BR112015031587B1

BR112015031587B1 - Aparelho para injetar uma formulação fluida em um material polimérico fundido e método para o mesmo

Info

Publication number: BR112015031587B1
Application number: BR112015031587-9A
Authority: BR
Inventors: Andrew Overend; Ian Campbell; Brian Jones
Original assignee: Colormatrix Holdings, Inc
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2021-12-28
Also published as: MX2015018041A; US10947969B2; ZA201508516B; WO2014207472A2; CN105339664B; BR112015031587A2; KR102116102B1; EP3014125A2; JP2016530430A; JP6448633B2; CA2913244C; TWI621514B; CA2913244A1; TW201511911A; RU2015156132A; AU2014300772B2; KR20160026913A; AU2014300772A1; EP3014125B1; CN105339664A

Abstract

materiais poliméricos aparelho de injeção de alta pressão (2) para adição de uma formulação líquida em uma corrente fundida compreende uma primeira bomba que é disposta para dosar com precisão a formulação líquida (incluindo formulações altamente carregadas compreendendo sólidos compreendendo partículas de tamanho relativa-mente grande) e uma segunda bomba que amplia a pressão da formulação para a da corrente fundida dentro da qual será injetada. em uma modalidade, o aparelho inclui um tanque (4) para recebimento inicial da formulação líquida. o tanque é submetido à temperatura e pressão ambiente e não precisa ser misturado ou de outra forma agitado. o tanque é disposto para distribuir a formulação através do tubo (6) para dentro de uma primeira bomba (8) (que pode ser uma bomba tipo diafragma ou uma bomba de cavidade progressiva). a bomba é disposta para funcionar em uma pressão de até 120 bar para a pressão amplificada. a jusante da bomba (8), um tubo (10) é disposto para distribuir a formulação da bomba (8) para uma bomba de engrenagem (12), acionada por um motor (13). a bomba de engrenagem age para dosar a formulação líquida. em uma modalidade alternativa, o aparelho pode incluir uma bomba de cavidade progressiva para dosar a formulação e uma bomba de engrenagem para aumentar a pressão. o aparelho pode ser utilizado para injetar uma formulação fluida em um material polimérico fundido.

Description

[001] Essa invenção refere-se a materiais poliméricos e particularmente, apesar de não exclusivamente, se refere à incorporação de aditivos a materiais poliméricos, por exemplo, poliésteres, tal como na produção de fibra de poliéster.

[002] É conhecida a incorporação de aditivos (por exemplo, corantes, estabilizantes, delusterants, agentes antiestética, clareadores óticos, assistentes de processamento, etc.) às fibras pós-produção por tingimento em banho ou tingimento rotativo. No entanto, de forma desvantajosa, isso exige grandes volumes de formulações aditivas líquidas para permitir que o aditivo permeie na fibra; o processo podendo ser demorado, e a fibra devendo ser secada depois do processo de permeação.

[003] É conhecido também o uso de uma super batelada contendo aditivos para introdução dos aditivos em um polímero. Por exemplo, pelotas da super batelada e pelotas de polímero podem ser introduzidas em um extrusor através de sua abertura de alimentação e dois componentes processados por fusão juntos. De forma desvantajosa, no entanto, a limpeza do extrusor é de-morada, visto que todo o comprimento do extrusor precisa ser limpo, por exemplo, entre as mudanças de cor; e a dosagem e capacidade de manuseio da super batelada pelotizada sólida pode ser um desafio. Adicionalmente, algumas propriedades dos materiais, por exemplo, fibra girada, criados pela utilização de super bateladas, podem ser afetadas de forma prejudicial.

[004] Um método preferido de incorporação de aditivos é a incorporação de uma formulação líquida em uma fusão polimérica. A formulação inclui de forma adequada um veículo no qual o aditivo é disperso antes da injeção na fusão.

[005] U.S. 7.278.776 (Saurer) descreve um aparelho e método para in- jeção de uma tintura líquida em uma fusão polimérica e endereça o problema de obtenção, com o tempo, de uma coloração uniforme e constante da fusão polimérica pelo suprimento da fusão polimérica em uma quantidade exata de tintura líquida. O problema é solucionado pelo fornecimento do aparelho para injeção de uma tintura que inclui um tanque para conter uma tintura líquida, onde o tanque é conectado a uma fonte de pressão de gás de modo a gerar uma almofada de gás que age sobre a tintura no tanque de modo que a tintura seja distribuída para uma entrada de uma bomba de alimentação sob pressão constante. A bomba de alimentação, que é uma bomba de engrenagem, é conectada a uma linha de alimentação de tintura entre o tanque e uma entrada de uma bomba de medição que também é uma bomba de engrenagem. A bomba de medição possui uma entrada conectada ao tanque através da linha de alimentação de tintura e uma saída para conexão a um componente de transporte de fusão, onde a bomba de medição é configurada para adicionar quantidades medidas de tintura a partir do tanque para uma fusão polimérica no componente de transporte de fusão, por exemplo, um extrusor.

[006] Apesar de o aparelho de U.S. 7.278.776 poder distribuir de forma satisfatória tinturas líquidas que compreendem formulações de viscosidade relativamente baixa, estáveis, não é utilizado para dosar com precisão, através de um longo período de tempo, uma faixa de tipos de formulação, incluindo formulações relativamente viscosas (por exemplo, possuindo uma viscosidade de até 40.000 cP), e/ou formulações que incluem altas cargas de material parti- culado (por exemplo, até 85% em peso de sólidos), onde o material particulado pode ter tamanhos de partícula maiores que 5 μm e até 150 μm. Em particular, para as bombas de engrenagem de U.S. 7.278.776 dosarem com precisão as tinturas líquidas, os espaços dentro das bombas precisam ser bem estreitos o que tende a tornar as bombas mais suscetíveis a desgaste e/ou a dificultar o manuseio, por parte das bombas, das formulações relativamente viscosas e/ou formulações que apresentam cargas relativamente altas de material particula- do.

[007] É um objetivo da presente invenção se solucionar os problemas descritos acima.

[008] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um aparelho para injetar uma formulação de fluido em um material polimérico fundido, o aparelho compreendendo uma primeira bomba e uma bomba de engrenagem disposta em série em um percurso de fluido entre um reservatório para a formulação de fluido a ser injetado e uma saída do aparelho.

[009] A dita primeira bomba pode ser uma bomba de cavidade de progressão (pcp) ou uma bomba tipo diafragma, por exemplo, uma bomba de múltiplos diafragmas. É preferivelmente uma pcp.

[010] A primeira bomba é preferivelmente fornecida a montante da bomba de engrenagem. O dito reservatório está adequadamente a montante da primeira bomba com o reservatório sendo conectado diretamente à primeira bomba através de um primeiro tubo. O primeiro tubo fornece preferivelmente uma conexão de fluido ininterrupta entre o reservatório e a primeira bomba. Um segundo tubo se estende adequadamente entre a primeira bomba e a bomba de engrenagem para a passagem da formulação fluida da primeira bomba para a bomba de engrenagem.

[011] O reservatório é preferivelmente disposto para distribuir a formulação de fluido para a entrada da primeira bomba em uma pressão de menos de 100 milibar. O dito reservatório é preferivelmente aberto para a atmosfera. Vantajosamente, é preferivelmente não pressurizado. Adequadamente, o aparelho é disposto de modo que a pressão na entrada da primeira bomba seja definida pelo cabeçote estático do fluido no reservatório e a pressão atmosférica e nenhum meio adicional é fornecido para pressurização do reservatório. Preferivelmente, o reservatório e a primeira bomba são dispostos para sucção alagada da primeira bomba, com o fluido do reservatório - isso é, o fluido do reservatório é efetivamente "despejado" dentro da primeira bomba.

[012] O reservatório pode ter um volume na faixa de 1 a 1000 litros, preferivelmente de pelo menos 10 litros.

[013] Um tubo se estendendo entre o reservatório e a primeira bomba pode ter um diâmetro interno na faixa de 4 a 20 mm. Em uma modalidade, o reservatório pode compreender um IBC e a primeira bomba é enroscada na saída do IBC.

[014] O reservatório pode conter uma formulação fluida possuindo qualquer característica da formulação fluida descrita acima.

[015] Adita primeira bomba é preferivelmente disposta para empurrar a formulação fluida para dentro de uma entrada da bomba de engrenagem.

[016] A dita bomba de engrenagem é adequadamente uma bomba de engrenagem externa. Tal bomba de engrenagem é relativamente barata e simples de operar. Pode ser também relativamente fácil de limpar. A dita bomba de engrenagem possui adequadamente engrenagens com dentes spur. Vantajosamente, a bomba de engrenagem pode ter tolerâncias relativamente grandes que permitem que a mesma bombeie a formulação fluida relativamente viscosa que é relativamente altamente carregada com material particulado e/ou onde o material particulado na formulação fluida possui tamanhos de partícula relativamente grandes.

[017] A dita bomba de engrenagem é preferivelmente disposta para distribuir fluido a uma taxa de 0,2 a 10 mL por revolução, preferivelmente na faixa de 0,5 a 5 mL por revolução.

