BRPI0821787B1 - uso de cápsulas de dopagem, que compreendem pelo menos uma substância que apresenta uma fase rotatória - Google Patents

Abstract

cápsulas de dopagem, sistemas compostos que compreendem as mesmas, bem como uso das mesmas. a presente invenção refere-se a cápsulas de dopagem, que tem uma substância que apresenta uma transparência decrescente com temperatura crescente dentro de um âmbito de temperatura definido, devido a interações físico-químicas com a matriz de polímero a ser dopada. a invenção refere-se, igualmente, a sistemas compostos, que tem uma matriz de polímero dopada com as cápsulas de dopagem. as cápsulas de acordo com a invenção são usadas para proteção solar ou reflexão de calor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para USO DE CÁPSULAS DE DOPAGEM, QUE COMPREENDEM PELO MENOS UMA SUBSTÂNCIA QUE APRESENTA UMA FASE ROTATÓRIA.

[001] A presente invenção se refere a cápsulas de dopagem, que tem uma substância que exibe uma transparência decrescente com temperatura crescente dentro de um âmbito de temperatura definido, devido a interações físico-químicas com a matriz de polímero a ser dopada. A invenção refere-se igualmente a sistemas compostos, que tem uma matriz de polímero dopada com as cápsulas de dopagem. As cápsulas, de acordo com a invenção, são usadas para proteção solar ou reflexão de calor.

[002] Mundialmente, o consumo de energia anual em edifícios para refrigeração já quase excede o consumo de energia adequado para aquecimento dos mesmos. A otimização do equilíbrio de energia é necessária, a fim de evitar a crescente tensão térmica em cidades. Os edifícios precisam ser planejados de acordo, para que seja efetuada a refrigeração passiva, em vez de equipar os mesmos com unidades de condicionamento de ar elétricas.

[003] A proteção contra superaquecimento ainda é efetuada quase exclusivamente por meio de sombreamento mecânico convencional.

[004] Métodos recentes, tais como mudança ativa (sobretudo por meio de eletrocromismo) não se mostraram bem sucedidos até o presente. Além de aspectos econômicos, perguntas tecnológicas não solucionadas, certamente são responsáveis por isso. Em Encyclopedia of Polymer Sciences and Tecnology por A. Seeboth/D. Lõtsch (2004) é descrito em detalhe o uso de materiais termocrômicos para efeitos ópticos controlados por temperatura.

[005] Há décadas vem se tentado usar hidrogéis termotrópicos ou misturas de polímeros para a proteção solar. Já entre 1950 e 1960

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2/8 foram feitas experiências no zoológico de Munique com materiais termotrópicos para a proteção solar. Outros materiais termotrópicos, que mudam em função da temperatura ou camadas, que permanentemente refletem a radiação solar, na área de proteção solar são conhecidos dos documentos US 4.307.942, US 6.440.592 e US 2005/147825.

[006] Além das perguntas tecnológicas não solucionadas previamente, mecanismos de reação nos sistemas termotrópicos que são usados, entre outros, reações químicas concorrentes, separações de fase, transições de fase, que certamente também não foram entendidos até o presente, são uma razão substancial para os retardamentos na introdução no mercado. Desse modo, por exemplo, no documento EP 0 125 804, um composto alifático da fórmula geral CnHn+2, com n = 5 a 30, é introduzido como monômeros termotrópicos, em uma concentração entre 0,5 e 10% em peso, em um polímero de matriz fotoendurecedor. No entanto, estruturas dessa fórmula geral não são capazes de funcionar como monômeros em uma reação polimérica. Monômeros ou compostos monoméricos são, por definição, moléculas reativas de baixa molecularidade, que podem amalgamar-se para formar cadeias ou redes moleculares, para formar polímeros não ramificados ou ramificados. Além disso, é necessário um processo de migração do composto alifático distribuído homogeneamente na matriz de polímero para a superfície do substrato, particularmente, também promovido por carga térmica. As propriedades termotrópicas, baseadas na necessidade de uma fase anisotrópica e produzidas em um âmbito de concentração de até 10% em peso, não tem uma estabilidade de longo prazo. Além disso, está descrito no documento EP 0 125 804 que a mistura precisa ter uma solubilidade correspondente para o componente termotrópico, a fim de tornar possível uma reação de precipitação. A dissolução da fase termotrópica necessariamente leva à perda da anisotropia, que está baseada em interações intermoleculaPetição 870180052904, de 20/06/2018, pág. 6/19

3/8 res das moléculas termotrópicas individuais uma com a outra. Na reticulação subsequente, causada cineticamente e termodinamicamente, o componente termotrópico não pode ser novamente precipitado quantitativamente como uma fase separada. Além disso, o endurecimento da matriz de polímero por exposição à luz sob uma atmosfera inerte ou a produção de películas por fundição entre duas placas de vidro e subsequente remoção das mesmas, não permite uma tecnologia contínua e economicamente eficaz. Essa estratégia de solução, portanto, não é negociável.

