BRPI0611406A2 - método e aparelho para fabricação de péletes e gránulos poliméricos cristalinos - Google Patents

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA FABRICAçãO E GRáNULOS POLIMéRICOS CRISTALINOS. Trata-se de um método e aparelho para peletização submersa em água e subseqüente secagem de polímeros cristalinos a fim de cristalizar os péletes de polímero sem aquecimento subseqúente. Injeta-se ar a alta velocidade ou outro gás inerte na linha de pasta fluida de água e pélete até o secador próximo à saída do peletizador a uma taxa de fluxo de cerca de 100 a cerca de 175 m^3^/hora, ou maior. Tal movimento de ar a alta velocidade forma uma mistura de vapor com água e aumenta significantemente a velocidade dos péletes dentro e fora do secador, de tal modo que os péletes de polímero deixem o secador com calor latente suficiente para induzir uma auto-cristalização dentro dos péletes. Um mecanismo de válvula na linha de pasta fluida depois da injeção de gás regula, ainda, o tempo de permanência do pélete e um condutor vibratório depois do secador ajuda os péletes a alcançarem o nível desejado de cristalinidade e a evitar a aglomeração

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EAPARELHO PARA FABRICAÇÃO DE PÉLETES E GRÂNULOS POLIMÉ-RICOS CRISTALINOS".

Pedido Relacionado

Este pedido é designado ao Pedido Provisório co-pendente comnúmero de série U.S. 60/684.556, depositado em 26 de maio de 2005, e pormeio desse reivindica a prioridade do mesmo.

Campo da Invenção

A presente invenção, em geral, refere-se a um método e apare-Iho para peletização submersa em água e secagem subseqüente de péletespoliméricos com um nível aumentado de cristalinidade. Mais particularmente,a presente invenção refere-se a um método e aparelho para peletizaçãosubmersa em água de poliésteres, poliamidas, policarbonatos, poliuretanostermoplásticos, e seus respectivos copolímeros, com secagem subseqüentedestes péletes e grânulos de tal forma que a cristalização destes péletes ougrânulos seja auto-iniciada. O processo de peletização e secagem aqui des-crito produz péletes e grânulos que possuem um nível desejado de cristalini-dade ao invés de uma estrutura amorfa. A presente invenção se expandemediante às descrições dos Pedidos Pendentes com números de série U.S.10/717.630 e 10/954.349, depositados em 21 de novembro de 2003 e 1e deoutubro de 2004, respectivamente, que são pertencentes à Gala Industries,Inc. de Eagle Rock, Virgínia (daqui por diante, Gala), ao cessionário da pre-sente invenção e ao pedido. As descrições dos Pedidos Pendentes U.S. su-pramencionados são expressamente incorporados neste pedido a guisa dereferência, bem como se tivessem detalhados no presente documento, e ospedidos supramencionados são referidos daqui por diante como "os pedidos Gala".

Antecedentes da Invenção

As Patentes U.S. e os Pedidos de Patente Publicados que seseguem incluem descrições que podem ser relevantes à presente invençãoe são expressamente incorporados a guisa de referência nesse pedido, bemcomo se tivessem detalhados no presente documento:Número Inventores 5.563.209 Schumann et al 6.706.824 Pfaendner et al 5. 648. 032 Nelson et al 6.762.275 Rule et al 6.790.499 Andrews et al 6.344.539 Palmer 6.518.391 McCIoskey et al 5.663.281 Brugel 6.455.664 Patel et al 6.740.377 Pecorini et al 5.750.644 Duh 6.121.410 Gruber et al 6.277.951 Gruber et al 4.064.112 Rothe et al 4.161.578 Herron 5.412.063 Duh et al 5.532.335 Kimball et al 5.708.124 Al Ghatta et al 5.714.571 Al Ghatta et al 5.744.571 Hilbertetal 5.744.572 Sehumann et al 6.113.997 Massey et al 6.159.406 Shelby et al 6.358.578 Otto et al 6.403.762 Duh 5.864.001 Masse et al 6.534.617 Batt et al 6.538.075 Kreeh et al 2005/0049391 Rule et al 2005/0056961 BonnerSumário da Invenção

A presente invenção é voltada para um sistema de peletizaçãoque produza péletes poliméricos debaixo d'água que retenham calor latentesuficiente para auto-iniciar o processo de cristalização e que proporcionemessencialmente uma estrutura cristalina suficiente sem a necessidade poruma etapa de aquecimento adicional para os péletes e grânulos poliméricosantes do processamento adicional. Os pedidos Gala têm demonstrado a efi-cácia desta condição elevada de calor em poli (tereftalato de etileno) ou PETe copolímeros constituídos a partir deste. Descobriu-se que outros políme-ros, que podem ser cristalizados quando submetidos a condições análogaselevadas de calor, se beneficiam da redução do tempo de permanência dospéletes e grânulos na pasta fluida de água, deixando calor suficiente nospéletes e grânulos durante o estágio de secagem para permitir que a cristali-zação se inicie nos péletes e grânulos. Estes polímeros são incluídos naampla categoria de polímeros aqui identificados como "polímeros cristalinos".

Para se realizar a cristalização auto-iniciada, descobriu-se queos péletes devem ser separados da água o mais rápido possível com umaumento significante da velocidade com a qual eles fluem da saída do pele-tizador submerso em água e, para e através, do aparelho de secagem. Taispéletes saem do secador retendo muito de seu calor latente e podem sertransportados em condutores com vibração convencional, vibratório similarou outro equipamento de tratamento, de tal modo que, com o tempo adicio-nal, a cristalinidade desejada seja alcançada. O armazenamento dos péletesquentes em recipientes retentores de calor ou em recipientes isoladores decalor é incluído na presente invenção proporcionando tempo para completaro nível desejado de cristalização. A cristalização desejada é ao menos sufi-ciente para evitar aglomeração dos péletes e grânulos quando submetidosao processamento adicional.

