BR102015025428A2 - Polyacrylonitrile composition and use thereof - Google Patents
Polyacrylonitrile composition and use thereof Download PDFInfo
- Publication number
- BR102015025428A2 BR102015025428A2 BR102015025428-8A BR102015025428A BR102015025428A2 BR 102015025428 A2 BR102015025428 A2 BR 102015025428A2 BR 102015025428 A BR102015025428 A BR 102015025428A BR 102015025428 A2 BR102015025428 A2 BR 102015025428A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- pan
- fibers
- glycerin
- water
- alcohols
- Prior art date
Links
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
composição de poliacrilonitrila e uso da mesma descreve método que permite a produção de fibras de poliacrilonitrila (pan) por processo de fusão em extrusoras de fiação, pelo emprego de composições de pan com plastificantes de elevado ponto de ebulição e momento dipolar como a glicerina e o carbonato de glicerina. a utilização de estabilizantes de ciclização também derivados de glicerina halogenada, conhecida como halodridinas, e aditivos derivados da esterificação da glicerina com ácidos graxos e fosfórico também são descritos. através da remoção dos plastificantes e dos aditivos solúveis em solventes polares como a água ou álcoois, logo após a etapa de fiação, é possível a produção de fibras de pan com características similares àquelas produzidas por processos tradicionais de fiação úmida, utilizadas largamente na produção de fibra de carbono. destaca-se que a glicerina empregada na plastificação da pan pode ser oriunda da produção de biodiesel, não necessitando ser purificada por processo de destilação.Polyacrylonitrile composition and use thereof describes a method which allows the production of polyacrylonitrile (pan) fibers by melting process in spinning extruders by the use of pan compositions with high boiling point and dipolar moment plasticizers such as glycerin and glycerine carbonate. The use of cyclization stabilizers also derived from halogenated glycerine, known as halodridines, and additives derived from glycerine esterification with fatty and phosphoric acids are also described. By removing plasticizers and additives soluble in polar solvents such as water or alcohols, soon after the spinning step, it is possible to produce pan fibers with characteristics similar to those produced by traditional wet spinning processes, widely used in the production of carbon fiber. It is noteworthy that the glycerin used in the pan plasticization can be derived from biodiesel production and does not need to be purified by distillation process.
Description
(54) Título: COMPOSIÇÃO DE(54) Title: COMPOSITION OF
POLIACRILONITRILA E USO DA MESMA (51) Int. Cl.: D01F 6/18 (73) Titular(es): LABORATÓRIOS QUÍMICOS E METROLÓGICOS QUIMLAB LTDA (72) Inventor(es): NILTON PEREIRA ALVES GRANADO (74) Procurador(es): ORLANDO DE SOUZA (57) Resumo: COMPOSIÇÃO DEPOLYACRYLONITRILE AND USE OF THE SAME (51) Int. Cl .: D01F 6/18 (73) Owner (s): CHEMICAL AND METROLOGICAL LABORATORIES QUIMLAB LTDA (72) Inventor (s): NILTON PEREIRA ALVES GRANADO (74) Attorney (s) : ORLANDO DE SOUZA (57) Abstract: COMPOSITION OF
POLIACRILONITRILA E USO DA MESMA Descreve método que permite a produção de fibras de poliacrilonitrila (PAN) por processo de fusão em extrusoras de fiação, pelo emprego de composições de PAN com plastificantes de elevado ponto de ebulição e momento dipolar como a glicerina e o carbonato de glicerina. A utilização de estabilizantes de ciclização também derivados de glicerina halogenada, conhecida como halodridinas, e aditivos derivados da esterificação da glicerina com ácidos graxos e fosfórico também são descritos. Através da remoção dos plastificantes e dos aditivos solúveis em solventes polares como a água ou álcoois, logo após a etapa de fiação, é possível a produção de fibras de PAN com características similares àquelas produzidas por processos tradicionais de fiação úmida, utilizadas largamente na produção de fibra de carbono. Destaca-se que a glicerina empregada na plastificação da PAN pode ser oriunda da produção de biodiesel, não necessitando ser purificada por processo de destilação.POLYACRYLONITRILLA AND USE OF THE SAME Describes a method that allows the production of polyacrylonitrile fibers (PAN) by fusion process in spinning extruders, using PAN compositions with high boiling point plasticizers and dipolar moment such as glycerin and carbonate glycerin. The use of cyclization stabilizers also derived from halogenated glycerin, known as halodridines, and additives derived from esterification of glycerin with fatty and phosphoric acids are also described. Through the removal of plasticizers and additives soluble in polar solvents such as water or alcohols, soon after the spinning stage, it is possible to produce PAN fibers with characteristics similar to those produced by traditional wet spinning processes, widely used in the production of carbon fiber. It is noteworthy that the glycerin used in the plasticization of PAN can come from the production of biodiesel, not needing to be purified by the distillation process.
PAN + PLASTIFICANTESPAN + PLASTIFIERS
DESPLASTIFICAÇÃODEPLASTIFICATION
SECAGEMDRYING
ESTIRAGEMDRAWING
BOBINAMENTOCOILING
1/321/32
COMPOSIÇÃO DE POLIACRILONITRILA E USO DA MESMAPOLYACRYLONITRILLA COMPOSITION AND USE OF THE SAME
Campo da invenção [001] A presente patente de Privilégio de Invenção tem por objetivo descrever uma composição de poliacrilonitrila (PAN) adequada a fiação por fusão e também de sua utilização na produção de fibra de carbono, empregando glicerina e seus derivados como plastificantes.Field of the invention [001] The present invention privilege patent aims to describe a polyacrylonitrile (PAN) composition suitable for melt spinning and also for its use in the production of carbon fiber, using glycerin and its derivatives as plasticizers.
Estado da técnica [002] É conhecido que a poliacrilonitrila (PAN) homo ou copolimerizada, ao ser aquecida acima de 180 °C, o nitrogênio do agrupamento nitrílico sofre ciclização e, por consequência, provoca a formação de ligações cruzadas (cross-links) na cadeia polimérica, produzindo uma estrutura rígida, conforme é demonstrado na Fórmula 1. A ciclização é uma reação fortemente exotérmica e quando a temperatura ultrapassa 300 °C, ocorre perda de massa do polímero devido a liberação de gases como água, óxidos de carbono, amônia e ácido cianídrico, resultando em um subproduto escuro, frágil e poroso, com total perda das propriedades físicas e mecânicas do polímero original.State of the art [002] It is known that polyacrylonitrile (PAN) homo or copolymerized, when heated above 180 ° C, the nitrogen of the nitrile group undergoes cyclization and, consequently, causes the formation of cross-links in the polymeric chain, producing a rigid structure, as shown in Formula 1. Cyclization is a strongly exothermic reaction and when the temperature exceeds 300 ° C, polymer mass loss due to the release of gases such as water, carbon oxides, ammonia and hydrocyanic acid, resulting in a dark, fragile and porous by-product, with total loss of the physical and mechanical properties of the original polymer.
Fórmula 1 - Ciclização da PANFormula 1 - PAN cycling
CÇ
/Π > 1SO°C/ Π> 1SO ° C
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 4/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 4/41
2/322/32
Η Η Η η Η Η «\/Η V Η \/ ¥ « I I | / cJ f1 C f1 Γ1 s s s /Η Η Η η Η Η «\ / Η V Η \ / ¥« II | / c J f 1 C f 1 Γ 1 sss /
N N N N /n [003] Esta característica da PAN, faz com que os processos de produção de fibra precursora de fibra de carbono sejam realizados em baixa temperatura, por processos tradicionais que praticamente são os mesmos de quando foram desenvolvidos para fibras têxteis pela Dupont na década de 1950. Industrialmente somente dois processos de fiação são usados, sendo que ambos usam solventes e podemos citar:NNNN / n [003] This characteristic of PAN, makes the production processes of precursor fiber of carbon fiber to be carried out at low temperature, by traditional processes that are practically the same as when they were developed for textile fibers by Dupont in the decade 1950. Industrially only two spinning processes are used, both of which use solvents and we can quote:
- Processo de fiação úmida (wet spinning), é realizado pela dissolução da poliacrilonitrila em um solvente altamente polar para se produzir um colódio com uma concentração típica de 10% a 30% de polímero. Este colódio viscoso é bombeado para fieiras circulares com milhares de furos de aproximadamente 50 mícrons, imersas em um banho contendo uma solução aquosa do mesmo solvente e a medida em que as fibras são formadas por coagulação, são estiradas lentamente, lavadas e secadas. Este processo de fiação é responsável pela maior parte da produção de fibras de PAN no mundo, sendo que a principal variação entre as indústrias produtoras são os tipos de solventes utilizados, e entre os mais comuns são, a dimetilformamida (DMF), a dimetilacetamida (DMAc), o dimetilsulfóxido (DMSO) e a solução de tiocianato de sódio (NaCNS). Menos utilizadas são a solução de cloreto de zinco (ZnCl2) , o ácido nítrico e o carbonato de etileno (EC). Para a produção de fibra precursora de fibra de carbono é utilizado principalmente a- Wet spinning process, is carried out by dissolving the polyacrylonitrile in a highly polar solvent to produce a collodion with a typical concentration of 10% to 30% of polymer. This viscous collodion is pumped into circular dies with thousands of holes of approximately 50 microns, immersed in a bath containing an aqueous solution of the same solvent and as the fibers are formed by coagulation, they are slowly stretched, washed and dried. This spinning process is responsible for most of the production of PAN fibers in the world, with the main variation between the producing industries being the types of solvents used, and among the most common are, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide ( DMAc), dimethylsulfoxide (DMSO) and sodium thiocyanate solution (NaCNS). Less used are the zinc chloride solution (ZnCl 2 ), nitric acid and ethylene carbonate (EC). For the production of precursor carbon fiber fiber, mainly
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 5/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 5/41
3/32 solução de tiocianato de sódio e a solução de cloreto de zinco, que permitem a polimerização do monômero acrilonitrila (AN), diretamente na solução até uma viscosidade adequada para fiação. Este processo é conhecido como polimerização em solução”. Já nas industriais têxteis que utilizam solventes orgânicos como o DMF e DMAc para a produção das fibras de PAN, o polímero é produzido pelo processo de polimerização em suspensão”, sendo depois de formado, filtrado, secado e armazenado em silos. O colódio é produzido com este polímero seco pouco antes da fiação, o que permite ao processo trabalhar independente da polimerização e com grande capacidade de produção.3/32 sodium thiocyanate solution and zinc chloride solution, which allow the polymerization of the acrylonitrile monomer (AN), directly in the solution to a suitable viscosity for spinning. This process is known as solution polymerization ”. In textile industries that use organic solvents such as DMF and DMAc for the production of PAN fibers, the polymer is produced by the suspension polymerization process ”, after being formed, filtered, dried and stored in silos. Collodion is produced with this dry polymer just before spinning, which allows the process to work independently of the polymerization and with great production capacity.
- Processo de fiação seca (dry spinning) , bem menos empregado que a fiação úmida, foi desenvolvido inicialmente pela Bayer na Alemanha na década de 1950, e faz uso de colódios contendo solventes orgânicos como a DMF, que é aquecido e bombeado para as fieiras dentro de uma câmara de ar quente. Nestas condições, o colódio ao sair pela fieira tem o solvente rapidamente evaporado, com a formação dos filamentos. As demais etapas de estiragem e acabamento das fibras são similares a do processo de fiação úmida. A DMAc pode ser empregada neste processo, mas produz colódios mais viscosos e sua temperatura de ignição é 100oC mais baixa do que a DMF e portanto, menos segura.- Dry spinning process, much less used than wet spinning, was initially developed by Bayer in Germany in the 1950s, and makes use of collodes containing organic solvents such as DMF, which is heated and pumped into the spinners inside a hot air chamber. In these conditions, the collodion when leaving the die has the solvent quickly evaporated, with the formation of the filaments. The other stages of drawing and finishing the fibers are similar to the wet spinning process. DMAc can be used in this process, but it produces more viscous collodes and its ignition temperature is 100 o C lower than DMF and therefore less safe.
[004] Por questões de custos de produção, fatores ambientais e ocupacionais, ao longo dos últimos 30 anos, tem-se realizado inúmeras pesquisas referentes a métodos de fiação da PAN sem utilização de solventes, baseados na sua fusão (melting spinning). O desafio tecnológico é muito grande para o desenvolvimento de processos de fiação[004] For reasons of production costs, environmental and occupational factors, over the last 30 years, numerous researches have been carried out regarding PAN spinning methods without the use of solvents, based on their melting spinning. The technological challenge is very big for the development of spinning processes
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 6/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 6/41
4/32 contínuos por melting spinning, já que o ponto de fusão da PAN se situa em uma temperatura maior que a temperatura de formação de ligações cruzadas e decomposição. Para a PAN homopolímero, o seu ponto de fusão somente pode ser observado por técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) com razões de aquecimento muito elevadas e se situa em aproximadamente 340oC, o que é muito alto e não permite tempo de permanência do polímero fundido na extrusora para realizar a fiação. Mesmo com a adição de comonômeros que abaixam a temperatura de fusão da PAN, a temperatura fica acima de 300oC. Para contornar esta característica química do polímero que impede a sua fiação direta por processo de fusão, como é feito com o Nylon e o polipropileno (PP), alguns métodos foram estudados e patenteados, mas até hoje sem produção de fibras em escala comercial.4/32 continuous by melting spinning, since the melting point of PAN is located at a temperature higher than the temperature of cross-linking and decomposition. For homopolymer PAN, its melting point can only be observed by differential scanning calorimetry (DSC) technique with very high heating rates and is located at approximately 340 o C, which is very high and does not allow the residence time polymer melted in the extruder to perform the spinning. Even with the addition of comonomers that lower the melting temperature of PAN, the temperature remains above 300 o C. To circumvent this chemical characteristic of the polymer that prevents its direct spinning by the melting process, as is done with Nylon and polypropylene (PP), some methods have been studied and patented, but until today without commercial fiber production.
