PT85761B

PT85761B - A method for producing cellular puc-plastic

Info

Publication number: PT85761B
Application number: PT85761A
Authority: PT
Inventors: Jan Kasin
Original assignee: Spydevold Baard
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1987-09-21
Publication date: 1990-01-08
Also published as: EP0281609A1; WO1988001934A1; JPH01500812A; GR871448B; FI882379A0; ES2007112A6; ZA876985B; NO863756D0; AU7963187A; IE872545L; DK279788A; NO863756L; BR8707470A; PT85761A; DK279788D0; CN87106832A; FI882379A

Description

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE

PLÁSTICO CELULAR DE CLORETO DE POLIVINILO

ESTADO DA TECNOLOGIA.

Actualmente, conhece-se vários processos para a produção de plástico celular de cloreto de polivinilo (plástico espumoso). Em seguida serão descritos três processos essencialmente diferentes, que apresentam interesse em relação à presente invenção, para a produção de plástico celular (plástico espumoso) a partir de cloreto de polivinilo (PVC).

1. 0 processo de alta pressão conduz à formação de plástico celular de cloreto de polivinilo com células fechadas. 0 processe compreende várias fases: mistura-se o plástico de cloreto de polivinilo com um agente quimico de insuflação e, possivelmente, outras substâncias e aditivos para controlar o processo. Os componentes são misturados intimamente a uma temperatura relativamente baixa, possivelmente em várias fases. 0 material intimamente misturado é vertido em moldes e mantém-se os moldes fechados sob uma pressão elevada (aproximadamente 180 bar) por exemplo, utilizando meios de prensagem mecânica forte, ao mesmo tempo que se aquece o material plástico até aproximadamente uma temperatura de 170° G. A esta temperatura, o agente de insuflação químico decompõe-se e vaporiza-se ao mesmo tempo que a mistura plástica se plastifica e, em certo grau, se homogeneíza (se gelatiniza). Isto verifica-se quando o material está ainda no molde, guando o material plástico é suficientemente aquecido e é submetido a uma pressão elevada durante um período suficientemente longo, normalmente entre 40 θ 60 minutos,

-2· os moldes e, portanto, o plástico são arrefecidos a uma temperatura abaixo da temperatura de transição vítrea do plástico para evitar a expansão do plástico após a eliminação da pressão externa, mesmo admitindo que ele contém ainda agente de insuflação numa fase gasosa com uma elevada pressão interna. 0 objecto plástico, que é agora um produto rígido semi-acabado, é removido do molde e armazenado durante algum tempo. 0 objecto plástico é então aquecido outra vez até uma temperatura de cerca de 100° C. Portanto, o plástico é plastificado ao mesmo tempo que a pressão interna no agente de insuflação aumenta ligeiramente. Isto faz com que o objecto plástico se expanda até se atingir um equilíbrio entre a pressão de expansão interna e as tensões no plástico. Dado que se consumiu uma quantidade muito elevada do agente de estabilização térmica na mistura plástica, durante a fase de decomposição a uma temperatura superior a cerca de 100° C, normalmente este produto não pode ser usado na fase de expansão, pois de outro modo o plástico de cloreto de polivinilo poderia sofrer decomposição.

produto de cloreto de polivinilo obtido de acordo com este processo tem células fechadas e pode ter um peso especifico até cerca de 40 Kg/m\ De acordo com este processo obtém-se também produtos com um peso específico até cerca de 600 Kg/m\ Devido à necessidade de utilizar uma pressão específica estática elevada durante a fase de decomposição do agente de insuflação, existem grandes limitações práticas em relação ao tamanho do produto acabado.á também difícil aquecer o material plástico no molde de modo a conseguir que toda a massa seja aquecida de uma maneira relativamente homogénea.

Normalmente utiliza-se um agente de insuflação do tipo exotérmico.

Istó provoca um elevado risco de queima e de composição de porções do material plástico, antes que toda a massa receba uma quantidade de energia térmica suficiente para a decomposição do agente de insuflação. Deste facto resulta uma limitação da espessura do material plástico a aquecer. Além disso, o processo tem elevados consumos e requer um investimento elevado em equipamento técnico.