A separação dos péletes e grânulos da água e o aumento sub-seqüente da velocidade do pélete ao aparelho de secagem são realizadosde acordo com os mesmos procedimentos gerais e aparelhos descritos paraPET e copolímeros nos pedidos Gala. Uma vez que os péletes e grânuloscortados deixam a caixa d'água do peletizador submerso na pasta fluida deágua, injeta-se ar ou outro gás inerte adequado no tubo de transporte que seestende da caixa d'água até o aparelho de secagem. O ar injetado servepara aspirar água em vapor o separando, de forma eficaz, dos péletes egrânulos e, aumenta adicionalmente a velocidade de transporte dos péletespara e, essencialmente, através do secador. Este aumento na velocidade detransporte é rápido o suficiente para permitir que o pélete permaneça a umatemperatura quente o suficiente para iniciar o processo de cristalização den-tro dos péletes e grânulos, que pode ser amorfo mediante a saída do seca-dor centrífugo. Outros métodos convencionais de secagem de péletes comeficácia comparável podem ser empregados por um indivíduo versado natécnica e são aqui em incluídos a título de referência.

Para se alcançar a aspiração da água e o aumento da velocida-de de transporte a partir da saída da caixa d'água do peletizador até o seca-dor, o ar injetado deve se encontrar a uma velocidade muito alta. Em particu-lar, o volume do ar injetado deveria ser, de preferência, de ao menos 100metros cúbicos por hora com base na injeção através de uma válvula em umtubo de 3,81 centímetros (1,5 polegada) de diâmetro. Este volume de fluxoirá variar de acordo com o volume de passagem, eficácia de secagem e di-âmetro do tubo conforme será entendido por um indivíduo versado na técni-ca. Pode-se usar nitrogênio ou outro gás inerte ao invés de ar. Outros méto-dos que proporcionam separação comparável da água líquida dos péletescom aceleração do pélete para e através do secador podem ser empregadospor um indivíduo versado na técnica e são aqui incluídos a título de referência.

A taxa da injeção de ar na tubulação da pasta fluida, de prefe-rência, é regulada através do uso de uma válvula esférica ou de outro meca-nismo de válvula situado após o ponto de injeção de ar. A regulação atravésdeste mecanismo de válvula permite maior controle do tempo de permanên-cia dos péletes e grânulos no tubo de transporte e no aparelho de secagem,e serve para aprimorar a aspiração da pasta fluida de pélete/água. A vibra-ção é reduzida ou eliminada no tubo de transporte também através do usodo mecanismo de válvula após o ponto de injeção de ar.

A regulação da injeção de ar proporciona um controle necessáriopara reduzir o tempo de transporte da saída da caixa d'água do peletizadoratravés do secador, permitindo que os péletes retenham calor latente signifi-cante nos péletes. Os péletes com diâmetro maior não perdem calor tão rá-pido como os péletes com diâmetro menor perdem e, portanto, podem sertransportados a uma velocidade menor que a velocidade dos péletes meno-res. Os resultados comparáveis são alcançados aumentando-se a velocida-de da injeção de ar à medida que o diâmetro do pélete diminui, conformeserá entendido por um indivíduo versado na técnica. A redução do tempo depermanência entre a caixa d'água do peletizador e o secador deixa calorsuficiente nos péletes para alcançar a cristalização desejada. A retenção decalor dentro do pélete é garantida através do uso de um condutor vibratórioretentor de calor que segue a liberação do pélete a partir do secador e/ouatravés do uso de condutores de armazenamento convencional isoladoresde calor.

Os tempos de transporte no condutor vibratório são descritosnos pedidos Gala como sendo eficazes de 20 a 90 segundos, e foram consi-derados particularmente eficazes de 30 a 60 segundos. Esta estrutura detempo deveria ser eficaz para os polímeros aqui descritos. A cristalização de30% ou mais, de preferência, 35% ou mais, e, com preferência máxima, de40% ou mais, pode ser alcançado através do processo aqui descrito. A vari-ação nos tempos de permanência para o polímero e misturas de polímeropode ser ajustada conforme a necessidade com a finalidade de otimizar osresultados da formulação particular e do nível desejado de cristalinidade,conforme será entendido por um indivíduo versado na técnica. As etapas deaquecimento adicionais são eliminadas através do uso do processo aquidescrito.

30 Conseqüentemente, é um objetivo da presente invenção propor-

cionar um método e aparelho para processar polímeros cristalizados em umsistema de peletização submerso em água que possa produzir cristalizaçãonos péletes de polímero que saem do secador.

Outro objetivo da presente invenção consiste em proporcionarum método e aparelho para produzir cristalização em péletes de polímeroscristalizados utilizando um sistema de peletização submerso em água, sem anecessidade de uma etapa secundária de aquecimento dispendiosa paraconverter péletes de polímeros amorfos em péletes de polímeros cristalizados.

Um objetivo adicional da presente invenção consiste em propor-cionar um método e aparelho para peletização submersa em água de polí-meros cristalizados, onde um gás inerte é injetado na água e a pasta de flui-do do pélete deixa o peletizador para produzir uma forma mista de vapord'água de tratamento de pasta fluida, desse modo, proporcionando melhorretenção de calor nos péletes transportados.

Ainda outro objetivo da presente invenção consiste em propor-cionar um método e aparelho para peletização submersa em água de polí-meros cristalizados de acorde com um objetivo anterior, onde os péletes sãorapidamente transportados pelo do equipamento através da injeção de ar auma taxa de vazão de ao menos 100 m3/hora a cerca de 175 m3/hora oumaior, de tal modo que o tempo de permanência dos péletes antes da saídado secador seja suficientemente reduzido para gerar uma cristalização naordem de 30% a 40% da cristalização total (100%).

