BRPI0802770A2 - processo para obtenção de filmes laminados nanoestruturados espessos auto-adesivos e filme laminado nanoestruturado espesso - Google Patents

Abstract

Processo para obtenção de filmes laminados nanoestruturados espessos auto-adesivos e Filme laminado nanoestruturado espesso. A presente invenção refere-se a um processo para obtenção de filmes laminados nanoestruturados auto-adesivos, os quais são obtidos por meio da união de filmes nanocompósitos, sem a adição de qualquer tipo de material adesivo ou aditivo para promover a união entre os filmes nanocompósitos. Adicionalmente, a presente invenção refere-se ao filme laminado nanoestruturado ora obtido, totalmente compatíveis, formado por matrizes poliméricas elastoméricas de mesma natureza e obtidos por meio das técnicas de dispersão e secagem, ou ainda por meio de qualquer outra técnica aplicada e já revelada na literatura.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invençãopara "Processo para obtenção de filmes laminadosnanoestruturados espessos auto-adesivos e Filme laminadonanoestruturado espesso"

Campo da invenção:

A presente invenção refere-se a um processo deobtenção de filmes laminados poliméricos nanoestruturados auto-adesivos, os quais compreendem filmes nanocompósitosfabricados com a mesma matriz polimérica, mas compropriedades físico-químicas distintas. Mais especificamente, aunião dos referidos filmes ocorre sem a necessidade de tratamentosuperficial ou mesmo adição de adesivo para uni-los.

Adicionalmente, a presente invenção refere-se ao filme laminadonanoestruturado ora obtido pelo referido processo.

Técnicas Relacionadas:

A utilização de cargas orgânicas ou inorgânicasé muito freqüente em compósitos poliméricos. Estes compósitossão produzidos para as mais diversas finalidades, desdeequipamentos esportivos a componentes aeroespaciais.

Desde meados dos anos noventa, há uma grandeênfase no desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos.

Nestes sistemas, as partículas que reforçam a matriz apresentamdimensões de nanômetros em pelo menos um dos eixosgeométricos.Em geral, materiais nanoestruturadosapresentam propriedades diferenciadas, pois a carga possui umaárea de interação muito grande. Dependendo da natureza doscomponentes utilizados (tipo de polímero, formato, carga dananopartícula) e do método de preparação (intercalação por fusão,intercalação em solução ou polimerização in situ), propriedadescomo a tensão na ruptura, o módulo de elasticidade e a resistênciaa solventes podem ser significativamente alteradas.

Entretanto, a tecnologia em constante evolução,promoveu o desenvolvimento de filmes laminados, os quaiscompreendem combinações de dois ou mais filmes que conciliammateriais de características físicas ou químicas diferentes, com opropósito de se obter uma estrutura que apresente melhordesempenho que o dos filmes isolados.

Atualmente, é bastante estudado o uso decompósitos poliméricos reforçados com fibras orientadas emdiferentes direções para a produção de laminados. Separadamente,estes filmes apresentam grande tenacidade ao se aplicar umatensão na direção da orientação das fibras, mas esta tenacidade éreduzida se a tensão for aplicada na direção transversal. Emlaminados isso não ocorre, pois as camadas, com fibras orientadasem diferentes direções, conferem ao laminado uma resistênciaelevada em qualquer direção.A união de filmes elastoméricos à temperaturaambiente não é explorada tecnologicamente, pois os elastômeros,quase sempre, passam por um processo de vulcanização antes deserem comercializados, sendo inevitável o uso de aquecimento,adesivo e/ou aditivos para uni-los. Este fato é acompanhado deaumentos no custo de produção, aumento do tempo de fabricação,maior gasto de energia, além do risco ambiental, visto que amaioria destes adesivos possui como base um solvente orgânico.

Um desafio recorrente em aplicações científicase tecnológicas de laminados poliméricos é a obtenção de filmes eartefatos de forma econômica, versátil e eficiente. Dessa forma,diversas tecnologias foram desenvolvidas e hoje compreendem oestado da técnica relacionado a produção de filmes laminadospoliméricos.

O documento US20010046574 descreve apreparação de laminados com uma camada nanoestruturada queapresenta propriedades de barreira contra gás. O laminado oradescrito compreende três camadas, em que, sobre um substrato depapelão, é fixada uma camada de nanocompósito polimérico(poliamida ou poliéster) com um silicato lamelar disperso e umacamada de polietileno de baixa densidade. Os filmes são unidospela extrusão simultânea sobre o papelão ou pela ação de resinasadesivas. Um aumento na adesão é obtido por meio de descargacorona ou tratamento com chama (flambagem). Este tipo delaminado pode ser utilizado na fabricação de recipientes quearmazenarão substâncias facilmente oxidáveis, como a vitamina Cem sucos cítricos.

O documento US20060110615 revela umatecnologia na qual não é utilizado o processo de laminação, mas oproduto final obtido assemelha-se a um laminado. Na referidatecnologia, uma camada de polímeros sintéticos e/ou naturais nãoobrigatoriamente elastoméricos, tais como tecido ou papel, separacamadas nanoestruturadas. Por meio do processo ora revelado noreferido documento, um polímero pode ser recoberto (spray-coating) de um ou de ambos os lados, uma ou várias vezes, poruma dispersão polimérica comercial que contenha partículaslamelares nanométricas. O produto deste tipo de processoapresenta propriedade de barreira contra gases e umidade.

