BR102015000390A2

BR102015000390A2 - processo e aparelho para preparar uma solução de fiação homogênea para a produção de fibras acrílicas

Info

Publication number: BR102015000390A2
Application number: BR102015000390A
Authority: BR
Inventors: Franco Francalanci; Massimo Marinetti; Pierluigi Gozzo; Roberto Proserpio
Original assignee: Montefibre Mae Technologies S R L
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2015-09-22
Also published as: RU2015100006A; ES2599806T3; EP2894243B1; KR20150083796A; US9296889B2; AU2015200052B2; RU2661988C2; US20150376391A1; RU2015100006A3; CN104775174A; AU2015200052A1; KR102240535B1; EP2894243A1; JP2015132040A; BR102015000390B1; CN104775174B; JP6460801B2; PT2894243T; HUE030751T2

Abstract

processo e aparelho para preparar uma solução de fiação homogênea para a produção de fibras acrílicas. é descrito um processo para a preparação de uma solução de fiação homogenea para a produção de fibras acrãlicas que compreende as seguintes etapas: i) preparar uma suspensão homogênea por misturação de um homopolímero ou copolímero em pó de acrilonitrila com uma mistura de dmso/água variando de 94,5/5,5 a 97/3% p/p a uma temperatura variando de 5â°c a 10â°c, preferivelmente uma mistura de dmso/água 95/5 a uma temperatura de 5â°c, dita misturação sendo realizada em um tempo variando de 5 a 30 minutos, por aspersão de uma corrente do solvente dmso/água sobre uma corrente de homopolímero ou copolímero em pó de acrilonitrila,desagregado e pré-misturado; ii) aquecer a suspensão homogênea proveniente da etapa i) a uma temperatura variando de 70â°c a 150â°c em uma tempo variando de 0,5 a 30 minutos, até a dissolução completa do homopolímero ou copolímero e a de uma solução homogênea. esta solução de fiação é então alimentada a um tanque de armazenamento ou à linha de fiação.

Description

"PROCESSO E APARELHO PARA PREPARAR UMA SOLUÇÃO DE FIAÇÃO HOMOGÊNEA PARA A PRODUÇÃO DE FIBRAS ACRÍLICAS" [001] A presente invenção se refere a um processo para a produção de fibras acrílicas, em particular a um processo para a preparação de uma solução de fiação para a produção de fibras acrílicas. [002] Mais especificamente, a presente invenção cai dentro do campo relacionado à produção de fibras acrílicas, que considera a preparação de polímeros partindo de acrilonitrila ou copolímeros principalmente compostos de acrilonitrila (90-99% em peso com respeito ao peso global do polímero) e um ou mais comonômeros em uma quantidade variando geralmente de 1 a 10% em peso com respeito ao peso global do polímero. [003] Comonômeros preferidos são ou moléculas neutras de vinila tais como acrilato de metila, metacrilato de metila, acetato de vinila, acrilamida e compostos análogos, ou moléculas carregando um ou mais grupos ácidos tais como ácido acrílico, ácido itacônico, grupos estireno sulfonada e compostos análogos, ou outros comonômeros capazes de conferir diferentes características físico-químicas ao material. [004] Os polímeros e copolímeros assim preparados são então submetidos à fiação para produzir fibras que são coletadas em estopas, apropriadas para ser subsequentemente transformadas em produtos manufaturados através de várias técnicas de processamento, para usos tanto têxteis quanto técnicos. [005] Tipos particulares de fibras acrílicas são fibras usadas como "precursores" para fibras de carbono: estas são copolímeros de acrilonitrila de alto peso molecular e um ou mais comonômeros selecionados dentre aqueles descritos acima, em uma quantidade variando geralmente de 1 a 5% em peso com respeito ao peso global do polímero. [006] Fibras de carbono são então obtidas por tratamento térmico adequado destas fibras "precursoras" à base de poliacrilonitrila. [007] Vários processos industriais são disponíveis para a preparação de fibras acrílicas, usando diferentes métodos de polimerização e fiação. [008] O estado da técnica pode ser subdividido e esquematizado da seguinte maneira: Processos descontínuos (duas etapas). [009] Em processos descontínuos em duas etapas, o polímero é geralmente produzido em suspensão aquosa, isolado e subsequentemente dissolvido em um solvente apropriado para ser fiado e transformado em fibra ou fibra precursora no caso de fibras de carbono. Os solventes os mais comumente usados para a preparação da solução de fiação são: dimetilacetamida (DMAC), dimetilformamida (DMF) e uma solução aquosa de tiocianato de sódio (NaSCN).

