BRPI0714075B1 - Composição e método para a proteção da superfície de um líquido - Google Patents

Abstract

FILME DE SUPERFÍCIE PROTETOR PARA LÍQUIDO; composição e método para proteger um corpo hidríco a céu aberto, compreendendo 5-95% em peso de polímero de silicone; mais do que zero por cento 90% em peso de material portador; e mais do que zero-20% em peso de surfactante. O método inclui as etapas de adicionar a composição à superfície da água. O filme é eficaz para reduzir a evaporação de água da superfície.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um filme de superfície protetor para liquido e em particular a filmes de superfície protetor estáveis usados para cobrir um amplo corpo hídrico a fim de evitar evaporação.

[002] HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[003] A necessidade de conservar abastecimentos escassos de água é uma questão ambiental de grande importância no mundo inteiro. Por isso, tem-se dado cada vez mais atenção a várias medidas para economizar água. Em particular, a perda de água por evaporação é uma área de grande preocupação. Medidas para restringir a evaporação incluíram o uso de irrigação por gotejamento subterrânea, a substituição de canais de irrigação abertos por tubulações, e restringir a aplicação de água a períodos em que a evaporação é mantida a um nível mínimo.

[004] Muitos produtos também foram desenvolvidos para reduzir a evaporação de corpos hídricos, revestindo-se a superfície da água, tais como estruturas para fazer sombra, filmes plásticos e outras membranas flutuantes. Porém, a adoção muito difundida de tais produtos tem sido inibida devido aos elevados custos de investimento inicial.

[005] Monocamadas químicas também foram propostas. Elas são pós que são dispersos sobre a água. Em geral, eles incorporam um álcool (como álcool de cetila ou estearila), que é conhecido para ajudar a prevenir a evaporação através da formação de uma barreira sobre a superfície. Também pode ser misturado com o álcool um aditivo, tal como cal hidratada, para ajudar o álcool a se espalhar criando partículas carregadas.

[006] A desvantagem fundamental com álcool a base de monocamadas é que o filme degrada tipicamente em poucos dias e, portanto, precisa ser regularmente reaplicado para manter uma barreira eficaz contra perda de água. Além disso, ensaios mostraram que camadas de álcool dão certo apenas em parte quanto à redução de evaporação, com reduções de evaporação inferiores a 30%, conforme relatado.

[007] Por isso, existe a necessidade de uma composição de baixo custo para aplicação a um liquido como um filme de superfície protetor que reduza a perda por evaporação do liquido por um período de tempo prolongado.

[008] SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Silicones ou polisiloxanos são polímeros inorgânico orgânicos com a fórmula química R2SiO]n onde R = grupos orgânicos tais como metila, etila e fenila. Esses materiais consistem de um esqueleto silício-oxigênio (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) com grupos laterais orgânicos ligados a átomos de silício, que são de quatro-coordenadas. Em alguns casos grupos laterais orgânicos podem ser usados para ligar dois ou mais desses esqueletos -SI-O- juntos. Ao variar os comprimentos da cadeia -SI-O-, grupos laterais, e a ligação entre cadeias, os silicones podem ser sintetizados com uma grande variedade de propriedades e composições. Eles podem variar de consistência, passando da liquida para gel, borracha, plástico duro. O tipo mais comum é polidimetilsiloxano linear ou PDMS. Esses polímeros são conhecidos por serem hidrofóbicos (repelente à água) e por serem muito acetinados ao tato, que tem conduzido ao seu uso em produtos de tratamento pessoal tais como cosméticos, desodorantes e géis de banho.

[010] O depositante descobriu que polímeros à base de silício (incluindo polímeros em base-silicone) apresentam o potencial de serem empregados como um protetor de superfície líquida de larga escala, tais como instalações de armazenamento de água abertas (por exemplo, reservatórios ou açudes).

[011] Porém, a principal desvantagem de polímeros de silicone grande é inabilidade a se espalhar adequadamente ao longo de um grande corpo hídrico e a taxa lenta na qual eles se espalham pela água.