[018] A dita bomba de engrenagem inclui adequadamente uma engrenagem possuindo dentes de engrenagem que incluem pontas de engrenagem, onde a distância mínima entre as pontas de engrenagem e o alojamento adjacente (referido aqui como "espaço de alojamento de ponta de engrenagem") possui pelo menos 0,005 mm, adequadamente pelo menos 0,010 mm. O dito espaço de alojamento de ponta de engrenagem pode ser inferior a 0,200 mm, preferivelmente inferior a 0,150 mm, mais preferivelmente inferior a 0,100 mm.

[019] Adequadamente, a dita bomba de engrenagem inclui duas engrenagens entrelaçadas, onde ambas as engrenagens incluem espaços de alojamento de ponta de engrenagem como descrito.

[020] A dita bomba de engrenagem inclui uma engrenagem, onde a soma das distâncias mínimas entre as faces de engrenagem e as faces de suporte adjacentes medidas em paralelo ao eixo geométrico de rotação da engrenagem (referida aqui como "espaços de faces de suporte de faces de engrenagem") é de pelo menos 0,005 mm, adequadamente, pelo menos 0,010 mm. Os ditos espaços de faces de suporte de faces de engrenagem podem ser inferiores a 0,200 mm, preferivelmente inferiores a 0,150 mm, mais preferivelmente inferiores a 0,100 mm.

[021] O espaço de entrelaçamento entre as engrenagens entrelaçadas pode ser de pelo menos 0,005 mm, adequadamente pelo menos 0,010 mm. Pode ser inferior a 0,200 mm, preferivelmente inferior a 0,150 mm, mais preferivelmente inferior a 0,100 mm.

[022] Adequadamente, a dita bomba de engrenagem inclui duas engrenagens entrelaçadas, onde ambas as engrenagens incluem espaços de faces de suporte de faces de engrenagem como descrito.

[023] A entrada para a bomba de engrenagem possui adequadamente um diâmetro interno de menos de 10 mm; podendo ser de pelo menos 1 mm.

[024] A dita bomba de engrenagem pode ser disposta para distribuir pelo menos 0,1 cm3/revolução, preferivelmente pelo menos 1,0 cm3/revolução. Pode ser disposta para distribuir menos que 10 cm3/revolução, menos de 8 cm3/revolução ou menos de 6 cm3/revolução. A dita bomba de engrenagem pode operar em um rpm na faixa de 5 a 200 rpm, por exemplo, na faixa de 10 a 150 rpm, adequadamente quando distribuindo em taxas indicadas.

[025] Um conduto entre a primeira bomba e a bomba de engrenagem pode ter um diâmetro interno de menos de 25 mm; podendo ser de pelo menos 1 mm.

[026] Preferivelmente, o dito aparelho inclui um primeiro sensor de pressão a montante da bomba de engrenagem. O primeiro sensor de pressão é preferivelmente disposto para medir a pressão da formulação defluido imediatamente a montante da bomba de engrenagem. A informação de pressão do primeiro sensor de pressão pode ser comunicado para uma unidade de pro-cessamento.

[027] Preferivelmente, o dito aparelho inclui um segundo sendo de pressão a jusante da bomba de engrenagem. O segundo sensor de pressão é preferivelmente disposto para medir a pressão a formulação de fluido imediatamente a jusante da bomba de engrenagem. A informação de pressão a partir do segundo sensor de pressão pode ser comunicada para a dita unidade de processamento.

[028] O aparelho pode ser disposto para controlar a dita primeira bomba, por exemplo, a velocidade da mesma, dependendo das pressões determinadas pelos ditos primeiro e segundo sensores de pressão.

[029] Adita primeira bomba e a dita bomba de engrenagem são preferivelmente operadas de forma independente. Preferivelmente, a velocidade da primeira bomba pode ser ajustada independentemente da velocidade da bomba de engrenagem; e, preferivelmente, a velocidade da bomba de engrenagem pode ser ajustada independentemente da velocidade da primeira bomba.

[030] O dito aparelho inclui preferivelmente apenas uma primeira bomba (por exemplo, pcp ou bomba tipo diafragma). O dito aparelho inclui preferivelmente apenas uma bomba de engrenagem. Entre o dito reservatório e a dita saída do aparelho através da qual a formulação de fluido de saída é adequa- damente distribuída para dentro de um material polimérico fundido, o dito aparelho inclui preferivelmente apenas duas bombas - a dita primeira bomba e a dita bomba de engrenagem.

[031] A dita saída do dito aparelho pode servir adequadamente para conectar a um aparelho de processamento de fusão, adequadamente de modo que a formulação fluida possa ser introduzida, por exemplo, injetada, em uma corrente fundida produzida pelo dito aparelho de processamento de fusão. O dito aparelho pode incluir uma válvula, a jusante da bomba de engrenagem, para controlar o fluxo de formulação fluida para dentro da corrente fundida. A válvula pode ser controlada por uma unidade de processamento, por exemplo, a dita unidade de processamento que recebe informação dos ditos primeiro e segundo sensores de pressão.

[032] Preferivelmente, o dito aparelho para injeção é fornecido em combinação com um aparelho de processamento de fusão, adequadamente para definir um conjunto, onde a dita saída do aparelho que serve para injetar está em comunicação fluida com uma entrada através da qual a formulação de fluido pode ser introduzida em uma corrente fundida produzida pelo dito aparelho de processamento de fusão.

[033] O dito aparelho é preferivelmente disposto para injetar a formulação fluida em uma pressão de pelo menos 10 bar (preferivelmente, pelo menos 30 bar) na corrente fundida. A pressão de injeção pode ser inferior a 300 bar.

[034] Na combinação compreendendo o aparelho para injeção e o dito aparelho de processamento de fusão, o dispositivo de monitoramento de pressão é adequadamente fornecido para monitoramento da pressão da corrente fundida, adequadamente adjacente à posição de injeção da formulação fluida na corrente fundida, onde a informação referente à dita pressão é adequada-mente disposta para ser comunicada para o dito aparelho para injeção, por exemplo, para uma ou a dita unidade de processamento. O aparelho para inje- ção pode ser disposto para ajustar a pressão na qual a formulação fluida é injetada na corrente fundida dependendo da pressão da dita corrente fundida como determinado pelo dito dispositivo de monitoramento de pressão. Dessa forma, o aparelho para injeção, por exemplo, uma ou a dita unidade de processamento, pode receber retorno periódico sobre a pressão da corrente fundida e o aparelho, por exemplo, uma ou a dita unidade de processamento, é adequadamente programado para ajustar a pressão da injeção de acordo.

[035] Uma ou a dita unidade de processamento do dito aparelho para injeção é adequadamente disposta para operar a dita bomba de engrenagem de modo que a diferença de pressão entre a entrada e a saída da bomba de engrenagem seja inferior a 8 bar, por exemplo, inferior a 5 bar ou inferior a 3 bar. Nesse caso, a bomba de engrenagem pode ser disposta para não aumen-tar de forma significativa a pressão da formulação fluida em uso. A função primária da bomba de engrenagem (doravante referida como a bomba de medição) pode servir para medir a formulação. A primeira bomba (aqui referida como a bomba de aumento de pressão) pode ser operada, adequadamente sob o controle da dita unidade de processamento, para aumentar de forma significativa a pressão da formulação de fluido em uso. Dessa forma, nesse caso, a unidade de processamento do dito aparelho é adequadamente disposta para operar a dita bomba de aumento de pressão de modo que a diferença de pressão entre sua entrada e saída seja maior do que 20 ou 60 bar. A unidade de processamento também pode controlar a dosagem pela bomba de medição.

[036] Em uma modalidade que inclui uma pcp e bomba de engrenagem, uma ou a dita unidade de processamento do dito aparelho para injeção é adequadamente disposta para operar uma dentre pcp e/ou bomba de engrenagem de modo que a diferença de pressão entre a entrada e saída da pcp ou bomba de engrenagem selecionada seja inferior a 8 bar, por exemplo, inferior a 5 bar ou inferior a 3 bar. Nesse caso, a bomba selecionada pode ser disposta de modo a não aumentar de forma significativa a pressão da formulação fluida em uso. A função primária da bomba selecionada (aqui referida como a bomba de medição) pode servir para dosar a formulação. A outra dentre a pcp ou bomba de engrenagem (referida aqui como bomba de aumento de pressão) pode ser operada, adequadamente sob o controle da dita unidade de processamento, para aumentar de forma significativa a pressão da formulação fluida em uso. Dessa forma, nesse caso, a unidade de processamento do dito aparelho é adequadamente disposta para operar a dita bomba de aumento de pressão de modo que a diferença de pressão entre sua entrada e saída seja maior que 5 bar, 20 bar, 50 bar, 100 bar ou 150 bar. A unidade de processamento também pode controlar a medição pela bomba de medição.

