BRPI0914118B1

BRPI0914118B1 - Processo para preparação de látex artificial e recipiente

Info

Publication number: BRPI0914118B1
Application number: BRPI0914118-9A
Authority: BR
Inventors: Arwin W. Van Der Waal; Marc Sonderman; Stephen W. Bourne; Adrie A. van der Huizen; David H. Brooks; Alexandre Rodrigues Da Silva
Original assignee: Kraton Polymers U.S. Llc
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2019-09-24
Also published as: TW201008984A; RU2011104090A; TWI454507B; US20110112217A1; CN102089376A; BRPI0914118A2; KR101275996B1; KR20110039315A; TWI518118B; EP2300528B1; NL2001776C2; CN102089376B; RU2507218C2; JP5260738B2; EP2300528A1; JP2011527376A; US8648131B2; MY159578A; WO2010005895A1; EP2300528A4

Abstract

processo para preparação de látex artificial e recipiente a presente invenção proporciona um processo para preparação de um látex artificial que compreende as etapas de: (a) emulsificação de um cimento compreendendo uma borracha dissolvida em um solvente orgânico adequado, junto com uma 5 solução aquosa de tensoativo, formando, desse modo, uma emulsão óleo em água; (b) redução em etapas do teor do solvente da emulsão óleo em água em dois ou mais estágios resultando em um látex artificial. além disso, a invenção proporciona um recipiente continuamente agitado para remover um solvente orgânico de uma emulsão óleo em água compreendendo borracha dissolvida em um solvente orgânico.

Description

“PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE LÁTEX ARTIFICIAL E RECIPIENTE”

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção diz respeito a um processo de produção de látex artificial, compreendendo uma emulsão sintética de uma borracha em água. Em mais particular, a invenção versa sobre a preparação de um látex polimérico de dieno conjugado, mais especificamente a um látex de borracha de isopreno.

TÉCNICA ANTERIOR

Ambos os tipos de látexes de borracha, natural e sintético, são emulsões de borracha em água. As emulsões são estabilizadas com agentes ativos de superfície ou proteínas. O diâmetro médio da média das partículas de borracha varia de 0,5 a 2,0 micra. Pode ser de no mínino 0,1 micra para alguns látexes sintéticos e tende a ser de aproximadamente 1 mícron para o látex natural. O termo látex é aplicado a produtos sintéticos e naturais, e aos ramos da denominação botânica do fluido leitoso, o qual é derivado das árvores da borracha, a fonte da borracha natural. O termo soro é usado para o meio aquoso.

O processo de produção das emulsões de borracha em água é conhecido há diversos anos. Como exemplo, o documento US2595797 descreve um processo que incorpora as etapas adiante:

1. Preparar uma solução de um polímero semelhante à borracha em um solvente orgânico volátil insolúvel em água em uma concentração suficiente para emulsificação

Introduzir a solução sob pressão em água contendo um agente ativo de superfície (por exemplo, dioctil éster de ácido sulfo-succínico de sódio)

3. Adicionar um anti-espumante (por exemplo, óleo de polissilicone) e agitar a mistura até que a emulsão seja obtida

4. Remover o solvente por evaporação (evitando ao mesmo tempo a formação excessiva de espuma)

5. Concentrar o teor de sólidos da emulsão permitindo que a emulsão descanse por 24 horas e removendo o soro (com um teor inferior a 2% de sólidos).

No documento US 2799662 é descrito um processo similar. O método consiste em uma diversidade de etapas integradas que incluem a dissolução do material polimérico seco (por exemplo, borracha) em um solvente selecionado apropriado, dispersar a solução polimérica preparada desse modo em um sistema de emulsificante-água ajustado e selecionado com critério e, finalmente, estripar o solvente para deixar a dispersão polimérica. De acordo com essa referência, na preparação do sistema emulsificante aquoso, é altamente desejável a presença de dois emulsificantes, um do tipo solúvel em hidrocarboneto (por exemplo, sulfonatos de petróleo de metal alcalino com 20 a 21 átomos de carbono dispostos em uma estrutura arila-alquila) e um do tipo solúvel em água (por exemplo, derivados de sulfato de metal alcalino de alcoóis superiores). A emulsificação da mistura de solvente polimérico e da

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 12/28 mistura de emulsificante aquosa é realizada em condições que impedem a evaporação do solvente.

O problema de estabilidade da emulsão durante o esgotamento do solvente é abordado no documento US 2871137, que fornece um método para o preparo de agentes emulsificantes com base em polímeros de hidrocarboneto que são emulsificados.

Um outro método para o preparo de emulsões estáveis de materiais poliméricos ou resinosos é descrito no documento US2947715. Esse preparo é realizado dissolvendo a borracha ou resina em um solvente apropriado, adicionando um agente de cremagem à solução polimérica durante a emulsificação, e cremagem do látex resultante antes da remoção do solvente, removendo o solvente e novamente a cremagem do látex livre de solvente.

No documento US2955094, o ácido ortofosfórico e os sais de sulfato orgânico são usados como emulsificantes na preparação de látexes da emulsão a partir de polímeros de hidrocarboneto. Conforme indicado nessa referência, a experiência demonstra que os látexes são relativamente instáveis e tendem a coagular quando submetidos à tensão mecânica. A instabilidade mecânica pode ser provocada pelo simples movimento de um agitador misturando o colóide. Os custos de manutenção aumentam, pois o equipamento é revestido com uma borracha coagulada e, além disso, uma quantidade apreciável de borracha é perdida. Outro tipo de instabilidade encontrada nos látexes poliméricos é o extravasamento de óleo e o desenvolvimento de um coágulo durante a etapa de esgotamento do solvente.