[012] Enquanto polisiloxanos apresentam habilidade de auto-espalhamento limitada em água, outros compostos são adicionados à composição polimérica de silicone para ajudar no espalhamento uniforme do polímero sobre a superfície liquida. Um alto entrecruzamento no polisiloxano conduz a um filme de superfície polimérica mais grosso é esperado para prover uma melhor barreira térmica e de transferência de massa na interface liquido/gás.

[013] Em um aspecto da invenção, é provida uma composição para a proteção de um corpo hídrico compreendendo

[014] 5-95% em peso de polímero de silicone;

[015] Zero por cento a 90% em peso de material de suporte; e

[016] Mais do que zero - 20% em peso de surfactante.

[017] O depositante descobriu que a adição de um agente ativo de superfície ou surfactante consistindo de uma molécula bipolar ajuda grandemente não só a capacidade de espalhamento do polímero de silicone, mas também a taxa na qual o siloxano se espalha pela água. Para atingir uma taxa e nível elevado de espalhamento pelo corpo hídrico, é ideal se o surfactante for adicionado até quantidades que permitam uma solução miscível com o polímero de silicone a ser formado sob temperatura ambiente. Preferivelmente, o surfactante está presente em uma quantidade de 0,2-20% em peso, mais preferivelmente 0,5-10% em peso e o mais preferivelmente 0,5-5% em peso.

[018] Preferivelmente, a composição também compreende mais do que 0% em peso de um material de suporte. Para intensificar a mistura do polímero de silicone e surfactante, é preferível que o surfactante seja misturado com um suporte compatível antes de misturar com o polímero de silicone. O surfactante pode estar presente na mistura portadora até 20% em peso, mas tipicamente acima de 5-20% em peso de preferivelmente cerca de 10% em peso. O material portador é preferivelmente hidrofóbico e é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de um óleo mineral, um óleo vegetal ou misturas destes. Assim como age como um portador para o surfactante, o óleo (mineral ou vegetal) também pode ser separadamente misturado com o silicone para reduzir os custos da composição. A adição do óleo também intensifica a capacidade de espalhamento do polímero de silicone na água. O teor total de óleo mineral ou vegetal situa-se preferivelmente na faixa de 5-90 % em peso e mais preferivelmente em 5-75 % em peso.

[019] Dentro do contexto da invenção, um óleo vegetal é um produto de origem vegetal obtido pela extração do óleo de sementes ou frutos. Óleos vegetais são líquidos sob temperatura ambiente e inclui óleos de cânula, girassol, de mostarda de açafrão, algodão e amendoim. Óleos vegetais também incluem óleo de palmeira, de linhaça, de tungue e de rícino.

[020] Um óleo mineral é um subproduto da destilação de petróleo para produzir gasolina. Ele encontra-se disponível em graus leves ou pesados. Para ser útil na invenção, a viscosidade do óleo mineral deve estar dentro das faixas de viscosidade preferidas acima especificadas. Vários produtos são descritos comercialmente como óleo mineral que inclui óleo branco e óleo de parafina, sendo familiar ao habilitado na técnica esse termo do estado da técnica.

[021] O filme polimérico a base de silicone pode ser quimicamente modificado para aumentar a adesão do filme ao material de carga. Em ambientes extremos, aditivos UV ou outros estabilizadores poliméricos também podem ser adicionados à composição.

[022] O polímero de silicone para uso na presente invenção é preferivelmente um poliorganosiloxano, tal como poli (dimetilsiloxano). Dependendo do número de unidades de repetição na cadeia de poliorganossilicone e o grau de entrecruzamento entre as cadeias poliméricas, o estado principal de um polímero sob uma determinada temperatura pode ser alterado. Com o aumento progressivo do entrecruzamento do poliorganossilicone tal como polidimetil silicone, podem ser formados elastômeros sólidos e resinas. O polímero de silicone para uso na presente invenção é preferivelmente em forma liquida, com a dispersão de produto em um filme em contato com a superfície liquida. Os fluidos poliméricos de silicone são tipicamente polímeros de cadeia linear de dimetilssiloxano. De fácil aplicação, os fluidos apresentam preferivelmente uma viscosidade inferior a 1000 centistokes e mais preferivelmente entre 50 e 1000 centistokes sob temperatura atmosférica de aplicação que é considerada temperatura ambiente.

