BRPI0811182B1 - processo para a preparação contínua de grânulos expansíveis à base de polímeros termoplásticos, por meio de uma matriz de granulação - Google Patents

Description

A presente invenção se refere a um processo para a produção contínua de grânulos expansíveis à base de polímeros termoplásticos e ao produto.

O termo grânulos expansíveis à base de polímeros termoplásticos, como usado na presente descrição e reivindicações, significa polímeros termoplásticos, por exemplo, polímeros aromáticos de vinila, na forma de grânulos, contendo um sistema expansível e possivelmente outros aditivos, nos quais a forma dos grânulos é essencialmente elipsoidal, por exemplo, a forma de uma noz ou uma forma lenticular, apresentando um volume de partículas que varia de 0,02 a 3,5 mm³.

Esses polímeros termoplásticos expansíveis na forma de grânulos, após expansão e moldagem, são particularmente usados na produção de eletrodomésticos ou outros equipamentos industriais, em embalagem e isolamento térmico na indústria de construção, devido às suas propriedades termoisolantes.

O processo e equipamento descritos aqui, objetos da presente invenção, permitem a produção em grande escala desses polímeros termoplásticos expansíveis a custos moderados e com uma constância qualitativa aperfeiçoada.

Polímeros termoplásticos, por exemplo, polímeros aromáticos de vinila tal como poliestireno, podem ser expansíveis mediante incorporação de um agente expansível na matriz polimérica. Agentes expansíveis típicos para polímeros aromáticos de vinila incluem pelo menos um hidrocarboneto líquido que contém de 3 a 7 átomos de carbono, um hidrocarboneto halogenado, dióxido de carbono ou água. A quantidade de agente expansível varia de 2 a 15% em peso.

Polímeros expansíveis são produzidos, em geral, como contas ou grânulos que, sob a ação de calor, fornecido, por exemplo, por vapor, são primeiro expandidos até uma densidade desejada ser atingida e, após um

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Contas expansíveis podem ser obtidas por meio de um processo de polimerização em suspensão em batelada. Esse processo, que é bemconhecido de versados na área, conforme descrito nas patentes 2.673.194 dos Estados Unidos e 4.500.692 US, compreende as seguintes etapas:

- dispersar o monômero aromático de vinila líquido em um meio aquoso usando agentes de suspensão;

- adicionar catalisadores de polimerização e polimerizar o monômero aromático de vinila em um reator aquecido e sob agitação;

- adicionar o agente expansível sob um certo grau de convidesão do monômero;

- completar a polimerização;

- descarregar, lavar, secar e peneirar as contas resultantes. O diâmetro das contas geralmente varia de 0,1 a 3 mm.

Esse processo de suspensão permite um produto de boa qualidade seja obtido, mas apresenta várias desvantagens, tais como:

- uma distribuição muito ampla do diâmetro das contas, seguida da necessidade de separar as diferentes frações por classificação e descartar os resíduos;

- limites significativos na produção de produtos especiais, tais como contas coloridas e/ou contas que contêm cargas ou aditivos heterogêneos, por exemplo, agentes de nucleação e/ou agentes retardantes de chama, na medida em que é difícil incorporá-los nas contas ou podem inibir a polimerização. Vide, por exemplo, patente 4.360.611 US, ou pedidos de patente internacional WO 98/51734 e WO 00/29471;

- limites adicionais para o uso de agentes expansíveis, que têm de ser dispersáveis e/ou solúveis na matriz polimérica, ou para o uso de monômeros, que têm de ser capazes de polimerizar em solução aquosa;

- dificuldade em reduzir o monômero residual, por exemplo, estireno, no polímero, abaixo de 1.000 ppm, e em reduzir o teor de água interna total;

- problemas ambientais devido ao considerável consumo de água que não pode ser simplesmente descarregada no esgoto, a menos que submetida a tratamento de purificação, e à impossibilidade de reciclar após uso o polímero expandido.

Essas e outras desvantagens podem ser superadas por meio de um processo contínuo em massa em que a composição polimérica na fase fundida é misturada com aditivos sólidos e agentes expansíveis. Esses processos são descritos, por exemplo, na patente inglesa GB-A-1.062.307 e patente europeia EP-A-668.139. Nessas patentes é descrito um processo para a produção de grânulos de poliestireno expansível (EPS), de acordo com o qual o polímero fundido e o agente expansível são misturados por meio de elementos de mistura estática. Após resfriamento, a mistura é granulada através de uma matriz.

O produto assim obtido geralmente apresenta a desvantagem de ter uma estrutura celular, após expansão, na qual as células são irregulares e normalmente grandes demais. O número de células e a estrutura da espuma obtida durante a expansão desempenham um papel muito importante na obtenção de propriedades ideais de isolamento térmico e uma boa superfície nas espumas. Por essa razão, o uso de agentes de nucleação é frequentemente necessário. A patente europeia EP-A-126.459 descreve um processo para superar esses problemas por meio de um tratamento térmico de grânulos realizado sob pressão e a uma temperatura maior que a temperatura de transição vítrea do polímero expansível.

Adicionalmente, a resina expansível que deixa a matriz é difícil de cortar devido à sua tendência natural de expandir. No pedido de patente dos EUA 2006/167123, é descrito um processo que explora essa característica para obter grânulos expandidos de baixa densidade por meio do corte direto do polímero fundido expansível que sai da matriz.

Em outros processos, descritos, por exemplo, nas patentes 5.108.673 US e 5.573.790 dos Estados Unidos, o polímero expansível é extrusado em filamentos contínuos, imediatamente resfriado com água fria na saída da matriz e granulado em uma etapa subsequente. Não é possível, contudo, obter contas substancialmente esféricas, na medida em que o corte do filamento produz péletes cilíndricos com diâmetros normalmente maiores que 1 mm e o equipamento tem de ser mantido sob pressão para evitar a pré-expansão dos péletes.

A incorporação de cargas orgânicas pode ser problemática. O pedido de patente internacional WO 00/43442 afirma que materiais atérmicos apresentam um forte efeito de nucleação, e, consequentemente, a fim de impedir pré-expansão, é necessário operar com um sistema de granulação subaquática e sob pressão. Esse processo compreende o uso de uma matriz particular, na qual o polímero expansível é extrusado através de uma série de pequenos furos. Especialistas no área sabem que esse processo é extremamente comprometedor à medida que a temperatura da superfície da matriz aproxima-se da temperatura da água, e isso leva o fluxo polimérico a ficar perto de atingir sua temperatura de solidificação. Devido ao intumescimento durante extrusão e à necessidade de produzir granulados extrusados que apresentem dimensões muito reduzidas, são exigidos furos muito pequenos, com diâmetros que variam de 0,3 a 1,2 mm. Consequentemente, extrusão através desses furos exige taxas de deformação por cisalhamento muito altas. Isso implica que, com essa tecnologia, partículas extrusadas que apresentam dimensões menores que 1 mm não podem ser obtidas.

O pedido de patente US 2005/156344 descreve a influência da geometria dos furos da matriz (tal como o diâmetro do furo, a razão comprimento/diâmetro, os ângulos dos cones de entrada e de saída), da temperatura do produto fundido e de plastificantes sobre o intumescimento do polímero na saída dos furos da matriz e, portanto, sobre o diâmetro da conta final. Ele descreve que a resina expansível pode conter vários aditivos, tais como agentes de nucleação, plastificantes, retardantes de chama, corantes e pigmentos orgânicos e inorgânicos, solúveis ou insolúveis, tais como negro de fumo, grafita ou alumínio, até 30%.

