PT3008029T - Método e um dispositivo para a preparação de microesferas expandidas - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"MÉTODO E UM DISPOSITIVO PARA A PREPARAÇÃO DE MICROESFERAS EXPANDIDAS" A presente invenção refere-se a um método de produção de microesferas termoplásticas expandidas e um dispositivo associado.

As microesferas termicamente expansíveis são conhecidas na técnica e descritas em detalhe, por exemplo, na Patente US N° 3615972. Vários graus de microesfera expansível, possuindo diferente temperatura de expansão, estão disponíveis comercialmente a partir da AkzoNobel sob a marca registada Expancel™, como microesferas de fluxo livre secas e como uma pasta aquosa de microesferas.

Tais microesferas expansíveis compreendem um agente de expansão encapsulado no interior de um invólucro termoplástico. Após aquecimento, o agente de expansão evapora-se para aumentar a pressão interna, ao mesmo tempo que o invólucro amolece, resultando em expansão significativa das microesferas, normalmente, desde 2 a 5 vezes o seu diâmetro.

As microesferas termoplásticas podem ser utilizadas em várias aplicações como não expandidas ou pré-expandidas. Os exemplos de produtos onde as microesferas pré-expandidas secas (essencialmente livres de água) são utilizadas são como sensibilizador em explosivos em emulsão e como carga de peso leve em tintas à base de solvente e vários materiais termoestáveis, tais como mármore polido, massa de poliéster e madeira artificial. Em muitos produtos, tais como tintas e revestimentos à base de água, papéis de impressão térmica, cerâmicas porosas e explosivos em emulsão, são utilizadas microesferas pré-expandidas húmidas, normalmente como uma pasta aquosa. 0 transporte das microesferas pré-expandidas requer espaço significativo, razão pela qual as microesferas não expandidas são, muitas vezes, transportadas para o utilizador final para as microesferas expandidas e expandidas no local. As microesferas podem ser, depois, expandidas próximas ou diretamente para um processo para produzir o produto final, e. g., qualquer daqueles mencionados acima. Vários métodos e dispositivos foram desenvolvidos para expandir microesferas termoplásticas.

Os documentos US 5484815 e US 7192989 divulgam métodos e dispositivos adequados para expandir microesferas secas. 0 documento JP 2005 254213 divulga um aparelho compreendendo um tubo reator no qual as microcápsulas são aquecidas para a temperatura de expansão e para as quais a pasta aquosa de microcápsulas expansíveis não expandidas é alimentada sob pressão e para as quais é também alimentado sob pressão vapor a temperatura elevada aplicando contrapressão que excede a pressão do vapor. Após aquecimento, após a passagem através do tubo a uma determinada velocidade de passagem, as microcápsulas expansíveis pelo calor são descarregadas para o ar e expandidas. O documento US 4513106 divulga um método e um dispositivo adequado para expandir microesferas numa pasta aquosa por introdução de vapor na pasta numa zona de pressão numa quantidade suficiente para aquecer as microesferas e, pelo menos parcialmente, expandi-las, seguido por deixar as microesferas parcialmente expandidas sairem da zona de pressão sob uma diminuição de pressão, pelo que as microesferas são expandidas adicionalmente e aceleradas para uma corrente com uma velocidade de, pelo menos, 1 m/s. 0 documento WO03/051793 divulga um aparelho que é adequado para receber uma pasta de microesferas poliméricas expansíveis não expandidas, as quais são misturadas com vapor para provocar a expansão térmica das microesferas e para proporcionar uma corrente resultante de microbalões expandidos a húmido.

No tubo de reação, um fluido motriz na forma de um gás é utilizado para impulsionar a pasta de microesferas que entram em contacto com uma corrente de vapor. Enquanto o gerador de vapor, conduta de vapor, reservatório de pasta e conduta de material fluido estão em comunicação de fluido com a zona de tratamento, parece não existir gerador de contrapressão no aparelho.