Outro objetivo adicional da presente invenção consiste em pro-porcionar um método e aparelho para produzir péletes de polímeros cristali-nos utilizando um sistema de peletização submersa em água, onde os péle-tes que saem do secador têm calor suficiente remanescente no interior dospéletes para que pelo menos uma cristalização total de 35% dos péletes o-corra sem aquecimento subseqüente.

Outro objetivo adicional da presente invenção consiste em pro-porcionar um método e aparelho de peletização submersa em água paraproduzir péletes de polímeros cristalinos, onde o tempo de permanência dospéletes a partir do tempo de extrusão, na face da matriz até que saia do se-cador centrífugo, é reduzido a menos de cerca de um segundo por injeçãode gás na linha de pasta fluida do peletizador ao secador.

Outro objetivo adicional da presente invenção consiste em pro-porcionar um método e aparelho de peletização submersa em água paraproduzir péletes de polímeros cristalinos de acordo com o objetivo anterior,onde o tempo de permanência é regulado usando um mecanismo de válvulapara pressurização aprimorada do misto de vapor d'água a jusante da válvu-la na linha de pasta fluida.

Outro objetivo da presente invenção consiste em proporcionarum sistema de peletização submersa em água, onde os péletes quentes quesaem do secador são conduzidos em um condutor vibratório ou outro equi-pamento de tratamento ou vibratório para alcançar uma cristalização virtual-mente uniforme por todo volume de pélete de saída dado.

Outro objetivo adicional da presente invenção consiste em ex-pandir o escopo dos polímeros e copolímeros para que o aparelho e métododos pedidos Gala possam alcançar a cristalização polimérica auto-iniciada.

Estes objetivos junto a outros objetivos e vantagens que se tor-narão subseqüentemente evidentes residem nos detalhes de construção eoperação da invenção, tal como é descrito e reivindicado mais detalhada-mente nas partes que se seguem, sendo que referências foram feitas aosdesenhos em anexo formando uma parte do mesmo, onde as referênciasnuméricas similares se referem às partes similares em todo documento.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de pele-tização submerso em água, que inclui um peletizador submerso em água eum secador centrífugo fabricado e vendido junto á Gala com injeção de ar econdutor vibratório de acordo com a presente invenção.

A Figura 2a é uma ilustração esquemática da vista lateral docondutor vibratório da Figura 1.

A Figura 2b é uma ilustração esquemática da vista posterior docondutor vibratório da Figura 1.

A Figura 3 ilustra os componentes do sistema de peletizaçãosubmerso em água mostrado na Figura 1 durante um modo de derivaçãoquando a linha de processo tiver sido desligada.

A Figura 4 é uma ilustração esquemática que mostra o método eaparelho para injeção de ar ou de outro gás inerte na linha de pasta fluida apartir do peletizador até o secador de acordo com a presente invenção.

A Figura 5 é uma ilustração esquemática que mostra um métodoe aparelho preferidos para injeção de gás inerte na linha de pasta fluida apartir do peletizador até o secador incluindo uma vista expandida da válvulaesférica na linha de pasta fluida.

A Figura 6 é uma ilustração esquemática que mostra um sistemade peletização submerso em água que inclui cristalização e um secador co-mercializado junto a Gala para uso junto ao processamento de poliuretanotermoplástico.

A Figura 7 é uma ilustração esquemática da porção de cristali-zação do sistema mostrado na Figura 6.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

As modalidades preferidas da invenção são explicadas em deta-lhes. Deve-se entender que a invenção não se limita em seu escopo aosdetalhes de construção, disposição dos componentes, ou componentes quí-micos apresentados na descrição que segue os desenhos ou conforme ilus-trada nos mesmos. As modalidades da invenção são capazes de ser prati-cadas ou realizadas de diversas formas e estão contidas no escopo da invenção.

As descrições das modalidades que sucedem a utilização daterminologia incluída por razões de esclarecimento, e pretende-se que sejamentendidas no significado mais amplo incluindo todas as técnicas equivalen-tes pelos indivíduos versados na técnica. Os componentes poliméricos apre-sentados nesta invenção proporcionam aos versados na técnica, em deta-lhes, a amplitude do método conforme descrito, e não têm a intenção de limi-tar o escopo da invenção.

Os poliésteres que são qualificados como polímeros cristalinospela presente invenção apresentam a fórmula estrutural geral:

<formula>formula see original document page 9</formula>R. sub.1.0] .sub.x. [(C=O) R. sub.2.0] .sub.y. R.sub.l e R. sub.2 aqui descritaincluem porções substituídas alifáticas, ciclo alifáticas, aromáticas e suspen-sas que incluem, porém não se limitam a, halogênios, funcionalidades nitro,grupos alquila e arila, e podem ser as mesmas ou diferentes. Com mais pre-ferência, os poliésteres aqui descritos incluem poli (tereftalato de etileno) ouPET1 poli (tereftalato de trimetileno) ou PTT, poli (tereftalato de butileno) ouPBT1 poli (naftalato de etileno) ou PEN1 ácido polilático ou PLA e poli (alfa-hidroxialcanoatos) ou PHA. As poliamidas que são qualificadas como polí-meros cristalinos pela presente invenção apresentam a fórmula estruturalgeral:

[N(H, R)R. sub.1.N(H, R)] .sub.x. [(C=O) R. sub.2. (C=O)] .sub .ye/ou [(C=O)R. sub. I-N(H1R)] .sub.x. [(C=O) R. sub.2.N (H, R)] .sub .y. R.sub.le R. sub.2 aqui descrita inclui porções substituídas alifáticas, ciclo alifáticas,aromáticas e suspensas que incluem, porém não se limitam a, halogênios,funcionalidades nitro, grupos alquila e arila, e podem ser as mesmas ou dife-rentes. R aqui descrito inclui, porém não se limita a, porções alifáticas, cicloalifáticas e aromáticas. Com mais preferência, as poliamidas inclui adipami-da de politetrametileno ou náilon 4,6, adipamida de poliexametileno ou náilon6,6, sebacamida de poli hexametileno ou náilon 6,10, poli (hexametilenodia-mina-co-ácido dodecanodióico) ou náilon 6,12, policaprolactama ou náilon 6,poliheptanolactama ou náilon 7, poliundecanolactama ou náilon 11 e polido-decanolactama ou náilon 12.