[037] Em cada modalidade, o dito aparelho para a injeção pode ser disposto para distribuir a formulação de fluido para dentro do material poliméri- co fundido a uma taxa na faixa de 1 mL/minuto a 1500 mL/minuto, preferivelmente na faixa de 3 mL/minuto a 750 mL/minuto, mais preferivelmente na faixa de 10 mL/minuto a 500 mL/minuto.

[038] Em uma primeira modalidade, o dito aparelho pode ser disposto de modo que a bomba de engrenagem seja operável para dosar a formulação fluida e a dita primeira bomba é disposta para aumentar a pressão da formulação fluida. Uma unidade de processamento do aparelho pode ser programada para operar a bomba de engrenagem e a primeira bomba como mencionado acima.

[039] A dita primeira bomba pode ser disposta para aumentar a pressão da formulação de fluido para pelo menos 60 bar, preferivelmente pelo menos 80 bar, mais preferivelmente pelo menos 100 bar. A primeira bomba pode ser disposta para aumentar a pressão para um máximo de menos de 150 bar ou 120 bar. A pressão de formulação fluida na entrada da primeira bomba pode ser relativamente baixa (por exemplo, inferior a 5 bar) em uso. Dessa forma, a primeira bomba é adequadamente de um tipo que é disposto para aumentar a pressão da formulação fluida por pelo menos 60 bar, preferivelmente por pelo menos 80 bar e, mais preferivelmente, por pelo menos 100 bar.

[040] A dita primeira bomba pode ser disposta para distribuir a formulação fluida a uma taxa de pelo menos 0,10 mL/revolução, preferivelmente em uma taxa de 0,15 mL/revolução, mas preferivelmente em uma taxa de pelo menos 0,20 mL/revolução e, adequadamente, ao mesmo tempo, em pressões como descrito. A taxa máxima de distribuição da formulação fluida pode ser inferior a 10 mL/revolução, inferior a 8 mL/revolução ou inferior a 5 mL/revolução. A primeira bomba é adequadamente disposta para distribuir a formulação fluida na taxa mencionada acima nas pressões mencionadas acima descritas.

[041] Quando na dita primeira modalidade, a primeira bomba é uma pcp, a dita pcp pode ser operada em velocidades de até 600 rpm. A dita pcp pode incluir até 40 ou até 36 estágios (isso é, cavidades cheias). Pode incluir pelo menos 10, 15 ou 20 estágios, adequadamente para permitir que gere a pressão necessária.

[042] Na primeira modalidade (e em uma segunda modalidade descrita posteriormente), a bomba de engrenagem pode ser como descrito geralmente acima. Na primeira modalidade, no entanto, uma unidade de processamento do aparelho é adequadamente programada para operar a bomba de engrenagem de modo que a bomba de engrenagem meça a formulação fluida para distribuir para uma corrente de fusão como descrito. Nesse caso, a unidade de processamento pode ser programada para manter ΔP entre a entrada e saída da bomba de engrenagem em substancialmente zero. Dessa forma, a diferença na pressão entre a entrada e a saída da bomba de engrenagem pode ser inferior a 3 bar, 2 bar ou 1 bar. Preferivelmente, a unidade de processamento é programada para manter uma diferença na pressão através da bomba de engrena- gem em +/- 1 bar durante a injeção da formulação de fluido no material polimé- rico fundido.

[043] O aparelho inclui adequadamente uma interface de usuário para registrar uma taxa de dose desejada na qual a formulação de fluido deve ser distribuída para o material polimérico fundido. A interface de usuário se comunica adequadamente com a unidade de processamento descrita e, preferivelmente, a unidade de processamento controla a taxa de operação da bomba de engrenagem de acordo com a taxa de dose desejada e/ou de modo que as quantidades predeterminadas de formulação de fluido sejam precisamente dosada, em uso, pela bomba de engrenagem para distribuir a formulação fluida para dentro do material polimérico fundido.

[044] Em uma segunda modalidade, onde a dita primeira bomba é uma pcp, o dito aparelho pode ser disposto de modo que a pcp seja operável para medir a formulação de fluido e a dita bomba de engrenagem seja disposta para aumentar a pressão da formulação de fluido.

[045] Na segunda modalidade, a dita pcp pode ser vantajosamente mais barata e menor do que a utilizada de acordo com a primeira modalidade. A dita pcp pode ser disposta apenas para gerar até 5 bar (e pode, adequadamente, ser inerentemente incapaz de gerar uma pressão maior que essa). A dita pcp pode incluir 10 estágios ou menos, preferivelmente 7 estágios ou menos, mais preferivelmente 4 estágios ou menos. Pode incluir pelo menos 2 estágios. A dita pcp pode ser disposta para distribuir a formulação em uma taxa na faixa de 0,1 mL/rev a 10 mL/rev.

[046] Apesar de ser preferido em ambas a primeira e segunda modalidades que o aparelho inclua apenas uma bomba de engrenagem, o aparelho pode incluir duas ou mais bombas de engrenagem, em série, particularmente se for desejável se gerar uma pressão maior, por exemplo, de até 300 bar.

[047] Como descrito, o aparelho do primeiro aspecto inclui adequada- mente uma unidade de processamento para controlar e/ou monitorar a primeira bomba e a bomba de engrenagem. A unidade de processamento é adequadamente disposta para receber informação dos primeiro e segundo sensores de pressão descritos acima, por exemplo, sensores posicionados para monitorar a pressão na entrada e saída da bomba de engrenagem. A dita unidade de processamento pode ser disposta para receber informação do aparelho de processamento de fusão com o qual o aparelho para injeção é adequadamente associado. Por exemplo, a informação sobre a pressão da corrente fundida é adequadamente comunicada para a unidade de processamento. A informação sobre a taxa de fluxo da corrente fundida também pode ser comunicada para a unidade de processamento. A informação sobre o estado da válvula a jusante da bomba de engrenagem pode ser comunicada para a unidade de processamento.

[048] O aparelho do primeiro aspecto inclui adequadamente uma interface de usuário por meio da qual um usuário pode registrar a informação de processo. Por exemplo, um ou mais dentre os seguintes podem ser registrados por um usuário: rendimento do aparelho de processamento de fusão, pressão de ponto de injeção e LDR (Razão de Redução).

[049] Em vista da natureza de custo relativamente baixo das bombas de engrenagem para uso de acordo com o primeiro aspecto, uma pluralidade (por exemplo, pelo menos 3 ou pelo menos 4) de bombas idênticas pode ser fornecida e disposta para serem partes intercambiáveis do aparelho. Por exemplo, as bombas podem não precisar ser limpas entre as utilizações de modo que cada bomba na pluralidade possa compreender uma formulação fluida diferente, por exemplo, de uma cor diferente.

[050] Na segunda modalidade descrita, ambas a pcp e a bomba de engrenagem podem ser relativamente baratas. Nesse caso, o aparelho pode compreender uma pluralidade (por exemplo, pelo menos 3 ou pelo menos 4) unidades de mudança de cor, cada uma das quais pode compreender uma pcp, bomba de engrenagem ou tubulação associada. Uma unidade de mudança de cor também pode incluir um reservatório para a formulação fluida. As unidades de mudança de cor podem ser partes intercambiáveis do aparelho. Podem ser contaminadas com diferentes formulações fluidas, por exemplo, cores; mas, adequadamente, não precisam ser limpas de forma profunda (por exemplo, para remoção de todos os traços de cor) entre o uso no aparelho.

[051] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um método de injeção de uma formulação fluida em um material polimérico fundido, o método compreendendo: a seleção de um aparelho compreendendo uma primeira bomba e uma bomba de engrenagem disposta em série em um percurso de fluxo entre um reservatório que contém a formulação fluida a ser injetada e uma saída; operando a primeira bomba ou a bomba de engrenagem para aumentar a pressão da formulação que passa entre o reservatório e a dita saída; e injetando a dita formulação no material polimérico fundido a jusante da dita saída.

[052] Vantajosamente, o método pode ser utilizado para dosar as formulações relativamente viscosas que possuem altas cargas de partículas relativamente grandes.

[053] A menos que mencionado o contrário, a viscosidade descrita aqui pode ser medida utilizando-se um viscômetro Brookfield em 20 rpm e 23 C.

[054] A dita formulação pode ter uma viscosidade de pelo menos 5000 cP, adequadamente pelo menos 10000 cP, preferivelmente pelo menos 15000 cP. A viscosidade pode ser inferior a 45.000 cP, preferivelmente inferior a 40.000 cP, mas preferivelmente inferior a 35.000 cP.

[055] A dita formulação fluida pode incluir pelo menos 20% em peso, adequadamente pelo menos 30% em peso, preferivelmente pelo menos 40% em peso, mais preferivelmente pelo menos 50% em peso, especialmente pelo menos 60% em peso de sólidos. Os ditos sólidos podem compreender material particulado, por exemplo, pigmentos sólidos e/ou tinturas. A dita formulação fluida pode incluir 85% em peso ou menos de sólidos do tipo descrito. A dita formulação fluida inclui adequadamente 15 a 70% em peso, preferivelmente de 15 a 50% em peso de fluido, por exemplo, líquido. Os ditos sólidos são ade-quadamente fornecidos como uma dispersão em um fluido que é adequadamente um veículo. Dessa forma, os sólidos podem ser geralmente insolúveis no veículo. A capacidade de se utilizar formulações altamente carregadas (e, consequentemente, níveis de veículo relativamente baixos) pode ser vantajosa na minimização de qualquer efeito prejudicial associado com a incorporação do veículo ao material polimérico.

