CAMPO TÉCNICO

A presente invenção está relacionada a um método e equipamento para produzir fios de ultra alta performance. Mais especificamente, a presente invenção descreve um método contínuo para produzir fios de poliolefinas de ultra alto Tenacidade e Módulo e um sistema de dosagem de suspensão, equipamentos de recuperação prévia de óleo e extratores de alta eficiência.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

O termo fio de alta performance é um termo usado para classificar materiais poliméricos muito orientados na direção das fibras, e são caracterizados por ter elevada resistência mecânica e elevado módulo elástico, quando sua densidade é levada em consideração.

Um cabo de aço, por exemplo, é composto por fios de aço de elevada tensão de ruptura, que gira em torno 2 a 3 GPa, e módulo elástico que gira em torno de 200 GPa. Um fio de alta performance de aramida, da família de produto Kevlar® (produzido pela empresa DuPont) ou Twaron® (produzido pela empresa Teijin), possui tensão de ruptura entre 2,8 a 3,6 GPa e módulo elástico entre 60 e 70 GPa.

Um fio de alta performance de UHMWPE (do termo em inglês ultra high molecular weigth polyethylene) produzido pela empresa DSM e pela empresa Honeywell possui tensão de ruptura entre 3,0 e 3,6 GPa e Módulo Elástico entre 80 e 130 GPa. Porém, ao se comparar esses materiais com relação a sua performance em aplicação comercial, a resistência específica, onde a densidade é levada em consideração, é característica mais importante.

Quando o material considerado está na forma de fio, a sua resistência específica é dada pela resistência à ruptura, dividida pela sua densidade linear. No SI (Sistema Internacional de Unidades) a densidade linear têxtil é dada pelo tex (peso, em gramas, de 1000 m de fio) e a unidade de resistência específica (cN/dtex) é uma das unidades mais utilizadas. Assim, as densidades dos fios de aço, de aramida e de UHMWPE são, respectivamente, de 7.860 kg/m ³ , 1.440 kg/m ³ e 970 kg/m ³ . Com base nas suas densidades, as suas respectivas resistências específicas ficam portanto entre 3 a 4 cN/dtex para fios de aço, 19 a 24 cN/dtex para a fios de aramida e 31 a 37 cN/dtex para fios de UHMWPE. E seus Módulos Específicos ficam em torno de 250 cN/dtex para o fio de aço, entre 400 a 500 cN/dtex para a aramida e entre 825 a 1340 cN/dtex para o fio de UHMWPE.

Com base em sua Resistência e Módulo Específicos, o fio de UHMWPE é considerado o fio de melhor performance têxtil comercial existente e, por isso, vem sendo empregado em aplicações muito nobres como proteção balística, ancoragem de plataformas de petróleo e gás Offshore, e, mais recentemente, fio cirúrgico, artigos esportivos, etc.

O grande interesse científico que motivou o desenvolvimento industrial dos fios de alta performance surgiu de estudos que datam das décadas de 30 a 50. Trabalhos publicados por Carothers et al e Mark, mostraram o elevado potencial de propriedades mecânicas de materiais poliméricos se suas cadeias forem orientadas em uma mesma direção.

Segundo o documento citado, as cadeias poliméricas possuem propriedades mecânicas teóricas extremamente elevadas e se algum método de processamento polimérico fosse capaz de orientar essas cadeias, materiais de elevada performance mecânica poderiam ser produzidos. Porém, apenas na década de 70 surgiram os primeiros métodos capazes de obter tais materiais. Entre tais métodos podemos citar a fiação e solidificação de cristais líquidos que deram origem ao Kevlar ^® , carbonização de fibras poliméricas precursoras deram origem à fibra de carbono, superdrawing de fios e filmes de polietileno linear e cristalização de cadeias moleculares flexíveis sob intenso fluxo elongacional, que resultaram em uma série de materiais de elevado módulo elástico e elevada resistência mecânica.

Nesse contexto que, no fim da década de 70, G. C. E. Meihuizen, N. A. J. Pennings e G. A. Zwijnenburg publicaram o documento US 4, 137,394, o qual descreve um método para a produção de fio de UHMWPE baseado na orientação molecular de cadeias poliméricas de UHMWPE em solução, sob intenso fluxo elongacional obtido dentro de um equipamento baseado no couette apparatus. No entanto, tal método de produção ainda era muito pouco produtivo para tornar o fio de UHMWPE viável industrialmente.

A publicação do documento US 4,137,394 desencadeou uma série de importantes publicações científias e tecnológicas, em que são propostos diversos métodos de produção desse material. Então, no início dos anos 80, as publicações de documentos de Patente que deram origem aos dois métodos de produção que atualmente dominam o Mercado Internacional do fio de UHMWPE. Tal fio é conhecido pelas siglas, do inglês, HPPE (High Performance Polyethylene yarn) e HMPE (High Modulus Polyethylene Yarn). O documento GB 2,042,414 A, revela um método para a fabricação de fios de alta performance que atualmente é conhecido como "método gel spinning base solvente volátil" ou "método gel spinning base decalina", para fins de simplificação, esse método será referido simplesmente por método base decalina. Esse método foi difundido no mercado sob a marca Dyneema ^® . No método descrito nesse documento, um único solvente é utilizado, de modo que qualquer solvente que possua um parâmetro de solubilidade compatível com o polietileno e que suporte as condições térmicas de método pode ser escolhido. Porém, e aplicações práticas, o solvente decalina passou a ser a solução técnico-econômica mais viável. A principal vantagem económica ligada a esse método é que o solvente usado para dissolver o UHMWPE é evaporado nas etapas de estiro que sucedem a etapa de fiação, e o calor necessário para o estiramento é também utilizado para a evaporação do solvente, o que torna o método base decalina mais atrativo quando as despesas operacionais (OPEX, da expressão em inglês operational expenditure) são levadas em consideração.

No entanto, há uma série aspectos negativos ligados à tecnologia base decalina que devem ser levados em consideração. Devido ao fato de o solvente decalina ser altamente inflamável e potencialmente explosivo, problemas relacionados à segurança industrial são destacados. Desse modo, o isolamento de unidades produtivas se faz necessário, de modo que é preciso que a área onde toda a parte elétrica é instalada deve ser à prova de explosão.

Assim, de modo a buscar a inertização interna das unidades produtivas, lança- se mão do consumo de um volume considerável de nitrogénio e/ou outras medidas de segurança que refletem consideravelmente no custo de investimento (CAPEX, da expressão em inglês capital expenditures) das instalações de uma planta de produção.

Adicionalmente, para além do aspecto de segurança industrial e de custo de investimento, outro ponto que deve ser levado em consideração está relacionado à salubridade e ao impacto ambiental do uso de solventes da família da decalina, os quais são altamente tóxicos e potencialmente cancerígenos. Isso implica em uma necessidade de controle e monitoramento do ambiente industrial de forma que os limites de exposição não sejam ultrapassados. Vazamentos desse solvente para o meio ambiente podem ter consequências catastróficas, principalmente ao meio aquático.