2, Um outro processo muito utilizado para a produção de plástico celular de cloreto de polivinilo, consiste na extrusão de uma mistura plástica compreendendo plástico de cloreto de polivinilo, um agente de insuflação químico, um agente estabilizante e, eventualmente, agentes de controlo do processo e aditivos. De acordo com este processo, os componentes são bem misturados a uma temperatura relativamente baixa (por exemplo, 110° C) antes de a mistura ser alimentada à extrudora, normalmente sob a forma de um pó ou de um granulado. Na extrudora, os componentes são intimamente misturados a uma temperatura elevada (por exemplo, 180° 0) de modo a que o material seja transformado numa massa fundida relativamente homogénea (gelatinizada), ao mesmo tempo que se fornece uma quantidade de calor suficiente para jue se inicie o processo de decomposição do agente de insuflação. 0 processo é controlado de modo a assegurar que a decomposição do agente de insuflação ocorra essencialmente fora (depois) da extrudora (incluindo o bocal). Após deixar a extrudora, o material plástico deve, devido à elevada pressão no agente de insuflação gradualmente decomposto, expandir-se até atingir o equilíbrio entre a pressão interna e as tensões no material plástico.

processo é contínuo e é susceptível de um elevado grau de auto-4-

matizaçao. 0 processo permite obter grandes capacidades com investimentos relativamente baixos em equipamento técnico. Contudo, um plástico celular produzido de acordo com este processo tem, normalmente, um grande número de células abertas. Também não é possível produzir plástico celular de cloreto de polivinilo de acordo com este processo, com um peso específico abaixo de cerca de 450 Kg/cm\ isto pode explicar-se pelo facto de, no plástico celular de cloreto de polivinilo produzido segundo este processo, as células serem formadas a partir de concentrações relativamente elevadas de agente de insuflação, obtendo células separadas grandes. Isto significa que, se se adicionar quantidades demasiado elevadas de agente de insuflação, as grandes concentrações de agente de insuflação poderão provocar forças de expansão em cada célula individual tão elevadas que excedem a capacidade do material piástico para conter a expansao do gas,pelo que este irrompe através da super^pície e escapa-se. Portanto, 0 produto final pode ter um peso específico mais elevado do que quando se utiliza menor quantidade de agente de insuflação e junto da superfície deverá apresentar fendas e será insatisfatório em muitos casos. Normalmente, as prescrições e condições processuais têm como objectivo conseguir 0 mais baixo possível peso específico juntamente com uma superfície satisfatória do produto.

3. Unterceiro processo para a produção de plástico celular de cloreto de polivinilo consiste na extrusão de uma mistura plástica compreendendo plástico de cloreto de polivinilo, um agente estabilizante e, eventualmente, substâncias de controlo do processo, bem como aditivos. Os diferentes componentes são bem misturados a uma temperatura relativaraente baixa (por exemplo, 110° C) antes de

a mistura plástica ser alimentada à extrudora. A mistura é fundida a uma temperatura mais elevada na extrudora, ao mesmo tempo que é homogeneizada. Depois da fusão junta-se à massa fundida um gás (por exemplo, anidrido carbónico ou azoto) a uma pressão elevada. 0 gás dispersa-se na massa fundida e provoca a expansão do material plástico, depois de este deixar a extrudora, devido a una redução da pressão externa. Este processo é muito racional e pode proporcionar pesos específicos muito baixos para o produto de cloreto de polivinilo (da ordem de cerca de JO Kg/nr). Contudo, o produto final tem células abertas e deverá portanto, por exemplo, absorver a água mesmo sob pressões muito baixas.