[056] Os ditos sólidos podem ser dispostos para ajustar uma propriedade de um material plástico no qual podem ser distribuídos pelo aparelho. Os ditos sólidos podem compreender qualquer material que seja desejável para a introdução em um material plástico e possa ser selecionado a partir de corantes, filtros UV, absorventes de oxigênio, agentes antimicrobianos, removedores de acetaldeído, aditivos de reaquecimento, antioxidantes, estabilizantes de luz, clareadores óticos, estabilizantes de processamento e retardadores de chama. Os corantes compreendem pigmentos ou tinturas.

[057] Os ditos sólidos compreendem preferivelmente corantes insolúveis (isso é, insolúveis no veículo), por exemplo, pigmentos ou tinturas insolúveis.

[058] O dito veículo é adequadamente um líquido em STP. A dita formulação fluida é preferivelmente um líquido em STP. O dito veículo possui preferivelmente um ponto de ebulição (em pressão atmosférica de 760 mmHg) de mais de 300 C, preferivelmente mais de 350 C, mais preferivelmente de mais de 500 C. O ponto de ebulição pode ser inferior a 1150 C ou inferior a 1000 C. O ponto de fusão do veículo pode ser inferior a 0 C ou inferior a -10 C.

[059] O dito veículo é preferivelmente um veículo líquido. Veículos líquidos ilustrativos incluem, mas não estão limitados a: óleos, ésteres de ácido graxo C9-C22, ésteres de ácido graxo C9-C22 etoxilado, álcoois etoxilados e plastificadores. Os plastificadores podem, por exemplo, ser sebacates e azelates, tal como dibutil sebacate, ésteres tal como benzoato de benzila, adipates tal como dioctyladipate, citratos como citrato de trietil, epóxis, ésteres de fosfato tal cmo 2-etilexil difenil fosfato, ftalatos tal como dioctylphthalate e plastificantes secundários tal como parafinas cloradas.

[060] Os tamanhos das partículas na dita formulação fluida podem ser determinados utilizando-se microscopia ótica. Adequadamente menos de 5%, menos de 1% ou menos de 0,1% do número de partículas na formulação fluida possui um tamanho máximo de partícula de mais de 150 μm. Pelo menos 10% do número de partículas na formulação fluida podem ter um tamanho de partí-cula máximo superior a 10 μm, ou superior a 20 μm ou superior a 30 μm ou superior a 40 μm.

[061] A formulação fluida pode incluir partículas possuindo um diâmetro de partícula mediano igual a ou superior a 5 μm. O diâmetro mediano de partícula pode ser de 100 μm ou menos. Como utilizado aqui, um tamanho de partícula d50 é o diâmetro mediano, onde 50% do volume é composto de partículas maiores que d50 mencionado, e 50% do volume é composto de partículas menores que o valor d50 mencionado. Como utilizado aqui, o tamanho mediano de partícula é igual ao tamanho de partícula d50. No acima exposto, os tamanhos de partícula e/ou diâmetro mediano pode ser determinado por difração com laser, por exemplo, utilizando um Analisador de Tamanho de Partícula de Laser LA 950 Horiba.

[062] A dita formulação fluida pode incluir pelo menos algumas partículas (por exemplo, pelo menos 5% do número de partículas, por exemplo, pelo menos 10% e preferivelmente menos de 50% do número ou menos de 30% do número) possuindo tamanhos de partícula superiores ao espaço de alojamento de ponta de engrenagem da bomba de engrenagem, definido como descrito no primeiro aspecto.

[063] A dita formulação fluida pode incluir pelo menos algumas partículas (por exemplo, pelo menos 5% do número de partículas, por exemplo, pelo menos 10% e preferivelmente menos de 50% do número ou menos de 30% do número) possuindo tamanhos de partículas superiores aos espaços de faces de engrenagem ara faces de suporte definidos como descrito no primeiro aspecto.

[064] O aparelho selecionado para uso no método pode ter qualquer característica do aparelho de acordo com o primeiro aspecto.

[065] Preferivelmente, o aparelho, por exemplo, a primeira bomba, é operado para aumentar a pressão da formulação de modo que a pressão da dita formulação na dita saída seja de pelo menos 10 bar, pelo menos 40 bar ou pelo menos 80 bar.

[066] Em uma primeira modalidade, como descrito no primeiro aspecto, a dita primeira bomba pode ser utilizada para aumentar a pressão da formulação fluida por pelo menos 50 bar, adequadamente pelo menos 70 bar, preferivelmente pelo menos 85 bar, mais preferivelmente pelo menos 100 bar. O aumento pode ser inferior a 200 bar ou inferior a 160 bar. Isso é referido como bomba de aumento de pressão no primeiro aspecto. A bomba de engrenagem (doravante referida como bomba de medição) pode ser operada para medir a formulação como referido no primeiro aspecto. A bomba de medição pode ser operada de modo que aumente a pressão da formulação fluida por menos de 8 bar, 5 bar ou 3 bar e, em alguns casos, não fornece, substancialmente, qual-quer aumento na pressão.

[067] Quando a dita primeira bomba é uma pcp, uma da dita pcp ou bomba de engrenagem pode ser utilizada para aumentar a pressão da formula- ção fluida por pelo menos 50 bar, adequadamente pelo menos 70 bar, preferivelmente pelo menos 85 bar, mais preferivelmente pelo menos 100 bar. O aumento pode ser inferior a 200 bar ou inferior a 160 bar. Isso é referido como bomba de aumento de pressão no primeiro aspecto. A outra da dita pcp ou bomba de engrenagem (doravante referida aqui como bomba de medição) pode ser operada para dosar a formulação como referido no primeiro aspecto. A bomba de medição pode ser operada de modo a aumentar a pressão da formulação fluida por menos de 8 bar, 5 bar ou 3 bar e, em alguns casos, não fornece substancialmente qualquer aumento de pressão. Na primeira modalidade descrita, a pcp pode ser utilizada como a bomba de aumento de pressão. Em uma segunda modalidade, a pcp pode ser utilizada como a bomba de medição.

[068] Em ambas as primeira e segunda modalidades, a dita formulação é adequadamente injetada no material polimérico fundido a jusante da saída em uma pressão de pelo menos 50, 70, 85, 100 ou 120 bar. A razão da pressão de injeção dividida pela pressão do dito material polimérico pode estar na faixa de 0,8 a 1,25.

[069] A dita formulação é adequadamente injetada em uma taxa de 1 a 1500 mL/minuto, preferivelmente uma taxa de 3 a 750 mL/minuto, mais preferivelmente uma taxa de 10 a 500 mL/minuto.

[070] Preferivelmente, depois do contato entre a dita formulação e o dito material polimérico, a mistura inclui menos de 15% em peso (por exemplo, menos de 10% em peso) do material derivado da dita formulação e mais de 85% em peso (por exemplo, mais de 90% em peso) de material polimérico fundido com o qual a formulação é contatada no método.

[071] Preferivelmente, a formulação é selecionada e injetada em uma taxa que introduz menos de 15% em peso, mais preferivelmente menos de 10% em peso, ou menos de 8% em peso de veículo no material polimérico fundido. Isso é, depois do contato entre a formulação e o material polimérico fun dido, a quantidade de veículo na mistura é preferivelmente inferior a 15% em peso, inferior a 10% em peso, ou inferior a 8% em peso. Preferivelmente, depois do contato entre a formulação e o material polimérico fundido, a soma das quantidades de todos os líquidos introduzidos no material polimérico através da dita formulação é inferior a 15% em peso, inferior a 10% em peso ou inferior a 8% em peso, com base no peso total da mistura compreendendo a dita formulação e o dito material polimérico fundido depois do dito contato.

[072] O dito material polimérico pode ser selecionado a partir de poliés- teres (especialmente PET), policarbonatos e poliolefinas.

[073] A jusante do contato entre a dita formulação e o dito material po- limérico, a mistura pode ser utilizada para formar a folha ou fibra; ou outros artigos em processos de extrusão ou moldagem por assopramento.

[074] O método pode incluir o controle da bomba de engrenagem, por exemplo, a velocidade da mesma, dependendo das pressões determinadas pelos primeiro e segundo sensores de pressão, onde o dito primeiro sensor de pressão é disposto para medir a pressão da formulação fluida imediatamente a jusante da bomba de engrenagem e o segundo sensor de pressão é disposto para medir a pressão da dita formulação fluida imediatamente a jusante da dita bomba de engrenagem e, adequadamente, a informação de pressão a partir dos ditos primeiro e segundo sensores é comunicada para uma unidade de processamento que controla a operação da bomba de engrenagem.

