PT1368421E

PT1368421E - Espuma polimérica compósita

Info

Publication number: PT1368421E
Application number: PT02710706T
Authority: PT
Inventors: Ingmar Per Quist; Anthony Jacob John
Original assignee: Styrophen Internat Pty Ltd
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2008-01-14
Also published as: IL157212A0; HUP0303275A2; AP2003002839A0; HU226899B1; HUP0303275A3; US20090214853A1; KR20030081444A; EA200300881A1; EA006962B1; ES2296904T3; BR0207250B1; SK288044B6; DE60223228T2; IL157212A; OA12447A; SK10262003A3; PL206957B1; ZA200306005B; DE60223228D1; CN1249134C

Description

ΕΡ 1 368 421/ΡΤ DESCRIÇÃO "Espuma polimérica compósita"

Campo técnico

Este invento refere-se a espumas poliméricas compósitas. 0 invento também se refere a composições liquidas para a preparação de espumas poliméricas compósitas e isolamento de painéis formados a partir destas espumas.

Antecedentes do invento

As espumas poliméricas são amplamente utilizadas na indústria da construção para isolamento térmico e acústico. As espumas poliméricas tais como as espumas de poliestireno são amplamente utilizadas como um núcleo encerrado entre folhas de aço para formar painéis de isolamento para salas refrigeradas e instalações fabris, devido às suas excelentes propriedades mecânicas, elevado valor de isolamento e baixo custo. A principal característica negativa destes painéis de isolamento é a sua elevada propensão para queimar e/ou fundir num fogo, conduzindo à perda da resistência estrutural. As espumas fenólicas e de furano, por seu lado, possuem excelentes propriedades de resistência ao fogo, mas não podem ser utilizadas como núcleo em painéis cobertos por aço devido às suas pobres propriedades mecânicas. São extremamente rígidas e formam uma superfície friável quando cortadas.

Um problema adicional com as resinas fenólicas e de furano consiste em conseguir uma aderência satisfatória às folhas de aço. 0 pedido de patente britânico GB 2013209A divulga um processo para formar painéis de uma resina policondensável. 0 invento desta citação dissocia a expansão ou formação da resina a partir da sua polimerização ou policondensação. Isto significa que a expansão ocorre antes da polimerização ou endurecimento da resina. 0 processo requer aquecimento externo dado ser necessário que a expansão tenha lugar antes da polimerização. A composição pode incluir contas de poliestireno. No entanto, estas são utilizadas na forma 2

ΕΡ 1 368 421/PT expandida dado que a reacção de policondensação tem lugar a aproximadamente 60°, uma temperatura demasiado baixa para permitir que as contas de poliestireno se expandam. Para expandir contas de poliestireno são necessárias temperaturas próximas do ponto de amolecimento ou da temperatura de transição vítrea do poliestireno. Esta citação possui um regime de aquecimento complexo para ultrapassar os problemas percebidos por se terem os processos de cura/polimerização ligados. É por esta razão que a formação de espuma e a cura/polimerização da fase policondensável estão separadas e porque são utilizadas contas de poliestireno expandido. O pedido de patente belga BE 865001 é similar ao pedido de patente britânica discutido anteriormente dado que a espuma compósita é preparada usando contas de poliestireno expandido. O aquecimento no seu processo está limitado a temperaturas inferiores às requeridas para a deformação das partículas de poliestireno. O pedido de patente soviético SU 585189 também divulga composições que envolvem a utilização de contas de poliestireno expandido. O pedido de patente alemão DE 19910257 divulga composições de espuma polimérica resistentes ao fogo que incluem 5-50% em peso de grafite expansível. As composições são preparadas por adição da mistura líquida a um molde e aquecimento por vapor externo. Ambos os exemplos utilizam contas de poliestireno expandido e a razão ponderai de resina fenólica para poliestireno é inferior a 0,5.

Sumário do invento

Preferivelmente, a percentagem ponderai de polímero de poliestireno na espuma compósita está na gama de 5-50 e mais preferivelmente de 10-40.

Preferivelmente, a espuma compósita possui uma densidade na gama de 25-200 kg/m3.

Preferivelmente, a espuma compósita possui uma densidade na gama de 25-50 kg/m3. 3 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ

Preferivelmente, a espuma compósita possui uma densidade na gama de 50-200 kg/m3.

Numa forma alternativa, o invento proporciona um painel de isolamento coberto por aço que possui um núcleo de espuma compósita que compreende uma fase continua de polímero fenólico/furano e uma fase dispersa de polímero de poliestireno em espuma em que a razão ponderai de polímero fenólico/furano para poliestireno é pelo menos de 1.

Este invento proporciona numa forma uma espuma polimérica compósita que compreende uma fase contínua de um polímero de furano ou polímero fenólico e de furano e uma fase dispersa de polímero de poliestireno expandido em espuma, em que a espuma compósita é preparada por reacção de uma composição líquida expansível em espuma que compreende 5-50% p/p de contas de poliestireno não expandido expansível em espuma, 50-95% p/p de uma resina ou mistura de resinas seleccionadas dentre o grupo de uma resina de furano, uma resina fenólica e uma resina de furano, e uma resina fenólica e álcool furfurílico, e uma quantidade eficaz de um catalisador ácido, em que a composição expansível que reagiu atinge temperaturas suficientes para polimerizar a referida resina ou mistura de resinas e expandir o polímero de poliestireno sem requerer a aplicação de fontes de calor ou energia externas.

