BRPI0617875A2 - método de fabricação de espuma de poliestireno com aditivos de processamento de polìmero - Google Patents

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Abstract

MéTODO DE FABRICAçãO DE ESPUMA DE POLIESTIRENO COM ADITIVOS DE PROCESSAMENTO DE POLìMERO. é revelado um método para fabricar espuma de poliestireno que utiliza um ou mais gases atmosféricos, particularmente CO~ 2~, como o agente de sopro em combinação com um auxiliar de processamento de polímero (PPA), tipicamente um éster que é relativamente não volátil na faixa de temperatura de extrusão. O agente de sopro e o PPA podem ser ambos introduzidos na resina de poliestireno termoplástica fundida ou o PPA pode ser incorporado nas resinas de poliestireno de fonte sólida. A espuma resultante estará substancialmente isenta de agente de sopro residual e dimensionalmente estável em temperaturas ambientes.

Description

"MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE ESPUMA DE POLIESTIRENOCOM ADITIVOS DE PROCESSAMENTO DE POLÍMERO"
CAMPO TÉCNICO E APLICABILIDADE INDUSTRIALA presente invenção refere-se a processos paraformar espumas poliméricas, particularmente à fabricação deespumas de poliestireno extrusado (XPS) na ausência de agen-tes de sopro de fluorocarbono e clorofluorocarbono pelo usode um ou mais ésteres, particularmente adipatos, benzoatos edibenzoatos, como meios auxiliares de processamento de polí-mero (PPA) para melhorar a aparência e propriedades da espu-ma resultante, e mais particularmente a processos para pre-parar produtos de espuma de poliestireno extrusado a partirde misturas de poliestireno utilizando dióxido de carbonocomo agente de sopro primário.
A invenção refere-se a composições e métodos paraproduzir placa de espuma de poliestireno extrusado (XPS) a-propriado para aplicações de isolamento, particularmente pa-ra sistema de acabamento de isolamento exterior (EIPS) paraconstrução de edifícios.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Na produção tradicional de espumas de poliestireno(OS) utilizando um processo de extrusão, era comum utilizar-se como agentes de sopro um ou mais halocarbons, como clore-to de metila, cloreto de etila, clorocarbonos, fluorocarbo-nos (incluindo HFCs) e clorofluorocarbonos (CFCs) incluindodiclorodifluorometano, fluoroidrocarbonos ou clorofluoroi-drocarbonos (que são também mencionados como "CFCs macios","HCFCs" ou "HFCs"). Os exemplos de tais halocarbons incluemuma gama de CFCs como CFC-11 (clorotrifluorometano), CFC-12(diclorodifluorometano) e CFC-113 (1,2,2-triflúor-1,1,2-tri-cloroetano) e hidroalocarbonos, também mencionados como CFCs"macios", HCFCs e HFCs, incluindo HCFC-22 (clorodifluorome-tano), HCFC-123 (1,l-dicloro-2,2,2-trifluoroetano), HCFC-22(clorodifluorometano), HCFC-123 (1,l-dicloro-2,2,2-trifluoroetano), HCFC-142b (1-cloro-l,1-difluoroetano), HFC-134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano), HFC-142a (1,1-difluoroetano) , e HCFC-141b (1, 1-dicloro-l-fluoroetano) .
O procedimento geral utilizado na preparação decorpos de espuma sintética extrusada inclui, genericamente,as etapas de fundir uma composição polimérica de base, in-corporando um ou mais agentes de sopro e outros aditivos nafundição polimérica sob condições que fornecem a misturacompleta do agente de sopro e o polímero enquanto evita quea mistura espume prematuramente, por exemplo, sob pressão.Essa mistura é então tipicamente extrusada através de umamatriz de extrusão de estágio único ou múltiplo para resfri-ar e reduzir a pressão na mistura, permitir que a misturaespume e produza um produto espumado. Como será reconhecido,as quantidades relativas do(s) polímero(s), agente(s) de so-pro e aditivos, a temperatura e o modo no qual a pressão éreduzida tenderão a afetar as qualidades e propriedades doproduto de espuma resultante.
A solubilidade de clorofluorocarbonos e certos al-canos em poliestireno tende a reduzir a viscosidade de fun-dição de extrusão e melhorar o resfriamento de fundições depoliestireno expandido (OS) . Por exemplo, a combinação depentano e um clorofluorocarbono como Freon 11 e 12 é parci-almente solúvel em poliestireno e foi utilizada para gerarespumas de poliestireno que apresentaram uma aparência gene-ricamente aceitável e propriedades físicas como acabamentode superfície, tamanho e distribuição de células, orienta-ção, encolhimento e rigidez.