O documento US 4,413,110, revela um método para a fabricação de fios de alta performance que atualmente é conhecido como "método gel spinning base solvente não volátil" ou "método gel spinning base óleo mineral", esse método será referido simplesmente por método base óleo mineral. Esse método foi difundido no mercado sob a marca Spectra ^® . Apesar dos documentos de Patente descreverem inúmeros solventes, há diferenças significativas entre os dois métodos.

Nesse método de produção de fio de HMPE, por sua vez, dois solventes são utilizados. O primeiro solvente possui a característica de ter baixa pressão de vapor (não ser significativamente volátil nas condições de dissolução e fiação) e de ter parâmetro de solubilidade compatível com o UHMWPE. Assim, em oposição à decalina, esse solvente não é evaporado durante o estiro em etapas que sucedem a fiação, o que obriga o uso de um segundo solvente, mais volátil, que possa substituí-lo em uma etapa comumente chamada de lavagem ou extração. Qualquer solvente volátil de alta pressão de vapor pode ser usado, desde que tenha a capacidade de dissolver o primeiro solvente. Também, por motivos técnico-econômicos, solventes como óleo mineral são comumente usados como primeiro solvente, assim como n-hexano.

Comparativamente ao método base decalina, o método base óleo mineral possui a vantagem de ser mais barato e não ser perigoso nas etapas em que o óleo mineral está presente. Do ponto de vista de área industrial, as etapas de maior risco ficariam, restritas às unidades de lavagem e secagem do fio, isso quando o segundo solvente utilizado for inflamável, o que reflete, em menor custo de investimento na planta industrial (CAPEX), se comparado ao investimento necessário para uma planta com tecnologia base decalina.

As principais desvantagens do método base óleo mineral estão relacionadas à necessidade de uso de um segundo solvente e de uma etapa de lavagem ou extração. Ao passo que o primeiro solvente é facilmente retirado por evaporação, durante a etapa de estiro do método base decalina, o óleo mineral é muito difícil de ser extraído. A extração de óleo mineral por n-hexano, por exemplo, se dá por um difícil mecanismo de diluição que ocorre de forma competitiva dentro das micelas ou poros que são formados na coagulação do fio, que ocorre logo após a fiação, dentro de tanques de quenching. Quimicamente, óleo, polietileno e n-hexano são muito parecidos, o que dificulta ainda mais o método de extração.

Uma desvantagem adicional desse método, se comparado com o da decalina, está relacionado com a etapa de separação ou recuperação dos dois solventes. Enquanto a separação de óleo e n-hexano é um método fácil, devido a grande diferença entre os pontos de ebulição dos dois solventes, a purificação do óleo mineral é de extrema complexidade.

A purificação do óleo é a retirada de resíduos de n-hexano do óleo até que níveis seguros sejam alcançados. Um pequeno resíduo de n-hexano em óleo mineral é suficiente para reduzir o ponto de fulgor do óleo a níveis indesej ados . Logo, quanto maior for o volume de óleo recuperado mecanicamente, antes da etapa de extração, mais economicamente vantajoso o método se torna.

Como já discutido acima, outra desvantagem do método base óleo mineral está ligada à dificuldade em controlar deformações heterogéneas que podem ocorrer nas etapas de extração e secagem do fio. Tanto a eficiência de extração, quanto o controle de deformações heterogéneas ao longo do fio, são funções da concepção dos equipamentos utilizados nas unidades de extração e secagem. Toda deformação local que ocorre de forma heterogénea nessas etapas, dificilmente será corrigida nas etapas seguintes, o que reduz expressivamente as propriedades mecânicas.

Os métodos de recuperação e tratamento de óleo mineral utilizados nas tecnologias atuais tratam esses aspectos de maneiras variadas. O maior representante dessa tecnologia, o qual foi seu desenvolvedor na década de 80, é a Honeywell (produtor do fio Spectra). O documento US 4.413.110, por exemplo, descreve um método base óleo mineral onde um fio é obtido de forma contínua. Na página 9 desse documento aspectos relacionados com fenómenos de inchamento e encolhimento dentro do equipamento de extração do óleo são relatados. No documento US 4.551.296, uma série de segundos solventes (solventes de extração) são testados e a escolha por solventes da família de CFCs são justificadas.

Atualmente, a Honeywell é o único produtor mundial conhecido que usa a tecnologia Base Oleo Mineral de forma contínua. Detalhes sobre seu equipamento de extração não são discutidos em seus documentos de patente. Porém, a principal desvantagem de seu processo está ligada a aspectos ambientais, pelo uso de solventes da família dos organo-fluor-clorados. O uso de tais solventes baixa o risco industrial na etapa de extração, pois não são inflamáveis. Possuem baixo ponto de ebulição e não são quimicamente similares ao óleo mineral, facilitando a sua separação na unidade de recuperação dos solventes. O documento de patente US 4,551,296 mostra vantagens em relação ao nível de propriedade mecânica, também. Fenómeno que poderia estar relacionado ao residual de óleo devido à ineficiência de extração nos experimentos usando n-hexano.

Alternativamente, devido aos altos custos para processar quantidades elevadas de óleo e água, que são arrastadas pelo fio para dentro dos extratores, alguns produtores chineses foram levados a dividir o método da tecnologia base óleo mineral em etapas não contínuas, esse método é comumente conhecido por método batelada.

Apesar de o uso desse método apresentar uma certa vantagem económica, aspectos relacionados ao controle de qualidade do fio, elevada carga de mão de obra e impacto ambiental, devido à alta taxa de evaporação de solvente nos tanques de extração, se mostram como fortes desvantagens do uso da decantação como ferramenta mecânica para pré-recuperar uma fração do óleo antes do fio ser processado nos extratores.

Ainda, a qualidade dos fios produzidos pela tecnologia base óleo mineral está relacionada ao controle de deformação (encolhimento e/ou estiramento) e teor de óleo ao longo do fio. O fio gel é muito sensível à deformação, e a exsudação de óleo está diretamente relacionada ao tempo e ao grau de liberdade do fio ao encolhimento. Assim, os fios que são depositados nas regiões da caixa de decantação, onde segmentos do fio estão mais livres para encolher, exsudam mais óleo, o que provoca deformações desiguais ao longo do fio que dificilmente são corrigidas na etapa final (de estiro).

Adicionalmente, oscilações de deformação são difíceis de serem evitadas nas etapas de alimentação dos extratores, o que pode ocasionar em uma drástica redução nas propriedades mecânicas dos fios produzidos. De modo a evitar essas deformações, o produtor é obrigado a reduzir a razão de estiro na etapa de estiramento final, o que impacta drasticamente nas propriedades mecânicas como Tenacidade, Módulo e fluência.

