BR0212427B1

BR0212427B1 - método para realização de processos de mistura e preparação contìnuos por meio de relações especiais da superfìcie lateral e o volume livre e/ou diámetro interno e externo da rosca sem fim.

Info

Publication number: BR0212427B1
Application number: BRPI0212427-0A
Authority: BR
Inventors: Achim-Philipp Sturm; Juergen Schweikle; Andreas Christel; Christoph Naef; Federico Innerebner
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2011-06-28
Also published as: JP2005501766A; ATE309898T1; ES2252493T3; WO2003022550A1; US20050248052A1; MXPA04002375A; US20040262807A1; EP1425151A1; CN1555307A; JP4307258B2; EP1425151B1; BR0212427A; DE50204967D1; CN1253299C

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA REALIZAÇÃO DE PROCESSOS DE MISTURA E PREPARAÇÃOCONTÍNUOS POR MEIO DE RELAÇÕES ESPECIAIS DA SUPERFÍCIELATERAL E O VOLUME LIVRE E/OU DIÂMETRO INTERNO E EXTERNODA ROSCA SEM FIM".

A invenção refere-se a um processo para a preparação contínuade um produto por meio de uma extrusora de eixos múltiplos, girando nomesmo sentido, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Um processo desse tipo está descrito, por exemplo, no docu-mento DE 195 36 289 C2. O processo descrito no mesmo pode ser usadopara o processamento de matéria sintética, particularmente de resinas emassas plástico-viscosas, em uma extrusora de dois eixos. Para manter pe-quenos os danos térmico-químicos e puramente mecânicos da qualidade doproduto durante o processamento do produto, nesse processo o tempo depermanência do produto na extrusora é mantido pequeno. Isto é obtido pro-cessando-se altos volumes a números de rotações elevados, em associaçãocom altas densidades de torque. Simultaneamente, porém, o volume livre(volume de espaço de processo) na extrusora permanece inalteradamente alto.

A solicitação mecânica e térmica do produto que se apresentanesse caso pode levar, no entanto, a danos de produto inaceitavelmentealtos no processamento de policondensados, tais como, por exemplo, poli-ésteres ou elastômeros, tais como, por exemplo, misturas de caucho.

A presente invenção tem, portanto, por base a tarefa de pôr àdisposição um processo da espécie citada inicialmente, que é apropriado,particularmente, para a preparação e processamento de produtos altamenteviscosos (tais como, por exemplo, polímeros; emulsões etc.), nos quais ocor-rem alterações redutoras de qualidade no produto no decorrer do processo,devido a temperaturas altas demais e/ou tempos de permanência altos de-mais na extrusora.

Essa tarefa é solucionada de acordo com a invenção pelo pro-cesso de acordo com a reivindicação 1. É decisivo, nesse caso, que o tempode permanência do produto na extrusora seja reduzido, sem a necessidadede números de rotações extremamente altos, o que é obtido por uma redu-ção do volume livre (volume de espaço de processo) na extrusora.

No processo de acordo com a reivindicação 1, o espaço de pro-cesso, com uma superfície externa lisa Am (superfície da carcaça), um vo-lume livre Vf, bem como com o diâmetro externo de rosca sem fim Da e odiâmetro interno de rosca sem fim Di dos eixos de rosca sem fim, que giramno mesmo sentido, respectivamente em torno de seu próprio eixo e tambémapresentam uma superfície lisa, está configurado de tal modo que pelo me-nos uma parte da zona de processo apresenta uma relação Am3ZVf2 maiordo que 1020 para elementos de rosca sem fim de dois passos a uma relaçãoDa/Di = 1,3 a 1,7. O volume livre Vf designa, nesse caso, a capacidade derecepção dos componentes alimentados. Para cada unidade de volume doproduto está à disposição uma superfície grande para refrigera-ção/aquecimento e para desgaseificação do produto, com o que é possibili-tado um tratamento cuidadoso dos extratos introduzidos e, desse modo, umaalta qualidade do produto final. Pela superfície externa lisa do espaço deprocesso da extrusora e pela superfície igualmente lisa dos eixos de roscasem fim, autolimpantes, está garantida a capacidade para a limpeza auto-mática completa da extrusora.