Processos contínuos (uma etapa) [0010] Em processos contínuos, por outro lado, a polimerização tem lugar em um solvente e a solução assim obtida é usada diretamente no processo de fiação sem o isolamento intermediário do polímero. Os solventes os mais amplamente usados nestes processos são: dimetilformamida (DMF), sulfóxido de dimetila (DMSO), solução aquosa de cloreto de zinco (ZnC12) e solução aquosa de tiocianato de sódio (NaSCN). [0011] Os processos descontínuos têm consideráveis vantagens a partir de um ponto de vista operacional: as duas etapas de polimerização e fiação são na verdade independentes, os monômeros de partida não têm de ser purificados e os traços de impurezas e monômeros não reagidos podem ser facilmente separados do polímero em forma de pó. DMSO é um solvente particularmente interessante, graças à sua capacidade de formar soluções com uma alta concentração de polímero, sua baixa toxicidade e fácil recuperação e reciclagem além da ausência de fenômenos de corrosão associados com seu uso. [0012] Vários exemplos são fornecidos na literatura em que processes descontínuos foram realizados, em uma escala de laboratório, preparando soluções de fiação dissolvendo polímeros e copolímeros de acrilonitrila em DMSO: nenhum processo industrial é conhecido, porém, para a produção de fibras em duas etapas, i.e. descontinuamente, que explore tanto as vantagens da polimerização em suspensão aquosa, quanto também as vantagens de fiação de uma solução de polímero em DMSO. Este tipo de processo vai ser extremamente útil, pois ele vai ser caracterizado por uma alta eficiência e um baixo impacto ambiental. [0013] Este não é um processo fácil de implementar, porém; a capacidade ótima de solvente de DMSO, na verdade, já a temperatura ambiente, causa a dissolução parcial da superfície das partículas de polímero em forma de pó, com a consequente tendência das mesmas aderir uma à outra formando géis e aglomerados insolúveis que são difíceis de dissolver (como descrito em US 4.403.055), o que toma uma marcha correta e econômica de um processo industrial deste tipo, impossível. [0014] O uso de DMSO como solvente de polímeros à base de poliacrilonitrila para soluções de fiação em processos descontínuos, na verdade, tem a considerável desvantagem de levar à fonnação de géis e aglomerados insolúveis e consequentemente ao entupimento dos filtros da instalação em tempos muito curtos, o que não é compatível com o correto funcionamento de uma linha de produção industrial. [0015] E sabido de pessoas versadas no campo que um modo eficiente de limitar a dissolução de um polímero em um solvente é operar a baixas temperaturas (por exemplo, temperaturas variando de -5°C a 10°C) em na fase de misturação do polímero em pó com o solvente líquido. No caso de DMSO, este expediente não pode ser usado devido ao alto ponto de fusão de DMSO (18,5°C) que é consequentemente solido a cerca da temperatura ambiente. [0016] Um outro modo de reduzir a entidade da dissolução inicial do polímero, descrito em US 4.403.055, consiste em adicionar água a DMSO para reduzir sua capacidade de solubilização com respeito ao polímero. Esta US'055, na verdade, descreve a formação de uma suspensão de polímero a temperatura ambiente em uma mistura de DMSO e água, contendo pelo menos 6% em peso de água. Esta suspensão é subsequentemente aquecida a 88°C, a água adicionada é removida por evaporação sob vácuo e a solução é concentrada no valor desejado evaporando o DMSO. Este processo porém tem várias desvantagens e contraindicações que consistem principalmente nos tempos muito longos necessários para efetuar a adição lenta do polímero em pó ao solvente sob agitação: A USO55 indica um tempo de cerca de 90 minutos no exemplo 1, o que é incompatível com uma aplicação industrial, e também na necessidade de remover uma quantidade relevante de água por aquecimento sob vácuo, novamente requerendo longos períodos de tempo. Além de ser extremamente demoradas, estas passagens evidentemente também implicam altos custos de high energia. [0017] O objetivo da presente invenção é portanto encontrar um processo para a produção de fibras acrílicas que suplante as desvantagens dos processes do estado da técnica.