Uma vantagem de expandir microesferas numa pasta aquosa é que é evitado pó. Contudo, é desejável melhorar adicionalmente a tecnologia existente de expansão de microesferas numa pasta. É um objetivo da presente invenção proporcionar um método e um dispositivo para expandir microesferas numa pasta sem a necessidade de introduzir água extra. É um outro objetivo da invenção proporcionar um método e um dispositivo para expandir microesferas numa pasta que é flexível em relação à qual o líquido é utilizado para a pasta. É um outro objetivo da invenção proporcionar um método e um dispositivo para expandir microesferas numa pasta que é flexível em relação aos meios para aquecer as microesferas. É ainda um objetivo adicional da invenção proporcionar um método e um dispositivo para expandir microesferas numa pasta com baixo risco para aglomeração das microesferas. É ainda um objetivo adicional da invenção proporcionar um método e um dispositivo para expandir microesferas numa pasta que podem ser utilizados também para uma vasta gama de graus de microesferas possuindo várias temperaturas de expansão.

De acordo com a invenção, verificou-se ser possível obter estes e outros objetivos através de um método e um dispositivo de acordo com as reivindicações anexas.

Mais especificamente, a invenção refere-se a um método para a preparação de microesferas termoplásticas expandidas a partir de microesferas termoplásticas termicamente expansíveis não expandidas compreendendo um invólucro polimérico termoplástico que encapsula um agente de expansão, o referido método compreendendo: (a) alimentar uma pasta de tais microesferas termoplásticas expansíveis num meio líquido para uma zona de aquecimento; (b) aquecer a pasta na zona de aquecimento, sem contacto direto com qualquer meio fluido de transferência de calor, de modo que as microesferas expansíveis atinjam, pelo menos, uma temperatura à qual estas teriam começado a expandir-se à pressão atmosférica, e mantendo uma pressão na zona de aquecimento suficientemente elevada de modo que as microesferas na pasta não se expandam totalmente; e, (c) retirar a pasta de microesferas expansíveis da zona de aquecimento para a zona com uma pressão suficientemente baixa para as microesferas se expandirem. A invenção refere-se adicionalmente a um dispositivo para expandir microesferas termoplásticas termicamente expansíveis não expandidas compreendendo um invólucro polimérico termoplástico que encapsula um agente de expansão, o referido dispositivo compreendendo uma zona de aquecimento possuindo uma entrada e uma saída e sendo capaz de suportar uma pressão de, pelo menos, 4 bar, meios para alimentar uma pasta de microesferas termoplásticas expansíveis não expandidas num meio líquido para a zona de aquecimento e capaz de gerar uma pressão de, pelo menos, 4 bar na zona de aquecimento; e, meios para aquecer a pasta de microesferas expansíveis para uma temperatura de, pelo menos, 60 °C, sem contacto direto com qualquer meio fluido de transferência de calor.

As microesferas termoplásticas termicamente expansíveis não expandidas são aqui a seguir referidas como microesferas expansíveis. 0 tamanho de partícula das microesferas expansíveis pode variar dentro de vastos limites e pode ser selecionado em relação às propriedades desejadas do produto no qual estas são utilizadas. Na maioria dos casos, o diâmetro médio do volume preferido, como determinado por dispersão de luz laser num aparelho Malvern Mastersizer Hydro 2000 SM sobre amostras húmidas, é desde 1 ym a 1 mm, de um modo preferido, desde 2 ym a 0,5 mm e, particularmente, desde 3 ym a 100 ym. O diâmetro das microesferas aumenta na expansão, por exemplo, por um fator de desde 2 a 5. O meio liquido da pasta de microesferas expansíveis pode ser qualquer líquido que seja inerte em relação às microesferas e possa suportar a temperatura à qual a pasta é aquecida. Em muitos casos é preferido água ou um líquido à base de água, formando assim uma pasta aquosa, mas, dependendo da utilização pretendida das microesferas expandidas, pode ser preferido também com líquidos orgânicos para a pasta, tais como, pelo menos, um de óleo vegetal, óleo mineral e glicerol, líquidos orgânicos que podem ser livres de água. Uma vez que não necessita de ser adicionado vapor ou água em qualquer outra forma à pasta, no método da invenção, é possível preparar uma pasta de microesferas expandidas livre de água que pode ser utilizada diretamente em aplicações onde não é desejada água. Além disso, uma vez que não necessitam de ser adicionados meios fluidos à pasta, é possível preparar uma pasta de microesferas expandidas possuindo um teor de sólidos elevado e controlado.