Numa forma alternativa adicional, o invento proporciona um processo de formação de uma massa de espuma polimérica compósita que compreende a adição de uma composição líquida expansível que compreende 5-50% p/p de contas de poliestireno expansível em espuma, 50-95% p/p de uma resina fenólica e/ou de furano e uma quantidade eficaz de um catalisador ácido a um molde temporário na forma de massa e a remoção do molde temporário após a composição líquida começar a expandir, em que a referida composição expansível catalisada atinge temperaturas suficientes para polimerizar a resina fenólica e/ou de furano e expandir o polímero de poliestireno sem requerer a aplicação de fontes de calor ou energia externas. 4 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ

Descrição detalhada do invento

As resinas adequadas para este invento são resinas sintéticas termoendurecíveis. São obtidas, por exemplo, pela condensação de fenol, fenóis substituídos ou álcool furfurílico com aldeídos tais como formaldeído, acetaldeído e furfural. No entanto, como é sabido pelos peritos na especialidade, o fenol pode ser substituído, total ou parcialmente, por outras substâncias com química semelhante à do fenol, tais como fenóis substituídos, cresol ou compostos fenólicos naturais tais como lenhina ou tanino. 0 tanino, em particular, é uma substância reactiva que pode ser utilizada em quantidades siqnificativas como um ampliador de resina de baixo custo no presente invento. 0 álcool furfurílico pode ser substituído por outros compostos reactivos contendo a estrutura molecular do furano, i.e. um anel formado por quatro átomos de carbono e um de oxiqénio. 0 anel pode ter zero, uma ou duas duplas ligações, preferivelmente duas dado que isto torna o composto mais reactivo e com maior possibilidade de formar um carvão quando exposto a temperatura elevada. 0 formaldeído pode ser substituído por outros aldeídos, mas estes são qeralmente mais caros e menos reactivos, e como tal não preferidos. As resinas de fenol-formaldeído constituem a principal classe de resinas fenólicas adequadas para o presente invento. São habitualmente preparadas pela reacção de fenol com formaldeído aquoso a 37-50% a 50-100°C na presença de um catalisador básico.

As resinas fenólicas que são mais úteis no presente invento são referidas como resinas de fenol-aldeído e geralmente contêm um componente fenol e um componente aldeído. Dois tipos gerais de resinas fenólicas que são bem conhecidas na arte são as novolacs e os resóis.

Como regra geral, as resinas de resol líquidas são preparadas por reacção de um ou mais fenóis com um excesso de um ou mais aldeídos em fase aquosa e na presença de um catalisador alcalino. O excesso de aldeído pode ser pequeno ou grande, dependendo do tipo de resina requerido.

As novolacs são habitualmente preparadas por reacção de quantidades de fenol em excesso fenol com formaldeído. A 5 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ molécula da resina de novolac é construída a partir de di-hidroxifenilmetano, a qual após adição de formaldeído e condensação imediata dos grupos álcool assim formados com outra molécula de fenol proporciona compostos lineares possuindo a fórmula geral H [C6H3 (OH) . CH2] nC6H4. OH assim como polímeros ramificados em que alguns dos anéis benzénicos têm três ligações em ponte de metileno sob condições acídicas. As novolacs também podem ser feitas sob condições alcalinas e ambos tipos de novolacs podem ser incorporados num resol, feitas separadamente ou in situ para a finalidade de produzir espumas fenólicas. 0 termo fenol pode incluir não apenas o próprio fenol (incluindo fenol puro e de qualidade técnica) mas também outros compostos de fenol tais como resorcinol, cresol, xilenol, clorofenol, bisfenol-A, a-naftol, β-naftol e similares, e suas misturas.

As resinas de furano são definidas para a finalidade deste pedido como resinas líquidas que contêm pelo menos 10% p/p de compostos cuja estrutura molecular incorpora o anel furano, com zero, uma ou duas ligações duplas; e que podem ser curadas por calor ou pela adição de um catalisador ácido, para formar um sólido termoendurecível. A resina de furano contém preferivelmente algum álcool furfurílico, ou produtos de reacção de álcool furfurílico, e.g. os descritos na Patente US 5545825.

Os aldeídos a serem utilizados para reacção com os fenóis ou álcool furfurílico mencionados anteriormente contêm cerca de 1 a 8 átomos de carbono e preferivelmente cerca de 1 a 3 átomos de carbono. Exemplos específicos de aldeídos incluem formaldeído, acetaldeído, aldeído propiónico, furfural, benzaldeído e similares, e suas misturas. No contexto do presente invento, a utilização de formaldeído é preferida. As formas comercialmente disponíveis mais comuns de formaldeído incluem formalina, que é habitualmente uma solução aquosa a 30-52% em peso de formaldeído em água; paraformaldeído, que é um polímero linear sólido de formaldeído; e trioxano, que é um tripolímero cíclico sólido de formaldeído. Pretende-se que as anteriores e outras fontes 6 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ de formaldeído para reacçao com fenol ou álcool furfurílico sejam aqui englobadas quando o termo formaldeído é empregue.