Um tratamento cuidadoso dos extratos é obtido por meio de umapluralidade de eixos de rosca sem fim, com um diâmetro de eixo de roscasem fim o menor possível, associado a números de rotações baixos, de até600 rpm. As forças de cisalhamento e amassamento formadas nesse caso,atuam cuidadosamente sobre o produto. Devido à pluralidade de eixos derosca sem fim, resulta um comprimento parcial de processo curto, com umarelação alta entre superfície e volume livre.

Para uma comparação com outros agregados de mistura, é pre-ciso tomar como base o mesmo volume livre.

A relação entre superfície e volume livre refere-se ao estado deum volume livre igual, em comparação com outros agregados de mistura.

Convenientemente, ajusta-se na extrusora uma densidade detorque (torque por rosca sem fim/distância do eixo3) de pelo menos 7Nm/cm3 e, particularmente, de pelo menos 9 Nm/cm3. A densidade de torquemaior permite uma introdução de capacidade mais alta a um número de ro-tações igual; portanto, produz mais passagem de carga e resulta um tempo de permanência mais curto, com o que o aquecimento dos extratos alimen-tados é diminuído no decorrer do processo e, desse modo, pode ser obtidauma menor danificação térmica do produto.

Em associação com um alto torque de acionamento, pode serrealizada uma alta passagem de carga e, desse modo, um tempo de perma- nência menor, o que se reflete positivamente sobre a temperatura de pro-duto.

Preferivelmente, escolhe-se para a relação Da/Di = 1,5 a 1,63.

É particularmente vantajoso que a relação Am3ZVf2 seja escolhi-da de tal modo que em elementos de rosca sem fim de dois passos tal rela- ção seja maior do que 1500.

Vantajosamente, no caso do extrato a ser tratado, trata-se de umpolicondensado com impurezas e/ou úmido, particularmente de um poliéster,tal como reciclado de poliéster. O reciclado de poliéster pode ser, por exem-plo, reciclado de garrafas de PET. O processo de acordo com a invenção éparticularmente vantajoso para esse fim, uma vez que pela superfície espe-cífica grande, a secagem e desgaseificação do produto são favorecidas, demodo que são removidas em alta medida componentes voláteis indesejá-veis. É particularmente essencial, nesse caso, a remoção de moléculas deágua do policondensado, que levam à hidrólise das moléculas de cadeia e, desse modo, à diminuição da viscosidade intrínseca do policondensado. Asuperfície específica grande e, devido a isso, a refrigeração aperfeiçoada doproduto e a desgaseificação aperfeiçoada de eventuais impurezas oxidativasdiminui também a decomposição puramente térmica como também térmico-oxidativa das moléculas de cadeia. No total, resulta um tratamento cuidado-so e, desse modo, alta qualidade do produto e, com isso, uma alta eficiênciaeconômica do processo.

É particularmente vantajoso que a relação Am3ZVf2 seja escolhi-da de tal modo que em elementos de rosca sem fim de dois passos tal rela-ção seja maior do que 1020 e um dos componentes alimentados se trate deum elastômero.

Devido ao alto número de regiões de nesgas, é obtido um índicede formação de superfície mais alto para umectação dos componentes ali-mentados, particularmente do elastômero, com plastificante. Pela superfícieespecífica grande, também aqui é obtida uma superfície de refrigeraçãogrande, o que, em associação com a alta passagem de carga e as altas ve-locidades axiais nas regiões de nesga, acaba por levar a um tratamento cui-dadoso dos componentes. Números de rotações baixos dos eixos de roscasem fim, altas densidades de torque, em associação com um volume livrepequeno e uma passagem de carga suficientemente alta, produzem menostemperaturas altas no processo.

Em uma outra modalidade vantajosa do processo de acordo coma invenção, a relação Am3ZVf2 é maior do que 1500.

No caso do elastômero trata-se, vantajosamente, de um elastô-mero em forma de pó ou granulado, no qual já está incorporado um materialde enchimento, tal como, por exemplo, em caucho em pó.

Também é vantajosa a configuração de engrenamento justo doselementos de rosca sem fim, que com seu efeito de limpeza automáticacontribuem para uma carga térmica menor do produto.

