PT799088E

PT799088E - Processo para influenciar a dispersibilidade, a emulsionabilidade, a solubilidade e/ou a reactividade de solidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo

Info

Publication number: PT799088E
Application number: PT95942132T
Authority: PT
Inventors: Steffen Berger
Original assignee: Arplas Ges Fur Plasmatechnolog
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 2001-12-28
Also published as: DE59509409D1; US6133334A; EP0799088B1; DK0799088T3; AU4343896A; GR3036819T3; WO1996019285A1; ES2160728T3; JPH10510755A; DE4447375C2; DE4447375A1; EP0799088A1; ATE202950T1

Description

L-Ci

DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA INFLUENCIAR A DISPERSIBILIDADE, A EMULSIONABILIDADE, A SOLUBILIDADE E/OU A REACTIVIDADE DE SÓLIDOS DE BAIXO PESO MOLECULAR CONTENDO GRUPOS ALQUILO" [0001] A invenção refere-se a um processo para influenciar a dispersibilidade, a emulsionabilidade, a solubilidade e/ou a reactividade de sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo.

[0002] A WO-A-9 503 344 publica um processo para a preparação de um material plástico de poliolefinas, que são submetidas a um tratamento de plasma de baixas temperaturas numa gama de frequências de 30 KHz a 10 GHz.

[0003] É conhecido que os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo, por exemplo parafinas, ácidos gordos, álcoois gordos e ésteres de ácidos gordos se podem aplicar em várias áreas.

[0004] Para tal, em muitos casos de aplicação, preparam-se a partir dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo, por exemplo dispersões, emulsões ou soluções. Há contudo a desvantagem nestes casos de, conforme o teor em grupos alquilo nos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo, resultar uma dispersibilidade, emulsionabilidade ou solubilidade variável em líquidos polares, como por exemplo água. Quanto mais elevado for o teor em qrupos alquilo, tanto menor será a capacidade desses sólidos se dispersarem, emulsionarem ou dissolverem em tais líquidos. Para minorar esta desvantagem é conhecido o emprego de agentes químicos adjuvantes, como por exemplo dispersantes ou emulsionantes. 1

Devido à relativamente má dispersibilidade, emulsionabilidade ou solubilidade resulta ainda que, com os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo, se consiga apenas uma densidade de sólidos relativamente baixa nas dispersões, emulsões ou soluções. Além disso, o teor em grupos alquilo influencia a reactividade dos respectivos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo. Quanto maior o teor em grupos alquilo, menor será em geral a sua reactividade. Por esta razão, são limitadas as possibilidades de aplicação dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo.

[0005] Da EP-A-0 122 289 conhece-se um processo para o tratamento de gelatinas, no qual a solubilidade das gelatinas em água é melhorada por meio de um tratamento com um plasma de não equilíbrio. 0 tratamento de plasma efectua-se com um plasma de não equilíbrio, empregando-se uma frequência de 13,56 MHz ou uma frequência de 2,45 GHz para excitação do plasma.

[0006] Do "Kunststoff-Taschenbuch" (Livro de Bolso do Plástico), 25a Ed., pags. 248 a 259 conhece-se um processo para o pós-tratamento de sólidos contendo grupos alquilo. Neste processo, trata-se a superfície do sólido contendo grupos alquilo, por exemplo uma superfície PE, com um plasma de alta tensão, para se obter uma modificação química local. Devido a este tratamento local da superfície, por exemplo em peças enformadas, consegue-se um melhoramento da capacidade de pintura ou de estampagem.

[0007] A invenção tem como objectivo conseguir um processo do tipo geral com o qual seja possível de modo fácil e económico influenciar a dispersibilidade, a emulsionabilidade, a solubilidade e/ou a reactividade de sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo.

[0008] De acordo com a invenção, atinge-se este objectivo submetendo os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo a um tratamento com plasma com frequências variáveis numa gama de frequências de 10 KHz a 10 GHz. Verificou-se Γ u