Por sua vez, o uso de tanques para lavar fios possui uma desvantagem intrínseca relacionada a dois aspectos principais. O primeiro é direcionado à relação entre a área da seção transversal do fio e a área da seção transversal do tanque. Em outras palavras, aspectos geométricos ligados ao tanque fazem com que seja necessário o uso de um grande volume de líquido de extração. Somente camadas de líquido próximas ao fio participam do método de extração. Isso ocasiona uma maior vazão de alimentação de líquido e num maior inventário que líquido, o que impacta em maior risco industrial. O segundo aspecto está ligado à dificuldade em causar turbulência dentro dos compartimentos de extração, em que turbulência (expressa em número de Reynolds) e temperatura são as duas forças motrizes que podem ser usadas para aumentar a eficiência dos extratores.

Algumas modificações estão sendo empregadas atualmente para melhorar a eficiência dos tanques. Porém, aspectos como custo de mão de obra, elevado comprimento dos tanques, custo dos tanques e a não disponibilidade de equipamentos de pré-recuperação contínuos, são alguns fatores que obrigam esses produtores chineses a usar métodos em batelada, sempre que a tecnologia base óleo mineral é utilizada.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

O objetivo da presente invenção é o de prover um método contínuo base óleo mineral para a produção um fio de poliolefina de UHMWPE, que tenha uma quantidade de segundo solvente utilizada reduzida.

A presente invenção também objetiva prover um dispositivo de extração de um primeiro solvente utilizado em um método para a fabricação de um fio de UHMWPE, que tenha o tempo de residência do fio otimizado.

Por fim, a presente invenção tem por objetivo prover um dispositivo de dosagem de suspensão utilizado para prover uma mistura homogénea em extrusora em um método para a produção um fio de poliolefina.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

A presente invenção é direcionada a um método e a um sistema para a produção de pelo menos um fio polimérico compreendendo meios para misturar um polímero com um primeiro solvente gerando uma mistura; meios para homogeneizar a mistura; meios para inertizar a mistura; meios para mergulhar a mistura em um banho de quenching, em que é mantido um air gap antes de a mistura atingir a superfície do líquido do banho de quenching formando pelo menos um fio polimérico; meios para estirar pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico; meios para lavar o pelo menos um fio polimérico com um segundo solvente mais volátil que o primeiro solvente; meios para aquecer o pelo menos um fio polimérico; meios para estirar à temperatura ambiente pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico; e meios para estirar à quente pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico.

A presente invenção também se refere a um sistema e um método de dosagem de uma mistura de polímero com um primeiro solvente em uma extrusora (26), a um dispositivo, um sistema e um método de extração de solvente de pelo menos um fio polimérico, e a um método e sistema de pré-recuperação mecânica de pelo menos um líquido em pelo menos um fio polimérico..

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas, as quais:

- a figura 1 ilustra a uma vista esquemática de um sistema de produção de fios poliméricos, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção;

- a figura 2 ilustra uma vista esquemática de um sistema de dosagem de uma mistura de um solvente com um polímero, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção;

- a figura 3 ilustra uma vista de um sistema de pré-recuperação mecânica de um primeiro solvente, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção;

- a figura 4 ilustra uma vista frontal e uma lateral de um dispositivo de lavagem de um fio polimérico, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção;

- a figura 5 ilustra uma em isolada de um elemento rotativo e de um elemento auxiliar do dispositivo de extração da figura 4;

- a figura 6 ilustra uma configuração esquemática de um conjunto de circuitos que opcionalmente compõem o dispositivo extrator da figura 4; e

- a figura 7 apresenta um diagrama indicando os fluxos de fio e solvente e um gráfico ilustrando as composições volumétricas dos dois solventes de acordo com o tempo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

De acordo com uma concretização preferencial que será descrita, a presente invenção provê um método para produção de um fio de ultra alta performance, preferencialmente um fio composto por poliolefina de ultra alto peso molecular, onde o tal fio é produzido com tecnologia conhecida como base óleo mineral.

A figura 1 ilustra um sistema de produção de fio de poliolefina que compreende todas unidas necessárias para desenvolver as etapas da configuração opcional apresentada do método da presente invenção, as quais: (a) misturar, com o auxílio do vaso de pré-mistura 1, o polímero de poliolefina de ultra alto peso molecular com o primeiro solvente e aditivos;

(b) transferir a mistura para um dispositivo de homogeneização e inertização, opcionalmente um tanque de homogeneização/inertização 21,22, onde a mistura ficará tempo suficiente para se tornar homogénea e praticamente livre de oxigénio;

(c) dosar a mistura, de forma constante e intermitente, com o auxílio de um dispositivo de dosagem 25 em uma extrusora 26;

(d) dissolver o polímero no primeiro solvente sob condição intensiva, dentro da extrusora 26, de modo a formar uma solução homogénea;

(e) dosar a solução de forma volumétrica e precisa por uma matriz de orifícios 27, dando à solução a forma de fio;

(f) mergulhar a solução, em forma de fio, em um banho de água, conhecido como banho de quenching 30, de modo que o fio, antes de atingir a superfície da água, passe por um espaço de ar (air gap) para que a solução coagule formando o fio polimérico 10 (fio gel);

(g) passar o dito fio gel por uma torre de cilindros de alimentação 40, de modo que uma parte da água arrastada pelo fio, do banho do quenching 30, e alguma fração de primeiro solvente, exsudado do fio na coagulação, sejam escoados pela ação da gravidade;

(h) estirar 41 o fio gel 10 em um tanque 410 contendo um meio líquido;

(i) passar o fio gel estirado por uma primeira cabine de pré-recuperação 42, onde o primeiro solvente exsudado e líquidos arrastados do tanque 410 de estiro, são retidos mecanicamente;

(j) passar o fio por um acumulador 43, de forma que o tempo de residência seja suficiente para que o método de exsudação se complete, expondo um volume maior de primeiro solvente na superfície do fio;

(1) passar o fio gel por uma segunda cabine de pré-recuperação 44, em que a fração de solvente residual, exsudada pelo fio no acumulador 43, possa ser retida mecanicamente;

(m) alimentar o fio gel, contendo reduzida fração de primeiro solvente, com um segundo solvente em uma unidade de extração 5 (figura 1-13);

(n) passar o fio gel, contendo o segundo solvente, por uma secadora 6, onde o segundo solvente é substituído por um gás aquecido, dando origem ao fio xerogel 11 ;

(o) estirar o fio xerogel entre pelo menos duas torres de cilindro 7, à temperatura ambiente;

(p) estirar o fio à quente, em um forno de estiro 8, originando o fio POY (Pre Oriented Yarn); e

(q) armazenar o fio POY em bobinas 91, na unidade de bobinamento 90.

Opcionalmente, é utilizada uma poliolefina de alto ou ultra alto peso molecular no método de produção de fio de ultra alta performance da presente invenção. Poliolefinas como polietileno de alto peso molecular ou polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), como polipropileno de alto e ultra alto peso molecular e copolímero de eteno-propeno podem ser usados. No entanto, outros polímeros podem ser usados, como polivinil álcool, poliésters, polióxido de etileno. Mais preferencialmente é utilizado poletileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE).