Na maioria dos métodos comerciais de produção de microesferas expansíveis, estas são normalmente obtidas, primeiro numa pasta aquosa e uma tal pasta pode ser utilizada diretamente no método da invenção, opcionalmente após diluição ou desidratação para um teor desejado de microesferas. Por outro lado, uma tal pasta aquosa pode ser seca para obter essencialmente microesferas livres de água que podem ser utilizadas para preparar uma pasta num líquido orgânico. O teor de microesferas expansíveis na pasta depende do que é desejado para o produto obtido após expansão. O limite superior é limitado pela bombeabilidade da pasta e pela transportabilidade da pasta através da zona de aquecimento. Na maioria dos casos o teor de microesferas expansíveis é adequadamente desde 5 a 50% em peso, de um modo preferido, desde 10 a 40% em peso e, de um modo muito preferido, desde 15 a 30% em peso. A pasta de microesferas expansíveis flui através da zona de aquecimento que pode ser constituída por qualquer conduta, tubagem ou tubo dotado com uma entrada e uma saída e que suporta a pressão aí mantida. Os meios para aquecer a pasta aí podem, por exemplo, ser um meio fluido de transferência de calor que não está em contacto direto com a pasta, elementos de aquecimento elétricos ou micro-ondas. Por exemplo, a zona de aquecimento pode ser um permutador de calor compreendendo, pelo menos, uma tubagem ou tubo circundado por um meio de transferência de calor que não está em contacto direto com a pasta de microesferas expansíveis. Um permutador de calor pode, por exemplo, compreender várias tubagens ou tubos, de um modo preferido, paralelos, por exemplo, desde 2 a 10 ou desde 3 a 7 tubagens ou tubos, de um modo preferido, ligados a uma entrada comum e uma saída comum. É também possível ter apenas uma tubagem ou tubo. Utilizar uma única tubagem ou tubo (i. e., apenas um) envolve a vantagem da diminuição do risco para distribuição de fluxo não homogénea por entupimento parcial num de vários tubos paralelos. Uma tal tubagem ou tubo único é, de um modo preferido, circundado por meios de transferência de calor, tal como água quente, de um modo preferido, que está posicionado num recipiente ou reservatório contendo os meios de transferência de calor. O meio de transferência de calor pode ser qualquer meio fluido adequado, tais como água, vapor ou óleo quente. Como uma alternativa, pode ser proporcionado calor através de elementos de aquecimento elétricos, e. g., no interior ou exterior da zona de aquecimento ou nas suas paredes, ou qualquer sua combinação. Como uma alternativa adicional, o aquecimento pode ser proporcionado por radiação eletromagnética, tal como micro-ondas.

Através da invenção é possível expandir graus de microesfera que requerem temperatura mais elevada do que o alcançável na prática por vapor, e. g., utilizando elementos de aquecimento elétricos ou óleo quente como um meio de transferência de calor. Por exemplo, é possível expandir microesferas que requerem temperaturas que excedem 200 °C. É também possível ou expandir microesferas que podem colapsar ou podem de qualquer outro modo ser danificadas a temperaturas demasiado elevadas utilizando um meio de transferência de calor possuindo uma temperatura comparativamente baixa, por exemplo, desde 60 a 100 °C, tal como água quente. O recipiente ou a, pelo menos uma, tubagem ou tubo nos quais a pasta de microesferas expansíveis fui é, de um modo preferido, de um material termicamente condutor como aço ou cobre, particularmente se o aquecimento da pasta for proporcionado por meio de um meio fluido de transferência de calor ou por elementos de aquecimento elétricos. Se o aquecimento for proporcionado por radiação eletromagnética, o recipiente ou, pelo menos, uma tubagem ou tubo é, de um modo preferido, de um material permeável para tais radiações, tal como vários tipos de materiais poliméricos.

Num permutador de calor compreendendo, pelo menos, uma tubagem ou tubo, tal, pelo menos, uma tubagem ou tubo pode, por exemplo, ter, cada, um diâmetro interno desde 2 a 25 mm ou, de um modo mais preferido, o diâmetro interno é desde 4 a 15 mm ou, de um modo muito preferido, desde 6 a 12 mm. A espessura das paredes da, pelo menos, uma tubagem ou tubo é adequadamente desde 0,5 a 3 mm, de um modo preferido, desde 0,7 a 1,5 mm.

