BR112014009601B1 - Processo para a preparação de granulados de poliamida e utilização do processo - Google Patents
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Abstract
processo para a preparação de granulados de poliamida e utilização do processo a presente invenção diz respeito a um processo de fabrico de granulados de poliamida. este processo compreende, em particular, etapas de extrusão do polímero, de refrigeração e de corte do material extrudado, assim como uma etapa de refrigeração dos granulados. o processo da invenção é simples e de execução rápida.
Description
[001] A presente invenção diz respeito a um processo de fabrico de granulados de poliamida. Este processo compreende, em particular, etapas de extrusão do polímero, de refrigeração com um líquido contendo água, de corte do material extrudado, assim como uma etapa de refrigeração dos granulados. O processo da invenção é simples e de execução rápida.
[002] As poliamidas são polímeros de um importante interesse industrial e comercial. As poliamidas termoplásticas são obtidas ou por reação entre dois monômeros diferentes, ou por policondensação de um único monômero. A invenção se aplica, por um lado, às poliamidas provenientes de dois monômeros diferentes, sendo que a poliamida mais importante é a poli(hexametileno-adipamida). A invenção se aplica, por outro lado, às poliamidas provenientes de um único monômero, sendo que a poliamida mais importante é o policaprolactame.
[003] A fabricação de polímeros do tipo poliamida é realizada principalmente por policondensação, a partir dos monômeros, geralmente por aquecimento a uma temperatura e pressão elevadas, de uma solução aquosa dos monômeros.
[004] As poliamidas assim fabricadas, principalmente sob a forma fundida, são em seguida postas geralmente sob a forma de granulados.
[005] Esses granulados são de seguida utilizados em um grande número de aplicações, em especial para a produção de fios, fibras ou filamentos, ou para formatar artigos por moldagem, injeção, extrusão. Podem ser, em especial, usados no domínio dos plásticos técnicos, geralmente após uma etapa de formulação.
[006] Estes granulados devem apresentar um teor de água relativamente baixo, que varia, consoante as aplicações e as caraterísticas da poliamida (peso molecular, etc.). Com efeito, uma quantidade de água demasiado grande presente na poliamida pode provocar, por ocasião de uma refusão, por exemplo, uma diminuição do peso molecular. Esta diminuição do peso molecular pode conduzir a uma degradação das propriedades mecânicas dos artigos finais à base de poliamida, a uma degradação das suas propriedades de utilização, tais como o aspeto de superfície, ou a uma diminuição dos desempenhos dos processos de transformação, tais como a fiação (quebras, etc.).
[007] Ora, os granulados de poliamida são obtidos principalmente por extrusão da poliamida no estado fundido, esfriamento e corte do material extrudado sob a forma de granulados, utilizando-se geralmente a água como meio de refrigeração. Muitas vezes é necessária, portanto, uma etapa posterior de secagem dos granulados, a fim de se obterem granulados possuindo um baixo teor de água.
[008] Esta etapa de secagem é realizada geralmente em secadores, tais como torres de secagem, tremonhas, secadores rotativos, durante várias horas, a uma temperatura elevada, geralmente superior a 80 °C. Estas condições exigem muitas vezes que a secagem e o acondicionamento sejam realizados em um meio isento de oxigênio, com o auxílio de um gás inerte, para evitar o amarelecimento dos granulados associado à oxidação da poliamida pelo oxigênio do ar, fenômeno bem conhecido. Preferencialmente, este gás é seco previamente. Estas condições de secagem, delicadas e restritivas, representam um custo não desprezável na fabricação da poliamida.
[009] Por outro lado, quando se obtém uma poliamida em estado fundido que apresenta odores e possuindo já um teor de água relativamente baixo, procura-se também manter este teor de água baixo durante a preparação dos granulados a partir desta poliamida, a fim de se obter um granulado de poliamida final possuindo um baixo teor de água.
[010] Para este efeito, e a fim de remediar os inconvenientes mencionados anteriormente, a invenção propõe um processo para a preparação de granulados de poliamida, compreendendo as etapas seguintes: a) extrudar a poliamida em estado fundido, b) esfriar o material obtido, com o auxílio de um líquido de refrigeração contendo água, c) cortar o material sob a forma de granulados, d) separar o líquido de refrigeração do material, e) esfriar os granulados separados do líquido de refrigeração até se alcançar uma temperatura média dos granulados inferior ou igual a 55 °C, - sendo a etapa c) de corte realizada durante a etapa b), depois da etapa b) e antes da etapa de separação d), ou depois da etapa de separação d), - sendo a duração do contato entre o material extrudado e o líquido de refrigeração inferior ou igual a 10 segundos, e - sendo a duração da etapa e) inferior ou igual a 10 minutos.
[011] Este processo é simples e rápido, não necessita de aquecimento dos granulados, nem da secagem em meio inerte. Por conseguinte, é econômico, permite uma pequena despesa energética e dá acesso a uma poliamida de qualidade compatível com as suas aplicações.
[012] Assim, e vantajosamente, o processo para a preparação de granulados de poliamida de acordo com a invenção não compreende qualquer etapa de secagem dos granulados de poliamida em meio de gás inerte. Vantajosamente, o processo para a preparação de granulados de poliamida de acordo com a invenção não compreende qualquer etapa de aquecimento dos granulados de poliamida. Preferencialmente, o processo para a preparação de granulados de poliamida de acordo com a invenção não compreende nem uma etapa de secagem dos granulados de poliamida em meio de gás inerte, nem uma etapa de aquecimento dos granulados de poliamida.
[013] Os granulados obtidos pelo processo da invenção podem apresentar diversas formas. Podem ter, por exemplo, a forma cilíndrica, esférica, elíptica, etc.
[014] A poliamida da invenção pode ser uma mistura ou uma liga de poliamidas, ou uma copoliamida.