Entretanto, em resposta à contribuição aparentedesses compostos de CF à redução da camada de ozônio na es-tratosfera da terra, o uso difundido e liberação atmosféricaassociada de tais compostos em aplicações como propelentesde aerossol, refrigerantes, agentes de sopro de espuma esolventes de especialidade foi recentemente drasticamentereduzido ou eliminado por regulação governamental. Emboracertos dos CFCs "macios" como certos hidrofluorocarbonos(HFCs) incluindo 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-13a) e 1,1-difluoroetano (HFC-152a) sejam considerados como muito maisfavoráveis a ozônio e considerados como agentes de sopro al-ternativos. Entretanto, esses compostos alternativos são ca-ros, tendem a ser menos solúveis em poliestireno, tendem ater condutividade térmica mais elevada do que HCFCs e podemainda contribuir para o aquecimento global.
Hidrocarbonetos como pentano, hexano, ciclopentanoe outros homólogos dessa série foram também considerados,porém são altamente inflamáveis e voláteis, desse modo ori-ginando preocupações tanto de segurança quanto de emissão deVOC. Dióxido de carbono é um candidato atraente como agentede sopro, a partir dos pontos de vista tanto ambiental comoeconômico. Os desafios associados a utilizar com sucesso CO2como agen.te de sopro são, entretanto, significativos à luzda solubilidade relativamente baixa, elevada difusibilidadee processabilidade deficiente de CO2 em resinas de poliesti-reno. CO2 tem também uma condutividade térmica aumentada emde CO2 apresentando valores de isolamento de produto geralde aproximadamente 17% e aproximadamente 10% mais baixosrespectivamente do que espumas correspondentes produzidascom HCFC-142b e HFC-134a. Outras tentativas anteriores utilizaram álcoois,como etanol, ou hidrocarboneto, como ciclopentano, em combi-nação com CO2 para melhorar a processabilidade e permitir aprodução de placa de espuma de poliestireno extrusado tendopropriedades térmica e física alvo ou desejadas. Os proble-mas com agentes de co-sopro como álcoois ou hidrocarbonetossão sua inflamabilidade, segurança e o impacto negativo so-bre as propriedades de isolamento e desempenho de chama doproduto final.
Processos convencionais incluem processos de espu-ma de polímero para fabricar artigos termoformados onde oagente de sopro compreende uma mistura de pelo menos um gásatmosférico e pelo menos um agente de sopro de plastificaçãovolátil. Tentativas anteriores para misturar hidrocarbonetosnormalmente líquidos e agentes de sopro normalmente gasososobtiveram genericamente sucesso somente limitado e tendiam aexigir grande cuidado para produzir espumas de polímero a-ceitáveis utilizando agentes de sopro altamente voláteis co-mo dióxido de carbono.SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Os objetivos da presente invenção incluem fornecerum método aperfeiçoado de fabricar espumas poliméricas uti-lizando um ou mais gases atmosféricos como agente de soproem combinação com pelo menos um éster, particularmente uméster de adipato, como um meio auxiliar de processamento depolímero.
Em uma modalidade exemplar da invenção, espumas depoliestireno extrusado são preparadas a partir de uma fundi-ção polimérica, tipicamente uma que inclua um poliestirenode espuma de fusão elevada como o componente polimérico pri-mário, um gás atmosférico como CO2 como o agente de soproprimário e pelo menos um meio auxiliar de processamento depolímero selecionado de um grupo de ésteres, especialmenteadipatos tendo uma estrutura bis(n-R), onde R é alifático(linear, cíclico e ramificado, saturado e insaturado) ou aro-mático com um adipato preferido sendo bis(n-decanil) adipato.
Em uma modalidade exemplar da invenção, a fundiçãode polímeros será preparada a partir de uma porção principalde um ou mais polímeros estirênicos que apresentam um índiceelevado de fusão, por exemplo, um índice de fusão de pelomenos aproximadamente 10,0 (g/10 minutos) (como medido deacordo com ASTM D 1238, Condição L) que é combinado com nãomais do que aproximadamente 5% em peso de bis (n-decanil) a-dipato como um meio auxiliar de processamento de polímero emenos do que aproximadamente 4% em peso de CO2 como agentede sopro.
Em uma modalidade exemplar da invenção, a fundiçãode polímeros será preparada a partir de polímeros ou copolí-meros estirênicos pré-formados que podem ter sido pré-compostos com bis(n-decanil) adipato. Alternativa ou adicio-nalmente, o bis(n-decanil) adipato pode ser injetado direta-mente na fundição polimérica em uma posição intermediária aolongo da trajetória de extrusor de parafuso. Além do bis(n-decanil) adipato, outros meios auxiliares de processamento po-dem ser incorporados nos polímeros estirênicos pré-formadosou podem ser injetados na fundição à medida que se move a-través do extrusor. 0(s) agente(s) de sopro como CO2, tambémé injetado na fundição polimérica em uma porção intermediá-ria ao longo da trajetória de extrusor de parafuso. Em qual-quer evento, cada um dos aditivos e agente (s) de sopro deveser introduzido na fundição polimérica suficientemente a ju-sante da matriz de extrusão para assegurar que a mistura a-dequada seja obtida antes da composição atingir a matriz deextrusão.