Se o aquecimento for realizado por meio de elementos de aquecimento elétricos, tais elementos podem, e. g., ser proporcionados no exterior e/ou interior do, pelo menos, uma tubagem ou tubo, por exemplo, um única tubagem ou tubo. Uma tal tubagem ou tubo pode, por exemplo, ter um diâmetro interno desde 20 a 80 mm ou desde 35 a 65 mm. Por exemplo, um elemento de aquecimento elétrico pode ser proporcionado no centro no interior de uma tubagem ou tubo, de modo que a pasta de microesferas expansíveis flua na lacuna em torno desse elemento de aquecimento. Um tal elemento de aquecimento elétrico pode ele próprio ser uma tubagem ou tubo com fonte de aquecimento elétrica primária no seu interior, de modo que o calor seja transferido através da parede para a pasta que flui na lacuna. De um modo preferido, são proporcionados elementos de aquecimento elétricos no interior e no exterior da, pelo menos, uma tubagem ou tubo.

As dimensões ótimas e a capacidade dos meios para aquecer a pasta são determinadas pelo caudal da pasta, concentração da pasta e temperatura da pasta de entrada e deve ser suficiente para a pasta atingir uma temperatura elevada o suficiente para as microesferas se expandirem quando a pressão diminui após passar a saída da zona de aquecimento. Esta temperatura é sempre maior do que a temperatura de volatização do agente de expansão da microesfera específica. A pasta de microesferas expansíveis é alimentada para a zona de aquecimento através da sua entrada, de um modo preferido, por meio de uma bomba que proporciona pressão suficientemente elevada na zona de aquecimento, de modo que as microesferas não se expandam aí totalmente. As microesferas podem expandir-se parcialmente no interior da zona de aquecimento, e. g., para um volume de desde 10 a 80% ou desde 20 a 70% do volume após a expansão completa no exterior da zona de aquecimento, mas também podem ser impedidas de se expandirem de todo no interior da zona de aquecimento. Os exemplos de bombas adequadas incluem bombas de diafragma hidráulicas, bombas de êmbolo, bombas de parafuso (e. g., bombas de parafuso excêntricas), bombas de engrenagem, bombas de lóbulo rotativo, bombas centrífugas, etc. As bombas de diafragma hidráulicas são particularmente preferidas. A bomba, de um modo preferido, também origina a força para transportar a pasta através da zona de aquecimento para a sua saída. O dispositivo pode ser adicionalmente proporcionado com uma conduta para transporte da pasta de microesferas expansíveis para a bomba, por exemplo, a partir de um reservatório que contém a pasta.

De modo a manter a pressão suficientemente elevada na zona de aquecimento, a pasta de microesferas expansíveis é retirada da zona de aquecimento através de uma sua saída o que origina uma diminuição de pressão correspondente à diferença de pressão entre o interior da zona de aquecimento e o exterior da zona de aquecimento. A diminuição de pressão pode ser originada por quaisquer meios adequados para, tal como uma restrição de área de fluxo, por exemplo, uma válvula, um bocal ou qualquer outro tipo de passagem estreita. A saída da zona de aquecimento pode, por exemplo, ser uma, de um modo preferido, tubagem ou tubo isolado opcionalmente possuindo uma restrição de área de fluxo na sua extremidade, tal como uma abertura possuindo um diâmetro desde 0,9 a 0,05 vezes ou desde 0,5 a 0,05 vezes, de um modo preferido, desde 0,3 a 0,1 vezes o diâmetro interno dessa tubagem ou tubo. Contudo, uma restrição de área de fluxo ou quaisquer outros meios especiais não é necessária, uma vez que a diminuição de pressão originada por uma saida possuindo a mesma área de fluxo que a zona de aquecimento é normalmente suficiente para impedir a conclusão da expansão das microesferas no interior da zona de aquecimento. A tubagem ou tubo pode ser rigido ou flexível, o qual, no último, pode ser facilmente dirigido para um ponto de saída desejado para as microesferas sem mover todo o dispositivo. A pressão exata necessária na zona de aquecimento depende da temperatura e do tipo de microesfera. De um modo preferido, a pressão mantida na zona de aquecimento é, pelo menos, 4 bar, de um modo muito preferido, pelo menos, 10 bar. O limite superior é determinado por considerações práticas e pode, por exemplo, ser até 40 bar ou até 50 bar. A zona de aquecimento deve ser assim, de um modo preferido, capaz de suportar uma tal pressão. A temperatura das microesferas expansíveis na zona de aquecimento é, normalmente, essencialmente a mesma que a temperatura da pasta aí. A temperatura exata para a qual a pasta é aquecida depende do grau de microesferas. Para a maioria dos graus de microesferas a temperatura está, de um modo preferido, dentro da gama desde 60 a 160 °C, de um modo preferido, desde 80 a 160 °C ou desde 100 a 150 °C, embora temperaturas superiores, tal como 200 °C ou mesmo 250 °C ou superiores possam ser necessárias para alguns graus de microesferas. Os meios para aquecer a pasta devem, assim, de um modo preferido, serem capazes de aquecer a pasta para uma tal temperatura.