Ainda na literatura encontra-se descrito nodocumento EP1268630 um processo de fabricação denanocompósito de poliolefínas e argilas organicamentemodificadas, as quais são resistentes à chama. O laminadoconsiste em uma estrutura de 1,0 a 1,8 mm de espessura, formadopor três camadas. A camada superior consiste no nanocompósitoretardador de chama, a do meio é um substrato de reforço, porexemplo, um tecido de nylon ou poliéster, e a camada inferiorpode ser formada por qualquer outro polímero que adicionepropriedades adequadas ao uso do laminado.Já o documento US6403231 revela a preparaçãode laminados através da co-extrusão de dois ou mais filmespoliméricos e argila organofílica, ou ainda através da laminaçãodireta de filmes nanoestruturados unidos por um adesivoapropriado.

Em certos sistemas o uso de adesivos nalaminação é dispensado, como revelado no documentoJP2305637. No referido documento JP2305637, duas resinastermoplásticas de composição específica e propriedadescomplementares são laminadas através da co-extrusão, usando umcopolímero de etileno/acetato de vinila saponificado, tendo comobase vários materiais, tais como metal, papel ou tecido. Asreferidas resinas termoplásticas são submetidas a condiçõesespecíficas que promovem modificações em suas características,de modo que propriedades tais como transparência,impermeabilidade a gás e rigidez sejam melhoradas. Devido a taismodificações a aplicação das resinas em embalagens de um modogeral e artefatos para a indústria automobilística é possibilitada.Contudo, o sistema ora descrito no referido documento não possuinanopartículas incorporadas à matriz polimérica e os filmes sãounidos depois de amolecidos. O processo convencional delaminação de filmes poliméricos, ou seja, com o uso de adesivosou tratamentos superficiais, busca unir filmes com propriedadesestruturais diferentes. De maneira geral, estas diferenças só sãoconseguidas juntando-se polímeros diferentes, o que tornainevitável o uso de adesivos, devido a baixa compatibilidade entreos polímeros. Os nanocompósitos poliméricos permitem aobtenção de materiais com propriedades muito diferentes,utilizando-se as mesmas matérias-primas e, especialmente, ummesmo polímero.

Atualmente, existe uma grande variedade delaminados poliméricos disponíveis no mercado, os quais sãofabricados utilizando uma vasta gama de matérias-primas.Entretanto, nenhum desses produtos comercialmente disponívelapresenta características de nanocompósito e, além disso, sãolaminados obtidos por processos que empregam adesivos outratamentos superficiais onerosos.

Sumário da Invenção

A presente invenção refere-se a um processopara obtenção de filmes laminados nanoestruturados auto-adesivos, os quais são obtidos por meio da união de filmesnanocompósitos, sem a adição de qualquer tipo de materialadesivo ou aditivo para promover a união entre os filmesnanocompósitos. A propriedade auto-adesiva do filme laminadonanoestruturado obtido por meio do processo ora desenvolvido sedeve à capacidade de interdifusão das cadeias poliméricas de umfilme para o outro, sem a necessidade de adição de qualquer tipode adesivo ou aditivo para promover a união entre os filmes. Aeficiência do processo de laminação ora revelado na presenteconcretização é comprovada por meio da forte interação existenteentre os filmes nanocompósitos elastoméricos não-vulcanizadoscontendo diferentes teores de argila, tais como laminados deborracha natural e argila. Adicionalmente, a presente invençãorefere-se ao filme laminado nanoestruturado ora obtido,totalmente compatíveis, formado por matrizes poliméricaselastoméricas de mesma natureza e obtidos por meio das técnicasde dispersão e secagem, ou ainda por meio de qualquer outratécnica aplicada e j á revelada na literatura.

Breve Descrição das Figuras

A Figura IA mostra um laminado formado pordois filmes com 5% em massa de argila e um com 30 % de argila.

A Figura 1B mostra um laminado formado pordois filmes com 30 % em massa de argila e um com 5 % deargila.

A Figura 2A mostra imagens de um cortetransversal do laminado mostrado na Figura IA obtida pormicrotomografia de raio X.

A Figura 2B mostra imagens de um cortetransversal do laminado mostrado na e n Figura 1B obtida pormicrotomografia de raio X.A Figura 3A mostra imagens obtidas em ummicroscópio óptico, de um corte feito no laminado mostrado naFigura IA

A Figura 3B mostra imagens obtidas em ummicroscópio óptico, de um corte feito no laminado mostrado naFigura 1B.

A Figura 4 apresenta um desenho esquemáticoda montagem de um laminado constituído por um filme contendo30% de argila, recoberto por dois filmes que contêm 5% de argilaem massa.

A Figura 5 apresenta um desenho esquemáticoda montagem de um laminado constituído por um filme contendo5% de argila, recoberto por dois filmes que contêm 30% de argilaem massa.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção refere-se a um processopara obtenção de filmes laminados nanoestruturados, auto-adesivos, os quais são obtidos por meio da união de filmesnanocompósitos, sem a adição de qualquer tipo de materialadesivo ou aditivo para promover a união entre os filmesnanocompósitos.

A metodologia desenvolvida para o presenteprocesso é inédita e extremamente eficiente, pois visa à obtençãocomo produto final, de um filme laminado nanoestruturado, oqual é formado por meio da auto-adesão de filmes denanocompósitos de matriz elastomérica.