Descrição detalhada da invenção [0018] O objeto da presente invenção portanto se refere a um processo para preparar uma solução de fiação homogênea para a produção de fibras acrílicas que compreende as seguintes etapas: i) preparar uma suspensão homogênea por misturação de um homopolímero ou copolímero em pó de acrilonitrila com uma mistura de DMSO/água em uma quantidade variando de 94.5/5.5 a 97/3% p/p a uma temperatura variando de 5°C a 10°C, preferivelmente uma mistura de DMSO/água 95/5 a uma temperatura de 5°C, dita misturação sendo realizada em um tempo variando de 5 a 30 minutos, por aspersão de uma corrente do solvente DMSO/água sobre uma corrente de homopolímero ou copolímero em pó de acrilonitrila, desagregado e pré-misturado; ii) aquecer a suspensão homogênea proveniente da etapa i) a uma temperatura variando de 70°C a 150°C em um tempo variando de 0,5 a 30 minutos, até a dissolução completa do homopolímero ou copolímero e a formação de uma solução homogênea. [0019] A solução de fiação homogênea obtida no fim do processo de acordo com a presente invenção é isenta de géis e resíduos não dissolvidos e pode ser alimentada diretamente à linha (aparelho) de fiação ou a um tanque de armazenamento. [0020] A presente invenção portanto permite que uma solução de homopolímeros ou copolímeros de acrilonitrila seja obtida, isenta de géis e sem a formação de aglomerados insolúveis, reduzindo a capacidade solvente de DMSO na primeira fase de contato entre o polímero em pó e o solvente. A formação de uma suspensão (pasta semifluida) homogênea é assim obtida, a qual é então transformada em uma solução homogênea, isenta de géis e material não dissolvido, por aquecimento da própria suspensão, O processo de acordo com a presente invenção portanto permite que as duas etapas de polimerização e fiação sejam facilmente integradas. [0021] Ainda mais, a fase i), realizada por aspersão de uma corrente de solvente DMSO/água sobre uma corrente de homopolímero ou copolímero em pó de acrilonitrila, desagregado e pré-misturado, permite que uma distribuição particular do solvente sobre o polímero a ser obtido, o que facilita a intensa embebição do pó com o solvente, impedindo a formação de conglomerados que são difíceis de dispersar e dissolver e ao mesmo tempo, otimizando a formação de uma suspensão fina e homogênea. [0022] Na presente descrição, o termo polímero geralmente refere-se a tanto homopolímeros obtidos partindo de acrilonitrila quanto copolímeros obtidos a parto de acrilonitrila e um ou mais outros comonômeros. [0023] Em particular, os polímeros são polímeros de alto peso molecular, tendo MWn variando de 80000 a 200000 ou eles são polímeros de médio peso molecular, tendo um MWn variando de 40000 a 55000. [0024] No processo de acordo com a presente invenção, a mistura preferida na etapa i) é uma mistura de DMSO/água 95/5% p/p tendo um ponto de congelamento próximo de 5°C, esta temperatura tendo comprovado ser também ótima para obter suspensões poliméricas capazes de suprir boas soluções de fiação. [0025] A mistura de DMSO/água na razão, de acordo com a presente invenção, de 97/3 a 94,5/5,5, é também um bom solvente para homopolímeros e copolímeros de acrilonitrila, e é consequentemente capaz de fornecer soluções de fiação tendo características reológicas análogas às soluções poliméricas obtidas com solventes conhecidos nas tecnologias de fiação de fibras acrílicas e precursores acrílicos para fibras de carbono. [0026] Uma outra vantagem do processo de acordo com a presente invenção reside na quantidade de água específica introduzida na solução então alimentada ao processo de fiação: a porcentagem de água presente no processo para a preparação da solução homogênea para a produção de fibras acrílicas de acordo com a presente invenção é, na verdade, absolutamente compatível com as tecnologias de fiação de fibras acrílicas, de acordo com ou tecnologia de fiação a seco e a úmido ou com a tecnologia DJWS (fiação a úmido com jato seco ou intervalo de ar), e consequentemente não é necessário remover a água da solução destinada para fiação. [0027] Esta operação, i.e. a remoção de água, pode em todo caso ser efetuada se uma solução homogênea, isenta de água ou com um teor. reduzido de umidade, deve ser obtida. [0028] Além do mais, a presença de pequenas porcentagens de água nas soluções de fiação para fibras acrílicas, facilita a compatibilização da mesma solução com o banho de coagulação, i.e. tomando-a mais semelhante à solução deste banho quando a fibra é formada. No caso fiação a úmido, acredita-se que este fenômeno de compatibilização da solução com o banho de coagulação melhora as características das condições de coagulação, levando a uma fibra isenta de vacúolos e vazios; estas características são particularmente vantajosas na produção de precursores para fibras de carbono ou fibras têxteis tendo uma boa estrutura de brilho e compacta. [0029] O processo para a preparação da solução de fiação homogênea para a produção de fibras acrílicas de acordo com a presente invenção, preferivelmente considera a preparação de polímeros, tais como homopolímeros partindo de acrilonitrila ou copolímeros principalmente compostos de acrilonitrila (90-99% em peso com respeito ao peso total do polímero) ou um ou mais outros comonômeros em uma quantidade geralmente variando de 1 a 10% em peso com respeito ao peso total do polímero. [0030] Comonômeros preferidos são tanto compostos de vinila neutros, tais como acrilato de metila, metacrilato de metila, acetato de vinila, acrilamida