[015] A poliamida é selecionada, preferencialmente, entre a poliamida 6, a poliamida 11, a poliamida 12, a poliamida 4-6, a poliamida 5-6, a poliamida 6-6, a poliamida 6-10, a poliamida 6-12, a poliamida 9T, a poliamida 10T, e os seus copolímeros. Pode tratar-se igualmente de copolímeros compreendendo motivos provenientes da utilização de monômeros diácido do tipo ácido isoftálico ou tereftálico, ou então monômeros de diamina do tipo metaxilileno-diamina ou paraxilileno-diamina. Podem citar-se como exemplos os motivos 4T, 6T, 6I, MXD6, PXD6, etc.
[016] De acordo com um modo particularmente vantajoso da invenção, é preferida a poliamida 6-6.
[017] A poliamida pode estar na forma de uma composição à base de poliamida como matriz e compreendendo aditivos, tais como surfactantes, agentes nucleadores, como o talco, plastificantes, etc. Estes aditivos são conhecidos dos peritos na técnica.
[018] A composição pode compreender igualmente outros compostos, tais como cargas de reforço, como as fibras de vidro, agentes de mateação como o dióxido de titânio ou o sulfureto de zinco, pigmentos, corantes, estabilizadores do calor ou da luz, agentes bioativos, agentes antinódoas, agentes antiestáticos, agentes ignífugos, etc. Esta lista não tem qualquer caráter exaustivo.
[019] A etapa a), que consiste em extrudar a poliamida no estado fundido, é realizada de uma forma clássica, nomeadamente através de uma fieira. Este método é conhecido dos peritos na técnica.
[020] A fieira é colocada geralmente à saída do reator de polimerização, ou à saída de uma linha de transferência alimentada por poliamida fundida, com o auxílio de uma bomba, ou à saída de um dispositivo de malaxagem capaz de criar uma pressão superior à pressão atmosférica, geralmente uma extrusora.
[021] À saída da fieira obtém-se um material geralmente sob a forma de cordões ou de fitas, ou diretamente sob a forma de granulados no caso, por exemplo, de um corte em cabeça embutida, como será explicado mais adiante na descrição.
[022] O débito de extrusão da poliamida está geralmente compreendido entre 500 e 15000 kg/h.
[023] A etapa b) consiste em esfriar o material obtido após a extrusão, por contato com um líquido que contém água.
[024] A refrigeração do material permite nomeadamente solidificar este último, pelo menos superficialmente.
[025] O líquido de refrigeração, contendo água, não é um solvente do polímero, ou é um solvente fraco do mesmo. Pode, por exemplo, compreender um álcool, tal como o etanol, o isopropanol, o butanol.
[026] O líquido de refrigeração pode compreender igualmente aditivos, tais como bactericidas, antitártaro, etc.
[027] O líquido de refrigeração, preferencialmente a água, está a uma temperatura, durante a etapa b), compreendida vantajosamente na faixa de 5 a 95 °C, preferencialmente na faixa de 10 a 80 °C.
[028] Os dispositivos de refrigeração convenientes para uma tal etapa são conhecidos dos peritos na técnica.
[029] Este dispositivo de refrigeração pode consistir em um dispositivo de pulverização de água situado na proximidade do dispositivo da placa da fieira. Pode tratar-se também de um banho ou de uma corrente de água situada na vizinhança, ou em contato, com o dispositivo da placa da fieira em que o material extrudado é introduzido. Pode ser também empregue um dispositivo de escoamento de água.
[030] De acordo com um modo particular de realização do processo da invenção, o material assim arrefecido é em seguida cortado sob a forma de granulados de acordo com a etapa c) do processo da invenção e antes da etapa d) de separação do líquido de refrigeração e do material. Esta etapa de corte pode intervir igualmente durante a etapa b) de refrigeração, ou depois da etapa d) de separação do líquido de refrigeração e do material.
[031] Os dispositivos de corte convenientes para esta etapa c) são conhecidos dos peritos na técnica. O dispositivo de corte pode ser um sistema de fresa com dentes; pode tratar-se igualmente de um sistema que compreende lâminas e um porta-lâminas. O dispositivo compreende geralmente um motor para acionar a fresa ou o porta-lâminas. Habitualmente o dispositivo de corte é rotativo.
[032] O processo da invenção compreende, portanto, uma etapa d) de separação do líquido de refrigeração e do material polimérico. Esta etapa permite eliminar a maior parte do líquido de refrigeração.
[033] De acordo com um primeiro modo de realização particular do processo da invenção, a etapa c) de corte é realizada depois da etapa b) e antes da etapa d) de separação do líquido de refrigeração e do material. Por "depois da etapa b)" deverá entender-se que a etapa b) já foi começada quando a etapa c) é realizada. Neste caso, o líquido de refrigeração, geralmente a água, é separado do material de poliamida quando se encontra na forma de granulados, ou seja, depois da etapa de corte c). A separação pode ser realizada, por exemplo, com o auxílio de uma centrifugadora que separa a água e os granulados, ou com o auxílio de um dispositivo de ciclone, ou de qualquer outro dispositivo que utilize a força centrífuga. A separação pode ser realizada também com o auxílio de um dispositivo alimentado a ar, que assegura, ao mesmo tempo, o transporte dos granulados e a expulsão da água através de grelhas, por exemplo, um dispositivo de tipo Aero®, comercializado pela sociedade Automatik Plastics Machinery.
[034] Convém notar que, neste primeiro modo, os granulados estão em contato com o líquido de refrigeração até ao fim da etapa d) de separação do líquido de refrigeração e dos granulados. O esfriamento efetivo dos granulados estende-se, pois, desde a etapa b) até à etapa d), passando pela etapa c).
[035] De acordo com um segundo modo de realização particular do processo da invenção, a etapa c) de corte é realizada depois da etapa d) de separação do líquido de refrigeração e do material.
[036] Neste caso, o líquido de refrigeração, geralmente a água, é separado dos cordões ou das fitas de polímero, e em seguida os cordões ou fitas são cortados "a seco". A separação pode ser realizada, por exemplo, por saída dos cordões ou fitas do banho, por meio de um dispositivo de arrastamento. O líquido de refrigeração pode ser eliminado utilizando-se a gravidade, ou aspirando o líquido através de uma grelha ou de qualquer outro dispositivo com aberturas, sobre os quais circulam os cordões ou fitas. Estes dispositivos são conhecidos dos peritos na técnica.