[075] O método compreende preferivelmente a operação da primeira bomba e da bomba de engrenagem independentemente uma da outra.

[076] O método inclui preferivelmente um usuário registrando uma taxa de dose desejada (ou informação referente a uma taxa de dose desejada) na qual a formulação fluida deve ser dosada no material polimérico fundido. A informação pode ser registrada através da interface de usuário do primeiro aspecto.

[077] Na primeira modalidade (que é equivalente à primeira modalidade descrita no primeiro aspecto), a dita bomba de engrenagem pode ser operada para medir a formulação e adita primeira bomba (por exemplo, a dita bomba tipo diafragma ou pcp) pode ser disposta para aumentar a pressão da dita formulação fluida. A dita unidade de processamento controla preferivelmente a operação da bomba de engrenagem e a primeira bomba como mencionado acima de acordo com os parâmetros predeterminados registrados na unidade.

[078] O método da primeira modalidade pode envolver a primeira bomba distribuindo a formulação nas taxas descritas no primeiro aspecto.

[079] Na primeira modalidade, o método inclui preferivelmente a manutenção da diferença na pressão (ΔP com descrito no primeiro aspecto) entre a entrada e a saída da bomba de engrenagem em substancialmente zero. Dessa forma, a razão de pressão na entrada dividida pela pressão na saída pode ser mantida substancialmente na faixa de 0,95 a 1,05, preferivelmente na faixa de 0,98 a 1,02.

[080] Na primeira modalidade, a primeira bomba pode ser operada de modo que a diferença na pressão entre sua entrada e sua saída seja de pelo menos 50 bar, pelo menos 70 bar ou pelo menos 90 bar.

[081] Em uma segunda modalidade (que é equivalente à segunda modalidade descrita n primeiro aspecto), a dita pcp pode ser operada para medir a formulação fluida e a dita bomba de engrenagem é disposta para aumentar a pressão da formulação fluida.

[082] Na segunda modalidade, o método pode compreender a operação da pcp de modo que a formulação fluida na saída da pcp esteja em uma pressão de menos de 5 bar. A dita pcp pode ser operada para distribuir mais de 0,1 mL/revolução.

[083] Na segunda modalidade, o método pode compreender a operação da bomba de engrenagem de modo que a pressão da dita formulação flui- da na saída da bomba de engrenagem seja pelo menos igual a 50 bar, pelo menos de 70 bar ou pelo menos de 90 bar. O método pode compreender a operação do aparelho de modo que a diferença entre a pressão na entrada da bomba de engrenagem e a pressão na saída da bomba de engrenagem seja de pelo menos 50 bar, preferivelmente de pelo menos 70 bar, mais preferivelmente de pelo menos 90 bar, especialmente de pelo menos 110 bar. Em algumas modalidades, as pressões de até 200 bar ou até 400 bar podem ser utilizadas.

[084] A modalidade específica da invenção será descrita agora, por meio de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[085] A figura 1 é uma representação esquemática de uma primeira modalidade de um aparelho de injeção de alta pressão;

[086] A figura 2 é uma representação esquemática de parte de uma bomba de engrenagem, na direção dos eixos geométricos das engrenagens:

[087] A figura 3 é uma representação esquemática de parte da bomba de engrenagem na direção da seta III na figura 2 e com a frente do alojamento recortada;

[088] A figura 4 é uma vista em perspectiva da parte da bomba de engrenagem das figuras 2 e 3, com o alojamento omitido;

[089] A figura 5 é uma representação esquemática do aparelho utilizado em um teste;

[090] A figura 6 é um gráfico de saída por revolução X pressão em bars para duas formulações de teste;

[091] A figura 7 é um gráfico de gramas/revolução (rpm) X pressão;

[092] A figura 8 é um gráfico de um RPM de deslocamento de bomba X pressão;

[093] A figura 9 é uma representação esquemática do aparelho utilizado em um exemplo comparativo;

[094] A figura 10 é um gráfico detalhando os resultados do uso do aparelho da figura 9;

[095] A figura 11 é um gráfico detalhando os resultados alcançados utilizando-se uma bomba de múltiplos diafragmas.

[096] Nas figuras, partes iguais ou similares são anotadas com os mesmos números de referência.

[097] Em termos gerais, o aparelho de injeção de alta pressão para adição de uma formulação líquida em uma corrente fundida compreende uma primeira bomba que é disposta para dosar com precisão a formulação líquida (incluindo formulações altamente carregadas compreendendo sólidos compreendendo partículas de tamanho relativamente grande) e uma segunda bomba que aumenta a pressão da formulação para a da corrente fundida dentro da qual será injetada. Em uma primeira modalidade, a primeira bomba está a montante da segunda bomba e é disposta para acumular pressão e, a segunda bomba é disposta para medir. Em uma segunda modalidade, a primeira bomba é disposta para medir e a segunda bomba é disposta para acumular pressão.

[098] O aparelho e seu funcionamento serão descritos agora em maiores detalhes.

[099] Uma primeira modalidade de um aparelho de injeção de alta pressão é ilustrada na figura 1. O aparelho 2 inclui um tanque 4 para receber inicialmente a formulação líquida. O tanque é submetido à temperatura ambiente e pressão e não precisa ser misturado ou agitado de outra forma. O tanque é disposto para distribuir a formulação através do tubo 6 para dentro de uma primeira bomba 8 acionada por um motor 9. A bomba é adequadamente disposta para funcionar em uma pressão de até 120 bar. A jusante da bomba 8, um tubo 10 é disposto para distribuir a formulação da bomba 8 para uma bomba de engrenagem 12, acionada por um motor 13. Quando a dita primeira bomba 8 é uma bomba de cavidade progressiva (pcp), a mesma pode ser acionada por um servo motor 9 com um controle de velocidade de circuito fechado através de um retorno de codificador. A bomba é adequadamente disposta para funcionar a uma pressão de até 120 bar e operar a 0,28 mL/rev. A rpm é adequadamente limitada em 600 rpm para evitar a introdução de calor de cisalhamento na formulação líquida e na bomba.

[0100] Visto que a primeira bomba é disposta para aumentar a pressão, uma primeira bomba relativamente grande pode ser utilizada. Por exemplo, quando a dita primeira bomba é uma pcp, a mesma pode ser disposta para gerar 0,28 mL/revolução em uma pressão de até 120 bar. O comprimento de tal pcp pode incluir cerca de 30 partidas. Alternativamente, a dita primeira bomba pode ser uma bomba de múltiplos diafragmas.

[0101] Com referência às figuras de 2 a 4, a bomba de engrenagem 60 é uma bomba de engrenagem externa compreendendo duas engrenagens entrelaçadas 62, 64 possuindo dentes spur, montados em eixos respectivos 66, 68. As engrenagens são dispostas dentro de uma estrutura 70 (figuras 2 e 3) que compreende partes definidas pelas faces de suporte opostas às faces de engrenagem 72, 73. 74 e partes definidas por um alojamento oposto ás pontas de engrenagem 76, 78.

[0102] Vantajosamente, os espaços na bomba de engrenagem 60 podem ser maiores em comparação com as bombas utilizadas em outros sistemas e, ainda assim, a formulação líquida pode ser dosada com precisão utilizando-se o aparelho. Um primeiro espaço que pode ser maior é referido como o espaço entre a ponta da engrenagem e o alojamento. Essa é a distância mínima entre uma ponta de engrenagem de uma engrenagem e o alojamento adjacente medido de forma transversal ao eixo geométrico de rotação da engrenagem (isso é, o quão próximo a ponta de engrenagem chega do alojamento adjacente). Esse espaço é representado como a distância 80 nas figuras 2 e 3.

[0103] Um segundo espaço que pode ser maior é referido como espa- ços entre faces de engrenagem e faces de suporte. Essa é a distância mínima entre as faces de engrenagem 72, 73, 74, ou 75 de uma engrenagem e as faces de suporte adjacentes 82, 84 medidas em paralelo ao eixo geométrico de rotação das engrenagens (isso é, o quão perto das faces de engrenagem chegam das faces de suporte). O segundo espaço é a soma das distâncias 90a e 90b na figura 3.

[0104] Um terceiro espaço é a tolerância entre as engrenagens e é conhecido como espaço de entrelaçamento.

[0105] O primeiro espaço pode ter até 200 μm, o segundo espaço pode ter até 200 μm e o terceiro espaço também pode ser de até 200 μm.

[0106] A jusante da bomba 12, um tubo 14 é disposto para distribuir a formulação para um sistema de válvula de injeção ativada de forma pneumática 16 que controla a injeção da formulação através do tubo 18 para dentro de um misturador dinâmico e/ou uma corrente fundida (não ilustrada) de um extrusor.

[0107] O aparelho 2 inclui um primeiro transdutor de pressão 20 posicionado entre a bomba 8 e a bomba 12 e disposto para monitorar a pressão de fluido no tubo 10 na entrada para a bomba 12; e um segundo transdutor de pressão 22 a jusante da bomba 12, para monitorar a pressão de fluido no tubo 14.