Na zona de aquecimento, é transportado um fluxo de uma pasta de microesferas expansíveis da entrada para a saída e aquecido sob pressão para uma temperatura elevada o suficiente para as microesferas se expandirem parcialmente aí opcionalmente e, pelo menos, expandirem-se quando a pressão cai na saída da zona de aquecimento e estas entram na zona com uma pressão suficientemente baixa. A pressão nessa zona é, normalmente, essencialmente a pressão atmosférica mas pode ser mantida mais elevada ou mais baixa dependendo da temperatura das microesferas. Nesta etapa, as microesferas são, normalmente, também arrefecidas pelo ar circundante nessa zona. 0 tempo de permanência médio das microesferas na zona de aquecimento é, de um modo preferido, longo o suficiente para assegurar que é atingida uma temperatura da pasta suficientemente elevada e mantida durante a expansão subsequente. De modo a assegurar a produção de uma qualidade elevada e homogénea, o dispositivo pode, opcionalmente, ser proporcionado adicionalmente com um amortecedor de pulsação que estabiliza o fluxo da pasta.

Quando a expansão ocorre ou começa na diminuição de pressão na saída da zona de aquecimento, o fluxo de microesferas também acelera significativamente. Ao mesmo tempo as microesferas são automaticamente arrefecidas para uma tal baixa temperatura que a expansão para, que forma o ponto onde a expansão, é completada. De modo a otimizar a desintegração das microesferas e evitar a aglomeração, é preferido se a diminuição de pressão ocorra a uma distância tão curta quanto possível na direção do fluxo.

Como a desintegração e arrefecimento das microesferas após passar a diminuição de pressão na saída da zona de aquecimento ocorre rapidamente, as microesferas expandidas são, normalmente, substancialmente livres de aglomerados. As microesferas expandidas podem ser imediatamente utilizadas para o seu fim pretendido ou ser embaladas em casos de plástico, cartuchos ou outras embalagens adequadas. 0 método e dispositivo da invenção é particularmente útil para expansão no local na produção de, e. g., explosivos em emulsão, tinta, massa de poliéster, formulações de madeira artificial à base de poliéster, poliuretano ou epóxi, mármore polido à base de epóxi, cerâmicas porosas, placa de gesso, revestimentos da parte inferior de carroçarias, elastómeros, cargas para fendas, vedantes, adesivos, resinas fenólicas, estuque, composto de enchimento para cabos, argila de modelagem, espumas de poliuretano microcelulares, revestimentos para papel de impressão térmico e outros tipos de revestimentos. 0 fluxo de microesferas expandidas que saem do dispositivo pode ser, depois, adicionado diretamente nas linhas de produção de tais produtos. Por exemplo, o fluxo de microesferas expandidas pode ser adicionado, em linha, diretamente no fluxo de emulsão durante a produção de explosivos em emulsão ou diretamente no fluxo de emulsão durante o enchimento de um furo com explosivos em emulsão de um camião. No último caso, os explosivos podem ser sensibilizados no local de mineração e serem transportados não sensibilizados para a mina. 0 método e o dispositivo de expansão, de acordo com a invenção, podem ser utilizados pata todos os tipos conhecidos de microesferas termoplásticas expansíveis, tal como aquelas disponíveis comercialmente sob a marca registada Expancel™. As microesferas termoplásticas expansíveis úteis e a sua preparação são também descritas, por exemplo, nas Patentes US 3615972, 3945956, 4287308, 5536756, 6235800, 6235394 e 6509384, 6617363 e 6984347, nas Publicações de Pedidos de Patente US 2004/0176486 e US 2005/0079352, nos documentos EP 486080, EP 566367, EP 1067151, EP 1230975, EP 1288272, EP 1598405, EP 1811007 e EP 1964903, nos documentos WO 2002/096635, WO 2004/072160, WO 2007/091960, WO 2007/091961 e WO 2007/142593, e na JP Publicada N° 1987-286534 e 2005-272633.

