BRPI0809503A2 - Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina, artigo de fabricação, e, estrutura de barreira de múltiplas camadas - Google Patents

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“MÉTODO PARA SELECIONAR UMA COMPOSIÇÃO SORVENTE LIGADA À RESINA, ARTIGO DE FABRICAÇÃO, E, ESTRUTURA DE BARREIRA DE MÚLTIPLAS CAMADAS”

CAMPO DA INVENÇÃO A invenção amplamente diz respeito a materiais de acondicionamento, mais especificamente a barreiras compósitas adsortivas para aplicações em acondicionamento, e ainda mais particularmente a um método para selecionar os materiais e composição dos mesmos para barreiras compósitas adsortivas para aplicações em acondicionamento.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Compósitos a base de polímero carregado com particulados inorgânicos são usados há muito tempo para melhorar as propriedades mecânicas de polímeros termoplásticos e de termocura. Compósitos carregados com absorventes de umidade também foram propostos para o propósito de preparar revestimentos dessecantes e outras partes internas de recipientes termoplásticos e controlar umidade em tais recipientes, por exemplo, patente dos Estados Unidos No. 6.130.263. Múltiplas aplicações em acondicionamento de produtos eletrônicos, automotivos, farmacêuticos, de diagnósticos e de alimento requerem níveis de umidade muito baixos dentro da embalagem ou área delimitada encapsulada para proteger produtos ou componentes sensíveis à umidade da exposição à umidade do meio ambiente. Progressivamente, eletrônicos e eletrônicos automotivos sofrem alterações com o uso de fundições de molde de metal para invólucros e componentes para o uso de termoplásticos. Esta transição é abastecida pela necessidade de reduzir o peso e custo em um ambiente competitivo sempre crescente. Como resultado do rápido ritmo de desenvolvimento destas aplicações, o processo de seleção de resinas termoplásticas frequentemente não leva em consideração as propriedades de transporte de vapor de água de tais resinas que diretamente impactam a vida de serviço dos componentes ou dispositivos. Em conjunto com esta tendência está a miniaturização dos componentes ou dispositivos que deixam pouco ou nenhum espaço para sorventes delimitados que resultam em inadequada ou nenhuma proteção à umidade qualquer que seja. Atualmente, a seleção e uso de termoplásticos que apresentam as 5 melhores características de barreira de umidade passiva frequentemente não alcançam o objetivo de fornecer proteção do ingresso de umidade durante a vida de serviço desejada do componente ou dispositivo. Até hoje, áreas delimitadas deste tipo essencialmente não alcançaram o objetivo de fornecer um desempenho suficiente com relação à prevenção do ingresso de umidade. 10 Várias patentes U.S. focam na melhoria do transporte de

umidade no compósito carregado de dessecante de maneira a acelerar o efeito dessecante de tais compósitos rapidamente removendo umidade de dentro da embalagem, especialmente quando usados como uma parte interior do recipiente. Ver, por exemplo, patentes dos Estados Unidos Nos. 5.911.937; 15 6.130.263; 6.194.079; e 6.214.255. Os dispositivos são inadequados para muitas necessidades descritas, uma vez que eles não funcionam na prevenção do ingresso de umidade, mas meramente absorvem umidade depois que ela entrou em uma área delimitada durante as operações de acondicionamento, durante o tempo de serviço de um dispositivo ou depois da abertura dos 20 recipientes resseláveis.

Uma vez que todos os materiais plásticos são permeáveis aos gases atmosféricos e vapor de água, plásticos são incapazes de fornecer um ambiente sem umidade dentro de qualquer embalagem ou área delimitada feita desta por períodos significativos de tempo. Até agora, o controle da 25 umidade permeada, isto é, umidade que já entrou em uma área delimitada, foi a principal motivação para desenvolver compósitos que absorvem umidade. Uma abordagem alternativa para remover umidade que já permeou em uma embalagem é melhorar as propriedades de barreira de umidade do material polimérico de embalagem em si. A dispersão de um absorvente de água em uma resina de polímero termoplástico permite a criação de um compósito que age como uma barreira ativa para permeação de vapor de água. Barreiras ativas interceptam e removem umidade que difunde através da barreira por meios físicos e/ou químicos. Tais barreiras permitem a redução ou completa 5 eliminação de permeação de umidade na embalagem por durações de tempo significativas. Ver, por exemplo, pedidos de patente dos Estados Unidos Nos. 11/040.471; 11/335.108; e 11/635.750, cujas aplicações estão aqui incorporadas pela referência na sua íntegra.

Em barreiras compósitas preenchidas com aditivos que 10 adsorvem umidade, os aditivos sorvente distribuído na matriz polimérica pode causar uma demora significativa, conhecida na tecnologia como um tempo de atraso difusivo de uma camada de barreira, antes que a umidade comece a penetrar em uma embalagem, que é frequentemente várias ordens de magnitude maior que a demora observada nas barreiras feitas de resinas puras. 15 Embora o cálculo do tempo de atraso para resinas puras e barreiras compósitas de resina/sorvente seja descrito na DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO a seguir, deve-se perceber que estes invólucros são bem conhecidos na tecnologia. Estes cálculos de tempo de atraso foram usados como um determinante do fracasso da área delimitada. Em outras palavras, 20 uma vez que o tempo de atraso é alcançado, supõe-se que a área delimitada não funcionou, uma vez que supõe-se que a permeação de umidade não impedida atravessa a barreira para continuar daí em diante. Ao contrário, observou-se que esta suposição é incorreta para certos tipos de materiais sorventes e composições de barreira. Por exemplo, por um período de tempo 25 depois do alcance do tempo de atraso, uma área delimitada pode ser mantida abaixo de uma umidade relativa de 10-50% e, desde que os conteúdos da área delimitada não sejam deteriorados e/ou danificados por tais níveis de umidade relativa, a área delimitada não falhou meramente para alcançar o tempo de atraso. Assim, é vantajoso entender como uma área delimitada funciona depois de alcançar o tempo de atraso.

Como podem ser derivados da variedade de dispositivos e métodos direcionados para a produção de polímeros que adsorvem umidade usados tanto para fornecer uma barreira ativa quanto para absorver umidade 5 existente de uma área delimitada, muitos meios foram contemplados para realizar a finalidade desejada, isto é, proteção de um componente sensível à umidade da degradação, prolongando assim a vida de serviço do componente. Até agora, escolhas entre a seleção do material e razões de mistura foram requeridas e, da forma descrita, tais determinações foram feitas sem entender 10 completamente seus efeitos. Assim, existe uma necessidade de longa data de um método para selecionar as resinas de polímero, sorventes e razões de mistura destes para alcançar projetos específicos e alvos de desempenho. Existe ainda uma necessidade de longa data de um meio para prever exatamente os efeitos da resina de polímero, sorvente e razão de mistura 15 destas seleções. Em vista do exposto anteriormente, a presente invenção permite melhores propriedades de barreira de umidade de artigos de acondicionamento em vez de meramente entender a taxa de sorção de umidade dela. Além disso, a barreira de umidade da presente invenção fornece características de barreira efetivas no ponto de ingresso de umidade, 20 prevenindo ou minimizando assim permeação de umidade, em vez de fornecer a remoção da umidade depois que ela alcança o interior de uma área delimitada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção amplamente compreende um método para 25 selecionar uma composição sorvente ligada à resina apropriada que pode ser usada pelo menos para preparar, em parte, uma área delimitada para proteger conteúdos da umidade externa, em que a área delimitada tem um volume de topo interno V, uma espessura L e uma área superficial A, a área delimitada circundada por um ambiente tendo uma umidade relativa externa hsaída que é uma fração de uma densidade de vapor de água saturado psat em um ar a uma temperatura T, o volume interno tendo uma umidade relativa interna máxima que significa um ponto final de proteção de barreira de umidade, o método compreendendo as etapas de: a) selecionar uma pluralidade de resinas, uma 5 pluralidade de sorventes particulados e uma pluralidade de razões entre os mesmos para formar uma pluralidade de compósitos e uma pluralidade de espessura de camada compósita, em que cada resina da pluralidade de resinas tem uma difusividade de vapor de água efetiva Dm e um coeficiente de solubilidade de vapor de água Sm, e cada compósito da pluralidade de 10 compósitos tem uma fração de volume da resina (pm e uma fração de volume do sorvente cpd ; b) calcular uma pluralidade de tempos de falha para a pluralidade de compósitos e a pluralidade de camadas compósitas, em que cada tempo de falha da pluralidade de tempos de falha é baseada em quando uma umidade relativa interna hentrada de cada compósito da pluralidade de 15 compósitos é igual à umidade relativa interna máxima; c) determinar qual da pluralidade de tempos de falha é maior; e, d) selecionar um compósito da pluralidade de compósitos e uma espessura da camada compósita baseada no resultado da etapa (c). Também entendeu-se que a faixa de espessura de uma camada compósita compreendendo uma área delimitada é frequentemente 20 afetada por outras considerações de projeto de área delimitada, por exemplo, propriedades mecânicas e elétrica, peso, custos de material e fabricação. Desta forma, a seleção de um compósito ideal na etapa (d) pode ser feita para satisfazer a restrição da espessura da parede da área delimitada específica.

Em algumas modalidades, cada sorvente particulado da 25 pluralidade de sorventes particulados é estequiométrico e irreversível com relação à quantidade de vapor de água sorvida e cada compósito da pluralidade de compósitos tem um coeficiente estequiométrico μ, uma concentração de massa inicial Ro e uma concentração Csaida de vapor de água dissolvida em uma superfície externa da área delimitada ou de uma camada compósita, a evolução da umidade relativa interna depois de um tempo de atraso tLR é calculada de acordo com a equação:

entrada

(0 = Kaida

1 - exp

LR

LiPsatV + ^mSmAL

em que:

t é um tempo para alcançar a umidade relativa interna hm; e, tLRt é o tempo de atraso da área delimitada com a espessura L. Nestas modalidades, o tempo de atraso é calculado de acordo

com a equaçao:

^LR — ' 6D.