O documento US3250737 descreve a produção de látexes concentrados de elastômeros sintéticos a partir de suas soluções orgânicas de uma forma ao mesmo tempo rápida, eficiente e econômica. Essa produção é realizada misturando uma solução de um elastômero sintético em um solvente orgânico, água e um agente emulsificante, homogeneização da mistura, pelo menos até que a emulsão resultante permaneça estável, esgotamento do solvente orgânico em temperaturas elevadas e pressões abaixo das condições de ebulição da água, centrifugando o látex aquoso diluído resultante, recuperando e reciclando o soro aquoso da dita etapa de centrifugação e recuperando o látex concentrado. Essa referência se concentra nas etapas de evaporação e centrifugação, sendo irrelevante o modo de produção da solução de hidrocarboneto.

Para oferecer um panorama do conjunto do processo, como descreve a técnica anterior, é citado o processo no Capítulo 9 do Stanford Research Institute, Relatório PEP N° 82 de dezembro de 1972. Assim, um tanque de pré-mistura é suprido com uma solução de poliisopreno em isopentano, onde é pré-misturada com uma solução de tensoativo (principalmente reciclagem de soro) a partir do armazenamento do soro. A mistura é suprida a um circuito de emulsificação onde a razão de suprimento de reciclado em relação ao renovado é de aproximadamente 2/1. O emulsificante é uma bomba centrífuga de alta velocidade (3.500 rpm). A emulsão é transferida a um tanque de retenção onde permanece por 3 horas, permi

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 13/28 tindo a ascensão de qualquer creme (emulsão com partículas excessivamente grandes) até o topo e sua reciclagem. Cerca de 1% da emulsão é então reciclada para garantir a completa emulsificação de uma quantidade menor não totalmente emulsificada anteriormente. Se uma porção do cimento emulsificado estiver na forma de partículas excessivamente grandes quando o solvente é evaporado ou estripado dessa porção, o polímero resultante não pode permanecer em suspensão coloidal, ocorrendo sua deposição, o que obstruirá o equipamento. A partir do tanque de retenção, a emulsão é transferida a um aquecedor, onde uma porção substancial do solvente (mas apenas uma porção mínima de água) é vaporizada formando bolhas gasosas, induzindo à formação de espuma semelhante a um creme chantilly. A espuma é transferida a um tanque de repouso para permitir que o solvente atinja sua concentração de equilíbrio relativa para o polímero por toda a espuma. A espuma é então resfriada a 43,3°C a aproximadamente 10 psig, fazendo com que o solvente condense e a espuma seja desintegrada. O solvente condensado forma uma fase líquida separada da fase da emulsão aquosa. A mistura é transferida a um separador através de um coalescedor envolvido em lã de aço. O solvente separado é transferido a um tanque de compressão do solvente. A emulsão é centrifugada e concentrada em uma centrífuga onde uma quantidade de soro é separada e reciclada para o tanque de armazenamento de soro. Como as partículas poliméricas na emulsão concentrada ainda contêm solvente, a emulsão passa por um segundo estágio de formação de espuma, desintegração e separação de fase. O solvente separado do segundo estágio é também transferido ao tanque de compressão do solvente. A fase de emulsão do segundo estágio é aquecida a 82,2°C em um aquecedor de evaporação para evaporar o solvente residual em um tanque de evaporação. Esse solvente é condensado e armazenado no tanque de compressão de solvente. Parte da água é também evaporada do tanque de evaporação, e é condensada, separada, e reciclada para o tanque de solução de tensoativo. O látex oriundo do tanque de evaporação contém cerca de 24% de sólidos de borracha. É resfriado a 43,3°C em um resfriador de emulsão, concentrado a 64% em uma centrífuga e finalmente coletando e armazenado em um recipiente de armazenamento do produto laticífero. O soro centrifugado na etapa de concentração é reciclado para o recipiente de armazenamento do soro.

A remoção do solvente da emulsão compreendendo elastômero sintético, 50-60% em peso de solvente, água e agente emulsificante (tensoativo) podem compreender a desintegração, que é entendida como os períodos de armazenamento relativamente quiescentes em condições onde ocorre a evaporação natural do solvente. No entanto, na maior parte das aplicações correntes (preservativos e luvas cirúrgicas, por exemplo) a presença de solvente residual não é aceitável. Sendo assim, a remoção do solvente em geral compreende operações de evaporação, destilação, ou uma operação de formação de espuma seguida da separação de fase do solvente a partir do látex diluído. Esses processos podem levar à

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 14/28 redução do teor do solvente em valor equivalente ou inferior a 150 ppm após a remoção (calculado em uma emulsão de borracha aquosa diluída; o teor do solvente aumenta quando a emulsão aquosa diluída é concentrada). A remoção do solvente nos processos da técnica anterior, no entanto, não está isenta de problemas.