Um dos problemas conhecidos na literatura, relativo à produção de contas de polímeros aromáticos de vinila expansíveis contínuos em massa, é a necessidade de resfriar o polímero que contém o agente expansível, antes de sua extrusão através da matriz. Esse resfriamento pode ser realizado, por exemplo, por meio de resfriamento de elementos no interior de dispositivos de extrusão, por meio de trocadores de calor ou de equipamento de mistura estática com dispositivos de resfriamento embutidos.

Com base nesse estado da técnica conhecido, o resfriamento do polímero antes de granulação é essencial para impedir sua expansão no granulador e obter produtos que apresentam uma forma regular.

A patente europeia EP 668.139 descreve um processo para a preparação de granulados plásticos expansíveis que apresentam um diâmetro pelo menos inferior a 1 mm. De acordo com esse processo, a temperatura do polímero fundido expansível tem de ser reduzido a alguns graus acima da temperatura de solidificação do próprio polímero, a fim de obter esses granulados.

Sabe-se bem que a viscosidade de polímeros termoplásticos aumenta consideravelmente quando a temperatura do polímero fundido aproxima-se do ponto de solidificação. É evidente que, quando alta viscosidade é combinada com alta taxa de deformação cisalhante, correspondendo à passagem do polímero através dos furos da matriz, uma considerável queda de pressão ocorre quando o fluxo polimérico atravessa a matriz. Isso exige o uso de matrizes particulares, adequadas para sustentar mecanicamente esses gradientes de pressão.

Adicionalmente, o rápido resfriamento do polímero, devido à submersão da superfície da matriz em água (configuração subaquática) torna extremamente prováveis a obstrução dos furos da matriz e instabilidade do fluxo.

Os pedidos de patente dos EUA 2005/140039 e 2005/123638 descrevem um processo (o primeiro) e equipamento para granulação a quente (o segundo) para a preparação de grânulos de polímeros termoplásticos expansíveis. De acordo com esses pedidos de patente, as obstruções e irregularidade do fluxo mencionados acima podem ser evitados por meio de um novo dispositivo de granulação no qual o polímero fundido é extrusado e imediatamente resfriado por meio de pulvideização de água picada e não meio subaquático. Consequentemente, a expansão do produto granulado é evitada e, ao mesmo tempo, limita-se obstrução. Nenhuma informação é fornecida sobre o procedimento ou sobre o processo de produção de contas expansíveis que contêm uma alta quantidade de aditivos.

O pedido de patente europeu EP 1.702.738 descreve um processo e equipamento para a preparação, contínua, de grânulos de polímeros expansíveis. De acordo com esse pedido, obstrução dos furos da matriz pode ser evitada mediante construção de um sistema de controle eletrônico especializado que controla as condições de processo e mantém a pressão e temperatura do polímero fundido dentro de uma faixa preestabelecida. Sistemas baseados em um controle eletrônico ativo da estabilidade, contudo, geralmente não são considerados como sendo intrinsecamente confiáveis. Portanto, eles não permitem uma alta confiabilidade da instalação e, consequentemente, seu uso não é em geral aconselhável para produção em grande escala.

O pedido de patente internacional WO 2006/88392 descreve um processo que permite a produção contínua de poliestireno e poliestireno de alto impacto na forma de grânulos expansíveis, dentro de uma ampla faixa de pesos moleculares. A inovação é o sistema de mistura entre o poliestireno fundido e o agente expansível. As contas expansíveis são preparadas por extrusão e resfriamento do polímero fundido e subsequente granulação. Nenhum dado particular é fornecido com respeito à qualidade do grânulo expansível resultante e, mais especificamente, do grânulo expansível com um alto teor de aditivos inorgânicos.

O pedido de patente EP 1.693.413 descreve um processo para produção contínua de partículas de poliestireno expansível que contêm silicatos e zeólitos inorgânicos para aperfeiçoar as propriedades de isolamento das espumas correspondentes. O polímero é alimentado a uma extrusora e misturado com um agente expansível e com aditivos. Ele é, então, extrusado, resfriado e cortado em partículas. Nenhuma indicação é fornecida com relação à configuração do granulador, condições de processo, a dimensão e a forma das partículas obtidas.

As partículas de polímero aromático de vinila expansível obtidas em um processo em massa contínuo podem ser seriamente afetadas pela orientação e tensão mecânica devido ao resfriamento extremamente rápido a que as partículas são expostas quando granuladas. Quando esses grânulos são expandidos e moldados, essa tensão produz heterogeneidade na estrutura celular que, por sua vez, influencia negativamente as propriedades mecânicas e estéticas dos produtos finais fabricados. O pedido de patente US 2005/140039 reivindica que, a fim de resolvide essas desvantagens, essa tensão pode ser liberada mediante recozimento dos grânulos a uma temperatura próxima da temperatura de transição vítrea (Tg) ou por meio de aditivos de nucleação. Em qualquer caso, o efeito dos aditivos inorgânicos sobre a nucleação não foi explorado.

Um primeiro escopo da presente invenção é proporcionar um processo para a produção de particulados ou grânulos expansíveis, com base em polímeros termoplásticos, no qual se obtém uma dispersão ótima do sistema expansível e possivelmente aditivos, em particular, a incorporação de concentrações correspondentes de pigmentos inorgânicos, insolúveis na matriz polimérica.

Outro escopo da presente invenção é proporcionar um processo para a produção de particulados expansíveis que compreendem uma matriz polimérica que consiste em polímeros e copolímeros com uma base aromática de vinila, tais como, por exemplo, poliestireno, poliestireno de alto impacto (HIPS), polímero estireno-acrilonitrila (SAN); polímeros aromáticos não-vinílicos, tais como polietileno, tereftalato de polibutileno, tereftalato de polietileno; e misturas destes.

Um escopo adicional da presente invenção é proporcionar um processo para a produção de particulados expansíveis que apresentam uma base polimérica adequada para produção em grande escala, portanto caracterizado por ser compatível e facilmente incorporado em um sítio petroquímico, com boa constância qualitativa do produto e fácil operação da planta petroquímica.

Um escopo adicional da presente invenção é proporcionar um processo para a produção de particulados expansíveis que apresentam uma base polimérica, capaz de produzir artigos expandidos com um alto teor de células fechadas (>90%), uma alta capacidade de sinterização e tamanho celular uniforme, variando de 70 a 200 mícrons.

Outro escopo da presente invenção é proporcionar um processo para a produção de particulados expansíveis que apresentam uma base polimérica, no qual os particulados expansíveis resultantes mostram uma tensão residual reduzida, de modo a removide ou reduzir fortemente a fase de recozimento dos mesmos.

Um escopo adicional da presente invenção é proporcionar um processo para a produção de particulados expansíveis que apresentam uma base polimérica, os quais, após expansão e moldagem, podem fornecer artigos que satisfazem as especificações de resistência ao fogo de acordo com o teste B2, DIN, norma 4102, parte 2.

As vantagens acima mencionadas e também outras vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição seguinte, na qual o conteúdo da invenção é descrito em pormenores e ilustrado nos desenhos anexos. Variações nos procedimentos, características estruturais e a disposição das partes, que podem ser identificadas por especialistas na área, devideão ser todas consideradas como sendo incluídas no objetivo da presente invenção, bem como as vantagens obtidas pelo uso das mesmas.

O requerente videificou, então, que os escopos e fins acima mencionados foram atingidos por meio de um novo processo descrito nas reivindicações.