O processo da presente concretização pode serrealizado de forma contínua, utilizando-se bobinas, folhas ou fitasde filmes nanocompósitos. A união dos filmes é realizada pormeio de processos mecânicos e/ou térmicos, promovidos por meiode quaisquer dispositivos específicos para essa finalidade, taiscomo: prensa, calandra, estufa, fornos ou similares, sem anecessidade de qualquer tipo de tratamento superficial, ouaplicação de aditivos e/ou adesivos para promover a união.

Alternativamente, o processo de união dos filmes nanocompósitospara produção de filmes laminados pode ser realizado por meio deação térmica.

A propriedade auto-adesiva do filme laminadonanoestruturado obtido por meio do processo ora desenvolvido sedeve à capacidade de interdifusão das cadeias poliméricas de umfilme para o outro, sem a necessidade de adição de qualquer tipode adesivo ou aditivo para promover a união entre os filmes.

A referida capacidade de interdifusão estárelacionada ao fato dos filmes nanocompósitos utilizados napresente invenção, não serem vulcanizados. Assim, as cadeiaspoliméricas possuem uma maior mobilidade, principalmente nacamada superficial dos filmes, de modo a difundir-se através dainterface entre os filmes, a qual possibilita a união de filmesnanocompósitos elastoméricos sem demandar a realização deprocedimentos adicionais tais como, utilização de substânciasadesivas, ou mesmo tratamentos superficiais como descargacorona, flambagem ou oxidação.

A eficiência do processo de laminação orarevelado na presente concretização é comprovada por meio daforte interação existente entre os filmes nanocompósitoselastoméricos não-vulcanizados contendo diferentes teores deargila, tais como laminados de borracha natural e argila.

Os filmes nanocompósitos que formam o filmelaminado nanoestruturado são totalmente compatíveis, pois sãoformados por matrizes poliméricas de mesma natureza e obtidospor meio das técnicas de dispersão e secagem, ou ainda por meiode qualquer outra técnica aplicada e já revelada na literatura.

Entretanto, as propriedades mecânicas dosfilmes nanocompósitos são dependentes do tipo e da quantidadede carga nanométrica adicionadas à matriz polimérica.

Para a presente concretização, as estruturasfísicas dos referidos filmes nanoestruturados compreendem entre60% e 99,5% em massa de polímero e entre 0,5% e 40% de umacarga nanométrica em massa.

Os referidos filmes nanoestruturadoscompreendem pelo menos cerca de 50% da carga nanométricadispersa na matriz polimérica na forma de estruturas individuais epequenos agregados com no máximo 150nm de espessura.

Os polímeros que constituem a matrizelastomérica podem ser selecionados dentre os látexes naturaise/ou os látexes sintéticos, tais como a borracha natural, opoliestireno homo e co-polimérico, acrílicos, borracha estireno-butadieno, borracha nitrílica, poliuretano, PVC, fluorados, oumisturas destes. Para a presente concretização, a matrizelastomérica consistia em borracha natural.

As cargas nanométricas que conferem a estespolímeros propriedades diferenciadas das dos polímerosconvencionais podem ser: partículas de sílica, nanopartículasmetálicas, nanotubos, fibras nanométricas ou suas combinações,mas preferencialmente silicatos lamelares (mineraisfilossilicáticos), susceptíveis de intumescimento. Os referidosminerais, usualmente denominados argila, podem serselecionados dentre: esmectitas, hectorita, mica, vermiculita,bentonita, sepiolita, ou ainda uma mistura delas. Maisespecificamente, para a presente concretização, a cargananométrica selecionada foi a argila. Contudo, o tipo de argilapreferencialmente utilizado foi a montmorilonita.

O tempo demandado durante o processo deobtenção dos filmes laminados nanoestruturados, ou seja, comespessura variante entre 1 e 10 mm, por meio da união de filmesnanocompósitos mais finos, com espessura variante entre 0,1 e0,5 mm é o grande diferencial da tecnologia ora revelada, quandose compara o tempo demandado para a obtenção de um filmeespesso por outros processos. Adicionalmente, o produto oraobtido por meio do processo revelado na presente concretizaçãopode alternativamente, ainda ter a camada externa submetida aum processo de vulcanização.

A presente invenção refere-se ainda aosartefatos produzidos com os referidos filmes nanoestruturadoslaminados, tais como pneus, embalagens, solados e outrosartefatos para a indústria de calçados. Adicionalmente, osreferidos artefatos podem ter a forma de filmes, bolhas, espumas,tubos, fitas, cabos ou pré-formas e possuem a sua aplicabilidadeem indústrias de materiais poliméricos.

Os filmes laminados nanoestruturados oraobtidos por meio do processo revelado pela presenteconcretização foram submetidos a análises por meio demicroscopia óptica e raios X, para que as suas estruturas fossemavaliadas.

As Figuras IA e 1B mostram microtomografiasde raios X de duas amostras dos filmes laminadosnanoestruturados obtidos pela presente concretização, os quaissão formados por meio da união de filmes nanocompósitos deborracha natural e argila montmorilonita.Com a análise das amostras de filmes laminadosnanoestruturados, observa-se que as referidas amostrasapresentam um contraste em função da quantidade de cargaincorporada ao sistema, ou seja, mais especificamente, na FiguraIA é mostrada uma visão lateral de um filme laminadonanoestruturado, formado por dois filmes compostos por cerca de5% de carga nanométrica (argila), ora facilmente visualizadosdevido à coloração mais clara dos referidos filme, intercaladospor um filme nanoestruturado de cerca de 30% de cargananométrica localizado centralmente. Enquanto que a Figura 1Bmostra uma visão lateral de um filme laminado nanoestruturado,formado por dois filmes compostos por cerca de 30% de cargananométrica (argila), ora facilmente visualizados devido àcoloração mais escura dos referidos filme, intercalados por umfilme nanoestruturado de cerca de 5% de carga nanométricalocalizado centralmente.

