fontes naturais. Tais produtos químicos incluem tipicamente uma mistura de espécies químicas devido a sua origem natural. Devido à presença de tais misturas, diversos parâmetros definidos no presente documento podem ser um valor médio e podem ser não integrais. Componente a) Material de Mudança de Fase (PCM)
[0016] O PCM pode ser orgânico. O PCM pode ser polimérico ou não polimérico. Preferencialmente, o PCM é orgânico e não polimérico. O PCM pode não compreender um hidrocarboneto. O PCM pode não compreender um alcano. O PCM pode não compreender tetradecano, hexadecano ou octadecano.
[0017] Preferencialmente, o material de mudança de fase é selecionado a partir do grupo que consiste em ácidos graxos, álcoois graxos, aminas graxas, ésteres de ácido graxo, ésteres de álcool graxo, amidas de ácido graxo e misturas dos mesmos.
[0018] o PCM pode compreender um éster,
preferencialmente consiste em um éster. O PCM pode compreender uma mistura de um primeiro éster e um segundo éster. O éster de PCM pode compreender um reagente de álcool linear. O éster de PCM pode compreender um reagente de ácido carboxílico linear. Preferencialmente, o éster de PCM compreende um reagente de álcool linear e um reagente de ácido carboxílico linear. O éster de PCM pode compreender um reagente de monoálcool. O éster de PCM pode compreender um reagente de ácido monocarboxílico. Preferencialmente, o éster de PCM compreende um reagente de monoálcool e um reagente de ácido “monocarboxílico. Preferencialmente, o PCM compreende um éster de ácido graxo ou um éster de álcool graxo, mais preferencialmente um éster de ácido graxo. o PCM pode compreender, preferencialmente consiste em, um éster de ácido graxo ou uma mistura de ésteres de ácido graxo.
[0019] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em metil octanoato, metil decanoato, metil undecanoato, metil laurato, metil miristato, metil palmitato, metil estearato, metil araquidato, metil beenato, etil octanoato, etil decanoato, etil undecanoato etil laurato, etil miristato, etil palmitato, etil estearato, etil araquidato, etil beenato e misturas dos mesmos.
[0020] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em propil octanoato, propil decanoato, propil undecanoato, propil laurato, propil miristato, propil palmitato, propil estearato, propil araquidato, propil beenato, butil octanoato, butil decanoato, butil undecanoato, butil laurato, butil miristato, butil palmitato, butil estearato, butil araquidato, butil beenato e misturas dos mesmos.
[0021] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em pentil octanoato, pentil decanoato, pentil undecanoato, pentil laurato, pentil miristato, pentil palmitato, pentil estearato, pentil araquidato, pentil beenato, hexil octanoato, hexil decanoato, hexil undecanoato, hexil laurato, hexil miristato, hexil palmitato, hexil estearato, hexil araquidato, hexil beenato e misturas dos mesmos.
[0022] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em heptil octanoato, heptil pelargonato, heptil decanoato, heptil undecanoato, heptil laurato, heptil miristato, heptil palmitato, heptil estearato, heptil araquidato, heptil beenato, octil heptanoato, octil octanoato, octil pelargonato, octil decanoato, octil undecanoato, octil laurato, octil miristato, octil palmitato, octil estearato, octil araquidato, octil beenato e misturas dos mesmos.
[0023] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em nonil propionato, nonil butanoato, nonil pentanoato, nonil hexanoato, nonil heptanoato, nonil octanoato, nonil pelargonato, nonil decanoato, nonil undecanoato, nonil laurato, nonil miristato, nonil palmitato, nonil estearato, nonil araquidato, nonil beenato, decil acetato, decil propionato, decil butanoato decil pentanoato, decil hexanoato, decil heptanoato, decil octanoato, decil pelargonato, decil decanoato, decil undecanoato, decil laurato, decil miristato, decil palmitato, decil estearato, decil araquidato, decil beenato e misturas dos mesmos.
[0024] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em lauril formato, lauril acetato, lauril propionato, lauril butanoato, lauril pentanoato, lauril hexanoato, lauril heptanoato, lauril octanoato, lauril pelargonato, lauril decanoato, lauril undecanoato, lauril laurato, lauril miristato, lauril palmitato, lauril estearato, lauril araquidato, lauril beenato e misturas dos mesmos.
[0025] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em miristil formato, miristil acetato, miristil propionato, miristil butanoato, miristil pentanoato, miristil hexanoato, miristil heptanoato, miristil octanoato, miristil pelargonato, miristil decanoato, miristil undecanoato, miristil laurato, miristil miristato, miristil palmitato, miristil estearato, miristil araquidato, miristil beenato e misturas dos mesmos.
[0026] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em cetil formato, cetil acetato, cetil propionato, cetil butanoato, cetil pentanoato, cetil hexanoato, cetil heptanoato, cetil octanoato, cetil pelargonato, cetil decanoato, cetil undecanoato, cetil laurato, cetil miristato, cetil palmitato, cetil estearato, cetil araquidato, cetil beenato e misturas dos mesmos.
[0027] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em estearil formato, estearil acetato, estearil propionato, estearil butanoato, estearil pentanoato, estearil hexanoato, estearil heptanoato, estearil octanoato, estearil pelargonato, estearil decanoato, estearil undecanoato, estearil laurato, estearil miristato,
estearil palmitato, estearil estearato, estearil araquidato, estearil beenato e misturas dos mesmos.