De acordo com a presente invenção, o processo inclui a incorporação, em uma primeira corrente polimérica (daqui por diante referida como corrente principal), de uma segunda corrente polimérica (daqui por diante referida como corrente secundária) que contém o sistema expansível e aditivo.

Alternativamente, o sistema expansível pode ser diretamente incorporado na corrente principal.

A composição resultante, no estado fundido, é então homoge9 neizada e finamente peneirada por meio de uma ou mais etapas de filtração que remove ou desagrega os agregados poliméricos e as cargas inorgânicas não-dispersas.

O produto compósito polimérico é, por conseguinte, extrusado através de uma matriz e granulado, preferencialmente de acordo com a tecnologia de pulvideização de água picada (chopped water spray technology), descrita no pedido de patente dos Estados Unidos 2005/140039.

De acordo com uma modalidade preferida, o polímero que forma a corrente polimérica principal é tomado no estado fundido a partir de um processo de polimerização contínuo. O polímero, que vem de uma ou mais etapas de polimerização, é tipicamente removido do solvente de diluição possível; o monômero não-reagido e os oligômeros, em uma seção chamada desvolatização.

O polímero assim purificado é usado diretamente, no estado fundido, como a corrente polimérica principal do processo de da presente invenção. Para esse fim, o polímero que vem do desvolatizador preferencialmente contém não mais que 2.000 ppm de monômeros e 8.000 ppm de dímeros, trímeros e oligômeros, de modo a impedir dano à estrutura da espuma obtida após expansão dos polímeros de partículas expansíveis resultantes.

De acordo com uma modalidade alternativa, o polímero usado como corrente principal está na forma de grânulos. Esses grânulos são fundidos em um dispositivo adequado (uma extrusora de rosca única ou de rosca dupla, por exemplo).

Em ambas as modalidades, o material polimérico fundido é pressurizado e em seguida empurrado para a seção subsequente do processo, por meio de qualquer dispositivo adequado, tipicamente uma bomba de engrenagens.

De maneira vantajosa, os aditivos são incorporados em uma corrente polimérica secundária que subsequentemente se liga, no estado fundido, à corrente polimérica principal.

Em uma modalidade preferida, os aditivos são dosados em uma extrusora de rosca dupla juntamente com os grânulos do polímero. Convenientemente, a extrusora, após a seção de fusão, contém elementos de mistura que permitem uma melhor distribuição dos aditivos na fase polimérica. A fração mássica da fase polimérica tem de ser pelo menos igual a 20%, mais preferencialmente pelo menos de 40%, com relação ao teor do polímero na fração secundária, para processar de forma bem-sucedida a massa fundida resultante.

De modo vantajoso, a extrusora contém uma fase de desgaseificação para removide possíveis solventes contidos na mistura de aditivos.

A temperatura da corrente fundida tem de ser mantida em uma faixa prefixada. Tipicamente, a temperatura mínima é igual à temperatura máxima selecionada entre as temperaturas de solidificação dos componentes fundidos, acrescida de 20°C, considerando que a temperatura máxima é a mesma acrescida de 150°C.

Opcionalmente, antes de entrar na extrusora, os aditivos e polímero em grânulos podem ser pré-misturados em um misturador adequado para sólidos, a fim de favorecer uma distribuição homogênea dos componentes. O dispositivo preferido para essa operação é um misturador de rosca.

Quando são usados aditivos líquidos ou gasosos, um meio eficiente para incorporá-los é injetar os mesmos em um ponto secundário da alimentação da extrusora, localizado a jusante da seção de fusão e desgaseificação.

Esses aditivos consistem de qualquer material capaz de aumentar a eficiência do polímero e que seja adequado para ser processado em uma extrusora de rosca única ou de rosca dupla. Esses aditivos tipicamente incluem lubrificantes, plastificantes, repelentes de água, antioxidantes, agentes de nucleação, retardantes de chama, estabilizantes de bromo supressores de fumaça.

Alguns exemplos não-limitativos são:

- carbono elementar: materiais de grafita, negros de fumo, coques, nanofibras de carbono, carbono vítreo;

- agentes de autoextinção; compostos à base de halogênios ou compostos sem halogênio tais como hexabromociclododecano, pentabromoclorocicloexano, tetrabromobisfenol A bis(éter alílico) e éter pentabromofenil alílico; ente os acima, hexabromociclododecano e tetrabromobisfenol A bis (éter elílico) são preferidos;

- agentes de nucleação tais como cera de polietileno com um peso molecular menor que 10.000 dáltons;

- agentes de autoextinção sinérgicos, isto é, moléculas que apresentam uma ligação fraca do tipo C-C, N-N ou O-O, tais como peróxido de dicumila, hidroperóxido de cumeno, 3,4-dimetil-3,4-difenil-hexano, 3,4-dimetil-3,4-difenil-butano, 3,6,9-trietil-3,6,9-triemtil-1,4,7-triperoxinonano;

- derivados inorgânicos de silício, magnésio, alumínio, tais como talco, pirofilita, sílica, hidrotalcita, mica, montmorilonita e produtos similares;

- óxidos e dicalcogenídeos de metais e semimetais.

O grau de grafitização e os parâmetros cristalinos são calculados da seguinte maneira:

um concentrado de material de grafita, como descrito a seguir, é diluído em clorofórmio e misturado por um impulsor magnético âncora por 24 horas. A solução é subsequentemente lavada, filtrada e secada em um forno por 10 horas a 500°C, para removide água e outras substâncias insolúveis em clorofórmio.

Subsequentemente, o material é colocado em um difratômetro de raios X. O padrão d if rato métrico é lido entre 10° e 70°C.

A distância d₀02 entre os planos de grafeno é medida pelo ângulo θοο2 de acordo com a lei de Bragg:

λ = 2 doo2 sin θοο2 em que λ é o comprimento para a linha Cu K α-ι, isto é, 0,154 nm.

A grafita pirolítica altamente orientada tem uma distância interplanos de 0,3354 nm. Entretanto, grafitas normalmente tanto naturais quanto artificiais mostram um valor maior, devido a defeitos entre os planos. Como resultado, doo2 θ sempre maior que 0,3354 nm. A diferença entre o espaçamento interplanar observado e o valor de referência de 0,3354 nm é uma medição da cristalinidade e, consequentemente, de seu grau de grafitização.

Na presente invenção, o grau de grafitização g é calculado de acordo com a fórmula de Maire e Mering:

d₀02 = 0,3354 g + 0,3440 (1 - g) na qual d₀02 θ computado do valor de pico da curva difratogramática, após efetuar um procedimento de remoção de ruído e de ajuste de curva.

Os aditivos sólidos que não fundem sob a temperatura de extrusão da corrente fundida têm de consistir em partículas finas. Em particular, considerando que a população de partículas não-fundíveis, o d90, isto é, a dimensão sob a qual situa-se 90% da população, tipicamente não deve ser maior que metade do diâmetro dos furos da matriz. Preferencialmente, d90 tem de ser maior que 1/4 do diâmetro dos furos da matriz. Dimensão significa o diâmetro conforme calculado por meio de medição por difração a laser sobre os materiais não-fundíveis.