[037] Convém notar que, neste segundo modo, o material de poliamida está em contato com o líquido de refrigeração até ao fim da etapa d) de separação do líquido de refrigeração e do material. O esfriamento efetivo do material tem lugar, por conseguinte, no decurso das etapas b) e d).
[038] De acordo com um terceiro modo de realização particular do processo da invenção, as etapas b) e c) arrancam simultaneamente.
[039] De acordo com este modo de realização, as etapas b) e c) são realizadas vantajosamente com o auxílio de um dispositivo de corte disposto imediatamente à saída da fieira. Um tal dispositivo de granulação é conhecido dos peritos na técnica. Este compreende pelo menos um dispositivo de corte, que está em frente da placa da fieira através da qual o polímero é extrudado, e um dispositivo de refrigeração. O dispositivo de corte compreende geralmente lâminas, um porta-lâminas e um motor para acionar o porta- lâminas. Habitualmente, o porta-lâminas é rotativo. O dispositivo de refrigeração pode consistir em um dispositivo de pulverização ou de circulação do líquido de refrigeração, situado na proximidade do dispositivo da placa de fieira. É o caso dos granuladores de "corte à cabeça" conhecidos dos peritos na técnica. O dispositivo de corte e a placa de fieira podem estar também dispostos em uma câmara cheia com o líquido de refrigeração, e neste caso trata-se de um granulador de "corte à cabeça embutida". Nesta câmara cheia com o líquido de refrigeração, o líquido de refrigeração geralmente está em circulação e assegura a refrigeração e o transporte dos granulados de poliamida, formados ao nível do dispositivo de corte, para um separador, onde é realizada a etapa d). A separação pode ser realizada com o auxílio de uma centrifugadora, que separa o líquido de refrigeração e os granulados, ou, por exemplo, com o auxílio de um dispositivo de ciclone. Tais dispositivos de granuladores de "corte à cabeça embutida" são descritos, por exemplo, na patente americana US 5 059 103.
[040] De acordo com um outro modo de realização particular do processo da invenção, as etapas b) a d) do processo são realizadas sobre uma plataforma de granulação, que compreende geralmente um dispositivo de guiamento e de refrigeração do material extrudado, um dispositivo de corte e um dispositivo de transferência para um dispositivo de separação. Estas plataformas de granulação são conhecidas dos peritos na técnica. O dispositivo de guiamento pode ser horizontal, vertical ou inclinado segundo um ângulo que varia entre 0 e 90° em relação à horizontal.
[041] A duração do contato entre o material polimérico e o líquido de refrigeração, de acordo com o processo da invenção, é inferior a 10 segundos, preferencialmente inferior a 8 segundos, e vantajosamente inferior ou igual a 6 segundos. Esta duração de contato entre o material polimérico e o líquido de refrigeração é suficiente para solidificar o material, pelo menos superficialmente, e é otimizada para minimizar a quantidade de água absorvida à superfície do material, permitindo ao mesmo tempo atingir uma temperatura antes da etapa e) tal que a eliminação por evaporação da água presente à superfície do granulado é facilitada.
[042] Por "duração do contato entre o material e o líquido de refrigeração" deverá entender-se que se trata da soma dos tempos de contato entre o material polimérico e o líquido de refrigeração correspondente a cada uma das etapas no decurso das quais o material e o liquido de refrigeração estão em contato. Por outras palavras, esta duração inclui a etapa b) e a etapa d) e, se for o caso, a etapa c) quando esta última é realizada no decurso da etapa b) ou entre a etapa b) e a etapa d).
[043] Estes tempos de contato são equivalentes ao tempo de permanência do material polimérico em cada uma das etapas, e podem ser facilmente medidos por técnicas conhecidas dos peritos na técnica, ou calculados a partir de débitos volúmicos de material e de líquido de refrigeração, e da geometria das diferentes condutas, canais, etc., nas quais se efetuam os escoamentos.
[044] O processo da invenção compreende uma etapa e) de refrigeração dos granulados separados do líquido de refrigeração, até se alcançar uma temperatura média dos granulados inferior ou igual a 55 °C, preferencialmente inferior ou igual a 45 °C.
[045] Entende-se por "temperatura média dos granulados" a temperatura atingida pelos granulados quando estes são colocados em um recipiente isolado termicamente durante um certo período de uniformização. Por exemplo, na prática, uma amostra de granulados é introduzida em um recipiente isolado termicamente, de tipo Dewar, e a temperatura no seio do leito de granulados é medida após um período de uniformização de alguns minutos. Pode fazer-se referência aos exemplos da invenção para mais detalhes sobre este método de medição.
[046] A temperatura média dos granulados antes da etapa e) está vantajosamente compreendida entre 60 e 150 °C, preferencialmente compreendida entre 70 e 130 °C e ainda mais preferencialmente entre 70 e 120 °C. De acordo com o processo da invenção, os granulados estão, pois, de preferência, a uma temperatura relativamente elevada antes da etapa e), o que favorece a eliminação por evaporação da água presente à superfície do granulado. Com efeito, abaixo de 60 °C os granulados não possuem energia térmica interna suficiente para se poder eliminar corretamente a água da superfície. Acima dos 150 °C as reações de degradação termo-oxidante são muito rápidas, criando assim um risco de amarelecimento demasiado alto.
[047] Qualquer dispositivo de refrigeração de um material sólido pode ser usado no escopo da invenção, com a condição de ele assegurar um esfriamento suficientemente rápido (em 10 minutos ou menos) dos granulados, até uma temperatura média dos granulados inferior ou igual a 55 °C, e que este dispositivo de refrigeração não coloque em contato o material de poliamida com uma fase líquida contendo água.
[048] É importante que a etapa e) permita esfriar pelo menos até uma temperatura média dos granulados inferior a 55 °C, porque se os granulados forem recuperados a uma temperatura superior, então o risco de amarelecimento no decurso das operações posteriores de estocagem e de transporte, aumenta consideravelmente.