De acordo com a invenção, o método de fazer espumade poliestireno compreende misturar um gás atmosférico comodióxido de carbono, nitrogênio ou ar e pelo menos um agentede mistura não volátil em uma fundição de poliestireno. Afundição de poliestireno pode também incluir um ou mais a-gentes de nucleação como talco, bicarbonato de sódio ou áci-do cítrico. A mistura da fundição de poliestireno, gás at-mosférico e o agente de mistura são então emitidos atravésde uma matriz de extrusão, desse modo reduzindo a pressão epermitindo que o agente de sopro expanda e forme espuma depoliestireno. Dependendo da concentração do agente de soproe das condições de extrusão, a espuma resultante pode nãoter substancialmente agente de sopro residual e apresentará pro-priedades de superfície e espuma aceitável.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Modalidades de exemplo da invenção serão evidentesa partir da descrição mais específica de certas modalidadesde exemplo da invenção fornecidas abaixo e como ilustradonos desenhos em anexo.
A Figura 1 é um desenho esquemático de um aparelhode extrusão exemplar útil para pôr em prática métodos de a-cordo com a invenção;
A Figura 2 é um desenho esquemático de outro apa-relho de extrusão exemplar útil para pôr em prática métodosde acordo com a invenção, e
A Figura 3 é um gráfico ilustrando medições depressão obtidas utilizando uma variedade de composições emétodos comparativos e demonstrativos.
Esses desenhos foram fornecidos para auxiliar acompreensão das modalidades de exemplo da invenção, comodescrito em mais detalhe abaixo e não devem ser interpreta-dos como limitando indevidamente a invenção. Em particular,o número espaçamento relativo, posicionamento, dimensiona-mento e dimensões dos vários elementos ilustrados nos dese-nhos não são traçados em escala e podem ter sido exagerados,reduzidos ou de outro modo modificados para fins de clarezaaperfeiçoada.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES EXEMPLARES
Como ilustrado na figura 1, um aparelho de extru-são 100 útil para pôr em prática métodos de acordo com a in-venção pode compreender um extrusor de parafuso único ou du-pio (não mostrado) incluindo um cilindro 102 circundando umparafuso 104 no qual são fornecidos um vôo espiral 106 con-figurado para comprimir, e desse modo, aquecer o materialintroduzido no extrusor de parafuso. Como ilustrado na figu- ra 1, a composição polimérica básica pode ser alimentada pa-ra dentro do extrusor de parafuso como um sólido fluível,como contas, grânulos ou pelotas, ou como uma fundição li-quida ou semiliquida, a partir de uma ou mais (não mostra-das) tremonhas de alimentação 108.
À medida que a composição polimérica básica avançaatravés do extrusor de parafuso, o espaçamento decrescentedo vôo 106, define um espaço sucessivamente menor através doqual a composição de polímero é forçada pela rotação do pa-rafuso. Esse volume decrescente atua para aumentar a tempe- ratura da composição de polímero para obter uma fundição po-limérica (se material de partida sólido foi utilizado) e/ouaumentar a temperatura da fundição polimérica.
À medida que a composição de polímero avança atra-vés do extrusor de parafuso 100, um ou mais orifícios podem ser fornecidos através do cilindro 102 com aparelho associa-do 110 configurado para injetar um ou mais meios auxiliares deprocessamento de polímero para dentro da composição de polí-mero. Similarmente, um ou mais orifícios pode ser fornecidoatravés do cilindro 102 com aparelho associado 112 para in- jetar um ou mais agentes de sopro para dentro da composiçãode polímero. Após o(s) meio(s) auxiliar(es) de processamentode polímero e agente(s) de sopro terem sido introduzidos nacomposição de polímero, a mistura resultante é submetida aum pouco de mistura adicional suficiente para distribuir ca-da um dos aditivos genericamente uniformemente por toda acomposição de polímero para obter uma composição de extrusão.
Essa composição de extrusão é então forçada atra-vés de uma matriz de extrusão 114 e sai da matriz para den-tro de uma região de pressão reduzida (que pode estar abaixoda pressão atmosférica) , desse modo permitindo que o agentede sopro expanda e produza uma camada de espuma poliméricaou chapa. A espuma polimérica pode ser submetida a processa-mento adicional como calandragem, imersão em água, pulveri-zações de resfriamento ou outras operações para controlar aespessura e outras propriedades do produto de espuma polimé-rica resultante.