Podem ser utilizados tensioactivos e são seleccionados a partir de qualquer agente estabilizante útil na estabilização de espumas de resina líquida de fenol-aldeído. 0 tensioactivo pode ser aniónico, catiónico, não iónico ou anfotérico. A principal restrição é que não interfira com o processo de formação da espuma. É conhecido um grande número de tensioactivos adequados e que estão divulgados em numerosas publicações. Os tensioactivos habitualmente utilizados incluem tensioactivos de silício tais como copolímeros de siloxano-oxialquileno e tensioactivos orgânicos tais como poliéteres e poliálcoois, incluindo os seus produtos de condensação e óxidos de alquileno tais como óxidos de etileno e óxidos de propileno, com alquil-fenóis, ácidos gordos, alquilsilanos e silícios. Exemplos específicos incluem polioxietileno-octadecilfenol, sulfato de polioxietileno-decilfenol, polioxietileno-dodecilfenol, polioxietileno-octilfenol, éster de ácido polioxietileno-linoleico, éster de ácido polioxietileno-esteárico, monolaurato de polioxietileno-sorbitano, triestearato de polioxietileno-sorbitano. A quantidade de tensioactivo utilizada não é habitualmente crítica dado que pequenas quantidades, 1% ou menos em peso de resina, resultam frequentemente numa redução substancial na tensão superficial da resina.

Agentes de expansão típicos que podem ser empregues na preparação do componente de espuma fenólico ou de furano do presente invento incluem agentes de expansão físicos e químicos, assim como técnicas de expansão mecânicas. Numa concretização preferida, o agente de expansão é proporcionado pela água na resina, que está presente na resina tal como preparada ou é gerada no processo de cura. Embora seja preferido, não é essencial que a resina fenólica ou resina de furano seja expansível em espuma. No entanto, por razões de custo e propriedades térmicas, é preferido que a resina fenólica ou resina de furano seja expansível em espuma.

Catalisadores ácidos típicos incluem ácido fosfórico, ácidos alcano-sulfónicos tais como ácido metanossulfónico, 7 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ ácido clorídrico e ácido sulfúrico, ou suas misturas. Ácidos adequados são os utilizados na arte para curar resinas fenólicas. São normalmente caracterizados como ácidos fortes. Os catalisadores podem também ser seleccionados de ácidos sulfónicos aromáticos tais como ácido fenolsulfónico, ácido benzenossulfónico, ácido toluenossulfónico e ácido xileno-sulfónico. Também podem ser utilizados ácidos de Lewis tais como cloreto de alumínio.

Na maior parte dos casos, o catalisador ácido é adicionado em quantidades suficientes para reduzir o pH inicial da mistura de resina líquida abaixo de 4, preferivelmente entre 1,5 e 3,0. Igualmente, a quantidade de catalisador necessária pode ser determinada pela avaliação dos desejados tempos para consistência cremosa e firme da mistura reaccional. No entanto, em termos gerais, a concentração de catalisador contida na mistura reaccional expansível em espuma variará entre 5 e 20% p/p de resina fenólica/de furano. O catalisador converte a resina em polímero. A composição de resina líquida tem de possuir uma reactividade adequada, significando que tem de gerar calor suficiente numa reacção química exotérmica para causar a expansão das contas de poliestireno expansível. Este processo de expansão normalmente não ocorrerá excepto se a temperatura da resina atingir uma temperatura de pelo menos 80°C, preferivelmente pelo menos 90°C, muito preferivelmente pelo menos 100°C.

Atingir uma temperatura particular após catálise significa que quando 1000 g de resina expansível em espuma são colocados num recipiente cilíndrico de 10 litros com diâmetro de 200 mm, essa temperatura é atingida após catálise. Esta característica do presente invento proporciona a vantagem dos painéis poderem ser preparados com equipamento relativamente simples e barato. Geralmente não são necessárias fontes de calor externas tais como vapor ou microondas. No entanto, tais fontes de calor externas podem ser utilizadas para preparar as composições do presente invento. 8 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ

Aditivos que aumentam o calor gerado pela resina catalisada podem ser adicionados com beneficio, por exemplo álcool furfurilico ou peróxidos, preferivelmente peróxido de hidrogénio devido à sua elevada reactividade e baixo custo. Será notado que a utilização de tais aditivos deve ser tomada em conta para avaliar se uma resina é adequada em termos de satisfazer o teste exotérmico.