[049] É igualmente necessário que a refrigeração seja rápida (em 10 minutos ou menos), para evitar um amarelecimento demasiado intenso durante a refrigeração e a armazenagem posterior, e também para limitar a reabsorção de umidade quando os granulados são postos em contato com um gás (o ar ambiente, por exemplo) não seco.
[050] Segundo um primeiro modo de realização da etapa e) do processo, a referida etapa e) é realizada por tratamento dos granulados com um gás a uma temperatura compreendida entre 0 e 40 °C.
[051] Qualquer dispositivo de tratamento de um material sólido com um gás, conhecido dos peritos na técnica, pode ser utilizado para realizar o tratamento da etapa e). Pode tratar-se de um dispositivo de projeção de gás sobre um sólido. Geralmente é realizada uma agitação dos granulados; esta pode ou ser induzida pelo próprio gás, ou ser produzida com o auxílio de um dispositivo de agitação. Esta agitação permite uma boa eficácia e uma boa homogeneidade da refrigeração dos granulados.
[052] O gás do tratamento da etapa e) é vantajosamente o ar, em particular o ar ambiente. Entende-se por ar ambiente, no sentido da invenção, que o ar não sofreu qualquer tratamento de aquecimento ou de refrigeração, nem qualquer secagem nem tratamento para o desembaraçar do oxigênio que contém. Isto representa também uma vantagem do processo da invenção. Com efeito, é sabido que a poliamida amarelece quando é submetida a temperaturas elevadas durante um longo período, o que é problemático. Assim, nos processos de secagem da técnica anterior, que utilizam temperaturas elevadas e grandes durações, a secagem é realizada geralmente em uma atmosfera isenta de oxigênio, com o auxílio de um gás inerte, para evitar este problema de amarelecimento. Ora, no processo da invenção, a refrigeração da etapa e) é rápida e é realizada a temperaturas baixas; não é pois necessário realizar a refrigeração em atmosfera inerte, o que simplifica enormemente o processo. Além disso, e ao contrário dos processos da técnica anterior, não é necessário que o gás seja condicionado; por exemplo, não tem que ser seco, refrigerado, reaquecido ou desembaraçado do oxigênio que contém.
[053] Assim, uma das vantagens do processo da invenção é o fato de esta etapa e) não necessitar de aquecimento, ou necessitar apenas de fraco aquecimento, ao contrário dos processos da técnica anterior.
[054] De acordo com um primeiro modo de realização da etapa e) por tratamento com um gás, o mesmo é realizado em um leito fluidizado ou um leito borbulhante, preferencialmente um leito fluidizado. Estes dispositivos são conhecidos dos peritos na técnica.
[055] Segundo um outro modo de realização da etapa e) por tratamento com um gás, esta etapa é realizada com o auxílio de um dispositivo transportador equipado com um sistema de refrigeração direta por injeção de ar. Pode tratar-se de um transportador helicoidal vibrador, ou seja, um transportador vibrador compreendendo pelo menos uma espira, que forma um canal helicoidal, e um meio de refrigeração por injeção direta de ar sobre os granulados. Este tipo de transportador vibrador é conhecido dos peritos na técnica.
[056] Podem ser concebidos outros modos de realização da etapa e) por tratamento com um gás. Os peritos na técnica saberão encontrar facilmente meios equivalentes utilizáveis para a realização de esta etapa.
[057] De acordo com um segundo modo de realização da etapa e) do processo, a referida etapa e) é realizada por colocação em contato dos granulados com uma superfície cuja temperatura está compreendida na faixa de 5 a 35 °C.
[058] Em este segundo modo, a umidade que sai dos granulados para passar à fase gasosa é eliminada vantajosamente, por exemplo, por convecção natural; por outras palavras, a atmosfera por cima dos granulados é vantajosamente uma atmosfera "aberta" e não "fechada", ou seja, um refrigerador por ar livre, por exemplo.
[059] De acordo com este modo de realização, a etapa e) é realizada com o auxílio de um transportador, por exemplo, um transportador helicoidal vibrador, equipado com um sistema de refrigeração indireta por invólucro duplo, no qual circula um fluido de refrigeração a uma temperatura compreendida na faixa de 5 a 35 °C.
[060] No caso particular em que o dispositivo de refrigeração dos granulados é um transportador vertical vibrador, ou seja, um transportador vibrador compreendendo pelo menos uma espira que forma um canal helicoidal, sendo que uma parte, pelo menos, da parede metálica deste canal em contato com os granulados é uma parede equipada com um invólucro duplo no qual circula um fluido de refrigeração a uma temperatura compreendida na faixa de 5 a 35 °C. Este tipo de transportador é conhecido dos peritos na técnica.
[061] Podem ser utilizados outros tipos de transportadores para se colocarem em contato os granulados com uma superfície cuja temperatura está compreendida na faixa de 5 a 35 °C. Poderão ser referidos, por exemplo, transportadores de parafuso de Arquimedes. A geometria do transportador pode variar em larga medida, sendo preferido o transportador helicoidal vibrador.
[062] A duração da etapa e) de refrigeração é inferior a 10 minutos, preferivelmente inferior a 5 minutos. Isto representa uma outra vantagem do processo da invenção, que utiliza uma etapa de refrigeração muito curta, da ordem de algumas dezenas de segundos, contrariamente aos processos da técnica anterior, que necessitam de uma secagem que, frequentemente,é de várias horas. No modo descrito anteriormente, em que a refrigeração é realizada com o auxílio de um leito fluidizado, a duração da etapa e) é mesmo vantajosamente inferior a 2 minutos.
[063] O processo da invenção compreende diversos dispositivos: dispositivos de extrusão, de refrigeração, de corte, de separação, etc. Podem ser utilizados meios de guiamento e de transporte do material extrudado e dos granulados, incluídos em estes diferentes dispositivos e entre os mesmos. Trata-se de meios conhecidos dos peritos na técnica. Podem ser usadas, por exemplo, bandas transportadoras, guias de cordões/fitas com ou sem ranhuras. Os granulados podem ser transportados com o auxílio de um líquido, tal como a água, etc.