Os policarbonatos que são qualificados como polímeros cristali-nos pela presente invenção apresentam a fórmula estrutural geral:[(C=O) OR. sub.1.0] .sub.x. [(C=O) OR. sub.2.0] .sub.y. R.sub.l e

R. sub.2 aqui descrita inclui porções substituídas alifáticas, ciclo alifáticas,aromáticas e suspensas que incluem, porém não se limitam a, halogênios,funcionalidades nitro, grupos alquila e arila, e podem ser as mesmas ou dife-rentes. Com mais preferência, os policarbonatos incluem bisfenol e carbona-tos de bisfenol substituídos, onde o bisfenol apresenta a fórmula estruturalHOPhC (CH. sub.3) .sub.2.PH0H ou HOPhC (CH. sub.3) . (CH. sub.2. CH.sub3) .PhOH, onde o Ph descreve o anel fenila e os substituintes incluem,porém não limitados a, funcionalidades de alquila, cicloalquila, arila, halogê-nio e nitro.

Os poliuretanos que são qualificados como polímeros cristalinospela presente invenção apresentam a fórmula estrutural geral:

[(C=O) OR. sub.1. N (H7R)] . sub.x [(C=O) OR. sub.2.N (H, R).sub .y. R.sub.l e R. sub.2 aqui descrita inclui porções substituídas alifáticas,ciclo alifáticas, aromáticas e suspensas que incluem, porém não se limitama, halogênios, funcionalidades nitro, grupos alquila e arila, e podem ser asmesmas ou diferentes. R aqui descrito inclui, porém não se limita a, porçõesalifáticas, ciclo alifáticas e aromáticas. Com mais preferência, os poliureta-nos incluem copolímeros de poliuretano de poliéter e/ou poliuretano de poli-éster que incluem metilenobis (fenilisocianato).

Os poliésteres e copolímeros adicionais não descritos anterior-mente, as poliamidas e copolímeros, policarbonatos e copolímeros, e poliu-retano e copolímeros que são qualificados como polímeros cristalinos pelapresente invenção podem ser constituídos por ao menos um diol incluindoetileno glicol, 1,2-propileno glicol, 1,3-propileno glicol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,3-hexanodiol, 1,6-hexanodiol, neopentil glicol,decametileno glicol, dodecametileno glicol, 2-butil-1,3-propanodiol, 2,2-dimetil-1, 3-propanodiol, 2,2-dietil-1,3-propanodiol, 2-etil- 2-isobutil-1,3-propanodiol, 2-metil-1, 4-pentanodiol, 3-metil- 2,4-pentanodiol, 3-metil-1,5-pentanodiol, 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiol, 2-etil-1,3-hexanodiol, 2,2,4-trimetil-1, 6-hexanodiol, 1,2-cicloexanodiol, 1,4-cicloexanodiol, 1, 2-cicloexano dimetanol, 1,3-cicloexano dimetanol, 1,4-cicloexano dimetanol,dietileno glicol, trietileno glicol, polietileno glicol, dipropileno glicol, tripropile-no glicol, polipropileno glicol, politetrametileno glicol, catecol, hidroquinona,isossorbeto, 1,4-bis (hidroximetil)-benzeno, 1,4-bis (hidroxietóxi)-benzeno,2,2-bis (4-hidroxifenil) propano e isômeros dos mesmo.

Outros poliésteres e copolímeros, poliamidas e copolímeros, po-Iicarbonatos e copolímeros, e poliuretanos e copolímeros que são qualifica-dos como polímeros cristalinos pela presente invenção podem ser constituí-dos por ao menos uma Iactona ou hidroxiácido que incluem butirolactona,caprolactona, ácido láctico, ácido glicólico, ácido 2-hidróxi etóxi acético, 3-ácido hidróxi propóxi acético e ácido 3-hidróxi butírico.

Outros poliésteres e copolímeros, poliamidas e copolímeros, po-licarbonatos e copolímeros, e poliuretanos e copolímeros que são qualifica-dos como polímeros cristalinos pela presente invenção podem ser constituí-dos por ao menos um diácido que inclui ácido itálico, ácido isoftálico, ácidotereftálico, ácido naftaleno-2,6-dicarboxílico e isômeros, ácido estilbeno di-carboxílico, ácido 1,3-cicloexano dicarboxílico, ácidos difenil dicarboxílicos,ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido azeláico, ácido sebáci-co, ácido fumárico, ácido pimélico, ácido undecanodióico, ácido octadecano-dióico e ácido cicloexanodiacético.

Outros poliésteres e copolímeros, poliamidas e copolímeros, po-licarbonatos e copolímeros, e poliuretanos e copolímeros que são qualifica-dos como polímeros cristalinos pela presente invenção podem ser constituí-dos por ao menos um diéster que inclui ftalato de dimetila ou dietila, isoftala-to de dimetila ou dietila, tereftalato de dimetila ou dietila, naftaleno-2,6-dicarboxilato de dimetila e isômeros.

Outras poliamidas e copolímeros, poliésteres e copolímeros, po-licarbonatos e copolímeros, e poliuretanos e copolímeros que são qualifica-dos como polímeros cristalinos pela presente invenção podem ser constituí-dos por diaminas que incluem 1,3-propanodiamina, 1,4-butanodiamina, 1,5-pentanodiamina, 1,6-hexanodiamina, 1,8-octanodiamina, 1,10-decanodiamina, 1,12-dodecanodiamina, 1,16-hexadecanodiamina , fenileno-diamina, 4,4'-diamino difeniléter, 4,4'-diamino difenilmetano, 2,2-dimetil 1,5-pentanodiamina, 2,2,4-trimetil, 1,5-pentanodiamina e 2,2,4-trimetil-l,6-hexanodiamina.