A análise da interface entre os filmes mostraque esta região apresenta-se de maneira uniforme, semirregularidades, defeitos ou qualquer evidência de descolamentoou imperfeições, o que demonstra a excelente compatibilidadeexistente entre as camadas dos filmes.

A uniformidade da interface entre os filmes éainda mais evidenciada analisando-se as Figuras 2A, 2B, 3 A e 3B.As Figuras 2A e 2B mostram os resultados obtidos de umamicrotomografía de raio X de um corte transversal ampliadorealizado nas mesmas amostras de laminados ora mostrados naFigura IA e Figura 1B, respectivamente.

Enquanto que as Figuras 3A e 3B mostram asimagens obtidas por meio de um microscópio óptico, de um cortetransversal ampliado realizado nas mesmas amostras delaminados da Figura IA e Figura 1B, respectivamente.

Algumas propriedades mecânicas, tais comotensão máxima, alongamento na ruptura e módulo de elasticidade,do filme laminado ora obtido por meio do processo da presenteinvenção foram comparadas aos filmes nanocompósitoscompreendendo borracha natural e argila (não laminados), osquais foram utilizados como referência.

Para a presente invenção, os filmes utilizadoscomo referência foram preferencialmente filmes nanocompósitoscom cerca de 2 mm de espessura, compreendendo borrachanatural com cerca de 5 e 30% de argila em massa e mesmaespessura dos laminados. Os resultados obtidos no ensaiorealizado segundo a norma DIN52504, são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1. Propriedades mecânicas de filmes e laminados

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Conforme mostra os dados da Tabela 1, osfilmes laminados nanoestruturados obtidos por meio da presenteconcretização possuem características que os assemelham aosfilmes nanocompósitos utilizados como referência. Contudo, otempo demandado para o processo de obtenção dos filmeslaminados nanoestruturados da presente concretização é muitoinferior ao tempo de obtenção dos filmes nanocompósitos demesma espessura dos laminados utilizados como referência.

Uma das maiores vantagens do processo dapresente invenção relaciona-se a etapa de secagem do material. Otempo de secagem é proporcional à quantidade de argilaincorporada à matriz e a espessura do filme. Logo, a produção deum filme nanoestruturado com aproximadamente 2,0 mm deespessura por meio da laminação de 3 (três) filmesnanoestruturados com aproximadamente 0,67 mm cada um, écerca de 2(duas) vezes mais rápida que a produção de um únicofilme nanoestruturado (não laminado) com aproximadamente 2,0mm de espessura. Assim, devido a tal característica do processo,diversos filmes nanoestruturados menos espessos, compropriedades diferentes e/ou complementares podem ser unidospor meio do processo ora descrito na presente concretização, demodo a se obter um único filme nanoestruturado provido de maiorespessura sem que ocorra perda das propriedades mecânicas, demaneira rápida, eficiente, com redução nos custos, aumento daprodutividade e de maneira mais viável à produção de filmesespessos (entre 1 elO mm), por meio da laminação auto-adesivade filmes nanocompósitos não vulcanizados.

Uma outra característica da presenteconcretização consiste na obtenção de produtos providos deestruturas altamente compatíveis que possuem as suas fasesrígidas e elásticas alternadas, de maneira rápida e eficiente,devido à quantidade de carga adicionada aos filmes denanocompósitos que serão submetidos ao processo de laminação.

Como exemplo do processo utilizado para aobtenção dos laminados, nanoestruturados auto-adesivos orarevelado na presente concretização utilizou-se o seguinteprocedimento:

- união dos filmes nanocompósitos;

- prensagem do laminado:- caracterização mecânica do filme.

A produção do laminado polimériconanoestruturado é preferencialmente realizada por meio da uniãode pelo menos 2 filmes nanocompósitos previamente obtidos pormeios já revelados na literatura, com auxílio de um dispositivoadequado, tal como um cilindro metálico. [Por favor, confirmar aquantidade de filmes ora utilizados. Não entendemos amodificação de 3 para 2 filmes.] Os laminados podem ser feitoscom dois, três, quatro, cinco, ou mais filmes. Contudo, paralaminar é necessário pelo menos dois filmes.

Para a presente concretização, a disposição dosfilmes de nanocompósitos compreendia as disposições: 2(dois)filmes de cerca de 30% de massa de argila com l(um) filme decerca de 5% de argila devidamente posicionado centralmente emrelação aos dois outros filmes e 2(dois) filmes de cerca de 5% demassa de argila com l(um) filme de cerca de 30% de argiladevidamente posicionado centralmente em relação aos dois outrosfilmes. Na presente concretização, os referidos filmes foramsubmetidos a prensagem em prensa hidráulica sob uma forçavariante entre 1 e 20 kN.

Mais especificamente para uma modalidadepreferida da presente concretização, as forças aplicadas sob osreferidos filmes foram de cerca de 5kN.A ação mecânica sob os referidos filmes foiestabelecida durante um período variante de 1 a 120 minutos.