Preferivelmente, o processo de acordo com a invenção é reali-zado com uma extrusora que possui pelo menos quatro eixos de rosca semfim acionados individualmente.

Um outro aperfeiçoamento de tecnologia de refrigeração é obtidose for usada uma extrusora com um núcleo aquecível e uma carcaça aque-cível, ambos os quais não se movem, sendo que, dependendo da necessi-dade, o núcleo e a carcaça também podem ser aquecidos separadamente.Convenientemente, para esse fim, as carcaças estão divididas em segmen-tos aquecíveis separadamente.

O processo de acordo com a invenção também pode ser reali-zado em uma extrusora cujos eixos de rosca sem fim estão dispostos emforma de coroa, particularmente, em forma de anel.

Convenientemente, o policondensado é fundido no decorrer doprocesso de acordo com a invenção e posteriormente novamente solidifica-do, sendo que o tempo total durante o qual a temperatura do policondensadono decorrer do processo situa-se acima da temperatura de fusão do policon-densado, importa em menos de aproximadamente 60 segundos, preferivel-mente, em menos de aproximadamente 30 segundos. Para reações de de-composição hidrolíticas eventualmente em curso, existe, portanto, poucotempo à disposição. Desse modo, é possibilitado trabalhar mesmo com umteor de água residual em si alto na fusão, de mais de 200 ppm, sem precisarsujeitar-se a uma redução de IV de mais de 0,05 dl/g.

O policondensado pode apresentar-se em sua forma inicial comomaterial a granel, com uma densidade aparente na faixa de 200 kg/m3 até600 kg/m3, mais precisamente, particularmente na forma de flocos ou aparas.

Convenientemente, nesse caso, o material básico de policon-densado é pré-secado parcialmente antes da fusão. Desse modo, pela com-binação da secagem parcial pouco complexa com o tempo de permanênciacurto em estado fundido, pode ser obtido um produto final com pequena de-composição de IV. Preferivelmente, o processo apresenta uma etapa dedesgaseificação, para remoção de impurezas voláteis e/ou produtos de de-composição do policondensado.

Preferivelmente, o policondensado é introduzido na extrusora emestado sólido, e o policondensado é aquecido para uma temperatura abaixodo ponto de fusão, sendo que o policondensado é desgaseificado e/ou se-cado. A desgaseificação e/ou secagem do policondensado em estado sólidose dá aqui a uma pressão abaixo da pressão atmosférica e/ou sob adição deum gás inerte.

Particularmente, o processo de acordo com a invenção se dis-tingue pelo fato de que o tempo total durante o qual o policondensado seapresenta como fusão no decorrer do processo, se compõe de um primeiroperíodo, durante o qual o policondensado, depois da fusão na extrusora,ainda permanece na extrusora, e de um segundo período, durante o qual opolicondensado ainda fundido é tratado fora da extrusora, sendo que o pri-meiro período importa, preferivelmente, em menos de aproximadamente 15segundos. É particularmente vantajoso um tempo de permanência da fusãona extrusora de menos de aproximadamente 10 segundos.

O tratamento do policondensado fundido fora da extrusora podeconter a etapa da filtração de fusão, para separação de partículas de impu-rezas. Para formação da pressão necessária, é usada, preferivelmente, umabomba de fusão. Para esse fim, a bomba de fusão e o filtro de fusão preci-sam ser integrados de tal modo no processo que o tempo de permanênciacurto de acordo com a invenção seja mantido.

Na solidificação, o policondensado pode ser processado paraum granulado constituído de péletes.

A invenção fornece, portanto, um processo, no qual materiaisviscosos e viscoelásticos, tais como, por exemplo, termoplastos e elastôme-ros podem ser processados da maneira mais cuidadosa possível e com umaquantidade de passagem de carga a mais alta possível, para aumentar aqualidade do produto final e aumentar a eficiência econômica de todo o pro-cesso. De acordo com a invenção, procedimentos de processo importantes,tais como mistura, refrigeração/aquecimento (troca de calor) e desgaseifica-ção (troca de material) podem ser realizados simultaneamente e com altaeficiência.