[005] Basicamente os métodos de fusão da PAN que podem ser empregados para a produção de fibras podem ser divididos em duas categorias, sendo que para alguns foram relatados a produção de fibras de carbono e outros não: 1) métodos que empregam plastificantes para a PAN; 2) métodos que utilizam copolímeros de PAN intrinsicamente termoplásticos.[005] Basically the PAN fusion methods that can be used for the production of fibers can be divided into two categories, with some having reported the production of carbon fibers and others not: 1) methods that use plasticizers for the PAN; 2) methods using intrinsically thermoplastic PAN copolymers.
[006] A seguir serão discutidos estes métodos, suas vantagens e limitações para produção de fibra de carbono:[006] The following will discuss these methods, their advantages and limitations for the production of carbon fiber:
1. Métodos que empregam plastificantes para a PAN.1. Methods that use plasticizers for PAN.
[007] Para a produção de fibras de PAN por estes métodos são adicionados aos copolímeros substâncias plastificantes que retardam ou impedem a sua decomposição na temperatura de extrusão, similarmente o que já é feito com o cloreto de polivinila (PVC) na indústria. Por questões óbvias, para produção de fibras de carbono com fibras contendo[007] For the production of PAN fibers by these methods, plasticizing substances are added to the copolymers that delay or prevent their decomposition at the extrusion temperature, similarly to what is already done with polyvinyl chloride (PVC) in industry. For obvious reasons, for the production of carbon fibers with fibers containing
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 7/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 7/41
5/32 plastificantes, estes interferem no processo de estabilização e oxidação das fibras por não serem incorporados na cadeia polimérica da PAN e tendem a ser volatilizados durante o aquecimento, levando a ruptura dos filamentos. Os processos de plastificação da PAN são descritos a seguir como a), b) e c):5/32 plasticizers, these interfere in the process of stabilization and oxidation of the fibers because they are not incorporated into the polymeric chain of PAN and tend to be volatilized during heating, leading to the rupture of the filaments. PAN plasticization processes are described below as a), b) and c):
a) Baseados na utilização de água como plastificante. Este processo foi inicialmente desenvolvido pela BASF na Alemanha na década de 1980 por Daumit et al. e descrito nas patentes EP 0355762 A2 de 1989 e US 5168004 de 1992. Basicamente os inventores descrevem um equipamento que permite a fusão da PAN em um meio contendo principalmente água e acetonitrila, em um intervalo de 140oC a 190oC com pressão de 3,8 bar, para manter a solução em estado líquido e com isso hidratar e plastificar o polímero. Por questões operacionais, apesar de fazer emprego da água como plastificante, que é abundante, barata e sem toxicidade, a plastificação e fiação em alta pressão é muito difícil de ser realizada e até hoje este processo nunca se tornou comercial, seja para aplicações têxteis e produção de fibra de carbono, já que os inventores mencionaram ter produzido fibras de carbono com tenacidade > 2000 Mpa. As patentes de Yoon et al. US 5434002 e US 5.589264 descrevem a produção de fibras de PAN a partir da extrusão do hidrato e também com mistura de água e acetonitrila. Neste caso, a fibras obtidas não foram contínuas e seus diâmetros e comprimentos muito irregulares e por isso não passiveis de serem utilizadas na produção de fibra de carbono.a) Based on the use of water as a plasticizer. This process was initially developed by BASF in Germany in the 1980s by Daumit et al. and described in EP 0355762 A2 of 1989 and US 5168004 of 1992. Basically the inventors describe an equipment that allows the fusion of PAN in a medium containing mainly water and acetonitrile, in a range of 140 o C to 190 o C with pressure of 3.8 bar, to keep the solution in a liquid state and thereby hydrate and plasticize the polymer. For operational reasons, despite the use of water as a plasticizer, which is abundant, inexpensive and non-toxic, high pressure plasticization and spinning is very difficult to do and until today this process has never become commercial, whether for textile and carbon fiber production, since the inventors mentioned having produced carbon fibers with a toughness> 2000 Mpa. The patents of Yoon et al. US 5434002 and US 5,589264 describe the production of PAN fibers from the hydrate extrusion and also with a mixture of water and acetonitrile. In this case, the fibers obtained were not continuous and their diameters and lengths were very irregular and therefore cannot be used in the production of carbon fiber.
b) Baseado na utilização de solventes da PAN como plastificantes. Solvente de como o DMSO, a DMF, o carbonatob) Based on the use of PAN solvents as plasticizers. Solvent like DMSO, DMF, carbonate
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 8/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 8/41
6/32 de etileno (EC) e líquidos iônicos são descritos na literatura com bons plastificantes da PAN. Merz et al. descreve nas patentes US 5304590 e US 5589520 a utilização de carbonato de etileno para a produção de filmes e espumas e sugere a possibilidade da resina contendo PAN/EC ser utilizada na produção de fibras, mas não relata como estas seriam obtidas e nem se seriam aplicadas na produção de fibra de carbono. A proporção de plastificante utilizada nestas patentes foi 30% a 60% e o processo de extrusão e estiragem foi realizada em uma faixa de temperatura de 79oC a 204oC para obtenção dos filmes e espumas. Uma grande vantagem deste processo é a utilização de substância de baixa toxicidade, como o EC, e a possibilidade de produção de filmes de PAN que não podem ser obtidos de forma contínua em processos úmidos. Mas devido ao alto teor de plastificante empregado e de seu alto ponto de ebulição que é 261oC, não é possível fazer a estabilização térmica das fibras, que se realiza entre 180oC e 200oC. Mesmo que fosse possível estabilizar estas fibras em uma temperatura maior, a grande quantidade do plastificante presente que se volatizaria, provocaria muitos defeitos, tanto na superfície como dentro da fibra, levando a ruptura dos filamentos. Por consequência, estas fibras de carbono seriam de péssima qualidade, baixo rendimento em carbono e alto custo, já que o EC é uma matéria prima mais cara que os solventes utilizados em processos de fiação úmida. A patente US 8906278 B2 de Yu et Al. publicada em 2014, descreve a utilização de líquidos iônicos derivados do imidazol como plastificantes para a produção de fibras, empregando extrusora em um intervalo de temperatura de 170oC a 220oC. Estas fibras apresentaram tenacidade > 2 cN/tex e6/32 ethylene (EC) and ionic liquids are described in the literature with good PAN plasticizers. Merz et al. describes in US patents 5304590 and US 5589520 the use of ethylene carbonate for the production of films and foams and suggests the possibility of the resin containing PAN / EC being used in the production of fibers, but does not report how they would be obtained or applied in the production of carbon fiber. The proportion of plasticizer used in these patents was 30% to 60% and the extrusion and drawing process was carried out in a temperature range of 79 o C to 204 o C to obtain the films and foams. A major advantage of this process is the use of low toxicity substances, such as EC, and the possibility of producing PAN films that cannot be obtained continuously in wet processes. But due to the high content of plasticizer used and its high boiling point which is 261 o C, it is not possible to perform thermal stabilization of the fibers, which takes place between 180 o C and 200 o C. Even if it were possible to stabilize these fibers at a higher temperature, the large amount of plasticizer present that would volatize would cause many defects, both on the surface and inside the fiber, leading to the rupture of the filaments. As a consequence, these carbon fibers would be of poor quality, low carbon yield and high cost, since EC is a more expensive raw material than the solvents used in wet spinning processes. US patent 8906278 B2 from Yu et Al. Published in 2014, describes the use of ionic liquids derived from imidazole as plasticizers for the production of fibers, using extruders in a temperature range of 170 o C to 220 o C. These fibers presented toughness> 2 cN / tex e
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 9/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 9/41
7/32 foram passiveis de serem estabilizadas, oxidadas e gerarem fibra de carbono com tenacidade maior que 3 GPa, segundo os autores. Infelizmente, estes líquidos iônicos empregados não são produzidos em escala industrial e possuem preços proibitivos quando comparado com os solventes convencionais de PAN, não trazendo nenhuma vantagem econômica para o processo, mesmo que custos de produção de fibras por processo melting spinning sejam menores.7/32 were able to be stabilized, oxidized and generate carbon fiber with tenacity greater than 3 GPa, according to the authors. Unfortunately, these ionic liquids used are not produced on an industrial scale and have prohibitive prices when compared to conventional PAN solvents, bringing no economic advantage to the process, even though the production costs of fibers by melting spinning process are lower.
c) Baseado na utilização de blendas da PAN com polímeros termoplásticos. Neste processo são empregados diversos polímeros de baixo ponto de fusão que podem formar blendas com copolímeros de PAN, como por exemplo o polietilenoglicol, policarbonato, policaprolactona e o óxido de polifenileno. A patente US 7541400 B2 de 2009 de Lutzmann et al. descreve produção de blendas termoplásticos de PAN, contendo principalmente policarbonato e óxido de polifenileno, estabilizadas com sais metálicos de cálcio, estrôncio, magnésio, manganês, alumínio e compostos de boro, para a produção de filmes com boa transparência e barreira para gases. Os filmes das blendas foram produzidos por prensagem em temperaturas de 200oC a 227oC. A vantagem deste método é a produção de produtos de PAN que não podem ser produzidos por processos úmidos, como filmes transparentes, mas devido a adição de compostos não carbono junto com a PAN, dificilmente poderiam gerar fibras de carbono com propriedades mecânicas satisfatórias. É conhecido também que a presença de metais nas fibras de PAN, podem gerar em alta temperatura, cianetos alcalinos e ao se volatizarem podem vitrificar e danificar seriamente os refratários dos fornos de carbonização. Por esse motivo, as especificações dec) Based on the use of PAN blends with thermoplastic polymers. Various low melting point polymers are used in this process, which can form blends with PAN copolymers, such as polyethylene glycol, polycarbonate, polycaprolactone and polyphenylene oxide. US patent 7541400 B2 2009 to Lutzmann et al. describes the production of PAN thermoplastic blends, mainly containing polycarbonate and polyphenylene oxide, stabilized with metallic salts of calcium, strontium, magnesium, manganese, aluminum and boron compounds, for the production of films with good transparency and gas barrier. Blend films were produced by pressing at temperatures of 200 o C to 227 o C. The advantage of this method is the production of PAN products that cannot be produced by wet processes, such as transparent films, but due to the addition of non-toxic compounds. carbon together with PAN, could hardly generate carbon fibers with satisfactory mechanical properties. It is also known that the presence of metals in PAN fibers, can generate alkaline cyanides at high temperature and when they volatize they can vitrify and seriously damage refractories in carbonization furnaces. For this reason, the specifications of
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 10/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 10/41
8/32 compostos não carbono, como os metais alcalinos, em fibras precursoras, são muito rigorosas.8/32 non-carbon compounds, such as alkali metals, in precursor fibers, are very strict.
2. Métodos que utilizam copolímeros de PAN intrinsicamente termoplásticos.2. Methods that use intrinsically thermoplastic PAN copolymers.
