BRPI0621791A2 - espumas poliméricas contendo nano-grafite multifuncional em camadas - Google Patents

Abstract

ESPUMAS POLIMéRICAS CONTENDO NANO-GRAFITE MULTIFUNCIONAL EM CAMADAS. Esta invenção refere-se a produtos isolantes de espuma, especialmente a espumas extrusadas de poliestireno, contendo nano-grafite como um aditivo de processo para melhorar as propriedades físicas dos produtos de espuma.

Description

"ESPUMAS POLIMÉRICAS CONTENDO NANO-GRAFITE MULTIFUNCIONAL EM CAMADAS"

REFERÊNCIA CRUZADA A APLICAÇÕES RELACIONADAS Esta solicitação é uma continuação parcial da solicitação de patente americana número de série 11/26,011, depositada em 31 de dezembro de 2004.

CAMPO TÉCNICO E APLICABILIDADE INDUSTRIAL DA INVENÇÃO A invenção atual refere-se a placas poliméricas espumadas rígidas contendo nano- grafite. Mais especialmente, ela refere-se a uma placa polimérica espumada rígida onde é adicionado nano-grafite para produzir benefícios como um auxiliar de processo, um aumen- tador do valor R, um aumentador da estabilidade à radiação UV, um aumentador da estabili- dade dimensional, um aumentador da resistência mecânica, e como um retardante de cha- ma. O nano-grafite adicionado é também adicionado para controlar a morfologia da célula, para reduzir a estática superficial da espuma, e para funcionar como um lubrificante interno no processo de espumação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

É bem conhecida a utilidade das placas poliméricas espumadas rígidas em várias aplicações. Por exemplo, as placas de espuma polimérica são largamente utilizadas como membros estruturais e de isolamento em prédios.

No passado, agentes de atenuação de infravermelho (IAAs), tais como carvão a- morfo em pó de negro de fumo, grafite, e dióxido de titânio, foram utilizados como cargas em placas de espuma polimérica para minimizar a condutividade térmica do material, o qual, por seu lado, maximiza a capacidade de isolamento (aumenta o valor R) para uma determinada espessura. O valor R é definido como a unidade comercial usada para medir a eficiência do isolamento térmico. Um isolante térmico é um material fabricado em placas, que resiste à energia térmica de condução. A sua condutância térmica é medida, em unidades tradicio- nais, em Btus de energia conduzida vezes as polegadas de espessura por hora de tempo por pé quadrado de área por ° Fahrenheit de diferença de temperatura entre os dois lados do material. O valor R do isolante é definido como sendo 1 dividido pela condutância térmica por polegada. R é uma abreviatura para a combinação complexa de unidades hr.pé2.°F/Btu. Em unidades SI, um valor R de 1 é igual a 0,17611 m2Kelvin/ watt(m2.°K/W).

A transferência de calor através de um material isolante pode ocorrer através de condutividade sólida, condutividade gasosa, radiação, e convecção. A resistência térmica total (valor R), R é a medida da resistência à transferência de calor, e é determinada como: R = t/k, onde, t = espessura.

As placas plásticas espumadas rígidas são extensamente usadas como materiais isolantes térmicos para várias aplicações. É altamente desejável melhorar-se a condutivida- de térmica sem aumentar a densidade, e/ou a espessura do produto espumado. Especial- mente, a comunidade de arquitetos deseja uma placa de espuma tendo um valor de resis- tência térmica com R = 10, com uma espessura de 1,8", para a construção de paredes com cavidade, para manter pelo menos 1" do espaço da cavidade limpo.

É também desejável melhorar-se a estabilidade a UV, especialmente para um sis- tema de acabamento de isolamento de parede exterior (EIFS), e para aplicações subterrâ- neas em estradas de rodagem e estradas de ferro, onde a exposição prolongada à luz do sol da superfície das placas de espuma polimérica ocorre usualmente nos locais de traba- lho.

As espumas regulares de densidade baixa possuem espessuras de parede de célu- la muito finas na faixa de 0,2 a 6 mícrons. Especialmente, para aumentar o valor R de iso- lamento, é requerida uma espessura de parede de célula visada de menos de cerca de 1 mícron.