Como ilustrado na figura 2, um aparelho de extru-são 200 útil para pôr em prática métodos de acordo com a in-venção pode compreender um extrusor de parafuso único ou du-plo (não mostrado) incluindo um cilindro 202 circundando umparafuso 204 no qual são fornecidos um vôo espiral 206 con-figurado para comprimir, e desse modo, aquecer o materialintroduzido no extrusor de parafuso. Como ilustrado na figu-ra 2 , a composição polimérica básica, opcionalmente compostacom um ou mais meios auxiliares de processamento de políme-ro, pode ser alimentada para dentro do extrusor de parafusocomo um sólido fluível, como contas, grânulos ou pelotas, oucomo uma fundição líquida ou semilíquida, a partir de uma oumais (não mostradas) tremonhas de alimentação 208.
À medida que a composição polimérica básica avançaatravés do extrusor de parafuso, o espaçamento decrescentedo vôo 206, define um espaço sucessivamente menor através doqual a composição de polímero é forçada pela rotação do pa-rafuso. Esse volume decrescente atua para aumentar a tempe-ratura da composição de polímero para obter uma fundição po-limérica (se material de partida sólido foi utilizado) e/ouaumentar a temperatura da fundição polimérica.
À medida que a composição de polímero avança atra-vés do extrusor de parafuso 200, um ou mais orifícios podemser fornecidos através do cilindro 202 com aparelho associa-do 212 configurado para injetar um ou mais agentes de sopro,e opcionalmente meios auxiliares de processamento de políme-ro para dentro da composição de polímero. Após as quantida-des desejadas de polímero, meio(s) auxiliar(es) de processa-mento de polímero e agente(s) de sopro terem sido introduzi-dos no extrusor de parafuso, a mistura resultante é submeti-da a um pouco de mistura adicional suficiente para distribu-ir cada um dos aditivos genericamente uniformemente por toda acomposição de polímero para obter uma composição de extrusão.
Essa composição de extrusão é então forçada atra-vés de uma matriz de extrusão 214 e sai da matriz para den-tro de uma região de pressão reduzida (que pode estar abaixoda pressão atmosférica), desse modo permitindo que o agentede sopro expanda e produza uma camada de espuma poliméricaou chapa. Como ilustrado na figura 2, essa redução de pres-são pode ser obtida gradualmente à medida que a mistura po-limérica extrusada avança através de aberturas sucessivamen-te maiores fornecidas na matriz ou através de algum aparelhoapropriado (não mostrado) fornecido a jusante da matriz de ex-trusão para controlar até um certo grau o modo no qual a pres-são aplicada na mistura polimérica é reduzida. A espuma po-limérica pode ser também submetida a processamento adicionalcomo calandragem, imersão em água, pulverizações de resfria-mento ou outras operações para controlar a espessura e ou-tras propriedades do produto de espuma polimérica resultante.
Métodos exemplares de acordo com a invenção podemutilizar um ou mais de uma variedade de agentes de sopro pa-ra obter as propriedades de espuma polimérica desejadas noproduto final. Em geral, a composição polimérica incluirápelo menos uma grande porção de um poliestireno de fluxo defusão elevada (por exemplo, um poliestireno tendo um indicede fluxo à fusão de pelo menos aproximadamente 10 g/10 minu-tos (como medido de acordo com ASTM 1238 Condição L) utili-zando um gás atmosférico, preferivelmente CO2 como o agentede sopro principal).
Além de CO2, um ou mais meios auxiliares de pro-cessamento de polímero (PPA) selecionados de um grupo de és-teres, particularmente ésteres de adipato, e mais particu-larmente bis(η-R) ésteres de adipato, onde R é selecionadode um grupo que consiste em grupos de C6-C16 e preferivelmen-te C8-C13 alifático (linear, cíclico e ramificado, saturado einsaturado) e aromático (substituído e não substituído),particularmente compostos como bis(n-decanil) adipato. 0(s)meio(s) auxiliar(es) de processamento melhorarão a estabili-dade do perfil de pressão/temperatura de extrusão e dessemodo melhorarão a uniformidade na produção de espessuras di-ferentes de placa de espuma de poliestireno utilizando umgás atmosférico como ar, N2, ou preferivelmente Co2 como oagente de sopro principal.