Exemplos não-limitativos de polímeros granulados adequados para a preparação da corrente secundária, de acordo com a presente invenção, incluem:

- homopolímeros, copolímeros estatísticos e copolímeros em bloco que apresentam uma base aromática de vinila; em particular, poliestireno, borracha estireno-butadieno-estireno, borracha estireno-isoprenoestireno, borracha estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS), borracha estireno-etileno-propileno (SEP), copolímero estireno-acrilato de butila, poliestireno de alto impacto (HIPS), acrilonitrila butadieno-estireno (ABS), estirenoacrilonitrila (SAN);

- polímeros à base de etileno, tais como etileno-acetato de vinila (EVA), polietileno (PE), tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polietileno (PET);

- (co)polímeros de condensação tais como policarbonatos e poliésteres, polímeros (met)acrílicos, óxido de polifenileno (PPO), polímeros técnicos de engenharia, poliamidas, polilactatos.

Fragmentos dos polímeros acima mencionados, bem como materiais moídos de produtos pós-uso e contas indesejadas de poliestireno expansível (tais como frações indesejadas resultantes do processo de produ13 ção em suspensão), podem ser alimentados a esse equipamento para reciclagem.

O termo sistema expansível, como usado na presente descrição e reivindicações, significa um agente expansível, quando usado como tal na composição polimérica expansível, ou uma mistura de agentes expansíveis, quando, então, mais de um é usado.

Temperatura crítica do sistema expansível significa a temperatura crítica do agente expansível, quando o sistema expansível consiste em apenas um agente expansível; ou a temperatura crítica do agente expansível que é o majoritário em peso, quando o sistema expansível consiste em uma mistura de agentes expansíveis, na qual um dos agentes está contido na mistura em mais de 59% em peso; ou, nos outros casos, a temperatura crítica da mistura dos agentes expansíveis.

Pressão crítica do sistema expansível significa a pressão crítica do agente expansível, quando o sistema expansível consiste em apenas um agente expansível; ou a pressão crítica do agente expansível que é o majoritário em peso, quando o sistema expansível consiste em uma mistura de agentes expansíveis, na qual um dos agentes está contido na mistura em mais de 50% em peso; ou, nos outros casos, a pressão crítica da mistura dos agentes expansíveis.

Exemplos não-limitativos de agentes expansíveis que podem ser usados incluem compostos de hidrocarboneto que apresentam de 3 a 7 átomos de carbono, dióxido de carbono, monóxido de carbono, água, álcool etílico e éter. Entre estes, compostos de hidrocarboneto que apresentam de 4 a 6 átomos de carbono são preferidos. Sabe-se que uma mistura ou sistema de agentes expansíveis que apresenta diferentes pontos de ebulição favorece a expansão da espuma. O sistema expansível é preferencialmente usado em um teor que varia de 2 a 10% em peso, com base em 100 partes em peso da composição polimérica expansível.

Em uma primeira modalidade, o sistema expansível é injetado na corrente polimérica secundária que está no estado fundido. A injeção pode ser efetuada por meio de qualquer procedimento conhecido no estado da técnica. Por exemplo, na própria extrusora de uma rosca única, através de uma entrada lateral, ou a jusante da mesma, na corrente de produtos extrusados fundidos.

O sistema expansível pode ser distribuído e disperso na corrente de aditivos. Qualquer dispositivo útil para esse fim pode ser utilizado, tais como, por exemplo, misturadores estáticos e dinâmicos. Uma mistura completa do sistema expansível na corrente de aditivos não é exigida.

Em uma segunda modalidade, o sistema expansível e a corrente polimérica secundária são adicionados à corrente principal, separadamente.

Em uma terceira modalidade, o sistema expansível é dividido em duas correntes. A corrente maior é injetada diretamente na corrente polimérica principal, considerando que a outra é adicionada à corrente secundária.

Vantajosamente, o sistema expansível pode ser primeiro pressurizado (por exemplo, por meio de uma bomba dosadora de membrana) e subsequentemente aquecido antes de sua injeção na corrente polimérica. De acordo com esse esquema, a temperatura do sistema expansível, após aquecimento, é de pelo menos 60°C, mais preferencialmente, ela é maior que a temperatura de transição vítrea do polímero principal com relação ao peso.

Para obter um fluxo constante do sistema expansível e uma razão constante entre a taxa de fluxo do mesmo e aquela da composição expansível do polímero resultante, qualquer técnica conhecida no estado da técnica pode ser utilizada. Por exemplo, é possível ajustar a taxa da bomba dosadora do sistema expansível em realimentação com relação à vazão mássica do mesmo, medida por meio de um fluxímetro de acordo com o princípio de Coriolis. Amortecedores de pulsação podem ser introduzidos a jusante da bomba dosadora a fim de estabilizar a corrente. É eficaz o uso de dispositivos de retenção, situados muito próximo do ponto de injeção, a fim de impedir refluxos perigosos de polímero na corrente do sistema expansível, que podem ocorrer durante variações de pressão acidentais e repentinas no próprio polímero.

De acordo com a presente invenção, é preferível que a corrente de aditivos seja menos viscosa do que a corrente principal do polímero aromático de vinila sob condições de temperatura e taxa de deformação cisaIhante encontradas no ponto de injeção e no dispositivo de mistura subsequente.

Um ou mais dispositivos são usados para dispersar e distribuir o sistema expansível e a corrente secundária na corrente principal. Tanto misturadores estáticos quanto misturadores dinâmicos podem ser utilizados.

Tipicamente, o tempo de residência mínimo para essa fase de mistura é de 100 segundos. Se misturadores estáticos são usados, preferencialmente a queda de pressão global através do misturador é maior que 2,0 MPa (20 bar), e a taxa de queda de pressão do polímero, computada com base na vazão do mesmo e na seção transvidesal, é mantida sob 0,02 kPa (0,2 bar) por segundo, por pelo menos 5 segundos.

De acordo com a presente invenção, a corrente polimérica tem de ser levada a uma temperatura de referência antes de mistura com o sistema expansível. Essa temperatura de referência é calculada como temperatura crítica do sistema expansível, mais ou menos 25°C; mais preferencialmente, como temperatura crítica do sistema expansível, mais ou menos 15°C.

A pressão da corrente polimérica tem de ser maior que a pressão crítica do sistema expansível, isto é, um valor que é maior que o valor dessa pressão crítica.

Preferencialmente, essas condições de referência de pressão e temperatura têm de ser mantidas do ponto de injeção do sistema expansível até mistura substancial deste com o polímero. Alternativamente, essas condições podem ser mantidas até a granulação da composição.

Opcionalmente, um resfriamento moderado da corrente polimérica expansível final pode ser efetuado antes de granulação. Nessa modalidade, a temperatura do composto que deixa a etapa de resfriamento possível deve preferencialmente ser pelo menos 50°C maior que a temperatura de transição vítrea do polímero majoritário, com respeito a peso. Podem ser utilizados trocadores de calor de feixe de tubos ou reatores-misturadores estáticos (SMR).

Ao contrário, de acordo com o estado da técnica (vide, por exemplo, pedidos de patente internacionais WO 98/51735 e WO 04/3442 ou pedido de patente US 2005/0156344), o resfriamento do polímero antes de granulação é essencial, ou pelo menos preferível. Por exemplo, em EP 668.139 afirma-se que o produto fundido é resfriado até alguns graus acima da temperatura de solidificação, isto é, sob condições muito diferentes com relação àquelas especificadas aqui.

Vantajosamente, o composto polimérico expansível é passado através de um dispositivo de filtragem antes de um dispositivo de filtragem antes de passar pela matriz e ser granulado. Esse dispositivo de filtragem consiste em uma ou mais redes, através das quais a composição é passada no estado fundido.