Cada uma dessas operações, em geral, é bem compreendida e amplamente descrita na técnica. No entanto, isso não significa que essa etapa, onde é indispensável a remoção de um solvente de um sistema multifásico sem desestabilização da emulsão, não seja uma etapa complexa. Na realidade, essa etapa não pode ser comparada à remoção de um solvente de um sistema simples com dois componentes (água/solvente). Em especial, dada a presença de um material de elevado peso molecular, tensoativo, solventes de hidrocarboneto de baixo ponto de ebulição, etc., essa etapa frequentemente leva à perda significativa de material laticífero, em decorrência da coagulação de partículas de borracha emulsificadas e à obstrução do equipamento. Por essa razão o solvente é removido em um processo de múltiplas etapas em etapas relativamente equivalentes de redução do solvente. Outros inconvenientes enfrentados nesse estágio são o reduzido rendimento e/ou aumento do consumo de energia para que o solvente seja reduzido aos baixos níveis exigidos. Outro problema é o nível residual dos agentes de controle de espuma no produto final, o que - junto com o teor residual do solvente - deve ser o mais baixo possível.

Portanto, um dos objetivos da presente invenção é fornecer um processo aperfeiçoado para a produção de látex artificial, onde haja uma redução significativa da perda de material e da obstrução do equipamento em uma operação de remoção do solvente conduzida em duas ou mais etapas, de forma mais eficiente em termos de rendimento e consumo de energia.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Por conseguinte, a invenção proporciona um processo para preparação de látex artificial, que compreende as etapas de: (a) emulsificação de um cimento compreendendo uma borracha dissolvida em um solvente orgânico adequado, junto com uma solução aquosa de tensoativo, formando, desse modo, uma emulsão óleo-em-água; (b) redução em etapas do teor de solvente da emulsão óleo-em-água em dois ou mais estágios, resultando em um látex artificial caracterizado pelo fato de que, no estágio 1 da etapa (b), parte do solvente é removida misturando parte do látex artificial, aquecida até uma temperatura acima do ponto de ebulição do solvente junto com a emulsão e permitindo a evaporação do solvente. Além disso, a invenção proporciona um recipiente de agitação contínua (1) para remover um solvente orgânico de uma emulsão óleo em água compreendendo borracha dissolvida em um solvente orgânico, e emulsificada com uma solução aquosa de tensoativo para formar um látex artificial com um teor reduzido de solvente orgânico, sendo que esse recipiente é equipado com um misturador (2), uma entrada de suprimento (3), uma saída de respiradouPetição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 15/28 ro (para solvente e água vaporizada) (4) e uma saída de produto (5), em que a entrada de suprimento (3) e a saída de produto (5) são parte de um circuito de re-ebulição (6) para reciclagem de parte do produto da emulsão aquosa, em que o circuito de re-ebulição (6) compreende ainda uma saída de descarga do produto (7), opcionalmente uma entrada para um agente de controle de espuma (8), uma bomba de circulação (9), um meio de aquecimento (por exemplo, um trocador de calor) (10), uma entrada para a emulsão óleo em água (11), e opcionalmente uma entrada de vapor (12).

DESENHO

O Esquema I na Figura 1 é uma representação esquemática de um procedimento comparativo para a redução do teor do solvente em um processo de látex artificial. O recipiente (1) usado é um recipiente em contínua agitação em condições de estado estável equipado com um misturador (2), uma entrada de suprimento (3), uma saída de respiradouro (4) e uma saída de produto (5). Ademais, o recipiente tem uma entrada (12) para vapor e entradas (8) e (11) diretamente conectadas ao recipiente. O respiradouro (4) é fornecido para os excedentes gasosos, consistindo de vapores de solvente e água vaporizados. Na Figura 1, é mostrado um recipiente revestido (onde o revestimento é aquecido por água ou óleo; enquanto os conteúdos do recipiente são adicionalmente aquecidos por vapor).

O Esquema II na Figura 2 é uma representação esquemática de um recipiente, conforme seu possível uso no processo da corrente invenção. Nessa configuração, o uso do vapor é opcional. O solvente do hidrocarboneto é vaporizado (evaporado), pelo contato do suprimento da emulsão com parte do fluxo do produto, que foi aquecido até uma temperatura superior ao ponto de ebulição do solvente em um meio de aquecimento, por exemplo, o trocador de calor (10). O trocador de calor, portanto, é posicionado preferencialmente a montante da união que combina o produto reciclado (um látex artificial com reduzido teor do solvente) e a emulsão óleo em água. Na Figura 2, um recipiente isolante também pode ser usado. Seria conveniente que o recipiente pudesse ser equipado com mais de um circuito de re-ebulição.

O suprimento em ambos os casos é a emulsão óleo em água, compreendendo uma mistura de borracha emulsificada, tensoativo, solvente de hidrocarboneto e água. Ainda, conforme será discutido daqui por diante, um agente de controle de espuma (ACE) pode ser usado, e ainda mais preferencialmente, é usado na etapa de redução do solvente (b).

A área do fundo do recipiente compreende uma fase líquida, com esgotamento do solvente vaporizado, correspondente ao produto da redução de solvente do estágio 1, havendo uma camada de espuma mais leve no topo.

Em condições do estado estável, aproximadamente o mesmo nível é mantido durante a operação. Esta área do fundo compreende de 15 a 25%, preferencialmente cerca de 20% da altura do recipiente do reator. A tampa do gás compreende a parte do topo do reciPetição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 16/28 piente e compreende de 20 a 10%, preferencialmente cerca de 20% da altura do recipiente do reator. Quando inferior a 10%, há risco de aprisionamento de espuma na saída de respiradouro (4). Quando superior, então claramente o recipiente não está funcionado na capacidade ideal. A zona intermediária, que reveste, portanto, cerca de 45 a 75% da altura do recipiente, é preenchida com a espuma gerada durante o processo de remoção do solvente. No equilíbrio (estado estável) os recipientes operam em temperatura média essencialmente constante e próxima à pressão atmosférica.