[023] O dimetil siloxano é preferivelmente de um tipo similar ao Dow Corning "200 Fluid". O polisiloxano é preferivelmente o componente em maior proporção na composição, isto é, maior do que 50%.

[024] Em um aspecto preferido dessa primeira concretização, para ajudar na entrega da composição, a composição acima pode ser combinada com um material particulado inerte. A composição formadora de filme pode ser absorvida no material particulado para formar um material a granel estável de fácil manuseio e armazenagem. Exemplos de material particulado adequado incluem carbonato de cálcio, talco, e particulados de carvão miúdo, poeira e cinzas, ou cenoesferas (uma esfera de peso leve, inerte, oca preenchida com gás ou ar inerte, que podem ser derivada de poeira e cinzas) . A lista não é exaustiva e podem ser adicionadas outras cargas, cuja seleção é orientada ao custo, densidade, hidrofobicidade, inércia em relação à composição formadora de filme, sua capacidade de revestir e aderir à composição e capacidade de liberar a composição em contato com a água. O material de carga também pode possuir outras propriedades funcionais desejadas. Por exemplo, a o filme de superfície também age como um agente supressor de inseto e, particularmente, um supressor de mosquito. A dupla funcionalidade do filme de superfície protetor relacionada com a conservação da água como com as necessidades de saúde pública. O supressor pode ser em forma liquida ou pode ser parte de ou ligado ao material de carga. Por exemplo, enxofre e material contendo enxofre são conhecidos para repelir mosquitos.

[025] Em uma segunda concretização da presente invenção, é provido um método para proteger a superfície de um liquido compreendendo as etapas de:

[026] Aplicar uma composição formadora de filme compreendendo um polímero à base de silicone à superfície liquida a uma taxa de 0,3 a 90 g/m2, sendo que a composição formadora de filme forma um filme protetor substancialmente continuo pela superfície do líquido.

[027] A composição formadora de filme compreende, além disso, um material surfactante na faixa maior que zero % em peso a 20% em peso. O surfactante talvez inicialmente dentro de um material portador que é um óleo mineral ou vegetal antes de misturar com o polímero a base de silicone. O óleo mineral ou vegetal pode estar adicionado ao surfactante assim como estar separadamente presente preferivelmente na composição na faixa maior que zero a 90% em peso.

[028] A área de superfície liquida é preferivelmente ampla, como instalações de armazenagem de água (por exemplo, reservatórios ou açudes). A composição pode ser aplicada a partir da periferia do corpo hídrico ou por via aérea, por exemplo, por um aeroplano, como um avião pulverizador

[029] O filme a base de polímero de silicone, preferivelmente, inibe ou controla a taxa de calor e a transferência de massa pela interface liquido/gás, reduzindo a evaporação do liquido. O filme polimérico a base de silicone continuo pode conter ingredientes ativos que protegem a interface liquido/gás contra infestações por insetos.

[030] Quanto a composições liquidas, a composição polimérica a base de silicone é preferivelmente aplicada a uma taxa de aplicação de aproximadamente 0,3 a 50 gramas por metro quadrado, mais preferivelmente aproximadamente 0,3 a 30 gramas por metro quadrado, e ainda mais preferivelmente 0,3 a 10 gramas por metro quadrado, e o mais preferivelmente aproximadamente 0,3 a 1,0 grama por metro quadrado.