Assim sendo, existe uma necessidade para um grafite tendo pelo menos uma di- mensão - usualmente a espessura do grafite formatado como placa em nano-escala, i.e., menos de 0,1 mícrons ou 100 nanômetros. Um objetivo da invenção atual é apresentar um processo para a preparação de espumas poliméricas extrusadas de baixa densidade con- tendo nano-grafite que têm boas propriedades de processamento e propriedades físicas melhoradas da espuma, incluindo a condutividade térmica, resistência à radiação ultravioleta (UV), estabilidade dimensional, resistência mecânica, taxa de espalhamento de chama e densidade de fumaça.

Resumo da invenção

A invenção atual refere-se a produtos isolantes espumados e a processos para a produção de tais produtos, tais como espuma de poliestireno extrusada, contendo nano- grafite como um aditivo de processo para melhorar as propriedades físicas, tais como o iso- lamento térmico e a resistência a compressão. Durante a espumação, o nano-grafite atua como um agente de nucleação e como lubrificante, assim como a sua ação deslizante faz com que o escoamento do polímero fundido no extrusor seja mais fácil, e produz uma super- fície macia para a placa de espuma. Além disso, o nano-grafite reduz a quantidade de está- tica presente durante o processo de espumação, devido à condutividade elétrica aumentada da cobertura das placas de espuma polimérica com o nano-grafite. O nano-grafite em um produto espumado também atua como estabilizante de UV e como uma barreira de gás no produto final.

Um objetivo da invenção atual é produzir uma espuma polimérica rígida contendo nano-grafite que apresente efeitos genéricos nas propriedades do composto da espuma, incluindo um valor melhor de isolamento (valor R aumentado) para uma determinada espes- sura e densidade, e estabilidade a ultra violeta (UV).

Um outro objetivo da invenção atual é produzir uma espuma polimérica rígida con- tendo nano-grafite, tendo uma resistência à compressão retida ou melhorada, estabilidade térmica dimensional e propriedades de resistência ao fogo.

Um outro objetivo da invenção atual é apresentar o nano-grafite em uma espuma polimérica rígida que também age como um aditivo de processo que controla a morfologia da célula, reduz a estática e produz lubrificação durante o processo de espumação.

Um outro objetivo da invenção atual é reduzir o custo de um produto de espuma po- limérica de uma forma simples e econômica, como através do uso de nano-grafite como um corante funcional de baixo custo.

O que foi dito anteriormente e outras vantagens da invenção ficarão aparentes a partir da seguinte apresentação, na qual uma ou mais realizações preferidas da invenção são descritas em detalhes e são ilustradas nos desenhos anexos. É considerado que varia- ções nos procedimentos, características estruturais e arranjos das peças poderão ser identi- ficadas pela pessoa adestrada na arte sem se afastarem do escopo ou sacrificar qualquer das vantagens da invenção.

Breve descrição dos desenhos

A figura 1 é uma ilustração gráfica detalhando a densidade contra o módulo de compressão da espuma de poliestireno e das espumas de poliestireno contendo nano- grafite.

A figura 2 é uma ilustração gráfica comparando a reologia da espuma pura de poli- estireno versus a espuma de poliestireno contendo nano-grafite.

A figura 3 é uma imagem de varredura eletrônica por microscópio (SEM) das célu- las de espuma da invenção atual.

A figura 4 é uma imagem de varredura eletrônica por microscópio (SEM) das pare- des e estruturas das células de espuma.

A figura 5 é uma ilustração gráfica comparando uma placa de espuma de poliestire- no com a placa de nano-grafite/poliestireno da invenção atual, quando ambas as placas são expostas à radiação UV.

Descrição detalhada da invenção

Os objetivos acima foram alcançados através do desenvolvimento de uma espuma polimérica que contém nano-grafite para o controle da morfologia da célula e atua como uma barreira de difusão de gás. A espuma apresenta um isolamento térmico melhorado (va- lores R) agindo como um agente de atenuação de infravermelho e um agente de nucleação de célula. O nano-grafite na espuma serve como um lubrificante interno durante o proces- samento da espuma e permite a liberação da estática da superfície durante o processamen- to da espuma. Espumas contendo nano-grafite, da invenção atual, também têm uma estabi- lidade dimensional aumentada. Esteticamente, a espuma da invenção atual tem uma super- fície brilhante e é de cor prata. A invenção atual refere-se especialmente ao produto de uma placa de espuma po- limérica rígida, de células fechadas, preparada pelo processo de extrusão com nano-grafite, pelo menos um agente de sopro e outros aditivos.