[064] É possível, evidentemente, realizar tratamentos suplementares dos granulados a jusante do refrigerador, como por exemplo, operações de crivagem, de mistura, tratamentos de revestimento da superfície, etc.
[065] O processo da invenção pode ser contínuo ou descontínuo.
[066] Depois da etapa e), os granulados apresentam vantajosamente uma taxa de umidade compreendida entre 0,1 e 0,4% em massa de água (em relação à massa de granulados).
[067] É a combinação das etapas do processo da invenção que permite obter as caraterísticas de umidade acima citadas e, deste modo, em particular, fornecer granulados de poliamida adaptados para a fabricação de formulações destinadas à injeção/moldagem de forma simples e rápida, utilizando condições muito suaves que limitam o risco de degradação da poliamida (ausência de amarelecimento e conservação das propriedades mecânicas).
[068] É por esta razão que a presente invenção tem também em vista a utilização do processo da invenção para a preparação de granulados que possuem uma taxa de umidade compreendida na faixa de 0,1 a 0,4% em massa de água (em relação à massa de granulados).
[069] A referida utilização está particularmente adaptada, de forma vantajosa, à preparação de granulados de poliamida possuindo uma massa média de granulados compreendida entre 1,0 e 5,0 g para 100 granulados, de preferência compreendida entre 1,5 e 4,0 g para 100 granulados.
[070] Os granulados assim obtidos podem ser de seguida estocados ou transportados para serem utilizados em um grande número de aplicações, em especial para a produção de fios, fibras ou filamentos, ou para formatar artigos por moldagem, injeção, extrusão. Podem ser utilizados, nomeadamente, no domínio dos plásticos técnicos. Em estas aplicações são geralmente fundidos e depois formatados.
[071] Outros detalhes ou vantagens da invenção são mais claramente explicitados mediante os exemplos apresentados de seguida.
[072] Um recipiente isolado termicamente, de tipo Dewar, de 500 mL de volume, é cheio com os granulados dos quais se pretende determinar a temperatura média. Em seguida é introduzida no centro do leito de granulados uma sonda de temperatura de tipo termopar. A temperatura é lida depois de um período de uniformização de 3 minutos. O recipiente Dewar é esvaziado, e o processo de medição é repetido imediatamente. O resultado que prevalece é o da segunda determinação.
[073] A concentração de água nos granulados é determinada por titulação Karl Fischer, por meio de uma estufa de tipo Metrohm KF 768 ou equivalente, e de um coulômetro de tipo Metrohm KF 756 ou equivalente, de acordo com a norma ISO 15512, 2aedição (2008-05-15).
[074] O índice de viscosidade da poliamida 66 é medido a uma concentração de 0,005 g.mL-1, em solução em ácido fórmico a 90% em massa, de acordo com a norma ISO 397. O resultado é expresso em mL.g-1.
[075] A massa média de granulados é determinada por pesagem simples de 100 granulados, por meio de uma balança de precisão. O resultado é expresso em grama por 100 granulados, arredondado ao múltiplo de 0,05 mais próximo.
[076] A cor dos granulados de polímero é determinada por meio de um "cromâmetro" Konica Minolta CR-310 ou equivalente, por medição com o iluminante C dos componentes tricromáticos Yxy de um leito de granulados, a partir dos quais o índice de amarelo pode ser calculado. O limite máximo aceitável corresponde a um valor do índice de amarelo de +1.
[077] Uma solução aquosa a 52% em massa de Sal N (mistura equimolar de hexametilenodiamina e de ácido adípico) é carregada em um evaporador com 0,39% em peso de uma solução aquosa de hexametilenodiamina a 32,4% em peso, 0,10% em peso de uma solução aquosa de ácido acético a 75% em peso, 0,009% em peso de uma solução aquosa de hipofosfito de sódio monoidrato a 15% em peso, e 9 ppm de antiespuma (composição de silicone). A mistura é concentrada no evaporador até uma concentração de 87% em peso. Esta solução concentrada é de seguida transferida para uma autoclave. A autoclave é aquecida de forma a se obter uma pressão autogênea de 1,85 MPa, em seguida, sob uma pressão mantida a 1,85 MPa, sendo evacuada continuamente do meio reativo água sob a forma de vapor, por meio de uma válvula de regulação. Quando a temperatura do meio reativo atinge 245 °C, a pressão é reduzida gradualmente até à pressão atmosférica. Durante esta fase de descompressão o aquecimento é mantido e a temperatura da massa continua a aumentar. O reator é de seguida mantido sob pressão atmosférica durante 18 minutos (fase de acabamento); a temperatura atingida pela massa reativa no final desta etapa é de 276 °C. O reator é de seguida colocado sob uma pressão de nitrogênio compreendida na faixa de 0,40 a 0,45 MPa, para permitir a extrusão do polímero.
[078] O polímero fundido contido na autoclave é extrudado sob a forma de cordões através de uma fieira compreendendo 66 orifícios, com um débito de 1,3 kg por minuto e por cordão (etapa a)). Os cordões de polímero fundido que abandonam a fieira são recebidos por uma plataforma de granulação, onde são realizadas as operações sucessivas seguintes: - Transporte dos cordões sobre uma zona de guiamento recoberta com uma película de água (etapa b)); esta água é alimentada a uma temperatura de 15 °C por uma fenda situada na extremidade da zona, e também por vários tubos equipados com bicos de pulverização, situados por cima da zona. O comprimento percorrido pelos cordões na zona é de 1,40 m. - Alimentação dos cordões parcialmente esfriados para um bloco de corte (tipo: USG600, da sociedade Automatik Plastics Machinery) compreendendo um dispositivo de arrastamento dos cordões, assegurando uma velocidade de chamada dos cordões de 180 m.min-1, e um dispositivo de corte por meio de uma fresa e de uma contra-lâmina. Os cordões são cortados no dispositivo de corte (etapa c)) e os granulados resultantes são arrastados pela água. - Transporte dos granulados em mistura com a água, em uma conduta de comprimento igual a 5 m (continuação da etapa b)); o tempo de passagem dos granulados em esta conduta é de 4 s. - Separação dos granulados da água de refrigeração (etapa d)), em um dispositivo de impacto alimentado por ar, permitindo o transporte dos granulados ao longo de um canal curvilíneo, ao mesmo tempo que a eliminação da água através de várias grelhas (dispositivo do tipo GT 800/2, da sociedade Automatik Plastics Machinery). O ar utilizado para esta separação é o ar ambiente recolhido na instalação, à temperatura de 20 °C e com um débito de 7800 m3.h-1. O tempo de permanência dos granulados no dispositivo separador é da ordem de 1 s.