[008] As patentes US 5602222 e 5618901, descrevem a obtenção de polímeros acrílicos fundíveis a partir da copolimerização da acrilonitrila com diversos comonômeros como metacrilonitrila, metacrilato de metila e acrilato de metila, polimerizados por “processo de emulsão” em presença de emulsificantes, alquil-mercaptanas e persulfato de amônio como iniciador. Os polímeros obtidos nas condições de polimerização descritas apresentam propriedades físicas e mecânicas adequadas à extrusão e podem ser encontrados comercialmente com a marca Barex, atualmente comercializado pela empresa INEOS. Por não serem vendidos puros e apresentarem diversos aditivos na formulação como auxiliares de extrusão, cargas minerais e pigmentos, sendo a denominação correta de resinas Barex. Segundo o fabricante, estas resinas são apropriadas para extrusão de filmes, moldagem por sopro e apresentam propriedades de barreira de oxigênio melhor que o polietilenotereftalato (PET) usado em garrafas e embalagens. Estas resinas não apresentam propriedades reológicas de fiação e por isso o fabricante não recomenda aplicação para melting spinning. A produção de fibra de carbono com resinas Barex, é muito improvável, por serem caras, apresentarem baixo teor do monômero acrilonitrila e sendo termoplásticas, quando aquecidas para estabilização, as fibras fundem e colam os filamentos. Outro copolímero de PAN intrinsicamente termoplástico e que pode ser processado em extrusora para a produção de fibras é aquele obtido pela[008] US patents 5602222 and 5618901, describe the obtaining of meltable acrylic polymers from copolymerization of acrylonitrile with various comonomers such as methacrylonitrile, methyl methacrylate and methyl acrylate, polymerized by "emulsion process" in the presence of emulsifiers, in the presence of emulsifiers. -mercaptanes and ammonium persulfate as initiator. The polymers obtained under the described polymerization conditions have physical and mechanical properties suitable for extrusion and can be found commercially under the Barex brand, currently marketed by the company INEOS. Because they are not sold pure and have several additives in the formulation as extrusion aids, mineral fillers and pigments, the correct name for Barex resins. According to the manufacturer, these resins are suitable for film extrusion, blow molding and have oxygen barrier properties better than polyethylene terephthalate (PET) used in bottles and packaging. These resins do not have rheological spinning properties and therefore the manufacturer does not recommend application for melting spinning. The production of carbon fiber with Barex resins is very unlikely, as they are expensive, have a low content of acrylonitrile monomer and are thermoplastic, when heated for stabilization, the fibers melt and bond the filaments. Another intrinsically thermoplastic PAN copolymer that can be processed in an extruder for fiber production is that obtained by
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 11/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 11/41
9/32 copolimerização com o monômero 1-vinilimidazole (VIM). No livro Poly(acrylonitrile-co-1-Vynilimidazole): a New Carbon Fiber Precursor” de Wenjin Deng e Dennis W. Smith, publicado por Lambert Academic Publishing em 2012, é descrito a produção de fibras com PAN-co-PVIM na proporção molar por cento de 82/18, fiadas a 192oC. Estas fibras foram estabilizadas termicamente a 250oC por 5 horas a carbonizadas a 1000oC por duas horas. Apesar do ótimo resultado obtido com este copolímero PAN-co-PVIM para a produção de fibras por melting spinning, existem dois fatores preponderantes na sua utilização comercial como precursor de fibra de carbono: o preço do comonômero que é bastante caro e por isso não traz nenhuma vantagem econômica para o processo de fiação; longo tempo para estabilização térmica das fibras.9/32 copolymerization with the monomer 1-vinylimidazole (VIM). In the book Poly (acrylonitrile-co-1-Vynilimidazole): a New Carbon Fiber Precursor ”by Wenjin Deng and Dennis W. Smith, published by Lambert Academic Publishing in 2012, the production of fibers with PAN-co-PVIM is described in proportion molar percent of 82/18, spun at 192 o C. These fibers were thermally stabilized at 250 o C for 5 hours and carbonized at 1000 o C for two hours. Despite the great result obtained with this PAN-co-PVIM copolymer for the production of fibers by melting spinning, there are two main factors in its commercial use as a precursor to carbon fiber: the price of the comonomer which is quite expensive and therefore does not bring no economic advantage for the spinning process; long time for thermal stabilization of the fibers.
Pontos deficientes do estado da técnicaDeficient points of the state of the art
1. Processos de fiação úmida e seca [009] Por questões econômicas e ambientais, nos processos tradicionais de fiação úmida (wet spinning) e seca (dry spinning), seja para produção de fibras têxteis e precursoras de carbono, faz-se necessário a recuperação e reciclagem de todos os solventes empregados, que são altamente poluidores da água e do solo. Por exemplo, na fiação usando DMF ou DMAc, para cada tonelada de fibra produzida, é utilizada aproximadamente 3 toneladas de solventes. A recuperação dos solventes é feita com grande consumo de energia em unidades de destilação e concentração a vácuo, mas mesmo assim a água resultante destes processos contém concentrações pequenas de solventes e necessitam ser tratadas posteriormente em estações de tratamento químicas ou biológicas, para serem descartadas em rios ou1. Wet and dry spinning processes [009] Due to economic and environmental issues, in traditional wet spinning and dry spinning processes, whether for the production of textile fibers and carbon precursors, it is necessary to recovery and recycling of all the solvents used, which are highly polluting water and soil. For example, in spinning using DMF or DMAc, for each ton of fiber produced, approximately 3 tons of solvents are used. The recovery of solvents is done with great energy consumption in distillation and vacuum concentration units, but even so the water resulting from these processes contains small concentrations of solvents and needs to be treated later in chemical or biological treatment plants, to be discarded in rivers or
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 12/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 12/41
10/32 reutilizadas. No caso da recuperação da DMF e DMAc ocorre uma perda de até 5% por ciclo de destilação devido a formação dos respectivos ácidos (ácido fórmico e acético) e metilamina, que não podem ser mais reconvertidos nos solventes originais. Estas perdas somente podem ser compensadas pela compra de mais solventes novos. Além disso, os processos de fiação úmida e seca resultam em risco da segurança ocupacional aos operadores, devido a inalação de vapores de solventes que têm alta toxicidade. A DMF, que é o solvente mais utilizado atualmente, é considerada hepatotóxica e pode provocar a diminuição da fertilidade em humanos. A ACGIH e OSHA (USA) recomendam um limite de exposição (TLV-TWA) de 10 ppm para esta substância. Os fatores de riscos ambientais e ocupacionais são um dos maiores obstáculos impeditivos de implantação de novas fábricas em países desenvolvidos, ficando atualmente a maior parte da produção de fibras de PAN localizadas na Ásia, em países como a China, Turquia e Índia, onde as legislações são menos rigorosas. Em países desenvolvidos como os USA, praticamente todas as fábricas já fecharam.10/32 reused. In the case of recovery of DMF and DMAc there is a loss of up to 5% per distillation cycle due to the formation of the respective acids (formic and acetic acid) and methylamine, which cannot be converted back into the original solvents. These losses can only be offset by purchasing more new solvents. In addition, wet and dry spinning processes result in a risk of occupational safety for operators, due to the inhalation of solvent vapors that have high toxicity. DMF, which is the most widely used solvent today, is considered hepatotoxic and can cause decreased fertility in humans. ACGIH and OSHA (USA) recommend an exposure limit (TLV-TWA) of 10 ppm for this substance. Environmental and occupational risk factors are one of the biggest obstacles to the implantation of new plants in developed countries, with most of the production of PAN fibers currently located in Asia, in countries such as China, Turkey and India, where legislation are less strict. In developed countries like the USA, virtually all factories have already closed.
A - Processos de fiação por fusão.A - Fusion spinning processes.
[010] Para que a fiação da PAN seja realizada de forma contínua por fusão (melting spinning) é necessário a utilização de plastificantes ou produzir copolímeros de PAN intrinsicamente termoplásticos. Nos dois casos, para que sejam vantajosos em relação aos processos tradicionais de fiação que utilizam solventes, tanto os plastificantes, quanto os copolímeros fundíveis, devem no final, produzir fibras passiveis de serem estabilizadas e carbonizadas, a custos menores. Atualmente, para as fibras precursoras de[010] For PAN spinning to be carried out continuously by melting spinning, it is necessary to use plasticizers or to produce intrinsically thermoplastic PAN copolymers. In both cases, in order to be advantageous in relation to traditional spinning processes that use solvents, both plasticizers and meltable copolymers must, in the end, produce fibers that can be stabilized and carbonized, at lower costs. Currently, for the precursor fibers of
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 13/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 13/41
11/3211/32
PAN, o custo do precursor representa aproximadamente de 50% a 60% do custo final da fibra de carbono. Portanto, são inviáveis processos de fiação por fusão que incorporem matérias primas (solventes e comonômeros) mais caras que aquelas utilizadas na fiação tradicional. Além disso, as fibras obtidas por este processo devem ser processadas em equipamentos convencionais de produção de fibra de carbono com boa produtividade para redução de custos operacionais, principalmente de consumo de energia, sendo inviáveis economicamente a utilização de fibras precursoras obtida por fusão, que não possam ser estabilizadas termicamente em um tempo razoável de 1 ou 2 horas. Para aplicações têxteis não é relevante a presença de plastificantes nas fibras, desde que não afetem significativamente suas propriedades. No caso da produção de fibras de carbono, os plastificantes é que tornam o tempo de estabilização muito longo, senão impraticável, além de provocarem defeitos estruturais nas fibras por volatilização, levando a perda de suas propriedades mecânicas. A volatização dos plastificantes no processo de estabilização também acarreta impacto em custos, seja pela perda de matérias primas e pelo volume de efluentes líquidos e gasosos cianetados/amoniacais que deverão ser tratados.PAN, the cost of the precursor represents approximately 50% to 60% of the final cost of carbon fiber. Therefore, fusion spinning processes that incorporate raw materials (solvents and comonomers) are more expensive than those used in traditional spinning. In addition, the fibers obtained by this process must be processed in conventional carbon fiber production equipment with good productivity to reduce operating costs, especially energy consumption, and the use of precursor fibers obtained by fusion, which are not can be thermally stabilized in a reasonable time of 1 or 2 hours. For textile applications, the presence of plasticizers in the fibers is not relevant, as long as they do not significantly affect their properties. In the case of the production of carbon fibers, plasticizers make the stabilization time very long, if not impractical, in addition to causing structural defects in the fibers by volatilization, leading to the loss of their mechanical properties. The volatilization of plasticizers in the stabilization process also has an impact on costs, whether due to the loss of raw materials and the volume of cyanide / ammonia liquid and gaseous effluents that must be treated.
[011] Foi pensando principalmente na produção de fibra de carbono de baixo custo que levou a realização da presente invenção, considerando-se: aspectos de simplificação que o processo de fiação por fusão acarreta quando comparado com os de fiação úmida/seca; emprego de matérias primas baratas e de baixa toxicidade; uso de matérias primas oriundas de recursos renováveis e que provoquem baixo impacto ambiental;[011] It was mainly thinking about the production of low-cost carbon fiber that led to the realization of the present invention, considering: aspects of simplification that the fusion spinning process entails when compared to those of wet / dry spinning; use of cheap and low toxicity raw materials; use of raw materials from renewable resources that cause low environmental impact;
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 14/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 14/41
12/32 que as fibras obtidas possam ser estabilizadas/oxidadas de forma semelhante as fibras precursoras produzidas em processos convencionais.12/32 that the obtained fibers can be stabilized / oxidized in a similar way to the precursor fibers produced in conventional processes.
Sumário da invenção [012] Os problemas técnicos mencionados anteriormente foram resolvidos nesta presente invenção, permitindo a produção de fibra precursora de carbono partindo-se da PAN, fiada por processo de fusão (melting spinning) em equipamentos convencionais, empregando como plastificantes matérias primas derivadas da cadeia de produção de biodiesel, como a glicerina ou glicerol. A transesterificação de óleos vegetais leva a produção de 10% de glicerina, o que faz atualmente ser uma matéria prima de potencial uso industrial devido ao seu baixo custo, grande produção e atoxicidade e por fazer parte de todos os triglicerídeos que existem nos seres vivos. As fibras obtidas pela presente invenção apresentam características semelhante aquelas produzidas por processos de fiação úmida e por isso podem ser processadas em fornos convencionais para fibra de carbono.Summary of the invention [012] The technical problems mentioned above were solved in this present invention, allowing the production of precursor carbon fiber starting from PAN, spun by melting spinning in conventional equipment, using derived raw materials as plasticizers of the biodiesel production chain, such as glycerin or glycerol. The transesterification of vegetable oils leads to the production of 10% glycerin, which currently makes it a raw material of potential industrial use due to its low cost, high production and atoxicity and for being part of all triglycerides that exist in living beings. The fibers obtained by the present invention have characteristics similar to those produced by wet spinning processes and therefore can be processed in conventional carbon fiber furnaces.
[013] Conforme descrito na literatura, como no livro “Acrylic Fiber Technology and Applications editado por James C. Masson em 1995 e na patente US 3388202 de 1968 de Opferkuch and Ross et al., umas das primeiras que abordaram o tema da fusibilidade da PAN, é conhecido que este polímero quando misturado com substâncias de elevado momento dipolar, como a água, pode ser fundida a alta pressão em temperaturas abaixo de 200oC na forma de um hidrato e conformada termoplasticamente em fibras. Nestas condições, a interação intramolecular dos dipolos do agrupamento CN vizinhos são enfraquecidas e o polímero funde, sem ocorrer a ciclização[013] As described in the literature, such as in the book “Acrylic Fiber Technology and Applications edited by James C. Masson in 1995 and in US patent 3388202 of 1968 by Opferkuch and Ross et al., One of the first to address the issue of PAN, it is known that this polymer when mixed with substances of high dipolar moment, such as water, can be melted under high pressure at temperatures below 200 o C in the form of a hydrate and formed thermoplastic into fibers. Under these conditions, the intramolecular interaction of the dipoles of the neighboring CN cluster is weakened and the polymer melts, without cyclization occurring.