[0028] O PCM pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em butil decanoato, metil laurato, octil laurato, lauril laurato, lauril pelargonato, octil miristato, miristil pelargonato, nonil laurato, metil miristato, decil laurato, octil palmitato, lauril caprato, cetil octanoato, metil palmitato, metil estearato, lauril laurato, octil estearato, decil palmitato, estearil pelargonato, lauril miristato, decil estearato, estearil caprato, cetil palmitato, beenil beenato e misturas dos mesmos. Componente b) Aditivo Gelificante de Sílica
[0029] O aditivo gelificante de sílica pode compreender um ou mais tipos de sílica. O aditivo gelificante de sílica pode compreender sílica polimérica, sílica fumada e/ou sílica precipitada. O aditivo gelificante de sílica pode compreender sílica hidrofílica e/ou sílica hidrofóbica.
[0030] As sílicas úteis na presente invenção são sílicas poliméricas, sílicas precipitadas, sílicas fumadas, sílicas coloidais e/ou sílicas térmicas. Essas sílicas sintéticas podem ser amorfas. As sílicas preferenciais compreendem sílicas fumadas hidrofóbicas e hidrofílicas, e misturas das mesmas. Preferencialmente, o aditivo gelificante de sílica é uma sílica fumada.
[0031] Exemplos de sílicas fumadas comercialmente disponíveis incluem as linhas de produto da série AerosilO (Evonik Corporation, Parsippany, N.J.), a série Cab-O-SilG (Cabot Corporation, Billerica, Mass.) e a série HDKO (Wacker Chemical Corporation, Adrian, Mich.).
[0032] O tamanho de partícula das sílicas citadas no presente documento indica o diâmetro médio de partícula (d50) como determinado por difração a laser. Embora as partículas de sílica fumada sejam geralmente menores do que as sílicas precipitadas, nem sempre esse é o caso já que podem formar aglomerados que excedem muito 10 um. Sílicas com tamanho de partícula menor e que têm área de superfície aumentada geralmente têm capacidade de espessamento aumentada. Uma das principais diferenças entre sílicas fumadas e precipitadas é a presença de uma maior densidade de grupos silanol na superfície de sílicas precipitadas.
[0033] Vários tamanhos de partícula da sílica são úteis nesta invenção. Os tamanhos de partícula de sílica úteis incluem cerca de 0,01 um a cerca de 200 um, de cerca de 0,01 um a cerca de 100 um, de cerca de 0,01 um a cerca de 60 um, de cerca de 0,1 um a cerca de 200 um, de cerca de 0,1 um a cerca de 100 um, de cerca de 0,l um a cerca de 60 um, de cerca de 0,5 um a cerca de 200 um, de cerca de 0,5 um a cerca de 100 um, de cerca de 0,5 um a cerca de 60 um, de cerca de 1 um a cerca de 200 um, de cerca de 1 pm a cerca de 100 um, de cerca de 1 um a cerca de 60 um. Componente c) Aditivo Gelificante de Copolímero de Estireno
[0034] O aditivo gelificante de copolímero de estireno pode compreender pelo menos um copolímero de estireno (S) e poliolefina. A poliolefina pode ser etileno-propileno (EP) ou etileno-butileno (EB). O copolímero de estireno pode compreender um copolímero dibloco e/ou tribloco. Os copolímeros tribloco podem ter um bloco de (poli)estireno (S) em ambas as extremidades da cadeia e um bloco de (poli)etileno-propileno (EP) ou (poli)etileno-butileno (EB) no meio, enquanto a estrutura de dibloco tem um bloco de estireno em apenas uma extremidade da cadeia. O estireno também pode ser incorporado no bloco de poliolefina.
[0035] O copolímero de estireno pode compreender um copolímero SEP, SEB, SEPS ou SEBS ou misturas dos mesmos, com ou sem estireno incorporado no bloco de poliolefina. Preferencialmente, o aditivo gelificante de copolímero de estireno é selecionado a partir de copolímeros tribloco estireno- (etileno-propileno)-estireno (SEPS), copolímeros tribloco estireno- (etileno-butileno)-estireno (SEBS) e misturas dos mesmos. Preferencialmente, o copolímero de estireno tem estireno incorporado no bloco de poliolefina.
[0036] O copolímero de estireno pode estar disponível junto à Kraton Corporation sob as designações comerciais Kraton G, Kraton D, Kraton A, copolímeros que têm uma estrutura de dibloco, tribloco, de braço ou formato de estrela. Compreende-se que a série Kraton G não tem estireno incorporado no bloco de poliolefina, enquanto a série Kraton A o tem. O copolímero de estireno pode estar disponível junto à Kuraray America, Inc. sob a designação comercial Septon.
[0037] O copolímero de estireno pode compreender uma mistura dos polímeros mencionados acima.