(1 + 3Ψ)

em que:

Ψ = c.

saida

Embora em outras modalidades, cada sorvente particulado da 10 pluralidade de sorventes particulados é reversível com relação à adsorção de vapor de água e tem uma isoterma de sorção de vapor de água, a dita isoterma de vapor de água é linear tendo um coeficiente de solubilidade de vapor de água constante Sd e um coeficiente pseudo estequiométrico μ que descreve a quantidade de água adsorvida em equilíbrio máxima por unidade de peso de 15 sorvente em contato com vapor de água saturado, e cada compósito da pluralidade de compósitos tem uma concentração de massa inicial R0 do dito sorvente e uma concentração Csaída de vapor de água dissolvida em uma superfície externa, a evolução da umidade relativa interna depois de um tempo de atraso tLL é calculada de acordo com a equação:

entrada

(0 = Kaida

1-exp

- tLL)

í(P^,V + \s„AL

20

em que: t é um tempo para alcançar a umidade relativa interna e, tLL é o tempo de atraso da área delimitada tendo a espessura L;

Sef=OmSm+ 0dSd Nestas modalidades, o tempo de atraso é calculado de acordo

com a equaçao:

^LL

L2

6 Dm

(I + Vhsaida)

em que:

Ψ =

c

saída

Ainda em outras modalidades, cada sorvente particulado da pluralidade de sorventes particulados tem uma isoterma de sorção de vapor de água, a isoterma de sorção de vapor de água é um modo de sorção duplo com uma constante de saturação de lacuna Cmax, uma constante de afinidade de Langmuir b, e o volume interno tem uma umidade relativa interna inicial hentrada,o> a evolução da umidade relativa interna depois de um tempo de atraso tLD é calculada de acordo com a equação:

aÁ]+bK,„)

In 1+_^Wa _ln Kida Knlrilda--XnQ + bh )

1 + WL

^saida

1

1

1 + bh

l + bh

em que:

t é um tempo para alcançar a umidade relativa interna hentrada; tLD é o tempo de atraso da área delimitada tendo a espessura L; Nestas modalidades, o tempo de atraso é calculado de acordo com a equação:

em que:

y = bhsaída.

Ainda em outras modalidades, a composição sorvente ligada à resina é formada com a ajuda de um agente de copulação ou um agente compatibilizante, em que o agente de copulação ou agente compatibilizante é quimicamente compatível com cada resina da pluralidade de resinas e melhora a adesão ou copulação das partículas sorventes com cada resina da pluralidade de resinas. Em algumas destas modalidades, o agente de copulação ou compatibilizante é selecionado do grupo que consiste em agentes reativos e não reativos, enquanto que em algumas destas modalidades, o agente compatibilizante é selecionado do grupo que consiste em um metal, um óxido de metal, um acrilato, um estearato, um copolímero bloco, um maleato, um epóxi, um silano, um titanato, um ligante organometálico e misturas dos mesmos. Ainda em outras modalidades, a composição sorvente ligada à resina é composta de uma extrusora de parafuso gêmeo.

A presente invenção amplamente compreende um artigo de fabricação construído de uma composição sorvente ligada à resina, em que a composição sorvente ligada à resina é feita de acordo com o método descrito anteriormente. Em algumas modalidades, a composição sorvente ligada à 20 resina inclui de cerca de dois porcento em peso (2% em peso) a cerca de cinqüenta e cinco porcento em peso (55% em peso) sorvente e de cerca de quarenta e cinco porcento em peso (45 % em peso) a cerca de noventa e oito porcento em peso (98% em peso) de resina, enquanto que em outras modalidades, a composição sorvente ligada à resina inclui de cerca de vinte 25 cinco porcento em peso (25% em peso) a cerca de cinqüenta e cinco porcento

1 ,

y + y-(l + y)ln(l + y) em peso (55% em peso) sorvente e de cerca de quarenta e cinco porcento em peso (45% em peso) a cerca de setenta e cinco porcento em peso (75% em peso) de resina, e ainda em outras modalidades, a composição sorvente ligada à resina inclui de cerca de trinta e cinco porcento em peso (35% em peso) a 5 cerca de quarenta e dois porcento em peso (42% em peso) sorvente e de cerca de cinqüenta e oito porcento em peso (58% em peso) a cerca de sessenta e cinco porcento em peso (65% em peso) de resina. Ainda em outras modalidades, a composição sorvente ligada à resina inclui uma resina e um sorvente particulado e essencialmente todas as partículas do sorvente 10 particulado são separadas pela matriz da resina.

A presente invenção também amplamente compreende uma estrutura de barreira de múltiplas camadas tendo pelo menos uma camada, em que pelo menos uma camada inclui uma composição sorvente ligada à resina feita de acordo com o método descrito anteriormente.

É um objetivo geral da presente invenção fornecer um método

para selecionar a resina, sorvente e razão entre os mesmos para a construção de uma barreira ativa de sorvente ligada à resina.

r

E um outro objetivo geral da presente invenção maximizar a vida útil de uma área delimitada baseada nas características de barreira ativa de área delimitada e os requerimentos dos conteúdos incluídos nela.

Estes e outros objetivos e vantagens da presente invenção serão prontamente percebidos a partir da seguinte descrição das modalidades preferidas da invenção e dos desenhos e reivindicações em anexo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A natureza e modo de operação da presente invenção será agora mais completamente descrita na seguinte descrição detalhada da invenção com as figuras dos desenhos em anexo, em que:

A figura 1 é um gráfico de um perfil de pressão de vapor de água em uma membrana passiva para condições de permeação de referência (linha sólida) e de estado estacionário (linha pontilhada);

A figura 2 é um gráfico de um atraso de tempo referência em uma membrana passiva;

A figura 3 é um gráfico de isotermas de vapor de água típicas

de peneira molecular e gel de sílica;

A figura 4 é um gráfico de formas de modelo de isotermas de sorção de água;

A figura 5A é um gráfico de isotermas de sorção de água para polipropileno e vários materiais sorventes;

A figura 5B é um gráfico de dinâmicas de permeação através de uma barreira compósita compreendendo resina de polipropileno e vários materiais sorventes;

A figura 6A é um gráfico de isotermas de sorção de água para polietileno de alta densidade e vários materiais sorventes;

A figura 6B é um gráfico de dinâmicas de permeação através de uma barreira compósita compreendendo polietileno de alta densidade resina e vários materiais sorventes;

A figura 7 A é um gráfico de isotermas de sorção de água para tereftalato de polietileno e vários materiais sorventes;

A figura 7B é um gráfico de dinâmicas de permeação através de uma barreira compósita compreendendo resina de tereftalato de polietileno e vários materiais sorventes;

A figura 8 A é um gráfico de isotermas de sorção de água para náilon e vários materiais sorventes;

A figura 8B é um gráfico de dinâmicas de permeação através de uma barreira compósita compreendendo náilon resina e vários materiais sorventes; e

A figura 9 é uma vista transversal de um compósito sorvente de resina típico formado de acordo com o método da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

No princípio, deve-se perceber que números iguais do desenho nas diferentes vistas do desenho identificam elementos estruturais idênticos, 5 ou funcionalmente similares, da invenção. Embora a presente invenção seja descrita com relação ao que é atualmente considerado como aspecto preferido, entende-se que a invenção reivindicada não é limitada aos aspectos descritos.

Além do mais, entende-se que esta invenção não é limitada à 10 metodologia particular, materiais e modificações descritas e como tal pode, certamente variar. Também entende-se que a terminologia aqui usada é para o propósito de descrever aspectos particulares somente e não se destina a limitar o escopo da presente invenção, que é limitada somente pelas reivindicações em anexo.

A menos que definido de outra maneira, todos os termos

técnicos e científicos aqui usados têm o significado comumente entendido por um versado na tecnologia à qual esta invenção pertence. Deve-se perceber que o termo “área delimitada” é sinônimo de termos, tais como “acondicionamento”, “recipiente”, etc., e tais termos podem ser usados 20 independentemente da forma que aparecem na especificação e reivindicações. Embora quaisquer métodos, dispositivos ou materiais similares ou equivalentes aos aqui descritos possam ser usados na prática ou teste da invenção, os métodos, dispositivos, e materiais preferidos são agora descritos.

Ao contrário dos dessecantes fechados e camadas dessecantes 25 internas projetadas para rápida remoção de umidade aprisionada dentro de uma embalagem/área delimitada depois da sei agem, da forma descrita anteriormente, os compósitos da barreira dessecante da presente invenção são projetados para principalmente impedir a permeação de umidade através do artigo de acondicionamento, isto é, área delimitada, pelo maior período de tempo possível. A remoção da umidade da embalagem interior também é observada durante o uso de tais estruturas de barreira, embora a taxa de tal remoção possa ser bastante lenta, e a melhoria da taxa de sorção no interior da área delimitada não forme uma parte da presente invenção. De maneira a 5 reduzir a taxa de permeação de umidade através de uma embalagem/área delimitada compósita a base de polímero, por exemplo, um área delimitada sorvente ligada à resina, e atrasar a obtenção de um padrão de permeação de estado estacionário através da espessura da parede da barreira, a presente invenção usa o método descrito a seguir para selecionar os materiais 10 compósitos, razões entre os mesmos e procedimentos de incorporação de carga.

Conforme supradescrito, compósitos poliméricos carregados com cargas adsortivas de umidade podem servir como barreiras de umidade de longa duração efetivas em aplicações em acondicionamento. O desempenho transiente de tais barreiras é descrito em termos de tempo de atraso difusivo e taxas de permeação efetivas transientes em um ambiente contido depois do tempo de atraso. Embora o cálculo dos tempos de atraso difusivos seja bem conhecido na tecnologia, a determinação de taxas de permeação efetivas transientes até agora não foi concluída. Resultados analíticos para absorventes estequiométricos irreversíveis, bem como isotermas de sorção de água de modo de Fickian (linear) e duplo de matrizes de polímero e cargas são descritos daqui em diante e servem como um modelo de dados de permeação transiente e cinéticas de aumento da umidade dentro de uma embalagem selada. Características de projeto de barreira compósita crítica e maneiras de melhorar o desempenho da barreira transiente também são discutidos aqui.

