BRPI1100615A2 - isolamento elastomérico de baixa temperatura - Google Patents

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BRPI1100615A2
BRPI1100615A2 BRPI1100615-3A BRPI1100615A BRPI1100615A2 BR PI1100615 A2 BRPI1100615 A2 BR PI1100615A2 BR PI1100615 A BRPI1100615 A BR PI1100615A BR PI1100615 A2 BRPI1100615 A2 BR PI1100615A2
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BR
Brazil
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material according
layer
insulation
preferred
low temperature
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Application number
BRPI1100615-3A
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English (en)
Inventor
Juergen Weidinger
Steve Weiss
Original Assignee
Armacell Enterprise Gmbh
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Publication date
Application filed by Armacell Enterprise Gmbh filed Critical Armacell Enterprise Gmbh
Publication of BRPI1100615A2 publication Critical patent/BRPI1100615A2/pt
Publication of BRPI1100615A8 publication Critical patent/BRPI1100615A8/pt
Publication of BRPI1100615B1 publication Critical patent/BRPI1100615B1/pt

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    • F16L59/14—Arrangements for the insulation of pipes or pipe systems
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Abstract

ISOLAMENTO ELASTOMéRICO DE BAIXA TEMPERATURA. A presente invenção refere-se a um isolamento de múltiplas camadas baseado em material elastomérico reticulável e expansível com melhorada resistência à baixa temperatura e flexibilidade, ao processo para fabricação de tal material e sistema e ao uso de tal material e sistema.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "ISOLAMENTO ELASTOMÉRICO DE BAIXA TEMPERATURA".
A presente invenção refere-se a um isolamento de múltiplas camadas baseado em material elastomérico expansivel e reticulável com melhorada resistência a baixa temperatura e flexibilidade, ao processo para fabricação de tal material e sistema e ao uso de tal material e sistema.
O isolamento é uma parte essencial da edificação e construção industrial, especialmente na indústria química e petroquímica, onde as reações físicas e químicas ocorrem em altas temperaturas e onde o transporte e armazenamento requerem temperaturas extremamente baixas, por exemplo, na faixa de -40°C para amônia, acima de -100°C para etileno, abaixo de -165°C para gás natural liqüefeito ou ainda abaixo de -200°C e menos para componentes de ar liqüefeito. Abaixo de -80°C, a indústria usualmente está se referindo a "condições criogênicas". O isolamento de tubulações, tanques, etc, usando tais condições criogênicas é extremamente desafiante devido ao fato de que, de certo modo, todos os materiais ficarão congelados, a condensação da umidade do ar para gelo é um problema real e mesmo os materiais brandos a 0°C se tornarão abrasivos para a instalação quando se fala sobre temperaturas criogênicas.
Um único material ou camadas únicas não podem proporcionar isolamento seguro e suficiente de temperaturas criogênicas, portanto, os sistemas de isolamento total são usados, consistindo de múltiplas camadas de material isolante em seus compósitos na maior parte cobertos por um revestimento (como basicamente descrito em alguns documentos depositados por empresas de produtos químicos, tais como Linde: DE 19954150, Mitsubishi: GB 1438226, Exxon: GB 1110579 e Dow: GB 1447532) (veja a figura 1). No passado, principalmente materiais orgânicos foram usados para isolamento criogênico, a saber, lã mineral, fibra de vidro e vidro espumado ou, às vezes, aerogéis (por exemplo, US 20080087870). Os materiais fibrosos são desprovidos de resistência à transmissão de vapor d'água (WVT) e têm que ser instalados em sistemas bastante complexos tomando cuidado absoluto para vedar completamente a instalação, porque senão a condensação de umidade para gelo pode ocorrer através do isolamento, levando à notória corrosão sob o isolamento ou ao isolamento sendo primeiramente diminuído e então destruído pelo crescimento permanente de uma camada de gelo. 0 isolamento com vidro espumado ou aerogel também é crítico com respeito à WVT e, adicionalmente, é muito frágil e conhecido pela montagem complicada (no caso de aerogéis, também são discutidos alguns riscos à saúde) e sucata inevitável. Freqüentemente, é reivindicado como uma maior das vantagens dos sistemas inorgânicos que eles são seguros contra fogo; isto, no entanto, é somente verdadeiro para o material isolante puro propriamente dito, porque vedações, proteção de costuras, aplicação de adesivos para juntas, laminação, etc, são essenciais para a aplicação destes materiais e os produtos usados para fornecer isso são orgânicos e, portanto, combustíveis. Isto também é verdadeiro para uma segunda classe de isolamentos criogênicos sendo orgânicos e baseados em espuma polimérica policondensada, principalmente poliuretano (PUR) ou poliisocianurato (PIR).