[0038] Os blocos de estireno do copolímero podem formar domínios separados por microfase na composição de PCM e funcionam como pontos de reticulação na estrutura tridimensional. O bloco de poliolefina pode se dissolver parcialmente no PCM e prender o material. O copolímero de estireno compreende preferencialmente um copolímero tribloco de alto peso molecular que forma pontos de reticulação mais densos. Entre os ditos tipos de copolímero, polímeros Kraton A que contêm blocos de estireno integrados ao bloco de poliolefina foram considerados particularmente vantajosos em gelificação. Componente Opcional d) Diol
[0039] A composição pode compreender adicionalmente 0,05 a 10 % em peso de um diol. A composição pode compreender pelo menos 0,1 % em peso do diol, preferencialmente pelo menos 0,15% em peso, mais preferencialmente pelo menos 0,2 % em peso, particularmente pelo menos 0,25 % em peso. A composição pode compreender no máximo 10 % em peso do diol, preferencialmente no máximo 8% em peso, mais preferencialmente no máximo 6 % em peso, particularmente no máximo 4 % em peso, de modo desejável no máximo 2 % em peso.
[0040] O diol pode interagir de modo vantajoso com o aditivo gelificante de sílica e fortalecer a rede interna da sílica. O diol pode aumentar a viscosidade da composição, especialmente a temperaturas acima de 25 “C. O diol pode reduzir ou impedir uma redução da viscosidade da composição na faixa de temperatura de 25 ºC a 80 ”C, preferencialmente de 25 ºC a 60 ºC, mais preferencialmente de 25 ºC a 40 ºC.
[0041] Preferencialmente, o diol é selecionado a partir de copolímeros de alquileno glicóis, polialquileno glicóis, polioxialquileno e misturas dos mesmos.
[0042] Preferencialmente, o diol é um polietileno glicol, mais preferencialmente um polietileno glicol com um peso molecular na faixa de 200 a 1000, isto é, PEG>200 a PEG1000 Outros Componentes Opcionais
[0043] Um agente de nucleação pode ser incluído na composição para impedir o subresfriamento do PCM. O agente de nucleação pode ter um maior ponto de fusão que o PCM. O agente de nucleação pode ser orgânico ou inorgânico, preferencialmente orgânico. O agente de nucleação pode ser selecionado a partir de ácidos graxos, álcoois graxos, aminas graxas, ésteres de ácido graxo, mono-, di- e triglicerídeos, poliéteres e misturas dos mesmos, preferencialmente selecionado a partir de ácidos graxos, álcoois graxos, aminas graxas, ésteres de ácido graxo e misturas dos mesmos. O agente de nucleação pode ser uma cera. O agente de nucleação pode ser selecionado a partir de beenil beenato, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido araquídico, ácido beênico, álcool estearílico, estearamida, esqualano, cera, cera de abelha, cera montana, cera de petróleo, cera microcristalina, cera de polietileno, terra diatomácea, grafite, di-hidrogenofosfato de potássio, sulfato de cálcio e misturas dos mesmos. O agente de nucleação pode ter um ponto de fusão pelo menos 10 ºC maior que aquele do PCM, preferencialmente pelo menos 15 “*C maior, particularmente pelo menos 20 ºC maior, de modo desejável pelo menos 30 “C maior. O agente de nucleação pode ter um ponto de fusão no máximo 100 ºC maior que aquele do PCM, preferencialmente no máximo 50 ºC maior.
[0044] Um estabilizador térmico pode ser necessário para impedir ou retardar a decomposição termicamente induzida ou a isomerização da composição de PCM. Em particular, um estabilizador térmico pode impedir ou retardar a formação de produtos de menor peso molecular ou isômeros resultantes da decomposição termicamente induzida ou da isomerização do éster. O estabilizador térmico pode ser selecionado a partir de fosfitos, fosfonitos, ésteres de fosfato e misturas dos mesmos.
[0045] Um antioxidante pode ser necessário para impedir ou retardar a oxidação da composição de PCM. Em particular, um antioxidante pode impedir ou retardar a formação de produtos resultantes de reação do éster com oxigênio atmosférico ou com radicais livres de oxigênio, sendo que tais produtos podem incluir, por exemplo, álcoois, aldeídos, ácidos, peróxidos ou água. O antioxidante pode ser selecionado a partir de antioxidantes fenólicos, antioxidantes fenólicos estericamente impedidos, antioxidantes de tioéter, antioxidantes amínicos e misturas dos mesmos.
[0046] Um retardante de chamas pode ser necessário para propósitos de segurança contra incêndios ou para se conformar a regulações de segurança contra incêndio para alguns usos da composição de PCM. O retardante de chamas pode ser selecionado a partir de um hidrocarboneto halogenado, um éster de fosfato e misturas dos mesmos. O retardante de chamas pode ser selecionado a partir de cloroparafina, bromooctadecano, bromopentadecano, bromononadecano, bromoeicosano, bromodocosano e misturas dos mesmos. Outros retardantes de chamas possíveis incluem óxido de bis (pentabromofenila) ou óxido de bis (tetrabromofenila).
[0047] Um agente intensificador de transferência de calor pode ser incluído na composição. o agente intensificador de transferência de calor pode ser selecionado a partir de partículas e/ou pós de grafite, metal e óxido de metal. Quantidades e Proporções de Componentes na Composição
[0048] A composição da invenção pode compreender pelo menos 50 8% em peso de PCM, preferencialmente pelo menos 60 % em peso, mais preferencialmente pelo menos 70 % em peso, particularmente pelo menos 80 % em peso, de modo desejável pelo menos 85 % em peso, especialmente pelo menos 90 % em peso.