Os materiais plásticos espumados rígidos poderão ser quaisquer de tais materiais que são adequados para a produção de espumas poliméricas, que incluem poliolefinas, clo- reto de polivinila, policarbonatos, polieterimidas, poliamidas, poliésteres, cloreto de polivinili- deno, polimetilmetacrilato, poliuretanas, poliuréia, fenol- formaldeído, poliisocianuratos, fenó- licos, copolímeros e terpolímeros dos mencionados anteriormente, misturas de polímeros termoplásticos, polímeros modificados por borracha, e semelhantes. As poliolefinas adequa- das incluem polietileno e polipropileno e copolímeros de etileno.

Um polímero termoplástico preferido é composto de um material polimérico alquenil aromático. Materiais poliméricos alquenil aromáticos adequados incluem homopolímeros e copolímeros alquenil aromáticos de compostos alquenil aromáticos e comonômeros etileni- camente insaturados copolimerizáveis. O material polimérico alquenil aromático poderá ain- da incluir pequenas proporções de polímeros não alquenil aromáticos. O material polimérico alquenil aromático poderá ser composto somente de um ou mais homopolímeros alquenil aromáticos, um ou mais copolímeros alquenil aromáticos, uma mistura de um ou mais de cada um dos homopolímeros e copolímeros alquenil aromáticos, ou misturas de qualquer dos mencionados anteriormente, com um polímero não alquenil aromático.

Polímeros alquenil aromáticos adequados incluem aqueles derivados de compostos alquenil aromáticos, tais como estireno, alfametilestireno, etilestireno, vinilbenzeno, vinil- tolueno, cloroestireno, e bromoestireno. Um polímero alquenil aromático preferido é o polies- tireno. Pequenas quantidades de compostos monoetilenicamente insaturados, tais como alquil ácidos e ésteres C2-6, derivados ionoméricos, e dienos C4.6 poderão ser copolimeriza- dos com compostos alquenil aromáticos. Exemplos de compostos copolimerizáveis incluem ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido etacrílico, ácido maleico, ácido itacônico, acrilonitrila, anidrido maleico, acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de isobutila, acrilato de n-butila, metacrilato de metila, acetato de vinila e butadieno.

Estruturas preferidas são substancialmente compostas (i.e., mais de cerca de 95%) e mais de preferência, totalmente de poliestireno. A invenção atual refere-se a um processo para a preparação de um produto de espuma envolvendo as etapas de formação de uma mistura espumável de (1) polímeros tendo pesos moleculares médios ponderáveis de cerca de 30.000 a cerca de 500.000. Em uma realização, o poliestireno tem um peso molecular médio ponderai em torno de 250.000, e (2) nano-grafite, (3) pelo menos um agente de so- pro, (4) outros aditivos de processo, tais como um agente de nucleação, produtos químicos retardantes de chama, a espumação da mistura em uma região de pressão atmosférica ou reduzida para formar o produto de espuma. O nano-grafite usado nesta invenção é um nano-grafite que tem pelo menos em uma dimensão, mais provavelmente na espessura da partícula, menos de cerca de 100 na- nômetros, através de radiação por raios X. A espuma é composta de nano-placas de grafite exfoliado ou dispersado na matriz polimérica. O grafite exfoliado é um grafite que tem sido intercalado, de preferência, por um processo de oxidação, onde os átomos ou moléculas foram inseridos no espaço inter-planar entre os planos em camadas de carbonos, e foram expandidos. O grafite intercalado é expandido ou é exfoliado, de preferência, através da breve exposição a calor elevado para expandir a espessura do grafite. O grafite expandido ou exfoliado é então misturado com monômeros e é polimerizado in situ para formar um po- límero com uma rede de nano-placas de grafite exfoliado disperso nos mesmos.

O grafite exfoliado, vantajosamente, retém a sua nano- estrutura durante o proces- so de polimerização. O grafite expandido ou exfoliado é comprimido em conjunto em chapas finas flexíveis. O nano-grafite na espuma é composto de uma quantidade de nano-chapas tipicamente em camadas. As nano-chapas tendo uma espessura entre cerca de 10 a várias centenas de nanômetros, com a maioria na faixa de cerca de 10 a cerca de 100 nanôme- tros. Uma explicação detalhada da exfoliação de grafite poderá ser encontrada em "Graphite Intercalation Compounds I: Structure and Dynamics, H. Zabel; S.A.Solin (1990) e "Carbon and Graphite Handbook", C. L. Mantell (1968) e que são incorporados aqui como referên- cia.Os processos e métodos de extrusão standard que poderão ser utilizados no processo de fabricação da invenção são descritos na patente americana de propriedade comum de número 5.753.161 que é incorporada aqui como referência na sua integridade. Descrições detalhadas de métodos de espumação, incluindo a expansão e a extrusão, podem ser en- contrados em "Plastics Processing Data Handbook (2nd Edition), Rosato, Dominick @ 1997 Springer-Verlag" que é incorporada aqui como referência.