Surpreendentemente, videificou-se que as redes de filtração produzem uma ação de micromistura dos aditivos e do sistema expansível na matriz polimérica. Essa ação é favorecida pelas taxas de deformação cisalhante extremamente altas produzidas quando o polímero atravessa as malhas das redes, e podem ser controladas mediante variação da seção da área de filtragem (e, portanto, a taxa de polímero) e tamanho das malhas.

A segunda mas não menos importante ação de filtragem é o peneiramento de partículas excessivamente volumosas e agregados de polímero e aditivos, que podem contribuir para obstruir os furos da matriz.

O filtro não só remove a fração de aditivos, que, desde o início, eram de tamanho excessiva mente grande, mas também agregados possíveis que poderão ser produzidos na corrente polimérica durante as operações precedentes devido a reações químicas e efeitos físico-químicos entre os componentes da mesma matriz polimérica, tais como, por exemplo, reações de reticulação entre moléculas que apresentam ligações insaturadas.

Um controle rigoroso da dimensão das malhas é necessário: filtros com malhas excessivamente grandes não são eficazes nas ações de filtração acima mencionadas; reciprocamente, um tamanho de malha extremamente fino impede a passagem das partículas de aditivos e aumenta consideravelmente a queda de pressão, tornando também necessário efetuar uma mudança frequente de filtros.

A fim de obter a composição de partículas poliméricas expansíveis da presente invenção, o tamanho das malhas das redes tem de ser menor que metade do diâmetro dos furos da matriz, mais preferencialmente variando de um terço a um quinto desse diâmetro.

A redução de pressão da composição polimérica pelas redes do filtro é preferencialmente menor que 20 MPa (200 bar), mais preferencialmente variando de 1,0 a 10 MPa (10 a 100 bar).

A fim de permitir uma corrida contínua do processo, é preferível usar um sistema para limpar as redes do filtro periodicamente, ou substituílas sem afetar a produção da planta. Com esse fim, podem ser usados sistemas, chamados trocadores de filtros, que permitem que um filtro sujo seja substituído por um novo dentro de alguns segundos, ou filtros contínuos, nos quais a rede de filtragem desloca-se lentamente, mas de maneira contínua, em uma direção transvidesal com relação ao fluxo de polímero.

O dispositivo de filtragem pode ser uma rede na forma de um disco, que cobre completamente a seção transvidesal da composição polimérica, ou pode apresentar uma forma mais complexa, tal como, por exemplo, uma série de cartuchos dispostos na direção do fluido. Nessa última videsão, de modo vantajoso, obtém-se uma redistribuição da corrente polimérica, o que aumenta sua homogeneidade.

O uso de dividesas redes de filtração, em série, pode adicionalmente aperfeiçoar a dispersão dos aditivos e sistema expansível. Nesse caso, é útil empregar uma sucessão de redes alternadas de malhas finas e grandes, que seguem a direção da corrente.

A composição expansível é, então, alimentada a uma cabeça de corte, que distribui homogeneamente o polímero na matriz, na qual a composição expansível é extrusada e granulada.

A matriz é preferencialmente aquecida pelo menos à temperatura da composição expansível que chega, mais preferencialmente de 10 a 60°C acima dessa temperatura. O aquecimento pode ser obtido por meio de qualquer dos processos conhecidos no estado da técnica, por exemplo, por meio de resistências elétricas ou pela circulação de fluido aquecido em canais no interior do corpo da matriz.

O dispositivo de corte utilizado para produzir os compósitos de partículas expansíveis da presente invenção é descrito em detalhes in pedido de patente dos Estados Unidos 2005/123638. Para as características da matriz e da câmara de granulação, deve-se fazer referência à publicação acima.

Tipicamente, o intumescimento das composições expansíveis varia de cerca de 1,2 a 3,0, em relação à composição, taxa de cisalhamento e temperatura da corrente fundida. Mediante controle do diâmetro dos furos e do intumescimento, é possível obter particulados expansíveis com o tamanho desejado, em particular dentro da faixa de 0,6 a 2,2 mm.

A câmara de granulação tem de ser pressurizada para evitar a expansão dos grânulos expansíveis. A pressão necessária para impedir esse fenômeno indesejado depende, em particular, do conteúdo e tipologia do sistema expansível e dos aditivos usados. Tipicamente, a pressão exigida varia de 0,15 a 1,2 MPa manométrico (1,5 a 12 barg), mais preferencialmente de 0,2 a 0,8 MPa manométrico (2 a 8 barg).

Preferencialmente, a pressão dos bicos de pulverizaçãoalimentação de água é maior que a pressão da câmara de corte em torno de pelo menos 0,2 MPa (2 bar). Dessa maneira, uma vazão adequada e uniforme é conferida aos jatos de água, o que é essencial para impedir que os furos da matriz sejam obstruídos.

É importante avaliar a fração de tempo, com relação ao total, na qual a água que vem dos bicos atinge diretamente a superfície da matriz, em vez de ser interrompida pelas facas móveis e suporte correspondente.

É necessário evitar que essa fração de tempo seja nula, uma vez que, nesse caso, as facas bloqueariam completamente a passagem de água para a superfície da matriz, impedindo seu resfriamento correto. Os fatores que influenciam essa fração de tempo são, entre outros, a taxa de rotação das facas e a pressão de água.

De acordo com a presente invenção, essa fração de tempo preferencialmente varia de 5 a 80%, mais preferencialmente de 10 a 60%.

A temperatura da água deve preferencialmente variar de 10°C a não mais que 20°C acima da temperatura de transição vítrea do granulado expansível, mais preferencialmente de 10°C a não mais que 15°C acima da temperatura de transição vítrea do granulado expansível.

A granulação do polímero expansível pode ser adicionalmente facilitada pelo uso de aditivos separáveis que devem ser dosados na água, antes da formação do jato.

Agentes separáveis preferidos são polissiloxanos tal como polidimetilsiloxano, como tal ou em emulsão. A quantidade de polissiloxanos a ser adicionada à água é maior que 10 ppm, preferencialmente de 10 a 400 ppm.

Opcionalmente, entre os dispositivos de mistura e a matriz é possível interpor uma válvula de três vias para polímeros. Sob condições normais de operação, a válvula é alinhada com a matriz. Reciprocamente, durante a inicialização, a válvula é alinhada com um dispositivo de descarga ou outro dispositivo para receber o polímero fundido. Mediante desvio da corrente polimérica da posição de inicialização para a posição de operação, a corrente de polímero pode começar a fluir quase imediatamente dos furos da matriz, reduzindo assim o risco de obstrução dos furos da matriz.

Os particulados expansíveis assim obtidos podem ser opcional e não necessariamente submetidos a tratamento térmico em uma etapa de recozimento, para liberar possível tensão residual e aperfeiçoar a estrutura celular resultante da transformação do produto expansível. O processo de recozimento consiste em manter o produto expansível, por um período de tempo preferencialmente maior que um minuto, a uma temperatura predeterminada. Essa temperatura geralmente varia mais ou menos 15°C da temperatura de transição vítrea do particulado expansível.

O recozimento é preferencialmente realizado mantendo o particulado expansível a uma pressão maior que 0,05 MPa manométricos (0,05 barg) e resfriamento a uma temperatura menor que 45°C antes de despres20 surização.

Os polímeros aromáticos de vinila processados de acordo com os métodos proporcionados aqui mostram uma reduzida tensão residual no produto granulado, consequentemente a estrutura celular resultante da transformação dos granulados pode ser boa mesmo sem recozimento ou sem a incorporação de agentes de nucleação.

O processo para a produção de grânulos de polímeros termoplásticos expansíveis, objeto da presente invenção, pode ser entendido melhor referindo-se à representação esquemática das Figuras 1 e 2, que representam modalidades ilustrativas e não-limitativas.