[0049] A composição compreende de 1 a 10 8% em peso do aditivo gelificante de sílica. A composição pode compreender pelo menos 1,5 % em peso do aditivo gelificante de sílica, preferencialmente pelo menos 2 % em peso, mais preferencialmente pelo menos 3 % em peso, particularmente pelo menos 4 % em peso. A composição pode compreender no máximo 9 8% em peso do aditivo gelificante de sílica, preferencialmente no máximo 8% em peso, mais preferencialmente no máximo 7 % em peso, particularmente no máximo 6 % em peso.
[0050] A razão de peso entre b) aditivo gelificante de sílica e c) aditivo gelificante de copolímero de estireno na composição está na faixa de 0,6 a 5:1. Essa faixa de razão de peso pode fornecer uma combinação vantajosa da presença de uma rede interna de sílica fornecida pelo aditivo gelificante de sílica e uma rede interna de copolímero de estireno fornecida pelo aditivo gelificante de copolímero de estireno. A combinação das diferentes propriedades dessas redes internas nessa faixa de razão de peso pode fornecer propriedades benéficas à composição. Sem se ater à teoria, uma razão de peso menor que 0,6:1 pode resultar na maior concentração de copolímero de estireno, reduzindo o efeito da rede interna de sílica, enquanto uma razão de peso maior que 5:1 pode resultar na maior concentração de sílica, reduzindo o efeito da rede interna de copolímero de estireno.
[0051] A razão de peso entre b) aditivo gelificante de sílica e c) aditivo gelificante de copolímero de estireno na composição pode ser de pelo menos 0,8:1, preferencialmente pelo menos 1:1, mais preferencialmente pelo menos 1,2:1, particularmente pelo menos 1,4:1, de modo desejável pelo menos 1,5:1. A razão de peso entre b) aditivo gelificante de sílica e c) aditivo gelificante de copolímero de estireno na composição pode ser de no máximo 4,5:1, preferencialmente no máximo 4:1, mais preferencialmente no máximo 3,5:1, particularmente no máximo 3:1, de modo desejável no máximo 2,5:1.
[0052] A composição pode compreender pelo menos 0,2 % em peso do aditivo gelificante de copolímero de estireno, preferencialmente pelo menos 0,6 % em peso, mais preferencialmente pelo menos 1 % em peso, particularmente pelo menos 2 % em peso. A composição pode compreender no máximo 16 % em peso do aditivo gelificante de copolímero de estireno, preferencialmente no máximo 12 % em peso, mais preferencialmente no máximo 8 % em peso, particularmente no máximo 6 % em peso, de modo desejável no máximo 4 % em peso.
[0053] A composição pode compreender pelo menos 0,1 % em peso do agente de nucleação, preferencialmente pelo menos 1% em peso, particularmente pelo menos 2 % em peso. A composição pode compreender no máximo 10 % em peso do agente de nucleação, preferencialmente no máximo 8 % em peso, particularmente no máximo 6 8% em peso, de modo desejável no máximo 4 % em peso.
[0054] A composição pode compreender pelo menos 0,1 % em peso do estabilizador térmico, preferencialmente pelo menos 1% em peso, particularmente pelo menos 2 % em peso. A composição pode compreender no máximo 10 % em peso do estabilizador térmico, preferencialmente no máximo 8 % em peso, particularmente no máximo 6 8% em peso, de modo desejável no máximo 4 % em peso.
[0055] A composição pode compreender pelo menos 0,1 % em peso do antioxidante, preferencialmente pelo menos 1 % em peso, particularmente pelo menos 2 % em peso. A composição pode compreender no máximo 10 % em peso do antioxidante, preferencialmente no máximo 8 % em peso, particularmente no máximo 6 &% em peso, de modo desejável no máximo 4 % em peso.
[0056] A composição pode compreender pelo menos 0,1 % em peso do retardante de chamas, preferencialmente pelo menos 1% em peso, particularmente pelo menos 2 8% em peso. A composição pode compreender no máximo 10 % em peso do retardante de chamas, preferencialmente no máximo 8 % em peso, particularmente no máximo 6 8% em peso, de modo desejável no máximo 4 % em peso.
[0057] A composição pode compreender pelo menos 0,1 % em peso do agente intensificador de transferência de calor, preferencialmente pelo menos 1 % em peso, particularmente pelo menos 2 % em peso. A composição pode compreender no máximo 10 % em peso do agente intensificador de transferência de calor, preferencialmente no máximo 8 % em peso, particularmente no máximo 6 8% em peso, de modo desejável no máximo 4 % em peso. Propriedades da Composição
[0058] A composição está na forma de um gel. A composição pode ser um gel, preferencialmente um gel de forma estável. O gel pode compreender pelo menos uma rede interna fornecida pelos aditivos gelificantes. A rede interna pode estruturar o gel. O gel pode compreender uma rede interna de sílica fornecida pelo aditivo gelificante de sílica e uma rede interna de copolímero de estireno fornecida pelo aditivo gelificante de copolímero de estireno. A composição pode ser um fluido não newtoniano. A composição pode ser um psedoplástico.