[0108] O aparelho compreende um sistema de circuito fechado controlado por PLC totalmente automatizado incorporando um painel de controle 24 que se comunica com os componentes do aparelho.

[0109] O aparelho 2 pode ser operado como segue:

[0110] A formulação de cor é introduzida no tanque 4 e o aparelho 2 é montado com o tubo 18 conectado de forma cooperativa com uma entrada de um aparelho de processamento de fusão e sendo disposto para distribuir a formulação líquida em pressão adequada para dentro de uma fusão polimérica no aparelho de processamento de fusão. A pressão na qual a formulação líqui- da é inicialmente injetada pode ser manualmente configurada por um operador através do painel de controle 4. Alternativamente, a pressão pode ser determinada através de um transdutor de pressão de fusão perto do ponto de injeção e informação alimentada para o painel de controle 4 que pode então controlar os parâmetros de processo relevantes.

[0111] Antes da operação do aparelho, o rendimento desejado do aparelho de processamento de fusão e a razão em % da formulação líquida a ser introduzida no polímero (isso é, a "razão de redução" (LDR)) são determinados e a informação registrada manualmente no aparelho através do painel de controle. PLC então calcula a velocidade adequada da bomba de engrenagem para manter a taxa de dosagem correta. Uma entrada analógica de 0 a 10 V é retirada do extrusor associado com o misturador dinâmico e/ou corrente de fusão dentro da qual a formulação deve ser distribuída e comparada com LDR de registro manual. Se houver uma variação na voltagem, o volume dosado de formulação líquida é automaticamente ajustado para manter LDR constante.

[0112] Os motores 9, 13 são operados para acionar bombas 8 e 12 de modo que a formulação líquida passe do tanque 4, através do tubo 6, bomba 8, o tubo 10, a bomba 12 e o tubo 14 para o sistema de válvula de injetor 16 que será inicialmente fechada, mas pode abrir automaticamente quando uma pressão predeterminada é alcançada. A primeira bomba 8 é disposta para acumular pressão da formulação líquida a ser distribuída através do tubo 18 para dentro do aparelho de processamento de fusão. A pressão em sua entrada será determinada pelo cabeçote estático de líquido no tanque 4. Vantajosamente, o reservatório não precisa ser pressurizado o que seria geralmente o caso se a bomba 8 fosse uma bomba de engrenagem. Uma primeira bomba é mais prontamente capaz de puxar líquido do tanque 4 em comparação com uma bomba de engrenagem. Adicionalmente, descobriu-se que a primeira bomba pode acumular pressão prontamente para cerca de 120 bar e operar em tal alta pressão através de um longo período, mesmo quando a formulação líquida é altamente carregada com partículas grandes.

[0113] A bomba de engrenagem 12 não é disposta para aumentar a pressão da formulação líquida, mas é disposta apenas para medir a formulação de modo que as quantidades predeterminadas da formulação, dosadas precisamente pela bomba de engrenagem, possam ser injetadas na corrente fundida na pressão acumulada pela primeira bomba que será substancialmente a mesma pressão que a corrente fundida. Visto que a pressão através da bomba de engrenagem é substancialmente igual a zero, não há tendência de fluxo de retorno de formulações na bomba, facilitando, dessa forma, a dosagem precisa da formulação utilizando a bomba de engrenagem.

[0114] Em uso, o painel de controle 24 recebe o retorno que permite que o aparelho seja controlado. Por exemplo, monitora a pressão determinada pelos transdutores de pressão 20, 22; controla a primeira bomba de modo que a geração de pressão pela primeira bomba seja constante e a pressão de formulação adequada seja alcançada no tubo 18 para injeção em um misturador dinâmico e/ou uma corrente de fusão; garante que as pressões nos tubos 10, 14 sejam iguais de modo que ΔP entre a entrada e saída seja substancialmente igual a zero; e controla a bomba de engrenagem de modo que dose uma quantidade predeterminada de formulação.

[0115] Vantajosamente, o aparelho 2 é considerado capaz de dosar com precisão no aparelho de processamento de fusão em uma pressão alta desejada. A primeira bomba é prontamente capaz de aumentar a pressão da formulação para 120 bar como pode ser necessário. Além disso, visto que a bomba de engrenagem 12 é utilizada apenas para medir e a pressão através é zero, a mesma pode dosar com precisão relativa (apesar de espaços entre as engrenagens e outras partes da bomba serem relativamente grandes) e, em particular, a precisão é maior em comparação com se tal bomba de engrena- gem fosse utilizada para aumentar a precisão e dosar, especialmente quando as formulações que possuem maior viscosidade e/ou portam partículas maiores forem envolvidas.

[0116] Durante um período prolongado, o desgaste na bomba de engrenagem pode fazer com que o volume/revolução distribuída diminua. Isso pode ser solucionado pela calibragem periódica da bomba.

[0117] Exemplos 1 a 4 ilustram o uso do aparelho das primeira e segunda modalidades utilizando uma pcp. O exemplo 5 é um exemplo comparativo. O Exemplo 6 ilustra a operação do aparelho da primeira modalidade, utilizando uma bomba de diafragma.

[0118] Exemplo 1 - Operação do Aparelho da Segunda Modalidade Incorporando uma pcp

[0119] Com referência à figura 5, a formulação a ser testada foi fornecida no tanque 4. Uma bomba de cavidade progressiva padrão Netzsch NX510/008 40 (distribuindo 0,9 mL/rev) foi controlada através de um controlador configurado a 60 rpm e disposto para alimentar a formulação, em uma taxa dosada, do tanque 4 para dentro da porta de entrada da bomba de engrenagem MVV 42. Houve um transdutor de pressão 44 pouco antes da entrada da bomba de engrenagem para medir a pressão no tubo de link 46. Depois da bomba de engrenagem 42 encontra-se um sensor de pressão 48, puramente para ler a pressão em linha pós-bomba e um regulador de pressão 51 para ajustar a pressão de bomba pós-engrenagem. A bomba de engrenagem 42 foi acionada por um servo motor que foi governado pela pressão no tubo de link entre as duas bombas. A pressão do tubo de link foi determinada em 5 bar e a velocidade da bomba de engrenagem foi controlada através de um controlador de lógica programável para manter a pressão no tubo 46 constante. Esse controle envolveu o aumento ou redução da velocidade da bomba de engrenagem para corrigir os efeitos de deslizamento e, portanto, para manter a saída na li- nha 50 constante.

[0120] As seguintes formulações foram determinadas:

[0121] As amostras respectivas de fluidos foram coletadas manualmente através de períodos de 60 segundos depois o regulador de pressão 51 para uma série de pressões diferentes medidas a jusante da bomba de engrenagem 42. Os resultados são fornecidos na figura 6. Com referência à figura 6, será notado para a formulação B que os pesos de formulação coletados em pressões diferentes (entre 20 a 120 bar) através períodos de 60 segundos varia apenas por 2%. De forma similar, para a formulação A, que foi distribuída em uma taxa maior do que a formulação B, os pesos coletados variam apenas por 2%.

[0122] É claro a partir dos resultados que a disposição utilizando a pcp para medir e a bomba de engrenagem para acumular pressão funciona bem para fornecer uma saída medida precisa, através de uma faixa de pressões. Na prática, descobriu-se que a velocidade de bomba de engrenagem precisa aumentar para reagir ao deslizamento e isso é mais aparente quanto menor a vis-cosidade da formulação. Não obstante, o aparelho pode ser utilizado para dosar uma faixa ampla de tipos de formulação (por exemplo, em termos de viscosidade e/ou níveis de particulados) no aparelho de processamento de fusão de uma forma eficiente.

[0123] EXEMPLO 2 - OPERAÇÃO DO APARELHO DA PRIMEIRA MODALIDADE UTILIZANDO UMA PCP

[0124] O aparelho da primeira modalidade foi utilizado para distribuir uma formulação (formulação A) através de uma série de pressões como descrito no exemplo 1 exceto que a pcp foi utilizada para controlar a pressão e a bomba de engrenagem utilizada para dosar como descrito na primeira modalidade. Os resultados são fornecidos nas figuras 7 e 8. Descobriu-se, em geral, que o deslocamento de fluido por revolução é substancialmente igual independentemente da pressão.

[0125] EXEMPLO 3 - OPERAÇÃO DE UM APARELHO DA SEGUNDA MODALIDADE UTILIZANDO UMA PCP

[0126] O procedimento descrito geralmente no exemplo 1 foi seguido exceto que o controlador foi configurado para 10, 50, 100 ou 150 rpm. A formulação determinada foi como segue:

[0127] As amostras respectivas de fluidos foram coletadas depois do regulador de pressão 51 para uma série de diferentes pressões medidas a jusante da bomba de engrenagem 42 na bomba de cavidade progressiva (40) rpms de 10, 50, 100 ou 150 rpm. Descobriu-se que os pesos de formulações coletadas em pressões diferentes (entre 20 e 120 bar) variam por menos de 2%.