A composição polimérica será preferivelmente umpolimero estirênico e/ou outro polímero tendo um índice defluxo à fusão suficientemente elevado (MFI ou número de flu-xo de fusão), por exemplo, um índice de fluxo de fusão à pe-lo menos aproximadamente 10 (g/10 minutos), desse modo au-mentando a solubilidade de CO2 em relação àquela que podeser obtida com poliestirenos tendo um MFI menor do que 10.Essa composição polimérica pode ser então combinada comquantidade menor de um meio auxiliar de processamento de po-límero, tipicamente um éster e preferivelmente um éster deadipato de acordo com a Fórmula geral I fornecida abaixo:
<formula>formula see original document page 13</formula>
Onde X é nitrogênio ou oxigênio, R^1 é selecionadode um grupo que consiste em alquila C1-C2O, arila ou alcarilae R^2 e R^3 são independentemente selecionados de um grupo queconsiste em hidrogênio, grupos de C1-C2O, preferivelmente Ce~C16 e mais pref erivelmente C8-C13 alifático (linear, cíclicoe ramificado, saturado e insaturado) e aromático (substituí-do e não substituído) (e são genericamente idênticos), alca-rila e alcoxilato, onde R^2 e R^3 não podem ser ambos H. Com-postos representativos são representados pelas Fórmulas II-IV como fornecido abaixo:
ÉSTER DE ADIPATO
<formula>formula see original document page 13</formula>
FÓRMULA II<formula>formula see original document page 14</formula>
Além dos ésteres de adipato detalhados acima, ben-zoatos correspondendo genericamente à fórmula geral V e re-produzidos abaixo podem ser úteis para aumentar a solubili-dade de CO2 em composições poliméricas, como poliestireno.
Onde X é nitrogênio ou oxigênio, R5 é selecionadode um grupo que consiste em alquila C1-C20/ arila, alcarila ealcoxilato. Compostos apropriados correspondendo à estruturageral ilustrada na Fórmula V para uso na presente invençãosão ilustrados abaixo como Fórmulas VI-X:
<formula>formula see original document page 14</formula>
Além dos ésteres de adipato e benzoatos detalhadosacima, dibenzoatos correspondendo genericamente à Fórmulageral XI e reproduzidos abaixo podem ser úteis para aumentara solubilidade de CO2 em composições poliméricas, como poli-estireno.
<formula>formula see original document page 15</formula>
Onde X é nitrogênio ou oxigênio, R é selecionadode um grupo que consiste em alquila C1-C20/ arila, alcarila ealcoxilato. Compostos apropriados correspondendo à estruturageral ilustrada na Fórmula V para uso na presente invençãosão ilustrados abaixo como Fórmulas XII-XVI:
<formula>formula see original document page 15</formula>
Uma porção menor, tipicamente menor do que aproxi-madamente 5% em peso, preferivelmente menor do que aproxima-damente 3% em peso ou, talvez ainda menor do que aproximada-mente 2% em peso de um PPA, como um meio auxiliar de proces-samento de polímero de adipato, pode ser utilizada em combi-nação com uma concentração similar ou maior do(s) agente (s)de sopro. Por exemplo, bis(n-decanil) adipato (Fórmula III)pode ser incorporado em um sistema polimérico ou fundição emuma taxa tão baixa quanto aproximadamente 0,5%em peso e ain-da apresentar melhorias na solubilidade de CO2, estabilidadede processo de extrusão como refletido por perfis de tempe-ratura/pressão do processo para produzir placa de espuma a-presentando estabilidade dimensional aperfeiçoada. Os éste-res, e particularmente ésteres de adipato, tenderão a exce-der o desempenho de compostos de álcool menores, como eta-nol, para manter as propriedades dos produtos de placa deespuma resultantes, particularmente quando CO2 é utilizadocomo o único agente de sopro.
Naqueles casos nos quais o PPA é disponível comoum líquido em ou quase em temperatura ambiente, como bis(n-decanil) adipato, o PPA pode ser bombeado através de um in-jetor e para dentro de um ponto intermediário no movimentoda composição polimérica através do dispositivo de extrusãoou extrusor. Por conseguinte, para sistemas ou aparelhos queincorporaram equipamento de manipulação de líquido apropria-do, como as montagens que foram utilizadas para injetar um oumais PPA's convencionais como etanol, essas mesmas montagenspodem ser utilizadas para injetar um ou mais dos novos PPAs.
Outros aditivos de PPA como bis(3-etil hexil) adi-pato (Fórmula II) e bis(n-tridecanil) (Fórmula IV) e outroscompostos similares tendem a exibir efeitos similares comrelação à melhoria da processabilidade de CO2 na fundiçãopolimérica. Outros polímeros e copolímeros como copolímerosde metacrilato de metil estireno (SMMA) também podem ser u-tilizados como a composição polimérica em métodos de acordocom a presente invenção e podem ser processados no mesmo a-parelho como poliestireno cristalino de finalidade geral.
Com relação a copolímeros em particular, utilizan-do bis (n-decanil) adipato como PPA em uma composição de co-polímero de SMMA tendo uma razão molar de S:MMA de aproxima-damente 80:20 é capaz de suportar aproximadamente 5% em pesode CO2 na composição de extrusão. Essa composição poliméricae esquema de aditivo de PPA tende a aumentar a força de so-pro e reduzir as demandas de resfriamento associadas aosprodutos de placa de espuma de poliestireno resultantes.