[031] As taxas de aplicação relativamente baixas e a elevada estabilidade das composições poliméricas a base de silicone comparadas aos filmes a base de álcool, proporcionam um filme de superfície protetor para ser aplicado a baixo custo. Além disso, como a composição é substancialmente orgânica, o preço da composição permanece relativamente estável em comparação com filmes a base de petróleo.

[032] É interessante que o filme possa ser aplicado a uma faixa de superfícies liquidas para inibir ou controlar transferência de massa e de calor da interface liquido/gás ou formar uma barreira física e/ou química contra ambiente gasoso. Por exemplo, a composição polimérica a base de silicone pode ser aplicada a um liquido oxidável para impedir ou reduzir a oxidação.

[033] Particularmente, a composição que inclui polímeros a base de silicone, possui um número de propriedades desejadas, pelo menos alguns das quais inesperadas, incluindo;

[034] a) Fácil de aplicar (em forma liquida) tanto das barragens para armazenamento de água, por barco ou pulverização aérea;

[035] b) Flutua naturalmente sem a necessidade de flutuabilidade adicional (a gravidade especifica é inferior a 1,0);

[036] c) Tende a se espalhar sobre a superfície mesmo contra pressão ondulatória considerável, como aquela que ocorre em corpos hídricos descobertos;

[037] d) Apresenta uma resistência mecânica elevada e mesmo se o filme romper, ela facilmente se corrige, mantendo assim a integridade e funcionalidade do filme;

[038] e) É resistente a elevadas temperaturas, oxidação e degradação por ultravioleta;

[039] f) É transparente e apresenta uma permeabilidade elevada ao oxigénio e, portanto, possui mínimo impacto sobre a vida aquática de sub-superfície.

[040] g) É classificada como não-perigosa e por isso pode ser aplicada com segurança em corpos de água potável, e

[041] h) E permanece eficaz por pelo menos muitas semanas.

[042] DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES

[043] No curso da invenção, o depositante desenvolve uma composição formadora de filme, que apresenta um número de características desejadas. A composição possui, preferivelmente espalhabilidade suficiente para proporcionar uma monocamada flexível a ser formada sobre um amplo corpo hídrico. A monocamada deve permanecer preferivelmente flexível por um período prolongado, reduzindo a evaporação. A monocamada também pode ser usada, de forma ideal, para controlar mosquitos ou odores. Adicionalmente, ela deve ser inerte, resistente à radiação UV e oxidação, e não apresentar impactos nocivos ao ambiente.

[044] Para avaliar a espalhabilidade dos vários líquidos, o depositante desenvolveu o teste simples a seguir. Um tanque retangular medindo 500 mm x 200 mm foi parcialmente preenchido com água, e salpicada pimenta do reino fina na superfície. A pimenta revestiu a superfície uniformemente.

[045] Quando uma gota de cada formulação era aplicada com uma pipeta a uma extremidade do tanque, o tempo gasto para o filme de pimenta ser comprimido no outro lado era medido.

[046] Inicialmente, o depositante testou um número de óleos minerais, óleos vegetais e siloxanos comercialmente disponíveis para determinar sua adequabilidade como camada formadora de filme. Conforme mostrado na tabela 1, o depositante descobriu que polímeros de silicone, óleos minerais e óleos vegetais não se espalham espontaneamente pela superfície da água.

[047] TABELA 1

[048] Para melhorar a espalhabilidade dos compostos acima, o depositante testou o uso de surfactantes inicialmente misturados com um silicone ou óleo mineral ou vegetal. Esses compostos são comercializados sob a classe de compostos conhecidos como desespumantes que são também comercializados como anti-espumantes.

[049] Os surfactantes foram primeiramente testados para determinar sua adequabilidade como camada formadora de filme e os resultados de testes mostrados na tabela 2.

[050] O depositante executou um número de testes de espalhabilidade em 18 desespumantes comercialmente disponíveis que eram uma mistura de surfactante e um material portador conforme descrito acima. Quando esses compostos foram então misturados com um óleo mineral ou um óleo vegetal, verificou-se um espalhamento lento, sendo concluído que uma mistura de surfactante/óleo não foi adequada para o uso como composição formadora de filme para superfícies hídricas, a não ser açude muito pequeno.