Para uso como primeiro solvente, qualquer solvente que dissolva os polímeros acima, nas condições de método aqui descritas, pode ser usado. Mais especificamente, qualquer solvente com parâmetro de solubilidade compatível com a poliolefina usada e que suporte a temperatura de operação do método pode ser usado. Preferencialmente, qualquer solvente com parâmetro de solubilidade compatível com a poliolefina usada e que não seja consideravelmente volátil na temperatura de dissolução pode ser usado. Preferencialmente, óleo mineral é usado quando a poliolefina é polietileno de ultra alto peso molecular. Mais preferencialmente, o solvente é preferencialmente escolhido de classes como hidrocarbonetos alifáticos, hidrocarbonetos ciclo-alif áticos, hidrogarbonetos aromáticos, hidrocarbonetos halogenados, e mistura desses. Em um outro contexto, o primeiro solvente deveria ter uma pressão de vapor maior que 20 kPa ou um ponto de ebulição maior que 180°C e que dissolva o polímero nas condições de processo descritas na inveção.

No contexto na presente invenção, quando polietileno de ultra alto peso molecular é usado, o peso molecular (caracterizado por Mw) deve ser maior que 500.000, preferencialmente maior que 1.000.000, e mais preferencialmente ainda maior que 2.000.000. Quando tal poliolefina é utilizada, uma quantidade adequada de antioxidante é recomendavelmente utilizada. Além disso, a substituição de ar por nitrogénio ou qualquer outro gás inerte nas condições de dissolução é preferencialmente adotada.

A concentração de polímero é reconhecida como uma das principais variáveis de método na tecnologia relacionada ao contexto da presente invenção. Tal concentração de polímero no primeiro solvente está ligada a aspectos técnicos e económicos do método. No contexto da presente invenção, a escolha da concentração será, portanto, resultado do balanço entre a melhor propriedade mecânica desejada com o custo de método. Nesse sentido, a faixa de concentração mássica do polímero no primeiro solvente é de 3 a 30%, preferencialmente entre 5 e 20% e, mais preferencialmente ainda, entre 8 e 15%.

Novamente com referência à figura 1, em que uma representação esquemática da configuração opcional do método da presente invenção é apresentada, onde vários equipamentos de mistura e dosagem são dispostos de forma que a mistura de polímero, primeiro solvente e aditivos pode ser adequadamente adicionada em uma extrusora 26. Por facilidade de nomenclatura, o conjunto formado por todos os equipamentos envolvidos na função de prover uma mistura homogénea na extrusora 26, será daqui por diante chamado de dispositivo dosagem 25.

Adicionalmente, o sistema da presente invenção compreende um vaso de pré- mistura 1 onde quantidades adequadas dos componentes são adicionadas de forma que uma mistura homogénea seja obtida. O vaso de pré mistura 1 opcionalmente compreende uma hélice de mistura 14, um dispositivo de bombeamento 15, preferencialmente do tipo "jet mixing", de modo a fazer com que a mistura seja constantemente movimentada do fundo do vaso de pré- mistura para o topo do mesmo. Deste modo, a mistura homogeneizada durante o tempo necessário antes de ser bombeada para pelo menos um dispositivo de inertização 21,22. Por facilidade de nomenclatura, o dispositivo de inertização será também chamado de vaso de inertização no presente relatório.

Opcionalmente, o pelo menos um vaso de inertização 21,22 continua a promever a homogeneização da mistura da mesma forma que o vaso de pré- mistura. No entanto, o vaso de inertização 21,22 compreende adicionalmente um fluxo de gás de inertização usado para extrair oxigénio da mistura, inertizando a mesma. O teor de oxigénio na mistura é opcionalmente monitorado por sensores adequados até que níveis aceitáveis sejam atingidos. Opcionalmente, o sistema da presente invenção compreende dois vasos de inertização, como ilustrado na figura 1.

A dosagem da mistura na extrusora pode ser realizada por qualquer dispositivo de dosagem conhecido do estado da técnica, desde que tenha a capacidade de manter a concentração de sólidos homogénea. O dispositivo de dosagem 25 tem a função de alimentar continuamente a extrusora 26 com a mistura homogénea e inertizada fornecida pelo vaso de inertização 21,22.

A figura 2 ilustra um dispositivo de dosagem 25, ou dosador, de acordo com uma configuração preferencial da presente invenção, na qual a dosagem é feita de forma que um pequeno nível de mistura sempre fique acima da rosca 261 da extrusora. Para tal, o nível é ajustado de forma a ficar entre um limite superior (acima do qual uma coluna de líquido sem agitação forme um gradiente de decantação de sólido) e um nível inferior que evite a entrada de gás na extrusora. Assim, a própria agitação da rotação da rosca da extrusora garantirá a homogeneidade da coluna de mistura. Para que essa regulagem seja feita, o dispositivo de dosagem 253 pode compreender um sensor de nível. Assim, quando o nível da mistura no interior do dosador 25 estiver abaixo de um valor pré-determinado, um sinal elétrico desvia a válvula para o tubo 254, alimentando o vaso de dosagem 25 até que um sinal de nível superior reverta a válvula para sua posição original. A fim de evitar contaminação com o oxigénio do ar, é opcionalmente mantido um fluxo de gás inerte no interior do vaso 25. Para tal, o vaso de dosagem 25 compreende opcionalmente um tubo de entrada de gás 251 e um tubo de saída de gás 252. Ressalta-se que, como já esclarecido, qualquer dispositivo de controle de nível conhecido no estado da técnica pode ser utilizado como forma de dosagem. Porém, o dispositivo acima é preferivelmente adotado.

Adicionalmente, a presente invenção prevê a utilização opcional de um vaso de partida e parada 23 quando o sistema de preparação, homogeneização, inertização e dosagem de mistura descrito é utilizado. Tal vaso de partida e parada 23 é destinado a ser utilizado apenas no início e no término do método descrito, uma vez que tem a função de prover uma mistura mais diluída de polímero nas etapas de partida e parada da extrusora. Isso permite que a partida da extrusora possa ser feita na rotação normal do método, sem que haja dano ao equipamento por pico de pressão, o que pode ocorrer em uma partida em alta rotação. Esse procedimento evita, portanto, o desbalanceamento de método causado pela má dissolução da mistura compreendida no vaso de inertização. Polímeros de alto e ultra alto pesos moleculares são difíceis de dissolver e o desbalanceamento no método, que ocorrem principalmente nas partidas e paradas da extrusora, resultam em grumos ou partículas mal dissolvidas, que agem como defeito ao fio formado, reduzindo sua estirabilidade local. Partidas da extrusora em condições ótimas, além de evitar esse tipo de problema, levam às condições de estabilização rápidas, minimizando o volume de resíduos na partida.

Opcionalmente, a presente invenção faz uso de apenas dois dispositivos de inertização 21,22,23, em que um dos dispositivos de inertização, nas etapas de partida e parada da extrusora 25, alimenta a extrusora 26 com uma mistura mais diluída de polímero, de modo que, posteriormente, esse dispositivo é utilizado com a mistura com a diluição padrão.