No processo de extrusão, um polímero extrusado de espuma de poliestireno e na- no-grafite é preparado por intermédio de extrusores de parafusos gêmeos (baixa tração) com uma matriz plana e um formatador de placa. Alternativamente, pode ser usado um só extrusor em série de parafuso (alta tração) com matriz radial e formatador justo. O nano- grafite é então adicionado no extrusor, de preferência com mais de 0% a cerca de 10%, mais de preferência, cerca de 0,5 a cerca de 3% em peso, com base no peso do polímero, juntamente com poliestireno, um agente de sopro, e opcionalmente, outros aditivos. Em uma realização preferida, é preparada uma espuma polimérica extrusada de poliestireno através dos extrusores de parafusos gêmeos (baixa tração) com matriz plana e formatador de placa. Alternativamente, pode ser usado um só extrusor em série de parafuso (alta tração) com matriz radial e formatador justo. De preferência, o composto de nano-grafite é adicionado no extrusor através de alimentadores múltiplos, juntamente com poliestireno, um agente de sopro, e/ou outros aditivos. A mistura de resina plastificada, contendo nano-grafite, polímero, e opcionalmente, outros aditivos, é aquecida até a temperatura de mistura em fusão e é intensamente mistu- rada. A temperatura de mistura em fusão deve ser suficiente para plastificar ou fundir o po- límero. Assim sendo, a temperatura de mistura em fusão está na ou acima da temperatura de transição de vidro ou do ponto de fusão do polímero. De preferência, na realização prefe- rida, a temperatura de mistura do fundido é de cerca de 200 a cerca de 250 ° C, mais de preferência, cerca de 220 a cerca de 240 0 C, dependendo da quantidade de nano- grafite.Um agente de sopro é então incorporado para formar um gel espumável. O gel es- pumável é então resfriado até a temperatura de fusão na matriz. A temperatura de fusão na matriz tipicamente é mais fria do que a temperatura da mistura em fusão, na realização pre- ferida, de cerca de 100 ° C a cerca de 130 ° C, e mais de preferência, de cerca de 120 ° C. A pressão da matriz deve ser suficiente para evitar a espumação previa do gel espumável que contém o agente de sopro. A pré-espumação envolve a espumação prematura indese- jável do gel espumável antes da extrusão para uma região de pressão reduzida. Assim sen- do, a pressão da matriz varia, dependendo da identidade e da quantidade do agente de so- pro no gel espumável. De preferência, na realização preferida, a pressão é de cerca de 50 a cerca de 80 bar (5000 a 8000 kPa), mais de preferência, em torno de 60 bar (6000 kPa). A relação de expansão, espessura da espuma/intervalo de matriz, está na faixa de cerca de 20 a cerca de 70, tipicamente em torno de 60. A figura 2 ilustra uma comparação de viscosi- dade (eta* em Pa-sec) entre poliestireno grau 1600 da NOVA Chemical, PA e o mesmo poli- estireno com 1% em peso de aditivo de nano-grafite na faixa normal de taxa de tração da matriz (ao redor de uma freqüência de 100 rad/seg). Na faixa de operação regular da tempe- ratura da matriz - de 115 a 125 ° C, a viscosidade do poliestireno com nano-grafite é maior, mas é controlável dentro da janela de temperatura de operação. Qualquer agente de sopro e combinações de agentes de sopro adequados poderá ser utilizada na prática desta invenção. Os agentes de sopro úteis na prática desta invenção incluem agentes inorgânicos, agentes de sopro orgânicos e agentes de sopro químicos. Os agentes de sopro inorgânicos adequados incluem o dióxido de carbono, nitrogênio, argônio, água, ar, nitrogênio, e hélio. Os agentes de sopro orgânicos incluem hidrocarbonetos alifáticos tendo 1-9 átomos de car- bono, álcoois alifáticos tendo 1-3 átomos de carbono, e hidrocarbonetos alifáticos totalmente e parcialmente halogenados tendo 1-4 átomos de carbono. Os hidrocarbonetos alifáticos incluem metano, etano, propano, n-butano, isobutano, n-pentano, isopentano, e neopentano. Os álcoois alifáticos incluem metanol, etanol, n-propanol, e isopropanol. Hidrocarbonetos alifáticos totalmente e parcialmente halogenados incluem fluorcarbonos, cloro- carbonos, clorofluorcarbonos e ciclopentano. Exemplos de fluorcarbonos incluem fluoreto de metila, perfluormetano, fluoreto de etila (HFC-161), fluoreto de etila, 1,1-difluor- etano (HFC-152a), 1,1,1-trifluoretano (HFC-143a), 1,1,1,2- tetrafluoretano (HFC-134a), 1,1,2,2- tetrafluoretano (HFC-134), pentafluoretano (HFC-125), difluormetano (HFC-32), perfluoretano, 2,2- difluorpropano (HFC-272fb), 1,1,1-tri-fluorpropano (HFC-263fb), perfluorpropano, 1,1,1,3,3- pentafluorbutano (HFC-365mfc), 1,1,1,3,3-pentafluor-propano (HFC 245fa), 1,1,1,2,3,3,3- heptafluorpropano (HFC-227ea), dicloropropano, difluorpropano.perfluor- butano, e perfluor- ciclobutano. Clorocarbonos e clorofluorcarbonos parcialmente halogenados para uso nesta invenção incluem cloreto de metila, cloreto de metileno, cloreto de etila, 