Mais especificamente para uma modalidadepreferida da presente concretização, os períodos em que osreferidos filmes estiveram submetidos à ação da força mecânicaforam de cerca de 10 minutos ou 60 minutos.

Em seguida, os filmes laminadosnanoestruturados foram submetidos a caracterização mecânica,avaliando-se parâmetros tais como: tensão de ruptura,alongamento da ruptura e Modulo Young.

Como exemplo da versatilidade da metodologia,uma segunda modalidade do processo para obtenção de laminadosnanoestruturados auto-adesivos ora revelado na presenteconcretização compreende:

- unir os filmes nanocompósitos;

- aquecimento do laminado

- caracterização mecânica do filme

A união dos filmes nanocompósitos épreferencialmente realizada por meio da união de pelo menos 2filmes nanocompósitos previamente obtidos por meios járevelados na literatura, com auxílio de um dispositivo adequado,tal como um cilindro metálico. [Por favor, confirmar a quantidadede filmes ora utilizados. Não entendemos a modificação de 3 para2 filmes.] Os laminados podem ser feitos com dois, três, quatro.cinco, ou mais filmes. Contudo, para laminar é necessário pelomenos dois filmes.

Para a presente concretização, a disposição dosfilmes nanocompósitos compreendia as disposições: 2(dois)filmes de cerca de 30% de massa de argila com l(um) filme decerca de 5% de argila devidamente posicionado centralmente emrelação aos dois outros filmes e 2(dois) filmes de cerca de 5% demassa de argila com l(um) filme de cerca de 30% de argiladevidamente posicionado centralmente em relação aos dois outrosfilmes.

Após o procedimento de união dos filmesnanocompósitos, os referidos filmes foram submetidos à açãotérmica por meio de um dispositivo adequado. Na presenteconcretização, os referidos filmes foram submetidos aoaquecimento em estufa sob uma temperatura variante entre 25 e200 °C. Mais especificamente para uma modalidade preferida dapresente concretização, as temperaturas preferencialmenteaplicadas foram de cerca de 60 °C e 120 °C aos referidos filmes.

A ação térmica sob os referidos filmes foiestabelecida durante um período variante de 1 a 120 minutos.

Mais especificamente para uma modalidadepreferida da presente concretização, os períodos em que osreferidos filmes estiveram submetidos ao aquecimento foram decerca de 120 minutos.Em seguida, os filmes laminadosnanoestruturados foram submetidos à caracterização mecânica,avaliando-se parâmetros tais como: tensão de ruptura,alongamento da ruptura e Modulo Young.

Apenas de maneira ilustrativa, não se limitandoa tal referência, tem-se a utilização da borracha no processo depolimerização do estireno, gerando uma mistura polimérica insitu, com domínios discretos de fase borrachosa dispersos em umamatriz contínua de estireno, preferencialmente poliestireno. Apresente concretização vem prover a técnica de produtosnanoestruturados, obtidos por meio da compatibilidade depolímeros de natureza diferentes, fato este que só era possível pormeio de polimerização in situ.

Para que a invenção possa ser melhorcompreendida, a seguir a invenção será detalhada sob a forma deexemplos. Entretanto, os exemplos aqui descritos possuem caráterpuramente ilustrativo, não se tornando formas limitativas dainvenção.

Exemplo 1: Preparo de um filme de nanocompósito de borrachanatural com 5% em massa de argila para laminação

Um primeiro filme de borracha natural providocom cerca de 5% em massa de argila, dimensões de cerca de0,67 mm de espessura e área de aproximadamente 20 x 10 cm2,foi obtido por meio de uma dispersão compreendendo cerca de0,66 g de argila (montmorilonita sódica) em cerca de 30 mL deágua sob constante agitação. A agitação da dispersão foipreferencialmente realizada em agitador magnético por umperíodo aproximado de 10 minutos. Após o período de agitaçãofoi adicionada a referida dispersão, cerca de 21,50g de látex deborracha natural, o qual foi previamente centrifugado com altoteor de amônia e cerca de 65% de sólidos. Em seguida, o sistemafoi mantido sob agitação por cerca de mais20 minutos, de modo a promover uma completa homogeneizaçãoda mistura. Ao término do período de homogeneização, a misturafoi transferida para um recipiente adequado e submetido àsecagem em estufa a cerca de 60 °C. Para a presenteconcretização, o recipiente utilizado para submeter o material àsecagem foi uma forma retangular de polietileno, a qualpermaneceu em estufa por um período de cerca de 24 horas atéque fosse obtida a secagem total do material_As estruturas obtidasforam submetidas à caracterização mecânica e os resultadosrevelaram que os filmes de borracha natural com cerca de 5 % emcom valor próximo de cerca de 4,6 ± 0,6 MPa, o alongamento naruptura foi de cerca de 593 ± 27 % e o módulo de Youngaproximadamente3,1 ±0,3 MPa.Exemplo 2: Preparo de um filme de nanocompósito de borrachanatural com 30% em massa de argila para laminação

