BRPI0711534A2

BRPI0711534A2 - cpvc oticamente claro, tolerante ao calor, e método para fazer o mesmo

Info

Publication number: BRPI0711534A2
Application number: BRPI0711534-2A
Authority: BR
Inventors: Saleem Shakir; Sang Lee
Original assignee: Polyone Corp
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2011-11-01
Also published as: WO2007121046A1; US7943691B2; CA2647899A1; CN101421347A; CA2647899C; US20090169785A1; CN101421347B; EP2004747A1; EP2004747A4

Abstract

CPVC OTICAMENTE CLARO, TOLERANTE AO CALOR, E MéTODO PARA FAZER O MESMO Trata-se de um composto CPVC com alta HDT que é oticamente claro. A escolha pela resina CPVC, o uso dos lubrificantes externos e outros ingredientes opcionais alcança um limiar de clareza ótica para o composto a ser usado para fazer artigos oticamente claros através de extrusão ou moldagem. Uma tubulação industrial de CPVC oticamente clara é particularmente útil para o monitoramento do fluxo de fluido.

Description

CPVC OTICAMENTE CLARO, TOLERANTE AO CALOR, E METODO PARA FAZER O MESMO

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE

Esse pedido reivindica prioridade do Pedido de Patente Provisória Americana Número de Série 60/744.639, suportando o Número do Arquivo do Procurador 12006011 e requerido em 11 de abril de 2006, o qual é aqui incorporado por referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

Essa invenção se refere a compostos de cloreto de (poli)vinila clorados ("CPVC") e a um método para fabricá- los.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CPVC é um polímero geralmente usado em tubulações para estruturas industriais e comerciais devido à sua dureza retida na presença de elevadas temperaturas de aquecimento de sólidos e fluidos que passam por tal tubulação.

A tubulação de CPVC convencional ou é opaca ou não é mais do que levemente translúcida, significando que uma pessoa não pode ver se um líquido, sólidos, gases ou uma combinação desses está passando por tal tubulação. Por exemplo, uma pessoa não pode olhar dentro da tubulação para determinar o local de um bloqueio ou fragilidade.

A tubulação de CPVC opaca convencional pode ou não ter tolerância ao aquecimento, conforme determinado pelos testes de Temperatura de Deflexão Térmica ("HDT").

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O que a técnica precisa são de compostos de CPVC oticamente translúcidos com alta HDT para serem usados para fazer tubulações e outros artigos industriais.

A presente invenção resolve o problema pelo uso de ingredientes particulares num composto de CPVC de alta HDT, de modo que quando o composto é extrusado como uma tubulação ou outro equipamento industrial, o artigo resultante é oticamente translúcido.

Um aspecto da presente invenção é um composto de CPVC de elevada temperatura de deflexão térmica, compreendendo CPVC clorado térmico; lubrificante externo;

estabilizante térmico; e ingredientes opcionais; em que (a) o composto é essencialmente livre de lubrificantes internos; (b) o composto tem uma elevada temperatura de deflexão térmica; e (c) o composto é oticamente translúcido.

Outro aspecto da presente invenção é um artigo feito de tubulação de CPVC oticamente translúcida.

Para os propósitos da invenção, uma Temperatura de Deflexão Térmica alta (HDT) é de pelo menos cerca de 88 0C (190 °F) usando o teste ASTM D-648 para uma placa não- anelada com dimensões de 15 cm de comprimento, 15 cm de largura e 0,3 cm (0,125 polegada) de espessura.

Para os propósitos dessa invenção, tanto "oticamente translúcido" quanto "clareza ótica" significam um obscurecimento não maior do que cerca de 22 usando o teste ASTM D1003-00.

Uma característica da invenção é que a massa do artigo resultante feita do composto da invenção não espalha a luz incidente naquela superfície.

Um benefício da invenção que quando formada numa tubulação ou outro artigo conduzindo ou contendo fluidos, uma pessoa pode olhar através da superfície e a massa para ver sólidos, fluidos ou ambos no artigo.