O desempenho de barreiras poliméricas permeáveis à permeação de gás e vapor de água é rotineiramente caracterizado por propriedades de transporte de dois estados estáveis: a taxa de transmissão de estado estacionário (permeabilidade), TRss , e o tempo de atraso referência tL. TRss é a vazão de permeação através de uma área de barreira de unidade A normalizada para a diferença de pressão de gás Ap nos ambientes separados. A vazão da permeação de vapor de água é expressa em unidades de mols por 5 metros quadrados por segundo (mol/(m s) ou gramas por metros quadrados por segundo (g/(m s)), embora a vazão de permeantes de gás seja expressa em unidades de mols por metros quadrados por segundo por Pascais (mol/(m2 s Pa)) ou em unidades de centímetros cúbicos em temperatura e pressão padrão

3 2

por metros quadrados por segundos por Pascais (cm (STP)/(m s Pa)). Alternativamente, para o transporte de vapor de água, a permeabilidade é frequentemente expressa em unidades de gramas por metros quadrados por

ry _

dia por diferença na umidade relativa (g/(m dia AUR)), em uma diferença de temperatura e umidade relativa específica (AUR), isto é, a diferença de umidade relativa nos lados opostos da membrana da barreira foi mantida na mesma temperatura fixa. O atraso no tempo pode ser determinado como um tempo de resposta a uma mudança repentina na umidade relativa externa para quaisquer condições iniciais na membrana ou, em outras palavras, um atraso assintomático antes de estabelecer um padrão de fluxo de estado estacionário de permeação. O tempo de atraso referência da membrana de barreira desgaseificada inicialmente com pressão de vapor de água à jusante mantida em zero é comumente reportado como o calor de atraso no tempo tL. (Ver a figura I). Da forma mostrada na figura 1, um perfil de pressão de vapor de água referência inicial é apresentado para uma membrana passiva pela linha sólida e para uma condição de permeação de estado estacionário pela linha pontilhada.

Deve-se perceber que depois do atraso no tempo a umidade relativa no ambiente contido aumentará continuamente eventualmente alcançando o equilíbrio com o ambiente externo. Uma vez que a temperatura no ambiente externo pode variar com a estação do ano e durante ciclos de dianoite, sempre há um potencial para condensação de vapor de água dentro do volume contido mediante uma queda de temperatura. Conforme supradescrito, condensação pode causar corrosão de componentes eletrônicos encapsulados, encurtamento dos circuitos eletrônicos e outros efeitos indesejáveis. Uma 5 estrutura polimérica dessecante selecionada e/ou otimizada de acordo com a presente invenção age como uma barreira a longo prazo à permeação de umidade e, assim, drasticamente aumenta o tempo de serviço de um dispositivo embalado.

Conforme apresentado anteriormente, a presente invenção compreende várias etapas para determinar e selecionar a resina de polímero, material sorvente e razão entre os mesmos ideal. Primeiramente, discutiu-se barreiras poliméricas não intumescentes, isto é, exemplos de resinas que não permitem condensação de água na matriz e que pode ser considerado com a presente invenção. Embora as barreiras de polímero não incluam material sorvente, as barreiras ainda absorvem umidade da maneira descrita a seguir. Nas seguintes modalidades, uma membrana de barreira polimérica sólida uniformemente espessa é considerada. Condições de ligação em uma superfície de membrana interna, isto é, dentro de uma embalagem, são fixadas em uma umidade relativa hentrada e uma superfície de membrana externa, isto é, for a da embalagem, é fixada em uma umidade relativa hsaída· Deve-se perceber que hentrada é equivalente à razão entre a densidade de vapor de água dentro da embalagem a temperatura T, isto é, pm, e a densidade de vapor de água saturado a temperatura T, isto é, psat, enquanto que hsaída é equivalente à razão entre a densidade de vapor de água for a da embalagem a temperatura T, isto é, Psaída? e psai· Adicionalmente, cada membrana corresponde a uma pressão parcial fixa de vapor de água de pentrada e psaída> respectivamente, com relação a uma pressão de vapor de água saturado psal em uma temperatura especificada T.

Ktraia(T) = (xioo%)w (χioo%)

Piat \* ) Psat \ S /1 \ P^.f)(xlOO%)« Pxiáa^} (xlOO%)

p,JT) Psat(T) (2)

Subsequentemente, densidade de vapor de água de saturação dependente da temperatura psai (T) é usada para determinar a quantidade de água mm na embalagem tendo um volume de topo interno V .

^entrada ^-mtradci Psat V (3)

Deve-se perceber que o volume de topo interno V significa todo volume em uma embalagem ou área delimitada que não é preenchido com componentes, materiais ou quaisquer objetos contidos na embalagem.

Análogo a um coeficiente de solubilidade S de gases de não condensação em polímeros, o coeficiente de solubilidade de vapor de água Sm em matrizes poliméricas pode ser expresso como uma massa mw de água 10 dissolvida em um polímero por unidade de volume Ventrada de uma matriz de polímero seco (inicialmente negligenciando o intumescimento de polímeros hidrofílicos) em uma umidade relativa externa (UR) de 100% em uma dada temperatura T. O coeficiente de solubilidade de vapor de água Sm é expresso nas unidades de gramas por metros cúbicos por uma umidade relativa de cem 15 porcento (g / (m3 * 100%UR)).

S (T) =---(4)

Vm -100%UR

Então a concentração Cm de água dissolvida em uma matriz de polímero não intumescente com sorção de Fickian (linear), em equilíbrio com as umidades externas hsa{da (T), é linearmente proporcional às umidades externas Iisaida . A concentração Cm é expressa nas unidades de gramas por

λ

metro cúbico (g/m ).

Cm Ql-saída) SmHSaida (5)

Alternativamente, a quantidade de água dissolvida em uma matriz de polímero não intumescente pode ser calculada em uma base de ganho de peso Wentrada em uma matriz de polímero tendo uma gravidade específica pm. Base de ganho de peso Wentrada é expressa nas unidades de gramas de água por gramas de polímero (g(água)/g(polímero)).

e u

ψ _ m saída ^

Pn,

Usando a difusividade de vapor de água Dentrada (T) na matriz de polímero dada em metros quadrados por segundo (m /s), a permeabilidade do vapor de água Pm (T) do polímero pode ser calculada. A permeabilidade do 5 vapor de água Pm (T) é expressa em unidades de milímetros de grama por metros quadrados por segundo por uma umidade relativa de cem porcento ((g ’ mm)/(m2‘ s * 100%UR)).

Pm=DmSm (7)

Na equação (7) anterior, 100% UR refere-se à diferença de umidade relativa AUR em lados opostos da barreira de permeação, isto é, 100% UR na interface exterior e 0% UR na interface interior. Esta diferença na umidade relativa serve como uma força motriz para difusão de vapor de água através da barreira.

A taxa de transmissão de vapor de água de estado estacionário WVTR através de uma unidade de área da barreira com uma 15 espessura uniforme L em uma unidade de diferença de pressão de vapor de água Ap(T), correspondente à 100% de diferença de umidade relativa, é expressa na equação (8) a seguir. A taxa de transmissão de vapor de água WVTR é expressa em unidades de gramas por metros quadrados por segundo por uma umidade relativa de cem porcento (g/(m2 ’ s ’ 100% 20 UR)).

P (T} D S

WVTR(T) = = -a-*- (8)

L L

ss

O fluxo de material de estado estacionário J0 de vapor de água através de uma unidade de área da barreira com uma espessura uniforme L e uma diferença de umidade relativa Ah através dela é expressa na equação (9) a seguir, fluxo de material de estado estacionário J0 é expresso nas unidades de gramas por metros quadrados por segundo (g/(m2 * s)). A concentração de vapor de água no equilíbrio Cm no material pode potencialmente depender não linearmente da pressão de vapor na fase de gás adjacente através de uma isoterma de sorção não linear Cm (p) ou em uma umidade relativa h em uma temperatura fixa como Cm (h). Este comportamento de sorção é discutido anteriormente.

O tempo de atraso referência tL refere-se ao atraso assintomático antes que o perfil de concentração de soluto de estado estacionário Css(Z) é estabelecida em uma membrana inicialmente desgaseificada com uma pressão de vapor de água à jusante mantida em zero, isto é, entrada = 0. Um exemplo do atraso no tempo referência para uma membrana polimérica passiva com sorção linear é mostrado na figura 2.

Para condição inicial arbitrária Co(£) = 0(ξ,ί = 0) para a concentração do soluto através da espessura da membrana L com coordenada sem dimensão ξ - x/L = [0.,1] através da espessura e as condições de ligação fixas Centrada = C(O) = Oe CsaIda = C(I) > 0 na superfície interna e as ligações de superfície externa, respectivamente, o tempo de atraso é obtido, por exemplo, usando o método de Frisch. Frisch H. L., J Phys. Chem. 61, 93-95 (1957). O tempo de atraso tL calculado de acordo com Frisch é descrito na equação (10) a seguir.

í(i-dc"(l)-cGfe)k (10)

saida 0

Na equação (10), Dentrada, é o coeficiente de difusividade do permeante no material da barreira e a origem da coordenada x é localizada na superfície interna da membrana (ver figura I). Para a membrana inicialmente desgaseificada com C0 (ξ) = 0 e sorção de Fickian com Sm, = const, a concentração de vapor de estado estacionário na membrana é calculada de acordo com a equação (11)

c"fé)=íc^=ís,A,» (H)

A equação de integração (10) em vista da equação (11) rende a equação (12), resultando assim no atraso no tempo referência tL.

(i2)

Para material de barreira homogêneo, não importa se a concentração do soluto no material é expressa em gramas por centímetros cúbicos (g/cm3) ou como um peso ganho em gramas por grama (g/g), uma vez 5 que estas propriedades são linearmente relacionadas uma com a outra por meio da densidade da matriz de polímero pm de acordo com as equações (5) e (6) anteriores, e se anulam.

Depois do atraso no tempo, isto é, tL , o ganho de peso do vapor de água (mentrada) no volume contido V é acompanhado pelo ganho de vapor (mb) na matriz de polímero da barreira. Assim, o ganho de peso de vapor de água no volume contido é calculado de acordo com equação (13).

= Yd^r (13)

dt dt

Alternativamente, o ganho de peso de vapor de água pode ser calculado usando as equações (3) e (9) anteriores. Assim, o ganho de peso de vapor de água pode ser determinado usando a equação (14).