MODO (S) DE EXECUÇÃO DA INVENÇÃO

No processo da presente invenção, o cimento é formado pela dissolução da borracha em um solvente de hidrocarboneto adequado. Uma borracha que é usada para formar o látex artificial pode ser qualquer polímero, tipicamente produzido pela polimerização do solvente, conhecida na técnica. Isso inclui, por exemplo, poliisobutileno e seus copolímeros, compostos polivinílicos, tais como ésteres de ácido acrílico e metacrílico e éteres de polivinila e ainda derivados da celulose, copolímeros de estireno e dieno(s) conjugado e ou acrilonitrila e (co) polímeros de diolefinas. Uma classe adicional de polímeros é a dos copolímeros preparados a partir do etileno e uma outra monoolefina contendo até 8 átomos de carbono, como copolímero elastomérico de etileno e propileno, copolímero de etileno e butano-1 e similares. Outra classe ainda de polímeros similares à borracha são os terpolímeros obtidos a partir do etileno, propileno e um dieno como o 1,5- hexadieno e outros similares.

São de particular interesse os (co) polímeros de estireno e dieno (s) conjugado, os quais podem ser polímeros aleatórios ou copolímeros de bloco (contendo blocos de homopolímero e/ou blocos de copolímero.

De maior interesse ainda são os (co) polímeros de diolefinas, sendo o butadieno e o isopreno representantes dos dienos. Preferencialmente, esses (co) polímeros, são polimerizados pela polimerização da solução até um teor elevado de cis-1,4 (minimamente da ordem de 90%). Esses (co)polímeros são adicionalmente caracterizados por um peso molecular (bastante) elevado, tipicamente na faixa de pelo menos 1.000.000 g/mole. Com máxima preferência, são produzidos pela polimerização aniônica na presença de um catalisador de lítio, garantindo desta forma um baixíssimo teor de cinza. Contudo, podem ser também produzidos com um catalisador do tipo Ziegler ou catalisador a base de neodímio. Com preferência máxima, um polímero similar à borracha é a borracha de isopreno, por exemplo, qualquer um dos graus comercialmente disponíveis de KRATON Polymers.

Observe que o processo da presente invenção também pode ser utilizado no caso em que é produzido um látex artificial com fardos de borracha natural.

A borracha, preferencialmente a borracha de isopreno, pode ser dissolvida em qualquer solvente adequado. Para a seleção do solvente, sua escolha dependerá em parte da natureza exata da borracha e do ponto de ebulição do solvente em si. É necessário usar

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 17/28 um solvente que dissolverá (com rapidez e simplicidade) a borracha. Para os polímeros menos polares usados como borracha, os solventes de hidrocarboneto alifático contendo cerca de quatro a dez átomos de carbono são vantajosos. Esses solventes incluem o isopentano, ciclopentano, n-pentano, os hexanos, os heptanos, octano, e outros similares. Preferencialmente é usado um solvente com um ponto de ebulição inferior a 82 graus Celsius, preferencialmente com no máximo 55 graus Celsius, mais preferencialmente selecionado a partir do n-pentano, ciclopentano, n-hexano, ciclohexano, isômeros e misturas dos mencionados. Para a borracha de isopreno, o solvente preferencial é o n-pentano.

A quantidade de borracha dissolvida no solvente dependerá e será limitada pela solubilidade do polímero no solvente. No caso da borracha de isopreno, a quantidade preferencial, descrita como o teor de sólidos, é inferior a aproximadamente 20 por cento em peso, de preferência, com aproximadamente 8 a cerca de 17 por cento em peso, mais preferencialmente com aproximadamente 10 a cerca de 15 por cento em peso. Outra forma de definir a quantidade máxima de borracha é pela baixa viscosidade de cisalhamento dinâmico do cimento, que, de preferência, deve ser equivalente ou superior a 200 g/cm.s (20.000 centipoises) (viscosidade de Brookfield a temperatura ambiente).

A borracha pode ser dissolvida no solvente pelos métodos convencionais. Por exemplo, pode ser dissolvida no solvente em um tanque de agitação. Não há condições específicas em relação a essa etapa preparatória. Obviamente, as condições de segurança descritas pelo fabricante do equipamento devem ser cumpridas, devendo-se ainda evitar a degradação da borracha.

Após ser formado pela dissolução da borracha em um solvente adequado, o cimento é emulsificado junto com uma solução aquosa de tensoativo para formar uma emulsão óleo-em-água. Com respeito à solução aquosa de tensoativo a ser utilizada, em princípio, qualquer tensoativo pode ser usado. No entanto, como o problema subjacente à invenção é evitar que materiais externos limitem o uso do látex então produzido, o tensoativo preferencialmente conta com a aprovação para contato com alimentos e com a pele. Para a preparação de um látex IR, de preferência é empregado um tensoativo do tipo ácido de resina aprovado para uso alimentício e dérmico. A preferência pelos tensoativos do tipo ácido de resina se deve à sua tendência relativamente baixa à formação de espuma.