Opcionalmente, o dispositivo de dosagem é um recipiente, ou um tubo, que simplesmente direciona a mistura proveniente do dispositivo de inertização para a extrusora. Ainda, em outra configuração opcional, o dispositivo de dosagem é integrado à extrusora, ou é parte da extrusora.

Portanto, no contexto da presente invenção, o sistema de dosagem de suspensão na extrusora, compreende:

a) um vaso de pré-mistura 1, onde todos os componentes da suspensão são adicionados, compreendendo um agitador mecânico e um circuito de bombeamento, garantindo assim uma melhor homogeneização da mistura; b) pelo menos um vaso de inertização (opcionalmente dois vasos) 21,22, compreendendo um agitador mecânico 200, um dispositivo de bombeamento 201 (opcionalmente do tipo jet mixing) circulando constantemente a mistura do fundo para o topo do vaso 21,22, um dispositivo de alimentação de gás inerte e um dispositivo medidor de teor de oxigénio, de forma que a inertização seja garantida;

c) um dispositivo de dosagem 25 compreendendo um dispositivo de controle de nível 253, de modo que o nível da mistura, definido pela coluna de líquido de suspensão acima do nível da rosca da extrusora, pode ser controlado, o dispositivo de dosagem sendo alimentado por pelo menos um vaso de inertização, de modo que uma válvula, instalada no fundo do vaso de inertização, realiza o controle dessa alimentação e libera determinado volume de suspensão, assim que recebe um sinal de nível baixo no vaso de dosagem, opcionalmente, o vaso de dosagem é alimentado com um fluxo constante de gás inerte que é mantido ao longo de toda a produção;

d) um vaso de partida e parada 23, utilizado em operações de partida e parada da linha de produção, compreendendo um agitador mecânico 200, um dispositivo de bombeamento 201 (opcionalmente do tipo jet mixing), um dispositivo de alimentação de gás inerte e um instrumento de medida do teor de oxigénio, opcionalmente o vaso de partida e parada 23 compreende um volume reduzido, quando comparado com o vaso de inertização 21,22, em que o vaso de partida e parada 23 é alimentado com uma suspensão de menor concentração de polímero, o que gera uma solução de menor viscosidade e, por esse motivo, reduz as pressões de partida da extrusora, permitindo que a mesma sej a ligada em rotações elevadas .

A mistura ou suspensão homogeneizada e inertizada pelo sistema descrito acima alimenta então uma extrusora 26. No contexto da presente invenção, qualquer tipo de extrusora conhecida do estado da técnica pode ser usada, incluindo, porém não se limitando a, extrusoras do tipo monoroscas, dupla- roscas e planetárias. Combinações de uma ou mais extrusoras também podem ser usadas sempre que se deseje melhorar a relação custo benefício do método. No entanto, na configuração preferencial ora descrita, extrusoras do tipo dupla- roscas são preferidas.

Na extrusora 23 a mistura ou suspensão é transformada em uma solução. A dissolução é um processo difícil, onde parâmetros de processo devem ser definidos para cada caso ou configuração de extrusora utilizada. Em uma configuração particular, quando o polietileno de ultra alto peso molecular é dissolvido em óleo mineral, a temperatura deve estar entre 150°C e 310°C, mais preferencialmente entre 180 e 240°C. A solução de polímero no primeiro solvente, produzida pela extrusora, é então alimentada em um cabeçote de fiação 27, o qual compreende uma bomba de fiação e uma matriz de fiação. A bomba de fiação tem a função de dosar de forma precisa a solução para a matriz de fiação, que por sua vez tem a função de conferir ao fluido, a forma de fio. A matriz de fiação ou fieira, possui número definido de capilares. No contexto da presente invenção, o número de capilares não é um parâmetro crítico e depende de fatores como capacidade produtiva da extrusora, tecnologia de fiação empregada, título de fio final desejado, etc. É no capilar da matriz de fiação que a massa polimérica sofrerá a primeira orientação molecular, que se dá sob fluxo cisalhante e elongacional ao longo do capilar.

O fio da solução de polímero dissolvido no primeiro solvente passa, então, pelo air gap e mergulha no banho de quenching 30, onde a solução coagula dando origem ao chamado fio gel 10. No âmbito da presente invenção, o termo air gap é usado para definir o espaço que o fio da solução atravessa, entre a superfície externa da matriz de fiação 27 e a superfície de líquido do banho de quenching 30. O comprimento do air gap é outra variável crítica do método da presente invenção. Porém, dependerá da condição de fiação empregada. A condição de fiação é determinada por quatro variáveis, basicamente, geometria do capilar, temperatura, vazão do fluído e uso ou não de estiro subsequente ao banho de quenching 30. Tal estiro será, daqui por diante, denominado de draw down.

Quando um baixo ou nenhum draw down for adotado, o comprimento do air gap é preferencialmente menor que 15mm, mais preferencialmente menor que 10mm, por outro lado, o comprimento mínimo do air gap adotado é de 2mm, preferencialmente maior que 4mm.

No entanto, quando estiros de draw down forem aplicados ao fio, o comprimento de air gap adotado e maior que 5 mm, preferencialmente maior que 15mm. Por sua vez, como já explicitado, o banho de quenching 30 tem a função de transformar a solução em fio gel. O fio gel é uma estrutura composta por uma fase porosa composta de polímero, pré-orientada, e que comporta praticamente todo o volume de líquido composto do primeiro solvente. Qualquer líquido, a princípio, pode ser usado como líquido de quenching, desde que não afete as propriedades do fio. Quando o polímero usado é o polietileno de ultra alto peso molecular, a água é o solvente preferido. A temperatura do banho de quenching deve ser menor que 60°C, preferencialmente menor que 30°C, mais preferencialmente menor que 20°C.

Na sequência, o fio gel 10 formado no banho de quenching e contendo grande parte do volume do primeiro solvente e água arrastada do banho de quenching, é alimentado em uma unidade de pré-recuperação e estiro em meio líquido. Por facilidade de nomenclatura, a unidade de pré-recuperação e estiro em meio líquido será daqui por diante chamada simplesmente de pré-recuperador. O pré-recuperador tem uma primeira função de reter mecanicamente o maior volume possível do primeiro solvente, de forma que não sobrecarregue os extratores, o que aumentaria o custo de operação do método. Opcionalmente, o pré-recuperador pode realizar um estiro intermediário no fio, o que pode reduzir a carga de estiro que ocorrerá em etapas posteriores. O limite de estiro nessa etapa é determinado pelo início de dano à estrutura polimérica e é determinado pelas propriedades mecânicas finais. No âmbito da presente invenção, a quantidade relativa de primeiro solvente retida pelo pré- recuperador, antes da etapa de extração é chamada de quantidade de solvente pré-recuperada e é representada por um índice de pré-recuperação. O índice de pré-recuperação é descrito pela relação percentual mássica ou volumétrica de solvente transportado por determinado comprimento do fio que sai do pré- recuperador, com relação ao fio que entra no pré-recuperador.