1,1,1-tricloroetano, 1,1-dicloro-1-flúor- etano (HCFC-141b), 1-cloro-1,1-difluoretano (HCFC-142b), 1,2- difluoretano (HFC-142), clorodifluormetano (HCFC-22), 1,1-dicloro-2,2,2-trifluoretano (HCFC-123) e 1-cloro-1,2,2,2-tetrafluoretano (HCFC-124), e semelhantes. Clorofluorcarbo- nos totalmente halogenados incluem tricloro- monofluormetano (CFC-11), diclorodifluorme- tano (CFC-12), triclorotrifluoretano (CFC-113), 1,1,1-trifluoretano, pentafluoretano, diclorote- trafluoretano (CFC-114), cloro- heptafluorpropano, e dicloroexafluorpropano. Os agentes de sopro químicos incluem azodicarbonamida, azodiisobutiro- nitrila, benzenosulfonidrazida, 4,4-oxibenzeno sulfonil-semi- carbazida, p-toluenosulfonil semi-carbazida, azodi- carboxilato de bário, e N,N'-dimetil-N,N'-dinitroso- tereftalamida e triidrazino triazina. Uma mistura de agentes de sopro poderá ser usada com a invenção atual, como uma mistura incluindo 1,1,2,2-tetrafluoretano (HFC-134a) com cerca da mesma quantidade de 1,1-difluoretano (HFC-152a). Cerca de 50% do agente de sopro 134a e cerca de 50% do agente de sopro 152b poderão estar presentes na composição. Ambos os componentes com base no peso do polímero. No entanto, para produtos grossos de baixa densidade, a quantidade de 152a poderá ser aumentada até cerca de 60% ou mais, com base no peso do polímero. Na inven- ção atual, é preferível utilizar-se cerca de 6 a cerca de 14%, de preferência, cerca de 11%, de ciclopentano por peso com base no peso do polímero. É preferível adicionar- se cerca de 0 a cerca de 4% de etanol, cerca de 3 a cerca de 6%, de preferência, cerca de 3,5% de dió- xido de carbono. Todas as percentagens são baseadas no peso do polímero. Aditivos op- cionais poderão ser incorporados no produto de espuma extrusada e incluem agentes adi- cionais de atenuação de infravermelho, plastificantes, produtos químicos retardantes de chama, pigmentos, elastômeros, auxiliares de extrusão, antioxidantes, cargas, agentes anti- estáticos, absorventes de UV, ácido cítrico, agentes de nucleação, tensoativos, auxiliares de processamento, etc. Estes aditivos opcionais poderão ser incluídos em qualquer quantidade para a obtenção das características desejadas do gel espumável ou dos produtos de espu- ma extrusada resultantes. De preferência, os aditivos opcionais são adicionados na mistura de resina, mas poderão ser adicionados em formas alternativas para o processo de fabrica- ção de espuma extrusada. O produto produzido pelo processo descrito acima é uma placa de isolamento de espuma, rígida, que tem cerca de 0,003175 a cerca de 0.3048 metros de espessura, tipicamente, cerca de 0,0254 a cerca de 0,1016 metros de espessura. A densi- dade da placa de espuma, tipicamente é em torno de 1,2 a cerca de 5 pcf, tipicamente, em torno de 1,4 a cerca de 3 pcf. A placa resultante era prateada com uma superfície brilhante. Conforme mencionado acima, o nano-grafite na espuma controla a morfologia da célula. O grafite em nano-escala atua como um agente de nucleação no processo de espumação. A figu- ra 3 é uma imagem SEM da espuma incluindo 1% de nano-grafite na espuma de poliestireno. O tamanho médio de célula da espuma, sem qualquer outro agente de nucleação como talco, é em torno de 220 mícrons; a orientação na direção x/z = 1,26 (x 0,254, y 0,205, z 0,201 mm). A figura 4 é uma imagem SEM das paredes e estruturas da célula do produto de espuma. A es- puma de poliestireno contém 1% de nano-grafite. A espessura das paredes das células é em torno de 0,86 mícrons, o diâmetro da estrutura é em torno de 3,7 mícrons. A figura 5 ilustra a habilidade de proteção contra UV de placas de espuma de poliestireno com nano-grafite da in- venção atual quando a placa é exposta à radiação UV. O método de teste usado é um teste QUV, seguido pela medição de cor. Os métodos de teste e os standard de materiais para o teste QUV incluem os plásticos da ISO 4982-1, ASTM G-151, ASTM G-154, ASTM G53, British Stan- dard BS 2782, parte 5, método 540B, e SAE J2020, JIS D0205. Todos os métodos de teste e standards citados acima são incorporados aqui como referência. As medições de cor são feitas nas escalas L* a* b. A escala L, de 0 a 100, representa uma relação entre preto e branco. A es- puma de nano-grafite com a cor cinza quase não foi alterada após uma exposição prolongada à UV de mais de 100 dias. A escala a e b, de 1 a -1, representa as "alterações diferentes de cor: de vermelho para verde, e de amarelo para azul. Foi observada uma ligeira alteração de cor depois de mais de 90 dias de exposição a UV para a placa de espuma com nano-grafite. Tendo esta invenção sido descrita de forma genérica, um melhor entendimento pode ser obtido por referência a certos exemplos específicos ilustrados abaixo, que são apresentados somente para fins de ilustração e não se destinam a ser inclusive ou limitantes, a não ser que seja especi- ficado de outra forma.