Estes materiais mostram, aceitavelmente, baixa condutividade térmica (no entanto, atenção tcaracterizado pelo fato de ser dada ao fato de que freqüentemente valores de condutividade térmica são fornecidos com o gás espumante estando ainda presente nas células e ainda não sendo substituído pelo ar que poderia tornar o desempenho do isolamento pior), bem como WVT aceitável. Sua fragilidade é mais baixa do que para o vidro espumado e está disponível em mais formas que podem ser ainda adaptadas no sítio dentro de uma pequena faixa. Isolamentos de poliolefina (veja, por exemplo, EP 0891390 ou JP 5208438, onde um tubo flexível de espuma elastomérica protege uma camada de poliolefina interna) como uma alternativa para PUR/PIR são raros no campo criogênico e mostram quase as mesmas deficiências. Alguns trabalhos têm sido feitos para melhoria dos materiais termoplásticos e nos sistemas de isolamento usando os mesmos, tais como DE 19954150, GB 1438226, GB 1110579, GB 1447532 ou EP 1878663, CN 2937735 e CN 101357979 (menciona isolamento com LNG), todos baseados em PUR/PIR. O documento GB 1436109 descreve um material isolante para recipientes criogênicos baseado em poliuretano modificado; o documento FR 2876438 descreve o possível uso de espuma de poliéter imida (cara) e o documento GB 2362697, bem como o documento US 5400602, mencionam um complexo e sistema baseado em PTFE provavelmente caro para transferência de fluido criogênico; o documento CA 117 94 63 reivindica uma chapa de isolamento rígida melhorada para fins criogênicos obtida por compressão de espuma termoplástica; o documento CA 1244336 descreve um sistema de múltiplas camadas melhorado baseado em espuma estirênica, enquanto o documento CN 1334193 reivindica um sistema de múltiplas camadas baseado em PUR, vidro espumado ou perIite expandida, enquanto o documento US 4044184 descreve uma placa de isolamento revestida com uma pluralidade de camadas de espuma rígidas. Todos estes sistemas requerem pelo menos uma, na maioria das vezes várias barreiras de vapor, e são muito sensíveis ao impacto mecânico, tal como alguém pisando sobre uma parte isolada, ou à vibração. Alguns exames foram realizados sobre elastômeros termoplásticos (TPEs) ou copolimeros similares, tais como nos documentos CN 101392063 (polissiloxano/poliamida) e WO 2001030914 (poliéster/poliéter/poliamida) ou no documento GB 1482222 (copolimero de polietileno espumado). No entanto, em temperaturas muito baixas, é sabido que os blocos termoplásticos de TPE' s atuarão como um iniciador de cristalização e supercompensarão as propriedades dos blocos elastoméricos, afora o fato de que todas as bases poliméricas usadas não estão bloqueando a migração de vapor e, assim, levarão a um mau desempenho de WVT e sua sensibilidade ao choque mecânico. Os documento CN 201060692 e CN 101221836 mencionam uma camada isolante elastomérica (maciça) para cabos de energia eólica expostos a baixas temperaturas (-40°C e mais baixas), o documento DE 19954150 menciona um elastômero como parte de um sistema de isolamento criogênico, no entanto, também como uma camada maciça e externa. 0 documento DE 60114744 descreve adesivos também para baixas temperaturas baseados em terpolimeros de etileno-propileno. Os terpolimeros sendo de real interesse para aplicações em temperatura baixa são polímeros de etileno-propileno-dieno como base para elastômeros (EPDM). Em alguns casos, mencionou-se que EPDM é capaz de suportar algum impacto em baixa temperatura: o documento WO 2003002303 reivindica um bocal feito de EPDM maciço (no entanto, um muito duro) para tratar superfícies com partículas criogênicas; o documento US 4426494 descreve um polímero de etileno insaturado (uma classe onde EPDM também pode ser encontrado) e menciona propriedades melhoradas para a área criogênica, dentre outras. No entanto, nenhuma investigação detalhada e extensiva sobre as propriedades do isolamento criogênico de borrachas em geral, especialmente borracha co- ou terpolimérica expandida, tal como espuma de EPDM, foi feita até agora.
Um objetivo principal da presente invenção é, assim, fornecer um material isolante com resistência a uma faixa máxima possível de temperaturas criogênicas que permanecerá flexível o bastante para absorver a carga mecânica e o qual absorve vibrações e fornece propriedades de barreiras de vapor intrínsecas, um processo para fabricar o mesmo e seus compósitos para obter sistemas de múltiplas camadas.