Como instalação para realização do processo é apropriada, porexemplo, uma extrusora de eixos múltiplos que girem no mesmo sentido,particularmente, uma extrusora de 12 eixos anular, sendo que também po-dem ser usadas outras formas de construção, tais como extrusoras de eixosmúltiplos não anulares ou extrusoras de eixos múltiplos anulares, com outrosnúmeros de eixos.

A eficiência econômica do processo de acordo com a invenção éaperfeiçoada quando para um procedimento de processo, a um tamanho deconstrução o menor possível da máquina de processamento, é obtida umaquantidade de processamento a mais alta possível (alta passagem de car-ga).

Um tratamento cuidadoso do produto leva, entre outras coisas,ao aperfeiçoamento das seguintes características de qualidade:

- grau de danificação do produto final, por exemplo, pouca dani-ficação térmica do produto

- qualidade das propriedades mecânicas do produto final, porexemplo, bom grau de dispersão.

Um tratamento cuidadoso do produto é obtido, entre outras coi-sas, por:

- solicitação de cisalhamento necessariamente alta, mas unifor-me

- tempo de permanência curto na extrusora

- uma alta passagem de carga

- uma alta relação de superfície específica/volume livre (Am3/Vf2)

- um espectro de tempo de permanência estreito, devido ao usode elementos de rosca sem fim autolimpantes.

A invenção reside no uso da alta densidade de torque, só com aqual podem ser realizadas as altas passagens de carga, que são responsá-veis pela qualidade do produto.

Os procedimentos de processo podem ser realizados de acordocom a invenção com alta eficiência, entre outros fatores, por:

- um freqüente revolvimento do material

- uma alta relação de superfície específica/volume livre(Am3ZVf2)1 a um simultâneo alto índice de formação de superfície (troca decalor e materiais).

Em uma extrusora de eixos múltiplos, que serve de base paraesse processo, existe um grande número de nesgas, enquanto o volumelivre é mantido muito pequeno. Uma vantagem dessas máquinas reside namelhor distribuição, fragmentação e revolvimento do produto.

Pelos inventores da presente invenção foi realizada uma compa-ração entre o processo de acordo com a invenção em uma extrusora de 12eixos anular e um processo em uma extrusora de dois eixos.

Em uma extrusora de 12 eixos, o material é revolvido 12 vezesmais por rotação da rosca sem fim do que em uma extrusora de dois eixos.

A relação de revolvimento U da extrusora de 12 eixos para a extrusora dedois eixos importa, portanto, em:

U = 12:1

A distribuição, fragmentação e revolvimento do produto são ca-racterizados pelo número característico sem dimensão da relação da super-fície de nesga3, Az31 para o volume livre2, Vf2.

A potência de aquecimento e desgaseificação do processo écaracterizada pelo número característico sem dimensão da relação da su-perfície3 (Am3) para volume Iivre2 (Vf2),

Em uma extrusora de eixos múltiplos existem superfícies gran-des (superfície de rosca sem fim e de carcaça), enquanto o volume livre émantido muito pequeno. Uma outra vantagem do processo nessa máquinareside, portanto, no aproveitamento da alta relação de superfície específi-ca/volume.

Esse número característico sem dimensão é formado com a re-lação da superfície de perfuração3, Am3, e o volume livre2, Vf2.

Testes com uma extrusora de 12 eixos anular mostraram a apti-dão dessa máquina para processos nos quais são elementares uma boadistribuição e fragmentação, revolvimento, refrigeração e desgaseificação.