Um segundo tipo de filme de borracha naturalfoi obtido por meio de um procedimento semelhante, ou seja, sobas mesmas condições operacionais que ao descrito no Exemplo 1,ora alterando-se à quantidade de material utilizado para adispersão. Devido à alteração na quantidade de material utilizadona dispersão, o filme de borracha natural ora obtido é provido decerca de 30% em massa de argila, porém com dimensõessemelhantes ao filme obtido no Exemplo 1, ou seja, dimensões decerca de 0,67mm de espessura e área de aproximadamente 20 x10 cm2. Para a obtenção do filme de borracha natural com 30%em massa de argila, cerca de 3,96 g de argila foram dispersos emaproximadamente 100 mL de água e a quantidade de látex deborracha natural adicionada a dispersão foi de cerca de 15,84g. Asecagem total do filme de borracha natural com 30% em massa deargila que ora será utilizado como referência demandou cerca de72 horas. As estruturas obtidas foram submetidas à caracterizaçãomecânica e os resultados revelaram que os filmes de borrachanatural com cerca de 30 % em massa de argila obtidos sãoprovidos de uma tensão na ruptura com valor próximo de cerca de8,4 ± 0,3 Mpa, o alongamento na ruptura foi de cerca de 255 ± 4% e o módulo de Young aproximadamente 195 ± 54 MPa.Exemplo 3: Preparo de um filme laminado nanoestruturado.Condição operacional: prensagem durante 10 minutos

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivocompreende três filmes de borracha natural, os quais foramobtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentreos três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes sãoprovidos com 30% em massa de argila e um outro filme providocom 5% em massa de argila devidamente disposto entre os doisfilmes de 30% em massa de argila. A união dos três filmes foirealizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostraa Figura 4. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foisubmetido à prensagem em uma prensa hidráulica sob uma forçade cerca de 5 kN por um período preferencial de 10 minutos. Aestrutura obtida foi submetida à caracterização mecânica e osresultados revelaram que o filme laminado nanoestruturado obtidoé provido de uma tensão na ruptura com valor próximo à de umfilme não-laminado composto com cerca de 30% de argila, demesma espessura ao do laminado obtido. O valor numérico obtidopara a referida tensão foi de cerca de 8,1 ± 0,5 MPa no filmelaminado nanoestruturado ora obtido, o alongamento na rupturaaumentou cerca de 42%, passando para cerca de 361 ±31 % e omódulo de Young passando para cerca de 81 ± 14 Mpa. O tempode obtenção do filme laminado nanoestruturado foi de cerca de 24horas.Exemplo 4: Preparo de um filme laminado nanoestruturado auto-adesivo. Condição operacional: prensagem durante 60 minutos.

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivocompreende três filmes de borracha natural, os quais formaobtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentreos três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes sãoprovidos com 30% em massa de argila e um outro filme providocom 5% em massa de argila devidamente disposto entre os doisfilmes de 30% em massa de argila. A união dos três filmes foirealizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostraa Figura 4. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foisubmetido à prensagem em uma prensa hidráulica sob uma forçade cerca de 5 kN por um período preferencial de 60 minutos. Aestrutura obtida foi submetida à caracterização mecânica e osresultados revelaram que o filme laminado nanoestruturado obtidoé provido de uma tensão na ruptura semelhante à de um filmenão-laminado composto com cerca de 30% de argila, de mesmaespessura ao do laminado obtido. O valor numérico obtido para areferida tensão foi de cerca de 7,2 ±0,6 MPa no filme laminadonanoestruturado ora obtido, o alongamento na ruptura aumentoucerca de 13%, passando para cerca de 289 ± 23 % e o módulo deYoung ficando mais próximo ao de um filme com 30% de argilanão laminado do que de um filme com 5% de argila, passandopara 138 ± 15 MPa no laminado. O tempo de obtenção do filmelaminado nanoestruturado foi de cerca de 24 horas.

Exemplo 5: Preparo de um filme laminado nanoestruturado auto-adesivo. Condição operacional: aquecimento a 60 °C

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivocompreende três filmes de borracha natural, os quais foramobtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentreos três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes sãoprovidos com 30% em massa de argila e um outro filme providocom 5% em massa de argila devidamente disposto entre os doisfilmes de 30% em massa de argila. A união dos três filmes foirealizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostraa Figura 4. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foisubmetido ao aquecimento em estufa por aproximadamente 60 °Cpor um período de cerca duas horas. A estrutura obtida foisubmetida à caracterização mecânica e os resultados revelaramque o filme laminado nanoestruturado obtido é provido de umatensão na ruptura semelhante à de um filme não-laminadocomposto com cerca de 30% de argila, de mesma espessura ao dolaminado obtido. O valor numérico obtido para a referida tensãofoi de cerca de 8,0 ± 0,4 MPa no filme laminado nanoestruturadoora obtido, o alongamento na ruptura aumentou cerca de 34%,passando para cerca de 342 ± 17 % e o módulo de Youngapresentou valores intermediários entre um filme com 30% decarga e um com 5% de carga, passando para 97 ± 14 MPa nolaminado. O tempo de obtenção do filme laminadonanoestruturado foi de cerca de 24 horas.

Exemplo 6: Preparo de um filme laminado nanoestruturado auto-adesivo. Condição operacional: aquecimento a 120 °C

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivocompreende três filmes de borracha natural, os quais foramobtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentreos três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes sãoprovidos com 30% em massa de argila e um outro filme providocom 5% em massa de argila devidamente disposto entre os doisfilmes de 30% em massa de argila. A união dos três filmes foirealizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostraa Figura 4. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foisubmetido ao aquecimento em estufa por aproximadamente 120°C por um período de cerca duas horas. A estrutura obtida foisubmetida à caracterização mecânica e os resultados revelaramque o filme laminado nanoestruturado obtido é provido de umatensão na ruptura semelhante à de um filme não-laminadocomposto com cerca de 30% de argila, de mesma espessura ao dolaminado obtido. O valor numérico obtido para a referida tensãofoi de cerca de 6,8 ± 0,9 MPa no filme laminado nanoestruturadoora obtido, o alongamento na ruptura aumentou cerca de 18%,passando para cerca de 301 ± 26 % e o módulo de Young passoupara 110 ± 33 MPa no laminado. O tempo de obtenção do filmelaminado nanoestruturado foi de cerca de 24 horas.