....... D„S„A /, , \ 1 „ Mtmnda

y Menirada _ DmSmA / )_ JL O Afl

Psat j. τ V saida entrada) ^ m

7. τ- \ saiaa emraaa 7.

dt L 2 dt (14)

O coeficiente Vi na equação (14) aparece devido à umidade de

fora hsaída ser fixa, enquanto que hentrada, isto é, a umidade na área delimitada, está evoluindo. Rearranjando a equação (14) dá a equação (15).

~ τ/ , 1 r» jt Mlentrada _ Dm Sm A /1 < \

Psot ^ m , — T X saida entrada)

dt L (15)

v 2

O resultado da integração da equação (15) é a equação (16).

/

Kntrada (0 ~ Kaida ~ eXP

DmSmA

m m

L

PsatV + -SmAL VV L JJ

(16)

Em vista das equações anteriores, para um ambiente contido inicialmente seco com hentrada (0) = 0, isto é, o volume na área delimitada, a evolução da umidade relativa dentro da área delimitada ou embalagem é aproximado pela equação (17).

XÚ = \

O5 para / < tL

1-exp

tL)

para / > Zi

(17)

Em resumo, durante o período de tempo antes de alcançar o tempo de atraso tL não há umidade na área delimitada, enquanto que durante o período de tempo depois que o tempo de atraso tL é alcançado a evolução da umidade na área delimitada é calculada de acordo com a segunda equação em

(17).

Em seguida, discutiu-se barreiras compósitas, isto é, barreiras compreendendo tanto resina quanto sorvente. Quando uma membrana contém 10 um aditivo particulado disperso que pode absorver o permeante de difusão, três situações distintas são possíveis: (1) o aditivo cataliticamente remove a quantidade ilimitada de permeante (reagindo com ele e consumindo-o ou convertendo-o em outras espécies sem depleção da capacidade de absorção do aditivo); (2) o aditivo irreversivelmente absorve o permeante até uma certa 15 quantidade estequiométrica (normalmente reação química ou quimiossorção); ou, (3) o aditivo reversivelmente imobiliza o permeante por meio de adsorção física. O desempenho das barreiras cataliticamente reativas e reativas estequiométricas, isto é, o desempenho através do tempo de atraso, foi analisado em outro lugar. Siegel R.A. e Cussler EX., J Membr. Sei. 229, 33- 20 41 (2004). e Solovyov S.E., J. Phys. Chem. B 108, 15618-15630 (2004). O atraso no tempo nas barreiras contendo cargas adsortivas reversíveis (dessecantes no caso de vapor de água) foi obtido por isotermas de sorção de modo duplo comumente observadas de tais adsorventes dispersos em uma matriz de polímero com sorção de Fickian (linear). Paul D. R. e Kemp D. R., J Polim. ScL, Symp. 41, 79-93 (1973). A presente invenção permite a previsão e otimização do desempenho de tais barreiras compósitas depois do atraso no tempo quando a permeação do vapor aumenta a pressão de vapor no ambiente contido à jusante, isto é, o ambiente em uma área delimitada.

Vapor de água não pode ser removido cataliticamente nas

condições próximas ao ambiente, isto é, nenhum aditivo conhecido pode irreversivelmente remover uma quantidade ilimitada de vapor de água, desta forma, somente adsorventes inorgânicos de sorção de modo duplo estequiométricos irreversíveis e lineares reversíveis dispersos nas matrizes poliméricas como particulados finos (pós) são aqui considerados.

Primeiramente, absorventes estequiométricos irreversíveis são considerados. O comportamento da sorção de modo duplo comumente observado pode dar origem a dois padrões de sorção distintos: (1) rápida saturação em baixos valores de UR e (2) sorção quase-linear em uma faixa 15 mais ampla de UR (processo de preenchimento de lacuna) seguido por saturação assintomática (dissolução comum na matriz). O formador é representado pelas peneiras moleculares (MS) que ocorrem sintética e naturalmente, e o último pelos dessecantes de gel de sílica (SG), da forma mostrada na figura 3. As dinâmicas de permeação com isoterma de sorção 20 tipo MS são intimamente aproximadas pela reação química irreversível estequiométrica que remove uma quantidade pré-determinada de água antes de ser desativada, isto é, saturação de MS aproximadamente acima de 20% de UR. Esta característica é mostrada na figura 4 como absorvente estequiométrico. Este aspecto é especialmente relevante quando a força 25 motriz para a difusão é representada por uma UR externa fixa, que é muito maior que o ponto de saturação MS e uma UR de zero porcento à jusante, isto é, uma UR de zero porcento na área delimitada.

O tempo de atraso referência ílr nas barreiras de permeação contendo um absorvente reativo quimicamente irreversível de gases e vapores de difusão com um perfil de concentração de massa inicial Ro (ξ) através da espessura da barreira L e um coeficiente estequiométrico μ em gramas de água por grama de absorvente (g/g) é encontrado como uma soma do tempo de atraso referência t, da barreira de polímero de matriz e o tempo de atraso de estado estacionário tR devido à reação estequiométrica do soluto com o aditivo disperso. Siegel R. A. e Cussler E.L., J Membr. Sei. 229, 33-41 (2004). O tempo de atraso referência tLR é descrito pela equação (18).

tu, =<L +'«jO-íKfeVí

6D D Csaida I (18)

Para carregamento de aditivo reativo uniforme através da espessura da barreira R0 (ξ) = const, a expressão para o tempo de atraso é simplificada para a equação (19).

tLR=tL+tR = — + ——1 (1 + 3Ψ)

6D 2D Csaida 6DK (19)

O complexo Ψ sem dimensão é denominado a capacidade reativa relativa do material de barreira e é descrito pela equação (20).

Ψ = -^- (20)

Csaída

Para polímeros com sorção de Fickian, a concentração de água na ligação da membrana à montante, isto é, a superfície exterior da área delimitada, pode ser expressa por meio do coeficiente de solubilidade constante Sm como na equação (5).

Para o adsorvente dessecante com a fração de volume <pd e a densidade de partícula aparente pd dispersa em uma matriz de polímero com a fração de volume (pm e a densidade pm , em que Cpd + cpm = 1, a concentração de massa dessecante no material compósito preenchido uniformemente tendo um volume Vc é descrita pela equação (21).

R mc =ΕΖ±=φρ (2i)

Vd+Vm Vc

Uma forma modificada da equação (11) leva em consideração o fato de que a solubilidade do vapor de água tanto na matriz quanto no absorvente irreversível disperso contribui para a concentração da massa de água no estado estacionário no material compósito. A equação (22) é a forma modificada da equação (11).

^(ξ)=ΦΑ>’„Λξ+φΜρ, (22)

Wd é a capacidade de saturação de dessecante estequiométrico

tipo MS, isto é, o peso de água adsorvida por unidade de peso do dessecante e pd é a densidade aparente de uma partícula dessecante, isto é, a massa da partícula dessecante dividida pelo volume excluído pela partícula em uma matriz de polímero. Entretanto, a água imobilizada no adsorvente não 10 contribui para o fluxo de estado estacionário. Para as condições de referência, o atraso no tempo é calculado de acordo com equação (23).

tIR = —-— í 0 - ξίρ?(ξ) - oW =

= n Wi ffc í+wApM = <23)

Dm‘PmSmh,aUl. 0

^ , L2 <Pd WiPd L

+ — = (] + 3ψ)

φγη SmHsaida 6Dr

Equação (23) é um equivalente de fração de massa do resultado da equação (20); entretanto, neste exemplo, Ψ é descrito pela equação (24).

ψ _ _ Φά WdPd ^24)

^ mP saida Φπί ^Tn^rsaida

Se (pd for a fração de volume de adsorvente, isto é, dessecante,

carregada na matriz polimérica, e fd for a fração de peso do adsorvente, então estas frações podem ser interconvertidas de acordo com as equações (25) e (26). ΦΛ =-----(25)

Λ+—(ι-Λ)

P

φ+^^φ)

Pd

Se uma depressão perfeita existir na membrana à jusante depois do tempo de atraso, então a taxa de soluto que ingressa é proporcional à permeabilidade TRss do material compósito inativado com a difusividade efetiva Dc e coeficiente de solubilidade Sc- O fluxo efetivo J0 representa a taxa 5 de permeação do soluto através da ligação da membrana à jusante. Deve-se perceber que uma “depressão perfeita” significa que a membrana à jusante ou, em outras palavras, o volume na área delimitada, é mantida em zero porcento (0%) de UR, incluindo durante períodos de ingresso de umidade através do material de barreira.

-JM = TR SS (.Psaida - Pentrada (0) = {pscida - Pentrada (O) (27)

A equação (27) pressupõe que a pressão interna pm muda

lentamente e o fluxo de estado pseudo estável é estabelecido através da barreira. Isto é normalmente o caso para áreas delimitadas de embalagem que encapsulam um volume total muito maior que o volume de material de acondicionamento usado, que constitui um objetivo de projeto padrão

para qualquer embalagem. Quando o adsorvente é impermeável ao vapor de água, isto é, não age como um caminho de difusão de água e o adsorvente não significativamente afeta a mobilidade da molécula de água na matriz, então a equação (27) é modificada se tornando a equação (28).

20

_j{t) = ^MnL{hsaida-henlrada( 0) (28)

Usando as equações (23) e (28), e levando em consideração a fração de volume reduzida da matriz de polímero disponível para difusão, devido à presença das partículas adsorventes, a evolução da umidade dentro da embalagem, isto é, área delimitada, é expressa pela equação (29).

.(0 =

0, para / < tLR

h

• · sai/i

■ / 1 - exp Φγη Aji --- tLR) l[pmv*^s,al . I V > / n (29)

para t > tLR

Em resumo, durante o período de tempo antes de alcançar o tempo de atraso tLR não existe nenhuma umidade na área delimitada, enquanto que durante o período de tempo depois que o tempo de atraso ílr é alcançado, a umidade na área delimitada é calculada de acordo com a segunda equação em (29).

Para níveis de UR abaixo da umidade de saturação dessecante 10 hsai, a isoterma de sorção do dessecante é frequentemente linear: Cd{h < hsai) = Sdh, e a pressão de vapor de saturação anterior psai da superfície interna do dessecante são próximos de ser saturados e a dissolução de Fickian é frequentemente insignificante: Cd (h > hsai) ~ Sdhsai = const. Estes modos de sorção são analisados e supra discutidos.