Podem ser incluídos outros aditivos, tais como os descritos nas espumas do estado da arte, para melhorar qualquer propriedade física particular ou para reduzir custos. Por exemplo, podem ser adicionados retardadores de fogo contendo e.g. cloro, bromo, boro, fósforo ou amoníaco, em especial fosfato de amónio, para melhorar a resistência ao fogo. Grafite expansível também pode ser empregue com utilidade, por exemplo como descrito em DE 19910257 AI. A grafite expande quando exposta a temperaturas elevadas, como as encontradas num fogo. O mesmo pedido de patente também descreve a utilização de aditivos intumescentes, e.g. uma mistura de melamina, um copolímero de PVA, pentaeritritol e fosfato de amónio. Estes e outros aditivos com efeito similar podem ser incorporados nas composições do presente invento. Inertes de baixo custo tais como perlite, cinzas e vermiculite podem ser adicionados para reduzir custos. Tais inertes também podem ser benéficos por poderem actuar como agentes nucleantes, reduzir o tamanho médio da célula do componente de espuma da resina. Também podem ser utilizados ureia, melamina e outros compostos contendo azoto capazes de reagir, como o fenol e o álcool furfurilico, com aldeídos numa reacção em duas etapas conhecida na arte como adição seguida de condensação, por si próprios ou como produtos da reacção com aldeídos, preferivelmente formaldeído, para substituir algumas das resinas fenólicas ou de furano. Podem ser adicionados agentes neutralizantes à mistura expansível em espuma, tais como sais de dissolução lenta como bórax anidro. Os processos descritos na Patente US 4122045 são incorporados neste fascículo. 0 polímero de poliestireno adequado para o presente invento inclui polímeros de estireno que são habitualmente utilizados para preparar contas de poliestireno que vão ser expandidas para formar espuma de contas de poliestireno. Tal 9 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ como utilizar estireno como o único monómero, outros monómeros de adição polimerizáveis podem ser utilizados e tais copolimeros estão englobados pelo termo poliestireno neste fascículo. 0 estireno está sempre presente como o componente principal do polímero de poliestireno. Além disso, os polímeros de poliestireno podem ser modificados pela adição de retardadores de fogo. As contas de poliestireno preferidas contêm retardadores de fogo, tais como as contas fornecidas por Huntsman sob a marca comercial Spacel 4940 e Spacel 7740. O presente invento envolve a utilização de contas de poliestireno não expandido. Tal permite que níveis relativamente elevados de poliestireno sejam incorporados na espuma compósita final dado que a reologia e as propriedades de escoamento das composições líquidas são mais fáceis de controlar. Se fossem utilizadas contas de poliestireno expandido, apenas níveis relativamente baixos de poliestireno poderiam ser incorporados na espuma compósita quando é utilizada uma mistura escoável. O agente de expansão de poliestireno e a técnica preferidos compreendem o emprego de agentes de expansão físicos líquidos, os agentes que são líquidos voláteis que produzem um gás de expansão através de vaporização do agente de expansão ou através da decomposição do agente de expansão durante a exotermia.

Numerosos agentes de expansão adequados para utilização no contexto do presente invento são bem conhecidos no estado da arte. Idealmente, o agente de expansão deveria ser um líquido possuindo um ponto de ebulição à pressão atmosférica entre -50° e 100°C, e mais preferivelmente entre 0o e 50°C.

Exemplos de agentes de expansão voláteis incluem compostos orgânicos tais como hidrocarbonetos, hidrocarbonetos halogenados, álcoois, cetonas e éteres. Exemplos específicos de agentes de expansão de hidrocarbonetos incluem propano, pentano, isopentano e hexano. O pentano é o agente de expansão preferido. 10

ΕΡ 1 368 421/PT

Os agentes de expansão são empregues numa quantidade suficiente para dar à resultante espuma de poliestireno a desejada densidade. No caso do presente invento, constatou-se ser particularmente útil empregar contas de poliestireno expansível que expandem para uma densidade de cerca de 13-20 kg/m3 quando expandidas convencionalmente com vapor num processo num só passo. Neste fascículo e de acordo com a prática industrial, esta densidade refere-se à densidade de contas de poliestireno expandido empacotadas. Para permitir volume de empacotamento, a densidade real destas contas expandidas é aproximadamente 50% maior, isto é aproximadamente 20-30 kg/m3. No presente invento, a densidade da fase de espuma fenólica é preferivelmente pelo menos duas vezes a da espuma de poliestireno e ao expressar esta razão referimo-nos às densidades reais das duas fases. Espumas fenólicas de menor densidade oferecem a vantagem de custo mais baixo, mas propriedades mecânicas mais pobres. Para painéis de isolamento de utilização geral, uma espuma na gama de densidades de 25-50 kg/m3 normalmente proporciona uma resistência adequada, mas mesmo densidades mais baixas podem ser úteis. Para aplicações que requerem a máxima resistência ao fogo e/ou resistência estrutural, podem ser preferidas maiores densidades, por exemplo 50-200 kg/m3, ou superiores.

As proporções ponderais relativas da fase de polímero de poliestireno e fase de polímero fenólico/furano são importantes para o presente invento. Neste fascículo, as proporções relativas são calculadas por referência à composição da composição líquida expansível em espuma. Ao estabelecer estes cálculos, a fase fenólica/furano inclui todos os aditivos tais como catalisadores, inertes, água, tensioactivos e retardadores de fogo e apenas exclui as contas de poliestireno. Será de notar que as proporções ponderais relativas reais da fase de polímero de poliestireno e fase de polímero fenólico/furano na espuma compósita podem variar ligeiramente em relação às proporções ponderais relativas calculadas como anteriormente. Estas diferenças podem ser atribuídas à perda de componentes voláteis. No entanto, o processo anterior é utilizado por conveniência.

Uma característica do presente invento que o demarca das outras espumas rígidas tais como fenólicas, de poliuretano e 11 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ poliestireno expandido (EPS) é a capacidade da mistura de espuma antes da expansão para reter uma "memória" da sua forma, para produzir um artigo final, totalmente expandido com aproximadamente a mesma forma da mistura expansível pré-expansão. "A mesma forma" significa que a razão comprimento : largura : altura é aproximadamente a mesma para a espuma expandida final e para a mistura pré-expansão. Uma característica altamente benéfica desta "memória" da forma antes da expansão é o facto da espuma poder ser produzida com equipamento extremamente simples e barato. Por exemplo, uma caixa de cartão, tal como utilizada para embalagem, pode ser utilizada como um molde temporário para produzir blocos de tamanho comercial. Nesse caso, os quatro cantos verticais da caixa deveriam ser cortados, permitindo que todos os lados verticais sejam dobrados para se tornarem horizontais, em repouso no pavimento. Os quatro lados da caixa deveriam ser mantidos numa posição vertical (i.e. formando uma caixa) apenas o suficiente para permitir que a mistura expansível seja vertida para a caixa, e que a subida ou expansão comece.