Outras características e vantagens serão descritas em relação às seguintes modalidades.

MODALIDADES DA INVENÇÃO Compostos CPVC

CPVC é essencialmente um homopolímero ou copolímero de coreto de vinila com quantidades mínims de outros co- monômeros, no caso de haver algum. CPVC é PVC clorado, onde PVC contendo aproximadamente 57% de cloro reage adicionalmente com radicais cloro produzidos a partir de gás cloro disperso em água e irradiado para gerar radicais cloro dissolvidos em água para produzir CPVC, um polímero com uma temperatura de transição de vidro (Tg) e temperatura de distorção de aquecimento mais altas. CPVC comercial tipicamente contém, em peso, de cerca de 58% até cerca de 70% e, preferivelmente, de cerca de 63% até cerca de 68% de cloro.

Cloreto de (poli) vinila, a partir do qual CPVC é preparado, compreende monômeros de cloreto de vinila polimerizados onde os polímeros preferidos são essencialmente cloreto de vinila homopolimerizado com pouco ou com nenhum co-monômero copolimerizado. Co-monômeros úteis, caso desejado, incluem monômeros etilenicamente insaturados mono-insaturados copolimerizáveis com monômero de cloreto de vinila pela adição de polimerização. Co- monômeros úteis incluem outros monômeros de vinila, tais como acetato de vinila, éteres e cloreto de vinilideno. Outros co-monômeros úteis compreendem monômeros monoetilenicamente insaturados incluindo acrílicos, tais como metacrilatos ou alquilacrilatos inferiores, ácido acrílico e metacrílico, alquenilolefinas inferiores, vinilaroraãticos tais como estireno e derivados do estireno e éteres e ésteres vinílicos. Co-monômeros comerciais úteis típicos incluem acrilonitrila, acrilato de 2-etilexila, cloreto de vinilideno e éter isobutílico. Copolímeros de CPVC úteis podem conter de cerca de 0,1% até cerca de 10% ou 15%, preferivelmente de 0,5% até cerca de 5% em peso de co-monômero copolimerizado.

Copolímeros de CPVC podem ser obtidos pela cloração de tais copolímeros de PVC usando métodos convencionais tais como aqueles descritos na Patente Americana No. 2.996.489, a qual é aqui incorporada por referência.

PVCs preferidos como materiais de partida são cloreto de vinila polimerizado em suspensão, embora um polimerizado de massa (massa) menos preferido possa ser útil. PVCs rígidos não contêm essencialmente plastificante, e preferivelmente têm menos do que cerca de 10 ou cerca de 5 partes em peso do co-monômero copolimerizado baseando-se em 100 partes de cloreto de vinila, e mais pref erivelmente são essencialmente homopolímeros de cloreto de vinila.

Pesos moleculares de peso médio úteis de CPVCs podem ser de cerca de 39.000 até cerca de 150.000, e preferivelmente de cerca de 55.000 até cerca de 109.000, onde o peso molecular é medido por cromatografia de exclusão de tamanho e correlacionado com os pesos moleculares de PVC absolutos determinados por Perkins et al., Journal of Vinyl Technology, Vol. 15, No. 2 (1993).

A resina de cloreto de polivinila (PVC) base usada para fazer CPVCs dessa invenção pode ter uma viscosidade inerente de cerca de 0,45 até cerca de 1,5 e preferivelmente de cerca de 0,68 até cerca de 1,2, conforme medido pelo uso de 0,2 gramas de resina em 100 mL de cicloexanona a 30 graus C pelo ASTM D 1243.

Os CPVCs dessa invenção têm um valor de K variando de cerca de 53 até 60 e preferivelmente de 55 a 58.

