BR112020010383A2

BR112020010383A2 - mesclas de pes-ppsu como base para espumas

Info

Publication number: BR112020010383A2
Application number: BR112020010383-7A
Authority: BR
Inventors: Christian TRAßL; Kay Bernhard; Luiz Araujo; Ina Liebl; Dirk Roosen; Uwe Lang; Thomas Richter; Marion Hax; Ron Van Hoorn
Original assignee: Evonik Operations Gmbh
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-11-24
Also published as: TW201925347A; EP3717549A1; CA3083406A1; US20200407558A1; MA49868A1; KR20200087778A; JP7055205B2; WO2019101704A1; IL274858A; CN111386302A; MX2020005298A; JP2021504522A; ZA202003828B; AU2018373662A1

Abstract

A presente invenção se refere a uma composição para produzir tipos inovadores de espuma uma vez que os mesmos combinam especificamente boas propriedades retardantes de chama com um bom alongamento na ruptura. Esses tipos inovadores de espuma são produzidos a partir de uma mescla de poliéter sulfona (PES) e polifenileno sulfona (PPSU).

Description

“MESCLAS DE PES-PPSU COMO BASE PARA ESPUMAS” Campo da invenção

[0001] A presente invenção se refere a uma composição para produzir tipos inovadores de espuma uma vez que os mesmos combinam especificamente boas propriedades retardantes de chama com um bom alongamento na ruptura. Esses tipos inovadores de espuma são produzidos a partir de uma mescla de poliéter sulfona (PES) e polifenileno sulfona (PPSU). Técnica anterior

[0002] Mesclas de PES e PPSU para outras aplicações técnicas são conhecidas. O documento EP 1 497 376 descreve tal mescla para processamento em fabricação por fusão, moldagem por injeção, moldagem por compressão, moldagem por sopro ou extrusão. No entanto, não se sabe como produzir uma espuma a partir de tal composição.

[0003] Membranas porosas de tais mesclas também foram descritas no documento EP 0 764 461, por exemplo. As membranas desse tipo são produzidas por meio de um processo de fundição de uma composição aquosa de polímero.

[0004] Muitas espumas industrialmente utilizadas ou têm desvantagens em uso em altas temperaturas ou têm propriedades mecânicas melhores que o ideal, em geral, mas especificamente nessas altas temperaturas. Ademais, apenas pouquíssimas espumas existentes não são extremamente inflamáveis e, então, qualificadas para instalação nos interiores de veículos rodoviários, ferroviários ou aéreos, por exemplo. As espumas de PES, por exemplo, têm um efeito retardante de chama insuficiente, enquanto espumas de PPSU, a saber, têm uma resistência à ruptura menor que a ideal.

[0005] As espumas de PPSU ou PES são conhecidas, a princípio, embora não em mistura por adição entre si. O trabalho para identificar condições ideais para formação de espuma de PPSU e/ou PES foi relatado em “Polymeric Foams from High-Performance Thermoplastics”, Advances in Polymer Technology, Vol. 30, No. 3, pp. 234-243, 2011 (DOI

10.1002/adv) por L. Sorrentino.

[0006] As mesclas que compreendem ou PPSU ou PES são, de modo similar, conhecidas, embora com particularidades preferencialmente esparsas que são fornecidos na técnica anteriores. Mais particularmente, ambos os polímeros foram usados como um componente quantitativamente menor, por exemplo, em espumas de PS, a fim de influenciar as propriedades desses materiais de bens de consumo. As espumas que compreendem PPSU ou PES como o componente principal, em contrapartida, são apenas constatados em pouquíssimas descrições, por exemplo, nas a seguir:

[0007] O documento US 4.940.733 revela uma espuma à base de uma mescla de um policarbonato com um segundo polímero que compreende PES ou PPSU, além de uma multiplicidade de outros exemplos. Embora uma espuma desse tipo tenha um alto nível de estabilidade térmica, seu efeito retardante de chama não é particularmente bom. Nem são quaisquer particularidades fornecidas em relação a propriedades mecânicas.

[0008] O documento WO 2015/097058 descreve espumas à base de PPSU ou PES que compreendem não menos que 10 % em peso de uma poliolefina. A poliolefina de separação de fase, em princípio, atua principalmente como um agente de nucleação. Embora células mais uniformes sejam obtidas, as propriedades retardantes de chama ou as propriedades mecânicas, por exemplo, alongamento na ruptura, não são benéficas. De fato, a separação de fase é provável de ter um efeito adverso sobre alongamento na ruptura. A retardação de chama também é provável de ser afetada de modo adverso pelo componente de poliolefina misturado por adição. Problema

[0009] O problema abordado pela presente invenção, tendo em vista a técnica anterior, foi aquele de fornecer uma composição para produzir tipos inovadores de espuma. As espumas resultantes precisam ter uma boa combinação de utilidade em altas temperaturas, boas propriedades mecânicas, particularmente em relação ao alongamento na ruptura, e um efeito retardante pelo menos suficiente de chama para muitas aplicações em construção de aeronave e veículo.