Após o começo da subida, os quatro lados verticais da caixa podem ser dobrados para se tornarem horizontais, permitindo que a espuma se expanda em todas as três dimensões, embora mantendo aproximadamente a forma inicial, i.e. a razão comprimento : largura : altura. A utilização desta caixa ou molde desmontável ou colapsável é um exemplo da utilização de um molde temporário. Outros exemplos de moldes temporários são tabuleiros formados por paredes quebráveis ou fundíveis. Após a composição expansível ter começado a ser exotérmica, é atingida uma temperatura ou pressão em que a parede funde, enfraquece ou se rompe, de tal modo que a composição em expansão já não está confinada pelas paredes do molde temporário. Quando a composição em expansão já não está confinada pelas paredes, as paredes são consideradas como removidas. A remoção das paredes pode ser conseguida por fusão ou quebra, assim como pela intervenção física de um operador. As paredes da caixa desmontável ou colapsável podem alternativamente ser mantidas na forma que define o molde através de meios de retenção fundíveis. Quando a composição expansível se tona exotérmica e expande, atinge uma temperatura predeterminada que provoca a quebra dos meios de retenção e a queda das paredes do molde para o exterior, 12 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ permitindo que a massa em expansão não fique confinada. Um molde temporário, i.e. um dispositivo que confine espacialmente a composição liquida expansível catalisada apenas até que a expansão comece, pode também ser utilizado beneficamente em linhas continuas, por exemplo na produção de blocos contínuos. Neste caso, o molde temporário pode ser criado, por exemplo, dobrando mecanicamente papel que sai de um rolo, numa forma tipo côncava que confina uma quantidade adequada da composição líquida catalisada apenas o tempo necessário até ao começo da expansão.

Numa variação do processo anterior, o molde temporário contendo a composição líquida expansível catalisada pode ser colocado num segundo molde ou molde exterior. Este molde exterior pode ser aberto numa face ou estar totalmente encerrado. Verificou-se que utilizando um molde temporário dentro de um molde exterior as faces finais da espuma compósita são mais uniformes e reprodutíveis e portanto requerem menos aperfeiçoamentos posteriores.

De modo notável, utilizando este processo simples, permitindo que o grosso da expansão da espuma ocorra sem quaisquer restrições espaciais, podem ser produzidos blocos de tamanho comercialmente útil i.e. maiores que 1 m3. Isto contrasta com as outras espumas em blocos plásticos, que requerem confinamento espacial em pelo menos duas dimensões (espumas fenólica e de poliuretano) e frequentemente três dimensões (espuma de poliestireno expandida EPS) . No caso de EPS, existe adicionalmente o requisito de um fornecimento externo de vapor pressurizado, que aumenta a complexidade e custo do equipamento de produção.

Embora o processo simples descrito anteriormente possa ser utilizado para produzir blocos de espuma do invento, a espuma também pode ser produzida num espaço confinado, desde que o molde seja suficientemente forte para suportar a pressão exercida pela espuma em expansão. A espuma do invento também pode ser produzida em linhas contínuas. Uma das vantagens significativas do presente invento é não serem necessárias fontes externas de calor ou energia. É surpreendente que espumas compósitas possam ser preparadas em que o calor exotérmico da reacção da polimerização de uma 13 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ fase polimérica pode ser usado para expandir não apenas essa fase mas a outra fase de polímero. Isto é contrário aos ensinamentos discutidos anteriormente, em que a separação destes papéis é considerada essencial. 0 estado da arte utiliza geralmente contas de poliestireno expandido e confia na fonte de calor externa a ser aplicada. 0 invento será descrito adicionalmente por referência a concretizações preferidas nos exemplos seguintes.

Exemplo 1

Foi preparada uma mistura expansível utilizando a seguinte formulação, em que perlite foi incluída como agente nucleante para assistir na expansão da resina fenólica:

Resina fenólica, grau IL-1737 ex Huntsman 1000 g Contas de poliestireno, grau Spacel 4940 ex Huntsman 200 g Álcool furfurilico 100 g Teric C12 (tensioactivo) ex Huntsman 40 g Perlite 10 g Ácido fenolsulfónico a 75% "premix" 140 g Ácido fosfórico a 85% J 60 g

Num balde de 10 litros, todos os componentes anteriores excepto a mistura ácida foram misturados em conjunto e aquecidos a 30°C. Juntou-se a mistura de catalisador ácido, e toda a mistura foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de 1 minuto, a mistura líquida começou a expandir rapidamente e a temperatura da mistura atingiu 100°C. Num curto período de tempo, estava criado um corpo plástico de espuma, com um volume aproximado de 9 litros. No mesmo dia, foi cortada da espuma uma amostra, pesada e medida, e verificou-se que possuía uma densidade de 151 kg/m3. As contas de poliestireno expandido eram claramente visíveis em todas as superfícies de corte, tendo um diâmetro sobretudo na gama de 1 a 2 mm. O tamanho médio estimado era de 1,5 mm, correspondendo a um volume de 1,8 mm3. Como o volume médio das contas de poliestireno expandido era apenas cerca de 0,05 mm3, a expansão média era 36 vezes o volume original. Assim, dado que a densidade específica das contas de poliestireno não expandido era de 1000 kg/m3, a densidade específica média das contas expandidas foi calculada como sendo de 28 kg/m3. Dado que a percentagem ponderai de poliestireno na mistura 14 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ era de 200 g:1550 g = 13%, segue-se que o peso do componente de poliestireno seria 13% de 151 kg/m3 = 20 kg. A percentagem ponderai da fase de polímero fenólico/furano foi calculada como sendo de 87%. Tendo a densidade específica média das contas de poliestireno expandido sido calculada previamente como 28 kg/m3, o peso de 20 kg por m3 representaria um volume de 20:28 m3 = 0,71 m3, i.e. uma fracção volúmica de 71%. A superfície da espuma cortada não era friável como as das espumas fenólicas do estado da arte, mas no entanto a espuma não fundia nem ardia como a espuma de poliestireno quando sujeita a uma chama.