Ma maioria dos casos, pretende-se células fechadas no plástico celular de cloreto de polivinilo. Nestas condições, a absorção do líquido é mínima e, além disso, o plástico celular possui propriedades de isolamento térmico muito boas. Em muitos casos, as propriedades físicas são também melhoradas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção associa as propriedades químicas e físicas favoráveis do plástico celular do cloreto de polivinilo produzido de acordo com o processo de pressão elevada referido antes, com uma produção muito eficiente de plástico celular de cloreto de polivinilo numa extrudora ou em outra máquina apropriada para o tratamento de plástico. 0 processo compreende a utilização de um material homogéneo de cloreto de polivinilo contendo plástico de cloreto de polivinilo, um agente estabilizante, um agente químico de insuflação e quaisquer substâncias de controlo de processo pretendidas e aditivos, estando o agente químico de insuflação finamente dividido no seio do material. A divisão fina do agente químico de insuflação é conseguida mediante plastificação e homogeneização da mistura

plástica até uma massa fundida homogénea, para obter um produto intermédio bem gelatinoso. Neste processo de gelatinizaçãc, a temperatura da massa em fusão é mantida abaixo da temperatura de decomposição do agente químico de insuflação em associação com qualquer agente activador e outros componentes da mistura plástica ou a uma temperatura que .juntamente com os restantes componentes da mistura plástica e os parâmetros do processo não provoque ou somente provoque em grau não significativo a decomposição/vaPorização do agente de insuflação. 0 referido processo de gelatinização pode ser efectuado numa máquina para tratamento de plástico que satisfaça aos requisitos de temperatura, efeito de mistura e pressão, por exemplo, numa extrudora.

A composição das várias substâncias na mistura plástica deve ser adaptada, nomeadamente, ao tipo de aparelho de mistura, aparelho para tratamento subsequente e aos requisitos do produto final. Contudo, a mistura plástica deve ser composta de tal modo que permita a produção de um produto intermédio bem gelatinoso sem resultar na decomposição/vaporização do agente de insuflação ou somente provocar a decommosição/vaporização num grau não significativo. A maior parte dos agentes químicos de insuflação utilizados actualmente, por exemplo, azodicarbonamida, tem uma temperatura de decomposição de cerca de 2J5° 0. Normalmente, a temperatura de decomposição deverá ser reduzida até um valor compreendido entre cerca de 170° e 180° C, de modo a evitar os inconvenientes relacionados com a decomposição do material de cloreto de polivinilo. Isto consegue-se mediante a adição de um activador ou estimulador do agente de insuflação. Normalmente, utiliza-se um composto metálico de chumbo, zinco, cádmio ou estanho. 0 plástico de cloreto de polivinilo (PVC) pode ser um plástico emulsão (e-PVC), de massa (m-PVC) ou de suspensão (s-PVC) ou associações dos mesmos. Também se pode utilizar um copolímero de plástico de cloreto

de polivinilo, por exemplo acetato de vinilo.

cloreto de polivinilo gelatinoso é enviado para a próxima fase de tratamento, a qual se pode realizar na mesma máquina para tratamento d··.· plástico ou numa outra maquina para tratamento de plástico que seja apropriada para esse fira, por exemplo, uma extrudora ou uma máquina de moldagem por injecção. 0 material plástico pode ser alimentado sob a forma de um granulado ou de um pó e pode ser introduzido a quente, vindo do processo de gelatinização sem qualquer arrefecimento do referido produto. Deste modo, consegue-se economizar energia na produção do plástico celular de cloreto de polivinilo.

Nesta fase de tratamento, o material de cloreto de polivinilo é rapidamente aquecido até uma temperatura acima da temperatura de decomposição do agente químico de insuflação em associação com qualquer activador e outros componentes da mistura plástica, ao mesmo tempo que o plástico é submetido a uma pressão externa elevada. Isto tem como finalidade evitar que o agente de insuflação se possa expandir dentro da máquina pro>> Z * priamente dita. 0 plástico e tratado mecanicamente, amassado na maquina, de tal modo que toda a sua massa seja aquecida aproximadamente à mesma temperatura. Dado que se consegue atingir rapidamente uma temperatura homogénea, obtém-se um controlo relativamente bom de qualqur possível libertação de calor proveniente do agente de insuflação, a qual constituí um grande problema, nomeadamente, no processo de pressão estática elevada utilizado actualmente e referido antes. Devido ao rápido aquecimento de toda a massa que é conseguido mediante o tratamento mecânico, consegue-se z

igualmente uma decomposição muito rapida do agente químico de insuflação. Todo este processo se completa durante j a 5 minutos, o que constituí uma vantagem guando comparado com os 40 a 60 minutos necessários para completar os processos de pressão elevada utilizados actualmente.