surpreendentemente que através do tratamento com plasma é possível introduzir no seio dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo uma alteração específica das propriedades materiais. Em especial, por meio do tratamento com plasma podem obter-se produtos químicos especiais, que se podem empregar de modos variados. Além disso, é possível muito vantajosamente, por meio do tratamento com plasma influenciar a dispersibilidade, a emulsionabilidade ou a solubilidade dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo em líquidos polares. Do tratamento com plasma resulta o efeito surpreendente de, conforme o teor em grupos alquilo dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo se conseguir melhorar especificamente a dispersibilidade, a emulsionabilidade, a solubilidade e a reactividade dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo. Através desta melhor capacidade de manuseamento podem obter-se maiores densidades de sólido em dispersões ou emulsões. Eventuais reacções de choque entre as partículas individuais dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo numa dispersão ou emulsão são diminuídas pelo tratamento com plasma, pelo que é possível conseguir uma distribuição de sólido mais regular e espessa. Pode assim prescindir-se apreciavelmente da utilização adicional de adjuvantes, como dispersantes ou emulsionantes. [0009] Numa forma de concretização vantajosa da invenção está previsto efectuar o tratamento com plasma com combinações de diferentes frequências altas variáveis. Pode assim efectuar-se o tratamento com plasma com frequências aplicadas sucessivamente, com altas frequências diferentes aplicadas aleatoriamente, com pelo menos duas altas frequências diferentes aplicadas simultaneamente e com as combinações de frequências aplicadas que daqui resultam. Deste modo pode controlar-se muito vantajosamente as várias construções químicas dos sólidos de 3 baixo peso molecular contendo grupos alquilo utilizados bem como os respectivos fins de aplicação após o tratamento com plasma.

[0010] Numa outra forma de concretização vantajosa da invenção está previsto efectuar o tratamento com plasma sob adição de pelo menos um gás inerte, por exemplo hélio e/ou argon, e/ou sob adição de pelo menos um gás de reacção, por exemplo oxigénio e/ou azoto e/ou monómeros. É ainda vantajoso efectuar o tratamento com plasma sucessivamente com um plasma de gás inerte e pelo menos um plasma de gás de reacção e/ou uma mistura de plasma de gás de reacção, ou sob adição de uma mistura de pelo menos um gás inerte e um gás de reacção. Pela escolha de uma determinada composição do gás de processo sobre os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo a modificar durante o tratamento com plasma (gás inerte, gás de reacção, mistura de gases de reacção) é possível introduzir em quantidade suficiente nos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo os grupos reactivos necessários para a modificação química, por exemplo grupos hidroxilo, grupos carboxilo, grupos amino primários e secundários. Estes grupos introduzidos são capazes de reagir com os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo e formarem ligações químicas e/ou aderirem fisicamente. Outros grupos polares mas não reactivos possíveis de introduzir, por exemplo grupos carbonilo, grupos amino terciários, podem também provocar uma alteração de propriedades dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo.

[0011] Os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo tratados possuem uma distribuição relativamente homogénea dos grupos reactivos ou não reactivos introduzidos em todo o volume dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo. Podem assim obter-se sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo do mesmo tipo, que após o tratamento com plasma são adequados para áreas de aplicação específicas. A adaptação dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo a cada caso especial de aplicação pode efectuar-se de uma maneira simples através do tratamento com plasma de acordo com a invenção.

[0012] No conjunto, tirou-se partido do surpreendente efeito da invenção, que consiste no facto de grandezas como por exemplo o peso molecular não terem uma influência significativa sobre a intensidade do efeito obtido com o tratamento com plasma, sendo antes para tal decisivo principalmente o teor em grupos alquilo e o tamanho das partículas no material de partida. Os grupos funcionais já presentes no material de partida não têm surpreendentemente qualquer influência significativa sobre o efeito do tratamento com plasma de acordo com a invenção. Através de uma escolha de uma determinada composição dos gases de processo sobre a construção química do material de partida, bem como de uma sequência especialmente determinada de combinações de frequências, é possível introduzir diferentes grupos funcionais conforme os objectivos finais de utilização, como sejam a dispersibilidade, a emulsionabilidade, a solubilidade e a reactividade a atingir, e nos dispersantes, emulsionantes e solventes a utilizar neste contexto. ......

[0013] Outros aspectos preferenciais da invenção decorrem das características mencionadas nas reivindicações.

[0014] A invenção é em seguida ilustrada em detalhe com um exemplo de execução com base nos esquemas anexos. Legendas dos esquemas:

Figura 1: uma sequência de processo para o tratamento de sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo, num diagrama de fluxo, e

Figura 2: uma representação esquemática de uma montagem para a execução do processo.

[0015] A figura 1 destina-se a ilustrar o processo de acordo com a invenção por meio de um diagrama. Num primeiro passo 10 preparam-se previamente os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo disponíveis como materiais de partida. No passo seguinte 12 o material de partida pré-preparado é introduzido numa câmara de processamento. A câmara de processamento pode ser por exemplo um tambor rotativo de um forno de plasma em si conhecido para a execução de um tratamento com plasma.