[0059] A composição pode ter um Valor de Afinamento por Cisalhamento (STV) a uma temperatura de referência, o qual pode ser calculado como: STV = viscosidade a 0,2s! / viscosidade a 598! sendo que a viscosidade é medida na temperatura de referência em um Reômetro DHR-2 da TA Instruments com uma geometria de placa paralela de ácido inoxidável de 40 mm.
[0060] A composição pode ter um STV a 25 “ C de pelo menos 20, preferencialmente pelo menos 40, mais preferencialmente pelo menos 60, particularmente pelo menos 80, de modo desejável pelo menos 100. A composição pode ter um STV a 25 ºC de no máximo 500, preferencialmente no máximo 400, mais preferencialmente no máximo 300.
[0061] A composição pode ter um STV a 40 ºC de pelo menos 20, preferencialmente pelo menos 40, mais preferencialmente pelo menos 60, particularmente pelo menos 80, de modo desejável pelo menos 100. A composição pode ter um STV a 25 ºC de no máximo 500, preferencialmente no máximo 400.
[0062] A composição pode ter um Fluxo em Repouso (FAR) a uma temperatura de referência, a qual pode ser medida colocando uma quantidade da composição em um funil cônico plástico com uma abertura (saída) inferior circular de 0,9 cm de diâmetro, uma abertura (entrada) superior circular de 6,8 cm diâmetro e uma altura de 5 cm. O FAR é o tempo decorrido para que 85 % em peso da amostra flua pela abertura de saída.
[0063] A composição pode ter um FAR a 25 “C de pelo menos 30 min, preferencialmente pelo menos 60 min, mais preferencialmente pelo menos 2 horas, particularmente pelo menos 4 horas, de modo desejável pelo menos 12 horas, especialmente pelo menos 20 horas.
[0064] A composição pode ter um FAR a 40 C de pelo menos 30 min, preferencialmente pelo menos 60 min, mais preferencialmente pelo menos 2 horas, particularmente pelo menos 4 horas, de modo desejável pelo menos 12 horas, especialmente pelo menos 20 horas.
[0065] A razão de peso entre b) aditivo gelificante de sílica e c) aditivo gelificante de copolímero de estireno na composição pode afetar as propriedades térmicas do PCM e as propriedades reológicas da composição. As propriedades térmicas do PCM que são influenciadas pelas quantidades de aditivos gelificantes podem incluir o subresfriamento e o calor latente. Sem se ater à teoria, um excesso de aditivo gelificante de copolímero de estireno (isto é, uma razão de peso do aditivo gelificante de sílica de menos de 0,6:1) pode interferir na estrutura cristal do PCM e resultar em uma diminuição de calor latente e subresfriamento acentuado. A presença do aditivo gelificante de sílica pode impedir tais desvantagens térmicas e proporcionar propriedades térmicas desejadas.
[0066] É desejado, em algumas aplicações de PCM, que a composição mostre um comportamento similar a sólido em repouso, isto é, quando nenhuma tensão de cisalhamento é aplicada. Sem a presença de aditivo gelificante de sílica, é difícil alcançar esse comportamento reológico já que a presença de aditivo gelificante de copolímero de estireno por si só pode permitir que a composição flua em repouso lentamente devido a seu próprio peso mesmo em temperaturas moderadas. Tal comportamento é indesejado em muitas aplicações em que o PCM é embalado em um recipiente. Tal fluxo em repouso pode ser interrompido pela combinação de aditivos gelificantes de acordo com a invenção. Além disso, com o uso da razão de peso de agentes gelificantes da invenção, o mesmo comportamento similar a sólido pode ser obtido a temperaturas relativamente altas. Artigo que Compreende a Composição
[0067] Em um aspecto, a invenção fornece um artigo que compreende um recipiente vedado e uma composição de acordo com a invenção contida no recipiente. As propriedades de gel da composição podem permitir que o recipiente tenha uma parede mais fina e/ou menos permeável do que o recomendado (isto é, o recipiente pode pesar menos) ou o recipiente pode ser feito de um material diferente (por exemplo, mais barato) ou com um método de vedação diferente.
[0068] O recipiente pode ser feito de metal ou plástico, preferencialmente plástico. O recipiente pode ser feito de um plástico selecionado a partir de poliamidas, poliaminas, poliimidas, poliacrílicos, policarbonatos, polidienos, poliepóxidos, poliésteres, poliéteres, polifluorocarbonetos, polímeros de formaldeído, polímeros naturais, poliolefinas, poliolefinas fluoradas polifenilenos, polímeros contendo silício, poliuretanos, polivinilas, poliacetais, poliacrilatos e copolímeros e misturas dos mesmos. Preferencialmente, o plástico é selecionado a partir de poliolefinas, polivinila, poliésteres e copolínmeros e misturas dos mesmos. O recipiente pode ser feito de um metal selecionado a partir de aço, alumínio, titânio, bronze, cobre, prata, magnésio e ligas dos mesmos, preferencialmente o metal é selecionado a partir de alumínio e ligas dos mesmos.