Outras poliamidas e copolímeros, poliésteres e copolímeros, po-licarbonatos e copolímeros, e poliuretanos e copolímeros que são qualifica-dos como polímeros cristalinos pela presente invenção podem ser constituí-dos por ao menos uma Iactama ou aminoácido que incluem propiolactama,pirrolidinona, caprolactama, heptanolactama, caprilactama, nonanolactama,decanolactama, undecanolactama e dodecanolactama.Ε, outros poliuretanos e copolímeros, poliésteres e copolímeros,poliamidas e copolímeros, e policarbonatos e copolímeros que são qualifica-dos como polímeros cristalinos pela presente invenção podem ser constituí-dos por ao menos um isocianato que inclui diisocianato de 4,4'-difenilmetanoe isômeros, diisocianato de tolueno, diisocianato de isoforona, diisocianatode hexametileno, diisocianato de etileno, 4,4'-metilenobis (fenilisocianato) eisômeros, diisocianato de xilileno e isômeros, diisocianato de tetrametil xilile-no, diisocianato de 1,5-naftaleno, diisocianato de 1,4-cicloexila, difenilmeta-no- 3,3'-dimetóxi- 4,4'-diisocianato, diisocianato de 1,6-hexano, 1,6-diisocianato- 2,2,4,4-tetrametilexano, 1,3-bis (isocianatometil) cicloexano ediisocianato de 1,10-decano.

Um sistema de peletização submerso em água para uso junto àpresente invenção é mostrado, de forma esquemática, na Figura 1. O siste-ma de peletização submerso em água é designado, em geral, pela referên-cia numérica 10 e inclui um peletizador submerso em água 12, tal como umpeletizador submerso em água Gala, com o centro e lâminas cortantes 14expostas na vista separada da caixa d'água 16 e da placa de matriz 18.

No sistema de peletização submerso em água 10, os polímerosa serem processados são alimentados por cima usando um tonei ou funil depolímero 160 (veja a Figura 6), tipicamente, em uma extrusora 155 e sãosubmetidos ao cisalhamento e calor para o derretimento do polímero. Ospoliésteres e poliamidas são tipicamente extrudados a partir de cerca de200°C a cerca de 300°C. As formulações de adesivos termofundíveis sãotipicamente extrudadas a partir de cerca de 100°C a cerca de 200°C. Os po-Iicarbonatos são tipicamente extrudados a partir de cerca de 225°C a cercade 350°C, e os poliuretanos são tipicamente extrudados a partir de cerca de175°C a cerca de 300°C. O polímero fundido é alimentado no filtro (screenchanger) 20 (veja Figura 1) para remover quaisquer partículas sólidas oumaterial estranho. A fusão continua a alimentar através da bomba de engre-nagem 22, que proporciona uma taxa de fluxo leve e controlada na válvuladesviadora de polímero 24 e nos furos da matriz na placa da matriz 18. Osfilamentos de polímero fundido formados por extrusão através dos furos damatriz entram na caixa d'água 16 e são cortados pelos centros e lâminascortantes giratórios 14 para formar os péletes ou grânulos desejados. Esteprocesso, conforme aqui descrito, é exemplar por natureza e outras configu-rações alcançam o fluxo polimérico desejado, já que são prontamente en-tendidos por um indivíduo versado na técnica e/ou de outra forma definidosde acordo com a técnica anterior são incluídos no escopo da invenção.

A técnica anterior tem demonstrado as diversas modificações eaditivos ao processo de extrusão que são úteis na redução da degradaçãodo extrudado térmica ou oxidativamente. Entre essas adaptações incluem-sea remoção a vácuo de bioprodutos e monômeros em excesso, redução dehidrólise, controle de despolimerização catalítica, inibição de catalisadoresde polimerização, proteção do grupo final, acentuação do peso molecular,extensão da cadeia do polímero e uso de purgas de gás inerte.

A água entra na caixa d'água 16 através do tubo 26 e removerapidamente os péletes então formados da face da matriz para formar umpélete e pasta fluida de água. A água de processo circulada através da caixad'água do peletizador incluída nesta invenção não tem caráter Iimitativo epode conter aditivos, co-solvente e auxiliares de processamento conforme anecessidade com o fim de facilitar a peletização, evitar a aglomeração e/oumanter o fluxo de transporte conforme será entendido pelos indivíduos ver-sados na técnica. A pasta fluida de água do pélete formada deixa a caixad'água através do tubo 28 e é conduzida na direção do secador 32 atravésda linha de pasta fluida 30.

De acordo com esta invenção, injeta-se ar no na linha de pastafluida do sistema 30 no ponto 70, de preferência, adjacente à saída da caixad'água 16 e próximo ao começo da linha de pasta fluida 30. O local preferido70 para injeção de ar facilita o transporte dos péletes mediante o aumentoda taxa de transporte e facilitando a aspiração da água na pasta fluida, destaforma permitindo que os péletes e grânulos retenham calor latente suficientepara produzir a cristalização desejada. Ar a alta velocidade é injetado, deforma conveniente e econômica na linha de pasta fluida 30 no ponto 70 utili-zando linhas de ar comprimido convencionais tipicamente disponíveis eminstalações industriais, tal como um compressor pneumático. Pode-se utilizaroutro gás inerte incluindo, porém não limitado a nitrogênio, de acordo comesta invenção para conduzir os péletes a uma velocidade alta conforme des-crito. Este fluxo de ar a alta velocidade ou de gás inerte é alcançado usandoo gás comprimido que produz um volume de fluxo de ao menos 100 me-tros.sup.3/horas utilizando uma válvula esférica padrão para regulação deuma pressão de ao menos (8 bar) na linha de pasta fluida 30 cujo diâmetrode tubo padrão tem, de preferência, um diâmetro de tubo de 3,81 centíme-tros (1,5 polegada).