Como já foi discorrido anteriormente, uma, se não a maior, desvantagem da tecnologia base óleo mineral é a necessidade de recuperar um grande volume de primeiro solvente com o uso de um segundo solvente mais volátil. Quando, por exemplo, o primeiro solvente é óleo mineral e o segundo solvente é do tipo n-hexano a sua separação em coluna de destilação é relativamente fácil, pela grande diferença de pontos de ebulição dos componentes da mistura. Porém, por mais eficiente que seja a coluna de destilação, o teor de n-hexano, presente no óleo do fundo da coluna, permanece elevado.

Uma pequena concentração de n-hexano no óleo mineral é suficiente para reduzir drasticamente o seu ponto de fulgor, o que gera um risco industrial quando o óleo retorna para o método. Isso obriga o uso de uma segunda operação de separação, aqui chamada de purificação do óleo. A etapa de purificação onera o método por ser uma operação lenta e de elevado custo. Outra questão relacionada ao custo é o volume do segundo solvente envolvido no método. Quanto maior o volume do primeiro solvente que entra com o fio na unidade de extração, maior será o consumo de segundo solvente. Consumo que poderá ainda ser aumentado pela ineficiência dos extratores.

A manipulação de um volume grande de segundo solvente impacta em maior investimento na unidade de recuperação de solventes e em maior risco industrial. Um dos critérios de raio de classificação de risco industrial é o volume de solvente inflamável presente na área industrial. Uma outra questão relacionada ao volume de primeiro solvente é a quantidade de segundo solvente a ser evaporado na unidade de secagem. Como a quantidade de primeiro solvente é substituída por aproximadamente a mesma quantidade de segundo solvente no método de extração, quanto menor o volume de primeiro solvente que entra nos extratores, menor será a quantidade de segundo solvente a ser evaporada na unidade de secagem.

A figura 3 ilustra uma configuração opcional de um sistema de pré- recuperação 4 (ou pré-recuperador), de acordo com a presente invenção, que compreende cinco dispositivos principais opcionais. O primeiro dispositivo é composto por uma torre de cilindros de alimentação 40 do pré-recuperador 4, em que o número de cilindros 401 depende de fatores como força de estiro e perímetro de contato mínimo para que nenhum escorregamento ocorra. Na prática, o número de cilindros 401, bem como o diâmetro dos mesmos, é resultado de uma relação entre custo de equipamento para com a probabilidade de escorregamento. O número de cilindros 401 mostrado na figura 3 tem, portanto, caráter meramente ilustrativo.

A torre de cilindros de alimentação 40 também pode ter a função de servir como torre de cilindros de fiação, ou seja, puxar os fios que são formados na matriz de fiação e que passam pelo banho de quenching. Devido aos fios que passam pelo banho de quenching carregarem uma quantidade de água e primeiro solvente, uma bandeja coletora pode ser instalada na parte inferior da torre, e que receberá qualquer quantidade desses solventes que caem dos cilindros.

O sistema de pré-recuperação ilustrado na figura 3 compreende adicionalmente um tanque de estiro 410, onde um líquido possui a função de fornecer calor ao fio gel, que estará sob estiro entre a torre de alimentação 40 e uma primeira cabine de pré-recuperação 42. O banho de estiro é composto basicamente por um tanque de estiro 401, uma tampa 412, pelo menos um acionador 411 (são ilustrados dois acionadores) para a imersão do fio no tanque 410, um dreno 413, um trocador de calor e uma bomba de circulação.

O uso de acionadores de imersão 411 facilita o passamento dos fios no tanque 410, durante a operação de partida, de modo que os acionadores 411 são capazes de estirar o fio dentro do tanque 410, empurrando o fio para o fundo do tanque 410. Os acionadores de imersão 411 possuem, portanto, a função de manter o fio imerso no tanque 410 após seu passamento na operação de partida. O tanque 410 pode ainda compreender uma tampa 412, que possui a função de isolar o sistema de contaminação externa, evitar acidente com contato com o líquido aquecido e isolar termicamente o tanque 410.

A circulação do líquido aquecido no interior do tanque 410 pode ser feita opcionalmente com auxílio de uma bomba e um trocador de calor, juntamente com um dispersor de gás inerte. A dissolução de gás inerte no líquido é recomendável quando o meio líquido de estiro é o próprio óleo mineral usado como primeiro solvente. Em estágio estável de método, uma atmosfera contendo gás inerte injetado no dispersor acaba sendo formada entre a superfície do liquido e a tampa. O projeto do tanque deve considerar um baixo inventário e a ausência de pontos mortos para que não haja degradação adicional do primeiro solvente nessa etapa.

A terceira parte do pré-recuperador é composta por uma primeira cabine de pré-recuperação 42. A primeira cabine de pré-recuperação 42 tem a função de reter a maior parte do primeiro solvente exsudado durante o estiro no tanque 410, bem como o líquido usado como meio térmico no estiro, que é arrastado pelo fio. A primeira cabine de pré-recuperação 42 possui uma torre de cilindros 420 que possui duas funções principais, a primeira é a de estirar o fio gel que passa pelo banho de estiro, e a segunda é a de atuar como suporte onde a ação mecânica de facas de ar comprimido 421 e raspadores 422 reterão qualquer líquido contido na superfície dos filamentos dos fios.

No contexto da presente invenção, lâminas de ar comprimido 421 são usadas para impedir que grande parte do volume de líquido arrastada pelo fio, passe adiante. Quando os fios contendo os filamentos são conduzidos sobre superfícies de cilindros 420, os filamentos espalham-se como se fossem fitas. Surpreendentemente, quando lâminas de ar comprimido 421 são devidamente direcionadas de forma tangencial (em relação ao cilindro 420) e transversal (em relação ao fio gel), uma grande quantidade de líquido é retida.

Parte do líquido retida é projetada para longe da superfície do cilindro 420 e parte do líquido fica aderida ao mesmo. Portanto, para evitar que a parcela do líquido aderido ao cilindro 420 não volte a molhar o fio, opcionalmente um dispositivo tipo raspador 422 é adaptado de forma que transfira esse volume para a extremidade do cilindro 420. Dispositivos que transformam ar comprimido em fluxos laminares de elevada velocidade são encontrados comercialmente. Um exemplo são as chamadas facas de ar da Spraying Systems Co ^® , capazes de concentrar um j ato de ar comprimindo em formas geométricas muito precisas, o que reduz consideravelmente o consumo de ar. Opcionalmente, outros dispositivos de retenção de líquidos podem ser utilizados, como dispositivos emborrachados comumente conhecidos na indústria têxtil como Foulards.

O uso de dispositivos de retenção de líquido, especialmente de lâminas de ar 421, mostrou-se adequado à retenção do óleo mineral onde se pode observar o ar penetrando por entre os filamentos do fio, expulsando uma grande quantidade de líquido. O uso de facas de ar ou qualquer dispositivo que opere de forma óbvia, juntamente com outro dispositivo de apoio, capaz de retirar líquido aderido na superfície do cilindro 420 de estiro, são aqui considerados como a força motriz mecânica que se mostrou suficientemente mais eficiente que a decantação e viabilizou grande recuperação de volume de primeiro solvente antes do uso de uma ação química (uso do segundo solvente).