[007] O objeto que serve de base à invenção, começando pelas desvantagens descritas do estado da técnica, é, portanto, por à disposição um material plástico termotrópico, que tenha uma estabilidade de longo prazo, isto é, seja termodinamicamente estável, e possa ser usado, entre outros para proteção solar.

[008] Esse objetivo é alcançado dotando cápsulas com as características da reivindicação 1 e pelo sistema composto com as características da reivindicação 11. As outras reivindicações secundárias indicam desenvolvimentos vantajosos. Usos de acordo com a invenção são mencionados na reivindicação 18.

[009] De acordo com a invenção, são postas à disposição cápsulas de dopagem, que compreendem pelo menos uma substância que tem uma fase rotatória em um âmbito de temperatura de 10 a 55°C. Desse modo, as cápsulas exigem uma diminuição em transparência no âmbito de temperatura mencionado com temperatura crescente. [0010] Por transparência deve ser entendido, no contexto da presente invenção, que um material tem propriedades transparentes quando, no âmbito de comprimento de onda de UV-Vis, NIR ou IR, ele tem uma transmissão de pelo menos 30%, de preferência, pelo menos 50%, e, de modo particularmente preferido, pelo menos 70%.

[0011] A fase rotatória, como função da temperatura, leva a fases

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4/8 ordenadas diferentemente e isotrópicas do material de núcleo. A fase cristalina plástica, que está formada entre as fases cristalinas altamente ordenadas e a fase isotrópica completamente configurada é chamada de fase rotatória. Com respeito à fase rotatória, faz-se referência a Sirota, Singer, J. Chem. Phys. 101 (1994), 10873.

[0012] As mudanças estruturais induzidas por temperatura na substância com a fase rotatória ocorrem entre a transição do estado sólido/sólido para o estado sólido/líquido.

[0013] As mesmas podem ser caracterizadas muito precisamente por meio de calorimetria de sondagem diferencial dinâmica (DCS) e análise por raios X. Como resultado da interação físico-química entre a substância na cápsula e uma matriz de polímero a ser dopada, uma mudança dependente de temperatura no índice de refração é efetuada com variação da temperatura. Como resultado, acompanhando um aumento de temperatura, de acordo com a invenção há, ao mesmo tempo, uma redução em transparência, o que representa uma diferença substancial e uma vantagem em relação aos sistemas conhecidos da técnica anterior. Esse efeito pode ser usado, entre outros, para proteção solar. Nesse caso, é um pré-requisito que a substância com a fase rotatória esteja presente como fase separada. A mesma precisa ser tão pequena quanto possível na dimensão espacial, a fim de satisfazer as exigências ópticas e estar presente, tanto quanto possível, em forma monodispersa, a fim de levar em conta as propriedades mecânicas do sistema termotrópico total resultante.

[0014] De preferência, a pelo menos uma substância com uma fase rotatória é selecionada do grupo de hidrocarbonetos saturados e insaturados. Substâncias dos grupos seguintes são particularmente preferidas, nesse caso:

• hidrocarbonetos alifáticos saturados ou insaturados (C10C30), particularmente, n-tetradecano, n-eicosano, n-nonadecano, nPetição 870180052904, de 20/06/2018, pág. 8/19

5/8 heptacosano ou hexadecano, • alcoóis graxos e aminas graxas saturados ou insaturados, particularmente, álcool dodecílico, álcool decílico, álcool hexadecílico, dodecilamina, decilamina ou hexadecilamina, • ésteres de ácidos graxos e hidrocarbonetos halogenados, particularmente, C14-C26 ésteres de ácido graxo, C14-C26 hidrocarbonetos ou perfluoralcanos, • compostos de colesterila, particularmente, monoidrato de colesterol, acetato de colesterila ou estigmasterol, • poliolefinas, particularmente, polietileno, prolipropileno ou copolímeros dos mesmos, • organometais, particularmente, ferrocenos de octametila, • e também misturas dos mesmos.

[0015] O uso da substância com fase rotatória pode ser efetuado como substância única ou como uma mistura de uma pluralidade de substâncias em uma cápsula.