Resinas de CPVC comercialmente disponíveis podem ser usadas atendendo às especificações estabelecidas acima. Fontes não-limitativas de resina de CPVC comercial são Sekisui America Corporation of New York, NY, EUA; Kaneka Texas Corporation of Pasadena, TX, EUA; e Noveon Corporation of Brecksville, OH, EUA. Dessas fontes, a resina de CPVC de alta HDT da Sekisui é preferida devido a uma melhor transparência ótica conforme medido pela obscuridade ser obtida. Enquanto não estando limitado a qualquer teoria particular, é possível que o processo de cloração térmica usado por Sekisui para fazer CPVC contribua para o seu valor.

A presente invenção determinou que a transparência ótica pode ser alcançada pela seleção dos seguintes ingredientes como uma modalidade preferida. Porém sem demasiada experimentação, uma pessoa versada na técnica pode estabelecer uma formulação para fazer um composto de CPVC oticamente translúcido com alta HDT usando outros ingredientes comerciais, contanto que a obscuridade resultante não seja maior do que cerca de 22%, desejavelmente menor do que cerca de 20%, e preferivelmente menor do que cerca de 18%. Foi descoberto nessa invenção que uma pessoa pode obter uma tubulação extrusada feita dos compostos da presente invenção que têm uma obscuridade menor do que cerca de 16%.

Outro fator nos compostos da presente invenção é a transmitância luminosa, também conhecida como transmissão ótica, também medida usando o teste ASTM D-1003-00. Os compostos da presente invenção podem ter uma transmissão ótica de pelo menos 36%, desejavelmente de cerca de 39%, e preferivelmente de pelo menos cerca de 42%. Foi descoberto nessa invenção que uma pessoa pode obter uma tubulação extrusada feita dos compostos da presente invenção que têm uma transmitância luminosa de pelo menos cerca de 50%.

Deve ser aparente para uma pessoa versada na técnica que um extrusado oticamente translúcido de um composto da presente invenção não é necessariamente um extrusato incolor. A cor do extrusado é determinada por seus ingredientes, método de produção e outras variáveis. Foi descoberto que uma formulação de CPVC preferida transformada numa tubulação da presente invenção tem uma cor amarelo-palha. Os compostos da presente invenção podem ter um índice de intensidade de amarelo não maior do que cerca de 78, desejavelmente não maior do que cerca de 68, e pref erivelmente não maior do que cerca de 58. Foi descoberto nessa invenção que uma pessoa pode obter uma tubulação extrusada feita dos compostos da presente invenção que têm um índice de amarelo (tanto distante quanto próximo) não maior do que 42.

O exame manual de uma tubulação de coloração amarelo-palha (tamanho 4 0 da tabela (Schedule) nominal uma polegada) feito a partir de um composto da presente invenção revelou que uma pessoa podia ver através da tubulação com detalhes suficientes para ler a fonte inclinada Times New Roman 12 ou para ver os detalhes das dobras de um dedo humano. Uma pessoa não foi capaz de ver as impressões digitais de um dedo humano.

Lubrificante

Os lubrificantes são aditivos convencionais aos compostos de haleto de polivinila. Existem, de um modo geral, dois tipos: lubrificantes internos, os quais auxiliam a mistura e a dispersão dos ingredientes na ação do cisalhamento de um extrusor e os lubrificantes externos, os quais auxiliam a massa fundida a se mover pelo extrusor.

Convencionalmente, tanto os lubrificantes internos quanto os lubrificantes externos são adicionados num composto de CPVC típico. Entretanto, nessa invenção, devido ao fato de ser necessário um composto de CPVC com alta HDT, os lubrificantes internos, os quais afetam adversamente as propriedades de HDT não são usados intencionalmente. Conseqüentemente, os compostos da presente invenção são essencialmente livres de lubrificantes internos.

Existem muitos lubrificantes externos comercialmente disponíveis, tais como estearatos, ceras de parafina, outros ésteres, etc. A quantidade de lubrificantes externos na presente invenção pode variar de cerca de 1 até cerca de 4 partes por cem de resina (phr), e preferivelmente de cerca de 2 até cerca de 3 phr.