[0016] Num passo seguinte 14 ajustam-se os parâmetros de processo e introduzem-se os gases de processo desejados para o tratamento do material de partida. Para tal, estabelecem-se em particular as combinações especiais dos gases de processo, isto é, um primeiro tratamento com um plasma de gás inerte, de preferência com hélio e/ou argon, e o tratamento subsequente com um plasma de gás de reacção, de preferência com oxigénio e/ou azoto, ou ainda o tratamento com um plasma produzido a partir de uma mistura dos gases acima mencionados. Além disso, segue-se o ajuste das altas frequências necessárias para a produção do plasma em vácuo e a respectiva sequência no tempo. São aplicáveis variantes, primeiro com uma frequência mais baixa, por exemplo 13,56 MHz, e em seguida com uma frequência mais alta, por exemplo 2,45 GHz, para efectuar um tratamento com plasma. Além disso, é possível uma sequência alternada das frequências. Naturalmente, podem empregar-se também outras frequências em qualquer ordem sequencial desejada para efectuar o tratamento com plasma. Além disso, pode pré-definir-se uma sequência alternante, eventualmente simultânea, de altas frequências variadas. Finalmente, pode escolher-se a velocidade de rotação desejada do tambor rotativo, por exemplo na gama entre 4 e 20 rotações por minuto, bem como a pressão de processo pretendida, que se situa por exemplo na gama entre 0,1 mbar e 2 mbar. Durante o tratamento com plasma a pressão do processo pode sofrer variações em função das condições do processo. Pode ainda ajustar-se o tempo de tratamento durante o qual se efectua o tratamento do material de partida. Este situa-se por exemplo entre 5 e 900 seg. Os parâmetros de processo ou gases de processo referidos podem variar independentemente entre si de qualquer forma desejada e são determinados em particular pela composição concreta em cada caso do material de partida.

[0017] Num passo seguinte 16 efectua-se então o tratamento do material de partida com plasma com os parâmetros de processo ou condições de processo.ajustados no passo 14. Para tal é também admissível que durante o tratamento com plasma no passo 16 se possa efectuar uma alteração e/ou um ajuste dos parâmetros do. processo, por exemplo por meio de uma regulação. Através das combinações dos gases de processo e dos parâmetros de processo do tratamento com plasma descritas é possível a introdução de grupos reactivos em quantidade suficiente no material de partida utilizado necessária para uma utilização posterior dos sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo. Durante o tratamento com plasma procede-se em alguns casos a um arrefecimento dos sólidos uma vez que estes podem apresentar um ponto de fusão relativamente baixo. Impede-se assim a passagem dos materiais de partida ao estado fundido que ocorreria pelo desenvolvimento de calor no tratamento com plasma.

[0018] 0 processo de acordo com a invenção não está limitado ao tratamento de um determinado sólido de baixo peso molecular contendo grupos alquilo. É assim possível submeter ao tratamento com plasma misturas de vários sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo de composição variada. Isto consegue-se de forma simples misturando por exemplo vários sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo, que se encontram na forma de granulados, em quantidades determinadas variáveis em cada caso.

[0019] Na Figura 2 apresenta-se esquematicamente a construção de um dispositivo utilizável para o processo. Uma instalação para plasma designada genericamente por 22 apresenta um tambor rotativo 24. O tambor rotativo 24 funciona como câmara de processamento e pode ser constituído por exemplo por um material resistente como alumínio ou aço inoxidável. A câmara de processamento pode fechar-se hermeticamente para se obter vácuo, não sendo necessário entrar em mais detalhes. 0 tambor rotativo 24 está ligado a um dispositivo 26 que funciona como reactor, que está acoplado a um gerador 28 para a produção de plasma por microondas e a uma fonte de altas frequências 32. Além disso, estão previstas condutas 30 para a introdução dos gases de processo.

[0020] 0 ordenamento aqui apresentado é apenas um exemplo e a invenção não se relaciona em pormenor à construção concreta da instalação. O processo de acordo com a invenção pode efectuar-se naturalmente também com um dispositivo análogo que permita realizar cada um dos passos do processo.