[0016] A cápsula de dopagem igualmente pode compreende substâncias que não tem fase rotatória. São apropriadas aqui, particularmente, substâncias que não tem fase rotatória. São particularmente apropriadas aqui substâncias de atividade de superfície, tais como derivados de óxido de etileno não iônico, que podem aumentar a interação entre as substâncias com fase rotatória por formação de um complexo termodinamicamente estável. Particularmente ao usar parafina como substância com fase rotatória, podem ser usadas, de preferência, substâncias de atividade de superfície aniônicas ou catiônicas, tais como sulfato de dodecila de sódio (SDS) ou brometo de amônio de cetiltrimetila (CTAB) como aditivos. A possibilidade de formar as fases rotatórias por formação de complexo de substâncias com fases rotatórias e substâncias sem fases rotatórias não está excluída e pode ser usada como efeito.

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6/8 [0017] As cápsulas de acordo com a invenção são, de preferência, microcápsulas e tem um diâmetro no âmbito de 1 a 10 μιτι. No entanto, as cápsulas também podem ser produzidas como nanocápsulas e, desse modo, tem, de preferência, um diâmetro no âmbito de 10 nm a 1 gm. A única condição aqui é que as nanocápsulas tenham um diâmetro acima de λ/4. No caso de baixas exigências à qualidade óptica, por exemplo, se não houver altas exigências sobre uma aparência homogênea, as cápsulas podem até mesmo ter um diâmetro de mais de 10 μιτι.

[0018] Quando usadas para proteção solar, também podem ser usadas misturas de cápsulas com substâncias diferentes com uma fase rotatória ou te mesmo cápsulas de um tamanho diferente. Como resultado, o âmbito de trabalho pode ser variado virtualmente de modo arbitrário.

[0019] As cápsulas de acordo com a invenção podem ser produzidas de acordo com s instruções de A. Loxley e B. Vincent, Journal of Colloid and Interface Science 208, 49 - 62 (1998). A separação das cápsulas é efetuada por filtração ou secagem por pulverização.

[0020] A técnica específica e as condições na emulsão iniciadora são responsáveis pelo tamanho da cápsula. O mesmo pode ser acima ou abaixo de 1 μιτι, isto é, no âmbito micro ou nano.

[0021] A temperatura de mudança entre o estado transparente e opaco para o material polimérico dotado de cápsula, isto é, o sistema composto, é determinada pela substancialmente respectivamente usada, com fase rotatória ou mistura dos mesmos. Como resultado, é produzida uma diversidade excepcional. Para nanocápsulas (abaixo de 1 μιτι), usando tamanhos de gotículas diferentes, com uma substância rotatória constante, resultam até mesmo possibilidades de variação adicionais para influenciar o ponto de mudança. Desse modo, pode ser usada uma mistura de cápsulas com uma substância rotatória consPetição 870180052904, de 20/06/2018, pág. 10/19

7/8 tante C20, sendo que o tamanho de cápsula é de, aproximadamente, 130 nm ou, aproximadamente, 300 n. Naturalmente, micro- e nanocápsulas também podem ser usadas como uma mistura, sendo que a substância rotatória é capaz de ser constante ou diferentes, consistindo, em cada caso, em um componente único ou uma mistura.

[0022] As cápsulas de dopagem podem ser introduzidas com técnicas de agitação diferentes (agitador de lâmina, dissolvedor, Turrax) nos compostos básicos monoméricos para sistemas de resina fundidos ou para durômeros. A concentração em % em peso é de entre 0,1 e 8,5% em peso, de preferência, entre 0,5 e 2,5% em peso. Se as cápsulas forem fornecidas como pó ou lote pré-fabricado de materiais poliméricos termoplásticos a um processo de extrusão, a concentração, nesse caso, deve ser entre 0,5 e 7,5% em peso. No caso de processos de extrusão, devem ser usadas cápsulas de resina de melamina e de polimetacrilato reticulado, de preferência, para poliolefinas. Cápsulas de resina de epóxi são dopadas, de preferência, em polímeros de fusão mais alta, tais como PC, PS ou PMMA.

[0023] De acordo com a invenção, sistemas compostos também são postos à disposição, que compreendem pelo menos uma matriz de polímero e também as cápsulas de acordo com a invenção descritas acima . Desse modo, são possíveis como matriz de polímero, de preferência, termoplásticos, durômeros, elastômeros, resinas fundidas, vernizes, hidrogéis, polímeros inorgânicos e misturas dos mesmos. Nesse caso, é essencial que as matrizes de polímero mencionadas tenham pelo menos um estado transparente dentro de um âmbito de temperatura ou pressão definido.