e produtos similares, quanto também compostos contendo um ou mais grupos ácido tais como ácido acrílico, ácido itacônico, estirenos sulfonados e produtos similares, ou outros comonômeros capazes de conferir diferentes características físico-químicas ao material. [0031] Tipos particulares de fibra acrílica são fibras "precursoras" para fibras de carbono: estes são copolímeros de alto peso molecular (MWn 80000-200000) de acrilonitrila (90-99% em peso com respeito ao peso total do copolímero) e um ou mais comonômeros, selecionados dentre aqueles descritos acima, em uma quantidade geralmente variando de 1 a 5% em peso com respeito ao peso total do copolímero. [0032] Um outro objeto da presente invenção também se refere a um aparelho para preparar uma solução de fiação homogênea para a produção de fibras acrílicas de acordo com a presente invenção. Dito aparelho compreende uma área de entrada para alimentar o pó de polímero ou copolímero, equipado com defletores e a jusante de que há uma câmara ou misturador estático, equipada com bocais de aspersão para alimentar o solvente, distribuídos sobre uma circunferência a 120° um do outro e posicionados em quatro níveis diferentes dentro de dita câmara ou misturador. [0033] Em uma forma de realização da presente invenção, na verdade, a etapa i) para misturar o polímero em forma de pó com o solvente frio pode ser convenientemente efetuada com o uso do equipamento descrito na Figura 1. [0034] A matriz de polímero agregado, proveniente de 1, é inicialmente desagregada e pré-misturada por um sistema 2 de defletores internos, antes de ser submetida a aspersão com a corrente de solvente. O solvente é aspergido contra a corrente de polímero por meio de doze bocais de aspersão 3, distribuídos sobre uma circunferência a 120° um do outro e posicionados sobre quatro diferentes níveis dentro de uma câmara ou misturador estático 4 (três aspersores para cada nível). [0035] A pressão do solvente no coletor de suprimento dos aspersores é mantida a 2,5 a 3,5 bar (250 kPa abs e 320 kPa abs.) a fim de obter uma misturação homogênea da corrente de polímero com a corrente de solvente. [0036] O aparelho aqui descrito é particularmente vantajoso para a preparação da suspensão polimérica da etapa i) do processo de acordo com a presente invenção: a distribuição particular do solvente sobre o polímero, na verdade, facilita a intensa embebição do pó com o solvente, impedindo assim a formação de aglomerados que são difíceis de dispersar e dissolver e, ao mesmo tempo, otimizar a formação de uma suspensão fina e homogênea. [0037] A suspensão mantida a uma baixa temperatura (por exemplo a 5°C) possibilita uma embebição completa das partículas poliméricas no solvente, permitindo também a penetração do solvente dentro dos grânulos de polímero, dissolvendo uniformemente assim o polímero e impedindo a formação de géis que são difíceis de dissolver. [0038] É sabido, na verdade, que como estes géis não podem ser facilmente dispersados em uma matriz de alta viscosidade tal como as soluções de fiação, eles são difíceis de atacar. Em particular, estes géis podem reter partículas de polímero não dissolvidas no seu interior, formando uma solução de fiação de baixa qualidade. [0039] A suspensão homogênea assim obtida no fim da etapa i) pode ser subsequentemente transformada em uma solução homogênea (também chamada "dopante") isenta de géis e resíduos não dissolvidos, pronta para fiação. [0040] Um dos modos de efetuar a dissolução da suspensão e sua transformação no dopante pode compreender alimentar a suspensão a um trocador de calor que rapidamente elevada a temperatura da suspensão de 5°C a 110°C, produzindo uma solução homogênea, isenta de géis e resíduos não dissolvidos, capaz de ser alimentada diretamente à máquina de fiação. A presença de misturadores estáticos ou dinâmicos capazes de facilitar a homogeneização e dissolução da suspensão, pode ser apropriado. [0041] As operações de dissolver a suspensão e sua transformação em dopante podem também ser realizadas descontinuamente, realizando um aquecimento gradual de toda a massa, mantendo a suspensão sob agitação com rotores apropriados capazes de gerir as variações em viscosidade do meio sendo dissolvido. [0042] A solução de fiação ou dopante assim obtidos podem ser imediatamente usados para alimentar uma linha de fiação apropriada ou eles podem ser armazenados em tanques aquecidos. [0043] A proporção "solvente-água" usada no processo de acordo com a presente invenção pode ser obtida por misturação das corretas proporções de solventes líquidos puros (DMSO/água) ou ela pode ser obtida por destilação parcial de solvente diluído (DMSO) ou por adição do polímero úmido ao solvente puro, contendo a quantidade correta de água capaz de fornecer uma solução na concentração desejada. [0044] Neste último caso, o resfriamento da mistura é efetuado contemporaneamente com a diluição do solvente, por exemplo em um dispersador capaz de resfriar a mistura, permitindo assim a formação de uma suspensão polimérica homogênea. [0045] No resfriamento, a suspensão mantida sob agitação, vai atingir a correta proporção solvente/água, permitindo uma embebição homogênea do polímero com a solução DMSO/água na concentração desejada. [0046] Foi observado que a presença de água no polímero limita a agressão do solvente DMSO não resfriado sobre o polímero antes de abaixar a temperatura e, graças à sua maior densidade devido à presença de água, a dispersão do polímero "úmido" é mais fácil do que a dispersão do polímero seco.