Aos indivíduos versados na técnica, as taxas de fluxo e os diâ-metros de tubo podem variar de acordo com o volume de rendimento, nívelde cristalinidade desejado e tamanho dos péletes e grânulos. O ar a alta ve-locidade ou o gás inerte entram em contato com a pasta fluida de água dopélete gerando vapor d'água por aspiração, e dispersa os péletes por todalinha de pasta fluida propagando estes péletes em velocidade aumentada aosecador 32, de preferência, a uma taxa menor que um segundo da caixad'água 16 até a saída do secador 34. A aspiração a alta velocidade produzuma mistura de péletes em uma mistura de ar/gás que pode se aproximar de98 a 99% em volume de ar na mistura gasosa.

A Figura 5 mostra uma disposição preferencial para a injeção dear na linha de pasta fluida. A pasta fluida de água/pélete deixa a caixad'água do peletizador 102 na linha de pasta fluida 106 (Figura 4) através dovidro transparente 112 acima do cotovelo angulado 114 que o ar comprimidoé injetado a partir da válvula 120 através da linha de pasta fluida angulada116 e acima do cotovelo ampliado 118 através da entrada do secador 110 eno secador 108. Prefere-se que a injeção de ar no cotovelo angulado 114esteja alinhada com os eixos geométricos da linha de pasta fluida 116, pro-porcionando o efeito máximo de da injeção de ar na pasta fluida de péle-te/água resultando em aspiração constante da mistura.

O ângulo formado entre o eixo geométrico vertical da linha depasta fluida 116 e o eixo geométrico longitudinal da dita linha de pasta fluida116 pode variar de O9 a 90- ou mais, conforme exigido pela variância de altu-ra do peletizador 102 relativa à altura da entrada 110 até o secador 108. Es-ta diferença em altura ocorre devido ao posicionamento físico do secador108 em relação ao peletizador 102 ou pode ser uma conseqüência da dife-rença de tamanhos do secador e peletizador. De preferência, o ângulo seencontra dentro da faixa de 30Q a 60-, sendo que o ângulo mais preferencialé de 450. O cotovelo ampliado 118 na entrada do secador 110 facilita a tran-sição da pasta fluida de pélete/água aspirada a alta velocidade a partir dalinha de pasta fluida de entrada 116 na entrada do secador 110 e reduz avelocidade da pasta fluida do pélete no secador 108.

A posição preferencial do equipamento, conforme mostrado naFigura 5, permite o transporte dos péletes a partir do peletizador 102 até asaída do secador 108 em, aproximadamente, um segundo, o que minimiza aperda de calor dentro do pélete. Isto ainda é otimizado mediante a inserçãode um segundo mecanismo de válvulas, ou, com mais preferência, de umasegunda válvula esférica 150, depois da porta de injeção de ar 120. Estaválvula esférica adicional permite uma melhor regulação do tempo de per-manência dos péletes na linha de pasta fluida 116 e reduz qualquer vibraçãoque possa ocorrer na linha de pasta fluida. A segunda válvula esférica permi-te uma pressurização adicional do ar injetado dentro da câmara e aprimora aaspiração da água a partir da pasta fluida de pélete/água. Isto se torna es-pecialmente importante, já que o tamanho dos péletes e grânulos diminuemde tamanho.

Os péletes são ejetados através da saída 126 do secador 108 esão, de preferência, direcionados a uma unidade vibratória, como um condu-tor vibratório 84 ilustrado esquematicamente nas Figuras 2a e 2b. A agitaçãoresultante da ação vibratória do condutor vibratório 84 permite que calor sejatransferido entre os péletes à medida que eles entram em contato com ou-tros péletes e componentes do condutor vibratório. Isto promove uma melhoruniformidade de temperatura e resulta em uma cristalinidade aprimorada emais uniforme dos péletes e grânulos. A agitação alivia a tendência de ospéletes aderirem entre si e/ou aos componentes do condutor vibratório comouma conseqüência da temperatura elevada do pélete.O tempo de permanência dos péletes e grânulos no condutorvibratório contribui para o grau desejado de cristalização a ser alcançado.

Quanto maior for o pélete maior o tempo de permanência. Tipicamente, otempo de permanência é de cerca de 20 segundos a cerca de 120 segundosou maior, de preferência, de 30 segundos a 60 segundos, e com mais prefe-rência, cerca de 40 segundos, para permitir que os péletes se cristalizem atéo grau desejado, e para permitir que os péletes se resfriem para manipula-ção. Os péletes maiores reterão mais calor e se cristalizam mais rapidamen-te que os menores. Inversamente, quanto maior o tamanho do pélete, maioro tempo de permanência necessário para o pélete resf riar para propósitos demanipulação. A temperatura desejada do pélete para o empacotamento finalé, tipicamente, menor que a temperatura que seria necessária para um pro-cessamento adicional. Genericamente, observa-se que as temperaturas a-baixo da temperatura de cristalização, T.sub.c, do pélete são suficientes pa-ra processamento adicional, embora as temperaturas abaixo da temperaturade transição vítrea, T.sub.g, sejam apropriadas para o empacotamento. Osvalores obtidos por calorimetria exploratória diferencial medida no modo deresfriamento são bons indicadores das temperaturas conforme aqui identificado.