Abaixo da pressão de vapor de saturação do dessecante, o

coeficiente de solubilidade efetivo do material compósito pode ser definido em uma base de concentração volumétrica e é calculado de acordo com as equações (30) e (31).

Cc = Sejh (30)

Sef Φπι^ηι ' φ(1^ά φ/nSm ' φά^άΡά (3 ^)

O tempo de atraso referência tLL em uma barreira compósita tendo um adsorvente de modo linear disperso nela é calculado de acordo com a equação (32). tLL ~

L

2 I

DCf

*S'—'saicL·

Dó Sh

m > m m i

fnTfn m ZCfiiLi O

r L2 Φ S +à,S. 1C ,

í(1 - ξ)ξ ■ SefhsMl άξ=-~Ψη ” f(^ - í2

J £>_ j0

D,

1 +

Ma

Φηζ„

v^2 £

m \ rmm J

3 Λ

6Dm .

o m ^

1 +

’d^d

6D_

QjWjPi

(32)

L2

10

15

6D.

-(ι+ίΌ

Deve-se notar que tLL, isto é, a equação (32), é aproximadamente três vezes menor que tLR, isto é, a equação (23) quando a capacidade de adsorção relativa da barreira Ψ » 1 e a umidades externa hsaída é próxima de 100%.

Depois do tempo de atraso tLL, o acúmulo de vapor de água no volume de topo interno V, isto é, o volume vazio na área delimitada, é descrito por um análogo do equilíbrio de massa da equação (14), a equação (33) a seguir.

Pjr

entrada dt

dt

(33)

A equação (33) pode ser rearranjada da forma mostrada na equação (34) a seguir.

T/ 1 _ .Adh.

PsatV + ~SefAL

’entrada _ Φm ^ m (1 _ r \

Ίί τ V saída entrada /

dt L

(34)

Resolvendo a equação (34) para hentradaresulta na equação (35), onde Ah0 = hsaída _ hcntrada!o é a diferença de umidade relativa inicial através da barreira.

f \

Tm mm

KtradaiO = hsaida-àh0 GXp

Áp„y + \s*AL

(35)

Em vista do anterior, a solução aproximada combinada para o crescimento da pressão interna para as condições iniciais de referência resulta 10

15

na equação (36) tendo o valor tLL fornecido pela equação (32) e o valor Sef fornecido pela equação (31).

^enlrada (^)

0, para t < tLL

k

* "scríAi

1 - exp

(36)

para t > tjr^

Em resumo, durante o período de tempo antes de alcançar o tempo de atraso não existe nenhuma umidade na área delimitada, enquanto que durante o período de tempo depois que o tempo de atraso tLL é alcançado, a umidade na área delimitada é calculada de acordo com a segunda equação em (36).

Conforme supradescrito, muitos sorventes também podem se comportar como adsorventes de modo duplo reversíveis com comportamento de sorção de modo de Fickian (dissolução de massa) e Langmuir (lacuna de saturação). Isotermas de sorção Sd(h) de modo duplo (DS) de dessecantes comuns podem ser incorporadas no coeficiente de solubilidade efetivo do compósito de polímero carregado com dessecante com Cc = Sef (T)h de acordo com as equações (37), (38) e (39).

C b

sd=sd(h) = · ,

l + bh

Sef(h) Φηι^ηι + Φά^άΟ^)

Cb

+ bh

(37)

(38)

(39)

O parâmetro Cmax é a então chamada constante de saturação da lacuna na sorção de modo de Langmuir.

A constante de afinidade de Langmuir fenomenológica b é correlacionada com a razão das constantes da taxa de sorção e dessorção de soluto no modo de Langmuir. A isoterma de sorção efetiva combina a sorção de modo de Fickian da matriz de polímero e a sorção de modo duplo do dessecante.

O tempo de atraso referência Tld com a isoterma de sorção dupla do dessecante é encontrado na equação (10). Paul D.R. e Kemp D.R., J Polim. ScI, Symp. 41, 79-93 (1973).

L2 1

DCsaida 0

}(i -£)[c^)-c0Gf)k =

L2

Φπί ^rn ^saida 0

jo-f)

ΦAhMa^ Φ6

c ^bhsaida ξ I + bhsaída ξ

άξ =

(40)

10

15

L2

1+tj cTMxb 6

^y2 + 7-(I+7)111(1+7)

Sm /

Ao contrário do Ψ anterior, y é apresentado na equação (41) a

seguir.

y bhsaida (41)

Ao contrário da equação (33), a mudança no coeficiente de solubilidade efetivo Sef (hentrada) na barreira durante uma mudança na umidade interna hentrada não pode ser menosprezada devido à não linearidade da isoterma de sorção e tal mudança tem que ser diferenciada para obter dinâmicas de permeação. Neste exemplo, o equilíbrio de massa dentro do volume do recipiente fixo V é expresso pela equação (42), (43) ou, equivalentemente (44).

J S dhsaUa _<fimDmSmA N 1 Λτ d(s ef(h*ntroda)h ^tndn)

Psav ·, ~ T KnUdda entrada)--Λ.L

dt L 2 dt

aL

PsatV + ^T

/

QmSm +Qd

(1 +Bhcnnda)1

h h..

Ct4 +Q3

lSaida * entrada

Λ

dherurada _ QmDmSmA dt L

a2 +

a,

(l + bh

entrada )

dK

'saida ' entrada

dt

(42)

(43)

(44)

Os coeficientes da equação (44) estão incluídos a seguir na equação (45).

«1 = ^Cmax Z> a2 =

(45)

«4 = P*,*';

òmDmSmA

Ym m m

L

Resolvendo a equação (45) resulta na equação (46) e subsequentemente na equação (47) para a constante de integração, obtida da condição inicial conhecida hino para umidade relativa dentro da embalagem.

ti I ; 1 n(1 +bhentrada)-(ai 1 ^~bhs.,;.ia) 1 n( Hsaii^i-Hen ÍTlija)-ii·. 1 n( 1 ~ bhsai;ja)/ ^ π( 1 +bhentra(ja)_ — t-t-pnnct íΛ/W

asíl+bW4 t+C°nSt

_ ^1^31 π( 1 +bhentrada0)-(a1a3+a4)( I "^bh^^) 1 n(hsajt]a-hentra(ja)-fl] 3.31 n( I "^bhsaIja)/1 π( 1 +bhenIra da.o)

a5( ^bhsaida) 1 '

Embora o UR na área delimitada permaneça igual a zero porcento (0%) antes de alcançar tLD calculado pela equação (40), a evolução do UR hentrada 00 dentro da embalagem depois de tLD é uma função implícita expressa como t(hentrada)9 isto é, a equação (48).

as(l + bh,^)2

aIaI+ °4 ln

1— l+kK 1_ ^SOtila ^ ertímài λ ,t . i 1 I 1

lnTTTl--lnI-;--ln(l + bh^)\

I "I" hsaicia erUraái.O I 1 + ^hefttrgda 1 + Ò/j

(48)

Assim, diferente das equações anteriores, para calcular o valor de umidade na área delimitada hentrada com base no tempo t, uma pluralidade de valores de hentrada são usados para determinar uma pluralidade de tempos t. Subsequentemente, a relação entre hentrada e t pode ser graficamente representada ou analisada usando outros métodos.

Em vista da análise anterior, os seguintes exemplos de compósitos de resina e sorvente mostram como a presente invenção é usada para otimizar formulações de barreiras compósitas adsortivas por meio da seleção de tais materiais e as razões entre os mesmos. No primeiro exemplo, a resina usada é polipropileno (PP) (ver figuras 5 A e 5B), enquanto que no segundo exemplo, polietileno de alta densidade (HDPE) é a resina (ver figuras 6A e 6B). No terceiro exemplo, a resina usada é tereftalato de polietileno (PET) (ver figuras 7A e 7B), e o quarto exemplo usa um náilon de resina de poliamida higroscópico 6,6 (ver figura 8A e 8B). Cada exemplo compara o 5 desempenho de cada resina respectiva em combinação com adsorventes de modo estequiométrico, linear e duplo, onde os adsorventes de modo duplo são modelados como tendo tanto uma isoterma de sorção fracamente não linear, isto é, próxima a um adsorvente linear, quanto uma isoterma de sorção fortemente não linear, isto é, próxima a um adsorvente estequiométrico.

Nos exemplos infra apresentados, o adsorvente químico

estequiométrico ou irreversível considerado é óxido de cálcio (CaO), enquanto que o adsorvente de modo linear considerado é gel de sílica a zero a sessenta porcento (0 - 60%) de umidade relativa, o adsorvente modo de sorção duplo forte considerado é peneira molecular, e o adsorvente de modo 15 de sorção duplo fraco considerado é uma mistura de peneira molecular e gel de sílica. Deve-se perceber que outros sorventes que são bem conhecidos na tecnologia também podem ser considerados no desenvolvimento do método da presente invenção, e tais sorventes estão no espírito e escopo da invenção reivindicada. Adicionalmente, embora somente polipropileno, polietileno de 20 alta densidade, tereftalato de polietileno e náilon sejam discutidos a seguir, deve-se perceber que o método da presente invenção pode ser usado considerando qualquer resina/polímero apropriado e tais resina/polímeros estão no espírito e escopo da invenção reivindicada.

Além disso, todas as isotermas de sorção foram ajustadas para 25 corresponder aos mesmos vinte e seis porcento em peso (26% em peso) de capacidade de sorção de umidade final em cem porcento (100%) de umidade relativa para facilitar a comparação entre os casos. Isotermas reais diferem na capacidade final mostrada na figura 3. Adicionalmente, deve-se observar que, embora cada composição descrita a seguir compreende quarenta porcento em peso (40% em peso) de sorvente, os valores de carregamento volumétricos são cada um diferente devido às diferenças na densidade da resina.