Exemplo 1

A invenção é ainda mais ilustrada pelo exemplo 1 seguinte, que não deve ser conside- rado como limitante, no qual todas as placas de espuma são placas de espuma extrusada de poliestireno. Com as amostras e as amostras de controle seguintes, são preparadas placas de espuma de poliestireno rígido por intermédio de um extrusor de parafusos gêmeos LMP com matriz plana e placa de formatação; e um extrusor de dois parafusos sozinhos em série com matriz radial e formatador justo. Poderá ser aplicado um vácuo em ambas as linhas de fabrica- ção e piloto descritas acima.

A tabela 1 mostra as condições de processo para as amostras em um extrusor de pa- rafusos gêmeos para a produção de placas de espuma tendo uma largura de 0,4064 metros e uma espessura de 0,0254 metros.

Tabela 1 - Condições de processo das amostras

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A espessura do nano-grafite usado foi confirmada através de difração por raios X como sendo de 29,7 nm, e 51 nm após a composição com cerca de 60% em peso de polies- tireno. Negro de fumo não era parte da mistura com nano-grafite devido à sua pobre habili- dade de processo e alta densidade da fumaça durante o teste de incêndio.

Os resultados das amostras acima são mostrados na tabela 2. Todos os valores R e a resistência à compressão são testados após o envelhecimento das amostras durante 180 dias.

Tabela 2

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Conforme mostrado das amostras acima, a adição de nano-grafite no processo de espumação, de preferência, em torno de 1% a cerca de 3% em peso do polímero de espu- ma sólido tem um efeito profundo na propriedade de resistência térmica. A faixa de valores R foi determinada como sendo entre cerca de 5,7 e cerca de 6,0.

Exemplo 2

A tabela 3 compara as condições de operação entre a espumação em batelada e a extrusão tradicional da espuma de baixa densidade.

Tabela 3 - Comparação das condições de operação entre a espumação em batela- da e a extrusão.