Outros métodos de resfriamento ou métodos além de um condu-tor vibratório podem ser usados para permitir que os péletes que saem dosecador tenham tempo suficiente para cristalizar e, subseqüentemente res-friar para manipulação. Por exemplo, uma diretriz alternativa para a atualinvenção é o sistema de cristalização de pélete (PCS), comercializado juntoa Gala. O PCS Gala é ilustrado nas Figuras 6 e 7. O PCS Gala proporcionauma cristalização e resfriamento adicional mediante a passagem do pélete epasta fluida de água através da válvula de admissão 201 no recebedor deaglomerado 202 através da válvula de admissão do tanque 205 e em umtanque equipado com um agitador representado como 206 na Figura 7. Apóso preenchimento de água inicial através da válvula de preenchimento de á-gua 204, a pasta fluida de pélete/água é alternativamente introduzida emtrês tanques separados permitindo que um tempo adicional para o resfria-mento θ cristalização com agitação evite a aglomeração dos péletes ou grâ-nulos. Os detalhes do processo atual são descritos na literatura do produto euma breve discussão está aqui inclusa para propósitos ilustrativos. A pastafluida do pélete resfriado deixa o tanque apropriado através da válvula dedrenagem 207, e é transportada através do tubo de transporte 210 atravésda bomba de processo 209 até o secador 32 através da entrada do secador33 na Figura 1 conforme detalhado anteriormente.

Como uma alternativa, o PCS Gala pode ser fixado em seqüên-cia depois do secador 108 ou depois do condutor vibratório 84, permitindoque uma cristalização adicional dos péletes seja alcançada. Conforme des-crito acima, a água incluindo os aditivos e co-solventes de processamentoestão contidos no escopo do processo. A temperatura da água ou das solu-ções contendo água pode ser controlada em um, dois, ou todos os três tan-ques, e podem ser as mesmas ou diferentes em cada um dos tanques paraconferir uma cristalinidade maior. À medida que o grau de cristalização au-menta a temperatura de cristalização também aumenta e a temperatura deprocessamento pode ser aumentada para produzir um grau de cristalinidadeainda maior. Conforme tem sido historicamente demonstrado, a cristalinida-de aumentada confere propriedades aprimoradas na maioria dos polímerose as condições podem ser otimizadas de acordo com os ganhos necessáriosnessas propriedades desejáveis.

Os péletes e grânulos do secador 108 ou do condutor vibratório84 podem ser embalados ou armazenados conforme a necessidade. Elestambém podem ser transferidos à policondensação de estado sólido ou po-limerização de estado sólido, aqui identificada como "SSP", e extensamentedetalhada na técnica anterior. O uso da agitação com fluxo de co-corrente oucontracorrente de gás inerte, preferencialmente gás nitrogênio, e temperatu-ras elevadas é um componente comum do processo de SSP. Este processorequer cristalização aprimorada proporcionada pela atual invenção para evi-tar aglomeração dos péletes e grânulos nas temperaturas necessárias paraa operação apropriada do processo de SSP. O peso molecular aumentado,que é resultado do processo de SSP, permite que polímeros claros e amor-fos sejam obtidos. As aplicações e usos são bem revelados na técnica ante-rior. Descrever as condições de processamento para os diversos polímerosaqui contidos apropriados para o SSP está além do escopo deste pedido.

Embora a presente invenção tenha sido descrita especificamen-te em relação aos diversos polímeros cristalinos, outros polímeros cristali-nos, presentemente conhecidos ou a serem descobertos no futuro podemser processados de acordo com a presente invenção. Consequentemente,não se pretende que a presente invenção seja limitada a qualquer polímerocristalino particular ou grupo de polímeros cristalinos, porém, se pretendeque a invenção abranja todos os polímeros cristalinos.

Claims (31)

1. Método para processamento de polímeros cristalinos em péle-tes utilizando um aparelho que inclui um peletizador submerso em água eum secador, sendo que o dito método compreende:extrudar os filamentos de um polímero cristalino através de umaplaca de matriz para corte no dito peletizador submerso em água;cortar os filamentos de polímero em péletes em uma câmara decorte do dito peletizador;transportar os ditos péletes para fora da dita câmara de corte atéo dito secador como uma pasta fluida de água e pélete; einjetar um gás a alta velocidade na dita pasta fluida de água epélete para gerar uma mistura de vapor d'água e aumentar a velocidade dospéletes dentro e fora do dito secador; ecristalizar os ditos péletes que saem do dito secador utilizandocalor interno retido pelos ditos péletes.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, onde os ditos péle-tes que saem do dito secador são manipulados para evitar aglomeração.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, onde os ditos péle-tes que saem do dito secador são agitados para evitar aglomeração e paraalcançar uma cristalinidade desejada a partir do calor interno retido.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, onde os ditos péle-tes saem do dito secador a uma temperatura média acima de cerca de 135°C, de preferência, acima de cerca de 145°C.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, onde a cristalizaçãodos ditos péletes é de 30% ou maior, de preferência, de 35% ou maior, ecom mais preferência, de 40% ou maior.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, onde a dita etapa detransportar os ditos péletes para fora do dito peletizador até o dito secadorinclui transportar a dita pasta fluida, de forma ascendente, em um ângulo apartir da vertical entre 30Q e 60Q, de preferência, cerca de 45°

7. Método de acordo com a reivindicação 1, onde o dito gáspressurizado é ar.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, onde o dito gás éinjetado substancialmente alinhado a uma direção de fluxo da dita pasta flui-da de água e pélete.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, onde o dito gás aalta velocidade é injetado a uma taxa de fluxo de ao menos 100 metros cúbi-cos por hora a uma pressão de 800 kPa (8 bar).

10. Método de acordo com a reivindicação 1, onde a dita misturade vapor tem um componente de gás de cerca de 98% em volume.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, onde o gás injeta-do na dita pasta fluida aumenta a velocidade de fluxo do pélete a partir dopeletizador até uma saída do dito secador a uma taxa menor que cerca deum segundo.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, onde a cristaliza-ção dos ditos péletes ocorre utilizando apenas o calor interno retido da ex-trusão e na ausência de qualquer etapa de aquecimento secundária, en-quanto passam através do dito aparelho.