Exemplo 1 - Polipropileno e vários sorventes Tabela 1 - características de polipropileno e sorventes usados nos cálculos

Variável Valor Unidades umidade externa relativa (hsaída) 80% umidade relativa interna inicial (hentrada,o) 0% área da superfície da barreira (A) 6,00 x IO-4 m2 espessura da barreira (L) I5OOx IO'3 m difusividade (D ou Dm) 1,00 x 10‘12 m2/s permeabilidade (P) 5,00 x IO'10 g m/( m2s 100% de UR) fração de carregamento de peso do 0,4 dessecante (0d) densidade do dessecante (pd) 2,0 g/cm3 densidade da matriz ou resina (pm) 0,90 g/cm capacidade de saturação do dessecante 0,26 g/g/100% de UR (Wd) modo DS fraco da constante de 0,52 g/g/l00% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS forte da constante de 0,27 g/g/100% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS fraco da constante de 1 afinidade de Langmuir (b) modo DS forte da constante de afinidade 30 de Langmuir (b) volume do topo interno (V) 1,00 x IO’6 m3 densidade de vapor saturado a 20°C 17,3 g/m3/100% de UR (Psat) pressão de vapor saturado a 20°C (psat) 1208 Pa Conforme pode ser visto na figura 5B, tempos de atraso

variam de cerca de vinte quatro (24) meses a cerca de setenta e dois (72)

meses, e níveis de umidade relativa interna aumentam de acordo com a

composição resina/sorvente. Assim, se uma umidade relativa interna de

sessenta porcento (60%) for considerada o ponto de falha, tempos de falha

variam de cerca de setenta e seis (76) meses a cerca de um cento e oito (108)

meses. Exemplo 2 - Polietileno de alta densidade e vários sorventes Tabela 2 - características de polietileno de alta densidade e sorventes usados nos cálculos

Variável VaIor Unidades umidade externa relativa (hsaída) 80% umidade relativa interna inicial (hentrada,o) 0% área da superfície da barreira (A) 6,00 x IO-4 m2 espessura da barreira (L) 1,00 x IO'3 m difusividade (D ou Dm) 5,50 x 10‘13 m2/s permeabilidade (P) 2,80 x IO'10 g m/( m2s 100% de UR) fração de carregamento de peso do 0,4 dessecante (0d) densidade do dessecante (pd) 2,0 g/cm3 densidade da matriz ou resina (pm) 0,96 •2 g/cm capacidade de saturação do dessecante 0,26 g/g/100% de UR (Wd) modo DS fraco da constante de 0,52 g/g/100% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS forte da constante de 0,27 g/g/100% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS fraco da constante de 1 afinidade de Langmuir (b) modo DS forte da constante de afinidade 30 de Langmuir (b) volume do topo interno (V) 1,00 x IO'6 m3 densidade de vapor saturado a 20°C 17,3 g/m3/100% de UR (Psat) pressão de vapor saturado a 20°C (psat) 2308 Pa Conforme pode ser visto na figura 6B, tempos de atraso

variam de cerca de quarenta e oito (48) meses a cerca de cento e quarenta e quatro (144) meses, e níveis de umidade relativa interna aumentam de acordo com a composição resina/sorvente. Assim, se uma umidade relativa interna de sessenta porcento (60%) for considerada o ponto de falha, tempos de falha variam de cerca de cento e quarenta e quatro (144) meses a cerca de duzentos 10 e sete (207) meses. Exemplo 3 - Tereftalato de polietileno e vários sorventes Tabela 3 - características de tereftalato de polietileno e sorventes usados nos cálculos

Variável Valor Unidades umidade externa relativa (hsa(da) 80% umidade relativa interna inicial (hentrada,0) 0% área da superfície da barreira (A) 6,00 x IO-4 2 m espessura da barreira (L) 1,00 x IO"3 m difusividade (D ou Dm) l2,00 x IO'12 m2/s permeabilidade (P) 3,00 x IO'9 g m/( m2s 100% de UR) fração de carregamento de peso do 0,4 dessecante (0d) densidade do dessecante (pd) 2,0 1 g/cm3 densidade da matriz ou resina (pm) 1,3 g/cm3 capacidade de saturação do dessecante 0,26 g/g/100% de UR (Wd) modo DS fraco da constante de 0,52 g/g/100% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS forte da constante de 0,27 g/g/100% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS fraco da constante de 1 afinidade de Langmuir (b) modo DS forte da constante de afinidade 30 de Langmuir (b) volume do topo interno (V) 1,00 x IO'6 m3 densidade de vapor saturado a 2 O0C 17,3 g/m3/100% de UR (Psat) pressão de vapor saturado a 20°C (psat) 2308 Pa Conforme pode ser visto na figura 7B, tempos de atraso

variam de cerca de seis (6) meses a cerca de dezoito (18) meses, e níveis de umidade relativa interna aumentam de acordo com a composição resina/sorvente. Assim, se uma umidade relativa interna de sessenta porcento (60%) for considerada o ponto de falha, tempos de falha variam de cerca de dezenove meses e meio (19 1/2) meses a cerca de vinte seis (26) meses. Exemplo 4 - Náilon e vários sorventes

Tabela 4 - características de náilon e sorventes usados nos

cálculos

Variável Valor Unidades vimidade extema relativa (hsaída) 80% umidade relativa interna inicial (hentrada,o) 0% área da superfície da barreira (A) 6,00 x IO"4 m2 espessura da barreira (L) 1,00 x 10'j m difusividade (D ou Dm) 2,40 x IO'1 J m2/s permeabilidade (P) 1,24 x IO"8 gm/(m's 100% de UR) fração de carregamento de peso do 0,4 dessecante (0d) densidade do dessecante (pd) 2,0 g/cm3 densidade da matriz ou resina (pm) 1,14 g/cm capacidade de saturação do dessecante 0,26 g/g/100% de UR (Wd) modo DS fraco da constante de 0,52 g/g/100% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS forte da constante de 0,27 g/g/100% de UR saturação da lacuna (Cmax) modo DS fraco da constante de 1 afinidade de Langmuir (b) modo DS forte da constante de afinidade 30 de Langmuir (b) volume do topo interno (V) 1,00 x 10"b mJ densidade de vapor saturado a 20°C 17,3 g/nr3/100% de UR (Psat) pressão de vapor saturado a 20°C (psat) 2308 Pa Conforme pode ser visto na figura 8B, tempos de atraso

variam de cerca de dois (2) meses a cerca de quatro (4) meses, e níveis de

umidade relativa interna aumentam de acordo com a composição

resina/sorvente. Assim, se uma umidade relativa interna de sessenta porcento

(60%) for considerada o ponto de falha, tempos de falha variam de cerca de

cinco meses e meio (5 1/2) a cerca de sete (7) meses.

Os resultados apresentados demonstram que adsorventes lineares e fracamente não lineares, fornecendo ao mesmo tempo um menor tempo de atraso, podem potencialmente resultar em um maior tempo de serviço de componentes embalados. Por exemplo, tais adsorventes lineares podem fornecer um tempo muito maior para alcançar 60% de UR dentro do recipiente que adsorventes estequiométricos e fortemente não lineares (modo duplo) com a mesma capacidade de saturação e carregamento da fração de peso em uma barreira compósita, da forma mostrada nas figuras 5 A a 8B. Em 5 vista do anterior, um versado na tecnologia pode determinar que resina de um grupo de resinas, cujo sorvente de um grupo de sorventes, e cuja razão entre os mesmos fornecerá a característica requerida, por exemplo, rigidez, dureza, peso, compatibilidades do material, etc., mantendo ao mesmo tempo uma umidade relativa em um nível aceitável ou abaixo dele em uma área 10 delimitada construída do compósito resina/sorvente pelo tempo desejado. Assim, parte dos custos pode ser minimizada e parte do desempenho pode ser maximizado.

Em vista do anterior, acredita-se que os métodos da presente invenção mostram que resinas preferidas para tais barreiras ativas incluem 15 matrizes poliméricas passivas de barreira de alta umidade, por exemplo, poliolefinas, tais como polipropileno e polietileno ou, em outras palavras, polímeros com permeabilidade do vapor de água inerentemente baixa. Observou-se que materiais dessecantes, tais como adsorventes químicos, por exemplo, géis de sílica e peneiras moleculares, e adsorventes químicos, por 20 exemplo, óxido de cálcio, devem ser preparados como pós finos com tamanhos de partícula de aproximadamente um mícron (1 μηι) a aproximadamente cinqüenta mícrons (50 μηι) antes da dispersão em uma matriz de polímero durante a preparação do composto. Tamanhos de partícula menores de partículas sorventes mostraram reduzir a probabilidade de 25 moléculas de água desviando destas partículas durante a difusão da umidade através de uma barreira compósita na mesma carga de sorvente. Ver Solovyov S.E., J Phys. Chem. B 110, 17977-17986 (2006). O efeito resultante é a redução de taxas de permeação transiente através de tais compósitos a zero ou próximo de zero. Os resultados anteriores foram obtidos com base na suposição que o dessecante particulado é bem disperso na matriz de polímero sem aglomeração e que não fornece caminhos facilitados para difusão de umidade na matriz de polímero, tais como canais, vazios, poros, e compartimentos de partícula entranhados interconectados. Observou-se que a dispersão das partículas dessecantes tem que ser realizada durante o estágio de preparo do composto fundido para prevenir a aglomeração de partícula no compósito, fornecer suficiente separação entre partículas próximas e criar uma fase de polímero de matriz contígua em um compósito. As técnicas de extrusão de parafuso simples e gêmeo foram observadas como mais adequadas para preparo de composto fundido. Também observou-se que em uma modalidade preferida a carga volumétrica do dessecante no compósito deve ser limitada aos níveis abaixo de vinte cinco a trinta porcento em volume (25-30 % em vol) para prevenir a aglomeração e contato partícula a partícula mencionados anteriormente. Em níveis de carga de dessecante abaixo de 25-30 % em vol, partículas de dessecante discretas não tocam uma na outra e, desta forma, não podem facilitar o transporte de umidade entre elas. Assim, o transporte de umidade ocorre principalmente através da matriz de polímero contígua e é, desta forma, controlado pelas propriedades de transporte de vapor de água do polímero da matriz. Entretanto, deve-se observar que a carga volumétrica do dessecante é escolhida como sendo a carga possível máxima na restrição previamente descrita, de maneira a atingir a capacidade de adsorção de umidade máxima do compósito, e a alta carga volumétrica também serve para prevenir que as moléculas de água desviem das partículas dessecantes durante a difusão através da barreira compósita.