Quando o material plástico é descarregado da máquina com uma possível extensão, a pressão externa que se exerce sobre o plástico diminui e o plástico expande-se até se atingir o equilíbrio entre a pressão interna do agente de insuflação e as tensões no material. Dado que a expansão do material é efectuada a uma temperatura elevada, compreendida entre 160° e 230° C, obtém-se um material muito mole e com um elevado grau de expansão. É possível trabalhar a uma temperatura tão elevada devido ao facto de a maior parte de um agente de estabilização adicionado actuar nesta fase do processo. Pode ser necessário reduzir a temperatura do material plástico um pouco antes da expansão, no caso de certas prescrições e tipos, com vista a evitar que o material sofra rotura apos aexpansao. Depois da expansão, o material de cloreto de polivinilo é arrefecido. 0 produto pode então ser submetido a tratamento ulterior de acordo com o requerido. 0 produto acabado de cloreto de polivinilo contém células fechadas finamente dispersas.

DESCRIÇÃO DOS EXEMPLOS DE KI3TUPAS DE PLÁSTICO E CONDIÇÕES PROCESSUAIS.

Tal como se referiu antes, quando se considera a relação mistura de plástico/especificação é necessário considerar a máquina a utilizar para o tratamento do plástico e considerar as propriedades pretendidas para ó produto final. No casc ie se utilizar uma extrudora, tanto para o referido processo de gelatinização, como para o processo de decomposição do agente de insuflação, as misturas plásticas seguintes deverão resultar na obtenção de um plástico celular duro de cloreto de polivinilo com células fecha das:

-9Exemplo 1

PVC (valor de K apróx. 6o)	100
Teor apróx. de estearato	0,8
Gera de parafina	o,5
Estabilizador de estanho	5
Estimulador (Zno)	5
Agente de insuflação (ADA)	4
PMI.1A	10
Pe-cera	0,8
Plastificante (DOP)	10
Exemplo 2
PVC (valor de K apróx. 6θ)	100
Teor apróx. de estearato	1
Cera de parafina	1
Agente de insuflação (ADA)	5
PMMA	15
Pe-cera	1
Plastificante (DOP)	8
Sulfato de chumbo	10
Exemplo 3
PVC (valor de K apróx. 6θ)	100
Teor apróx. de estearato	1,5
Gera de parafina	1,5
Agente de insuflação (ADA)	6
PMMA	15
Pe-cera	1
Plastificante (DOP)	12

Sulfato de chumbo

-10—/ /

Os diferentes componentes das misturas plásticas anteriores são misturados num misturador apropriado, por exemplo, um misturador designado por turbo, até se atingir uma temperatura de cerca de 110° C. Em seguida a mistura é arrefecida e alimentada a uma máquina de tratamento de plástico, por exemplo, uma extrudora. A mistura é tratada, misturada, fundida e homogeneizada até uma massa fundida homogénea, a uma temperatura máxima de cerca de 150° C que é ligeiramente inferior à temperatura de decomposição do agente químico de insuflação em associação com os outros componentes da mistura. Este processo, também designado processo de gelatinização, permite obter uma massa homogénea no estado de fusão contendo agente químico de insuflação finamente distribuído, o qual não sofre decomposição/vaporização a não ser num grau insignificante. 0 material gelatinoso é enviado para a próxima fase de tratamento, a qual pode ser realizada na mesma máquina de tratamento de plástico ou noutra máquina de tratamento de plástico para o ulterior tratamento. 0 material plástico gelatinoso pode ser enviado para a nova fase de tratamento/máquina tanto a uma temperatura apenas ligeiramente inferior à temperatura do processo de gelatinização, como arrefecido e, neste caso, possivelmente dividido em grãos finos, designado granulado.