Exemplo 2

Este exemplo ilustra o efeito de um maior teor de poliestireno. Foi preparada uma mistura expansível em espuma utilizando a seguinte formulação:

Resina fenólica, grau IL-1737 ex Huntsman 1000 g Contas de poliestireno, grau Spacel 4940 ex Huntsman 400 g Álcool furfurilico 100 g Teric C12 (tensioactivo) ex Huntsman 40 g Perlite 10 g Ácido fenolsulfónico a 75% 1 "premix" 140 g Ácido fosfórico a 85% _J 60 g

Num balde de 10 litros, todos os anteriores componentes foram misturados em conjunto, excepto a mistura ácida, e aquecidos a 30°C. Juntou-se a mistura de catalisador ácido e toda a mistura foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de 1 minuto, a mistura líquida começou a expandir rapidamente e a temperatura da mistura atingiu 100°C. Num curto período de tempo, estava criado um corpo plástico de espuma, com um volume aproximado de 14 litros. Foi cortada uma amostra da espuma no mesmo dia, pesada e medida, e verificou-se possuir uma densidade de 98 kg/m3. Uma multitude de contas de poliestireno expandido era claramente visível em todas as superfícies de corte, tendo um diâmetro sobretudo na gama de 1 a 2 mm, com uma média estimada de 1,5 mm. A percentagem ponderai de poliestireno na mistura foi calculada como sendo de 23%, e a percentagem em volume como 15 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ de 81%. A percentagem ponderai de polímero fenólico/furano foi calculada como sendo de 77%. A superfície da espuma cortada não era friável como as das espumas fenólicas do estado da arte, mas no entanto a espuma não fundia nem ardia como a espuma de poliestireno quando sujeita a uma chama.

Exemplo 3

Este exemplo mostra o efeito de um maior nível de álcool furfurílico, resultando em mais expansão e assim uma menor densidade da espuma. Este exemplo também ilustra a utilização de uma resina de furano.

Resina fenólica, grau IL-1737 ex Huntsman 1000 g Contas de poliestireno, grau Spacel 4940 ex Huntsman 400 g Álcool furfurílico 150 g Teric C12 (tensioactivo) ex Huntsman 40 g Perlite 10 g Ácido fenolsulfónico a 75% "premix" 140 g Ácido fosfórico a 85% _J 60 g

Num balde de 10 litros foram misturados a resina, contas de poliestireno, álcool furfurílico, Teric C12 e Perlite, e a mistura foi aquecida a 30°C. Depois juntou-se a mistura de catalisador ácido, e toda a mistura foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de 1 minuto, a mistura líquida começou a expandir rapidamente e a temperatura da mistura aumentou até 103°C. Num curto período de tempo foi criado um corpo plástico de espuma, com um volume aproximado de 20 litros.

Uma amostra foi cortada da espuma no mesmo dia, pesada e medida e verificou-se possuir uma densidade de 74 kg/m3. Quatro semanas mais tarde, a amostra foi pesada novamente, mostrando uma perda de peso de 10%, correspondendo a uma densidade madura de 6 7 kg/m3. É provável que a perda de peso estivesse sobretudo relacionada com humidade em excesso e possivelmente com o agente de expansão de pentano nas contas de poliestireno. As contas de poliestireno expandido eram claramente visíveis em todas as superfícies de corte, possuindo um diâmetro sobretudo na gama de 1,0 a 2,5 mm, com 16 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ um tamanho médio estimado de 1,5 mm, correspondendo a um volume de 1,8 mm3. Como o volume médio das contas de poliestireno não expandido era apenas cerca de 0,05 mm3, a expansão média era 36 vezes o volume original. Assim, como a densidade especifica das contas de poliestireno não expandido era de 1000 kg/m3, a densidade especifica média das contas expandidas foi calculada como sendo de 28 kg/m3. Como a percentagem ponderai de poliestireno na mistura era de 400 g:1800 g = 22%, segue-se que o peso do componente de poliestireno seria 22% de 74 kg/m3. Como a densidade especifica das contas de poliestireno expandido foi calculada previamente como sendo de 28 kg/m3, o peso de 16 kg deveria representar um volume de — =0.57m3, 28 i.e. uma fracção volúmica de 57%.

Assim, expressa em termos de ambas as razões em peso e em volume, a espuma compósita poderia ser descrita como compreendendo uma fase de espuma de poliestireno representando 22% em peso mas 57% em volume, e uma fase de espuma fenólica/furano representando 78% em peso mas apenas 43% em volume. Foi calculado que o componente de espuma fenólica/furano tivesse uma densidade especifica de 0.78x74. .3 .3 43-kg/in = 134kg/m (antes da perda de voláteis sob envelhecimento). Assim, neste caso, verificou-se ser a densidade do componente de espuma fenólica/furano de vezes maior que a densidade da espuma de poliestireno. A superfície da espuma cortada não era friável como as espumas fenólicas do estado da arte, mas no entanto a espuma não fundia nem ardia como a espuma de poliestireno quando 17 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ sujeita a uma chama. Isto é surpreendente considerando que cerca de três quartos do volume da espuma compósita era feita de espuma de poliestireno, que por si só funde e arde imediatamente quando sujeita a uma chama.