Como um resultado da pesquisa da requerente sobre espumas de borracha para outras aplicações de isolamento, por exemplo, para controle climático e resfriamento/refrigeração na faixa de 0°C a -50°C, foi surpreendentemente verificado que tal material que não mostra as desvantagens acima mencionadas pode ser obtido usando material expandido de compostos elastoméricos baseados em terpolimero de dieno especialmente modificado como primeira camada de isolamento interno, seguido por camadas celulares adicionais para formar um sistema de múltiplas camadas.
0 material reivindicado contém o composto (A) (veja a figura 1), o qual é pelo menos uma chapa, perfil ou tubo elastomérico baseado em poli(etileno-propileno-dieno) expandido. Preferidos para produzir tais partes são elastômeros baseados em poli(etileno-propileno-dieno) (EPDM), tais especialmente preferidos sendo produzidos em um processo continuo por extrusão, onde a reticulação e expansão ocorrem em paralelo ou dentro de curta diferença de tempo. A espumação pode ser obtida por agentes de formação de espuma físicos: tanto por evaporação de líquidos, tais como, mas não exclusivamente água, fluorocarbonetos, solventes (por exemplo, isobutano, ciclopentano, ciclopentadieno, etc) e misturas dos mesmos, como com gases, tais como, mas não exclusivamente, CO2, nitrogênio, etc, e misturas dos mesmos; ou por agentes de formação de espuma químicos, tais como, mas não exclusivamente compostos azo, carbonatos, etc, e misturas dos mesmos; ou por misturas de agentes de formação de espuma químicos e físicos em qualquer proporção e composição. É preferida uma expansão por agentes de formação de espuma químicos, especialmente preferida é a azodicarbonamida como um agente de formação de espuma químico, visto que ela mostra um alto potencial de formação de gás, cria gás inerte (N2) quando em decomposição e se decomporá em uma faixa de temperatura sendo conveniente para harmonizar a expansão e a reticulação. A reticulação pode ser iniciada por radiação, peróxidos ou compostos de enxofre. É preferida uma reticulação por compostos de enxofre, especialmente preferida é uma reticulação pela combinação de enxofre e ditiocarbamatos e/ou tio-ureatos junto com óxido de zinco para melhor equilibrar a reticulação com a expansão. A reticulação baseada em enxofre também é preferida devido ao fato de que a ligação Sx irregular criada entre os polímeros tornará o material mais amorfo e levará a melhores propriedades em baixa temperatura. O composto (A) pode conter outros ingredientes, tais como, mas não exclusivamente: cargas, outros polímeros (termoplásticos, termoestáveis, TPEs, elastômeros), fibras, aditivos, corantes, reticuladores, agentes de formação de cerâmica ou de carbonização, sistemas intumescentes, estabilizadores, agentes anti- hidrólise, agentes retardantes de chama, etc. O sistema de isolamento final pode requerer mais do que uma camada de (A) (veja a figura 1 Β), com as camadas individuais tendo propriedades iguais ou diferentes, tal como resistência mecânica, densidade, teor de células abertas, etc. As camadas podem ser colocadas umas sobre as outras de forma solta ou podem ser aderidas usando adesivos (E). O composto (A) precisa ter um alto teor de células fechadas para fornecer boas propriedades de isolamento e de barreira de vapor. O teor de células fechadas preferido é mais que 95%. Para fornecer isolamento ótimo e baixo peso, a densidade da placa final deveria estar na faixa de 10 a 100 kg/m3, de preferência de 20 a 80 kg/m3, especialmente preferivelmente de 30 a 70 kg/m3, para obter um perfil de propriedades bem equilibrado tanto para o isolamento térmico como de som/vibração. Uma condutividade térmica preferida para o composto (A) está abaixo de 0,08 Wm-1K-1, especialmente preferida é uma condutividade térmica mais baixa do que 0,04 Wm-1K-1. Dependendo das temperaturas a serem isoladas, espessuras maiores ou mais camadas em dada espessura de (A) podem ser necessárias (veja a figura 1 A: -100°C/situação de tubo de etileno; em comparação com 1 B: -165°C/situação de tubo de LNG). A espessura total/número de camadas de (A) está dependendo do ponto onde uma temperatura não crítica é obtida sobre a superfície externa de (A) (veja a figura 2). A -40°C, elastômeros padrão de tubos frios podem fazer parcialmente a tarefa (figura 2 S). A -100°C, em tubos frios, uma camada de (A) de espessura em torno de 30 mm levará a uma temperatura de superfície de aproximadamente - 50°C, onde espuma isolante padrão, por exemplo, o composto (B), trabalhará novamente (figura 2 A). A -165°C, uma camada dupla de 30 mm de (A) poderia ser necessária para obter o mesmo (figura 2 Β). A -200°C (linha pontilhada na figura 2 Β), espessura adicional de (A) poderia ser requerida, etc.