O tensoativo pode ser usado em uma concentração na faixa de 0,5 a 5,0% em peso de água. Mais preferencialmente, é usado em uma concentração na faixa de 0,75 a 3,0 % em peso, ainda mais preferencialmente na faixa de 0,9 a 1,5 % em peso. Apesar de ser possível o uso de soluções mais concentradas, seu uso, de modo geral, não confere vantagens. Observe que, nesse aspecto, a dureza da água usada na preparação da solução de tensoativo pode ser importante. Preferencialmente uma água bastante mole (0-4 DH) ou uma água mole (4-8 DH) é usada na preparação da solução de tensoativo. Qualquer método

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 18/28 básico para a produção de uma solução aquosa de tensoativo pode ser usada.

A razão volumétrica da solução aquosa de tensoativo versus cimento também é preferencialmente pré-definida. O uso de uma quantidade pequena de tensoativo aquoso pode levar a uma inversão de fase, enquanto o uso de um excedente significativo trará inconvenientes para a etapa posterior de remoção do solvente de hidrocarboneto e para a etapa posterior de concentração da emulsão aquosa. Tipicamente, a razão de cimento/tensoativo estará em média na faixa de 1:1,5 a 1:3,0, preferencialmente de 1:2,0 a 1:2,5, por volume. Como consequência, o teor de solvente inicial é preferencialmente de cerca de 50-60 % em peso.

A emulsificação do cimento com a solução aquosa de tensoativo pode ser realizada com o uso de um homogeneizador ou qualquer meio similar. Preferencialmente, utiliza-se um homogeneizador ou série de homogeneizadores que gera uma emulsão óleo em água estável com tamanho médio de partículas por ocasião da remoção do solvente de 0,5 a 2 pm (diâmetro médio). Partículas de maior ou menor calibre não revertem em qualquer tipo de vantagem.

Cabe observar novamente que a remoção de um solvente de um sistema de múltiplos componentes não é tão simples como se poderia esperar. O produto de partida é uma emulsão óleo em água, que por si mesma é bem mais complexa. O solvente precisa ser removido do óleo emulsificado, sem a desestabilização e coagulação de tais partículas emulsificadas. Além disso, para o uso subsequente do látex artificial, por exemplo, na preparação de luvas e preservativos, a quantidade residual de solvente precisa ser reduzida a níveis baixíssimos. Ainda, os níveis do agente de controle de espuma devem ser baixos. É preciso, além disso, que processos economicamente viáveis sejam capazes de gerar rendimentos elevados, o que se torna complexo à medida que uma maior quantidade de solvente precisa ser removida. O mesmo se aplica ao consumo de energia (calor necessário à evaporação do solvente).

Para satisfazer essas condições contraditórias, a etapa de remoção do solvente de acordo com a presente invenção, exige minimamente dois estágios de remoção do solvente, e com isso é obtida uma significativa redução do solvente no primeiro estágio, seguida por uma remoção de segundo estágio, onde são alcançados os baixos níveis finais de solvente.

O segundo estágio é preferencialmente realizado com o esgotamento do solvente em condições de temperatura elevada e de pressão decrescentes, acima do ponto de ebulição do solvente, porém, abaixo do ponto de ebulição da água, preferencialmente, em uma temperatura na faixa de 70 a 85 graus Celsius e pressão 20.000-100.000 Pa (0,2-1,0 bar). O segundo estágio pode ser realizado em um único recipiente ou em múltiplos recipientes em série.

O primeiro estágio é preferencialmente realizado com o esgotamento do solvente

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 19/28 em condições de temperatura elevada e próximas à pressão atmosférica, acima do ponto de ebulição do solvente, porém, abaixo do ponto de ebulição da água, preferencialmente em uma temperatura na faixa de 50 a 85 graus Celsius, na medição de 0 a 10.000 Pa(0 a 100 milibars) (ligeiro excedente de pressão). Esse estágio sem dúvida é a etapa de maior dificuldade em uma operação de redução de solvente. Os problemas envolvidos nesse estágio tratam, por um lado, de uma formação de espuma excessiva (o que pode induzir à perda de material durante a formação de espuma excessiva e aprisionamento de espuma) e, por outro lado, obstrução. Ainda, nesse estágio, a emulsão óleo em água transforma-se em um látex aquoso, implicando em risco de desestabilização do látex. Seria conveniente que a redução do volume do produto líquido pela evaporação do solvente (que inicialmente pode ser de até 50 a 60% em peso da emulsão) fosse ca. 60% e que a redução de volume fosse praticamente instantânea. Sendo assim, é bastante surpreendente que o processo da corrente invenção, em condições de estado estável em uma temperatura essencialmente constante e em uma pressão essencialmente constante em um recipiente de agitação contínua, conforme representado no Esquema II, proporcione um modo eficiente e com baixos níveis de obstrução para a produção de um látex artificial dotado de um baixo nível de solvente residual e agentes de controle de espuma.