[0010] A espuma deve ter mais particularmente uma temperatura de uso sustentada de até 120 °C, de preferência, até 150 °C.

[0011] Também deve ser possível que a espuma seja produzida a partir da composição a ser fornecida por meio de uma ampla variedade de métodos e em um amplo espectro de formas.

[0012] Problemas não explícitos adicionais abordados são deriváveis da descrição, das reivindicações ou dos exemplos no presente texto, sem serem explicitamente citados no presente documento para esse propósito. Solução

[0013] Os problemas são solucionados tornando=se disponível um tipo inovador de composição para produção de espumas modificadas pouco inflamáveis termicamente estáveis. Essa composição para produção de espumas é caracterizada pelo fato de que está de acordo com a presente invenção, contendo de 60 a 98 % em peso de uma mistura de PES e PPSU em uma razão entre 1:9 e 9:1, de preferência, entre 1:1 e 8,5:1, como constituinte principal.

[0014] Essa composição inclui ainda de 0,5 a 10 % em peso de um agente de sopro. A mesma pode conter ainda, entre outros, de 0 a 10 % em peso de aditivos e de 0 a 20 % em peso de um terceiro componente polimérico.

[0015] A composição, mais preferencialmente, consiste em 90 a 95 % em peso de uma mistura de PES e PPSU em uma razão entre 1:1 e 8:1, de 1 a 9 % em peso de um agente de sopro e de 1 a 5 % em peso de aditivos.

[0016] Os aditivos podem compreender, em particular, retardantes de chama, plastificantes, pigmentos, estabilizantes de UV, agentes de nucleação, modificadores de impacto, promotores de adesão, modificadores de reologia, extensores de cadeia, fibras e/ou nanopartículas.

[0017] Os retardantes de chama usados são geralmente compostos de fósforo, em particular, fosfatos, fosfinas ou fosfitos. Os estabilizantes de UV e/ou absorventes de UV adequados são conhecimento geral comum na técnica. Compostos de HALS, Tiuvins ou triazóis são geralmente usados para esse propósito. Os modificadores de impacto usados são geralmente esferas de polímero que compreendem uma fase macia/flexível e/ou elastomérica. Essas esferas de polímero frequentemente compreendem esferas de núcleo-(carcaça-)carcaça que têm uma carcaça externa que, dessa maneira, não são mais que ligeiramente reticuladas e como puramente polímero exibiria pelo menos miscibilidade mínima com a mescla de PES-PPSU. Quaisquer pigmentos conhecidos são empregáveis, a princípio. Quantidades maiores, em particular, certamente exigem teste em relação a sua influência na operação de formação de espuma, como todos os outros aditivos empregados nas quantidades acima de 0,1 % em peso. Isso não é muito trabalhoso de se realizar por um indivíduo versado na técnica.

[0018] Os plastificantes, modificadores de reologia e extensores de cadeia adequados são de conhecimento geral comum na técnica de produzir revestimentos, membranas ou moldagens de PES, PPSU ou mesclas dos mesmos e são, em conformidade, transferíveis em custo mínimo e inconveniência para a produção de uma espuma da composição de acordo com a presente invenção.

[0019] As fibras são geralmente materiais fibrosos conhecidos para adição a uma composição de polímero. Em uma modalidade particularmente adequada da presente invenção, as fibras são fibras de PES, fibras de PPSU ou fibras de mescla, sendo a última de PES e PPSU.

[0020] Nanopartículas, por exemplo, na forma de tubos, plaquetas, hastes, esferas ou em outras formas conhecidas, são materiais inorgânicos em geral. As mesmas podem realizar diversas funções na espuma final em uma e ao mesmo tempo. Isso se deve ao fato de que as partículas atuam, em parte, como agentes de nucleação na operação de formação de espuma. As partículas podem ainda influenciar as propriedades mecânicas, bem como as propriedades de difusão (gás) da espuma. As partículas realizam ainda uma contribuição adicional para baixa inflamabilidade.