O material reivindicado pode conter pelo menos uma camada (B) consistindo de outro material isolante celular, tal como isolamento inorgânico (fibras de vidro, vidro espumado, lã mineral), isolamento orgânico rígido (PUR/PIR, poliestireno, etc.) ou isolamento orgânico flexível (veja a figura 1). Materiais flexíveis expandidos são preferidos, especialmente preferidas são espumas de borracha, tais como, mas não exclusivamente de NR/IR, IIR, BR, NBR, CR, SBR BR, ACM/AEM, FPM/FKM, EPM/EPDM, ECO, Q etc. Afora os polímeros de borracha, o composto (B) pode conter outros ingredientes, tais como, mas não exclusivamente: cargas, outros polímeros (termoplásticos, termoestáveis, TPEs, elastômeros), fibras, aditivos, corantes, reticuladores, agentes de formação de cerâmica e de carbonização, sistemas intumescentes, estabilizadores, agentes anti-hidrólise, agentes retardantes de chama, etc. O sistema de isolamento final pode requerer mais do que uma camada de (B) (veja a figura 1 Β), com as camadas individuais tendo propriedades iguais ou diferentes, tais como resistência mecânica, densidade, teor de células abertas, etc. A camada (B) pode ser conectada com (A) através de adesão com auxilio de (E) ou sendo colocada de forma solta. O teor de células fechadas preferido de (B) é mais do que 95%, a densidade preferida é 40 a 200 kg/cm3 e a condutividade térmica preferida é mais baixa do que 0,04 Wm-1k-1. A espessura total/número de camadas de (B) sobre a(s) camada(s) de (A) está dependendo do ponto onde a temperatura ambiente é obtida sobre a superfície externa de (B) (veja a figura 2).
O material reivindicado, além disso, pode conter pelo menos uma camada funcional adicional (C), a qual é aplicada sobre a superfície interna de (A) quando a aplicação final está funcionando em temperaturas estando permanentemente abaixo de -110°C (veja a figura 1 Β). A camada (C) pode consistir de qualquer material que não se torna frágil e abrasivo nas temperaturas dadas. São preferidas as chapas de metal, especialmente preferida é a chapa de alumínio, uma vez que é fácil de aderir, estável em baixa temperatura, não abrasiva e não corrosiva. A camada (B) é conectada com (A) por adesão pelo auxilio de (E). A camada compósita (C) aumentará a faixa de desempenho da temperatura do isolamento elastomérico por um efeito que somente pode ser fornecido por compósitos de isolamento elastomérico de tal modo: abaixo de 110°C, o encolhimento pela temperatura de (A) alcançará um nivel onde a chapa pode não mais acompanhar e assim criará ondulações. Estas ondulações formarão primeiramente uma camada de isolamento adicional criando um espaço oco e, em segundo lugar, levará a um desacoplamento significativo do compósito e especialmente do composto (A) a partir do objeto frio.
O material reivindicado pode conter uma camada externa (D) para proteção contra o ambiente (veja a figura 1). Isto pode ser um revestimento com material de alta resistência, por exemplo, plásticos reforçados com fibra, que é aderido a (A) por (E); ou um revestimento pelo material de alta resistência, por exemplo, metal, que pode ser aderido ou montado de forma solta.
O material reivindicado pode conter adesivos (E) para ligar as camadas (A), (B) e, se necessário, (C), do compósito juntas. (E) pode ser escolhido a partir de adesivos minerais ou orgânicos, são preferidos os adesivos orgânicos retardantes de chama, por exemplo, baseados em cloropreno, acrílicos, acetato de vinila, etc. O material reivindicado, além disso, pode conter camadas funcionais adicionais (F), consistindo de, por exemplo, substâncias baseadas em minerais, metal, fibras, papel ou plásticos, em todas as formas (por exemplo, camada, folha, chapa, malha, pano, tecido, não tecido, etc), como cobertura em (A) e/ou (B) para atuar, por exemplo, como uma camada de proteção, de blindagem ou como camada de reforço. Os compostos (F) podem ser ligados a (A) ou (B) por adesivos, tal como (E), ou aderir por si mesmos.