[079] O débito total da água de refrigeração utilizada na plataforma é de 20 m3.h-1. A temperatura da água à saída da plataforma é de 45 °C.
[080] A duração do contato entre o material extrudado e o líquido de refrigeração (etapas b+c+d) é igual a 6 segundos.
[081] Os granulados que abandonam o separador alimentam diretamente um dispositivo refrigerador de tipo leito fluidizado (etapa e)) (comercializado pela sociedade Comessa). Este refrigerador compreende uma soleira de 0,8 m de largura e de 4 m de comprimento, perfurada com orifícios, através dos quais é injetado ar ambiente recolhido no exterior da instalação (débito 18 000 m3.h-1; temperatura 20 °C; umidade relativa 60%). O tempo de permanência dos granulados no refrigerador é de 25 s.
[082] À saída do refrigerador os granulados passam sobre um crivo, de seguida são enviados para um silo de estocagem por meio de um dispositivo de transporte pneumático.
[083] Durante a operação de granulação, a temperatura e a taxa de umidade dos granulados são medidos em várias amostras, recolhidas à saída do separador (que corresponde à entrada do refrigerador), ou à saída do refrigerador. Os resultados obtidos estão resumidos na Tabela 1.
[084] Outras caraterísticas (índice de viscosidade, massa média de granulados e índice de amarelo) são medidas em uma amostra média, recolhida à saída do refrigerador. O índice de amarelo é determinado também em uma amostra representativa do lote de poliamida fabricada, recolhida à saída do silo após 48 h de estocagem. Os resultados correspondentes estão reunidos na Tabela 2.
[085] É preparada uma poliamida 66 de acordo com um processo idêntico ao do exemplo 1, com as diferenças seguintes: - Não são carregadas no evaporador senão a solução aquosa de Sal N a 52% em massa, e o antiespuma, à taxa de 9 ppm, - A duração da etapa de acabamento à pressão atmosférica é de 23 minutos (em vez de 18 minutos), - Depois da etapa de acabamento, o reator é colocado sob uma pressão de nitrogênio compreendida entre 0,65 e 0,70 MPa (em vez de 0,40-0,45 MPa).
[086] O polímero é de seguida extrudado, granulado e refrigerado de acordo com um processo idêntico ao do exemplo 1, com a diferença de o comprimento da conduta na qual se realiza o transporte dos granulados em mistura com a água, à saída do bloco de corte, ser de 3 m em vez de 5 m. Assim, o tempo de passagem dos granulados nesta conduta é de 3 segundos, em vez de 4 segundos.
[087] A duração do contato entre o material extrudado e o líquido de refrigeração (etapas b+c+d) é igual a 5 segundos.
[088] A temperatura e a taxa de umidade dos granulados, medidas durante a operação de granulação, estão resumidas na Tabela 1. O índice de viscosidade, a massa média dos granulados e o índice de amarelo, medidos em uma amostra média recolhida à saída do refrigerador, são apresentados na Tabela 2. O índice de amarelo, determinado em uma amostra representativa do lote de poliamida fabricada, recolhida à saída do silo após 48 h de estocagem, está igualmente reportado na Tabela 2.
[089] Uma solução aquosa a 62% em massa de Sal N (mistura equimolar de hexametilenodiamina e de ácido adípico) é carregada em um evaporador com 40 ppm de uma emulsão aquosa de antiespuma (composição de silicone a 20% de produto ativo). A mistura é concentrada no evaporador até uma concentração de 85 % em peso. Esta solução concentrada é de seguida transferida para uma autoclave. A autoclave é aquecida de forma a se obter uma pressão autogênea de 1,85 MPa, em seguida, sob uma pressão mantida a 1,85 MPa, sendo evacuada continuamente do meio reativo água sob a forma de vapor, por meio de uma válvula de regulação. Quando a temperatura do meio reativo atinge 245 °C, a pressão é reduzida gradualmente até à pressão atmosférica. Durante esta fase de descompressão o aquecimento é mantido e a temperatura da massa continua a aumentar. O reator é de seguida mantido à pressão atmosférica durante 19 minutos (fase de acabamento); a temperatura atingida pela massa reativa no final desta etapa é de 276 °C. O reator é de seguida colocado sob uma pressão de nitrogênio compreendida na faixa de 0,50 a 0,55 MPa, para permitir a extrusão do polímero.
[090] O polímero fundido contido na autoclave é extrudado sob a forma de cordões através de uma fieira compreendendo 60 orifícios, a um débito de 1,6 kg por minuto e por cordão. Os cordões de polímero fundido que abandonam a fieira são recebidos por uma plataforma de granulação, onde são realizadas as operações sucessivas seguintes: - Transporte dos cordões sobre uma zona de guiamento recoberta com uma película de água; esta água é alimentada a uma temperatura de 17 °C por uma fenda situada na extremidade da zona, e também por vários tubos equipados com bicos de pulverização, situados por cima da zona. O comprimento percorrido pelos cordões na zona é de 3 m. - Alimentação dos cordões parcialmente esfriados para um bloco de corte (tipo: USG600, da sociedade Automatik Plastics Machinery) compreendendo um dispositivo de arrastamento dos cordões, assegurando uma velocidade de chamada dos cordões de 180 m.min-1, e um dispositivo de corte por meio de uma fresa e de uma contra-lâmina. Os cordões são cortados no dispositivo de corte e os granulados resultantes são arrastados pela água. - Transporte dos granulados em mistura com a água, em uma conduta de comprimento igual a 14 m; o tempo de passagem dos granulados em esta conduta é de cerca de 11 s. - Separação dos granulados da água de refrigeração, em um dispositivo de impacto alimentado por ar, permitindo o transporte dos granulados ao longo de um canal curvilíneo, ao mesmo tempo que a eliminação da água através de várias grelhas (dispositivo do tipo GT 800/2, da sociedade Automatik Plastics Machinery). O ar utilizado é o ar ambiente recolhido na instalação, à temperatura de 20 °C e com um débito de 8000 m3.h- 1. O tempo de permanência dos granulados no dispositivo separador é da ordem de 1 s.