[0024] São particularmente apropriados como termoplásticos, poliolefinas, policarbonatos, polimetacrilatos, poliamidas, misturas dos mesmos, coplímeros e ligas de polímeros. Resinas de melamina e resinas de epóxi são durômeros preferidos e derivados de silício orgâniPetição 870180052904, de 20/06/2018, pág. 11/19

8/8 cos para vernizes. Os elastômeros devem, de preferência, ser reticulados por meio de enxofre. Além da seleção da classe de material plástico, também o processamento tecnológico da mesma é crucial para as propriedades macroscópicas.

[0025] As cápsulas de dopagem de acordo com a invenção são usadas, particularmente, na área da proteção solar e reflexão de calor. [0026] O objeto de acordo com a invenção deve ser explicado mais detalhadamente com referência ao exemplo subsequente e à figura associada, sem querer limitar o referido objeto à modalidade especial mostrada aqui.

Exemplo 1 [0027] 3,5% em peso de uma microcápsula, com um tamanho de cápsula de 3 a 6 pm, são misturados em polietileno do tipo LD. Em um processo de extrusão, é produzida uma película termotrópica com uma espessura de camada de aprox. 110 pm. As zonas de aquecimento do extrusor são mudadas entre 180°C e 205°C; no molde de fenda, a temperatura é de 210°C. A película é esfriada no rolo de resfriamento para 45°C dentro de 2 a 5 segundos. A película termotrópica extrudada aumenta sua transparência com o aumento da temperatura (figura 1). O processo é reversível. A película é apropriada para proteção solar.

Claims (8)

1. Uso de cápsulas de dopagem, que compreendem pelo menos uma substância que apresenta uma fase rotatória, em um âmbito de temperatura de 10 a 55°C e está presente como fase separada e a substância é selecionada do grupo que consiste em:

• alcoóis graxos e aminas graxas saturadas ou insaturadas, particularmente, álcool dodecílico, álcool decílico, álcool hexadecílico, dodecilamina, decilamina ou hexadecilamina, • ésteres de ácidos graxos e hidrocarbonetos halogenados, particularmente, C14-C26 ésteres de ácido graxo, C14-C26 hidrocarbonetos ou perfluoralcanos, • compostos de colesterila, particularmente, monoidrato de colesterol, acetato de colesterila ou estigmasterol, • poliolefinas, particularmente, polietileno, polipropileno ou copolímeros dos mesmos, • organometais, particularmente, ferrocenos de octametila, • e também misturas dos mesmos;

para proteção solar e/ou reflexão de calor;

sendo que as cápsulas são ajustadas em uma matriz de polímeros que consistem em termoplásticos, durômeros, elastômeros, resinas fundidas, vernizes, hidrogéis, polímeros inorgânicos e misturas dos mesmos, as ditas cápsulas apresentam diâmetro acima de λ/4 em um comprimento de onda de UV-Vis, NIR ou IR, e que as ditas cápsulas;

a) são microcápsulas e apresentam um diâmetro no âmbito de 1 a 10 μπι;

b) são nanocápsulas e apresentam um diâmetro no âmbito de 10 nm a 1 μιτι;

c) consistem em uma mistura de microcápsulas com diâmetro no âmbito de 1 a 10 μιτι e nanocápsulas com diâmetro de 10 nm a 1 μιτι; e

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2/2 sendo que as cápsulas apresentam uma redução de transparência no âmbito de temperatura com temperatura crescente.

2. Uso de cápsulas de dopagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma substância apresenta uma fase rotatória no âmbito de temperatura de 15a45°C.

3. Uso de cápsulas de dopagem, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma substância está presente em forma monodispersa.

4. Uso de cápsulas de dopagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a cápsula compreende, adicionalmente, substâncias sem uma fase rotatória.

5. Uso de cápsulas de dopagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os termoplásticos são selecionados do grupo de consiste em poliolefinas, policarbonatos, polimetacrilatos, poliamidas, copolímeros, ligas de polímeros e misturas dos mesmos.

6. Uso de cápsulas de dopagem, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os durômetros são selecionados do grupo de resinas de melamina e resinas de epóxi.

7. Uso de cápsulas de dopagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os vernizes são selecionados de compostos de silício orgânicos.

8. Uso de cápsulas de dopagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os elastômeros são reticulados por meio de enxofre.