Estabilizador térmico

Os estabilizadores térmicos são um ingrediente comum para os compostos de PVC e CPVC. Estabilizantes térmicos típicos incluem ésteres organometálicos e mercaptídeos, tais como estabilizantes de maleato de octilestanho e estabilizantes de octilestanhomercaptídeo. Aditivos opcionais

O composto da presente invenção pode incluir aditivos plásticos adicionais numa quantidade que seja suficiente para obter uma propriedade de processamento ou desempenho desejável para o composto, contanto que o aditivo opcional não prejudique a claridade ótica do composto quando formado num artigo, tal como uma tubulação. A quantidade não deve ser desperdiçadora do aditivo, nem prejudicial para o processamento ou desempenho do composto.

As pessoas versadas na técnica da composição de termoplásticos, sem experimentação demasiada, porém com referência a tais obras como Plastics Additives Database (2004) de Plastics Design Library (www.williamandrew.com) , podem selecionar de muitos tipos diferentes de aditivos para inclusão nos compostos da presente invenção.

Na composição de CPVCs rígidos, outros ingredientes da composição são desejavelmente incorporados nas resinas de CPVC para produzir fórmulas de composição. Outros ingredientes de composição podem incluir enchimentos, pigmentos e corantes, caso desejado, modificadores de impacto, estabilizadores de UV, outros adjuvantes de processamento, assim como outros aditivos, tais como biocidas ou retardadores de chama.

Enchimentos normalmente são usados para reduzir custos e o brilho e podem incluir enchimentos de carbonato de cálcio convencional, barro, talco, mica e terra diatomácea. Pigmentos úteis e corantes podem ser orgânicos, porém preferivelmente minerais, tal como dióxido de titânio (o qual também serve como estabilizante de UV).

Modificadores de impacto são úteis em CPVCs rígidos para aumentar a resistência e podem incluir polietilenos clorados, ABS, copolimeros e polímeros acrílicos, ou copolímeros metacrílicos, tais como metilmetacrilato- butadieno-estireno (MBS).

Outros adjuvantes do processamento para extrusar CPVCs rígidos em cortes difíceis incluem copolímeros acrílicos ou de estireno-acrilonitrila para prevenir o rasgo das bordas na extrusão das configurações ou perfis complexos.

Uma ampla variedade de formulações de compostos de CPVC são comercialmente disponíveis para uma pessoa normalmente versada na técnica. Além disso, a literatura ensina sobre uma variedade de formulações CPVC, tais como aquelas reveladas na Patente Americana No. 6.531.526 (Detterman et al).

Tipicamente, um composto de CPVC contém polímero de CPVC, estabilizante, adjuvante de processamento, modificador de impacto, lubrificante e pigmento.

Os ingredientes são expressos em partes por cem de polímero de CPVC. A Tabela 1 mostra os ingredientes aceitáveis e preferidos para os compostos da presente invenção, expressos em partes por cem de resina de CPVC. Devido ao fato de todos os ingredientes, ã exceção do CPVC serem opcionais, todos estão listados como tendo uma faixa de 0 até um valor superior.

Tabela 1 <table>table see original document page 10</column></row><table> <table>table see original document page 11</column></row><table>

Preferíveis dentre as resinas CPVC comerciais estão as resinas dè cloreto de polivinila pós-cloradas "PVC-HA" de Sekisui America Corporation of New York, NY, EUA e especialmente a do grau HA-27K (K-58, 66,5% Cl).

Processamento

A preparação dos compostos da presente invenção é descomplicada para as pessoas versadas na técnica da composição termoplástica. O composto presente pode ser feito em lotes ou em operações contínuas.