Nesta máquina de tratamento de plástico, que pode ser uma extrudora, uma máquina de moldagem por injecção ou uma outra máquina de tratamento de plástico apropriada, o material plástico gelatinoso é tratado mecanicamente/amassado ao mesmo tempo que se eleva a temperatura acima da temperatura de decomposição do agente de insuflação em associação com os restantes componentes da mistura plástica, no caso das misturas plásticas referidas acima de cerca de 175° C. A pressão externa na máquina é mantida acima da pressão de expansão do agente de insuflação que se decompõe gradualmente. Com vista a conseguir um grau suficiente de decomposição/vapo-

rização do agente de insuflação, o material é tratado mecanicamente/amassado normalmente durante pelo menos 5 a 5 minutos à referida temperatura e sob a referida pressão. 0 material quente, possivelmente ligeiramente arrefecido, é então descarregado através do orifício da máquina de tratamento de plástico e a pressãc externa é reauzida até ao valor da pressão atmosférica normal quer de uma só vez, quer por fases. 0 material plástico quente, deste modo, expande-se até se atingir um equilíbrio entre a pressão interna do agente de insuflação e as tensões no material plástico. 0 material plástico é em seguida arrefecido, por exemplo,com ar ou água e pode ser tratado, por exemplo, mecanicamente, caso seja necessário.

Com vista a melhorar as propriedades físicas do produto final, especialmente a temperaturas elevadas, e ao mesmo tempo melhorar as suas propriedades químicas, é possível reticular parte das moléculas do material plástico. Isso pode ser efectuado, por exemplo, mediante a utilização de peróxidos que são reticuláveis a uma temperatura elevada ou mediante a adição ao material de um componente que possa sofrer reticulação por absorção de alta energia, por exemplo, mediante a utilização de raios gama. A reticulação pode também ser efectuada mediante a adição de um componente ao material plástico, que seja reticulável quimicamente sem ser necessário utilizar temperaturas muito elevadas. Este componente ou aditivo pode, por exemplo, ser um isocianato. Para evitar que a reticulação ocorra demasiado cedo, utiliza-se normalmente um componente retardador em associação com a utilização de um agente reticulante quimicamente activo. ela mesma razão, os agentes reticulantes quimicamente activos devem em certos casos ser adicionados o mais tarde possível durante a realização do processo, por exemplo, imediatamente antes da fase de decomposição do agente de insufla ção

CAMPOS DE APLICAÇÃO DO PLÁSTICO CELULAR SE PVC COM CÉLULAS,FECHADAS A presente invenção permite a produção de plástico celular de PVC com células fechadas, tanto duro como mole, dependendo da quantidade de plastificante adicionada à mistura plástica.

plástico celular de cloreto de polivinilo com células fechadas pode, por exemplo, ser utilizado para a obtenção dos seguintes tipos de produtos:

Isolamento térmico (por exemplo, na refrigeração de carros e de tubagem de gás/petróleo)

Produtos de flutuação (por exemplo, salva-vidas, boias e pontões)

Estruturas (por exemplo, estruturas constituídas por camadas sobrepostas de baixo peso e tendo como núcleo plástico celular de PVC, por exemplo, em paredes, botes e aeronaves)

Claims

Reivindicações

1.- Processo para a produção de plástico celular com células fechadas e contendo cloreto de polivinilo (PVC) e/ou um copolímero com cloreto de polivinilo, um agente químico de insuflação, um agente estabilizante e quaisquer substâncias e aditivos pretendidos para controlo do processo, caracterizado pelo facto de se tratar a mistura plástica numa máquina de tratamento de plástico e, nesta fase do processo, ser alimentada num estado perfeitamente gelatinoso, e de se efectuar uma dispersão fina do agente químico de insuflação no material plájs tico durante a fase de gelatinização, a uma temperatura que, juntamente com os restantes parâmetros do processo, permita a obtenção de um bom grau de gelatinização do material plástico, ao mesmo tempo que o agente químico de insuflação não sofra de composição/vaporização ou apenas se decomponha/vaporize num grau não significativo, e de se tratar mecanicamente o material plástico (amolecimento) na referida máquina de tratamento a uma