Como informa, por exemplo, o documento US3250737, haverá um certo grau de formação de espuma durante a esgotamento do solvente. Muito embora no documento US3250737 seja indicado que o uso de um agente anti-formação de espuma não é habitualmente recomendado, no processo da corrente invenção, o uso desse agente, em quantidades ínfimas, é preferencial. O agente de controle de espuma (ACE) usado no processo pode ser um polissiloxano ou agente a base de sílica ou uma combinação dessas substâncias. A quantidade de ACE, de preferência, é pequena, tipicamente ao nível de ppm. A quantidade depende de diversos fatores, tais como da natureza da borracha e do solvente, do teor de sólidos da borracha no solvente, da quantidade de tensoativo, etc. Em outras palavras, não há um limite superior ou inferior específico. Em vez disso, recomenda-se a prática de alguns experimentos exploratórios em escala laboratorial, sendo possível, então, empregar esses resultados na concepção de uma instalação de produção mais expressiva. É essencial nesse processo o uso de um circuito de re-ebulição, através do qual parte do látex artificial produzido no estágio 1 é aquecida, por exemplo, pelo trocador de calor, e é misturada à emulsão óleo-em-água. Esse procedimento é realizado, de preferência, em quantidade suficiente para reduzir o teor do solvente (por diluição) a no máximo 10% em peso, mais preferencialmente a no máximo 5% em peso. A razão ponderal mínima do fluxo do produto versus da emulsão é preferencialmente de 20:1, mais preferencialmente de 30:1.

Conforme indicado, o fluxo do produto reciclado passa preferencialmente através de um trocador de calor, antes de ser misturado à emulsão óleo em água. Aqui, ela pode ser

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 20/28 aquecida até uma temperatura acima do ponto de ebulição do solvente, mas obviamente abaixo do ponto de ebulição da água. Por exemplo, o trocador de calor pode aumentar a temperatura do látex artificial reciclado com reduzido teor do solvente em 2 a 10 graus Celsius, preferencialmente em 3 a 4 graus Celsius.

A reciclagem de parte do fluxo do produto é a forma preferencial de aquecimento do conteúdo do reator, apesar de ser possível um aquecimento complementar (por exemplo, usando um recipiente revestido e/ou aquecido por vapor). O ponto positivo desta modalidade preferencial é que uma parcela do solvente já foi evaporada da emulsão óleo-em-água antes de penetrar no recipiente do reator.

No estágio 1, a operação de redução do solvente pode ser conduzida em uma temperatura suficiente para reduzir o teor do solvente do produto da emulsão aquosa a uma faixa de 0,5 a 1% em peso. Nessa modalidade, a operação é preferencialmente conduzida em uma temperatura de 75 a 85 graus Celsius. Essa modalidade tem como vantagem um nível mais baixo de solvente residual, mas em relação à modalidade preferencial descrita daqui por diante, resulta em um nível de obstrução elevado e controle problemático de espuma, demandando elevados níveis, limites e rendimento de ACE.

Em uma modalidade mais preferencial, a operação de redução de solvente do estágio 1 é conduzida em uma temperatura suficiente para reduzir o teor do solvente do produto da emulsão aquosa no primeiro recipiente a uma faixa de 1 a 3% em peso, preferencialmente 1 a 2% em peso. Nessa modalidade preferencial, a operação no recipiente é, de preferência, conduzida em uma temperatura de 50 a 70 graus Celsius, mais preferencialmente de 55 a 65 graus Celsius. Essa modalidade tem como vantagem um elevado rendimento aliado a uma reduzida obstrução e facilidade de controle de espuma com níveis relativamente baixos de ACE. A única desvantagem é o nível um pouco mais elevado de solvente residual a ser removido no segundo estágio.

Como se pode observar, o objetivo do primeiro estágio é reduzir o teor do solvente a partir de um teor original, tipicamente na faixa de 50 a 60% em peso para um teor significativamente mais baixo, tipicamente na faixa de 0,05 a 3 % em peso. As condições de operação e do processo para que o nível de redução desejado seja alcançado já foram mencionadas anteriormente. No entanto, essas condições podem ser otimizadas com base no tipo de solvente, tipo de polímero e tipo de equipamento que é usado. Por outro lado, essas condições podem ser facilmente determinadas, uma vez que o indivíduo versado na técnica perceba que é indispensável uma remoção mais extensiva do solvente nesse primeiro estágio do que considerado nos processos básicos da técnica anterior. Um exemplo de uma configuração adequada para esse primeiro estágio pode ser encontrado nos exemplos.

Em seguida, o solvente remanescente precisa ser reduzido até os baixos níveis desejados. Na realidade, em muitas aplicações de látex artificial, a presença de solvente resiPetição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 21/28 dual é prejudicial ou até mesmo proibida. Seria conveniente que, quanto mais baixos os níveis exigidos do solvente no látex artificial final, maior o grau de dificuldade, tempo e energia consumidos. A redução aos atuais níveis reivindicados é árdua, porém viável, desde que os níveis do solvente tenham sido reduzidos significativamente durante o estágio 1. Através da etapa do processo de dois estágios da corrente invenção, os inventores obtiveram êxito na produção de um látex artificial de excelente qualidade, de modo eficiente em termos de gasto de tempo e energia. Não era previsível que essa etapa do processo de dois estágios pudesse obter um êxito tão expressivo. De fato, em um mero sistema água/ solvente não seria preciso utilizar um processo de dois estágios e não seria esperado que isso fosse aumentar a redução do solvente como um todo. O equipamento a ser usado nesse segundo estágio não é restrito. Um recipiente idêntico ao usado no estágio 1 pode ser utilizado. Por outro lado, com a significativa remoção do solvente da emulsão óleo-em-água (complexo) no estágio 1, é passível o uso de uma gama mais ampla de equipamentos na etapa subsequente. Por exemplo, na etapa subsequente, um aquecedor de evaporação pode ser usado, operando em um vácuo de 20.00 a 60.000 Pa (200 a 600 milibars). Sendo assim, o teor do solvente pode ser reduzido aos níveis desejados, havendo pouca ou nenhuma obstrução em decorrência, por exemplo, da formação de espuma e outros.