A figura 3a ilustra em detalhe uma configuração opcional desses dispositivos, em que podemos ver as facas de ar 421 e os raspadores de borracha 422 dispostos sobre os cilindros. A representação é esquemática e outras configurações de montagem são possíveis. Para fins práticos, o equipamento descrito acima é montado dentro de um compartimento que o torna enclausurado.

Adicionalmente, uma bandeja 426 é opcionalmente instalada na parte inferior da cabine 42 e serve como coletor do volume de líquido, ao passo que uma proteção superior 425 serve como anteparo às projeções de líquido provocadas pelo ar comprimido, de modo que a proteção superior pode ainda compreender um tubo que serve como obstáculo a partículas de líquido e ao som, deixando somente o ar passar.

A drenagem de líquido do fundo da bandeja 426 poderá ser feita diretamente para uma área de recuperação de solventes ou poderá retornar para o tanque de estiro 410, com o auxílio de uma bomba. A vantagem dessa última configuração é que o tanque 410 estará sempre com seu nível tendendo a ser maior que o nível de um dreno. Caso o líquido acumulado no fundo da bandeja da cabine de pré-recuperação seja conduzido diretamente para a área de recuperação de solventes, um dispositivo de alimentação de líquido deve ser instalado no tanque de estiro, garantido a reposição de meio líquido perdida por arraste do fio que é estirado e entra na cabine de pré-recuperação.

Opcionalmente, caso se deseje isolar completamente o interior da cabine 42, um dispositivo de rolos de borracha tipo Foulard 423 pode ser adotado. O uso desses dispositivos ajuda na retenção de líquido, além de isolar a cabine. Porém, para garantir que nenhum dano possa ocorrer ao fio, deve-se usar baixa pressão de fechamento, associada ao uso de borrachas de baixa dureza.

Para fins de conforto auditivo, o compartimento pode ser opcionalmente isolado com qualquer elemento de isolamento acústico.

No presente contexto, é importante definir o que significa o volume de líquido livre na superfície do filamento. O fio gel é caracterizado por uma estrutura porosa (muito parecido como uma esponja quando vista na área da seção transversal) e que contém um grande volume de líquido (primeiro solvente). Quando o fio gel é formado, parte do volume do óleo é expulsa para a superfície do fio. Se um segmento de fio gel é deixado descansar com suas extremidades fixas, parte do óleo escoará pelo fio sob ação da gravidade e parte do óleo ficará dentro dos poros de forma "estável", mantido por forças de capilaridade. Com base nesse fenómeno, definiremos daqui por diante que o volume de líquido livre é toda a fração volumétrica que pode ser retida ou recuperada por determinado princípio mecânico.

Por outro lado, a fração volumétrica estável é definida como a fração volumétrica que não pode ser recuperada por essa ação mecânica, desde que as forças mecânicas envolvidas não superem as forças de capilaridade. Outro aspecto importante é que a exsudação de líquido, causada pela deformação imposta no estiro do fio gel, é entendida como sendo consequência da anisotropia dada pela orientação. Em outras palavras, a cristalização que o polímero sofre sob estiro, associada à mudança de razão de aspecto dos poros sob ação da mesma deformação, é responsável por transformar o volume de líquido estável em volume de líquido livre. Assim, grande parte desse fenómeno ocorreria dentro do banho de estiro.

No entanto, dados experimentais mostram que a exsudação de óleo pelos poros do fio gel é um método lento, se comparado com o tempo de residência médio do estiro no banho e na primeira Cabine de Pré-recuperação. Em outras palavras, após determinada deformação, é necessário determinado período de tempo para que uma correspondente parcela de volume estável exsude, transformando-se em parcela livre, de forma que possa ser retida pelas lâminas de ar comprimido. Em regime contínuo isso é um problema porque ao passo que uma maior razão de estiro no banho permite um maior deslocamento da parcela estável para a parcela livre, o mesmo aumento impõe uma maior velocidade do fio no percurso interno da primeira cabine de pré-recuperação 42, reduzindo proporcionalmente o tempo de residência para que as lâminas de ar possam fazer o seu trabalho. Tal perda de eficiência com o aumento da razão de estiro obrigaria um proporcional aumento de tempo de residência, o que aumentaria o custo em equipamentos.

Porém, experimentos também mostraram que a retirada de óleo livre pelas lâminas de ar é um método rápido, se comparado com o tempo de exsudação. Em outras palavras, simplesmente aumentar o percurso do fio na primeira cabine de pré-recuperação não seria a forma mais eficiente de melhorar a eficiência de retenção, uma vez que o custo do equipamento e o consumo de ar comprimido aumentaria muito.

Desse modo, com o objetivo de aumentar a eficiência da unidade de pré- recuperação, com o menor impacto possível em custo de equipamento, a ideia de opcionalmente adotar um acumulador 43 foi concebida. No contexto da presente invenção, acumulador 43 é qualquer configuração de equipamento têxtil capaz de aumentar o percurso do fio, de forma mais compacta possível, para que o tempo necessário para o método de exsudação ocorra.

Na configuração opcional apresentada, o acumulador 43 é composto por duas colunas de roldanas ou cilindros capazes de conduzir o fio de forma que nenhum dano ou oscilação de título ocorram. O ajuste do tempo de residência é feito pelo número de voltas em "zig-zag" e pela distância. Os cilindros ou roldanas podem ser livres ou tracionados por motor. Conceitualmente, o uso de sistema de transporte motorizado não seria necessário, já que as duas cabines de pré-recuperação 42,44 teriam a função de conduzir o fio. Porém, para impedir que variações de atrito nos eixos dos cilindros ou roldanas possam causar instabilidades de título no fio gel, a configuração motorizada pode ser opcionalmente adotada. Além disso, tal dispositivo de tração motorizada pode ser projetado de tal forma que um gradiente de elevação possa ser dado ao longo do trajeto do fio. Isso permitiria que um pequeno estiro possa ser feito no acumulador 43, impedindo qualquer grau de relaxação do fio gel ao longo do percurso.

A quinta e última parte da unidade do pré-recuperador é a segunda cabine de pré-recuperação 44. A descrição da segunda cabine de pré-recuperação 44 é a mesma da primeira, descrita acima, de modo que a função da Segunda Cabine é de reter o primeiro solvente exsudado ao longo do percurso do Acumulador. Conceitualmente, qualquer líquido pode ser usado como meio de estiro no tanque de estiro 410. Porém, no âmbito da presente invenção, preferencialmente o próprio líquido usado como primeiro solvente ou água são adotados. No entanto, qualquer outro líquido diferente destes pode onerar o método, pois outras operações de separação deverão ser usadas, onerando a área de recuperação de solventes.