Com referência à representação esquemática mostrada na Figura 1, os monômeros de vinila aromáticos, comonômeros, etilbenzeno e outros aditivos (11) são alimentados ao reator (31) e polimerizados. A corrente é aquecida pelo trocador de calor (32a) e passada através de um distribuidor perfurado em um recipiente a vácuo (32b) para removide monômeros, oligômeros, etilbenzeno e outros materiais voláteis. O polímero fundido resultante é alimentado, por meio de uma bomba (32c), a um segundo trocador de calor (33), onde é levado à temperatura de referência (por exemplo, 190°C). As bombas (32c) e (35) são controladas de modo a assegurar uma pressão na corrente polimérica (21) maior que a pressão de referência.

Uma corrente polimérica (15) e uma corrente de aditivos (16) são alimentadas, por meio de dispositivos dosadores, a um misturador de rosca contínua (44) e, subsequentemente, a uma extrusora de rosca dupla (45), no qual o polímero é fundido e os aditivos incorporados.

O sistema expansível (12) é dosado por meio de uma bomba de diafragma (41) a um trocador de calor (43), no qual é aquecido. As flutuações de pressão produzidas pela bomba (41) são uniformizadas por um amortecedor de pulsação (42). O sistema expansível é aquecido e injetado na alimentação na alimentação de aditivos (46a) por meio de uma válvula antirretorno localizada dentro do duto que transporta os aditivos. Um pequeno misturador estático (46b) proporciona uma mistura inicial entre a alimentação de aditivos e o sistema expansível. A composição resultante (22) é adiciona21 da à corrente principal do polímero aromático de vinila (21) e misturada por meio de um misturador estático (34). A corrente resultante, cuja pressão é elevada pela bomba (35), é primeiro alimentada a um dispositivo de filtração (40) e subsequentemente ao distribuidor (36) e à matriz (37), na qual a composição polimérica expansível é subdividida em pequenos canais e extrusados através de dividesos furos.

Na câmara de granulação (38), água (13) é pulvideizada contra a matriz, através de um conjunto de pontos. Uma quantidade controlada de nitrogênio (14) é dosada na câmara de granulação para impedir que ela inunde. A composição expansível é cortada por um conjunto de facas ligadas a um rotor (39) e a mistura resultante de água mais grânulos é recuperada (15).

A representação esquemática da Figura 2 mostra uma disposição diferente da corrente polimérica secundária e sistema expansível. De acordo com esse esquema, a corrente secundária (16), após a incorporação dos aditivos no polímero por meio da extrusora (45), atravessa um dispositivo de mistura (51) que completa a dispersão dos aditivos na corrente polimérica. O sistema expansível (12) é bombeado (41) e aquecido (43) como no esquema anterior. Entretanto, em vez de ser injetado na corrente secundária, ele é diretamente adicionado à corrente principal do polímero e misturado com ele (34).

Sob as condições acima mencionadas, particulado ou grânulos de compósitos expansíveis são obtidos substancialmente apresentando uma forma elipsoidal, por exemplo, a forma de uma noz ou lenticular ou uma forma lenticular (vide Figura 3a, 3b e 3c). É possível caracterizar quantitativamente essa forma por meio de um fator de forma. Muitas definições da mesma podem ser encontradas na literatura (vide, por exemplo Sukumaran, B. e Ashmawy, A.K. (2001) Quantitative characterization ofthe Geometry of Discrete Particles, Geotechnique, vol. 51, n° 7, setembro, páginas 619-627). Na presente invenção, é usada a seguinte definição adimensional do fator de forma:

FF = 36 . π . (V² / A²) na qual V é o volume da partícula de compósito expansível e A a área da superfície correspondente. O fator de forma SF é igual a 1 para uma esfera perfeita e diminui com um aumento na anisotropia, aproximando-se de zero para cilindros que apresentam uma razão de comprimento para diâmetro que se aproxima de infinito.

De acordo com a presente invenção, grânulos de compósito expansível são obtidos com um fator de forma SF, definido como acima, que varia de 0,60 a 0,99, mais preferencialmente esse fator de forma varia de 0,70 a 0,98.

Fatores de forma maiores podem ser obtidos elevando a temperatura do polímero e diminuindo o resfriamento da água (por exemplo, diminuindo o fluxo). Sob essas condições, contudo, uma pré-expansão é mais provável e o polímero que sai dos furos da matriz pode ser disseminado na superfície da mesma.

Tipicamente, os grânulos obtidos por meio da extrusão do polímero e da subsequente granulação subaquática não mostram uma forma de noz e valores menores do fator de forma são obtidos.

Esses fatores de forma menores frequentemente causam dificuldades durante a alimentação subsequente desses grânulos expansíveis nas máquinas de moldagem e, portanto, preferencialmente devideão ser evitados.

Surpreendentemente, os grânulos compósitos produzidos de acordo com a presente invenção geralmente mostram uma excelente expansibilidade e moldabilidade quando processados de acordo com métodos padrões em uso.

Alguns exemplos ilustrativos e não-limitativos são proporcionados a seguir para uma compreensão melhor da presente invenção e para suas modalidades.

EXEMPLO 1

Uma mistura líquida que consiste em 8,0% em peso de etilbenzeno, 84,98% em peso de estireno, 7,0% em peso de [alfa]-metilestireno e 0,02% em peso de divinilbenzeno é alimentada a um reator (31). A mistura é geralmente levada a uma temperatura de 135°C. Após um tempo de residência de cerca de 4 h, a composição polimérica reagente, que apresenta uma convidesão igual a 70%, é aquecida a 240°C por meio de um trocador de calor a óleo diatérmico (32a) e subsequentemente alimentada a um desvolatilizador (32b) para removide o monômero residual e solvente. A composição resultante tem um início de temperatura de transição vítrea (início de Tg) a 104°C, um índice de fluxo à fusão (MFI a 200°C, 5 kg) de 9, um peso molecular mW de 190.000 g/mol e uma razão Mw/Mn de 2,8, na qual Mw é o peso molecular ponderai médio e Mn é o peso molecular numérico médio. 830 partes dessa composição são alimentadas ao trocador de calor (35) que baixa a temperatura para 180°C.

151,6 partes de N2982 (poliestireno apresentando um Mw igual a 130.000 g/mol, Mw/Mn igual a 2,3, MFI (200°C, 5 kg) igual a 25 g/10’, produzido por Polimeri Europa) (15) são alimentadas a uma extrusora de rosca dupla (45).

Uma mistura consistindo em 8,0 partes de copolímero em bloco estireno-isopreno-estireno SOL T 190, produzido por Polimeri Europa, 8,4 partes de BR-E 5300 (hexaclorociclododecano estabilizado vendido por Chemtura) e 2,0 partes de Perkadox 30 (2,3-dimetil-2,3-difenilbutano, vendido por Akzo Nobel) (16) é alimentada ao mesmo dispositivo. Uma bomba de engrenagens aumenta a pressão de alimentação dos aditivos fundidos para 27 MPa manométricos (270 barg).

partes de uma mistura de n-pentano e isopentano, na qual a razão n-pentano/isopentano é de 70/30 em peso, são dosadas, por meio da bomba (41), ao trocador de calor (43), onde a temperatura do sistema expansível é elevada para 110°C. O sistema expansível aquecido é injetado na corrente de aditivos (46a) e incorporado nela por meio de um conjunto de elementos de mistura (46b). A corrente secundária resultante (22) apresenta uma temperatura de 180°C e uma pressão de 24 MPa (240 bar). 150 partes da corrente (22) são adicionadas a 850 partes da corrente principal (21) e misturadas nela por um segundo dispositivo de mistura (34).