13. Método para processamento de polímeros cristalinos em pé-letes, que compreende:extrudar um polímero cristalino em filamentos;cortar os filamentos extrudados em péletes em um fluxo de água;transportar os ditos péletes no fluxo de água como uma pastafluida de água e pélete;injetar um gás inerte e uma alta velocidade na dita pasta fluidade água e pélete, de tal modo que os ditos péletes retenham calor suficientepara cristalização do dito polímero sem a aplicação de calor externo; esecar e agitar os ditos péletes para alcançar uma cristalinidadedesejada a partir do calor retido.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, onde a dita crista-Iinidade desejada é de 30% ou maior, de preferência, de 35% ou maior, ecom mais preferência, de 40% ou maior.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, onde o gás inje-tado na dita pasta fluida aumenta a velocidade de fluxo do pélete a partir deum peletizador na dita etapa de corte até uma saída do secador a uma taxamenor que cerca de um segundo.

16. Método de acordo com a reivindicação 13, onde o dito polí-mero é selecionado a partir do grupo que consiste em poliésteres e copolí-meros, poliamidas e copolímeros, policarbonatos e copolímeros, e poliureta-nos e copolímeros.

17. Método para processamento de polímeros cristalinos em pé-letes cristalizados através da utilização de um aparelho dotado de um peleti-zador submerso em água, um secador e tubulação de transporte entre eles odito método compreendendo:cortar os filamentos de um polímero cristalino em péletes no pe-letizador submerso em água;transportar os ditos péletes para fora do dito peletizador e paradentro da dita tubulação de transporte como uma pasta fluida de água e pé-lete;introduzir um gás inerte a alta velocidade na dita pasta fluida deágua e pélete na dita tubulação de transporte para separar a água dos péle-tes entro da dita tubulação de transporte; etransportar a dita água e péletes para dentro do dito secador si-tuado a jusante da dita introdução de gás, os ditos péletes saindo do ditosecador com calor interno suficiente para cristalização dos ditos péletes.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, onde o gás intro-duzido na dita pasta fluida aumenta uma velocidade do fluxo do pélete a par-tir do dito peletizador até uma saída do dito secador a uma taxa menor quecerca de um segundo.

19. Método de acordo com a reivindicação 17, onde a dita etapade introduzir um gás a alta velocidade inclui a injeção do dito gás a uma taxade fluxo de ao menos 100 metros cúbicos por hora a uma pressão de cercade 800 kPa (8 bar).

20. Método de acordo com a reivindicação 17, onde o dito gásinjetado produz uma mistura de vapor d'água com um componente de gásde cerca de 98% em volume.

21. Método de acordo com a reivindicação 17, onde a cristaliza-ção dos ditos péletes ocorre utilizando apenas o dito calor interno retido apartir da extrusão e na ausência de qualquer etapa de aquecimento secun-dária enquanto passa através do dito aparelho.

22. Método de acordo com a reivindicação 17, onde o dito polí-mero é selecionado a partir do grupo que consiste em poliésteres e copolí-meros, poliamidas e copolímeros, policarbonatos e copolímeros, e poliureta-nos e copolímeros.

23. Método de acordo com a reivindicação 17, onde os ditos pé-letes que saem do dito secador são manipulados para evitar aglomeração.

24. Método de acordo com a reivindicação 23, onde os ditos pé-letes que saem do dito secador são agitados para evitar aglomeração e paraalcançar uma cristalinidade desejada a partir do calor interno retido.

25. Aparelho para processar polímeros cristalinos em péletes,que compreende um peletizador submerso em água para cortar os filamen-tos de um polímero cristalino extrudado no dito peletizador em péletes, umatubulação para introduzir água no dito peletizador, uma linha de pasta fluidapara transportar uma pasta fluida de água e pélete para fora do dito peleti-zador e até um secador para secar os ditos péletes, um injetor para introdu-zir um acelerador de velocidade de pélete na dita pasta fluida de água e pé-lete e para aumentar a velocidade dos ditos péletes através do dito aparelhode processamento junto aos ditos péletes que saem do dito secador comcalor interno suficiente para iniciar a cristalização dos ditos péletes, e umaunidade de agitação para receber os ditos péletes que saem do dito secadorpara evitar aglomeração e para conseguir uma cristalinidade desejada paraos ditos péletes que utilizam o dito calor interno do pélete.

26. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, onde o acelera-dor de velocidade de pélete é um gás inerte que se movimenta a uma taxade fluxo de cerca de 100 a cerca de 175m3/hora.

27. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, onde o dito apa-relho compreende, ainda, um ou mais recipientes isoladores de calor queservem para receber os ditos péletes fora do dito secador para alcançar umacristalização desejada dos ditos péletes.

28. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, onde uma por-ção da dita linha de pasta fluida é, em geral, vertical e outra porção é ascen-dentemente angulada em um ângulo entre 309 e 60- em relação a vertical,de preferência, cerca de 45Q.

29. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, onde a dita linhade pasta fluida inclui um cotovelo e uma porção reta, e o dito injetor de gásintroduz o dito gás inerte no dito cotovelo substancialmente em alinhamentocom um eixo geométrico longitudinal da dita porção reta.

30. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, onde a dita linhade pasta fluida inclui uma extremidade de saída com um diâmetro alargadoantes de entrar no dito secador.

31. Aparelho de acordo com a reivindicação 25, onde a dita linhade pasta fluida inclui uma seção genericamente vertical em relação ao ditopeletizador, uma seção reta genericamente angulada em relação à dita se-ção genericamente vertical, e uma seção alargada em uma extremidade ex-terna da dita porção reta geralmente angulada para reduzir a velocidade dapasta fluida dos ditos péletes que entram no dito secador.