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 15/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 15/41
13/32 da cadeia. Pelo uso de substâncias com elevado momento dipolar e alto ponto de ebulição, principalmente constituídos de glicerina e carbonato de glicerila (GC) , empregando estabilizantes térmicos como as halohidrinas derivadas da glicerina, como 1-cloro 2,3-propanodiol, 1,3dicloro 2-propanol, 1-bromo 2,3-propanodiol, ácidos fosfoglicéricos como o 2-fosfoglicérico e ácido 3fosfoglicérico, e os polímeros clorados cloreto de polivinila (PVC) e cloreto de polivinilideno (PVDC), o inventor verificou que o efeito da fusão da PAN é semelhante àquele observado pelo uso da água a alta pressão. Nestas condições, a PAN pode ser mantida fundida por um tempo razoável de modo a permitir a sua conformação termoplástica em extrusora.13/32 of the chain. By using substances with a high dipole moment and high boiling point, mainly consisting of glycerin and glyceryl carbonate (GC), employing thermal stabilizers such as glycerin-derived halohydrins, such as 1-chlorine 2,3-propanediol, 1,3dichloro 2 -propanol, 1-bromo 2,3-propanediol, phosphoglyceric acids such as 2-phosphoglyceric and 3-phosphoglyceric acid, and the chlorinated polymers of polyvinyl chloride (PVC) and polyvinylidene chloride (PVDC), the inventor found that the effect of melting fusion PAN is similar to that observed by using high pressure water. In these conditions, the PAN can be kept fused for a reasonable time in order to allow its thermoplastic conformation in an extruder.
[014] A glicerina e seus derivados após a fusão e resfriamento da PAN, ficam incorporados ao polímero, semelhantemente ao que ocorre com o PVC, que também se torna termoplástico após adição de plastificantes, como os ésteres do ácido ftálico. Todo o processo de plastificação e de fusão da PAN ocorre diretamente na extrusora, permitindo que o material fundido seja transportado e bombeado com uso de bombas de engrenagem para uma fieira contendo dezenas ou centenas de furos da ordem de 100 a 500 pm de diâmetro, formando os multifilamentos que são estirados. A grande vantagem do uso da glicerina e seus derivados nesta presente invenção como plastificantes, é que são completamente solúveis em água e por isso facilmente removidos das fibras, em uma etapa chamada nesta patente de desplastificação, sendo realizada logo após a fiação.[014] Glycerin and its derivatives after melting and cooling PAN, are incorporated into the polymer, similarly to what occurs with PVC, which also becomes thermoplastic after the addition of plasticizers, such as esters of phthalic acid. The entire plasticization and melting process of PAN takes place directly in the extruder, allowing the molten material to be transported and pumped using gear pumps to a die containing dozens or hundreds of holes in the order of 100 to 500 pm in diameter, forming the multifilaments that are stretched. The great advantage of using glycerin and its derivatives in this present invention as plasticizers, is that they are completely soluble in water and therefore easily removed from the fibers, in a step called in this patent, which is carried out immediately after spinning.
[015] Após a desplastificação as fibras são secadas,[015] After de-plasticizing the fibers are dried,
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 16/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 16/41
14/32 estiradas em rolos com temperatura de 150oC a 170oC, ensimadas e bobinadas.14/32 stretched in rolls with a temperature of 150 o C to 170 o C, covered and coiled.
[016] As quantidades de glicerina e carbonato de glicerina que podem ser absorvidas pelos copolímeros de PAN durante a fusão não são constantes e variam de acordo com o teor de comonômero e peso molecular, sendo que quantidades que ultrapassem a capacidade máxima de absorção são segregados durante a extrusão e podem ser eliminados pelo furo de degasagem da extrusora. Por este motivo as quantidades de plastificantes e suas combinações, utilizada nesta invenção, é de no máximo 35% e os polímeros utilizados podem conter até 30% de comonômeros, principalmente, acetato de vinila, acrilato de metila, metacrilato de metila, ácido itacônico, acrilamida, ácido acrílico, cloreto de vinilideno, estireno e viniltolueno.[016] The amounts of glycerin and glycerin carbonate that can be absorbed by PAN copolymers during melting are not constant and vary according to the comonomer content and molecular weight, with quantities that exceed the maximum absorption capacity being segregated during extrusion and can be eliminated by the extruder degassing hole. For this reason, the amount of plasticizers and their combinations used in this invention is a maximum of 35% and the polymers used can contain up to 30% comonomers, mainly vinyl acetate, methyl acrylate, methyl methacrylate, itaconic acid, acrylamide, acrylic acid, vinylidene chloride, styrene and vinyltoluene.
[017] As fibras precursoras assim obtidas por estarem desplastificadas, podem ser estabilizadas e oxidadas em temperaturas entre 180oC e 280oC e carbonizadas entre 1000oC e 1500oC. Os plastificantes que saem da fibra e ficam no banho apresentam baixa toxicidade e alta taxa de biodegradação por serem constituídos basicamente de glicerina misturada com seus derivados e podem ser descartados em estação de tratamento biológica.[017] The precursor fibers thus obtained because they are de-plasticized, can be stabilized and oxidized at temperatures between 180 o C and 280 o C and carbonized between 1000 o C and 1500 o C. The plasticizers that leave the fiber and stay in the bath have low toxicity and high rate of biodegradation as they consist basically of glycerin mixed with its derivatives and can be discarded in a biological treatment plant.
[018] Uma vez que a glicerina é uma matéria prima abundante no mercado devido a ser resíduo de 10% da quantidade de óleos vegetais empregados na produção de biodiesel, seu preço atual no Brasil em 2014 foi de US$ 200/Ton com uma produção estimada de 300.000 Ton/Ano e consumo na ordem de 40.000 Ton/Ano, existindo portanto um excedente de 260.000 Ton/Ano no país. A produção mundial de[018] Since glycerin is an abundant raw material on the market due to being a residue of 10% of the amount of vegetable oils used in the production of biodiesel, its current price in Brazil in 2014 was US $ 200 / Ton with a production estimated at 300,000 Ton / Year and consumption in the order of 40,000 Ton / Year, with a surplus of 260,000 Ton / Year in the country. World production of
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 17/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 17/41
15/32 glicerina é crescente, sendo estimada em 2015 como > 2 milhões de toneladas. Estes dados mostram que, devido ao baixo preço e grande oferta, o custo de energia necessária para recuperação da glicerina do banho de desplastificação, não é viável economicamente e por isso, a melhor alternativa é o seu descarte como nutriente auxiliar em estação de tratamento biológica de esgoto sanitário ou doméstico, já que é completamente metabolizada por micro-organismos que a utilizam como fonte de energia. Em testes realizados em laboratório com banhos ricos em glicerina com demanda química de oxigênio (DQO) de 50000 mg/L e fator de diluição 10x com esgoto sanitário com concentração de DQO de 20000 mg/L, foi demonstrado que, em 12 horas de tratamento, o teor de glicerina foi reduzido em 93% e com 24 horas em 96%. Outros derivados de glicerina na forma halohidrinas quando presentes e utilizados em baixas concentrações, como por exemplo, 1-cloro 2,3-propanodiol, são facilmente hidrolizados em pH 9 para produzir glicerina e liberar íon cloreto. Da mesma forma o carbonato de glicerina e os monoésteres graxos de glicerina sofrem hidrólise liberando a glicerina. Quando se emprega ácidos fosfoglicéricos como aditivos, o ácido fosfórico produzido na hidrólise também é um nutriente importante. Outra alternativa ao descarte dos banhos contendo glicerina é a sua utilização como matéria prima de síntese de diversas substancias úteis, entre elas podemos citar o biopolímero ácido gama-poliglutâmico (γPGA) , formado pela fermentação com o “Bacillus natto”, o mesmo que produz a comida típica japonesa fermentada de soja conhecida como Natto. Várias patentes descrevem a síntese do γ-PGA em meios contendo principalmente glicerina em15/32 glycerin is increasing, being estimated in 2015 as> 2 million tons. These data show that, due to the low price and large supply, the energy cost necessary to recover glycerin from the deplastification bath is not economically viable and, therefore, the best alternative is its disposal as an auxiliary nutrient in a biological treatment plant. sanitary or domestic sewage, since it is completely metabolized by microorganisms that use it as an energy source. In laboratory tests with baths rich in glycerin with chemical oxygen demand (COD) of 50000 mg / L and 10x dilution factor with sanitary sewage with a COD concentration of 20000 mg / L, it was demonstrated that in 12 hours of treatment , the glycerin content was reduced by 93% and with 24 hours by 96%. Other glycerin derivatives in the halohydrin form when present and used in low concentrations, such as, for example, 1-chlorine 2,3-propanediol, are easily hydrolyzed to pH 9 to produce glycerin and release chloride ion. Likewise, glycerin carbonate and glycerin fatty monoesters undergo hydrolysis releasing glycerin. When phosphoglyceric acids are used as additives, the phosphoric acid produced in hydrolysis is also an important nutrient. Another alternative to the disposal of baths containing glycerin is its use as a raw material for the synthesis of several useful substances, among which we can mention the biopolymer gamma-polyglutamic acid (γPGA), formed by fermentation with “Bacillus natto”, the same one that produces the typical Japanese fermented soybean food known as Natto. Several patents describe the synthesis of γ-PGA in media containing mainly glycerin in
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 18/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 18/41
16/32 concentrações de até 80g/L, entre elas a patente US 6989251 de Lee et al. de 2006. O γ-PGA, como a glicerina, é atóxico e em solução aquosa é altamente viscoso, possuindo a capacidade de flocular a maioria dos metais pesados presentes em água. Por esse motivo seu emprego em tratamento de água para substituição de poliacrilatos, poliacrilamidas e sais de alumínio, é crescente.16/32 concentrations up to 80g / L, including US patent 6989251 by Lee et al. of 2006. γ-PGA, like glycerin, is non-toxic and in aqueous solution is highly viscous, having the ability to flocculate most of the heavy metals present in water. For this reason, its use in water treatment to replace polyacrylates, polyacrylamides and aluminum salts is increasing.
[019] A caracterização da presente solicitação de patente de Privilégio de Invenção ora proposta é feita por meio de figuras representativas da COMPOSIÇÃO DE POLIACRILONITRILA E USO DA MESMA”, de tal modo, que o método possa ser integralmente reproduzido por técnica adequada.[019] The characterization of the present patent application for Privilege of Invention now proposed is made by means of representative figures of the POLYACRYLONITRILLA COMPOSITION AND USE OF THE SAME ”, in such a way, that the method can be fully reproduced by appropriate technique.
[020] A partir das figuras elaboradas, se fundamenta a parte descritiva do relatório, através de uma numeração detalhada e consecutiva, onde se esclarece aspectos que possam ficar subentendidos pela representação adotada, de modo a determinar claramente a proteção pleiteada.[020] Based on the figures elaborated, the descriptive part of the report is based, through a detailed and consecutive numbering, which clarifies aspects that may be implied by the adopted representation, in order to clearly determine the protection sought.
[021] Estas figuras são meramente ilustrativas, podendo apresentar variações.[021] These figures are merely illustrative and may vary.
Breve descrição dos desenhos da invenção [022] A seguir, para melhor entendimento e compreensão de como se constitui a COMPOSIÇÃO DE POLIACRILONITRILA E USO DA MESMA”, que aqui se pleiteia, apresentam-se as figuras ilustrativas em anexo, onde se vê:Brief description of the drawings of the invention [022] Below, for a better understanding and understanding of how the POLYACRYLONITRILLA COMPOSITION AND USE OF THE SAME is constituted ”, which is claimed here, the following illustrative figures are presented, where it can be seen:
[023] A FIG. 1 mostra o fluxograma do processo de produção das fibras de PAN produzidas por fusão (melting spinning) em extrusora, segundo esta solicitação de patente.[023] FIG. 1 shows the flowchart of the production process for PAN fibers produced by melting spinning in an extruder, according to this patent application.
[024] A FIG. 2 mostra a seção transversal de fibras de PAN-co-PVA 4,5% com 27,5% de plastificantes.[024] FIG. 2 shows the cross section of 4.5% PAN-co-PVA fibers with 27.5% plasticizers.
[025] A FIG. 3 mostra a DSC de uma amostra de um[025] FIG. 3 shows the DSC of a sample of a
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 19/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 19/41
17/32 copolímero de PAN-co-PVA 6,0% plastificada com 15% de glicerina 10% de carbonato de glicerina, sendo evidente a visualização do pico endotérmico de fusão em 223oC, logo antes do pico exotérmico relacionado a ciclização da cadeia polimérica em 382oC, fato este não observado no copolímero sem estar plastificado.17/32 PAN-co-PVA copolymer 6.0% plasticized with 15% glycerin 10% glycerin carbonate, showing the visualization of the melting endothermic peak at 223 o C, just before the exothermic peak related to the cyclization of the polymeric chain at 382 o C, a fact that was not observed in the copolymer without being plasticized.
[026] A FIG. 4 mostra, por Espectroscopia de Infravermelho (FTIR), a comparação espectral de amostras de fibras de PAN-co-PVA 6% plastificada com 15% de glicerina e 10% de carbonato de glicerina, antes e após a lavagem com água a 80oC. A eficiência do processo de desplastificação é evidenciada pela ausência da banda de 3400 cm-1 na fibra lavada, referente ao agrupamento OH presente na glicerina utilizada como plastificante.[026] FIG. 4 shows, by Infrared Spectroscopy (FTIR), the spectral comparison of 6% plasticized PAN-co-PVA fiber samples with 15% glycerin and 10% glycerin carbonate, before and after washing with water at 80 o C. The efficiency of the deplastification process is evidenced by the absence of the 3400 cm -1 band in the washed fiber, referring to the OH group present in the glycerin used as a plasticizer.
[027] A FIG. 5 mostra a estabilização térmica da fibra desplastificada de PAN-co-PS 10 % a 190oC por 50 minutos.[027] FIG. 5 shows the thermal stabilization of the 10% PAN-co-PS deplastified fiber at 190 o C for 50 minutes.