Uma segunda bomba de engrenagens (35) alimenta a corrente polimérica resultante a um dispositivo trocador de filtros (40) em que uma rede de filtração é introduzida, apresentando uma malha de 200 mícrons, sustentada por uma segunda rede com uma malha de 1.000 mícrons.

A composição filtrada é levada primeiramente ao distribuidor (36) e, em seguida, à matriz (37), onde é extrusada através de uma série de furos que apresentam um diâmetro de 0,5 mm (37) e granulada (38). O jato de água (13) tem uma temperatura de 45°C e uma pressão a montante de 2,0 MPa (20 bar). Uma corrente de nitrogênio (14) impede de inundação a câmara de granulação. A razão em fluxo de massa entre a corrente de nitrogênio (14) e a corrente de água (13) é de 1:3. A pressão na câmara de granulação é ajustada em 0,35 MPa (3,5 bar).

A resina expansível granulada é coletada da lama (15), secada por meio de uma centrífuga e coberta com um revestimento consistindo em 0,2% de estearato de monodiglicerila e 0,1% de estearato de zinco, com relação ao peso da partícula expansível. A expansão é efetuada sob corrente atmosférica a 100,3°C por 3 minutos, as contas expandidas são então deixadas secar ao ar por 24 h.

Subsequentemente, uma parte das contas expandidas é moldada em uma prensa que apresenta uma câmara de moldagem cilíndrica (90 mm de altura, 250 mm de diâmetro), considerando que as contas restantes são expandidas uma segunda vez em corrente atmosférica por 2 minutos.

Os granulados expansíveis apresentam uma forma típica de noz, como mostrado na Figura 3b.

EXEMPLO 2

A mistura usada no Exemplo 1 é repetida, mas com as unidades de processo dispostas como na Figura 2.

EXEMPLO 3

O Exemplo 1 é repetido, mas com a corrente secundária (16) consistindo em 33,1 partes de BR-E 5300, 47 partes de Minstron 002, talco produzido por Luzenac, 10 partes de etileno-bis-estearamida e 6,5 partes de Perkadox 30, considerando que a alimentação de polímero (15) consiste em 73,4 partes de N2982. A pressão na câmara de granulação é ajustada em

0,48 MPa (4,8 bar).

Os granulados expansíveis apresentam uma forma típica de noz, como mostrado na Figura 3c.

EXEMPLO 4

O Exemplo 1 é repetido, mas a corrente secundária (16) consiste em 24,3 partes de BR-E 5300, 52 partes de BR-E 5300, 52 partes de grafita MetalPURE 5595, produzida por Superior Graphite, 10 partes de etileno-bisestearamida e 5,1 partes de Perkadox 30, considerando que a alimentação de polímero (15) consiste em 78,6 partes de N2982. A pressão na câmara de granulação é ajustada em 0,52 MPa (5,2 bar).

Os granulados expansíveis apresentam uma forma típica de noz, como mostrado na Figura 3a.

EXEMPLO 5

O Exemplo 4 é repetido, mas um terceiro trocador de calor é posicionado entre o misturador (34) e a bomba (35). A composição polimérica expansível é resfriada a 170°C por meio desse trocador de calor e subsequentemente granulada seguindo as mesmas condições indicadas no Exemplo 1.

EXEMPLO 6

O Exemplo 1 é repetido, mas a corrente secundária (16) consiste em 35 partes de magnetita, produzida por Palabora Mining Company, e 10 partes de etileno-bis-estearamida, considerando que a alimentação de polímero (15) consiste em 125,0 partes de N2982. A pressão na câmara de granulação é ajustada em 0,55 MPa (5,5 bar).

EXEMPLO 7

O Exemplo 1 é repetido, mas alimentando 750 partes de polímero ao trocador de calor (35). A corrente secundária (16) consiste em 10 partes de etileno-bis-estearamida, considerando que a alimentação de polímero (15) consiste em 140,0 partes de polietileno FG-20, produzido por Polimeri Europa, e 100 partes de copolímero em bloco estireno-isopreno-estireno SOL T 190, produzido por Polimeri Europa.

EXEMPLO 8

O Exemplo 1 é repetido, mas a mistura líquida alimentada ao reator (31) consiste em 8,0% em peso de etilbenzeno, 84,5% em peso de estireno, 7,0% em peso de [alfa]-metilestireno, 0,5% em peso de borracha em bloco estireno-butadieno-estireno (SBS).

EXEMPLO COMPARATIVO 1

O Exemplo 1 é repetido, mas a temperatura do polímero em (21) e (22) é elevada para 230°C.

EXEMPLO COMPARATIVO 2

O Exemplo 1 é repetido, mas a razão de fluxo de massa entre água (13) e nitrogênio (14) alimentados ao granulador (38) é levada a 10:1. Como resultado, obtém-se a inundação da câmara de granulação.

EXEMPLO COMPARATIVO 3

O Exemplo 1 é repetido, mas um terceiro trocador de calor é posicionado entre o misturador (34) e a bomba (35). A composição polimérica expansível é resfriada a 150°C por meio desse trocador de calor e subsequentemente granulada seguindo as mesmas condições indicadas no Exemplo 1.

A Tabela 1 e a Tabela 2 mostram, para cada exemplo e exemplo comparativo, o fator de forma, o tamanho médio dos granulados, a dimensão média das células, a qualidade das mesmas, a densidade após 3 minutos de expansão, a densidade atingida após uma segunda expansão de 2 minutos, o resultado do teste de autoextinção B2 de acordo com DIN 4102, parte 2, e a porcentagem de sinterização do produto moldado.

Como se pode vide, os granulados expansíveis produzidos de acordo com a presente invenção, e produtos expandidos e moldados correspondentes, mostram uma boa processabilidade durante expansão e moldagem. Videificou-se surpreendentemente que é possível obter produtos expandidos que contêm altas quantidades de vários aditivos, usando os mesmos métodos utilizados em polímeros aromáticos de vinila expansíveis que não contêm esses aditivos, sem observar deteriorações particulares na eficácia.

Os Exemplos Comparativos, que mostram produtos obtidos mediante modificação de parâmetros de processo fora das faixas descritas aqui, ou mediante alteração dos métodos proporcionados aqui, mostram difi-