A mistura num processo contínuo tipicamente ocorre num extrusor, num misturador contínuo ou em outro dispositivo que é elevado até uma temperatura elevada que seja suficiente para fundir a matriz polimérica com adição ou na cabeça do extrusor ou à jusante no extrusor dos aditivos ingredientes sólidos. As velocidades do extrusor são dependentes do tamanho do extrusor e podem variar de cerca de 50 até cerca de 500 revoluções por minuto (rpm), e preferivelmente de cerca de 100 até cerca de 300 rpm para a maioria dos extrusores com um diâmetro de aproximadamente 5 a 23 cm. Tipicamente, a produção do extrusor é peletizada para a posterior extrusão ou moldagem em artigos poliméricos.

A mistura em um processo em lote ocorre tipicamente em um misturador Banbury que também é elevado até uma temperatura que seja suficiente para fundir a matriz polimérica para permitir a adição dos aditivos ingredientes sólidos de qualquer aditivo opcional. As velocidades de mistura variam de 60 a 1000 rpm e a temperatura de mistura pode ser a ambiente. Também, a produção do misturador é cortada em tamanhos menores para a posterior extrusão ou moldagem em artigos poliméricos.

Alternativamente, a mistura num processo em lote ocorre tipicamente num misturador Henschel que mistura através de ação mecânica ao invés de levar a matriz polimérica até uma temperatura de fusão. As velocidades de mistura variam de 60 até 1000 rpm e a temperatura de mistura pode ser a ambiente. Também a produção do misturador na forma de pó pode ser usada como tal ou, alimentada numa máquina de composição, é cortada em tamanhos menores para a posterior extrusão ou moldagem nos artigos poliméricos.

Os compostos podem ser formados em pó, cubos ou péletes para a posterior extrusão ou moldagem em componentes de construção de estruturas poliméricas.

A subseqüente extrusão ou técnicas de moldagem são bem conhecidas pelas pessoas versadas na técnica da engenharia de polímeros termoplásticos. Sem experimentação demasiada, porém com referências como "Extrusion, The Definitive Processing Guide and Handbook"; "Handbook of Molded Part Shrinkage and Warpage"; "Specialized Molding Technigues"; "Rotational Molding Technology"; e "Handbook of Mold, Tool and Die Repair Welding", todos publicados pela Plastics Design Library (www.winiamandrew.com), uma pessoa pode fazer artigos de qualquer forma e aparência concebível usando os compostos da presente invenção.

UTILIDADE DA INVENÇÃO

Tubulação extrusada e encaixes moldados para tal tubulação feita usando um composto de CPVC da presente invenção que é oticamente claro proporciona vantagens consideráveis para uma pessoa construtora ou mantenedora dos tubos industriais. Com clareza ótica, uma pessoa pode proporcionar maiores condições de segurança por ser capaz de localizar bloqueios, constrições, defeitos interiores, etc. visualmente, que não são possíveis de serem vistos ou com uma tubulação opaca ou translúcida, porém obscura.

Outros usos do composto da presente invenção incluem folhas planares do composto usado em ambientes industriais que colocam um elevado ágio na baixa capacidade de combustão dos conteúdos do ambiente. Compostos CPVC da presente invenção proporcionam não somente claridade, porém também baixa capacidade de combustão porque o composto não contribui para a carga combustível, e nem tem propriedades de auto-ignição. Salas limpas para montagem de componentes e dispositivos eletrônicos sensíveis são um exemplo de tais ambientes industriais.

EXEMPLOS

Tabela 2 mostra a fonte dos ingredientes usados para os exemplos usados para demonstrar a presente invenção. Tabela 2

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Tabela 3 mostra as condições de produção para todos os Exemplos e Exemplos Comparativos, baseando-se na alta intensidade de mistura e, a seguir, na moagem.