Claims

1. Método para a preparação contínua de um produto por meiode uma extrusora de eixos múltiplos, que giram no mesmo sentido, totalmen-te autolimpante, cujo espaço de processo tem uma superfície externa Am eum volume livre Vf e cujos eixos de rosca sem fim, que igualmente apresen-tam uma superfície lisa, só giram em torno de seu respectivo eixo, sendoque os elementos de rosca sem fim têm no filete de rosca sem fim um diâ-metro externo Da e na base de rosca sem fim, um diâmetro interno Di, ca-racterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da zona de processo a-presenta uma relação Am3ZVf2 maior do que 1020 para elementos de roscasem fim de dois passos a uma relação Da/Di = 1,3 a 1,7.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que na extrusora é introduzida uma densidade de torque (torque porrosca sem fim/distância do eixo3) de pelo menos 7 Nm/cm3.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que na extrusora é introduzida uma densidade de torque (torque porrosca sem fim/distância do eixo3) de pelo menos 9 Nm/cm3.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 3, caracterizado pelo fato de que a relação Da/Di é = 1,5 a 1,63.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 4, caracterizado pelo fato de que a relação correspondente em elementosde rosca sem fim de dois passos Am3Nf é maior do que 1500.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 5, caracterizado pelo fato de que no caso do produto a ser tratado, trata-sede um policondensado com impurezas e/ou úmido.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que no caso do policondensado a ser tratado, trata-se de um poliéster.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que no caso do policondensado a ser tratado, trata-se de um recicla-do de poliéster, particularmente, reciclado de garrafas de PET.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 8, caracterizado pelo fato de que um dos componentes do eduto alimenta-dos é um elastômero em forma de pó ou granulado, no qual já está incorpo-rado pelo menos um material de enchimento.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 9, caracterizado pelo fato de que os elementos de rosca sem fim são deengrenamento justo.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 10, caracterizado pelo fato de que a extrusora possui pelo menos quatroeixos de rosca sem fim acionados individualmente.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 11, caracterizado pelo fato de que a extrusora possui um núcleo aquecí-vel e carcaças aquecíveis, que não se movem.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pe-lo fato de que o núcleo e as carcaças são aquecidos separadamente.

14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracteri-zado pelo fato de que as carcaças são divididas em segmentos, que sãoaquecidos separadamente.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 14, caracterizado pelo fato de que na extrusora os eixos de rosca sem fim estão dispostos em forma de coroa, particularmente, em forma de anel.

16. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que o policondensado é fundido no decorrer do processo e novamen-te solidificado posteriormente, sendo que o tempo total durante o qual atemperatura do policondensado se situa acima da temperatura de fusão do policondensado no decorrer do processo, importa em menos de 60 segun-dos.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pe-lo fato de que o tempo total durante o qual a temperatura do policondensadose situa acima da temperatura de fusão do policondensado no decorrer do processo, importa em menos de 30 segundos.

18. Método de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracteri-zado pelo fato de que o teor de água residual na fusão é maior que 200 ppm.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-16 a 18, caracterizado pelo fato de que em sua forma inicial, o policonden-sado apresenta-se como material a granel, com uma densidade aparente nafaixa de 200 kg/m3 a 600 kg/m3.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-16 a 19, caracterizado pelo fato de que o policondensado se apresenta naforma de flocos ou aparas.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-16 a 20, caracterizado pelo fato de que o material básico de policondensadoé parcialmente pré-secado antes da fusão.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-16 a 21, caracterizado pelo fato de que o mesmo apresenta uma etapa dedesgaseificação para remoção de impurezas voláteis e/ou produtos de de-composição da fusão de policondensado.

23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-16 a 22, caracterizado pelo fato de que o policondensado é introduzido naextrusora em estado sólido, o policondensado é aquecido para uma tempe-ratura abaixo do ponto de fusão e o policondensado é desgaseificado e/ousecado, sendo que a desgaseificação e/ou secagem do policondensado emestado sólido se dá a uma pressão abaixo da pressão atmosférica e/ou sobadição de um gás inerte.

24. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pe-lo fato de que o tempo total, durante o qual o policondensado se apresentacomo fusão no decorrer do processo, apresenta um primeiro período, duran-te o qual o policondensado ainda permanece na extrusora depois da fusão, eum segundo período, durante o qual o policondensado ainda fundido é pro-cessado fora da extrusora.

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pe-lo fato de que a duração do primeiro período importa em menos de 15 se-gundos.

26. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pe-lo fato de que a duração do primeiro período importa em menos de 10 se-gundos.

27. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 26, caracterizado pelo fato de que o processamento do policondensadofora da extrusora compreende uma filtração de fusão.

28. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 27, caracterizado pelo fato de que o processamento do policondensadofora da extrusora compreende o uso de uma bomba de fusão.

29. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 16a 28, caracterizado pelo fato de que, ao solidificar-se, o policondensado éprocessado para um granulado que consiste em péletes.