0 material reivindicado, além disso, pode conter qualquer outro elemento (G) necessário para a aplicação pretendida, tal como, mas não exclusivamente partes feitas de madeira, vidro, metal ou concreto, etc., juntas, cabo ou fio, tubo flexível, etc.
Uma vantagem muito importante do material reivindicado é o fato de que ele é hidrofóbico e não suportará a difusão de vapor devido à sua baixa polaridade, o que leva às vantagens de que o material reivindicado é repelente à água e não requer barreiras de vapor adicionais para obter boas propriedades de bloqueio de WVT.
Outra vantagem importante do material reivindicado é sua baixa flexibilidade de temperatura fornecida por seu caráter amorfo.
Isto leva a outra vantagem do material reivindicado que é o fato de que ele não ficará frágil ao ser aplicado.
Isto leva a outra vantagem importante do material reivindicado que é o fato de que ele será capaz de absorver energia de choque, isto é, será capaz de absorver o impacto mecânico e/ou a severidade da vibração.
As propriedades de temperatura baixa melhoradas levam a outra vantagem importante do material reivindicado que é sua fácil manipulação e propriedades de montagem mesmo em tubos frios que economizarão tempo e levarão para baixo os custos de montagem e de manutenção à medida que o desligamento dos tubos não é mais necessário.
Outra vantagem do material reivindicado é o fato de que a fabricação de partes pré-fabricadas, mesmo para geometrias muito complexas para serem isoladas (por exemplo, válvulas, partes em forma de T, etc.), tanto pelo fornecedor do material ou mesmo no sitio das tarefas, é muito fácil, visto que o material reivindicado é flexivel e fácil de curvar e conformar.
Outra vantagem do material reivindicado é sua baixa abrasividade, o que permite a montagem direta nas instalações de metal.
Isto leva a outra vantagem do material reivindicado, que é o fato de que ele é quimicamente neutro e não corrosivo. Outra vantagem do material reivindicado é o fato de que ele é quimicamente resistente e resistente às intempéries.
Outra vantagem importante do material reivindicado é o fato de que a camada interna consistindo de terpolimeros não é somente resistente à baixa temperatura, mas também resistente ao calor a mais do que 150°C, o que é importante, uma vez que a maioria das instalações criogênicas são limpas, por exemplo, por vapor pressurizado ou fluidos quentes.
Uma vantagem básica do material reivindicado é o fato de que ele é livre de fibras, isocianatos e PVC, todos eles estando sob pesquisa e sendo discutidos por questões ambientais e de saúde.
É outra vantagem do material reivindicado que ele pode ser produzido de um modo econômico em um processo continuo.
É ainda outra vantagem do material reivindicado que ele pode ser fabricado e conformado por métodos padrão conhecidos na indústria e que não requerem equipamento especializado.
Outra vantagem do material reivindicado é sua excelente adequabilidade tanto para isolamento térmico como de som/vibração e o fato de que suas propriedades de isolamento são fornecidas em uma ampla faixa de temperatura de -200/-110 a +170°C.

Claims (15)

1. Material caracterizado pelo fato de consistir de pelo menos uma camada de espuma de isolamento elastomérico feito de copolimero.
2. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolimero contém unidades de polietileno e polipropileno.
3. Material, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero é um poli (etileno-propileno- dieno).
4. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o teor de células fechadas é maior do que 95%.
5. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a densidade da placa está em uma faixa de 10 a 100 kg/m3, de preferência de 20 a 80 kg/m3, especialmente preferivelmente de 30 a 70 kg/m3.
6. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a condutividade térmica está abaixo de 0,08 Wm-1K-1, de preferência abaixo de 0,04 Wm-1K-1.
7. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada isolante adicional é aplicada ao exterior da primeira camada de espuma.
8. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a camada adicional é um polímero expandido.
9. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a camada adicional é um elastômero expandido com um teor de células fechadas preferido de mais do que 95%, uma densidade preferida de 40 a 200 kg/m3 e uma condutividade térmica preferida menor do que 0,04 Wm-1K-1.
10. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que uma camada protetora é aplicada sobre a superfície interna da primeira camada de espuma.
11. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a camada protetora é uma folha de alumínio.
12. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a folha de alumínio é aderida à superfície interna da camada de espuma.
13. Processo para fabricar o material conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 12 caracterizado pelo fato de ser em um processo continuo.
14. Processo para fabricar o material conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 12 caracterizado pelo fato de ser em um processo de extrusão e/ou laminação.
15. Uso de um material conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 12 caracterizado pelo fato de ser para isolamento térmico e/ou acústico e/ou amortecimento acústico e/ou de vibração.
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