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Antes da espumação em batelada, o composto polimerizado de nano- grafite/poliestireno é aquecido e comprimido em um formato sólido. A chapa sólida é cortada em pedaços pequenos, de acordo com o tamanho do vaso de pressão, como 77 χ 32 χ 1 mm. O espécime de chapa sólida é então colocado em um molde e é espumado em um va- so de alta pressão em torno de 80 a cerca de 160°C, tipicamente cerca de 120°C e cerca de 500 a cerca de 4000 psi (3447 a 27.579 kPa), tipicamente em torno de 2000 psi (13.790 kPa). A chapa sólida permanece no vaso pressurizado durante cerca de 8 a cerca de 50h, tipicamente, em torno de 12h, após o que a pressão no vaso é rapidamente liberada (em torno de 12 segundos) para a espumação.

A espuma de nano-grafite/poliestireno das amostras da espumação em batelada fo- ram avaliadas para se determinar a quantidade de radiação infravermelha transmitida atra- vés da espuma. Isto porque a luz infravermelha é a maior forma de radiação térmica.

Foram escolhidas um pedaço da amostra espumada em batelada contendo poliesti- reno e 3% de grafite, e duas outras amostras de comparação contendo poliestireno e o poli- estireno de 5% de nano-argila. Em um lado da amostra de espuma foi colocada uma fonte de luz de leiser de infravermelho. No outro lado da amostra, foi colocado um detector para registrar a intensidade de transmissão de luz ou uma câmera de temperatura para monitorar a alteração da temperatura na superfície. Os resultados são resumidos na tabela 4. Tabela 4 - Transmissão de luz infravermelha

Através de amostras de espuma de poliestireno (PS), poliestireno e 5% de nano- argila (PS/5% de argila), e poliestireno e 3% de nano-grafite (PS/ 3% grafite)

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composto polimerizado in situ com 5% de tensoativo catiônico reativo, brometo de 2-metacriloiloxietilhexadecil- dimetil amônio (MHAB) tratado como montmorilonita Na+ com 95% de monômero de estireno.

Conforme mostrado na tabela 4, 10% da luz é transmitida através da amostra de espuma pura de PS, enquanto que somente 4% através da amostra de espuma de PS/ 5% de argila e somente 2% através da amostra de PS/3% de grafite. Ambos a argila e o grafite têm um efeito de atenuação sobre a luz infravermelha, mas no entanto, conforme mostrado na tabela acima, o PS/3% de grafite tem uma atenuação de transmissão consideravelmente melhor.

A temperatura da amostra PS/grafite, no lado da amostra oposto à fonte de luz, foi ligeiramente elevada, tendo um aumento de cerca de 2 - 3 ° F depois de 60 segundos de exposição (tabela 5). Não houve nenhuma alteração óbvia na temperatura da superfície pa- ra as amostras de espuma de PS puro (amostra de controle) e PS com a nano-argila MHABS. Como tal, a espuma de PS/grafite atenua a radiação térmica e aumenta a condu- ção de calor no sólido. Além disso, através de uma dispersão e concentração melhorada de grafite, espera-se que estas tendências sejam mais significativas.

Tabela 5 - Alteração de temperatura para as amostras de espuma de PS, PS/5% de argila, e PS/3% de grafite sobre a superfície oposta à fonte de luz

<table>table see original document page 12</column></row><table> A descrição mencionada anteriormente das realizações específicas revelaram to- talmente a natureza geral da invenção que outros podem, aplicando o conhecimento de a- cordo com o conhecimento na arte (incluindo os teores das referências citadas aqui), modifi- carem rapidamente e/ou adaptarem para várias aplicações, tais como realizações específi- cas, sem uma experiência indevida, sem se afastarem do conceito geral da invenção atual. Assim sendo, tais adaptações e modificações se destinam a estar dentro do significado e da faixa de equivalentes das realizações apresentadas, com base nos ensinamentos e orienta- ção apresentados aqui. Deve ser entendido que as frases ou terminologia utilizada aqui, é para fins de descrição e não para limitação, de tal forma que a terminologia ou as frases da especificação atual devem ser interpretadas pelo artesão adestrado à luz dos ensinamentos e orientação apresentada aqui, em combinação com o conhecimento de uma pessoa com conhecimento normal na arte.

A invenção desta aplicação foi descrita acima, tanto genericamente, como com re- lação a realizações específicas. Apesar da invenção ter sido apresentada de acordo com o que se acredita serem as realizações preferidas, pode ser escolhida uma ampla variedade de alternativas conhecidas por aqueles adestrados na arte, dentro da apresentação genéri- ca. A invenção não é limitada de forma alguma, exceto pela citação das reivindicações a- presentadas abaixo.