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Depois disso, os Exemplos e Exemplos Comparativos foram, a seguir, moldados em placas usando técnicas de moldagem por compressão conforme explicado na Tabela 4. Tabela 4 Moldagem <table>table see original document page 16</column></row><table>

Dois grupos de placas de cada um dos Exemplos e Exemplos Comparativos foram testados quanto à obscuridade e transmissão (ASTM D1003-00) e índice de amarelo usando um espectrofotômetro DataColor SF600+. Todas as placas foram condicionadas por 40 horas a 23 0C (± 2 °C) e 50% (± 5%) de umidade relativa. Um iluminador C2 foi utilizado. A Tabela 5 mostra os resultados, incluindo um valor médio para os dois grupos de placas do Exemplo, os quais foram medidos quanto à obscuridade, transmissão e índice de amarelo.

Tabela 5 Resultados Experimentais <table>table see original document page 17</column></row><table>

Os Exemplos 1 a 4 são claramente superiores em termos de obscuridade e transmissão em relação aos Exemplos comparativos AeB. Com a única variável entre os Exemplos 1, 3, AeB sendo a escolha da resina CPVC empregada, uma pessoa pode fazer as comparações numéricas diretas as quais apresentam uma vasta melhoria tanto da obscuridade quanto da transmissão, assim como do índice de amarelo. Para propósitos de reivindicação dessa invenção, as diferenças entre a resina CPVC dos Exemplos 1 a 4 e dos Exemplos Comparativos AeB devem ser chamadas de "clorato térmico" para os Exemplos 1 a 4. Pela comparação dos Exemplos 1 e 3 com 2 e 4, uma pessoa pode ver que não há limitações no método de moldagem porque tanto a moldagem por compressão quanto a moldagem por injeção se comportam semelhantemente bem.

A invenção não está limitada às modalidades acima. As reivindicações vêm a seguir.

Claims

1. Composto de CPVC, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: CPVC clorado térmico; lubrificante externo; estabilizador térmico; e ingredientes opcionais; em que (a) o composto é essencialmente livre de lubrificantes internos; (b) o composto tem uma alta temperatura de deflexão térmica; e (c) o composto é oticamente claro.

2. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o CPVC clorado térmico é um homopolimero ou copolímero de cloreto de vinila com quantidades mínimas de outros co-monômeros, no caso de algum estar presente, contendo em peso de cerca de 58% até cerca de 70% e preferivelmente de cerca de 63% até cerca de -68% de cloro.

3. Composto, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o co-monômero é selecionado do grupo consistindo de monômero etilenicamente insaturado monoinsaturado, monômero de acetato de vinila, monômero de cloreto de vinilideno, monômero acrílico, monômero vinilaromático, monômero de éster vinílico e suas combinações, e em que o co-monômero está presente numa quantidade de cerca de 0,1% até cerca de 15% em peso do copolímero.

4. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o CPVC clorado térmico tem um peso molecular de peso médio de cerca de 39.000 até -150.000.

5. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o CPVC clorado térmico tem uma viscosidade inerente de cerca de 0,45 até cerca de 1,5, conforme medido pelo uso de 0,2 grama de resina em 100 mL de cicloexanona a 30 graus C pelo ASTM D 1243.

6. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o CPVC clorado térmico tem um valor de K variando de cerca de 53 a 60.

7. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o CPVC clorado térmico tem uma obscuridade não maior do que cerca de 22%.

8. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o CPVC clorado térmico tem uma transmissão ótica de pelo menos cerca de 36%.

9. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o CPVC clorado térmico tem um índice de amarelo não maior do que cerca de 78.

10. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o lubrificante externo é selecionado do gruo consistindo de estearatos, ceras de parafina, ésteres lubrificantes e combinações suas e está presente numa quantidade variando de cerca de 1 até cerca de 4 partes por cem de CPVC clorado térmico.

11. Composto, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o estabilizante térmico é selecionado do grupo consistindo de ésteres organometálicos, mercaptídeos e combinações suas e está presente numa quantidade variando de cerca de 1 até cerca de 4 partes por cem de CPVC clorado térmico.

12. Artigo oticamente claro, CARACTERIZADO pelo fato de ser feito a partir do composto CPVC de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11.

13. Artigo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é uma tubulação extrusada.

14. Artigo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é uma folha planar do composto.