[0128] EXEMPLO 4 - OPERAÇÃO DO APARELHO DA SEGUNDA MODALIDADE UTILIZANDO UMA PCP

[0129] O procedimento descrito no exemplo 1 foi seguido exceto pelo controlador que foi configurado em 125 rpm. A formulação a seguir foi determi- nada:

[0130] As amostras respectivas de fluidos foram coletadas durante períodos de 60 segundos depois do regulador de pressão 51 para uma série de diferentes pressões (entre 20 e 200 bar) medidas a jusante da bomba de engrenagem 42. Descobriu-se que o peso da formulação coletada em cada caso variou em apenas 2%.

[0131] EXEMPLO 5 (COMPARATIVO) - OPERAÇÃO DA BOMBA DE CAVIDADE PROGRESSIVA SEM QUALQUER BOMBA DE ENGRENAGEM (ISSO É, BOMBA DE CAVIDADE PROGRESSIVA UTILIZADA PARA DOSAR E ACUMULAR PRESSÃO)

[0132] Com referência à figura 9, a formulação D a ser testada foi fornecida no tanque 4. Uma bomba de cavidade progressiva de baixo volume Netzsch padrão 40 (distribuindo 0,28 mL/rev) foi controlada através de um controlador configurado em 220 rpm e disposto para alimentar a formulação, em uma taxa dosada, a partir do tanque 4 para dentro da saída na linha 50. Depois da bomba de cavidade progressiva 40 encontra-se um sensor de pressão 48.

[0133] As amostras de fluido respectivas foram coletadas manualmente através de períodos de 60 segundos depois do regulador de pressão 51 para uma série de diferentes pressões medidas a jusante da bomba de cavidade progressiva 40. Os resultados são representados na figura 10 a partir da qual será notado que os pesos da formulação coletada em diferentes pressões (entre 0 e 110 bar) durante períodos de 60 segundos começa a reduzir rapidamente acima de pressões de 80 bar. Fica claro a partir dos resultados que a utiliza- ção da bomba de cavidade progressiva para dosar e acumular pressão não fornece uma saída dosada precisa acima de 80 bar.

[0134] Apesar de o aparelho das primeira e segunda modalidades ter sido descrito utilizando-se uma bomba de engrenagem externa, outros tipos de bombas de engrenagem podem ser utilizados. Não obstante, uma bomba de engrenagem externa como descrito é preferida devido a seu baixo custo e baixa complexidade, significando que pode ser limpa com facilidade. Adicionalmente, em vista de seu custo baixo, bombas de engrenagem separadas e tubulação associada podem ser fornecidas para cada cor ou formulação que deve ser distribuída utilizando-se o aparelho descrito. Nesse caso, não será necessário se limpar uma bomba de engrenagem e tubulação associada entre as utilizações do aparelho para distribuição de cores e/ou formulações diferentes - por exemplo, uma bomba de engrenagem e tubulação associada que foi utilizada para qualquer cor pode ser substituída por outra bomba de engrenagem e tubulação associada que será utilizada para distribuir outra cor. Dessa forma, um número de bombas de engrenagem e tubulação associada que foram (ou serão) utilizadas para distribuição de cores diferentes pode ser armazenado nos estados não limpos até que seja necessária para uso.

[0135] Na primeira modalidade utilizando uma pcp, a pcp acumula pressão e, de acordo, pode ser relativamente cara. Consequentemente, pode não ser comercialmente aceitável se fornecer pcps dedicadas para cada cor e/ou formulação que se deseja distribuir utilizando o aparelho. No entanto, na segunda modalidade onde a pcp não precisa gerar alta pressão, uma pcp relativamente barata pode ser utilizada, tornando, dessa forma, comercialmente viável se fornecer pcps dedicadas para cada cor/formulação a ser distribuída utilizando o aparelho. De fato, no aparelho da segunda modalidade, pode ser comercialmente viável se fornecer kits dedicados compreendendo todas as partes do aparelho que entram em contato com a formulação em uso.

[0136] Cada kit pode compreender um tanque 4, pcp 8, bomba de engrenagem 12 e tubulação associada. A utilização de tais kits permitirá que o tempo necessário para se mudar a cor e/ou formulação a ser distribuída utilizando o aparelho seja significativamente reduzido, visto que uma limpeza mínima ou nenhuma limpeza possa ser necessária entre as passagens envolvendo cores e/ou formulações diferentes.

[0137] O aparelho descrito pode ser disposto para distribuir a formulação em uma taxa de 1 mL/minuto a 1500 mL/minuto.

[0138] Será apreciado que diferentes formulações podem ser dosadas em materiais poliméricos em taxas e níveis diferentes. Para se cobrir a faixa típica de níveis, pcps adequadas podem ser selecionadas a partir de quatro bombas diferentes como segue:(i) volume baixo - bombas de 0,28 mL/rev em velocidades de até 200 rpm;(ii) volume médio - bombas de 0,29 mL/rev em velocidades de até 200 rpm;(iii) volume alto - bombas de 0,28 mL/rev em velocidades de até 200 rpm;(iv) volume mais alto - bombas > 8 mL/rev em velocidades de até 200 rpm.

[0139] É preferível que tais bombas sejam operadas em menos do que sua capacidade máxima para preservar a vida útil da bomba. A operação em cerca de 100 rpm é preferida.

[0140] Bombas de engrenagem podem ser selecionadas a partir de:(v) bomba distribuindo 0,1 cc/rev com uma faixa de 10 a 150 rpm;(vi) bomba distribuindo 1 cc/rev com uma faixa de 10 a 150 rpm;(vii) bomba distribuindo 5 cc/rev com uma faixa de 10 a 150 rpm.

[0141] O aparelho descrito pode dosar com precisão as formulações possuindo viscosidade na faixa de 5000 a 35000 cp, na temperatura operacional da formulação contendo partículas (por exemplo, pigmentos) possuindo tamanhos de partícula de até 100 μm, com carregamentos de partículas de até 85% em peso (por exemplo, no caso de pigmentos inorgânicos) ou até 65% por peso (por exemplo, no caso de pigmentos orgânicos ou tinturas).

[0142] EXEMPLO 6 - OPERAÇÃO DO APARELHO DA PRIMEIRA MODALIDADE, UTILIZANDO UMA BOMBA DE MÚLTIPLOS DIAFRAGMAS E BOMBA DE ENGRENAGEM

[0143] Com referência à figura 1, a formulação A a ser testada foi fornecida no tanque 4. Uma bomba de múltiplos diafragmas Hydracell P300 padrão 9 foi controlada através de um controlador para garantir que uma pressão de formulação constante e adequada (0 a 200 bar) seja alcançada no tubo 18. A bomba de engrenagem MVV (0,6 cc/rev) (12) é controlada de modo que seja configurada em 50 rpm e disposta para alimentar a formulação, em uma taxa dosada, através do regulador de pressão 16.

[0144] Amostras respectivas de fluidos foram coletadas manualmente através de períodos de 60 segundos depois que o regulador de pressão 22 para uma série de diferentes pressões medidas a jusante da bomba de engrenagem 12. Os resultados são fornecidos na figura 11. Com referência à figura 11, será notado para a formulação A que os pesos da formulação coletados em pressões diferentes (entre 20 e 200 bar) durante períodos de 60 segundos varia apenas 2%.

[0145] Fica claro a partir dos resultados que a disposição utilizando a bomba de múltiplos diafragmas para acumular pressão e a bomba de engrenagem para dosar o trabalho para fornecer uma saída medida com precisão, através de uma faixa de pressões. O aparelho pode ser utilizado para dosar uma ampla faixa de tipos de formulação (por exemplo, em termos de viscosidade e/ou níveis de material particulado) no aparelho de processamento fundi- do de uma forma eficiente.

[0146] A dita primeira modalidade pode utilizar uma primeira bomba selecionada a partir de uma pcp ou bomba de diafragma como descrito.

[0147] Uma segunda modalidade do aparelho de injeção de alta pressão pode utilizar o aparelho que é esquematicamente igual ao da modalidade da figura 1. No entanto, na segunda modalidade, uma pcp (em vez de uma bomba de diafragma) pode ser utilizada. Nesse caso, pcp 8 é disposta para aumentar a pressão apenas para cerca de 3 bar com sua função primária sendo medir com precisão a formulação. A bomba de engrenagem 12 é a bomba primária que é disposta para aumentar a pressão da formulação. Nesse caso, a pcp pode ser disposta para gerar até 3 bar e bombear até 10 mL/revolução. Tais pcp são relativamente pequenas (por exemplo, possuindo até 6 ou até 3, partidas) e são de custo relativamente baixo. Adicionalmente, visto que a pcp não precisa gerar alta pressão, as geometrias internas podem ser relativamente grandes, facilitando o manuseio das formulações que incluem particulados maiores.

[0148] A bomba de engrenagem utilizada na segunda modalidade pode ser igual à utilizada na primeira modalidade.