[028] A FIG. 6 mostra, na parte superior, as secções longitudinais da fibra precursora de PAN-co-PVA 6% e na parte inferior secções longitudinais de fibra de carbono obtida pela carbonização a 1000oC de precursor desplastificado e estabilizado a 190oC por 50 min. e oxidado a 275oC por 15 min.[028] FIG. 6 shows, at the top, the longitudinal sections of the precursor fiber of PAN-co-PVA 6% and at the bottom, longitudinal sections of carbon fiber obtained by carbonization at 1000 o C of de-plasticized precursor and stabilized at 190 o C for 50 min . and oxidized at 275 o C for 15 min.
Descrição detalhada da invenção [029] A presente invenção a produção de fibra de Poliacrilonitrila Termoplástica destinada a fabricação de fibra de carbono, compreendendo as seguintes etapas: (I) preparar uma composição de copolímero de PAN, plastificantes derivados de glicerina, estabilizantes e aditivos na forma de pó ou péletes; (II) transferir para uma extrusora; (III) sujeitar a etapa (I) a um processo de extrusão; (IV) obtençãoDetailed description of the invention [029] The present invention is the production of Thermoplastic Polyacrylonitrile fiber intended for the manufacture of carbon fiber, comprising the following steps: (I) preparing a PAN copolymer composition, glycerin-derived plasticizers, stabilizers and additives in the powder or pellet form; (II) transfer to an extruder; (III) subjecting step (I) to an extrusion process; (IV) obtaining
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 20/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 20/41
18/32 das fibras de PAN; (V) realizar a desplastificação das fibras em banhos quentes; (VI) realização da secagem das fibras;(VII) realização da estiragem a quente das fibras de PAN; VIII) aplicação do óleo de ensimagem; IX) obtenção de bobinas das fibras.18/32 of the PAN fibers; (V) to deplast the fibers in hot baths; (VI) carrying out the drying of the fibers, (VII) carrying out the hot drawing of the PAN fibers; VIII) application of ensimaging oil; IX) obtaining coils of fibers.
[030] De acordo com a Figura 1, que mostra o fluxograma do processo de melting spinning da PAN desta presente invenção, o copolímero misturado com os plastificantes na forma de pó ou de péletes são alimentados no funil da extrusora. A extrusora opera em uma faixa de temperatura de 150oC a 250oC e faz a fusão da PAN e o transporte para uma bomba de engrenagem que tem a função de produzir uma alta pressão de bombeamento do fluído viscoso pela fieira. Nesta presente invenção utilizaram-se fieiras circulares de 50 até 200 furos, com diâmetros de 200 até 500 mícrons. Logo após a saída da fieira, os filamentos já resfriados, são conduzidos para diversos banhos quentes contendo solventes capazes de dissolverem os plastificantes empregados e que não atacam as fibras. No caso do uso da glicerina e carbonato de glicerina como plastificantes, podem ser utilizados a água, etanol, metanol, propanol, isopropanol e suas soluções aquosas.[030] According to Figure 1, which shows the flow chart of the PAN melting spinning process of this invention, the copolymer mixed with plasticizers in the form of powder or pellets are fed into the funnel of the extruder. The extruder operates in a temperature range of 150 o C to 250 o C and fuses the PAN and transports it to a gear pump that has the function of producing a high pressure of pumping viscous fluid through the die. In this present invention circular dies of 50 to 200 holes were used, with diameters of 200 to 500 microns. Right after the spinneret leaves, the filaments that are already cooled are taken to several hot baths containing solvents capable of dissolving the plasticizers used and that do not attack the fibers. In the case of the use of glycerin and glycerin carbonate as plasticizers, water, ethanol, methanol, propanol, isopropanol and their aqueous solutions can be used.
[031] Com emprego de água como solvente de desplastificação as temperaturas de trabalho ficam entre 70oC e 93oC, sendo realizadas em 3 estágios para minimizar o arraste de plastificantes solubilizados de uma cuba para outra. A Cuba 1 trabalha na temperatura de 70oC com taxa de renovação do banho de 15%/hora. A temperatura da Cuba 2 é de 80oC e taxa de renovação de 5%/hora. Para a remoção completa dos plastificantes das fibras utiliza-se a máxima[031] With the use of water as a plasticizing solvent, the working temperatures are between 70 o C and 93 o C, being carried out in 3 stages to minimize the dragging of solubilized plasticizers from one vat to another. Cuba 1 works at a temperature of 70 o C with a bath renewal rate of 15% / hour. The temperature in Cuba 2 is 80 o C and the rate of renewal is 5% / hour. For the complete removal of plasticizers from the fibers, the maximum
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 21/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 21/41
19/32 temperatura possível do banho de água que pode ser de 90oC a 95oC na Cuba 3, dependendo da pressão atmosférica local. Nesta terceira cuba a taxa de reposição do banho por evaporação e renovação é de 5%/hora.19/32 possible temperature of the water bath, which can be from 90 o C to 95 o C in Cuba 3, depending on the local atmospheric pressure. In this third tank the rate of replacement of the bath by evaporation and renewal is 5% / hour.
[032] Com emprego da solução de etanol de 25% a 50% como líquido de desplastificação as temperaturas devem ser reduzidas de 10oC, sendo que a temperatura no terceiro banho não deve ultrapassar 80oC. As fibras desplastificadas com banho de etanol/água são mais fáceis de secarem e perdem a coloração amarelada inicial. O metanol também pode ser utilizado, mas cuidados adicionais devem ser utilizados, já que seus vapores são muito tóxicos.[032] Using a 25% to 50% ethanol solution as a de-plasticizing liquid, temperatures should be reduced by 10 o C, and the temperature in the third bath should not exceed 80 o C. Fibers de-plasticized with an ethanol bath / water are easier to dry and lose their initial yellow color. Methanol can also be used, but additional precautions must be used, since its vapors are very toxic.
[033] Cada cuba do banho de desplastificação desta presente invenção apresentou 15 cm de altura, 20 cm de largura e 150 cm de comprimento, com capacidade útil de 40 L. O aquecimento foi realizado com resistência elétricas de 6000 W, permitindo ajuste de temperatura com variação de +/3oC. A renovação dos banhos foi realizada empregando bombas peristálticas Masterflex.[033] Each tub in the deplastification bath of this present invention was 15 cm high, 20 cm wide and 150 cm long, with a useful capacity of 40 L. The heating was carried out with electrical resistance of 6000 W, allowing temperature adjustment with variation of + / 3 o C. The renovation of the baths was carried out using Masterflex peristaltic pumps.
[034] Logo após a saída do banho as fibras são conduzidas a um quinteto de rolos aquecidos entre 140oC a 160oC e velocidade típica de 50 m/min para a secagem e em seguida para outro quinteto de rolos aquecido a mesma temperatura com velocidade típica de 200 m/min, onde se realiza a estiragem. Nas fibras já estiradas aplica-se por spray óleo lubrificante e anti-estático (ensimagem) que é importante para a produção de bobinas com cabos mais uniformes e com pouca quebra de filamentos.[034] Right after leaving the bath, the fibers are taken to a quintet of rolls heated between 140 o C to 160 o C and a typical speed of 50 m / min for drying and then to another quintet of rolls heated to the same temperature with a typical speed of 200 m / min, where drawing is carried out. Lubricated and anti-static oil (ensimaging) is applied to the fibers already stretched, which is important for the production of coils with more uniform cables and with little breakage of filaments.
[035] As fibras de PAN produzidas de acordo com esta invenção possuem um teor de umidade <1% e ensimagem de 0,1%[035] PAN fibers produced in accordance with this invention have a moisture content <1% and an ensimage of 0.1%
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 22/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 22/41
20/32 a 0,5%. Os filamentos possuem seção transversal circulares, não apresentam vazios ou furos e os diâmetros podem variar de acordo com a taxa de estiragem de 10 a 50 mícrons, conforme pode ser visto na Figura 2.20/32 to 0.5%. The filaments have circular cross sections, have no voids or holes and the diameters can vary according to the drawing rate of 10 to 50 microns, as can be seen in Figure 2.
[036] No processo descrito, o inventor resolveu o problema da fiação da PAN por processo de fusão (melting spinning), realizando a sua plastificação com glicóis, mais especificamente com o emprego da glicerina e seus derivados. De acordo com a Figura 3, pode-se ver claramente no DSC do copolímero de PAN plastificado, a sua zona de fusão em temperatura bastante menor que a da ciclização exotérmica da cadeia, o que permite a utilização de extrusoras para produção das fibras. A plastificação da PAN com substâncias de alto momento dipolar como água e glicóis, faz com que o dipolo do nitrogênio nitrílico seja preferencialmente atraído pelos dipolos dos hidrogênios destas substâncias, retardando a formação de ligações cruzadas com carbonos vizinhos da cadeia, permitindo a sua fusão.[036] In the process described, the inventor solved the problem of PAN spinning by melting spinning, performing its plasticization with glycols, more specifically with the use of glycerin and its derivatives. According to Figure 3, it can be clearly seen in the DSC of the plasticized PAN copolymer, its melting zone at a temperature much lower than that of the exothermic cyclization of the chain, which allows the use of extruders for fiber production. The plasticization of PAN with high dipole moment substances such as water and glycols, makes the nitrile nitrogen dipole preferentially attracted by the dipoles of the hydrogens of these substances, delaying the formation of cross-links with neighboring carbons in the chain, allowing their fusion.
[037] Mesmo com o aquecimento da PAN plastificada com glicerina, carbonato de glicerina e suas misturas, a sua ciclização inicia entre 5 a 10 minutos decorridos após fusão, observado pela alteração de cor do polímero fundido que de um amarelo claro e fluido torna-se marrom escuro e viscoso. Esse tempo de permanência na forma fundida é muito curto para seu processamento em extrusora. Descobriu-se que se alguns aditivos halogenadas, ou fosforados forem adicionados em pequenas concentrações junto com os plastificantes da PAN, o polímero pode permanecer fundido por até 1 hora, tempo suficiente para permitir seu processamento contínuo. Estes aditivos são denominados nesta presente invenção como[037] Even with the heating of the plasticized PAN with glycerin, glycerin carbonate and their mixtures, its cyclization starts between 5 to 10 minutes after melting, observed by the color change of the molten polymer that becomes a light yellow and fluid if dark brown and slimy. This residence time in the molten form is too short for processing in an extruder. It has been found that if some halogenated or phosphorous additives are added in small concentrations along with PAN plasticizers, the polymer can remain melted for up to 1 hour, long enough to allow for continuous processing. These additives are referred to in this invention as
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 23/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 23/41
21/32 estabilizantes de ciclização e podem ser: ácidos inorgânicos de alto ponto de ebulição como o ácido fosfórico na forma de seus ésteres com glicerina, como os ácidos fosfoglicéricos, mais comumente o 2-fosfoglicérico e ácido 3-fosfoglicérico; halohidrinas derivadas da glicerina, como 1-cloro 2,3propanodiol, 1,3-dicloro 2-propanol, 1-bromo 2,3propanodiol, 1,3-dibromo 2-propanol; e os polímeros clorados cloreto de polivinila (PVC) e cloreto de polivinilideno (PVDC).21/32 cyclization stabilizers and can be: high boiling inorganic acids such as phosphoric acid in the form of their esters with glycerin, such as phosphoglyceric acids, most commonly 2-phosphoglyceric and 3-phosphoglyceric acid; halohydrins derived from glycerin, such as 1-chlorine 2,3propanediol, 1,3-dichloro 2-propanol, 1-bromo 2,3propanediol, 1,3-dibromo 2-propanol; and the chlorinated polymers polyvinyl chloride (PVC) and polyvinylidene chloride (PVDC).
[038] Outros aditivos nesta invenção como os mono e de ésteres de ácido graxos derivados de glicerina, mais especificamente o monoestearato de glicerila, diestearato de glicerila, monooleato de glicerila, dioleato de glicerila, monolaurato de glicerila, monopalmitato de glicerila, dipalmitato de glicerila, monomiristato de glicerila e suas misturas, são denominados lubrificantes e as substâncias carbonato de etileno, carbonato de propileno, etilenoglicol, dietilenoglicol, trietilenoglicol e suas misturas são denominados redutores de viscosidade.[038] Other additives in this invention such as glycerin-derived mono and fatty acid esters, more specifically glyceryl monostearate, glyceryl distearate, glyceryl monooleate, glyceryl dioleate, glyceryl monolaurate, glyceryl monopalmitate, glyceryl dipalmitate , glyceryl monomyristate and their mixtures, are called lubricants and the substances ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and their mixtures are called viscosity reducers.
[039] As proporções utilizadas de plastificantes e aditivos na presente invenção são de no máximo 35% e estabilizantes de ciclização de no máximo de 5%.[039] The proportions of plasticizers and additives used in the present invention are at most 35% and cyclization stabilizers at most 5%.