[091] O débito total da água de refrigeração utilizada na plataforma é de 37 m3.h-1. A temperatura da água à saída da plataforma é de 35 °C.
[092] Os granulados que abandonam o separador não são submetidos a qualquer tratamento complementar de refrigeração.
[093] A duração do contato entre o material extrudado e o líquido de refrigeração (etapas b+c+d) é igual a 14 segundos.
[094] À saída do refrigerador os granulados passam sobre um crivo, de seguida são enviados para um silo de estocagem por meio de um dispositivo de transporte pneumático.
[095] A temperatura e a taxa de umidade dos granulados, medidas durante a operação de granulação, estão resumidas na Tabela 1. O índice de viscosidade, a massa média dos granulados e o índice de amarelo, medidos em uma amostra média colhida à saída do separador, estão resumidos na Tabela 2. O índice de amarelo, determinado em uma amostra representativa do lote de poliamida fabricada, recolhida à saída do silo após 48 h de estocagem, está igualmente indicado na Tabela 2.
[096] É preparada uma poliamida 66 a partir de uma solução aquosa de Sal N (mistura equimolar de hexametilenodiamina e de ácido adípico), por um processo contínuo convencional conhecido dos peritos na técnica. Este processo compreende as etapas sucessivas seguintes: concentração por evaporação da solução de Sal N até uma concentração de 75% em massa; formação de amido a uma pressão de 1,85 MPa, com a eliminação contínua de vapor de água; expansão até uma pressão próxima da pressão atmosférica, acompanhada de um aquecimento até 275 °C e eliminação de vapor de água; acabamento a temperatura constante, sob pressão, a uma pressão próxima da pressão atmosférica. No decurso desta etapa de acabamento, o polímero fundido é mantido em um reator (acabador) a 275 °C, sob uma atmosfera autogênea regulada a 102 kPa. O tempo de permanência no acabador é de 30 minutos. À saída do dispositivo, uma bomba de engrenagens permite retirar o polímero fundido e alimentar uma conduta de transferência, permitindo assim o transporte do polímero até ao dispositivo de granulação. O débito do polímero é de 1500 kg.h-1.
[097] À saída da conduta de transferência, o polímero fundido é extrudado sob a forma de cordões através de uma fieira compreendendo 28 orifícios (etapa a)). São então realizadas as operações sucessivas seguintes: - Transporte dos cordões sobre uma zona de guiamento recoberta com uma película de água (etapa b)); esta água é alimentada a uma temperatura de 22 °C por uma fenda situada na extremidade da zona, e também por vários tubos equipados com bicos de pulverização, situados por cima da zona. O comprimento percorrido pelos cordões na zona é de 1,2 m. - Alimentação dos cordões parcialmente esfriados para um bloco de corte (tipo: USG 300, da sociedade Automatik Plastics Machinery) compreendendo um dispositivo de arrastamento dos cordões, assegurando uma velocidade de chamada dos cordões de 114 m.min-1, e um dispositivo de corte por meio de uma fresa e de uma contra-lâmina. Os cordões são cortados no dispositivo de corte (etapa c)) e os granulados resultantes são arrastados pela água. - Transporte dos granulados em mistura com a água, em uma conduta de comprimento igual a 2,1 m (continuação da etapa b)); o tempo de passagem dos granulados em esta conduta é de cerca de 3 s. - Separação dos granulados da água de refrigeração (etapa d)), em um dispositivo de impacto alimentado por ar, permitindo o transporte dos granulados ao longo de um canal curvilíneo, ao mesmo tempo que a eliminação da água através de várias grelhas (dispositivo do tipo GT 400/2, da sociedade Automatik Plastics Machinery). O ar utilizado para esta separação é o ar ambiente recolhido na instalação, à temperatura de 20 °C e com um débito de 2700 m3.h’1. O tempo de permanência dos granulados no dispositivo separador está compreendido entre 1 e 2 s.
[098] O débito total da água de refrigeração utilizada na plataforma é de 11 m3.h-1. A temperatura final da água de refrigeração é de 36
[099] A duração do contato entre o material extrudado e o líquido de refrigeração (etapas b+c+d) é igual a 5 segundos.
[0100] Os granulados que abandonam o separador alimentam um refrigerador de tipo transportador helicoidal vibrador (etapa e)) (comercializado pela sociedade Vibra Maschinenfabrik). Este refrigerador compreende um trajeto helicoidal ascendente de 19 espiras, de 39 m de comprimento desenrolado, ao longo de um perfil aberto de seção retangular. A parede metálica deste canal é refrigerada por meio de circuitos de refrigeração de tipo meia-concha, referidos à face externa do canal; estes circuitos são alimentados com água a uma temperatura de 22 °C, a um débito total de 2 m3.h-1. A temperatura de saída da água de refrigeração é de 36 °C. O tempo de permanência dos granulados no refrigerador é de 4 minutos.
[0101] Os granulados que abandonam o refrigerador são acondicionados diretamente em contentores de cartão ("octabin") guarnecidos de sacos de plástico. Estes contentores, com uma capacidade de 1000 kg, são em seguida estocados nas instalações, depois de fechados.