As microesferas termoplásticas adequadas têm, de um modo preferido, um invólucro termoplástico constituído por polímeros ou copolímeros obteníveis pela polimerização de vários monómeros etilenicamente insaturados, os quais podem ser monómeros contendo nitrilo, tais como acrilonitrilo, metacrilonitrilo, alfa-cloroacrilonitrilo, alfa-etoxiacrilonitrilo, fumaronitrilo, crotonitrilo, ésteres acrílicos, tais como acrilato de metilo ou acrilato de etilo, ésteres metacrílicos, tais como metacrilato de metilo, metacrilato de isobornilo ou metacrilato de etilo, halogeneto de vinilo, tal como cloreto de vinilo, halogenetos de vinilideno, tais como cloreto de vinilideno, vinilpiridina, ésteres de vinilo, tal como acetato de vinilo, estirenos, tal como estireno, estirenos halogenados ou alfametilestireno, ou dienos, tais como butadieno, isopreno e cloropreno. Também podem ser utilizadas quaisquer misturas dos monómeros mencionados acima.

Por vezes pode ser desejável que os monómeros para o invólucro do polímero também compreendam monómeros de reticulação multifuncionais, tal como um ou mais de divinilbenzeno, di(met)acrilato de etilenoglicol, di(met)acrilato de dietilenoglicol, di(met)acrilato de trietilenoglicol, di(met)acrilato de propilenoglicol, di(met)acrilato de 1,4-butanodiol, di(met)acrilato de 1,6-hexanodiol, di(met)acrilato de glicerol, di(met)acrilato de 1,3-butanodiol, di(met)acrilato de neopentilglicol, di(met)acrilato de 1,10-decanodiol, tri(met)acrilato de pentaeritritol, tetra(met)acrilato de pentaeritritol, hexa(met)acrilato de pentaeritritol, di(met)acrilato de dimetilol-triciclodecano, tri(met)acrilato de trialilformal, metacrilato de alilo, tri(met)acrilato de trimetilol-propano, triacrilato de trimetilol-propano, di(met)acrilato de tributanodiol, di (met) acrilato de PEG N° 200, di (met) acrilato de PEG N° 400, di(met)acrilato de PEG N° 600, monoacrilato de 3-acriloiloxiglicol, triacril-formal ou isocianato de trialilo, isocianurato de trialilo etc. Se presentes, tais monómeros de reticulação, de um modo preferido, constituem desde 0,1 a 1% em peso, de um modo muito preferido, desde 0,2 a 0,5% em peso das quantidades totais de monómeros para o invólucro polimérico. De um modo preferido, o invólucro polimérico constitui desde 60 a 95% em peso, de um modo muito preferido, desde 75 a 85% em peso, da microesfera total. A temperatura de amolecimento do invólucro polimérico, correspondendo, normalmente, à sua temperatura de transição vítrea (Tg) , está, de um modo preferido, dentro da gama desde 50 a 250 °C ou desde 100 a 230 °C. O agente de expansão numa microesfera é normalmente um líquido possuindo uma temperatura de ebulição não maior do que a temperatura de amolecimento do invólucro polimérico termoplástico. O agente de expansão, por vezes também referido como agente espumante ou propulsor, pode ser, pelo menos, um hidrocarboneto, tais como n-pentano, isopentano, neopentano, butano, isobutano, hexano, iso-hexano, neo-hexano, heptano, iso-heptano, octano e iso-octano ou as suas misturas. Também, podem ser utilizados outros tipos de hidrocarbonetos, tais como éter de petróleo e hidrocarbonetos clorados ou fluorados, tais como cloreto de metilo, cloreto de metileno, dicloroetano, dicloroetileno, tricloroetano, tricloroetileno, triclorofluorometano, etc. Os agentes de expansão particularmente preferidos compreendem, pelo menos, um de isobutano, isopentano, iso-hexano, ciclo-hexano, iso-octano, isododecano e as suas misturas, de um modo preferido, iso-octano. 0 agente de expansão constitui adequadamente desde 5 a 40% em peso da microesfera. O ponto de ebulição do agente de expansão à pressão atmosférica pode estar dentro de uma vasta gama, de um modo preferido, desde -20 a 200 °C, de um modo muito preferido, desde -20 a 150 °C e, de um modo muito preferido, -20 a 100 °C. A temperatura à qual as microesferas expansíveis começam a expandir-se depende de uma combinação do agente de expansão e do invólucro polimérico e estão disponíveis comercialmente microesferas possuindo várias temperaturas de expansão. A temperatura à qual as microesferas começam a expandir-se à pressão atmosférica é referida como Tinido. As microesferas expansíveis utilizadas na presente invenção possuem, de um modo preferido, uma Tinido desde 40 a 230 °C, de um modo muito preferido, desde 60 a 180 °C. A Figura anexa ilustra uma forma de realização da invenção. A Figura mostra um dispositivo compreendendo uma bomba 1 de diafragma hidráulica ligada a um permutador 4 de calor (que forma uma zona de aquecimento) e um amortecedor 2 de pulsação. 0 permutador 4 de calor é dotado de uma entrada 10 e uma saída 8 na forma de um tubo dotado com uma restrição de área de fluxo na extremidade na forma de um bocal. O permutador de calor compreende ainda um ou uma pluralidade de tubos (não mostrado) circundados por um meio de transferência de calor (não mostrado), tais como água, vapor ou óleo quente. 0 dispositivo compreende ainda um medidor 3 de pressão, uma válvula 5 de segurança, uma válvula 6 de controlo, um termómetro 7 e uma válvula 9 de 3 vias. 0 dispositivo é operado por bombeamento de uma pasta de microesferas expansíveis, e. g., a partir de um reservatório de pasta (não mostrado), por meio da bomba 1 de diafragma hidráulica através do permutador 4 de calor, no qual esta é aquecida pelo meio de transferência de calor para uma temperatura à qual as microesferas começam a expandir-se ou, pelo menos, teriam começado a expandir-se à pressão atmosférica. A bomba de diafragma hidráulica origina uma pressão suficiente para transportar a pasta através do permutador 4 de calor e impedindo a expansão completa das microesferas aí. A pasta quente flui para fora para o ar livre através da saída 8, opcionalmente dotada com uma restrição de área do fluxo, o que origina uma diminuição de pressão para a pressão atmosférica, resultando em expansão rápida e arrefecimento das microesferas no ar livre. 0 amortecedor 2 de pulsação inibe flutuações do fluxo da pasta a partir da bomba 1 de diafragma hidráulica. A pressão e a temperatura no permutador de calor podem ser monitorizadas pelo medidor 3 de pressão e pelo termómetro 7, respetivamente. 0 equipamento pode ser limpo trocando a pasta de microesferas expansíveis, e. g., por água de lavagem com o auxílio da válvula 9 de 3 vias antes da bomba 1. 0 fluxo e pressão do meio de transferência de calor no permutador 4 de calor são regulados pela válvula 6 de controlo.