[0069] O recipiente pode ser rígido ou flexível. O recipiente pode ser uma haste, um saco ou um painel, preferencialmente um saco ou um painel. Preferencialmente, o recipiente é um saco flexível. O recipiente pode ser um painel rígido. Produto que Compreende a Composição
[0070] A composição da invenção pode ser incorporada em um produto têxtil (por exemplo, um artigo de vestimenta) produto de espuma (por exemplo, um colchão), produto de embalagem (por exemplo, um recipiente para material sensível ao calor), produto eletrônico (por exemplo, uma placa de circuito impresso, microchip, CPU ou bateria), sistema automotivo (por exemplo, um componente de motor veicular), sistema de refrigeração (por exemplo, um refrigerador ou congelador), sistemas de aquecimento, ventilação e condicionamento de ar (HVAC) ou material de construção.
[0071] Em um aspecto da invenção, é fornecido um produto têxtil, produto de espuma, produto médico, produto eletrônico, produto de embalagem, sistema automotivo, sistema de refrigeração, sistema de HVAC ou material de construção que compreende a composição da invenção. Método
[0072] Em um aspecto, a invenção fornece um método para produzir a composição da invenção que compreende as etapas de: 1) misturar os componentes da composição a uma temperatura suficiente e por um período de tempo suficiente para permitir que o aditivo gelificante de copolímero de estireno se dissolva completamente na composição; e ii) interromper a mistura para permitir que a composição descanse e forme um gel.
[0073] A etapa i) pode produzir uma composição uniforme, preferencialmente uma composição homogênea. A etapa ii pode produzir uma composição uniforme, preferencialmente uma composição homogênea.
[0074] A etapa i) pode compreender aquecimento. A temperatura na etapa i) pode ser de pelo menos 20 “C, preferencialmente pelo menos 30 ºC, mais preferencialmente pelo menos 50 ºC, ainda mais preferencialmente pelo menos 70 ºC, particularmente pelo menos 90 ºC. A temperatura na etapa i) pode ser de no máximo 160 “C, preferencialmente no máximo 140 ºC, mais preferencialmente no máximo 120 “ºC, particularmente no máximo 110 “C.
[0075] A duração da etapa i) pode ser pelo menos 30 min,
preferencialmente pelo menos 40 min, mais preferencialmente pelo menos 60 min, particularmente pelo menos 80 min. A duração da etapa i) pode ser de no máximo 24 horas, preferencialmente no máximo 15 horas, mais preferencialmente no máximo 10 horas, particularmente no máximo 6 horas.
[0076] A mistura pode ocorrer por agitação. A agitação pode ser sacudimento a uma velocidade de pelo menos 100 rem, preferencialmente pelo menos 200 rpm, mais preferencialmente pelo menos 300 rpm, particularmente pelo menos 400 rpm. A agitação pode ser um sacudimento a uma velocidade de no máximo 1500 rpm, preferencialmente no máximo 1300 rpm.
[0077] A etapa ii) pode compreender interromper o aquecimento. A temperatura na etapa ii) pode ser uma temperatura ambiente. A temperatura na etapa i) pode ser de pelo menos 20 ºC. A temperatura na etapa i) pode ser de no máximo 80 ºC, preferencialmente no máximo 60 *C, mais preferencialmente no máximo 40 ºC, particularmente no máximo 30 “ºC.
[0078] A duração da etapa ii) pode ser de pelo menos 30 min, preferencialmente pelo menos 40 min, mais preferencialmente pelo menos 60 min, particularmente pelo menos 80 min. A duração da etapa ii) pode ser de no máximo 48 horas, preferencialmente no máximo 24 horas, mais preferencialmente no máximo 15 horas, particularmente no máximo 10 horas. Uso
[0079] Em um aspecto, a presente invenção fornece o uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno para produzir uma composição em gel que compreende um material de mudança de fase, em que o período de fluxo em repouso (FAR) a ºC, como medido no presente documento, da composição em gel é pelo menos 2 vezes mais longo do que aquele de uma composição em gel comparativa, em que a composição em gel comparativa compreende um aditivo gelificante comparativo que consiste apenas no copolímero de estireno, em que a % em peso total de aditivos gelificantes na composição em gel e na composição em gel comparativa é equivalente.
[0080] O período de FAR a 25 ºC da composição em gel pode ser pelo menos 4 vezes mais longo que aquele da composição em gel comparativa, preferencialmente pelo menos 6 vezes mais longo, mais preferencialmente pelo menos 8 vezes mais longo, particularmente pelo menos 10 vezes mais longo.
[0081] O período de FAR a 40 ºC da composição em gel pode ser pelo menos 4 vezes mais longo que aquele da composição em gel comparativa, preferencialmente pelo menos 6 vezes mais longo, mais preferencialmente pelo menos 8 vezes mais longo, particularmente pelo menos 10 vezes mais longo.
[0082] Em outro aspecto, a presente invenção fornece o uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno para produzir uma composição em gel que compreende um material de mudança de fase, em que o valor de afinamento por cisalhamento (STV) a 25 ºC, como medido no presente documento, da composição em gel é pelo menos 2 vezes maior que aquele de uma composição em gel comparativa, em que a composição em gel comparativa compreende um aditivo gelificante comparativo que consiste apenas no copolímero de estireno, em que a % em peso total de aditivos gelificantes na composição em gel e na composição em gel comparativa é equivalente.
[0083] O STV a 25 *C da composição em gel pode ser pelo menos 4 vezes maior que aquele da composição em gel comparativa, preferencialmente pelo menos 6 vezes maior, mais preferencialmente pelo menos 8 vezes maior, particularmente pelo menos 10 vezes maior.