Vários dos PAAs, incluindo o bis(n-decanil) adipa-to, podem ser compostos com outros polímeros e copolímeroscomo acrilato de metil etileno e adicionados diretamente àspartículas fluíveis, contas, pelotas ou outras formas com-postas e tendem a apresentar efeitos similares sobre o pro-cesso de espumação em geral e melhorar a solubilidade de CO2na composição polimérica. 0(s) composto(s) de PAA pode(m)ser incorporado(s) na fundição através de injeção direta noextrusor ou através de pré-composição (mistura) do(s) com-posto (s) de PAA com um ou mais dos outros polímeros ou adi-tivos compatíveis para obter concentrações eficazes simila-res na composição de extrusão final e desse modo produzirefeitos similares.Foi observado também pelos inventores que a pre-sença de bis(n-decanil) adipato (Fórmula III) parece aumen-tar a solubilidade de HFC-134a na composição polimérica. Porconseguinte, a presença de bis(n-decanil) adipato ajuda asuportar composições poliméricas utilizando combinações deagentes de sopro como HFC-134a/C02 bem como a adição de águacomo agente de co-sopro para produzir placa de espuma de po-liestireno com propriedades desejadas .
Exemplos
Uma série de experimentos foi conduzida para in-vestigar o desempenho relativo da invenção e práticas con-vencionais na produção de produtos XPS. Cada um dos experi-mentos utilizou poliestireno de cristal de finalidade geralamorfo (especificamente PS NC0038 da NOVA Chemical) tendo umíndice de fluxo à fusão de 5-30 (g/10 min) (ASTM D 1238 Con-dição L), 0,78% em peso de bis (n-decanil) adipato, 1,0% empeso de hexabromociclodecano como um retardador de chamas e0,2% em peso de talco como agente de nucleação. Essa misturafoi então alimentada para dentro de um extrusor de parafusoduplo tendo um diâmetro de parafuso de 132 mm. Os sólidossão fundidos, e então misturados com 3,7% em peso de CO2.
A partir do extrusor, a mistura espumável plasti-ficada foi resfriada a uma segunda temperatura (genericamen-te mencionada como temperatura de fusão de matriz) e extru-sada em uma região de pressão reduzida para formar um produ-to de espuma. Nesse caso, a mistura foi resfriada a uma tem-peratura de fusão de matriz de aproximadamente 47°C e foientão ejetada através de uma abertura de matriz (27 cm x1,41 mm) para dentro de uma região de pressão inferior. A-mostras exemplares de acordo com a invenção foram geradaspela espumação da mistura sob condições tanto de pressão at-mosférica (101,3 kPa) como pressão subatmosférica, especifi-camente um vácuo de aproximadamente 74,3, 60,8 e 47,3 kPa deHg respectivamente.
Amostras comparativas foram preparadas utilizandoHCFC-142b (11% em peso com base no teor de polímero) como aogente de sopro e utilizando uma combinação de CO2 (3,7% empeso) e etanol (1,5% em peso) como um sistema de agente desopro. Amostras exemplares adicionais foram produzidas uti-lizando CO2 (3,7% em peso) e bis(n-decanil) adipato (FórmulaIII) (0,5% em peso) como um sistema de agente de sopro. Obaixo nível de bis(n-decanil) adipato ajuda as característi-cas de superfície de espuma e ao mesmo tempo aumenta a pro-cessabilidade de fusão de polímero. A flutuação de pressãode matriz é normalmente uma indicação de quanto do sistemade agente de sopro polimérico processa na linha piloto. Comopode se ver a partir da figura 1 as alterações gerais depressão não são significativas, em comparação com os siste-mas acima mencionados.
A Figura 3 mostra uma comparação entre HCFC-142b11% atual, CO2 3,7%/etanol 1,5% e CO2 3,7%/bis(n-decanil)adipato em níveis de 0,5%, 1,0% e 1,5% com a respectivapressão de extrusão para fora, pressão de refrigerante está-tica e pressão de matriz monitoradas em cursos de linha pi-loto com essas composições. Para o sistema 142b (controle)PS (NOVA 1220) de finalidades gerais com índice de fluxo àfusão de 1,6 (g/10,0 minutos) foi utilizado. Para CO2/etanole todos os outros cursos PS com índice de fluxo à fusão ele-vada 10,0 (g/10 minutos) (NOVA NN0038) foi utilizado. Tenta-tivas foram feitas para produzir placa de espuma com uma es-pessura em torno de 25,4 mm enquanto mantém todos os outrosparâmetros de processo relativamente constantes.