[040] Ao mesmo tempo, pela seleção de substâncias que são solúveis em solventes polares como a água e álcoois, o inventor resolveu o problema da eliminação dos plastificantes das fibras, que são indesejados na etapa de estabilização térmica, introduzindo banhos de desplastificação. A utilização de plastificantes não solúveis nos banhos acarretariam no uso de outros tipos de solventes orgânicos para elimina-los das fibras, o que seria[040] At the same time, by selecting substances that are soluble in polar solvents such as water and alcohols, the inventor solved the problem of eliminating the plasticizers from the fibers, which are unwanted in the thermal stabilization stage, introducing deplastification baths. The use of non-soluble plasticizers in the baths would result in the use of other types of organic solvents to eliminate them from the fibers, which would be
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 24/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 24/41
22/32 uma grande desvantagem econômica e ambiental para o processo de fiação melting spinning proposto nesta invenção. Com isso as fibras ao saírem dos banhos de desplastificação são semelhantes àquelas produzidas por processos de fiação úmida e podem ser estabilizadas, oxidadas e carbonizadas em fornos tradicionais de produção de fibra de carbono.22/32 a great economic and environmental disadvantage for the melting spinning spinning process proposed in this invention. As a result, the fibers leaving the deplastification baths are similar to those produced by wet spinning processes and can be stabilized, oxidized and carbonized in traditional carbon fiber production furnaces.
[041] A Figura 4, mostra por análise de infravermelho (FTIR), que os mesmos plastificantes que provocam a fusão da PAN, são facilmente removidos das fibras por lavagem com água quente, que nesta invenção foi chamada de etapa de desplastificação. As fibras saídas dos banhos de desplastificação são similares àquelas produzidas por processo úmido por serem constituídas essencialmente de copolímeros de PAN e por isso os estágios de estabilização, oxidação e carbonização são também similares aos empregados para as fibras precursoras tradicionais.[041] Figure 4, shows by infrared analysis (FTIR), that the same plasticizers that cause PAN fusion, are easily removed from the fibers by washing with hot water, which in this invention was called the deplastification step. The fibers coming out of the deplastification baths are similar to those produced by the wet process as they are essentially made up of PAN copolymers and therefore the stabilization, oxidation and carbonization stages are also similar to those used for traditional precursor fibers.
[042] A Figura 5, mostra que as fibras de PAN desplastificadas ao serem mantidas isotermicamente a 190oC, são estabilizadas em intervalo de tempo equivalente as fibras produzidas pelo processo úmido, tendo inclusive o mesmo gradiente de cores, inicialmente branca, amarelada, dourada, marrom e finalmente negra.[042] Figure 5 shows that the PAN fibers deplastified when kept isothermally at 190 o C, are stabilized in a time interval equivalent to the fibers produced by the wet process, including the same color gradient, initially white, yellowish, golden, brown and finally black.
[043] Após estabilização térmica destas fibras, os processos de oxidação e carbonização são realizados como para qualquer precursor de PAN, produzindo fibras de carbono com teor de C > 90%, tenacidade > 1 GPa e ótimas propriedades mecânicas para aplicações diversas, conforme é mostrado na Figura 6.[043] After thermal stabilization of these fibers, the oxidation and carbonization processes are carried out as for any PAN precursor, producing carbon fibers with a C> 90% content, tenacity> 1 GPa and excellent mechanical properties for different applications, as is shown in Figure 6.
[044] Os copolímeros da presente invenção possuem mais de 70% de unidades derivadas da acrilonitrila,[044] The copolymers of the present invention have more than 70% units derived from acrylonitrile,
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 25/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 25/41
23/32 copolimerizada com um ou mais comonômeros, e representada por unidades acrílicas, tal como:23/32 copolymerized with one or more comonomers, and represented by acrylic units, such as:
( —CH2-CH... )(—CH2-CH ...)
CN [045] A glicerina mencionada nesta invenção foi purificada a partir de glicerina de biodiesel por tratamento químico e remoção de água e metanol por aquecimento a vácuo, sem destilação. Devido ao baixo teor de glicerina, presença ácidos graxos não convertidos, lecitinas, hidróxido de sódio, sais de sódio, e metanol residual, não é possível a sua utilização como plastificante da PAN sem sua purificação. Para isto, amostra de glicerina residual fornecida pela empresa Bioverde localizada na cidade de Taubaté (Brasil) com teor de 85% foi submetida ao seguinte processo, baseado na literatura e descrito em Rev. Virtual Quim., 2014, 6 (6), pgs. 1564-1582: Para 5,0 kg de glicerina bruta aquecida a 70oC adicionou-se sob agitação 100 mL de ácido fosfórico 85%. Nestas condições e após decantação os ácidos graxos e lecitinas são separados da glicerina. Esta glicerina foi filtrada em leito de carvão ativado para remoção de cor e em seguida passada em um cartucho de resina de troca iônica contendo resina catiônica Amberlite IR 120 para remoção de sais de sódio. Esta glicerina foi aquecida a 90oC sob vácuo por 1 hora para remoção de água e metanol residual. O produto final apresentou teor de pureza de 98%, cinzas de 0,047% e sódio < 20 mg/kg (ppm) e pode ser utilizado como plasticante da PAN nesta invenção. As outras matérias primas aqui utilizadas, como: Carbonato de Glicerina foi adquirido da Huntsman e comercializado com a marca Jeffsol GlycerineCN [045] The glycerin mentioned in this invention was purified from biodiesel glycerin by chemical treatment and removal of water and methanol by vacuum heating, without distillation. Due to the low glycerin content, the presence of unconverted fatty acids, lecithins, sodium hydroxide, sodium salts, and residual methanol, it is not possible to use it as a PAN plasticizer without its purification. For this, a sample of residual glycerin provided by the company Bioverde located in the city of Taubaté (Brazil) with a content of 85% was submitted to the following process, based on the literature and described in Rev. Virtual Quim., 2014, 6 (6), pgs . 1564-1582: For 5.0 kg of crude glycerin heated to 70 o C, 100 ml of 85% phosphoric acid was added under agitation. Under these conditions and after decanting, the fatty acids and lecithins are separated from the glycerin. This glycerin was filtered on an activated carbon bed for color removal and then passed on an ion exchange resin cartridge containing Amberlite IR 120 cationic resin to remove sodium salts. This glycerin was heated to 90 o C under vacuum for 1 hour to remove water and residual methanol. The final product had a 98% purity content, 0.047% ash and sodium <20 mg / kg (ppm) and can be used as a PAN plasticizer in this invention. The other raw materials used here, such as: Glycerin carbonate was purchased from Huntsman and marketed under the brand Jeffsol Glycerine
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 26/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 26/41
24/3224/32
Carbonate; o PVC foi adquirido da Braskem e comercializado com a marca Norvic; os ésteres graxos de glicerina foram adquiridos da Polytechno Indústrias Químicas; o etilenoglicol e dietilenoglicol foram adquiridos da Oxiteno; os monômeros acrilonitria, acetato de vinila, ácido itacônico e acrilamida foram cedidos pela empresa Radifibras; todas as demais matérias primas foram adquiridas da Sigma-Aldrich do Brasil.Carbonate; PVC was acquired from Braskem and marketed under the Norvic brand; the glycerin fatty esters were purchased from Polytechno Indústrias Químicas; ethylene glycol and diethylene glycol were purchased from Oxiteno; the acrylonitrile, vinyl acetate, itaconic acid and acrylamide monomers were provided by the company Radifibras; all other raw materials were purchased from Sigma-Aldrich do Brasil.
[046] Para melhor demonstrar as realizações preferidas, que são representativas, mas não-limitativas aos experimentos realizados, apresentamos a seguir exemplos de aplicação da presente invenção; os copolímeros acrílicos descritos nessa patente foram produzidos por polimerização em suspensão empregando acrilonilitrila, comonômeros, persulfato de potássio (iniciador, agente oxidante), bissulfito de sódio (ativador, agente redutor), sulfato ferroso amoniacal (catalisador redox) e EDTA tetrassódico (agente quelante), conforme metodologia descrita na literatura, “Acrilic Fiber Technology and Applications, James C. Mason, 1995, pgs. 37 à 67.[046] To better demonstrate the preferred embodiments, which are representative, but not limiting to the experiments carried out, we present below examples of application of the present invention; the acrylic copolymers described in that patent were produced by suspension polymerization employing acrylonitrile, comonomers, potassium persulfate (initiator, oxidizing agent), sodium bisulfite (activator, reducing agent), ammoniacal ferrous sulfate (redox catalyst) and tetrasodium EDTA (chelating agent ), according to the methodology described in the literature, “Acrilic Fiber Technology and Applications, James C. Mason, 1995, pgs. 37 to 67.
[047] Exemplo 01: aproximadamente 2000g (72,1%) de PAN copolimerizado com 4,5% de acetato de vinila com Mw 146,000, teor de umidade de 0,65% e granulometria < 20 pm, foi misturada em um blender a 90oC sob agitação com 570g (20,6%) de glicerina, 40,5g (1,5%) de 3-cloro-1,2-propanodiol, 93,4 g (3,4%) de monoestearato de glicerila, 52,5 (1,9%) g de ácido fosfórico 85% e 15,9g (0,6%) de etilenoglicol. Após 20 minutos de homogeneização a mistura foi resfriada por 1 hora. A massa obtida foi classificada em peneira e a fração passante menor que 100 pm foi separada e alimentada numa[047] Example 01: approximately 2000g (72.1%) of PAN copolymerized with 4.5% vinyl acetate with Mw 146,000, moisture content of 0.65% and granulometry <20 pm, was mixed in a blender at 90 o C under stirring with 570g (20.6%) of glycerin, 40.5g (1.5%) of 3-chloro-1,2-propanediol, 93.4 g (3.4%) of glyceryl monostearate , 52.5 (1.9%) g of 85% phosphoric acid and 15.9g (0.6%) of ethylene glycol. After 20 minutes of homogenization, the mixture was cooled for 1 hour. The obtained mass was classified in a sieve and the passing fraction less than 100 pm was separated and fed in a
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 27/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 27/41
25/32 extrusora de rosca 20mm e extrudada uma velocidade de 75 rpm, com 5 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 248oC, a segunda, terceira e quarta zona com 220oC e a quinta zona compreendendo a bomba de engrenagem e a fieira com 230oC. Neste exemplo a fieira apresentou 90 furos com diâmetro de 250 pm. O cabo de fibras foi desplastificado com água quente em três banhos com as respectivas temperaturas de 70oC, 80oC e 93oC, secado com velocidade de 55 m/min a 140oC em um quinteto de rolos e estirado a 155oC com velocidade 180 m/min em outro quinteto, sendo aplicado banho de ensimagem (Stantex - Pulcra Chemicals) e em seguida bobinado. As fibras obtidas neste exemplo se apresentaram de cor amarelada, diâmetro de 28 pm, resistência de 19 cN/tex, umidade de 0,8% e teor de ensimagem de 0,24%.25/32 screw extruder 20mm and extruded at a speed of 75 rpm, with 5 heating zones, the first zone with 248 o C, the second, third and fourth zone with 220 o C and the fifth zone comprising the pump gear and the die at 230 o C. In this example, the die presented 90 holes with a diameter of 250 pm. The fiber cable was de-plasticized with hot water in three baths with the respective temperatures of 70 o C, 80 o C and 93 o C, dried at a speed of 55 m / min at 140 o C in a quintet of rolls and stretched at 155 o C with a speed of 180 m / min in another quintet, with an ensimaging bath (Stantex - Pulcra Chemicals) applied and then wound. The fibers obtained in this example showed a yellowish color, diameter of 28 pm, resistance of 19 cN / tex, humidity of 0.8% and ensimagem content of 0.24%.
[048] Um cabo de fibra com 90 filamentos foi estabilizado a 185oC por 55 minutos e aquecido a uma velocidade de 10oC/ min até 280oC. A temperatura foi mantida por 20 minutos. A fibra oxidada de cor negra foi carbonizada a 1000oC em atmosfera de nitrogênio por 12 minutos. O rendimento foi de 62,5% de carbono, com diâmetro de 17pm, tenacidade de 1,75[048] A 90-filament fiber cable was stabilized at 185 o C for 55 minutes and heated at a speed of 10 o C / min to 280 o C. The temperature was maintained for 20 minutes. The oxidized black fiber was carbonized at 1000 o C in nitrogen atmosphere for 12 minutes. The yield was 62.5% carbon, with a diameter of 17pm, tenacity of 1.75
GPa e módulo de 128 GPa.GPa and 128 GPa module.