Exemplo 4

Este exemplo mostra que é possível expandir em espuma uma resina fenólica sem a presença de um tensioactivo.

Resina fenólica Cascophen PA 2027 ex Borden 1000 g Spacel 4940 ex Huntsman 600 g Ácido fenolsulfónico a 75% "premix" 80 g Ácido fosfórico a 85% _J 60 g

Num balde de 10 litros, misturaram-se a resina e as contas de poliestireno e aqueceu-se a 30°C. Juntou-se a mistura de catalisador ácido, e toda a mistura foi agitada vigorosamente durante 30 segundos. Em menos de 1 minuto, a mistura líquida começou a expandir rapidamente, e a temperatura da mistura aumentou até 102°C. Num curto período de tempo, era criado um corpo plástico de espuma, com um volume aproximado de 22 litros. Foi cortada uma amostra da espuma, pesada e medida, e verificou-se possuir uma densidade de 61 kg/m3. Quatro semanas mais tarde, a amostra foi pesada novamente, mostrando uma perda de peso de 10%, correspondendo a uma densidade madura de 55 kg/m3. É provável que a perda de peso seja devida sobretudo a excesso de humidade e possivelmente ao agente de expansão de pentano nas contas de poliestireno.

As contas de poliestireno expandido eram claramente visíveis em todas as superfícies de corte, tendo um diâmetro sobretudo na gama de 1,0 a 2,5 mm. O tamanho médio estimado era de 1,5 mm, correspondendo a um volume de 1,8 mm3. Como o volume médio das contas de poliestireno não expandido era apenas cerca de 0,05 mm3, a expansão média era de 36 vezes o volume original. Assim, como a densidade específica das contas de poliestireno não expandido era de 1000 kg/m3, a densidade específica das contas expandidas foi calculada como sendo de 28 kg/m3. Como a percentagem ponderai do poliestireno na mistura era de 600 g:1740 g = 34%, segue-se que o peso do 18 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ componente de poliestireno seria de 34% de 61 kg/m3 = 21 kg/m3. Como a densidade específica das contas de poliestireno expandido foi previamente calculada como sendo de 28 kg/m3, o peso de 21 kg deveria representar um volume de —=0.75m3, 28 i.e. uma fracção volúmica de 75%.

Assim, expressa em termos de ambas as razões em peso e em volume, a espuma compósita poderia ser descrita como compreendendo uma fase de espuma de poliestireno representando 34% em peso mas 75% em volume, e uma fase de espuma fenólica representando 66% em peso mas apenas 25% em volume. Foi calculado que o componente de espuma fenólica tivesse uma densidade específica de í^ikgta3 = 161kg/m3 0.25 (antes da perda de voláteis sob envelhecimento). Assim, neste caso, verificou-se ser a densidade do componente de espuma fenólica 151=5.8 28 vezes maior que a densidade da espuma de poliestireno. A superfície da espuma cortada não era friável como as espumas fenólicas do estado da arte, mas no entanto a espuma não fundia nem ardia como a espuma de poliestireno quando sujeita a uma chama. Isto é surpreendente considerando que cerca de três quartos do volume da espuma compósita era feita de espuma de poliestireno, que por si só funde imediatamente e depois arde quando sujeita a uma chama.

Exemplo 5

Este exemplo mostra que o processo do presente invento pode ser utilizado para produzir espuma compósita de muito 19 ΕΡ 1 368 421/ΡΤ baixa densidade, i.e. inferior a 30 kg/m3.

Resina fenólica, grau IL-1737 ex Huntsman 3000 g Resina de furano, grau NBB 101 ex Foseco 1200 g Contas de poliestireno, grau Spacel 7740 ex Huntsman 3900 g Fosfato de amónio 600 g Ácido sulfúrico a 50% "premix" 270 g Ácido fosfórico a 81% J 270 g Peróxido de hidrogénio a 50% 60 g

Num balde de 25 litros, forrado com um saco de plástico, a resina fenólica, a resina de furano e contas de poliestireno foram misturados e aquecidos a 31°C. Juntou-se a pré-mistura ("premix") de catalisador ácido, e toda a mistura foi agitada vigorosamente durante 45 segundos. O saco de plástico contendo a mistura foi depois removido do balde, para permitir que ocorra a expansão da espuma sem grandes restrições. A expansão estava essencialmente completada em menos de cinco minutos. Após 2 horas foi cortada uma amostra e verificou-se possuir uma densidade de 25 kg/m3. De modo notável, mesmo a esta baixa densidade a superfície de corte da espuma não era friável como as espumas fenólicas do estado da arte, mas no entanto a espuma não fundia nem ardia como a espuma de poliestireno quando sujeita a uma chama. Este exemplo incorpora uma resina de furano comercialmente disponível, um retardador de fogo e um peróxido, sendo o último um exemplo de aditivos que aumentam o calor exotérmico gerado pelo processo do invento.

Exemplo 6

Este exemplo ilustra a capacidade da espuma do invento para possuir uma "memória" da sua forma antes da expansão.