Ainda, agentes antiespumante podem ser usados no segundo estágio. O uso de agentes antiespumante é comum e já foi descrito no documento US2595797 (por exemplo, um óleo de polissilicone).

As etapas iniciais para produção de emulsão óleo em água podem ser realizadas com o uso de qualquer um dos processos já conhecidos na técnica. Isso inclui cada uma das referências citadas nos parágrafos, [0003] a [0008], aqui incluídos a título de referência, bem como nos documentos NL287078; GB1004441; US3249566; US3261792; US3268501; US3277037; US3281386; US3287301; US3285869; US3305508; US3310151; US3310516; US3313759; US3320220; US3294719; GB1162569; GB1199325; US3424705; US3445414; SU265434; US3503917; US3583967; GB1327127; US3644263; US3652482; US3808166; US3719572; DE2245370; JP48038337; FR2153913; GB1296107; FR2172455; US3815655; US3839258; US3842052; GB1384591; US3879326; US3892698; US3862078; US3879327; US3886109; US3920601; JP51080344; JP50127950; JP54124042; JP54 124040; US4243566; JP56161424; US4344859; SU1014834; JP58091702; SU1375629; JP1123834; SU520769 e RO102665; bem como US3007852; US3622127; US4160726; GB2051086; JP58147406; SU1058974; EP512736; JP8120124 e US6075073, também incluídos a título de referência. Além disso, a etapa adicional de concentração de látex foi extensivamente descrita na técnica anterior, tipicamente usando uma centrífuga ou permitindo a cremagem da emulsão por um período de tempo suficiente (por exemplo, 24 horas) e removendo o soro (com um teor inferior a 2% em peso de sólidos).

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Os exemplos a seguir ilustrarão adicionalmente com mais detalhes o modo de execução dessa invenção. No entanto, a intenção não é limitá-la de forma alguma a tais exemplos.

EXEMPLOS

Um cimento de borracha foi preparado dissolvendo um poliisopreno de elevado teor cis (PM de aproximadamente 3 milhões, produzidos por polimerização aniônica) em npentano. Isso foi realizado em um teor de sólidos de ca. 10% em peso. Uma solução aquosa de tensoativo foi preparada usando um tensoativo do tipo resina em uma concentração de ca. 1 % em peso.

Em seguida, uma emulsão óleo-em-água estável foi preparada em uma razão cimento/tensoativo aquoso equivalente a 2,3 por volume. A emulsão óleo em água foi preparada em um processo contínuo usando um homogeneizador. A emulsão óleo em água estável compreendia ca. 55 % em peso de n-pentano.

A emulsão a base de n-pentano foi submetida a uma remoção contínua do solvente do estágio 1. Foram usados o recipiente conforme mostrado no Esquema 1, ou o recipiente conforme mostrado no Esquema II. Portanto, os primeiros ciclos são comparativos.

A Tabela abaixo mostra as condições e os resultados desses ciclos. Amostras de produto foram obtidas e analisadas depois de uma duração mínima dos ciclos de 5 tempos de residência do recipiente.

Tabela de Exemplos
Exem- plo	Configuração^	Temperatura^b)	Suprimento/ Volume^c)	ACEd)	Solvente residual ^e)	Obstru- ção⁰
		(°C)	(h-1)	(umidades)	(% em peso)	(%)

1	I	80	0,2	100	2	>10
2	I	80	0,1	50	1,5	>10
3	I	60	0,2	50	2,5	<5
4	I	60	0,1	25	2	<5
5	I	50	0,4	Nenhum	36	Ausente
6	I	50	0,2	Nenhum	32	Ausente
7	II	80	0,07	25	0,5	10
8	II	80	0,14	30	1	10
9	II	60	0,14	25	2	<3
10	II	60	0,1	20	1,5 - 2	<3
11	II	60	0,07	5	1,5	<3

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a) Refere-se aos Esquemas I e II representados acima

b) Temperatura medida no nível líquido no interior do recipiente; para o Esquema I uma combinação de aquecimento do revestimento e entrada de vapor foi aplicada com uma razão de vapor/suprimento <0,1 (p/p); razão de recirculação para o Esquema II = 20:1

c) Razão da taxa de suprimento (por exemplo, m³/h) vs volume (por exemplo, m³)

d) Taxa de suprimento base da taxa de dosagem de ACE exigida para o controle de espuma; exemplo 1 ajustado em 100 unidades.

e) Solvente residual em peso líquido

f) Obstrução = perda de borracha a partir da emulsão dentro do recipiente e circuito de Réebulição (Esquema II)

Os resultados na Tabela apontam claramente que a etapa do processo de dois estágios da corrente invenção, usando o recipiente do Esquema II, é mais eficiente em termos de reduzida obstrução em níveis similares de solvente residual. Essa eficiência é ainda maior em quantidades reduzidas do agente de controle de espuma. Comparando o exemplo 10 5 (de acordo com a invenção) com o exemplo comparativo 4, é possível observar que, na mesma temperatura e com a mesma taxa de suprimento, obtém-se um nível similar de solvente residual com uma quantidade menor de agente de controle de espuma e menor obstrução.