[051] Amostras de polímero de silicone (PDMS) comercialmente disponíveis como "200 Fluid" pela Dow Corning foram testadas com óleo mineral e óleo de canola, sendo utilizado o regime de teste de espalhabilidade descrito em linhas gerais acima, com o tempo gasto para mover a pimenta para um canto do tanque cronometrado. Foram testados óleos e silicones em combinação e também em conjugação com um desespumante óleo/surfactante comercializado como SIL D850, pela Mera Chemicals, contendo aproximadamente 10% de surfactante em um portador de óleo mineral. O surfactante é um sódio di (2-etilhexil) sulfosucinato, e os resultados mostrados na tabela 2.

[052] Quando um polímero de silicone, nomeadamente PDMS, foi adicionado à mistura de óleo/surfactante, obteve-se um espalhamento muito mais intenso - suficiente para revestir um amplo corpo hídrico. De fato, para composições formadoras de filme de 5% em peso de polímero de silicone, obteve-se uma espalhabilidade aceitável a uma taxa aceitável. Na outra ponta da escala, uma mistura de 95% de polímero de silicone e 5% de mistura de surfactante/óleo também foi muito eficaz.

[053] Também se observou que composições formadoras de filme, compreendendo um polímero de silicone e um surfactante em um portador de silicone, isto é, um desespumante a base de silicone, não produziram espalhabilidade aceitável.

[054] Surfactantes aceitáveis que são adequados para uso na invenção aparecem relacionados na tabela 3.

[055] A lista de surfactantes adequados não tem a intenção de ser exaustiva em surfactantes adequados para uso na invenção. Outros surfactantes podem ser usados desde que eles sejam miscíveis com portador de óleo mineral ou vegetal e a composição de surfactante resultante seja miscível com o polímero de silicone empregado, que é preferivelmente PDMS.

[056] Sem querer limitar-nos à teoria, tanto silicones como misturas de óleo/surfactante (isto é, desespumantes) apresentam baixas tensões de superfície, supondo-se que exista um benefício cumulativo quando eles são misturados juntos, de forma que a tensão de superfície também é reduzida, permitindo assim um espalhamento muito rápido. Alternativamente, deve haver uma repulsão química entre moléculas de silicone e as moléculas no desespumante.

[057] Silicones com baixas viscosidades, quando misturados com o desespumante ou a mistura desespumante /óleo, parecem se espalhar mais facilmente do que aqueles com elevadas viscosidades. Por exemplo, um polidimetilsiloxano (PDMS) Dow Corning "200 fluid", com uma viscosidade de 50 centistokes (cts) se espalha mais facilmente do que aquele com uma viscosidade de 1000 cts. Silicones com um cts acima de aproximadamente 10.000 não são viáveis para amplos corpos hídricos, uma vez que eles são lentos para se espalhar e dificultam a mistura.

[058] A exceção é para corpos hídricos em escala relativamente pequena onde um produto viscoso pode ser benéfico para acomodar uma unidade dosadora. Por exemplo, uma pequena unidade dosadora pode ser montada para descarregar automaticamente uma pequena quantidade do produto na água por um período de 3 meses. Nessa situação, é desejável ter um produto viscoso de forma que a taxa de dosagem seja muito lenta. Mesmo com uma viscosidade relativamente alta, o produto deve ser normalmente capaz de cobrir a maioria das piscinas.

[059] Um dos benefícios de silicones e particularmente de PDMS é que sua viscosidade não varia muito sobre as temperaturas operacionais da composição. Isso permite uma dosagem razoavelmente precisa através de uma unidade dosadora automática a ser montada.