[0149] Na segunda modalidade, o aparelho pode ser operado como segue. Os motores 9 e 13 são operados para acionar as bombas de modo que a formulação líquida flua do tanque 4 para o sistema de válvula injetor 16 como na primeira modalidade. No entanto na segunda modalidade, a pcp 8 é disposta para dosar a formulação em uma taxa predeterminada sob o controle do painel de controle 24. A pcp é prontamente capaz de dosar com precisão a formulação não obstante que e pode apresentar uma viscosidade relativamente alta e portar matéria particulada relativamente grande. Durante a operação, as pressões na saída da pcp podem ser de 3 bar (isso é, pressão suficiente para produzir um fluxo satisfatório através da pcp, mas não alta o suficiente de modo que a capacidade de a bomba de engrenagem medir possa ser comprometida) durante a operação do aparelho. Na saída da pcp, a formulação entra na bomba de engrenagem 12 (em uma pressão de 3 bar). A bomba de engrenagem é utilizada simplesmente para amplificar a pressão do líquido para a pressão necessária para injeção na corrente fundida. A pressão é monitorada pelos transdutores de pressão 20, 22 e ΔP entre a entrada e a saída da bomba de engrenagem controlada de modo que uma pressão predeterminada seja alcançada no tubo 14 e a jusante do mesmo.

[0150] Se houver qualquer deslizamento na bomba de engrenagem, o fluido fluirá de volta para dentro do tubo 10 entre a pcp e a bomba de engrenagem e fará com que a pressão no tubo aumente. Nesse caso, PLC aumentará a velocidade da bomba de engrenagem para compensar até que a pressão de entrada para a bomba de engrenagem retorne para 3 bar, para, dessa forma, reagir a qualquer deslizamento.

[0151] As tolerâncias de bomba de engrenagem na segunda modalidade podem ser relativamente grandes e a precisão de dosagem não deve alterar à medida que a bomba de engrenagem desgasta através do uso devido ao fato de a dosagem ser realizada pela pcp.

[0152] A invenção não está restringida aos detalhes das modalidades mencionadas acima. A invenção se estende a qualquer característica nova, ou qualquer combinação nova de características descritas nessa especificação (incluindo qualquer reivindicação em anexo, resumo ou desenhos), ou a qualquer etapa nova, ou qualquer combinação nova de etapas de qualquer método ou processo descrito.

Claims

1. Aparelho para injetar uma formulação fluida em um material polimé- rico fundido, o aparelho compreendendo uma primeira bomba e uma bomba de engrenagem dispostas em série em um percurso fluido entre um reservatório para a formulação de fluido a ser injetada e uma saída do aparelho, em que a dita primeira bomba é selecionada a partir de uma bomba tipo diafragma e uma bomba de cavidade progressiva e CARACTERIZADO por o dito aparelho para injeção ser fornecido em combinação com um aparelho de processamento de fusão para definir um conjunto no qual uma saída do aparelho para injeção está em comunicação fluida com uma entrada através da qual a formulação fluida pode ser introduzida em uma corrente fundida produzida pelo dito aparelho de processamento de fusão.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira bomba é uma bomba de cavidade progressiva (pcp).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira bomba é fornecida a montante da bomba de engrenagem.

4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o reservatório é disposto para distribuir a formulação de fluido para a entrada da primeira bomba em uma pressão de menos de 100 milibar e preferivelmente o dito reservatório é aberto para a atmosfera.

5. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita bomba de engrenagem é disposta para distribuir fluido em uma taxa na faixa de 0,2 a 10 mL por revolução.

6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita bomba de engrenagem inclui uma engrenagem possuindo dentes de engrenagem que incluem pontas de engrenagem, em que a distância mínima entre as pontas de engrenagem e o alojamento adjacente é pelo menos 0,005 mm e é inferior a 0,200 mm; e/ou a dita bomba de engrenagem inclui uma engrenagem, em que a soma das distâncias mínimas entre as faces de engrenagem e as faces de suporte adjacentes medidas em paralelo ao eixo geométrico de rotação da engrenagem é pelo menos de 0,005 mm e é inferior a 0,200 mm; e/ou o espaço de entrelaçamento entre as engrenagens de entrelaçamento é de pelo menos 0,005 mm.

7. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito aparelho inclui um primeiro sensor de pressão a montante da bomba de engrenagem e um segundo sensor de pressão a jusante da bomba de engrenagem onde o aparelho é disposto para controlar a dita bomba de engrenagem dependendo das pressões determinadas pelos ditos primeiro e segundo sensores de pressão.

8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito aparelho inclui apenas uma primeira bomba, e incluir apenas uma bomba de engrenagem.

9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito aparelho para injeção é fornecido em combinação com um aparelho de processamento de fusão para definir um conjunto no qual uma saída do aparelho para injeção está em comunicação fluida com uma entrada através da qual a formulação fluida pode ser introduzida em uma corrente fundida produzida pelo dito aparelho de processamento de fusão.

10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito aparelho ser disposto para injetar a formulação fluida em uma pressão de pelo menos 10 bar.

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que uma unidade de processamento do dito aparelho para injeção é disposta para operar uma dentre a primeira bomba e a segunda bomba de modo que a diferença de pressão entre a entrada e saída da primeira ou segunda bomba selecionada seja inferior a 8 bar; e a dita unidade de processamento do dito aparelho é disposta para operar a outra dentre a primeira bomba ou bomba de engrenagem para aumentar a pressão da formulação fluida para mais de 50 bar.

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que uma unidade de processamento do aparelho é programada para operar a bomba de engrenagem e a primeira bomba de modo que a bomba de engrenagem possa ser operada para dosar a formulação fluida e a dita primeira bomba seja disposta para aumentar a pressão da formulação fluida.

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira bomba é disposta para aumentar a pressão da formulação fluida para pelo menos 60 bar.

14. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de processamento é programada para manter ΔP entre a entrada e a saída da bomba de engrenagem em menos de 3 bar.

15. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho compreende uma pluralidade de unidades de mudança de cor, cada uma das quais compreende uma primeira bomba, bomba de engrenagem e tubulação associada.

16. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira bomba ser uma pcp que inclui pelo menos 10 estágios.

17. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11 e 14 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que uma unidade de processamento do aparelho é programada para operar a pcp para dosar a formulação fluida e a dita bomba de engrenagem para aumentar a pressão da formulação fluida.

18. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15 e 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira bomba é uma pcp que é disposta apenas para gerar até 5 bar; e/ou inclui 10 estágios ou menos.

19. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira bomba é uma bomba de diafragma, por exemplo, uma bomba de múltiplos diafragmas.

20. Método de injeção de formulação fluida em um material polimérico fundido, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender:selecionar um aparelho compreendendo uma primeira bomba e uma bomba de engrenagem disposta em série em um percurso de fluxo entre um reservatório que contém a formulação defluido a ser injetada e uma saída;operar a primeira bomba ou bomba de engrenagem para aumentar a pressão da formulação que passa entre o reservatório e a dita saída; einjetar a dita formulação no material polimérico fundido a jusante da dita saída,em que o dito aparelho é conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 19.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita formulação possui uma viscosidade de pelo menos 5000 cP.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita formulação fluida inclui pelo menos 20% em peso, preferivelmente pelo menos 50% em peso de sólidos.

23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 22, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos 10% do número de partículas na formulação fluida possui um tamanho máximo de partícula superior a 10 μm ou superior a 40 μm.

24. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 23, CARACTERIZADO pelo fato de que a formulação fluida inclui partículas possuindo um diâmetro de partícula mediano de 5 μm ou mais.

25. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 24, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita formulação fluida inclui pelo menos algumas partículas (por exemplo, pelo menos 5% do número de partículas) possuindo tamanhos de partícula superiores ao espaço entre a ponta da engrenagem e o alojamento da bomba de engrenagem; e/ou a dita formulação de fluido inclui pelo menos algumas partículas (por exemplo, pelo menos 5% do número de partículas) possuindo tamanhos de partícula superiores aos espaços entre as faces de engrenagem e faces de suporte.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho selecionado para uso no método possui qualquer característica do aparelho conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 19.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 26, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita primeira bomba é utilizada para aumentar a pressão da formulação fluida por pelo menos 50 bar e a bomba de engrenagem é operada para dosar a formulação e ser operada de modo que aumente a pressão da formulação fluida por menos de 8 bar ou menos de 3 bar.

28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 27, CARACTERIZADO pelo fato de que depois do contato entre a dita formulação e o dito material polimérico, a mistura incluir menos de 15% em peso de material derivado da dita formulação e mais de 85% em peso (por exemplo, mais de 90% em peso) de material polimérico fundido com o qual a formulação entra em contato no método.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 28, CARACTERIZADO pelo fato de que a formulação é selecionada e injetada em uma taxa que introduz menos de 15% em peso de veículo para dentro do material polimérico fundido.

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o método inclui a manutenção da diferença na pressão entre a entrada e saída da bomba de engrenagem de modo que a razão de pressão na entrada dividida pela pressão na saída esteja na faixa de 0,95 a 1,05.