Exemplos [0047] Alguns exemplos de realização do processo de acordo com a presente invenção são fornecidos aqui abaixo junto com alguns exemplos comparativos, para fins ilustrativos mas não limitativos da própria invenção. Exemplo 1 Dissolução de um copolímero acrílico de alto peso molecular (MWn=75000-100000) composto de acrilonitrila [96% em peso com respeito ao peso total do polímero) e o par acrilato de metila-ácido itacônico (4% em peso com respeito ao peso total do polímero). [0048] O polímero era dispersado em uma solução de DMSO/Agua a 95/5 mantida a uma temperatura de 5°C. [0049] A dissolução do polímero na solução de solvente era efetuada em uma linha industrial para a produção de soluções de fiação de polímeros acrílicos. A linha consista de: um silo de armazenamento do polímero acrílico; uma unidade de dosagem de "perda de peso" continuamente ao fluxo do polímero; uma torre prismática (como anteriormente descrita com referência à figura 1) para misturar o polímero com o solvente; um tanque de coleta do solvente-suspensão de polímero (pasta semi fluida); uma bomba de engrenagem para transferir a pasta semifluida; um trocador de feixe de tubo para formar a solução de fiação (dopante); um misturador estático para homogeneizar o dopante; um trocador de resfriamento para estabilizar a temperatura do dopante; um tanque para a desaeração do dopante a pressão atmosférica; uma bomba de engrenagem para transferir o dopante; uma batería de filtros-prensa com panos de seletividade de 40 pm para remover possíveis partículas não dissolvidas; uma batería de filtros-prensa com panos de seletividade de 15 μπι para remover possíveis partículas não dissolvidas; um tanque para a desaeração do dopante sob vácuo; um tanque para armazenar o dopante antes da fiação; uma bomba de engrenagem para transferir o dopante para a fase de fiação; um trocador de feixe de tubo para aquecer o dopante antes da fiação; uma batería de filtros-prensa com panos de seletividade de 5 pm para remover partículas não dissolvidas. [0050] O processo de dissolução do polímero na solução de solvente foi realizado sob as seguintes condições: - vazão de polímero 250 kg/h à temperatura ambiente; - vazão de solução de solvente (DMSO/Agua 95/5) 1050 kg/h mantida a T=5°C com o uso de um grupo de resfriamento; - temperatura da solução que deixa o trocador de aquecimento: 88°C; - temperatura da solução que deixa o trovador de resfriamento: 70°C. [0051] O dopante produzido é caracterizado por uma viscosidade a 70°C de cerca de 250 poise (250 kPa.s). [0052] A medida da viscosidade era verificada usando tanto um viscosímetro rotativo Haake "ROTOVISCO" com um cilíndrico rotor MCV2 tendo uma célula regulada em termostato quanto também usando um viscosímetro Hopler, controlando o tempo de queda de uma esfera de aço na solução polimérica que tinha uma viscosidade de 450 poise (450 kPa.s) a 50°C. [0053] A qualidade da solução de fiação obtida é determinada pela ausência de impurezas tais como partículas não dissolvidas de polímero e géis. Estas impurezas se acumulam nos orifícios das fieiras, prejudicando a qualidade da fibra produzida. [0054] O método para determinar a qualidade da solução de fiação é o teste de filtrabilidade. [0055] O teste consiste em determinar a taxa de entupimento sobre um tamanho de poro padrão (SEFAR-Nital 5 μιη) do dopante sendo examinado. [0056] Na prática, o teste de filtrabilidade é realizado em um aparelho compreendendo (ver Figura 2): um tanque de armazenamento do dopante (3') com uma camisa termorreguladora (4'); uma bomba de engrenagem de dosagem (6'); um trocador de calor de tubo encamisado (7') alimentado com vapor a 0,4 ate (comprimento 1400 mm, volume 90 ml); um trocador de calor de tubo encamisado (8') alimentado com água a 50°C para termorregular o dopante; um manômetro (9r); um bloco de filtro (10') (SEFAR-Nital 5 pm de tamanho de poro). [0057] A figura 2 também indica o motor com Γ, o agitador com 2' e o motor da bomba dosadora com unidade de servo-engrenagem do tipo "stober", com 5'. [0058] A solução de fiação era armazenada no tanque a uma temperatura de 50°C. O dopante era então aquecido por meio de vapor a 110°C com uma vazão da bomba igual a 27 ml/min (tempo de residência 3,3 min). O dopante era subsequentemente resfriado a 50°C por meio do trocador conectado com o banho de água regulado por termostato. O dopante resfriado então passava através do bloco de filtro onde a pressão era revelada por meio de um manômetro. A taxa de entupimento do filtro era avaliada pelo aumento de em pressão como ΔΡ em ate/h. [0059] No presente exemplo, o aumento de ΔΡ no equipamento de controle se mostrou ser igual a 0,4 ate/h. Este aumento de pressão corresponde, em um controle industrialj, para corrigir condições de operação da linha: este valor, na verdade, considera um bloqueio do sistema de entupimento do filtro-prensa com 5 μηι de tamanho de poro, depois de 150 horas (6,25 dias); um valor de 150 horas portanto indica uma garantia de continuidade da fiação, em condições ótimas. [0060] A solução de solvente-polímero assim obtida era alimentada a uma linha de fiação para precursores de fibras de carbono. [0061] Durante o processo de fiação, as fieiras, imersas em um banho de coagulação composto de uma mistura de água e DMSO, gerava uma fibra perfeitamente redonda, compacta, e isenta de vazios. A fibra assim obtida era submetida a lavagens com água deionizada para remover o solvente residual, esticada em várias etapas em água em ebulição por cerca de 8 vezes seu comprimento inicial; secada sobre rolos quentes e coletada sobre bobinas. As estopas obtidas são compostas de fibras tendo um diâmetro de cerca de 12 mícrons, uma tenacidade média de 56 cN/Tex e alongamento na ruptura de cerca de 17%, medido sobre um dinamômetro Instron 5542 com uma célula de 10N de acordo com o método ASTM D-3822, mostrando ser apropriadas para transformação em fibras de carbono.