[0102] A temperatura e a taxa de umidade dos granulados são medidas em várias amostras, recolhidas à saída do separador (que corresponde à entrada do refrigerador), ou à saída do refrigerador. Os resultados obtidos estão resumidos na Tabela 1.
[0103] Outras caraterísticas (índice de viscosidade, massa média de granulados e índice de amarelo) são medidas em uma amostra, recolhida à saída do refrigerador. O índice de amarelo é medido também em uma amostra representativa do lote de poliamida fabricado, recolhido em uma saca depois de 48 horas de estocagem. Os resultados correspondentes estão reunidos na Tabela 2.
[0104] Reproduzem-se as caraterísticas do exemplo 4, com a diferença de que aqui o transportador helicoidal vibrador não é refrigerado por um circuito de água. O único esfriamento dos granulados observado está associado às trocas térmicas por convecção natural com o ar ambiente da instalação, durante o percurso de 4 minutos no transportador helicoidal vibrador.
[0105] Os granulados que abandonam o refrigerador são diretamente acondicionados em contentores de cartão ("octabin") guarnecidos de sacos de plástico. Estes contentores, com uma capacidade de 1000 kg, são em seguida estocados nas instalações, depois de fechados.
[0106] Tal como no exemplo 4, a duração do contato entre o material extrudado e o líquido de refrigeração (etapas b+c+d) é igual a 5 segundos. Neste caso a etapa e) é suprimida.
[0107] A temperatura e a taxa de umidade dos granulados são medidas em várias amostras, recolhidas à saída do separador (que corresponde à entrada do refrigerador), ou à saída do refrigerador. Os resultados obtidos estão resumidos na Tabela 1.
[0108] Outras caraterísticas (índice de viscosidade, massa média de granulados e índice de amarelo) são medidas em uma amostra, recolhida à saída do refrigerador. O índice de amarelo é medido também em uma amostra representativa do lote de poliamida fabricado, recolhido em uma saca depois de 48 horas de estocagem. Os resultados correspondentes estão reunidos na Tabela 2. TABELA 1: TEMPERATURA E TAXA DE UMIDADE MEDIDAS NOS GRANULADOS EM DIFERENTES PONTOS DO PROCESSO * No caso do exemplo comparativo 5, a eficácia da refrigeração é má; no entanto foi conservado o termo refrigerador. ** Trata-se neste caso de medições realizadas em granulados no final da etapa d) de separação água/granulados, visto que, neste caso, não existe a etapa e) de refrigeração depois da separação. TABELA 2: CARATERÍSTICAS DO POLÍMERO FINAL
[0109] Pela leitura dos resultados descritos nos exemplos, torna- se evidente que a realização de uma etapa e) de refrigeração dos granulados depois das diferentes etapas a) a d), permite, quando as diferentes etapas são realizadas nas condições de temperatura e de tempo de permanência especificadas, atingir baixos teores de umidade, na faixa de valores desejada, sem prejuízo para a qualidade final da poliamida.
[0110] O exemplo comparativo 3 torna evidente que um tempo de contato demasiado longo entre o líquido de refrigeração, contendo a água, e os granulados, se permitir evitar a etapa e) de refrigeração, conduz a um teor de umidade muito mais elevado.
[0111] O exemplo comparativo 5 demonstra que uma refrigeração ineficaz, que não permite atingir uma temperatura final no domínio desejado, conduz a uma alteração inaceitável da cor dos granulados de poliamida (amarelecimento).
Claims (13)
1. PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE GRANULADOS DE POLIAMIDA, caracterizado por compreender as etapas seguintes: a) extrudar a poliamida em estado fundido, b) refrigerar o material obtido, com o auxílio de um líquido de refrigeração contendo água, que está a uma temperatura entre 10 e 80 °C, c) cortar o material sob a forma de granulados, d) separar o líquido de refrigeração do material, e) refrigerar os granulados separados do líquido de refrigeração até se alcançar uma temperatura média dos granulados inferior ou igual a 55 °C, f) a etapa c) de corte sendo realizada durante a etapa b), depois da etapa b) e antes da etapa de separação d), ou depois da etapa de separação d), g) a duração do contato entre o material extrudado e o líquido de refrigeração sendo inferior ou igual a 10 segundos, e h) a duração da etapa e) sendo inferior ou igual a 10 minutos, i) em que os granulados de poliamida obtidos na etapa e) têm uma taxa de umidade compreendida entre 0,1 e 0,4% em peso de água, em relação ao peso dos granulados.
2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo líquido de refrigeração ser a água.
3. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela temperatura média dos granulados antes da etapa e) ser compreendida entre 60 e 150 °C.
4. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela etapa e) ser realizada por tratamento dos granulados com um gás, a uma temperatura compreendida na faixa de 0 a 40 °C.
5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo gás da etapa e) ser o ar, de preferência o ar ambiente.
6. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado pela etapa e) ser realizada com o auxílio de um leito fluidizado.
7. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado pela etapa e) ser realizada com o auxílio de um transportador equipado com um sistema de refrigeração direta por injeção de ar.
8. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela etapa e) ser realizada por colocação em contato dos granulados com uma superfície cuja temperatura está compreendida entre 5 e 35 °C.
9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela umidade que sai dos granulados para passar à fase gasosa ser eliminada, por exemplo, por convecção natural.
10. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pela etapa e) ser realizada com o auxílio de um transportador equipado com um sistema de refrigeração indireta por invólucro duplo, no qual circula um fluido de refrigeração a uma temperatura compreendida entre 5 e 35 °C.
11. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por não compreender a etapa de secagem em um meio de gás inerte dos granulados de poliamida.
12. UTILIZAÇÃO DO PROCESSO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada por ser para a preparação de granulados de poliamida possuindo uma taxa de umidade compreendida entre 0,1 e 0,4% em peso de água, em relação ao peso dos granulados.
13. UTILIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por ser para a preparação de granulados de poliamida possuindo uma massa média de granulados compreendida entre 1,0 e 5,0 g para 100 granulados, preferencialmente 1,5 e 4,0 g para 100 granulados.
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