[049] Exemplo 02: aproximadamente 2000g (69,3%) de PAN copolimerizado com 4,0% de acetato de vinila, 2,5% de ácido itacônico com Mw 137,000 , teor de umidade de 0,80% e granulometria < 20 pm, foi misturada em um blender a 90oC sob agitação com 480g (16,6%) de glicerina, 200 g (6,9%) de carbonato de glicerina, 35,5g (1,2%) de 3-cloro-1,2propanodiol, 78,1 g (2,7%) de monooleato de glicerila, 64,3 (2,2%) g de ácido fosfórico 85% e 28,3g (1,0%) de etilenoglicol. Após 20 minutos de homogeneização a mistura[049] Example 02: approximately 2000g (69.3%) of PAN copolymerized with 4.0% vinyl acetate, 2.5% itaconic acid with 137,000 Mw, moisture content of 0.80% and particle size <20 pm, was mixed in a blender at 90 o C with stirring with 480g (16.6%) glycerin, 200 g (6.9%) glycerin carbonate, 35.5g (1.2%) 3-chlorine -1.2propanediol, 78.1 g (2.7%) of glyceryl monooleate, 64.3 (2.2%) g of 85% phosphoric acid and 28.3g (1.0%) of ethylene glycol. After 20 minutes of homogenization the mixture
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 28/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 28/41
26/32 foi resfriada por 1 hora. A massa obtida foi classificada em peneira e a fração passante menor que 100 μm foi separada e alimentada numa extrusora de rosca 20mm e extrudada uma velocidade de 75 rpm, com 5 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 235oC, a segunda, terceira e quarta zona com 215oC e a quinta zona compreendendo a bomba de engrenagem e a fieira com 225oC. Neste exemplo a fieira apresentou 50 furos com diâmetro de 500 μm. O cabo de fibras foi desplastificado com água quente em três banhos com as respectivas temperaturas de 70oC, 80oC e 93oC, secado com velocidade de 40 m/min a 140oC em um quinteto de rolos e estirado a 155oC com velocidade 150 m/min em outro quinteto, sendo aplicado banho de ensimagem (Stantex - Pulcra Chemicals) e em seguida bobinado. As fibras obtidas neste exemplo se apresentaram de cor amarelada claro, diâmetro de 35 μm, resistência de 15 cN/tex, umidade de 0,8% e teor de ensimagem de 0,30%.26/32 was cooled for 1 hour. The obtained mass was classified in a sieve and the passing fraction less than 100 μm was separated and fed into a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 75 rpm, with 5 heating zones, the first zone being 235 o C, the second zone , third and fourth zone with 215 o C and the fifth zone comprising the gear pump and the die with 225 o C. In this example, the die presented 50 holes with a diameter of 500 μm. The fiber cable was de-plasticized with hot water in three baths with the respective temperatures of 70 o C, 80 o C and 93 o C, dried at a speed of 40 m / min at 140 o C in a quintet of rolls and stretched at 155 o C with a speed of 150 m / min in another quintet, with an ensimaging bath (Stantex - Pulcra Chemicals) being applied and then wound. The fibers obtained in this example were light yellowish in color, 35 μm in diameter, 15 cN / tex resistant, 0.8% moisture and 0.30% staining content.
[050] O cabo de fibra com 50 filamentos foi estabilizado a 185oC por 80 minutos e aquecido a uma velocidade de 10oC/ min até 260oC. A temperatura foi mantida por 20 minutos. A fibra oxidada de cor negra foi carbonizada a 1000oC em atmosfera de nitrogênio por 12 minutos. O rendimento foi de 61,0% de carbono, com diâmetro de 24 μm, tenacidade de 1,52[050] The 50-filament fiber cable was stabilized at 185 o C for 80 minutes and heated at a speed of 10 o C / min to 260 o C. The temperature was maintained for 20 minutes. The oxidized black fiber was carbonized at 1000 o C in nitrogen atmosphere for 12 minutes. The yield was 61.0% carbon, with a diameter of 24 μm, tenacity of 1.52
GPa e módulo de 97 GPa.GPa and 97 GPa module.
[051] Exemplo 03: aproximadamente 2000g (70,0%) de PAN copolimerizado com 10,1% de estireno com Mw 158,000, teor de umidade de 0,50% e granulometria < 20 μm, foi misturada em um blender a 90oC sob agitação com 480g (16,8%) de glicerina, 150 g (5,2%) de carbonato de glicerina, 75,5 g (2,6%) de 3bromo-1,2-propanodiol, 35,5g (1,2%) de PVC NORVIC SP 700 HF[051] Example 03: approximately 2000g (70.0%) of PAN copolymerized with 10.1% styrene with Mw 158,000, moisture content of 0.50% and granulometry <20 μm, was mixed in a blender at 90 o C under stirring with 480g (16.8%) of glycerin, 150 g (5.2%) of glycerin carbonate, 75.5 g (2.6%) of 3bromo-1,2-propanediol, 35.5g ( 1.2%) PVC NORVIC SP 700 HF
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 29/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 29/41
27/32 (Braskem), 79,4 g (2,8%) de ácido fosfórico 85% e 38,7g (1,4%) de dietilenoglicol.27/32 (Braskem), 79.4 g (2.8%) of 85% phosphoric acid and 38.7 g (1.4%) of diethylene glycol.
[052] Após 20 minutos de homogeneização, a mistura foi resfriada por 1 hora. A massa obtida foi classificada em peneira e a fração passante menor que 100 pm foi separada e alimentada numa extrusora de rosca 20mm e extrudada a uma velocidade de 55 rpm, com 4 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 230oC, a segunda e terceira com 220oC e a quarta zona com 225oC compreendendo um cabeçote de furo de 3 mm de diâmetro. O extrudado foi estirado até 1,5 mm de diâmetro e cortado em péletes de 2 mm de comprimento.[052] After 20 minutes of homogenization, the mixture was cooled for 1 hour. The obtained mass was classified in a sieve and the passing fraction less than 100 pm was separated and fed into a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 55 rpm, with 4 heating zones, the first zone being 230 o C, the second and third with 220 o C and the fourth zone with 225 o C comprising a 3 mm diameter bore head. The extrudate was stretched to 1.5 mm in diameter and cut into pellets of 2 mm in length.
[053] Este péletes foram alimentados em uma extrusora de rosca 20mm e extrudados a uma velocidade de 75 rpm, com 5 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 235oC, a segunda, terceira e quarta zona com 225oC e a quinta zona compreendendo a bomba de engrenagem e a fieira com 230oC. Neste exemplo a fieira apresentou 120 furos com diâmetro de 250pm. O cabo de fibras foi desplastificado com água quente em três banhos com as respectivas temperaturas de 70oC, 80oC e 93oC, secado com velocidade de 55 m/min a 140oC em um quinteto de rolos e estirado a 155oC com velocidade 190 m/min em outro quinteto, sendo aplicado banho de ensimagem (Stantex - Pulcra Chemicals) e em seguida bobinado. As fibras obtidas neste exemplo se apresentaram de cor laranja, diâmetro de 22 pm, resistência de 21 cN/tex, umidade de 0,9% e teor de ensimagem de 0,25%.[053] These pellets were fed into a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 75 rpm, with 5 heating zones, with the first zone at 235 o C, the second, third and fourth zone at 225 o C and the fifth zone comprising the gear pump and the 230 o C. die. In this example, the die presented 120 holes with a diameter of 250pm. The fiber cable was de-plasticized with hot water in three baths with the respective temperatures of 70 o C, 80 o C and 93 o C, dried at a speed of 55 m / min at 140 o C in a quintet of rolls and stretched at 155 o C with a speed of 190 m / min in another quintet, with an ensimaging bath (Stantex - Pulcra Chemicals) being applied and then wound. The fibers obtained in this example were orange, 22 pm in diameter, 21 cN / tex strength, 0.9% moisture content and 0.25% ensimage content.
[054] O cabo de fibra com 120 filamentos foi estabilizado a 190oC por 50 minutos e aquecido a uma velocidade de 10oC/ min até 280oC. A temperatura foi mantida por 10 minutos. A fibra oxidada de cor negra foi carbonizada a 1000oC em[054] The 120-filament fiber cable was stabilized at 190 o C for 50 minutes and heated at a speed of 10 o C / min to 280 o C. The temperature was maintained for 10 minutes. The black oxidized fiber was carbonized at 1000 o C in
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 30/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 30/41
28/32 atmosfera de nitrogênio por 12 minutos. O rendimento foi de 60,5% de carbono, com diâmetro de 17 μm, tenacidade de 1,78 GPa e módulo de 112 GPa.28/32 nitrogen atmosphere for 12 minutes. The yield was 60.5% carbon, with a diameter of 17 μm, tenacity of 1.78 GPa and a module of 112 GPa.
[055] Exemplo 04: aproximadamente 2000 g (71,5%) de PAN copolimerizado com 2,4% de acrilamida e 2,5% de acrilato de metila com Mw 163,000, teor de umidade de 0,70% e granulometria < 20 μm, foi misturada em um blender a 90oC sob agitação com 310g (11,1%) de glicerina, 300 g (10,7%) de carbonato de glicerina, 40,0g (1,4%) de mistura de 60% de monoestearato de glicerila e 40% de diestearato de glicerila, 35,5g (1,3%) de PVC NORVIC SP 700 HF, 55,8g (2,0%) g de mistura contendo os ácidos 2-fosfoglicérico e ácido 3fosfoglicérico com 25% de ácido fosfórico e 57,1g (2,0%) de carbonato de propileno.[055] Example 04: approximately 2000 g (71.5%) of PAN copolymerized with 2.4% acrylamide and 2.5% methyl acrylate with Mw 163,000, moisture content of 0.70% and particle size <20 μm, it was mixed in a blender at 90 o C under agitation with 310g (11.1%) of glycerin, 300 g (10.7%) of glycerin carbonate, 40.0g (1.4%) of a mixture of 60 % glyceryl monostearate and 40% glyceryl distearate, 35.5g (1.3%) of NORVIC SP 700 HF PVC, 55.8g (2.0%) g of mixture containing 2-phosphoglyceric acids and 3-phosphoglyceric acid with 25% phosphoric acid and 57.1g (2.0%) of propylene carbonate.
[056] Após 20 minutos de homogeneização, a mistura foi resfriada por 1 hora. A massa obtida foi classificada em peneira e a fração passante menor que 100 μm foi separada e alimentada numa extrusora de rosca 20mm e extrudada a uma velocidade de 50 rpm, com 4 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 245oC, a segunda e terceira com 228oC e a quarta zona com 228oC compreendendo um cabeçote de furo de 3 mm de diâmetro. O extrudado foi estirado até 2,0 mm de diâmetro e cortado em péletes de 2 mm de comprimento.[056] After 20 minutes of homogenization, the mixture was cooled for 1 hour. The obtained mass was classified in a sieve and the passing fraction less than 100 μm was separated and fed in a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 50 rpm, with 4 heating zones, the first zone being 245 o C, the second and third with 228 o C and the fourth zone with 228 o C comprising a 3 mm diameter bore head. The extrudate was stretched to 2.0 mm in diameter and cut into pellets of 2 mm in length.
[057] Estes péletes foram alimentados em uma extrusora de rosca 20mm e extrudados a uma velocidade de 80 rpm, com 5 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 238oC, a segunda, terceira e quarta zona com 229oC e a quinta zona compreendendo a bomba de engrenagem e a fieira com 229oC. Neste exemplo a fieira apresentou 50 furos com diâmetro de 500 μm. O cabo de fibras foi desplastificado com água quente[057] These pellets were fed into a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 80 rpm, with 5 heating zones, with the first zone with 238 o C, the second, third and fourth zone with 229 o C and the fifth zone comprising the gear pump and the die with 229 o C. In this example, the die presented 50 holes with a diameter of 500 μm. The fiber cable was de-plasticized with hot water
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 31/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 31/41
29/32 em três banhos com as respectivas temperaturas de 70oC, 80oC e 93oC, secado com velocidade de 50 m/min a 140oC em um quinteto de rolos e estirado a 155oC com velocidade 200 m/min em outro quinteto, sendo aplicado banho de ensimagem (Stantex - Pulcra Chemicals) e em seguida bobinado. As fibras obtidas neste exemplo se apresentaram de cor laranja, diâmetro de 40 pm, resistência de 14 cN/tex, umidade de 0,6% e teor de ensimagem de 0,35%.29/32 in three baths with the respective temperatures of 70 o C, 80 o C and 93 o C, dried at a speed of 50 m / min at 140 o C in a quintet of rolls and stretched at 155 o C with a speed of 200 m / min in another quintet, with an ensimaging bath (Stantex - Pulcra Chemicals) being applied and then wound. The fibers obtained in this example were orange in color, 40 pm in diameter, 14 cN / tex strength, 0.6% moisture and 0.35% sizing content.
[058] O cabo de fibra com 50 filamentos foi estabilizado a 180oC por 50 minutos e aquecido a uma velocidade de 10oC/ min até 275oC. A temperatura foi mantida por 20 minutos. A fibra oxidada de cor negra foi carbonizada a 1000oC em atmosfera de nitrogênio por 12 minutos. O rendimento foi de 59,75% de carbono, com diâmetro de 26 pm, tenacidade de 1,33[058] The 50-filament fiber cable was stabilized at 180 o C for 50 minutes and heated at a speed of 10 o C / min to 275 o C. The temperature was maintained for 20 minutes. The oxidized black fiber was carbonized at 1000 o C in nitrogen atmosphere for 12 minutes. The yield was 59.75% carbon, with a diameter of 26 pm, tenacity of 1.33
GPa e módulo de 78 GPa.GPa and 78 GPa module.