[0084] O STV a 40 *C da composição em gel pode ser pelo menos 4 vezes maior que aquele da composição em gel comparativa, preferencialmente pelo menos 6 vezes maior, mais preferencialmente pelo menos 8 vezes maior, particularmente pelo menos 10 vezes maior. Exemplos
[0085] A invenção é ilustrada pelos exemplos não limitantes a seguir.
[0086] Será entendido que todos os testes e parâmetros físicos descritos no presente documento foram determinados em pressão atmosférica e temperatura ambiente (isto é, cerca de 25 “*C), a menos que citado de outro modo no presente documento, ou a menos que citado de outro modo nos métodos e procedimentos de teste citados. Todas as partes e porcentagens são fornecidas em peso a menos que citado de outro modo. Todas as medições de reologia foram realizadas após as amostras terem descansado por pelo menos 1 dia após a produção da amostra. Métodos de teste
[0087] Neste relatório descritivo, os métodos de teste a seguir foram usados: (1) O Fluxo em Repouso (FAR) foi medido colocando uma quantidade da amostra em um funil cônico plástico com uma abertura (saída) inferior circular de 0,9 cm de diâmetro, uma abertura (entrada) superior circular de 6,8 cm de diâmetro e uma altura de 5 cm. O FAR foi medido como o tempo decorrido para que 85 % em peso da amostra flua através da abertura de saída. O experimento foi realizado a ºC ea40 ”cC. (ii) A Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) foi realizada com o uso de uma máquina Mettler-Toledo (módulo DSC822-LT e 3+) e de um software de controle e análise fornecido pela Mettler-Toledo. A DSC pode ser usada para medir, por exemplo, pontos de fusão, pontos de cristalização e calores latentes. (iii) As propriedades reológicas das amostras foram medidas com um Reômetro DHR-2 da TA Instruments. As medições de medições de varredura de taxa de cisalhamento foram realizadas a 25 ºC e a 40 ºC com uma geometria de placa paralela de aço inoxidável de 40 mm. PCM Puro - Controle
[0088] Uma amostra de CrodaTherm 6.5 puro (ex Croda Europe Limited), um PCM de éster de ácido graxo, foi usado como a amostra de controle. Com um ponto de fusão de 6,84 ºC, está em forma líquida à temperatura ambiente (isto é, cerca de 25 ºC). Exemplo 1 - Comparativo
[0089] Um gel de amostra comparativo que compreende 91,7 % em peso de CrodaTherm 6.5 e 8,3 % em peso de Kraton Al535 (ex Kraton Corporation) foi feito através das seguintes etapas: 1) O CrodaTherm 6.5 é aquecido a 100 ºC em um béquer durante o sacudimento com um agitador suspenso a 500 rpm. 2) A velocidade de sacudimento é ajustada em 750 rpm e Kraton Al1535 é adicionado ao longo de 40 min. 3) Quando todo o Kraton tiver sido adicionado, a mistura é agitada por mais 40 min para homogeneizar completamente a composição. 4) A agitação é interrompida e a composição repousa e resfria e forma um gel. Exemplo 2
[0090] Um gel de amostra que compreende: a) 91,7 % em peso de CrodaTherm 6.5; b) 5,3 % em peso de sílica fumada hidrofílica; e c) 3 % em peso de Kraton Al535 foi feito seguindo o procedimento explicado no Exemplo 1 e adicionando as etapas a seguir entre a etapa 1) e a etapa 2): la) Sílica fumada hidrofílica é adicionada gradualmente enquanto a velocidade de sacudimento é elevada a 1200 rpm. 1b) Quando toda a sílica tiver sido adicionada, a mistura é agitada por mais 5 min. Exemplo 3
[0091] Um gel de amostra que compreende: a) 91,2 % em peso de CrodaTherm 6.5 e 0,5 % em peso de agente de nucleação; b) 5 % em peso de sílica fumada hidrofílica; c) 3 % em peso de Kraton A1l535; e d) 0,3 % em peso de PEG400, um polietileno glicol. foi feito seguindo o procedimento explicado no Exemplo 2 e adicionando a seguinte etapa após a etapa 3): 3a) A velocidade de agitação é ajustada a 600 rpm e PEG400 é adicionado gota a gota. Exemplo 4
[0092] As amostras acima foram testadas com o uso dos métodos de teste definidos no presente documento. Os resultados obtidos a partir dos testes das amostras são dados na Tabela 1 abaixo. Tabela 1 PCM Puro | EXemplo 1 -|Exemplo | Exemplo - Comparativo 2 3 Controle Ponto de 2,60 1,42 1,82 3,48 cristalização (ºC) Ponto de fusão (ºC) 4,87/6,98" Calor latente (J/g) 178,7 153,6 156,9 Viscosidade a 25 ºC a 59 Ss" 0,013 107 0,89 4,79 (Pa.s) Valor de Afinamento N/D 6,24 249 167 por Cisalhamento (STV) a 25 ºC (viscosidade a 0,2s* / viscosidade a 59s"!) Viscosidade [a 0,25 |N/Dº 4,6 243 a 40 ºC a 59 sº 0,011 4,0 0,78 3,76 (Pa.s) STV a 40 *C Fluxo em Repouso a 40 ºC N/D 7 min >1 dia >1 dia (FAR) à dois picos de fusão foram observados pb a medição foi menor do que o limite mínimo do equipamento - Comportamento newtoniano é esperado.