[0021] As nanopartículas citadas aparte, micropartículas ou polímeros de separação de fase, amplamente imiscíveis também podem ser incluídas como agentes de nucleação. No contexto de agentes de nucleação na composição, os polímeros descritos devem ser observados separadamente dos outros agentes de nucleação, visto que os últimos exercem principalmente influência sobre as propriedades mecânicas da espuma, na viscosidade de fusão da composição e, consequentemente, nas condições de formação de espuma. O efeito adicional de um polímero de separação de fase como um agente de nucleação é um efeito desejado adicional desse componente, mas não o efeito primário nesse caso. Portanto, esses polímeros adicionais aparecem posteriormente na correspondência geral, separados dos outros aditivos.

[0022] Os polímeros adicionais podem compreender por exemplo, poliamidas, poliolefinas, em particular, PP, PEEK, poliésteres, em particular, PET, outros polímeros à base de enxofre, por exemplo, PSU, polieterimidas ou polimetacrilimida.

[0023] A escolha de agente de sopro é relativamente livre e para um indivíduo versado na técnica é determinada, em particular, pelo método de formação de espuma escolhido e a temperatura de formação de espuma. Álcoois adequados são, por exemplo, isopropanol ou butanol, cetonas, como acetona ou metil etil cetona, alcanos, como isobutano, n-butano, isopentano, n-pentano, hexano, heptano ou octano, alcenos, por exemplo, penteno, hexeno, hepteno ou octeno, CO2, N2, água, éteres, por exemplo, dietil éter, aldeídos, por exemplo, formaldeído ou propanal, hidro(cloro)fluorocarbonos, agentes químicos de sopro ou misturas de dois ou mais dos mesmos.

[0024] Os agentes químicos de sopro são relativa ou completamente substâncias não voláteis que são submetidas a decomposição química mediante condições de formação de espuma para formar o agente de sopro atual sob decomposição. terc-Butanol é um exemplo muito simples dos mesmos, uma vez que forma isobuteno e água mediante condições de formação de espuma. Exemplos adicionais são NaHCO3, ácido cítrico, derivados de ácido cítrico, azodicarbonamida (ADC) e/ou compostos com base nos mesmos, toluenossulfonil-hidrazina (TSH), oxibis(benzossulfo-hidroazida) (OBSH) ou 5- feniltetrazol (5-PT).

[0025] É dada preferência para uso como agentes de sopro para CO2, N2 e misturas dos mesmos.

[0026] Não apenas a composição, mas naturalmente, também espumas produzidas a partir das composições da presente invenção também formam uma parte constituinte da presente invenção.

[0027] A presente invenção também fornece ainda um processo para formação de espuma das composições da presente invenção. A composição é formada por espuma na mesma em uma temperatura entre 150 e 250 °C e em uma pressão entre 0,1 e 2 bar. A formação de espuma é, de preferência, afetada em uma temperatura entre 180 e 230 °C em uma atmosfera de pressão padrão.

[0028] Diversos métodos de composições poliméricas de formação de espuma são conhecidos por um indivíduo versado na técnica para ser um princípio aplicável à presente composição, particularmente em relação aos métodos para espumas termoplásticas. No entanto, há algumas alternativas particularmente preferenciais.

[0029] Em uma primeira versão preferencial do processo, uma composição sem agente de sopro é misturada por adição com o agente de sopro em uma autoclave em uma temperatura entre 20 e 120 °C e em uma pressão entre 30 e 100 bar e, de modo subsequente, expandida dentro da autoclave reduzindo- se a pressão e elevando-se a temperatura para a temperatura de formação de espuma. De modo alternativo, a composição misturada por adição com o agente de sopro é resfriada na autoclave e desautoclavadas após o resfriamento. Essa composição é, então, expansível em uma data posterior aquecendo-se para a temperatura de formação de espuma. Isso pode ocorrer, por exemplo, mediante moldagem adicional ou em combinação com outros elementos como insertos ou camadas faceadas.

[0030] Em uma segunda versão do processo, a composição que contém o agente de sopro é aquecida em uma extrusora.

[0031] Em uma terceira versão do processo, a composição sem agente de sopro é aquecida em uma extrusora e misturada por adição com o agente de sopro, de preferência, com CO2 e/ou N2 na extrusora.

[0032] A maneira na qual a composição é deixada fora da extrusora na segunda ou terceira versão, de modo subsequente, dá origem a modalidades adicionais. Desse modo, a composição pode sair da extrusora por meio de uma matriz de fenda ampla ou alguma outra matriz de conformação, se expandindo conforme passa através da matriz para o lado de fora da matriz. Essa versão é combinável com uma coextrusão diretamente subsequente ou laminação, de modo que as camadas viradas sejam diretamente aplicadas a uma placa formada por espuma ou laminado formado a partir de uma matriz de fenda ampla.