[0021] 0 processo de acordo com a invenção decorre então do modo seguinte. 0 sólido de baixo peso molecular contendo grupos alquilo escolhido e preparado (eventualmente uma mistura de vários sólidos) é colocado no tambor rotativo 24 e aí misturado no sentido de rotação e com a velocidade de rotação escolhidos, que também podem ser variados. Através das condutas 30 introduz-se o gás de processo ou a mistura de gases de processo escolhidos e por meio do gerador 28 produz-se um plasma no reactor 26. A produção do plasma pode fazer-se de preferência com uma radiação de microondas a potências entre 200 e 1500 W (2,45 GHz). 0 gás de processo ou a mistura de gases de processo possui de preferência uma pressão de processo entre 0,1 e 2 mbar. Por meio da fonte de altas frequências 32 estabelece-se uma frequência de por exemplo 13,56 MHz e produz-se um plasma. A partir do plasma produzido formam-se partículas activadas que atingem o material de partida colocado no tambor rotativo 24. Isto provoca uma alteração de estrutura no seio do material de partida, ou seja do sólido colocado, na forma da introdução de grupos polares (contendo oxigénio e/ou azoto). Estes grupos

t polares são tanto grupos reactivos (grupos hidroxilo, grupos carboxilo, grupos amino primários e secundários) como também grupos não reactivos (grupos carbonilo, grupos amino terciários). Não se verifica a formação de ligações cruzadas. Por meio da alimentação apropriada variável de diferentes gases de processo através das condutas 30 e aos diferentes ajustes de frequências pelo gerador 28 ou pela fonte de altas frequências 32 podem alterar-se sólidos de diferentes composições.

[0022] Num exemplo concreto coloca-se no tambor rotativo 2 4. um álcool gordo com um tamanho de grão entre 2mm e 5 mm. Como parâmetro de processo escolhe-se uma pressão de gás de processo de 0,7 mbar a uma velocidade de rotação de 7 rotações por minuto do tambor rotativo 24. A potência do gerador 28 é de 1200 W e a da fonte de altas frequências 32 é de 600 W. Como gases de processo introduzem-se argon, oxigénio e azoto e trata-se com plasma o material de partida alimentado durante um período total de 300 segundos. Em particular, efectua-se um tratamento com um plasma de argon durante 30 seg. sob irradiação de alta frequência e durante 30 seg. sob irradiação de microondas, com um plasma de oxigénio durante 60 seg. sob irradiação de alta frequência e durante 60 seg. sob irradiação de microondas, bem como com um plasma de azoto durante 60 seg. sob irradiação de alta frequência e durante 60 seg. sob irradiação de microondas. O gerador 28 produz neste caso uma frequência de 2,45 GHz e a fonte de altas frequências 32 uma frequência de 13,56 MHz. 9 [0023] Após terminado o tratamento com plasma pode verificar-se num ensaio comparativo que no álcool gordo tratado tanto os valores dos componentes polares como dos componentes dispersos da energia de interface, em função da temperatura do ensaio, eram pelo menos o dobro dos verificados para álcoois gordos não tratados. Além disso, verificou-se um desvio do ponto isoelectrico para um valor de pH mais elevado.

Lisboa, 27 de Setembro de 2001

O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims

f u REIVINDICAÇÕES 1. Processo para influenciar a dispersibilidade, a emulsionabilidade, a solubilidade e/ou a reactividade de sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo, em que estes são submetidos a um tratamento com plasma, caracterizado por o tratamento com plasma se efectuar com frequências variáveis numa gama de frequências entre 10 KHz e 10 GHz.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o tratamento com plasma se efectuar com combinações de diferentes altas frequências variáveis.
3. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tratamento com plasma se efectuar sob adição de pelo menos um gás inerte, por exemplo hélio e/ou argon.

Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tratamento com plasma se efectuar sob adição de pelo menos um gás de reacção, por exemplo oxigénio e/ou azoto e/ou monómeros.
5. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tratamento com plasma se efectuar sucessivamente com pelo menos um plasma de qás inerte, pelo menos um plasma de gás de reacção ou um plasma de mistura de gases de reacção, ou sob adição de uma mistura de pelo menos um gás inerte e pelo menos um gás de reacção. 1
6. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por um tratamento com plasma alternado com pelo menos um plasma de gás inerte, pelo menos um plasma de gás de reacção e pelo menos uma mistura de um plasma de gás inerte e um plasma de gás de reacção.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tratamento com plasma se efectuar a uma pressão de processo de 0,1 mbar a 2 mbar.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o período de duração do tratamento com plasma ser entre 5 segundos e 900 segundos.
9. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os sólidos de baixo peso molecular contendo grupos alquilo serem misturados/agitados durante o tratamento com plasma. Lisboa, 27 de Setembro de 2001 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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