Um exemplo de uma matriz de polímero como esta é mostrado na figura 9. A matriz de polímero 20 compreende resina contígua 22 e partículas sorventes 24. Como pode ser visto na figura, cada partícula de sorvente individual 24 é separada de cada outra partícula 24 pela resina 22. A matriz 20 inclui superfície externa 26 e superfície interna 28. O vapor de água adjacente à superfície externa 26 entra na matriz 20, por exemplo de acordo com a seta unidirecional 30. Antes da saturação das partículas sorventes 24, o vapor de água pode, por exemplo, progredir na matriz 20 de acordo com as 5 setas unidirecionais 32 e tal vapor é eventualmente absorvido pelas partículas sorventes 24. Subsequente á saturação das partículas sorventes 24, o vapor de água pode progredir através da matriz 20 de acordo com a seta unidirecional 34, ou de acordo com a seta unidirecional 36 cujo vapor de água é absorvido pela partícula sorvente 38 e subsequentemente liberado da partícula 38 de 10 acordo com a seta unidirecional 40. Qualquer molécula de água, isto é, vapor de água, que alcança a superfície interna 28 pode sair da matriz 20, por exemplo de acordo com a seta unidirecional 42.

Meios de dispersão de partícula e separação essencial uma da outra na matriz, tais como mistura e procedimentos de preparo do composto, 15 detalhes de preparação de polímero e dessecante para a preparação do composto, condições de alimentação e processamento durante a preparação do composto, uso potencial de agentes compatibilizantes e auxiliares de processamento para estabilizar morfologias de compósito altamente carregados, etc., também formam parte desta invenção. Observou-se que 20 folgas interfaciais microscópicas e defeitos entre as partículas dessecantes e matriz de polímero que surgem comumente da incompatibilidade termodinâmica da resina e as partículas dessecantes dispersas são preferivelmente reduzidas ou eliminadas por meio do uso de agentes compatibilizantes adequados no compósito resina-sorvente; entretanto, deve25 se perceber que somente a quantidade adequada mínima de agente compatibilizante é usada de maneira a prevenir a aglomeração e minimizar outras interações das partículas dessecantes compatibilizadas, tal como formação de microcanais que conectam partículas, e para essencialmente prevenir a formação de poros, furos e microrachaduras no compósito durante o resfriamento. A formação de microfratura na fase de polímero contígua é frequentemente observada em compósitos de polímero altamente carregados mediante resfriamento como um resultado do encolhimento não uniforme do polímero limitado pelas partículas sorventes carregadas e tais defeitos podem 5 levar a um aumento significativo nas taxas de permeação de umidade através do compósito. Assim, a escolha de regimes de resfriamento controlados e compatibilizantes adequados permite a redução da formação de tais microfraturas em partes fabricadas dos compósitos sorventes ligados à resina da presente invenção. A seleção de auxiliares e aditivos de processamento 10 para alcançar a dispersão de partícula desejada em um compósito é responsável pelo fato de que tais aditivos não devem promover ou facilitar a difusão da umidade em volta das partículas dessecantes e de uma partícula para a outra, por exemplo, ao longo das interfaces compatibilizadas e através das camadas de ligação de sobreposição em volta de cada partícula, mas ao 15 contrário serve somente para estabilizar a morfologia do compósito e para impedir o bloqueio da permeação de umidade para as partículas. Como tal, os agentes de compatibilização são escolhidos para fornecer permeabilidade ao vapor úmido próxima ou idêntica à da matriz de polímero.

Geralmente, sorventes que são usados e funcionais nesta 20 invenção são os que se ligam mecanicamente à resina sem aditivos especiais, tal como peneira molecular, conforme previamente discutido. Ainda de acordo com a presente invenção, outros podem ser induzidos a se ligar à resina por meio do uso de um aditivo adequado, isto é, se ligam com a ajuda de um agente de copulação ou compatibilizante. Além da peneira molecular, 25 outros sorventes representativos que são usados nas composições da invenção incluem gel de sílica, carbono ativado, alumina ativada, argila, outros zeólitos naturais e combinações destes. Os sorventes que foram observados para funcionar com agente de copulação ou compatibilizantes incluem tais membros como carbono e alumina ativado. Os aditivos que funcionam como compatibilizantes entram em duas categorias, a saber as que se ligam com a resina ou o sorvente, e as que têm alguma afinidade tanto com a resina quanto com o sorvente, e agem como agentes tensoativos de estado sólido. Agentes de copulação reativos incluem 5 tais classes como maleatos, epóxis e silanos. Mais especificamente, agentes de copulação reativos incluem tais exemplos representativos como polímeros enxertados de anidrido maleico usados em quantidades que variam de cerca de 2 a cerca de 5% em peso. Em particular, eles podem incluir tais exemplos representativos como anidrido maleico enxertado com polipropileno ou 10 resinas ABS, o último sendo usado como agentes de copulação com polímeros estirênicos. Similarmente, silanos com vários grupos funcionais anexados podem ser usados.

A presente invenção também contempla o uso dos então chamados agentes compatibilizantes tipo não reativos que se ligam ao sorvente e resina. Isto compreende tais exemplos representativos como metais (por exemplo, zinco ou sódio), óxidos de metal, ligantes organometálicos, acrilatos, estearatos e copolímero blocos, por exemplo, estearato de zinco, estearato de sódio em uma faixa de cerca de 0,01 a cerca de 0,2% em peso com base no sorvente. O nível verdadeiro é conduzido pela área superficial que, por sua vez, é proporcional ao tamanho de partícula. Para uma peneira molecular com tamanho de partícula médio de 10 μηι, 100 ppm de estearato de alumínio devem ser um nível de partida típico para compatibilização com uma resina de poliamida. Com agentes de copulação/compatibilizantes tanto reativos quanto não reativos, acredita-se que sua incorporação na matriz da resina não cria ligações de fases.

A composição sorvente ligada às resinas pode ser preparada de acordo com a presente invenção usando técnicas de preparo de composto termoplástico geralmente familiares entre os versados na tecnologia. Peneira molecular, um sorvente preferido, pode ser incorporado na resina, por exemplo, poliamida, poliolefma, ou similares, alimentando o sorvente em um formato em pó juntamente com contas da resina escolhida em uma extrusora plástica com boas características de mistura. Embora extrusoras de parafuso simples possam ser usadas para compor uma resina e sorvente, uma mistura 5 de resina e sorvente normalmente precisa ser duplamente composta de maneira a produzir um material sorvente ligado à resina adequado. Mesmo depois de duplamente composto, a ré-aglomeração e separação de fases algumas vezes ocorrem durante o processamento adicional. Observou-se que materiais sorventes ligados à resina compostos com equipamento de extrusão 10 de parafuso gêmeo com mistura de retomo extensiva são necessários para atingir dispersão próxima de completa do sorvente e desenvolver as características mecânica e física superiores que são um objetivo desta invenção. Em outras palavras, materiais sorventes ligados à resina formados por meio de uma extrusora de parafuso gêmeo mostram pouca ou nenhuma 15 migração de sorvente na matriz da resina e, assim, estes materiais sorventes ligados à resina mantêm uma aparência homogênea. Desta forma, a formação de composto com extrusora de parafuso gêmeo é tipicamente usada para formar materiais sorventes ligados à resina da presente invenção, uma vez que a resina é fundida e o sorvente misturado completamente. Normalmente é 20 vantajoso que a resina seja aquecida acima de seu ponto de fusão, da forma determinada por DSC (calorimetria de varredura diferencial) antes de o sorvente ser adicionado. Isto é, no preparo dos sorventes ligados à resina da invenção, a temperatura deve ser aumentada para o ponto onde toda cristalinidade é perdida, de maneira a alcançar completa miscibilidade do 25 sorvente na resina fundida. Por exemplo, resina de poliamida da DuPonfs Zytel® 101 pode ser aquecida acima de 262°C. A resina extrusada é resfriada e então cortada em pelotas ou grânulos. Em virtude de a formação do composto ser realizada em temperaturas elevadas, o sorvente rende a não adsorver umidade durante este período de processamento, mas retém sua capacidade de adsorção quando moldado em uma parte do componente e instalado em um ambiente de trabalho.

Uma vantagem adicional realizada com o sistema de sorvente ligado à resina da presente invenção, em que a resina e sorvente são intimamente ligados, é que grama por grama ele é mais efetivo que sistemas adsorventes que empregam um adsorvente inchado, isto é, capacidade de adsorvente por unidade de volume. De acordo com métodos anteriores em que sacos foram usados para colocar o sorvente em um recipiente, o sorvente requereu efervescência para impedir a entrada na corrente do refrigerador, por exemplo. Isto requereu que o sorvente fosse ligado em uma resina ligante, tipicamente 15% em peso de ligante, tal como na forma de um pó. Assim, quando 40 gramas de um sorvente preparado comercialmente foram colocados em um saco, na realidade somente 34 gramas de sorvente foram introduzidos no sistema (com 6 gramas de ligante). Em contrapartida, os sorventes ligados à resina da presente invenção não requerem nenhuma resina ligante adicional em virtude de o sorvente ser colocado diretamente na resina de moldagem, a partir da qual os componentes são fabricados. Vantajosamente, com a presente invenção, nenhuma resina ligante intermediária é necessária, permitindo maiores fatores de carregamento de sorvente que os de outra forma alcançados com os sorventes inchados usuais.

Deve-se perceber que a duração das menores taxas de permeação de vapor de água através das barreiras compósitas descritas, tanto absorventes quanto quimicamente reativas, é determinada pelo então chamado tempo de atraso da barreira. Para absorventes químicos, o tempo de atraso 25 depende da capacidade reativa estequiométrica do material de barreira. Para absorventes físicos, o tempo de atraso é controlado pela capacidade de adsorver a umidade do dessecante usado, sua fração carregada, e a forma de sua isoterma de sorção de vapor de água. Ao contrário de absorventes químicos cuja capacidade reativa tem que ser completamente depletada através da espessura da barreira antes da barreira começar a “vazar”, os absorventes físicos não são completamente saturados quando a permeação prossegue através da barreira carregada com eles. A estrutura do compósito continua a funcionar como uma barreira absorvente mesmo depois que o 5 transporte do vapor de água de estado estacionário é estabelecida através da barreira. Como tal ela reduz a taxa de acúmulo de vapor de água na embalagem devido a uma necessidade de saturar uma fração do sorvente adicional, uma vez que o nível de umidade dentro da embalagem aumenta.