[060] Como um refinamento, podem ser incorporados à mistura cetil ou estearil álcool ou derivados de ácido cetílico e estearoil. Esses derivados podem ser alcalinos, alcalino terrosos e outros sais metálicos ou ésteres de ácido estearoil. Esses produtos eram conhecidos, por muitos anos, para reduzir a evaporação. Por si próprios, suas principais desvantagens consistem em sua difícil aplicação (como escamas de cera), eles apresentam baixa resiliência contra vento forte ou ação de onda (e, portanto, pode aumentar em um lado de um corpo hídrico) e degradam muito rapidamente a ponto de eles terem que ser reaplicados quase que diariamente. A despeito de sua degradação normalmente rápida se usados isoladamente, o depositante descobriu que eles parecem melhorar e ajudar a eficácia e vida útil das misturas a base de silicone (conforme descrito acima) de certa forma. Quando misturados na mistura a um nível de até 5% em peso, mas preferivelmente até 2% em peso, eles também melhoram a estabilidade da mistura, isto é, eles minimizam a separação física do produto em seus componentes. Isso é vantajoso se o produto tiver que ser aplicado através de uma unidade dosadora, onde ele precisa ser homogêneo.

[061] Além de ser facilmente espalhável, é desejado que o filme formado apresenta controle de evaporação eficaz. Para testar o controle de evaporação, recipientes quadrados medindo 600 mm x 600 mm foram parcialmente carregados com água, e 0,2 ml de cada formulação foram aplicados por pipeta. A queda ou redução no nível de água foi medida durante o período de 10 dias e comparado com a queda em um recipiente de controle. Os resultados de várias misturas de silicone/surfactante/óleo são mostrados na tabela 4.

[062] TABELA 4

[063] Verificou-se que o uso de uma composição formadora de filme, de acordo com a invenção, possibilita uma melhoria (isto é, redução) na taxa de evaporação.

[064] Controle de Mosquito

[065] O depositante também observou que o filme interrompe o ciclo de vida do mosquito. Mosquitos-fêmea normalmente deixam ovos na superfície da água, e os ovos eclodem em larvas poucos dias depois. O filme a base de silicone pode impactar potencialmente sobre o ciclo de três formas:

[066] • Como silicones apresentam uma tensão de superfície muito baixa (aproximadamente metade da tensão de superfície da água), os ovos apresentam dificuldade para ficar suspensos na superfície

[067] • O silicone forma uma barreira física na superfície, tornando difícil para a larva respirar uma vez eclodidas

[068] • Um repelente como óleo de citronela ou óleo de eucalipto podem ser incorporados à mistura, desencorajando assim os mosquitos.

[069] Controle de odor

[070] O filme a base de silicone também pode ser misturado com outros componentes para ajudar na redução de odor. Por exemplo, o depositante descobriu que a formulação é compatível com terpenos, que são comumente usados para absorver ou mascarar odores. Em ensaios laboratoriais, observou-se uma redução no odor quando terpenos eram misturados no filme a base de silicone.

[071] Naturalmente que a invenção descrita e definida nessa especificação se estende a todas combinações alternativas de duas ou mais características individuais. Todas essas diferentes combinações constituem vários aspectos alternativos da invenção.

Claims (4)

1. Método para proteger a superfície de um líquido, caracterizado por compreender as etapas de: aplicar uma composição não-aquosa à superfície líquida a uma taxa de 0,3a 90 g/m2, em que a composição não-aquosa compreende 5% a 95% em peso de um polímero de silicone; sendo que o polímero é um polímero de dimetilsiloxano; acima de zero a 15% em peso de material portador, sendo que o material portador é, ou compreende um óleo mineral ou óleo vegetal; acima de zero a 20% em peso de surfactante; sendo que a composição não-aquosa forma um filme protetor contínuo pela superfície do líquido.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o surfactante e o material portador serem misturados antes de formar a composição formadora de filme com o polímero silicone.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o filme protetor contínuo protege a interface líquido/gás contra infestações por insetos.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a composição ser aplicada à superfície a uma taxa entre 0,3 e 50 g/m2.