A condução da operação de redução de solvente a 60 graus Celsius resultou em um menor grau de obstrução, ao mesmo tempo em que utiliza uma menor quantidade do agente de controle de espuma. O exemplo 9 a 11, portanto, ilustram a modalidade preferencial da corrente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para preparação de um látex artificial, compreendendo as etapas de:

(a) emulsificação de um cimento compreendendo uma borracha dissolvida em um solvente orgânico adequado, junto com uma solução aquosa de tensoativo, formando, deste modo, uma emulsão óleo em água;

(b) redução em etapa do teor de solvente da emulsão óleo em água em dois ou mais estágios resultando em um látex artificial,

CARACTERIZADO pelo fato de que, no estágio 1 da etapa (b), parte do solvente é removida através do uso de um circuito de re-ebulição misturando parte do látex artificial, aquecida até uma temperatura acima do ponto de ebulição do solvente com a emulsão óleo em água e permitindo a evaporação do solvente, o referido látex artificial e a emulsão óleo em água são misturados em uma razão ponderal de pelo menos 20:1.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o látex artificial e a emulsão são misturados em uma razão volumétrica, de modo que o teor do solvente da mistura combinada é de no máximo 5% em peso.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um agente de controle de espuma é usado em um ou mais estágios da etapa (b) para reduzir a formação de espuma.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que é utilizado um recipiente de agitação contínua (1), o qual é equipado com um meio de agitação (2), uma entrada de suprimento (3), uma saída de respiradouro (4) e uma saída de produto (5), em que a entrada de suprimento (3) e a saída de produto (5) são parte de um circuito de re-ebulição (6) para reciclagem de parte do látex artificial, em que o circuito de reebulição (6) compreende ainda uma saída de descarga de produto (7), opcionalmente uma entrada para um agente de controle de espuma (8), uma bomba de circulação (9), um meio de aquecimento (10), uma entrada para a emulsão óleo em água (11), e opcionalmente uma entrada de vapor (12).
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a emulsão tem um teor de solvente inicial na faixa de 50 a 60 % em peso (com base na emulsão total).
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o látex artificial preparado no estágio 1 da etapa (b) tem um teor de solvente reduzido em comparação ao teor inicial, preferencialmente na faixa de 0,05 a 3 % em peso (com base na emulsão total).
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o látex artificial ao término da etapa (b) tem um teor de solvente inferior a 150 ppm.

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8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro estágio da etapa (b) é conduzido pelo esgotamento do solvente sob temperatura elevada e condições próximas à pressão atmosférica, acima do ponto de ebulição do solvente, porém, abaixo do ponto de ebulição da água, preferencialmente em uma temperatura na faixa de 50 a 85 graus Celsius, na medição de 0 a 10.000 Pa (0 a 100 milibar).
9. Processo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de re-ebulição é equipado com um trocador de calor como meio de aquecimento, a montante da união que combina o látex artificial reciclado e a emulsão óleo em água.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o trocador de calor aumenta a temperatura do látex artificial reciclado em 2 a 10 graus Celsius, preferencialmente em 3 a 4 graus Celsius.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que é conduzido em uma temperatura suficiente para reduzir o teor de solvente da emulsão no estágio 1 da etapa (b) a uma faixa de 0,5 a 1,0 % em peso.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que é conduzido em uma temperatura de 75 a 85 graus Celsius.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que é conduzido em uma temperatura suficiente para reduzir o teor de solvente da emulsão no estágio 1 da etapa (b) a uma faixa de 1,0 a 3,0 % em peso.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que é conduzido em uma temperatura de 50 a 70 graus Celsius, preferencialmente de 55 a 65 graus Celsius.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo estágio da etapa (b) é conduzido pelo esgotamento do solvente sob temperatura elevada e condições de pressão reduzidas, acima do ponto de ebulição do solvente, porém, abaixo do ponto de ebulição da água, preferencialmente em uma temperatura de 70 a 85 graus Celsius, e uma pressão reduzida de 20.000 a 60.000 Pa (200 a 600 milibares).
16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a borracha é borracha de isopreno.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a quantidade de borracha dissolvida no solvente é inferior a aproximadamente 20 por cento em peso, preferencialmente de cerca de 8 a 17 por cento em peso.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o solvente é um solvente orgânico com um ponto de ebulição de no máximo 82 graus Celsius, preferencialmente de no máximo 55 graus Celsius, mais preferencialmente selecionado dentre pentano, ciclopentano, hexano, ciclohexano, isômeros e misturas destes.
19. Recipiente continuamente agitado (1) para remover um solvente orgânico de

Petição 870190056011, de 17/06/2019, pág. 26/28 uma emulsão óleo em água, compreendendo borracha dissolvida em um solvente orgânico, e emulsificada com uma solução aquosa de tensoativo para formar um látex artificial como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 18 com um teor reduzido de solvente orgânico, CARACTERIZADO pelo fato de que o recipiente é equipado com um meio de agita5 ção (2), uma entrada de suprimento (3), uma saída de respiradouro (4) e uma saída de produto (5), em que a entrada de suprimento (3) e a saída de produto (5) são parte de um circuito de re-ebulição (6) para reciclagem de parte do látex artificial, em que o circuito de reebulição (6) compreende ainda uma saída de descarga do produto (7), opcionalmente uma entrada para um agente de controle de espuma (8), uma bomba de circulação (9), um meio 10 de aquecimento (10), uma entrada para a emulsão óleo em água (11), e opcionalmente uma entrada de vapor (12).