Exemplo 2 (comparativo) Dissolução de um copolímero acrílico de alto peso molecular (MWn=75,000-100,000) composto de acrilonitrila (96% em peso com respeito ao peso total do polímero) e o par acrilato de metila-ácido itacônico (4% em peso com respeito ao peso total do polímero). [0062] O polímero era dispersado em DMSO a 100% mantido a uma temperatura de 20°C. [0063] A dissolução do polímero na solução de solvente era efetuada na mesma linha industrial usada no Exemplo 1. [0064] As condições de dissolução do polímero na solução de solvente eram as seguintes: - vazão de polímero rate 250 kg/h à temperatura ambiente; - vazão de solvente (DMSO 100%) 1000 kg/h mantida a T=20°C com o uso de uma unidade de resfriamento; - temperatura da solução na saída do trocador de aquecimento: 88°C; - temperatura da solução na saída do trocador de resfriamento: 70°C. [0065] A viscosidade do dopante produzido, medido com um viscosímetro rotativo no Exemplo 1, a 70°C, é igual a 260 poise (260 kPa.s). [0066] O aumento de ΔΡ com o teste de filtrabilidade se mostrou ser igual a 4,2 ate/h. Este aumento de pressão corresponde ao entupimento completo do filtro-prensa com tamanho de poro de 5 pm a cada 14,3 horas; este valor portanto indica fiação perturbada pela presença de altas quantidades de impurezas em te dopante e é incompatível com uma correta operabilidade da linha de produção. [0067] A solução era em todo caso alimentada à máquina de fiação descrita no Exemplo 1. [0068] O produto se mostrou ser difícil transformar, revelando numerosas quebras nos filamentos no banho de coagulação e a impossibilidade de sofrer um estiramento em água quente mais alto do que 4 vezes o comprimento inicial. Estas dificuldades impediam a possibilidade de coletar quantidades suficientes de fibra acabada para testar suas características como precursor para fibra de carbono.