Resina fenólica, grau IL-1737 ex Huntsman 30000 g Resina de furano, grau NBB 101 ex Foseco 6 0 0 0 g Contas de poliestireno, grau Spacel 4940 ex Huntsman 15000 g Fosfato de amónio 2700 g Ácido sulfúrico a 50% "premix" 2700 g Ácido fosfórico a 81% J 2700 g

Num tambor de 100 litros juntaram-se resina fenólica, resina de furano, fosfato de amónio e contas de poliestireno, 20

ΕΡ 1 368 421/PT misturaram-se e aqueceram-se a 27°C. Juntou-se a "premix" de catalisador ácido, e toda a mistura foi agitada vigorosamente durante 40 segundos, depois vertida numa caixa de cartão de dimensões 600 χ 600 χ 300 mm (comprimento χ largura χ altura). A caixa foi forrada com uma folha de plástico, e todos os quatro cantos verticais foram cortados, permitindo que os lados pudessem ser dobrados para uma posição horizontal, i.e. em repouso no pavimento. Os quatro lados da caixa foram mantidos numa posição vertical (para formar uma caixa) até a expansão começar, o que ocorreu em menos de um minuto. Os lados da caixa foram então deixados sem suporte, e foram rapidamente empurrados para uma posição horizontal pela espuma em expansão. De modo notável, a espuma não suportada manteve-se em expansão em todas as direcções, mantendo aproximadamente a sua forma pré-expansão, terminando num bloco totalmente expandido de dimensões 1,2 χ 1,2 χ 0,6 m, tendo lados quase verticais. Foi cortada uma amostra da espuma e verificou-se possuir uma densidade de 42 kg/m3.

Lisboa,

Claims

ΕΡ 1 368 421/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1. Espuma polimérica compósita que compreende uma fase contínua de um polímero de furano ou polímero fenólico e de furano, e uma fase dispersa de polímero de poliestireno expandido em espuma, em que a espuma compósita é preparada por reacção de uma composição líquida expansível em espuma que compreende 5-50% p/p de contas de poliestireno não expandido expansível em espuma, 50-95% p/p de uma resina ou mistura de resinas seleccionadas dentre o grupo de resina de furano, resina fenólica e resina de furano, e resina fenólica e álcool furfurílico, e uma quantidade eficaz de um catalisador ácido, em que a composição expansível em espuma reagida atinge temperaturas suficientes para polimerizar a referida resina ou mistura de resinas e expandir o polímero de poliestireno sem requerer a aplicação de fontes externas de calor ou energia.
2. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1, em que a resina de furano contém álcool furfurílico ou produtos de reacção de álcool furfurílico.
3. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a percentagem ponderai de polímero de poliestireno na espuma compósita está na gama de 5-50.
4. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a percentagem ponderai do polímero de poliestireno na espuma compósita é de 10-40.
5. Espuma polimérica compósita de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, em que a espuma compósita possui uma densidade na gama de 25-200 kg/m3.
6. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a espuma compósita possui uma densidade na gama de 25-50 kg/m3.
7. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1, em que a espuma compósita possui uma densidade na gama de 50-200 kg/m3. ΕΡ 1 368 421/PT 2/3
8. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1, em que o polímero de furano ou polímero fenólico e de furano na fase contínua é expandido em espuma.
9. Painel de isolamento coberto por aço que possui um núcleo de uma espuma polimérica compósita que compreende uma fase contínua de um polímero de furano ou polímero fenólico e de furano e uma fase dispersa de polímero de poliestireno expandido em espuma, em que a razão ponderai de fase contínua para fase dispersa é pelo menos de 1.
10. Painel de isolamento coberto por aço de acordo com a reivindicação 9, em que o polímero de furano ou polímero fenólico e de furano é expandido em espuma.
11. Processo para formação de uma massa de espuma polimérica compósita, que compreende a adição de uma composição líquida expansível em espuma que compreende 5-50% p/p de contas de poliestireno expansível em espuma, 50-95% p/p de uma resina fenólica e/ou de furano, e uma quantidade eficaz de um catalisador ácido, a um molde temporário na forma da massa, e a remoção do molde temporário após a composição líquida começar a expandir, em que a referida composição expansível em espuma catalisada atinge temperaturas suficientes para polimerizar a resina fenólica e/ou de furano e expandir o polímero de poliestireno sem requerer a aplicação de fontes externas de calor ou energia.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, em que a resina fenólica e/ou de furano é misturada com álcool furfurílico.
13. Processo de acordo com a reivindicação 11, em que o molde temporário é colocado num molde exterior, molde exterior esse que define a forma da espuma compósita após a expansão.
14. Processo de acordo com as reivindicações 11 ou 12, em que a resina fenólica e/ou de furano é expandida em espuma.
15. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1, em que a composição expansível em espuma ΕΡ 1 368 421/ΡΤ 3/3 catalisada atinge pelo menos 80°C.
16. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1, em que a composição expansível em espuma catalisada atinge pelo menos 90°C.
17. Espuma reivindicação 1, catalisada atinge polimérica compósita de acordo com a em que a composição expansível em espuma pelo menos 100°C.
18. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 1, que compreende um aditivo seleccionado dentre o grupo que consiste em retardadores de fogo, grafite expansível, agentes intumescentes e inertes.
19. Espuma polimérica compósita de acordo com a reivindicação 18, em que o retardador de fogo liberta amoníaco gás quando exposto ao fogo. Lisboa,