Claims (3)

culdade na produção de produtos manufaturados de baixa densidade, ou a qualidade dos mesmos, em particular a estrutura celular, não é adequada. No todo do presente documento, o termo parte refere-se implicitamente a parte em peso, se não especificado de outra maneira. O mesmo se aplica aos valores em porcentagem. A invenção é descrita em detalhes, com referência a modalida10 des preferidas da mesma, mas se entende que variações e modificações podem ser aplicadas, dentro do espírito e objetivo da invenção. Considerando que é evidente que as modalidades apresentadas aqui como exemplos da invenção satisfazem os objetivos especificados acima, numerosas modificações e outras modalidades podem obviamente ser concebidas por especi15 alistas no estado da técnica. Entende-se, portanto, que as reivindicações incluídas aqui cobrem todas essas modificações e modalidades, que formam uma parte do escopo e objeto da presente invenção. Tabela 1 Sinterização da espuma (%) 08 06 70 08 o CO 70 70 08 Exemplos comparativos o LO 09 09 Qualidade das células boa CO o -Ω boa boa boa média média boa 2 JO o Q. O E insuficiente média Tamanho médio das células na espuma (pm) 160 180 130 o o 140 190 180 140 n.d. 160 220 Tamanho médio dos grânulos (mm) 0,88 0,92 0,95 0,98 0,96 1,10 0,91 0,93 1,05 0,95 Exemplos T“ CM CO in CO r·- co CM co Tabela 2 Resultado do teste B2 nossed passou nossed nossed nossed nossed nossed nossed Exemplos comparativos não passou n.d. n.d. Massa específica após 2a expansão (g/l) 9,5 o 8,0 8,5 9,5 11,5 IO co 0‘6 12,8 16,2 Massa específica após 1a expansão (g/l) 15,4 16,2 13,5 13,1 <d v- 19,1 15,2 22,4 18,5 20,1 Fator de forma 0,97 0,97 0,88 0,91 0,82 0,73 0,75 0,96 0,71 0,65 o Pigmentos (%) 1 1 1 1 1 1 Talco, 4,7% Grafita, 5,2% Grafita, 5,2% Magnetita, 3,5% Exemplos CM CO LO co OO CM co reivindicações

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1. Processo para preparação contínua de grânulos expansíveis à base de polímeros termoplásticos, por meio de uma matriz de granulação, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:

(i) levar uma corrente de polímero aromático de vinila fundido a uma temperatura de referência, em que a temperatura de referência varia da temperatura crítica do sistema expansível menos 25°C e da temperatura crítica do sistema expansível mais 25°C;

(ii) incorporar em uma segunda corrente de material polimérico fundido de 0 a 60% em peso, com relação ao peso da corrente resultante, de aditivos inorgânicos e orgânicos apresentando menos de 10 por cento em peso de partículas que apresentam um tamanho maior que metade do diâmetro dos furos da matriz;

(iii) incorporar um sistema expansível na composição polimérica no estado fundido (ii) sob uma pressão de referência, em que essa pressão de referência é maior que a pressão crítica do sistema expansível;

(iv) incorporar a composição polimérica (iii) na corrente de polímero aromático de vinila (i);

(vii) granular a composição polimérica expansível, assim obtida, na câmara de corte de um dispositivo para a granulação a quente de polímeros termoplásticos, a qual compreende:

(a) uma matriz, consistindo em um corpo cilíndrico que inclui uma série de furos de extrusão na superfície externa e canais de adução de polímero, posicionados no interior do corpo cilíndrico, em correspondência com e ligados aos furos;

(b) um conjunto de facas, situadas em correspondência com os furos da matriz, rigidamente ligadas a um eixo rotativo;

(c) um conjunto de bicos, situado atrás do conjunto de facas, que gera um jato de líquido contra a matriz;

(d) uma entrada a partir da qual uma corrente de gás é alimentada; e sendo que a corrente de gás que vem dessa entrada (d) impede a inundação da câmara de granulação.

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2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema expansível consiste em um agente expansível ou uma mistura de agentes expansíveis.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sistema expansível é aquecido a uma temperatura igual ou maior que a temperatura de transição vítrea do polímero majoritário em peso, antes de incorporação na corrente polimérica.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a seguinte etapa é introduzida antes da granulação (vii):

(vi) passar a composição expansível através de um filtro, em que o espaçamento da malha da rede é igual a não mais que metade do diâmetro dos furos da matriz, mantendo a pressão do produto fundido em um valor maior que a pressão crítica do sistema expansível.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o filtro apresenta um tamanho de malha que varia de um décimo a um terço do diâmetro dos furos da matriz.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o sistema expansível é diretamente incorporado na corrente aromática de vinila (i).

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a incorporação (iv) da composição polimérica e sistema expansível é efetuada por meio de dispositivos de mistura estáticos ou dinâmicos, por um tempo de residência mínimo de 100 segundos, e, ao mesmo tempo, mantendo a pressão do produto fundido em um valor maior que a pressão crítica do sistema expansível.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a seguinte etapa é introduzida antes da granulação (vii):

(v) resfriamento da composição polimérica expansível (iv) a uma temperatura que é pelo menos 50°C maior que a temperatura de transição vítrea do polímero majoritário, com relação a peso, mantendo a pressão do

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9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas, após a granulação da composição polimérica expansível (vii):

(viii) aquecimento da composição expansível granulada a uma temperatura que varia da temperatura de transição vítrea da composição expansível menos 15°C à temperatura de transição vítrea da composição expansível mais 15°C, por um período maior que 60 segundos; e (ix) resfriamento dos grânulos recozidos a uma temperatura de não mais que 45°C.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de recozimento é efetuada por um período de tempo maior que 180 segundos e em que tanto a etapa de recozimento (viii) quanto a etapa de resfriamento (ix) são realizadas a uma pressão maior que 50 kPa manométricos (0,5 barg).

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a corrente de polímero aromático de vinila da etapa (i) está no estado fundido e vem diretamente de uma planta de polimerização.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a corrente de polímero aromático de vinila, que vem da saída de um desvolatilizador, é diretamente alimentada no estado fundido.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a corrente de polímero aromático de vinila da etapa (i) é obtida mediante fusão de particulados sólidos de polímeros em uma extrusora.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o material de polímero aromático de vinila (i) é produzido pela polimerização de estireno com 0-50% em peso de [alfa]-metilestireno; (met)acrilato de alquila, em que o grupo alquila é um grupo C1-C4-alquila; acetato de vinila; acrilonitrila; dienos conjugados e mis12/06/2018, pág. 7/14 turas dos mesmos.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o material polimérico na etapa (ii) é selecionado de um ou mais dos seguintes materiais:

homopolímeros, copolímeros estatísticos e copolímeros em bloco que apresentam uma base aromática de vinila;

(a) homopolímeros, copolímeros estatísticos e copolímeros em bloco que apresentam uma base aromática de vinila, selecionada de poliestireno, estireno-butadieno-estireno, estireno-isopreno-estireno, estirenoetileno-butileno-estireno (SEBS), estireno-etileno-propileno (SEP), copolímeros estireno-acrilato de butila, poliestireno de alto impacto (HIPS), acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), estireno-acrilonitrila (SAN);

(b) polímeros à base de olefinas, selecionados de etileno-acetato de vinila (EVA), polietileno (PE), tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polietileno (PET); e (c) (co)polímeros de condensação selecionados de policarbonatos e poliésteres, polímeros (met)acrílicos, éter polifenilênico (PPO/PPE), polímeros técnicos de engenharia técnica, poliamidas, polilactatos.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que uma parte ou o todo do polímero na etapa (ii) é obtida mediante fusão de produtos pós-consumidor à base de aromáticos de vinila.

17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que os aditivos na etapa (ii) são selecionados de:

(a) carbono elementar selecionado de negro de fumo, coque, nanofibras de carbono, carbono vítreo e material de grafita que apresenta um um grau de grafitização, calculado por meio da fórmula de Maire e Mering, de pelo menos 0,2;

(b) agentes de autoextinção selecionados de compostos alifáticos ou aromáticos halogenados ou compostos sem halogênio;

(c) agentes de autoextinção sinérgicos selecionados de compos12/06/2018, pág. 8/14 tos que apresentam uma ligação instável C-C, N-N ou O-O;

(d) derivados inorgânicos de silício, magnésio, alumínio, selecionados de talco, hidrotalcita e mica;

(e) óxidos e dicalcogenídeos de metais e semimetais.

Petição 870180050190, de 12/06/2018, pág. 9/14

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Fig.3b

Fig. 3c