Exemplo 3 Dissolução de um copolímero acrílico de médio peso molecular para uso têxtil (MWn=40000-55000) composto de acrilonitrila e acetato de vinila (93/7 em peso com respeito ao peso total do polímero) [0069] O polímero era dissolvido em uma solução de DMSO/Agua 95/5, mantida a uma temperatura de 5°C. [0070] O dopante assim produzido é caracterizado por uma viscosidade a 80°C de cerca de 198 poise (198 kPa.s). A medição da viscosidade era efetuada usando um viscosímetro rotativo "ROTOVISCO" Haake com um rotor cilíndrico MCV2 tendo uma célula regulada por termostato, e também usando um viscosímetro Hopler, controlando o tempo de queda de uma esfera de aço na solução polimérica que tinha uma viscosidade de 410 poise (410 kPa.s) a 50°C. [0071] A dissolução do polímero na solução de solvente era efetuada em uma linha industrial para a produção de uma solução de fiação para polímeros acrílicos, a mesma que aquela usada no Exemplo 1. [0072] As condições para a dissolução do polímero na solução de solvente eram as seguintes: - vazão de polímero 250 kg/h a temperatura ambiente; r - vazão de solução de solvente (DMSO/Agua 95/5) 976 kg/h mantida a T=5°C com o uso de um grupo de resfriamento; - temperatura da solução na saída do trocador de aquecimento: 85°C; - temperatura da solução na saída do trocador de resfriamento: 70°C. [0073] Neste exemplo, o aumento de ΔΡ no teste efetuado pelo aparelho da figura 2 se mostrou ser 0,28 ate/h. Este aumento de pressão correspondes ao entupimento completo do filtro-prensa com coágulos de 5 pm a cada 214 horas, igual a 8,9 dias, um valor aceitável para a operabilidade da linha de produção. [0074] A solução de solvente de polímero assim produzia era assim alimentada a uma linha de fiação para fibras têxteis; as fieiras, imersas em um banho de coagulação composto de uma mistura água/solvente, geram fibras isentas de vazios. As fibras eram lavadas em água deionizada, estiradas por cerca de 5 vezes o comprimento inicial, secadas sobre rolos quentes e aneladas em uma máquina de encrespar. As tiras de fibra coletadas em estopas (feixes de fibra) de cerca de 110 g/m (Ktex) eram submetidas a aplicação de vapor para obter fibras com um título de 3,3 dtex, uma tenacidade igual a cerca de 28 cN/tex e um alongamento na ruptura a cerca de 35%, medida em um dinamômetro Instron 5542 com uma célula de 10N de acordo com o método ASTM D-3822. Uma fibra com estas características se mostrou ser apropriada para transformação em produtos finais com ciclos têxteis típicos de fibras acrílicas.