[0093] Nos Exemplos 1 a 3, a % em peso total de aditivos gelificantes nas composições é mantida constante e equivalente a fim de tornar a comparação adequada.
[0094] A combinação de aditivos gelificantes nos Exemplos 2 & 3 de acordo com a invenção demonstra vantagens claras em relação ao Exemplo comparativo 1 em propriedades térmicas como uma diminuição pequena da temperatura de cristalização e um pico de fusão uniforme.
[0095] Os gelificantes usados em todos os Exemplos aumentam a viscosidade em comparação ao PCM puro. Além disso, as composições da invenção nos Exemplos 2 & 3 demonstram um afinamento por cisalhamento acentuado mesmo a ºC. Isso pode ser visto comparando os resultados de Valor de Afinamento por Cisalhamento (STV) para os Exemplos 2 & 3 ao Exemplo l. Um alto afinamento por cisalhamento a baixas temperaturas é particularmente interessante para muitos fabricantes no processamento do material.
[0096] Em muitas aplicações de PCM, é desejável impedir que a composição de PCM flua quando o material de embalagem é acidentalmente perfurado durante o uso ou transporte. Os resultados do teste de Fluxo em Repouso (FAR) mostram as vantagens dos Exemplos 2 & 3 nesse sentido em comparação ao Exemplo 1. Mesmo a 40 “C, as composições do Exemplo 2 e do Exemplo 3 não fluem através do orifício, ao contrário do Exemplo 1.
[0097] Deve ser entendido que a invenção não deve ser limitada aos detalhes das modalidades acima, que são descritos apenas a título de exemplificação. Muitas variações são possíveis.
Claims (16)
1. Composição caracterizada por compreender: a) um material de mudança de fase; b) 1 a 10% em peso de um aditivo gelificante de sílica; e c) um aditivo gelificante de copolímero de estireno; em que a composição está na forma de um gel e em que a razão de peso entre b) aditivo gelificante de sílica e c aditivo gelificante de copolímero de estireno na composição está na faixa de 0,6 a 5:1.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material de mudança de fase é selecionado a partir do grupo que consiste em ácidos graxos, álcoois graxos, aminas graxas, ésteres de ácido graxo, ésteres de álcool graxo, amidas de ácido graxo e misturas dos mesmos.
3. Composição, de acordo com a reivindicação 1 caracterizada pelo fato de que o material de mudança de fase compreende um éster.
4, Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender pelo menos 60 % em peso de material de mudança de fase.
5. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o aditivo gelificante de sílica é uma sílica fumada.
6. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o aditivo de gelificação de copolímero de estireno é selecionado a partir de copolímeros tribloco estireno-
(etileno-propileno)-estireno (SEPS), copolímeros tribloco estireno- (etileno-butileno)-estireno (SEBS) e misturas dos mesmos.
7. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender adicionalmente: d) 0,05 a 10 % em peso de um diol.
8. Composição, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o diol é selecionado a partir de copolímeros alquileno glicóis, polialquileno glicóis, polioxialquileno e misturas dos mesmos.
9. Composição, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o diol é um polietileno glicol.
10. Composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender adicionalmente um agente de nucleação, em que o agente de nucleação tem um ponto de fusão pelo menos 15 ºC, preferencialmente pelo menos 30 ºC maior do que o material de mudança de fase.
11. Artigo caracterizado por compreender um recipiente vedado e uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações anteriores contida no recipiente.
12. Artigo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o recipiente é um saco ou painel.
13. Produto caracterizado por compreender uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, sendo que o produto é selecionado a partir de um produto têxtil, um produto de espuma, um produto médico, um produto eletrônico, um produto de embalagem, um sistema automotivo, um sistema de refrigeração, um sistema de HVAC e um material de construção.
14. Método de produção de uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 caracterizado por compreender as etapas de: i) misturar os componentes da composição a uma temperatura suficiente e por um período de tempo suficiente para permitir que o aditivo gelificante de copolímero de estireno se dissolva completamente na composição; e ii) interromper a mistura para permitir que a composição descanse e forme um gel.
15. Uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno caracterizado por ser para produzir uma composição em gel que compreende um material de mudança de fase em que oO valor de afinamento por cisalhamento (STV) a 25 *C, como medido no presente documento, da composição em gel é pelo menos 2 vezes maior que aquele de uma composição em gel comparativa, em que a composição em gel comparativa compreende um aditivo gelificante comparativo que consiste apenas no copolímero de estireno, sendo que a % em peso total de aditivos gelificantes na composição em gel e na composição em gel comparativa é equivalente.
16. Uso de uma combinação de um aditivo gelificante de sílica e um aditivo gelificante de copolímero de estireno caracterizado por ser para produzir uma composição em gel que compreende um material de mudança de fase em que oO período de fluxo em repouso (FAR) a 25 “*C, como medido no presente documento, da composição em gel é pelo menos 2 vezes maior que aquele de uma composição em gel comparativa, em que a composição em gel comparativa compreende um aditivo gelificante comparativo que consiste apenas no copolímero de estireno, sendo que a % em peso total de aditivos gelificantes na composição em gel e na composição em gel comparativa é equivalente.
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