Exemplo 7: Preparo de um filme laminado nanoestruturado auto-adesivo. Condição operacional: prensagem durante10 minutos

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivocompreende três filmes de borracha natural, os quais formaobtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentreos três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes sãoprovidos com 5% em massa de argila e um outro filme providocom 30% em massa de argila devidamente disposto entre os doisfilmes de 5% em massa de argila. A união dos três filmes foirealizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostraa Figura 5. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foisubmetido à prensagem em uma prensa hidráulica sob uma forçade cerca de 5 kN por um período preferencial de 10 minutos. Aestrutura obtida foi submetida à caracterização mecânica e osresultados revelaram que a tensão de ruptura do filme laminadonanoestruturado obtido manteve as mesmas características de umfilme nanocompósito com 5% de argila não-laminado de mesmaespessura que o laminado. O valor numérico obtido para areferida tensão foi de cerca de 4,1 ± 0,8 MPa no filme laminadonanoestruturado ora obtido. Contudo, o incremento na quantidadede carga adicionada a este laminado frente a um filme com 5% decarga, afetou de maneira significativa o alongamento na ruptura. O alongamento na ruptura passou para cerca de 300 ± 17 % e o módulo de Young passou para 41 ± 10 MPa no laminado. O tempo de obtenção do filme laminado nanoestruturado foi de cerca de 24 horas.

Exemplo 8: Preparo de um filme laminado nanoestruturao auto-adesivo. Condição operacional: prensagem durante 60 minutos

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivo compreende três filmes de borracha natural, os quais forma obtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentre os três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes são providos com 5% em massa de argila e um outro filme provido com 30% em massa de argila devidamente disposto entre os dois filmes de 5% em massa de argila. A união dos três filmes foi realizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostra a Figura 5. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foi submetido à prensagem em uma prensa hidráulica sob uma força de cerca de 5 kN por um período preferencial de 60 minutos. A estrutura obtida foi submetida à caracterização mecânica e os resultados revelaram que a tensão de ruptura do filme laminado nanoestruturado obtido manteve-se próxima às de um filme nanocompósito com 5% de argila não-laminado de mesma espessura que o laminado. O valor numérico obtido para areferida tensão foi de cerca de

4,4 ± 0,4 MPa no filme laminado nanoestruturado ora obtido, o alongamento na ruptura passou para cerca de 305 ± 6 % e o módulo de Young apresentou um aumento de doze vezes em relação ao filme de 5 % de argila, passando para 41 ± 9 MPa. O tempo de preparação do laminado foi reduzido pela metade quando comparado com o filme de referência.

Exemplo 9: Preparo de um filme laminado nanoestruturado auto-adesivo. Condição operacional: aquecimento a 60 °C

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivocompreende três filmes de borracha natural, os quais foram obtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentre os três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes são providos com 5% em massa de argila e um outro filme providocom 30% em massa de argila devidamente disposto entre os dois filmes de 30% em massa de argila. A união dos três filmes foi realizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostra a Figura 4. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foi submetido ao aquecimento em estufa por aproximadamente 60 °C por um período de cerca duas horas. A estrutura obtida foi submetida à caracterização mecânica e os resultados revelaram que o filme laminado nanoestruturado obtido é provido de uma tensão na ruptura estatisticamente igual à de um filme não-laminado com 5% de argila. O valor numérico obtido para areferida tensão foi de cerca de

4,2 ± 0,5 MPa no filme laminado nanoestruturado ora obtido, o alongamento na ruptura passou para cerca de 303 ± 19 % e o módulo de Young passou para 47 ± 10 MPa no laminado.

O tempo de obtenção do filme laminado nanoestruturado foi de cerca de 24 horas.

Exemplo 10: Preparo de um filme laminado nanoestruturado auto-adesivo. Condição operacional: aquecimento a 120 °C

O filme laminado nanoestruturado auto-adesivo compreende três filmes de borracha natural, os quais foram obtidos por meio do Exemplo 1 e por meio do Exemplo 2. Dentre os três filmes de borracha utilizados, dois desses filmes são providos com 5% em massa de argila e um outro filme provido com 30% em massa de argila devidamente disposto entre os dois filmes de 30% em massa de argila. A união dos três filmes foi realizada com o auxílio de um cilindro metálico conforme mostra a Figura 4. Após a união dos filmes, o laminado ora obtido foi submetido ao aquecimento em estufa por aproximadamente 60 °C por um período de cerca duas horas. A estrutura obtida foisubmetida à caracterização mecânica e os resultados revelaram que a tensão na ruptura passou para cerca de 3,7 ± 0,1 MPa no filme laminado nanoestruturado ora obtido, o alongamento na ruptura passou para cerca de 252 ± 3 % e o módulo de Young aumentou treze vezes e meia, passando para 45 ± 11 MPa nolaminado. O tempo de obtenção do filme laminado nanoestruturado foi de cerca de 24 horas..