Exemplo 4 (comparativo) Dissolução de um copolímero acrílico de médio peso molecular para uso têxtil (MWn=40000-55000) composto de acrilonitrila e acetato de vinila (93/7 em peso com respeito ao peso total do polímero) [0075] O polímero era dissolvido em uma solução de DMSO a 100% mantida a uma temperatura de 20°C. [0076] A dissolução do polímero na solução de solvente era efetuada na mesma linha industrial usada no Exemplo 1. [0077] As condições dissolução do polímero na solução de solvente eram as seguintes: - vazão de polímero 250 kg/h a temperatura ambiente; - vazão de solvente (DMSO 100%) 976 kg/h mantida a T=20°C com o uso de um grupo de resfriamento; - temperatura da solução na saída do trocador de aquecimento: 85°C; - temperatura da solução na saída do trocador de resfriamento: 70°C. [0078] No presente exemplo, o aumento de AP com o teste de filtrabilidade é igual a 2,7 ate/h. Este aumento de pressão corresponde ao entupimento completo do filtro-prensa com coágulos de 5 pm a cada 22,2 horas: este valor é completamente incompatível com o correto funcionamento das linhas de produção industriais.

Exemplo 5 Dissolução de um (homo)-polímero acrílico de peso molecular muito alto (MWn= 140000-160000) para usos técnicos de alto desempenho composto de acrilonitrila apenas (100% em peso). [0079] O polímero era dissolvido em uma solução de DMSO/Agua 95/5 mantida a uma temperatura de 5°C. [0080] As condições para a dissolução do polímero na solução de solvente eram as seguintes: - vazão de polímero 250 kg/h a temperatura ambiente; - vazão de solução de solvente (DMSO/Agua 95/5) 1785 kg/h mantida a T=5°C com o uso de um grupo de resfriamento; - temperatura da solução na saída do trocador de aquecimento: 100°C; - temperatura da solução na saída do trocador de resfriamento: 85°C. [0081] O dopante produzido, com um baixo teor residual de água, é caracterizado por uma viscosidade a 70°C, de 230 poise (230 kPa.s), medida por meio de um viscosímetro rotativo "ROTOVISCO" Haake com um MCV2 rotor cilíndrico tendo uma célula regulada por termostato. [0082] A qualidade da solução polimérica era avaliada com o aparelho descrito na figura 2 e se mostrou ser análoga àquela produzida com o uso de dimetilacetamida como solvente, mostrando um aumento de pressão igual a 0,56 ate/h. na linha de produção considerada, este aumento de pressão corresponde ao entupimento do filtro prensa com coágulos de 5 pm a cada 107 horas, igual a 4,4 dais; este valor é uma garantia suficiente de continuidade da fiação sob boas condições. [0083] Um teste comparativo foi também realizado com DMSO a 100%: o aumento de ΔΡ com o teste de filtrabilidade mostrou um valor igual a 3,2 ate/h. Este é um valor inaceitável, correspondendo ao bloqueio dos filtros, i.e. excedendo as condições de operação dos filtros em tempos muito curtos.

Claims

1. Processo para preparar uma solução de fiação homogênea para a produção de fibras acrílicas, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: i) preparação de uma suspensão homogênea por misturação de um homopolímero ou copolímero em pó de acrilonitrila com uma mistura de DMSO/água em uma quantidade de 94,5/5,5 a 97/3% p/p a uma temperatura de 5°C a 10°C, preferivelmente uma mistura de DMSO/água 95/5 a uma temperatura de 5°C, dita misturação sendo realizada em um tempo variando de 5 a 30 minutos, por aspersão de uma corrente da solvente DMSO/água sobre uma corrente de homopolímero ou copolímero em pó de acrilonitrila, desintegrado e pré-misturado; ii) aquecer a suspensão homogênea proveniente da etapa i) a uma temperatura variando de 70°C a 150°C em um tempo variando de 0,5 a 30 minutos, até a dissolução completa do homopolímero ou copolímero e a formação de uma solução homogênea.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de acrilonitrila consiste de acrilonitrila em uma quantidade variando de 90 a 99% em peso com respeito ao peso total do copolímero e um ou mais comonômeros em uma quantidade variando de 1 a 10% em peso com respeito ao peso total do copolímero.

3. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores 1 a 2, caracterizado pelo fato de que os comonômeros são selecionados dentre compostos de vinila neutros tais como acrilato de metila, metacrilato de metila, acetato de vinila, acrilamida; compostos contendo um ou mais grupos ácido tais como ácido acrílico, ácido itacônico, estirenos sulfonados.

4. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os polímeros são polímeros de alto peso molecular, dito peso molecular MWn variando de 80000 a 200000.

5. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os polímeros são polímeros de médio peso molecular, dito peso molecular MWn variando de 40000 a 55000.

6. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a solução homogênea obtida no fim de etapa ii) é enviada a um tanque de armazenamento.

7. Processo de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a solução homogênea obtida no fim da etapa ii) é alimentada ao estágio seguinte de fiação.

8. Aparelho para preparar uma solução de fiação homogênea para a produção de fibras acrílicas como definidas em uma ou mais das reivindicações anteriores 1 a 7, dito aparelho caracterizado pelo fato de que compreende uma zona de entrada (1) para a alimentação do pó de polímero ou copolímero, com um sistema defletor(2), a jusante de que é disposto uma câmara ou misturador estático (4) equipado com bocais de aspersão (3) para o suprimento do solvente, distribuídos sobre uma circunferência a 120° entre si e localizados em quatro níveis diferentes dentro desta câmara ou misturador (4).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pressão do solvente no coletor de entrada dos bocais é mantida entre 2,5 e 3,5 barabs (250 kPa abs e 320 kPa abs.).