[0033] Em uma segunda modalidade da terceira ou segunda versão, a composição se expande ao emergir da extrusora e um peletizante corte o extrusado de expansão em uma espuma de esfera. Em geral, o peletizante, nessa modalidade, está tão próximo do ponto de saída da matriz que as esferas já separadas se expandem diretamente após a formação.

[0034] Em uma terceira modalidade da segunda ou terceira versão, finalmente, a composição que sai da extrusora pode passar para um aparelho de moldagem de espuma estrutural. Nesse aparelho, expansão, então, ocorre diretamente com moldagem.

[0035] Uma quarta modalidade alternativa é caracterizada pelo fato de que a composição que emerge de uma extrusora passa para um peletizador subaquático que está presente em tal combinação de temperatura e pressão, em que a formação de espuma é impedida. O material de pélete carregado com agente de sopro que é obtido nesse procedimento pode, então, ser expandido – termicamente, por exemplo – posteriormente.

[0036] As espumas de acordo com a invenção e/ou as espumas obtidas pelo processo de acordo com a invenção são úteis para muitos propósitos. As espumas são, de preferência, empregadas em construção de veículo, por exemplo, a construção de veículos terrestres, ferroviários, aquáticos, espaciais ou aéreos. Em virtude de sua baixa inflamabilidade, as espumas da presente invenção também podem, mais particularmente, ser instaladas no interior desses veículos. Áreas adicionais de aplicação incluem, por exemplo, a indústria elétrica e de eletrônicos, a construção de sistemas de energia eólica e engenharia mecânica.

[0037] As espumas da presente invenção, de preferência, têm uma taxa de expansão que está na faixa entre 1 e 98 %, de preferência, entre 50 e 97 %, mais preferencialmente, entre 70 e 95 %, redução em densidade versus a mescla pura. A densidade de espuma é, de preferência, entre 20 e

1.000 kg/m3, de preferência, 40 e 250 kg/m3.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição para produção de espumas, em que essa composição é caracterizada por conter de 60 a 98 % em peso de uma mistura de PES e PPSU em uma razão entre 1:9 e 9:1, 0,5 a 10 % em peso de um agente de sopro, de 0 a 10 % em peso de aditivos e de 0 a 20 % em peso de um terceiro componente polimérico.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que PES e PPSU estão presentes em uma razão entre 1:1 e 8,5:1.

3. Composição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os aditivos compreendem retardantes de chama, plastificantes, pigmentos, estabilizantes de UV, agentes de nucleação, modificadores de impacto, promotores de adesão, modificadores de reologia, extensores de cadeia, fibras e/ou nanopartículas.

4. Composição, de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os agentes de sopro compreendem um álcool, uma cetona, um alcano, um alceno, CO2, N2, água, um éter, um aldeído, agentes químicos de sopro ou misturas de dois ou mais dos mesmos.

5. Composição, de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 4, em que a composição é caracterizada por consistir em de 90 a 95 % em peso de uma mistura de PES e PPSU em uma razão entre 1:1 e 8:1, de 1 a 9 % em peso de um agente de sopro e de 1 a 5 % em peso de aditivos.

6. Espuma caracterizada por ser obtida formando-se espuma a partir de uma composição conforme definida em uma ou mais das reivindicações 1 a 5.

7. Processo para formação de espuma de uma composição conforme definida em uma ou mais das reivindicações 1 a 5 caracterizado pelo fato de que a composição é formada por espuma em uma temperatura entre 150 e 250 °C e em uma pressão entre 0,1 e 2 bar.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a composição é formada por espuma em uma temperatura entre 180 e 230 °C em uma atmosfera de pressão padrão.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que uma composição sem agente de sopro é misturada por adição com o agente de sopro em uma autoclave em uma temperatura entre 20 e 120 °C e em uma pressão entre 30 e 100 bar e, de modo subsequente, expandida dentro da autoclave reduzindo-se a pressão e elevando-se a temperatura para a temperatura de formação de espuma ou fora da autoclave, permitindo o resfriamento dentro da autoclave e desfazer autoclave, aquecendo-se para a temperatura de formação de espuma.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a composição é aquecida em uma extrusora.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a composição sem agente de sopro é tanto aquecida quanto misturada por adição com o agente de sopro em uma extrusora.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a composição sai da extrusora por meio de uma matriz de fenda ampla ou alguma outra matriz de conformação, se expandindo conforme passa através da matriz para o lado de fora da matriz.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a composição que emerge da extrusora passa para um peletizador subaquático, em que está presente tal combinação de temperatura e pressão que a formação de espuma é impedida, e em que um material de pélete carregado com agente de sopro é obtido, que é expandido posteriormente.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a composição passa da extrusora para um aparelho de moldagem de espuma estrutural e é expandida e moldada no mesmo.