Embora a figura 3 mostre as pressões de extrusãoem condição atmosférica, essa relação parece ser verdadeirapara aproximadamente 67,5 kPa de Hg (ou quaisquer outros ní-veis a vácuo) também. Esses resultados foram obtidos em umainstalação de linha piloto Owens Corning em Tallmadge, Ohio.Esse perfil de pressão de extrusão é uma indicação de faci-lidade de capacidade de processo e solubilidade de agente desopro na fundição. Embora as pressões de extrusão para fora,refrigerante e matriz para o sistema de C02/bis(n-decanil)adipato fossem mais elevadas em relação ao sistema 142b con-vencional, eram muito comparáveis com o sistema deC02/etanol. Na realidade, C02/bis(n-decanil) adipato em ní-vel de 1,5% excede o desempenho do sistema de C02/etanol emtermos de facilidade de capacidade de processo.
Posteriormente durante os experimentos o polímerofoi comutado para um copolímero de S:MMA 80:20 (NOVANC0044). Como o processo parecia relativamente estável, au-mentou-se o CO2 incrementalmente para 4,3% para aumentartanto o potencial de sopro como as capacidades de resfria-mento. Esse nível de CO2 mais elevado forneceu produtos a-ceitáveis com uma boa superfície sob condições atmosféricas.Aparentemente a presença do PPA bis(n-decanil) adipato com-binado com copolímero de S:MMA de índice de fusão elevado emais polar ajuda a aumentar a solubilidade de CO2 no sistemapolar. A capacidade de dissolver mais CO2 tem um impacto i-menso sobre a força de resfriamento do sistema de BA e faci-lidade de capacidade de processo. Os resultados dos experi-mentos são reportados abaixo na Tabela 1. 0 tamanho médio decélula, módulo de compressão, percentagem de células abertase valor-R foram todos medidos.
Valor-R, ou resistência térmica total, é a medidada resistência de transferência de calor. 0 método de deter-minar o valor-R é descrito como a seguir. Condutividade tér-mica, k é definida como ao razão do fluxo de calor por seçãotransversal unitária para a queda de temperatura por espes-sura unitária com a unidade US:
Btu . inHr . Ft2 . 0F
E a unidade métrica:
W
m . k
A transferência de calor através de um materialisolante pode ocorrer através de condutividade de sólido,condutividade de gás, radiação e convecção. A resistênciatérmica total (valor-R), R é a medida da resistência àtransferência de calor, e é determinada como:
R = t / k
Onde t = espessura.
Houve algumas diferenças em propriedades físicasnotáveis entre placas feitas utilizando HCFC-142B,CO2/etanol e CO2/bis (n-decanil) adipato, Tabela 1. A placase torna mais fraca à medida que o nivel de bis(n-decanil)adipato aumenta a partir de 0,5 para 1,5%, um resultado quesugere um grau mais elevado de plastificação. Além disso,aparentemente como resultado das concentrações crescentes debis(n-decanil) adipato, o teor de células abertas tendeu aaumentar de acordo.
Experimentos adicionais foram feitos utilizando PSNC0038 (NOVA Chemicals) tanto com HFC-134a 7%/C02 0,5%/bis(n-decanil) adipato 1,5% e HFC-134a/bis(n-decanil) adipato1,5% como as composições de sopro na mesma linha piloto uti-lizada para gerar o HFC-142b discutido acima. Esses experi-mentos produziram espumas PS tendo densidades de 2,25 pcfcom um teor de células abertas de somente aproximadamente2,29%, um valor que está bem compreendido na faixa aceitá-vel. Nesses dois cursos, um polímero de acrilato de metiletila a 0,2% adicional foi utilizado para aperfeiçoar a qua-lidade de superfície da placa de espuma.
Tabela 1 - propriedades de placa de espuma
<table>table see original document page 22</column></row><table>
Como observado acima, o aparelho e métodos revela-dos de fabricar produtos de espuma baseados em poliestirenoutilizando um ou mais gases atmosféricos e/ou um haloidro-carbono como o(s) agente de sopro primário(s) em combinaçãocom um meio auxiliar de processamento de polímero compreen-dendo um ou mais ésteres, particularmente adipatos, benzoa-tos e dibenzoatos. Além disso, à medida que a espuma de po-liestireno é extrusada, a fundição pode ser espumada e res-friada a um grau suficiente para manter níveis de processogenericamente normais e pode, por conseguinte, ser controla-da com práticas convencionais para obter produtos de espumaadaptados para usos finais específicos. Essas práticas con-vencionais podem ser adaptadas para uso com a presente in-venção para fornecer algum grau de controle sobre a densida-de de espuma e tamanho de célula enquanto utiliza aparelhode extrusão convencional e processamento pós-extrusão.