[059] Exemplo 05: aproximadamente 2000 g (65,5%) de PAN copolimerizado com 4,6 % de acrilato de metila e 6,0% de estireno com Mw 121,000, teor de umidade de 0,50% e granulometria < 20 pm, foi misturada em um blender a 90oC sob agitação com 555g (18,2%) de glicerina, 280 g (9,2%) de carbonato de glicerina, 22,5g (0,7%) de 1,3-dicloro 2propanol, 72,5 g (2,4%) de mistura de 60% de monoestearato de glicerila e 40% de diestearato de glicerila, 65,5g (2,1%) de ácido fosfórico 85% e 57,1g (1,9%) de carbonato de propileno.[059] Example 05: approximately 2000 g (65.5%) of PAN copolymerized with 4.6% methyl acrylate and 6.0% styrene with Mw 121,000, moisture content of 0.50% and particle size <20 pm, was mixed in a blender at 90 o C with stirring with 555g (18.2%) of glycerin, 280 g (9.2%) of glycerin carbonate, 22.5g (0.7%) of 1.3 -dichloro 2propanol, 72.5 g (2.4%) of a 60% mixture of glyceryl monostearate and 40% of glyceryl distearate, 65.5 g (2.1%) of 85% phosphoric acid and 57.1 g ( 1.9%) of propylene carbonate.
[060] Após 30 minutos de homogeneização, a mistura foi resfriada por 1 hora. A massa obtida foi classificada em peneira e a fração passante menor que 100 pm foi separada e alimentada numa extrusora de rosca 20mm e extrudada a uma velocidade de 60 rpm, com 4 zonas de aquecimento, sendo que[060] After 30 minutes of homogenization, the mixture was cooled for 1 hour. The obtained mass was classified in a sieve and the passing fraction less than 100 pm was separated and fed in a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 60 rpm, with 4 heating zones, and
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 32/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 32/41
30/32 a primeira zona com 235oC, a segunda e terceira com 215 oC e a quarta zona com 220oC compreendendo um cabeçote de furo de 3 mm de diâmetro. O extrudado foi estirado até 2,0 mm de diâmetro e cortado em péletes de 2 mm de comprimento.30/32 the first zone at 235 o C, the second and third zone at 215 o C and the fourth zone at 220 o C comprising a 3 mm diameter bore head. The extrudate was stretched to 2.0 mm in diameter and cut into pellets of 2 mm in length.
[061] Estes péletes foram alimentados em uma extrusora de rosca 20mm e extrudados a uma velocidade de 75 rpm, com 5 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 235oC, a segunda, terceira e quarta zona com 220oC e a quinta zona compreendendo a bomba de engrenagem e a fieira com 220oC. Neste exemplo a fieira apresentou 150 furos com diâmetro de 250 pm. O cabo de fibras foi desplastificado com água quente em três banhos com as respectivas temperaturas de 70oC, 80oC e 93oC, secado com velocidade de 45 m/min a 140oC em um quinteto de rolos e estirado a 155oC com velocidade 185 m/min em outro quinteto, sendo aplicado banho de ensimagem (Stantex - Pulcra Chemicals) e em seguida bobinado. As fibras obtidas neste exemplo se apresentaram de cor amarelo claro diâmetro de 20 pm, resistência de 23 cN/tex, umidade de 0,9% e teor de ensimagem de 0,18%.[061] These pellets were fed into a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 75 rpm, with 5 heating zones, with the first zone at 235 o C, the second, third and fourth zone at 220 o C and the fifth zone comprising the gear pump and the die 220 C. in this example , the die had 150 holes with diameter of 250 pm. The fiber cable was de-plasticized with hot water in three baths with the respective temperatures of 70 o C, 80 o C and 93 o C, dried at a speed of 45 m / min at 140 o C in a quintet of rolls and stretched at 155 o C with speed 185 m / min in another quintet, with an ensimaging bath (Stantex - Pulcra Chemicals) applied and then wound. The fibers obtained in this example showed a light yellow color, diameter of 20 pm, resistance of 23 cN / tex, humidity of 0.9% and ensimagem content of 0.18%.
[062] O cabo de fibra com 150 filamentos foi estabilizado a 180oC por 70 minutos e aquecido a uma velocidade de 10oC/ min até 260oC. A temperatura foi mantida por 20 minutos. A fibra oxidada de cor negra foi carbonizada a 1000oC em atmosfera de nitrogênio por 12 minutos. O rendimento foi de 60,85% de carbono, com diâmetro de 11 pm, tenacidade de 1,68[062] The fiber cable with 150 filaments was stabilized at 180 o C for 70 minutes and heated at a speed of 10 o C / min up to 260 o C. The temperature was maintained for 20 minutes. The oxidized black fiber was carbonized at 1000 o C in nitrogen atmosphere for 12 minutes. The yield was 60.85% carbon, with a diameter of 11 pm, tenacity of 1.68
GPa e módulo de 128 GPa.GPa and 128 GPa module.
[063] Exemplo 06: aproximadamente 2000 g (70,8%) de PAN copolimerizado com 6,0 % de acetato de vinila produzido pela empresa Radicifibras com Mw 129,000, teor de umidade de 0,50% e granulometria < 20 pm, foi misturada em um blender[063] Example 06: approximately 2000 g (70.8%) of PAN copolymerized with 6.0% vinyl acetate produced by the company Radicifibras with Mw 129,000, moisture content of 0.50% and granulometry <20 pm, was mixed in a blender
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 33/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 33/41
31/32 a 90oC sob agitação com 520g (18,4%) de glicerina, 135 g (4,8%) de carbonato de glicerina, 43,8 g (1,6%) de mistura de 60% de monoestearato de glicerila e 40% de diestearato de glicerila e 63,4g (2,2%) de ácido fosfórico 85%, 25,0 g (0,9%) de cloreto de polivinilideno-co-poliacrilonitrila (PVDC-co-PAN) Mw 150,000 e 38,6g (1,4%) de dietilenoglicol.31/32 at 90 o C under stirring with 520g (18.4%) glycerin, 135 g (4.8%) glycerin carbonate, 43.8 g (1.6%) 60% monostearate mixture glycerol and 40% glyceryl distearate and 63.4 g (2.2%) of 85% phosphoric acid, 25.0 g (0.9%) of polyvinylidene-co-polyacrylonitrile chloride (PVDC-co-PAN) 150,000 Mw and 38.6g (1.4%) of diethylene glycol.
[064] Após 30 minutos de homogeneização, a mistura foi resfriada por 1 hora. A massa obtida foi classificada em peneira e a fração passante menor que 100 pm foi separada e alimentada numa extrusora de rosca 20mm e extrudada a uma velocidade de 60 rpm, com 4 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 240oC, a segunda e terceira com 222oC e a quarta zona com 225oC compreendendo um cabeçote de furo de 3 mm de diâmetro. O extrudado foi estirado até 2,0 mm de diâmetro e cortado em péletes de 2 mm de comprimento.[064] After 30 minutes of homogenization, the mixture was cooled for 1 hour. The obtained mass was classified in a sieve and the passing fraction less than 100 pm was separated and fed in a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 60 rpm, with 4 heating zones, the first zone being 240 o C, the second and third with 222 o C and the fourth zone with 225 o C comprising a 3 mm diameter bore head. The extrudate was stretched to 2.0 mm in diameter and cut into pellets of 2 mm in length.
[065] Estes péletes foram alimentados em uma extrusora de rosca 20mm e extrudados a uma velocidade de 75 rpm, com 5 zonas de aquecimento, sendo que a primeira zona com 240oC, a segunda, terceira e quarta zona com 230oC e a quinta zona compreendendo a bomba de engrenagem e a fieira com 230oC. Neste exemplo a fieira apresentou 150 furos com diâmetro de 250 pm. O cabo de fibras foi desplastificado com água quente em três banhos com as respectivas temperaturas de 70oC, 80oC e 93oC, secado com velocidade de 30 m/min a 140oC em um quinteto de rolos e estirado a 155oC com velocidade 125 m/min em outro quinteto, sendo aplicado banho de ensimagem (Stantex - Pulcra Chemicals) e em seguida bobinado. As fibras obtidas neste exemplo se apresentaram de cor amarelo claro diâmetro de 35 pm, resistência de 29 cN/tex, umidade de 0,6% e teor de ensimagem de 0,32%.[065] These pellets were fed into a 20mm screw extruder and extruded at a speed of 75 rpm, with 5 heating zones, with the first zone at 240 o C, the second, third and fourth zone at 230 o C and the fifth zone comprising the gear pump and the 230 o C. die. In this example the die presented 150 holes with a diameter of 250 pm. The fiber cable was de-plasticized with hot water in three baths with the respective temperatures of 70 o C, 80 o C and 93 o C, dried at a speed of 30 m / min at 140 o C in a quintet of rolls and stretched at 155 o C with speed 125 m / min in another quintet, with an ensimaging bath (Stantex - Pulcra Chemicals) applied and then wound. The fibers obtained in this example showed a light yellow color, diameter of 35 pm, resistance of 29 cN / tex, humidity of 0.6% and ensimagem content of 0.32%.
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 34/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 34/41
32/32 [066] O cabo de fibra com 150 filamentos foi estabilizado a 180oC por 50 minutos e aquecido a uma velocidade de 10oC/ min até 285oC. A temperatura foi mantida por 30 minutos. A fibra oxidada de cor negra foi carbonizada a 1000oC em atmosfera de nitrogênio por 10 minutos. O rendimento foi de 62,35% de carbono, com diâmetro de 26 pm, tenacidade de 1,9432/32 [066] The fiber cable with 150 filaments was stabilized at 180 o C for 50 minutes and heated at a speed of 10 o C / min to 285 o C. The temperature was maintained for 30 minutes. The oxidized black fiber was carbonized at 1000 o C in a nitrogen atmosphere for 10 minutes. The yield was 62.35% carbon, with a diameter of 26 pm, tenacity of 1.94
GPa e módulo de 187 GPa.GPa and 187 GPa module.
[067] Pelas vantagens que oferece, e ainda, por revestir-se de características verdadeiramente inovadoras que preenchem todos os requisitos de novidade e originalidade no gênero, a presente “COMPOSIÇÃO DE POLIACRILONITRILA E USO DA MESMA” reúne condições necessárias e suficientes para merecer a patente de Privilégio de Invenção.[067] Due to the advantages it offers, and also because it has truly innovative characteristics that fulfill all the requirements of novelty and originality in the genre, the present “COMPOSITION OF POLYACRYLONITRILE AND USE OF THE SAME” brings together necessary and sufficient conditions to deserve the Patent of Invention Privilege.
Petição 870180002196, de 10/01/2018, pág. 35/41Petition 870180002196, of 10/01/2018, p. 35/41
1/31/3
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BR102015025428-8A BR102015025428A2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Polyacrylonitrile composition and use thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BR102015025428-8A BR102015025428A2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Polyacrylonitrile composition and use thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR102015025428A2 true BR102015025428A2 (en) | 2018-02-14 |
Family
ID=62599335
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR102015025428-8A BR102015025428A2 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | Polyacrylonitrile composition and use thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BR102015025428A2 (en) |
-
2015
- 2015-10-05 BR BR102015025428-8A patent/BR102015025428A2/en not_active Application Discontinuation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180282535A1 (en) | Composition of polyacrylonitrile/lignin blend and use thereof in melt spinning carbon fibre precursors | |
KR101390161B1 (en) | High molecular weight poly(alpha-olefin) solutions and articles made therefrom | |
CN107118428B (en) | High-strength easily-degradable polyethylene plastic bag | |
US20110024939A1 (en) | Thermoplastic polyacrylonitrile production process | |
CN101787577B (en) | Novel method for preparing gel fiber | |
CN102743977A (en) | Preparation method of novel ultrahigh molecular weight polyethylene hollow fiber membrane | |
CN102505188B (en) | Method for preparing activated carbon fiber by using polyvinylidene chloride as matrix | |
JPH07504447A (en) | Acrylonitrile polymer compositions and products and their manufacturing methods | |
JP4912768B2 (en) | Method for producing polyoxymethylene resin fiber | |
BR102015025428A2 (en) | Polyacrylonitrile composition and use thereof | |
JP2021175843A (en) | Method for producing carbon material | |
CN103820876B (en) | The preparation method of fluorinated copolymer fiber | |
EP0144983B1 (en) | Process for preparing polyacrylonitrile articles having high tensile strength and modulus | |
US3933722A (en) | Meet extrudable polyacetylene copolymer blends | |
EP3744879B1 (en) | Method of producing carbon fiber | |
US3852235A (en) | Melt extrudable polyacetylene copolymer blends | |
CN113646472B (en) | Method for producing homogeneous solutions of polyacrylonitrile-based polymers | |
JP2014025166A (en) | Method for manufacturing polyphenylene sulfide fiber | |
CN107381533A (en) | A kind of waste polyvinyl chloride product reclaims the method for preparing porous charcoal again | |
CN102516529B (en) | Spinning-grade polyarylene ether nitrile resin, polyarylene ether nitrile fiber, and preparation methods thereof | |
CN114687066A (en) | Degradable oil absorption material and preparation method thereof | |
JPS5945762B2 (en) | Spinning method for acrylonitrile polymer | |
US20240278473A1 (en) | Material based on polytetrafluoroethylene and process for preparing the same | |
CN102601883B (en) | Post-treatment method for polysulfone resin prepared by solution method | |
JP2010144267A (en) | Method for producing polyphenylene sulfide fiber |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B03A | Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention | ||
B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according art. 34 industrial property law | ||
B06V | Preliminary requirement: requests without searches performed by other patent offices: suspension of the patent application procedure | ||
B11B | Dismissal acc. art. 36, par 1 of ipl - no reply within 90 days to fullfil the necessary requirements |