Claims (29)

1. Processo para obtenção de filmes laminados nanoestruturados espessos auto-adesivos caracterizado por compreender filmes nanocompósitos de matriz elastomérica, sem a adição de qualquer tipo de adesivo ou aditivo para promover a união entre os filmes.

2. Processo para obtenção de filmes laminados nanoestruturados espessos auto-adesivos caracterizado por compreender a união de pelo menos 2(dois) filmes nanocompósitos; a prensagem do laminado sob força de 1 a 20kN sob um período de 1 a 120 minutos e a caracterização mecânica do filme

3. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por alternativamente compreender a união de pelo menos 2 (dois) filmes nanocompósitos; o aquecimento do laminado por meio de em estufa sob uma temperatura variante entre 25 e 200 °C durante um período variante de 1 a 120 minutos e a caracterização mecânica do filme.

4. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por os filmes nanocompósitos serem previamente obtidos por meios járevelados na literatura com auxílio de um dispositivo adequado, tal como um cilindro metálico.

5. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por poder serrealizado de forma contínua, utilizando-se bobinas e folhas de filmes nanocompósitos.

6. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por alternativamente poder ser realizado de forma contínua, utilizando-se bobinas e fitas de filmes nanocompósitos.

7. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a união dos filmes ser realizada por meio de processos mecânicos promovidos por meio de quaisquer dispositivos específicos para essa finalidade.

8. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por alternativamente a união dos filmes ser realizada por meio de processos térmicos, promovidos por meio de quaisquer dispositivos específicos para essa finalidade.

9. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 6, caracterizado por os dispositivos específicos serem selecionados dentre :prensa, calandra, estufa, fornos ou similares.

10. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os filmes nanocompósitos não serem vulcanizados.

11. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por a eficiência do processo de laminação ser comprovada por meio da forte interação existente entre os filmes nanocompósitos elastoméricos não-vulcanizados contendo diferentes teores de nanopartí cuias.

12. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por os filmes nanocompósitos serem formados por matrizes poliméricas de natureza semelhante, obtidos por meio das técnicas de dispersão e secagem ou coagulação e secagem.

13. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por alternativamente os filmes nanocompósitos serem formados por matrizes poliméricas de mesma natureza e obtidos por meio de qualquer outra técnica aplicada e já revelada na literatura.

14. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as propriedades mecânicas dos filmes nanocompósitos serem dependentes do tipo e da quantidade de carga nanométrica adicionadas à matriz polimérica.

15. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por as cadeias poliméricas possuírem uma maior mobilidade, difundirem-se através da interface entre os filmes, a qual possibilita a união de filmes nanocompósitos elastoméricos sem demandar a realização de procedimentos adicionais.

16. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender pelo menos cerca de 50% da carga nanométrica dispersa na matriz polimérica na forma de estruturas individuais e pequenos agregados com no máximo ------150nm de espessura.

17. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por os polímeros que constituem a matriz elastomérica poderem ser selecionados dentre os látexes naturais e os látexes sintéticos.

18. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por alternativamente os polímeros que constituem a matriz elastomérica poderem ser selecionados dentre os látexes naturais.

19. Processo para obtenção de filmes laminadosde acordo com a reivindicação 17, caracterizado por alternativamente os polímeros que constituem a matriz elastomérica poderem ser selecionados dentre os látexes sintéticos.

20. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 17 a 19, caracterizado por os polímeros serem selecionados dentre borracha natural, o poliestireno homo e co-polimérico, acrílicos, borracha estireno-butadieno, borracha nitrílica, poliuretano, PVC, fluorados, ou misturas destes.

21. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por as cargas nanométricas poderem ser selecionadas dentre as partículas de sílica, nanopartícuias metálicas, nanotubos, fibras nanométricas ou suas combinações.

22. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por preferencialmente a carga nanométrica selecionada ser a argila.

23. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por as argilas poderem ser selecionadas dentre: esmectitas, hectorita, mica, vermiculita, bentonita, sepiolita, ou ainda uma mistura delas.

24. Processo para obtenção de filmes laminados de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por o tempode secagem ser proporcional à quantidade de argila incorporada à matriz e a espessura do filme.

25. Filme laminado nanoestruturado obtido pelo processo conforme reivindicado de 1 a 24, caracterizado por serconfeccionado sem a adição de aditivos e sem a necessidade de tratamento especial para promoção da união dos filmes de nanocompositos; ser formado por meio da auto-adesão de pelo menos 2(dois) filmes de nanocompositos de matriz elastomérica, compreendendo cerca de 60-99,5% de uma massa de polímero e entre 0,5-40% de uma carga nanométrica em massa e possuir espessura variante entre 0,1 e 10 mm.

26. Filme laminado nanoestruturado de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por alternativamente poderter a camada externa submetida a um processo de vulcanização.

27. Filme laminado nanoestruturado de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por ser utilizado na produção de artefatos tais como pneus, embalagens, solados e outros artefatos para a indústria de calçados.

28. Filme laminado nanoestruturado de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por os referidos artefatos poderem ter a forma de filmes, bolhas, espumas, tubos, fitas, cabos ou pré-formas e possuem a sua aplicabilidade em indústrias de materiais poliméricos.

29. Filme laminado nanoestruturado de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por serem providos de estruturas altamente compatíveis que possuem as suas fases rígidas e elásticas alternadas, de maneira rápida e eficiente,devido à quantidade de carga adicionada aos filmes de nanocompósitos que serão submetidos ao processo de laminação.