Z· temperatura superior ã temperatura de decomposição/vaporização do agente de insuflação combinado com os restantes componentes da mistura plástica, durante um período suficientemente longo para permitir a decomposição/vaporização de pelo menos 75 % do agente de insuflação na referida máquina de tratamento ou numa sua extensão, e de se efectuar o referido tratamento sob uma pressão exterior actuando sobre o material plástico, que seja suficientemente elevada para impedir que o agente de insuflação decomposto/vaporizado forme células gasosas de diâmetro maior do que 0,06 mm, em qualquer porção do material plástico, até que pelo menos 75 % do agente de insuflação se decomponha/vaporize, e de se expandir a mistura plástica tratada até à forma pretendida, após a decomposiçao/vaporização de pelo menos 75 % do agen te de insuflação, e de se expandir a mistura plástica tratada, até à forma pretendida após a decomposição/vaporização de pelo menos 75 % do agente de insuflação, mediante a redução da pressão exterior sobre o material plástico e, se necessário, depois da redução da temperatura do material plástico.
2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o agente de insuflação do material plástico consistir num sistema de agente de insuflação que liberta uma quantidade de calor menor do que 150 calorias/g do sistema de agente de insuflação, no material plástico durante a decomposição/vaporização.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se utilizar uma extrudora ou uma máquina de moldagem por injecção, como máquina para o tratamento do plástico.
4. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se utilizar uma extrudora ou uma máquina de moldagem por injecção como máquina de tratamento do plástico e por a pressão externa que actua sobre o material plástico ser obtida· devido ao facto de o parafuso/parafusos da extrudora/mãquina de moldagem por injecção é/são construídos de tal modo que se obtenha a compressão necessária do material plástico e, portanto, a pressão exterior necessária sobre o material plástico seja obtida no parafuso/parafusos independentemente da pres15 / » são sobre o material plástico depois do parafuso/parafusos na extrudora/mãquina de moldagem por injecção.
5, - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de para o tratamento mecânico do plástico se utilizar duas ou mais máquinas de tratamento de plástico sendo a primeira/primeiras uma extrudora/extrudoras, de se alimentar a máquina com a mistura plástica num estado não gelatinoso, de se tratar a mistura plástica na/nas primeira/primeiras extrudoras de tal modo que a mistura plástica fique bem gelatinizada, a uma temperatura inferior à temperatura de decomposição do agente de insuflação em associação com os restantes componentes da mistura plástica, de maneira a que o agente de insuflação fique finamente distribuído no material plástico sem que ocorra a decomposição/vaporização do agente de insuflação ou que apenas se verifique num grau não significativo, .e de se enviar a mistura plástica quente, para a próxima fase de tratamento, tal como se definiu na reivindicação 1.
6, - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se utilizar, nomeadamente, uma extrudora ou uma máquina de moldagem por injecção como máquina de tratamento do plástico e de se alimentar a máquina com o material plástico num estado não gelatinoso e de se verificarem a gelatinização e divisão fina do agente de insuflação numa fase inicial do tratamento, sem que ocorra a decomposição/vaporização do agente de insuflação ou que tal se dê apenas num grau não significativo e de se enviar em seguida o material plástico para a máquina, para ser tratado como se definiu na reivindicação 1.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se introduzir o material plástico que sai da máquina de tratamento de plástico, numa parte de máquina que dã a forma final ao material plástico
8. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se reduzir por fases, a pressão exterior que actua sobre o material plástico após o tratamento.
9. - Processo de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se juntar ao material plástico um aditivo sob a forma de um agente reticulante tal como um isocianato,imediatamente antes da fase de decomposição/vaporização do agente de insuflação.