Exemplo 1:

As microesferas expansíveis Expancel™ 051-40 da AkzoNobel foram expandidas utilizando um dispositivo de acordo com a Figura anexa. Uma pasta aquosa de 15% em peso de microesferas a uma temperatura de 20 °C foi bombeada a uma taxa de 3 litros/min através do permutador de calor compreendendo sete tubos, cada com um diâmetro interno de 10 mm, um diâmetro externo de 12 mm e um comprimento de 1,95 metros, circundado por vapor quente como meio de transferência de calor. A bomba originou uma pressão de 30 bar que foi mantida no interior do permutador de calor e o vapor transferiu energia térmica suficiente para aquecer a pasta para 130 °C. As microesferas saíram do permutador de calor através da saída dotada com um bocal possuindo uma abertura de 1,5 mm para o ar aberto de 20°C e expandiram-se para atingir uma densidade de 22 g/dm3. O produto de microesfera expandida teve um conteúdo de sólidos de 15% em peso e a investigação microscópica mostrou que o produto estava completamente livre de aglomerados.

Exemplo 2;

As microesferas expansíveis Expancel™ 031 da AkzoNobel foram expandidas utilizando um dispositivo compreendendo um único tubo de cobre com 5,8 m de comprimento posicionado num reservatório cheio com água quente mantida a uma temperatura de 100 °C. O tubo de cobre tinha um diâmetro interno de 6,3 mm e um diâmetro externo de 7,8 mm, mas não tinha qualquer restrição de área de fluxo. Uma pasta aquosa de 20% em peso de microesferas a uma temperatura de 20 °C foi bombeada com uma bomba de diafragma a uma taxa de 80 litros/h através do tubo de cobre circundado pela água quente como meio de transferência de calor. A bomba de diafragma originou uma pressão de 6 bar. As microesferas sairam do permutador de calor do tubo de cobre através da saida e atingiram, após a expansão final, uma densidade de 24 g/dm3. 0 produto de microesfera expandida teve um conteúdo de sólidos de 20% em peso e a investigação microscópica mostrou que o produto estava essencialmente livre de aglomerados.