Claims (20)

1. Material de espuma polimérica, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: a) um polímero; b) pelo menos um agente de sopro; e c) nano-grafite.

2. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do nano-grafite estar presente em uma quantidade maior do que 0% a cerca de 10% em peso, com base no polímero.

3. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato dos agentes de sopro compreenderem uma mistura de 1,1,2,2- tetrafluoretano (HFC-134), 1,1-difluoretano (HFC-152a) e 1,2-difluoretano (HFC-142).

4. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender um ou mais aditivos escolhidos do grupo de agentes de aumento de tamanho de célula, agentes de atenuação de infravermelho, plastifi- cantes, produtos químicos retardantes de chama, pigmentos, elastômeros, auxiliares de ex- trusão, cargas antioxidantes, agentes antiestáticos, e absorventes de UV.

5. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do referido nano-grafite ser ainda composto de uma quantida- de de nano-chapas.

6. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato da referida quantidade de nano-chapas terem uma espessura entre cerca de 10 a cerca de várias centenas de nanômetros, com a maioria na faixa de cer- ca de 10 a cerca de 100 nanômetros.

7. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato da referida quantidade de nano-chapas compreender uma quantidade de camadas únicas de carbono de grafite.

8. [Claim missing on original document]

9. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do valor R do referido material ser entre cerca de 3 a cerca de8.

10. Material de espuma polimérica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do polímero ser escolhido do grupo de poliolefinas, cloreto de polivinila, policarbonatos, polieterimidas, poliamidas, poliésteres, cloreto de polivinilideno, polimetilmetacrilato, poliuretanas, poliuréia, fenol-formaldeído, poliisocianuratos, fenólicos, copolímeros e terpolímeros dos mencionados anteriormente, misturas de polímeros termo- plásticos e polímeros modificados por borracha.

11. Método para a produção de uma espuma polimérica extrusada, CARACTERIZADO pelo fato compreender as etapas de: a) mistura de uma mistura de resina composta de um polímero e um composto de nano-grafite; e b) aquecimento da referida mistura de resina até uma temperatura de fusão de mis- tura; c) a incorporação de um ou mais agentes de sopro na mistura de resina sob uma pressão suficiente para evitar a pré- espumação do gel; d) o resfriamento do gel até uma temperatura de fusão da matriz; e e) a extrusão do gel através de uma matriz para uma região de pressão menor da matriz para formar a espuma.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato do composto de nano-grafite ser adicionado em uma quantidade maior do que 0% a cerca de -100% em peso com base no polímero.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato dos agentes de sopro compreenderem uma mistura de 1,1,2,2-tetrafluoretano (HFC-134), 1,1- difluor- etano (HFC-152a) e 1,2-difluoretano (HFC-142).

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de a- inda compreender a etapa de mistura de um ou mais aditivos escolhidos do grupo consistin- do de agentes de aumento de tamanho de célula, agente de atenuação de infravermelho, plastificantes, produtos químicos retardantes de chama, pigmentos, elastômeros, auxiliares de extrusão, cargas antioxidantes, agentes antiestáticos e absorventes de UV na mistura.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato do po- límero ser poliestireno.

16. Método para a produção de uma espuma polimérica em batelada, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de: a) adição do sólido polimérico extrusado ou moldado contendo nano-grafite em um vaso de pressão; b) adição pelo menos de um agente de sopro no vaso de pressão; c) pressurização do referido vaso de pressão até um nível suficiente para forçar uma quantidade apropriada do agente de sopro para dentro do volume livre do polímero. d) redução da pressão e remoção do referido rolo de polímero contendo nano- grafite do vaso de pressão quando o agente de pressão saturou intensamente o polímero.

17. Placa isolante de espuma rígida, CARACTERIZADA pelo fato de compreender: a) um polímero; b) pelo menos um agente de sopro; e c) nano-grafite

18. Placa isolante, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato do valor R da referida placa estar entre cerca de 3 a cerca de 8.

19. Placa isolante, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato da referida placa isolante ter uma espessura entre cerca de 0,003175 metros a cerca de -0,254 metros.

20. Placa isolante, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADA pelo fato do nano-grafite estar presente em uma quantidade maior do que 0% a 10% em peso, com base no polímero.