Observou-se que os métodos da presente invenção fornecem 10 um meio de criar compósitos de polímero altamente carregados que, devido aos altos níveis de carga de dessecante, apresentam arqueamento e encolhimento significativamente reduzidos mediante resfriamento e assim fornecem um meio para produzir partes estruturais mais espessas em tolerâncias de fabricação estreitas. Tais compósitos podem ser usados como 15 resinas de moldagem estrutural para a fabricação de artigos de acondicionamento e encapsulação rígidos de única camada em uma variedade de aplicações. Além disso, graus modificados de impacto dos compósitos descritos podem ser preparados pela adição na matriz resina-sorvente de uma fase elastomérica dispersa, por exemplo, borracha termoplástica, tendo baixa 20 permeabilidade à umidade. Adicionalmente, o método da presente invenção pode ser usado para criar compósitos de resina-sorvente que podem formar um revestimento de barreira de alta umidade no exterior de um artigo de acondicionamento de maneira a estender seu tempo de serviço útil, isto é, a duração da melhoria da barreira.

Deve-se perceber que antes da presente invenção, embalagem

e/ou áreas delimitadas não funcionaram com base no cálculo do tempo de atraso sozinho. Entretanto, a maioria dos conteúdos em tais áreas delimitadas pode suportar níveis de umidade relativa interna acima de zero porcento (0%), de fato alguns conteúdos podem ainda suportar níveis de umidade relativa em excesso de sessenta porcento (60%). Assim, supondo que a área delimitada foi rompida, uma vez que o tempo de atraso foi alcançado, maiores períodos de tempo onde os conteúdos ainda permanecem seguros foram perdidos, resultando em previsões de vida de serviço reduzidas ou projetos de área 5 delimitada alternativos com maior custo. Em vista do anterior, a presente invenção fornece um meio de determinar exatamente o aumento na umidade relativa interna em tais áreas delimitadas por maiores períodos de tempo. Conforme um versado na tecnologia reconhece, não é prático meramente testar tais áreas delimitadas em níveis de umidade elevados em virtude de o 10 teste poder levar anos e não existem métodos razoáveis de acelerar tal teste. Desta forma, o método da presente invenção fornece informação com relação ao desempenho de tais áreas delimitadas sem a necessidade de teste prolongado, não prático.

O método da presente invenção fornece um meio de 15 determinar, a partir de um grupo de resinas e sorventes, quais as composições de resinas e sorventes alcançarão os requerimentos de projeto, por exemplo, ingresso de umidade em uma área delimitada feito a partir de tais composições e parte de custo geral. O método inclui as etapas de: a) selecionar uma pluralidade de resinas, uma pluralidade de sorventes e uma 20 pluralidade de razões entre os mesmos para formar uma pluralidade de compósitos; b) calcular uma pluralidade de tempos de falha para a pluralidade de compósitos, em que cada tempo de falha da pluralidade de tempos de falha é baseado em quando uma umidade relativa interna hentrada de cada compósito da pluralidade de compósitos é igual à umidade relativa interna máxima (ver 25 discussão anterior com relação aos vários métodos de calcular a umidade relativa interna); c) determinar qual pluralidade de tempos de falha é maior; e, d) selecionar um compósito da pluralidade de compósitos com base no resultado da etapa (c). Realizando o método anterior, uma composição sorvente ligada à resina pode ser selecionada que mais intimamente combina com os requerimentos do projeto da área delimitada.

Assim, observa-se que os objetivos da presente invenção são eficientemente obtidos, embora modificações e alterações da invenção possam ser prontamente evidentes para os versados na tecnologia, cujas

modificações se destinam a estar no espírito e escopo da invenção reivindicada. Também entende-se que a descrição anterior é ilustrativa da presente invenção e não deve ser considerada como limitante. Desta forma, outras modalidades da presente invenção são possíveis sem fugir do espírito e escopo da presente invenção.

Claims (17)

1. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina apropriada, que pode ser usada pelo menos para, em parte, preparar uma área delimitada para proteger conteúdos de umidades externas, em que a dita área delimitada tem um volume de topo interno V, uma espessura L e uma área de superfície A, a dita área delimitada circundada por um ambiente tendo uma umidade relativa externa hsaída, que é uma fração de uma densidade de vapor de água saturado psm em uma temperatura T, o dito volume interno tendo uma umidade relativa interna máxima, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: a) selecionar uma pluralidade de resinas, uma pluralidade de sorventes particulados e uma pluralidade de razões entre os mesmos para formar uma pluralidade de compósitos, em que cada resina da dita pluralidade de resinas tem uma difusividade de vapor de água efetiva Dm, e um coeficiente de solubilidade de vapor de água Sm e cada compósito da dita pluralidade de compósitos tem uma fração de volume da dita resina cpm e uma fração de volume do dito sorvente (pd; b) calcular uma pluralidade de tempos de falha para a dita pluralidade de compósitos, em que cada tempo de falha da dita pluralidade de tempos de falha é baseado em quando uma umidade relativa interna hentrada de cada compósito da dita pluralidade de compósitos é igual à dita umidade relativa interna máxima; c) determinar qual da dita pluralidade de tempos de falha é maior; e d) selecionar um compósito da dita pluralidade de compósitos com base no resultado da etapa (c).

2. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada sorvente particulado da dita pluralidade de sorventes particulados é estequiométrico e cada compósito da dita pluralidade de compósitos tem um coeficiente estequiométrico μ, uma concentração de massa inicial R0 e uma concentração Csaída de vapor de água dissolvida em uma superfície externa, a dita umidade relativa interna depois de um tempo de atraso tLR é calculada de acordo com a equação: <formula>formula see original document page 46</formula> em que: t é um tempo para alcançar a dita umidade relativa interna hentrada;e, tLR é o dito tempo de atraso da dita área delimitada tendo a dita espessura L.

3. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito tempo de atraso é calculado de acordo com a equação: <formula>formula see original document page 46</formula>

4. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada sorvente particulado da dita pluralidade de sorventes particulados tem uma isoterma de sorção de vapor de água, a dita isoterma de vapor de água é linear e tem um coeficiente de solubilidade de vapor de água Sd, e cada compósito da dita pluralidade de compósitos tem um coeficiente pseudo estequiométrico μ, uma concentração de massa inicial R0 e uma concentração Csaida de vapor de água dissolvida em uma superfície externa, a dita umidade relativa interna depois de um tempo de atraso tLL é calculada de acordo com a equação: <image>image see original document page 47</image> em que: t é um tempo para alcançar a dita umidade relativa tLL é o tempo de atraso da dita área delimitada tendo a espessura L; e, <image>image see original document page 47</image>

5. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito tempo de atraso é calculado de acordo com a equação: <image>image see original document page 47</image>

6. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada sorvente particulado da dita pluralidade de sorventes particulados tem uma isoterma de sorção de vapor de água, a dita isoterma de sorção de vapor de água é modo de sorção duplo e tem uma constante de saturação de lacuna Cmax, uma constante de afinidade de Langmuir b, e o dito volume interno tem uma umidade relativa intema inicial hentrada,o> a dita umidade relativa intema depois de um tempo de atraso tLD é calculada de acordo com a equação: <image>image see original document page 47</image> t é um tempo para alcançar a umidade relativa intema hentrada; tLD é o tempo de atraso da área delimitada tendo a espessura L; <image>image see original document page 48</image>

7. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dito tempo de atraso é calculado de acordo com a equação: <image>image see original document page 48</image> em que: y bh-silida

8. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita composição sorvente ligada à resina é formada com a ajuda de um agente de copulação ou um agente compatibilizante, em que o agente de copulação ou agente compatibilizante é quimicamente compatível com cada resina da dita pluralidade de resinas e melhora a adesão ou copulação de cada sorvente particulado da dita pluralidade de sorventes particulados com cada resina da dita pluralidade de resinas.

9. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito agente de copulação ou compatibilizante é selecionado do grupo que consiste em agentes reativos e não reativos.

10. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito agente compatibilizante é selecionado do grupo que consiste em um metal, um óxido de metal, um acrilato, um estearato, um copolímero bloco, um maleato, um epóxi, um silano, um titanato, um ligante organo-metal e misturas dos mesmos.

11. Método para selecionar uma composição sorvente ligada à resina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita composição sorvente ligada à resina é composta em uma extrusora de parafuso gêmeo.

12. Artigo de fabricação, caracterizado pelo fato de ser construído a partir de uma composição sorvente ligada à resina, em que a dita composição sorvente ligada à resina é feita de acordo com o método como definido na reivindicação 1.

13. Artigo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita composição sorvente ligada à resina compreende de cerca de dois porcento em peso (2% em peso) a cerca de cinqüenta e cinco porcento em peso (55% em peso) de sorvente e de cerca de quarenta e cinco porcento em peso (45% em peso) a cerca de noventa e oito porcento em peso (98% em peso) de resina.

14. Artigo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita composição sorvente ligada à resina compreende de cerca de vinte cinco porcento em peso (25% em peso) a cerca de cinqüenta e cinco porcento em peso (55% em peso) de sorvente e de cerca de quarenta e cinco porcento em peso (45% em peso) a cerca de setenta e cinco porcento em peso (75% em peso) de resina.

15. Artigo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita composição sorvente ligada à resina compreende de cerca de trinta e cinco porcento em peso (35% em peso) a cerca de quarenta e dois porcento em peso (42% em peso) de sorvente e de cerca de cinqüenta e oito porcento em peso (58% em peso) a cerca de sessenta e cinco porcento em peso (65% em peso) de resina.

16. Artigo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dita composição sorvente ligada à resina compreende uma resina e um sorvente particulado e essencialmente todas as partículas do dito sorvente particulado são separadas pela dita resina.

17. Estrutura de barreira de múltiplas camadas, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma camada, em que a dita pelo menos uma camada compreende uma composição sorvente ligada à resina feita de acordo com o método como definido na reivindicação 1.