Embora a invenção tenha sido descrita no contextode materiais de espuma de poliestireno específicos, o métodoinventivo também é aplicável a outras composições poliméri-cas e várias combinações de agentes de mistura para obteruma variedade de materiais de espuma polimérica. Modalidadesde exemplo da invenção foram revelados aqui e, embora termosespecíficos sejam empregados, são utilizados e devem ser in-terpretados em um sentido genérico e descritivo somente enão para fins de limitação. Por conseguinte, será entendidopor aqueles com conhecimentos comuns na técnica que váriasmudanças em forma e detalhes do aparelho e métodos reveladospodem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da in-venção como exposto nas reivindicações a seguir.

Claims (20)

1. Método de fabricar espuma polimérica expandida,CARACTERIZADO por compreender:preparar uma fundição polimérica a partir de umaquantidade maior de uma composição de polímero tendo índicede fluxo à fusão de pelo menos 10 e uma quantidade menor depelo menos um adipato de acordo com a fórmula I:<formula>formula see original document page 24</formula>onde R1 e R2 são independentemente selecionados depelo menos um de hidrogênio, grupos alifático C6-Ci6 e aromá-tico C6-Ci6;injetar CO2 na fundição polimérica para formar umamistura espumável; elançar a mistura espumável através de uma matrizpara dentro de uma região de pressão reduzida.
2. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a composição de polímero é substancialmente toda de po-liestireno.
3. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a composição de polímero inclui uma porção maior de po-liestireno.
4. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o CO2 representa pelo menos aproximadamente 2% em pesoda mistura espumável.
5. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o CO2 representa pelo menos aproximadamente 3,5% em pesoda mistura espumável.
6. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque R1 e R2 são independentemente selecionados de pelo menosum entre hidrogênio, grupos aromático e alifático C8-C13.
7. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque o adipato representa não mais do que aproximadamente-5,0% em peso da mistura espumável e é selecionado de pelomenos um de:<formula>formula see original document page 25</formula>
8. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato deque a pressão reduzida está entre aproximadamente 101,3 kPae aproximadamente 47,3 kPa.
9. Método de fabricar espuma polimérica expandida,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que:a composição de polímero inclui uma porção maiorde poliestireno;o CO2 representa aproximadamente 3,7% em peso damistura espumável;o adipato não representa mais do que aproximada-mente 2,0% em peso da mistura espumável e inclui uma porçãomaior de bis(n-decanil) adipato:a pressão reduzida está entre aproximadamente 101,3 kPa e aproximadamente 47,3 kPa; ea espuma expandida resultante tem um tamanho médiode célula menor do que aproximadamente 0,2 mm, um módulo decompressão não maior do que aproximadamente 7 MPa.
10. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, CARACTERIZADO por compreender:preparar uma fundição polimérica a partir de umaquantidade maior de uma composição de polímero tendo índicede fluxo à fusão de pelo menos 10 e uma quantidade menor depelo menos um aditivo selecionado de um grupo de compostosrepresentados pelas fórmulas<formula>formula see original document page 26</formula>onde:X é selecionado de um grupo que consiste em O e N;R1 é selecionado de pelo menos um entre alquila C1-C2O, arila ou alcarila;R2 e R3 são independentemente selecionados de pelomenos um entre hidrogênio, alquila C1-C2O, arila, alcarila egrupos alcoxilato, onde somente um de R2 e R3 pode ser H;R4 e R5 são selecionados de pelo menos um entre hi-drogênio, alquila C1-C2O/ arila, alcarila e alcoxilato;injetar CO2 na fundição polimérica para formar umamistura espumável; elançar a mistura espumável através de uma matrizpara dentro de uma região de pressão reduzida.
11. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que a composição de polímero . é substancialmente todade poliestireno.
12. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que a composição de polímero inclui uma porção maiorde poliestireno.
13. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que o CO2 representa pelo menos aproximadamente 2% empeso da mistura espumável.
14. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que o CO2 representa pelo menos aproximadamente 3,5%em peso da mistura espumável.
15. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que R1 é selecionado de pelo menos um entre hidrogê-nio, grupos aromático e alifático C8-C13.
16. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que o aditivo representa não mais do que aproximada-mente 5,0% em peso da mistura espumável e é selecionado depelo menos um de:<formula>formula see original document page 28</formula>
17. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que a pressão reduzida está entre aproximadamente-101,3 kPa e aproximadamente 47,3 kPa.
18. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que o aditivo representa não mais do que aproximada-mente 5,0% em peso da mistura espumável e é selecionado depelo menos um de:<formula>formula see original document page 28</formula><formula>formula see original document page 29</formula>
19. Método de fabricar espuma polimérica expandi-da, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fa-to de que o aditivo representa não mais do que aproximada-mente 5,0% em peso da mistura espumável e é selecionado depelo menos um de:<formula>formula see original document page 29</formula><formula>formula see original document page 30</formula>
20. Placa de espuma, CARACTERIZADA por ser fabri-cada pelo processo conforme definido na reivindicação 1.
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