Lisboa, 28 de junho de 2017

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para a preparação de microesferas termoplásticas expandidas a partir de microesferas termoplásticas termicamente expansíveis não expandidas compreendendo um invólucro polimérico termoplástico que encapsula um agente de expansão, o referido método compreendendo: (a) alimentar uma pasta de tais microesferas termoplásticas expansíveis num meio líquido para uma zona de aquecimento; (b) aquecer a pasta na zona de aquecimento, sem contacto direto com qualquer meio fluido de transferência de calor, de modo que as microesferas expansíveis atinjam, pelo menos, uma temperatura à qual estas teriam começado a expandir-se à pressão atmosférica, e mantendo uma pressão na zona de aquecimento suficientemente elevada de modo que as microesferas na pasta não se expandam completamente; e, (c) retirar a pasta de microesferas expansíveis da zona de aquecimento para uma zona com uma pressão suficientemente baixa para as microesferas se expandirem.
2. 2. Método como reivindicado na reivindicação 1, em que a pressão na zona de aquecimento é mantida desde 5 a 50 bar.
3. 3. Método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1-2, em que a pasta de microesferas expansíveis é aquecida na zona de aquecimento a uma temperatura desde 60 a 160 °C.
4. 4. Método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1-3, em que a pasta de microesferas expansíveis flui através de uma zona de aquecimento que é um permutador de calor compreendendo, pelo menos, uma tubagem ou tubo circundado por um meio de transferência de calor que não está em contacto direto com a pasta de microesferas expansíveis.
5. 5. Método como reivindicado na reivindicação 4, em que o, pelo menos uma, tubagem ou tubo têm, cada, um diâmetro interno desde 2 a 25 mm.
6. 6. Método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1-3, em que o calor é proporcionado por elementos de aquecimento elétricos.
7. 7. Método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1-6, em que a pasta de microesferas expansíveis é retirada da zona de aquecimento através de uma sua saída, o que origina uma diminuição de pressão correspondendo à diferença de pressão entre o interior da zona de aquecimento e o exterior da zona de aquecimento.
8. 8. Método como reivindicado na reivindicação 7, em que a saída está dotada com uma restrição de área de fluxo para originar a diminuição de pressão.
9. 9. Método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1-8, em que a pasta de microesferas expansíveis é retirada da zona de aquecimento para uma zona de pressão atmosférica.
10. 10. Método como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1-9, em que a pasta de microesferas expansíveis é alimentada para a zona de aquecimento por meio de uma bomba que proporciona pressão suficientemente elevada na zona de aquecimento para as microesferas não se expandirem totalmente aí.
11. 11. Dispositivo para expandir microesferas termoplásticas termicamente expansíveis não expandidas compreendendo um invólucro polimérico termoplástico que encapsula um agente de expansão, o referido dispositivo compreendendo uma zona de aquecimento possuindo uma entrada e uma saída e sendo capaz de suportar uma pressão de, pelo menos, 4 bar, meios para alimentar uma pasta de microesferas termoplásticas expansíveis não expandidas num meio líquido para a zona de aquecimento e capaz de originar uma pressão de, pelo menos, 4 bar na zona de aquecimento; e, meios para aquecer a pasta de microesferas expansíveis para uma temperatura de, pelo menos, 60 °C sem contacto direto com qualquer meio fluido de transferência de calor.
12. 12. Dispositivo como reivindicado na reivindicação 11, em que a saída está dotada com uma restrição de área de fluxo suficiente para originar uma diminuição de pressão correspondendo à diferença de pressão entre o interior da zona de aquecimento e o exterior da zona de aquecimento.
13. 13. Dispositivo como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 11-12, em que a zona de aquecimento é um permutador de calor compreendendo, pelo menos, uma tubagem ou tubo circundado por um meio de transferência de calor que não está em contacto direto com a pasta de microesferas expansíveis.
14. 14. Dispositivo como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 11-13, em que a zona de aquecimento compreende uma única tubagem ou tubo circundado por um meio de transferência de calor que não está em contacto direto com a pasta de microesferas expansíveis.
15. 15. Dispositivo como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 11-12, em que a zona de aquecimento compreende, pelo menos, uma tubagem ou tubo e elementos de aquecimento elétricos proporcionados no interior e/ou exterior do referido, pelo menos, uma tubagem ou tubo.