Quando o próprio líquido usado como primeiro solvente é usado como meio de transferência térmica no tanque de estiro 410, uma pequena cabine de pré- recuperação (não ilustrada) pode ser adaptada na torre de alimentação com a função de reter água arrastada do banho de quenching. A experiência adquirida de experimentos com uso de lâminas de ar mostrou que a água arrastada pelo fio que sai do banho de quenching é relativamente fácil de reter. A água forma pequenas gotas na superfície do fio gel, ficando muito exposta à ação do fluxo de ar.

Na prática, a escolha do líquido usado no tanque está vinculada à temperatura de estiro. Quando a faixa de temperatura de trabalho desejada está entre a temperatura ambiente e 80°C, a água é o líquido preferido no âmbito da presente invenção. O fio gel apresenta uma expressiva fração amorfa, o que permite que elevadas razões de estiro possam ser atingidas em temperatura menor que 80°C. Por outro lado, a razão de estiro acaba sendo limitada pela baixa mobilidade das cadeias na fase cristalina. O uso de temperaturas maiores que 80°C, atingidas com uso de óleo mineral como meio térmico, possibilita o atingimento de elevadas razões de estiro, sem que nenhum dano ocorra na microestrutura do fio gel e, por consequência, a obtenção de elevados valores de índice de Pré-recuperação. Nesse contexto, a razão de estiro aplicada ao fio gel deve ser maior que 1,5: 1, preferencialmente maior que 5: 1 e mais preferencialmente maior que 8: 1.

Ao passo que aplicação de elevadas razões de estiro no fio gel é benéfica para que elevadas frações de óleo livre sejam obtidas, a eficiência dos pré- recuperadores é muito reduzida, pela redução do tempo de residência (aumento das velocidades). Para compensar isso, todos os recursos da cabine de pré- recuperação 42,44 devem ser otimizados. O número de conjuntos de lâminas de ar 421,441 deve ser aumentado na mesma proporção da razão de estiro aplicada ao fio gel. No contexto da presente invenção, o número de conjuntos de lâminas de ar 421,441 deve ser maior que 1, preferencialmente maior que 4, mais preferencialmente maior que 6. Preferencialmente, o número de conjunto de lâminas de ar 421,441 por cilindro 420,440 deve ser igual a 1. Porém, um número maior pode ser usado. A distância entre a lâmina de ar 421,441 e a superfície do cilindro 420,440 deve ser ajustada em função da pressão de ar comprimido empregada. Pressões muito elevadas, associadas a pequenas distâncias são limitadas pelo tangleamento dos fios e até pelo deslocamento do caminho do mesmo, no perímetro do cilindro 420,440. No contexto da presente invenção, a distância entre o dispositivo gerador da lâmina de ar 421,441 e a superfície do cilindro 420,440 deve ser menor que 60mm, preferencialmente menor que 40mm, mais preferencialmente menor que 20mm. A pressão usada no dispositivo gerador de lâmina de ar 421,441 depende do dispositivo empregado. Porém, a pressão empregada deve ser limitada pelo tangleamento do fio ou por outra instabilidade que venha a causar algum dano ao fio ou problemas de processabilidade na linha de fiação. Há muitas formas de posicionar a lâmina de ar 421,441em relação ao fio. No contexto da presente invenção, o posicionamento preferencial é de forma que as linhas de fluxo da lâmina de ar 421,441 sejam direcionadas em sentido contrário ao movimento do fio e de forma que tangencie a superfície do cilindro 420,440.

O uso de recursos têxteis com a função de acumular fios 43 entre as duas cabines de pré-recuperação 42,44 é questão chave na eficiência da unidade de pré-recuperação 4. Se uma configuração têxtil como mostrada na figura 3 for usada, a distância e o número de zig-zags devem ser ajustados de forma que um tempo de residência maior que 0,5 minuto seja atingido, preferencialmente um tempo de residência maior que 1 minuto e mais preferencialmente maior que 2 minutos serão suficientes para que a maior parcela de óleo estável seja transformada em óleo livre.

No contexto da presente invenção, o movimento dos cilindros ou roldanas usados nas colunas do acumulador são preferencialmente independentes, ou seja, o uso de dispositivos mecânicos motorizados são preferidos. Quando tal configuração for usada, a relação das velocidades entre cilindros deve ser ajustada de forma que se aplique um estiro global no acumulador maior que 1,05, preferencialmente maior que 1, 1 e mais preferencialmente maior que 1,2. Para que nenhum dano ocorra na microestrutura do fio, uma razão de estiro global no acumulador deve ser menor que 5, preferencialmente menor que 3 e mais preferencialmente menor que 1,5.

Portanto, o sistema de pré-recuperação ora descrito compreende opcionalmente:

a) uma torre de cilindros de alimentação 40 onde o número de cilindros 401 é suficiente para que nenhum escorregamento dos fios seja observado, em que, opcionalmente, a torre 40 pode conter um dispositivo de retenção de líquido 402 e primeiro solvente que, ocasionalmente, são arrastados do banho de quenching 30, e em que, para evitar perda dos solvente e água, uma bandeja coletora pode ser instalada abaixo dos cilindros 401 ;

b) um tanque de estiro compreendendo 41 um meio líquido com a função de transferir calor ao fio e de coletar a fração volumétrica de primeiro solvente exsudado durante o tempo de residência no tanque 410, em que o dito tanque 410 contém um sistema de cilindros 411 de imersão que facilitam o passamento dos fios, em que o tanque pode compreender ainda, uma bomba de circulação do líquido contido no tanque, um trocador de calor, um dreno e uma tampa 412, de modo que, quando o líquido usado é o próprio primeiro solvente, um dispositivo alimentador de gás inerte pode ser usado para evitar a degradação do líquido.

c) uma primeira cabine de pré-recuperação 42, compreendendo opcionalmente:

- uma segunda torre de cilindros 420, ou um acumulador de fios, que possui a função, de estirar o fio gel enquanto o mesmo passa pelo tanque de estiro 410, de modo que o estiro é dado pela diferença de velocidade entre as torres 40,42;

- dispositivos geradores de fluxo de ar 421, como dispositivos tipo lâminas de ar, onde ar comprimido é usado com o objetivo de reter a fração volumétrica de primeiro solvente que se encontra disponível, na forma livre, nas superfícies dos filamentos dos fios, enquanto são transportados pelos cilindros da segunda torre 42, de modo que tais dispositivos sejam preferencialmente direcionados no sentido contrário ao movimento dos fios e de forma que a lâmina de ar tangencie a superfície do cilindro;

- dispositivos raspadores 422 devidamente acoplados nos cilindros 420 da torre, que possuem a função de reter líquido aderido na superfície dos cilindros 420, impedindo que voltem a molhar os fios;

- caixa ou compartimento de isolamento do meio externo 425, compreendendo paredes com algum elemento absorsor de som, uma bandeja de coleta de líquidos 426 na posição abaixo dos cilindros e um tubo de exaustão de ar, instalado no topo da cabine 42, que pode conter elementos que retenham partículas de líquido e som;

d) um acumulador de fios 43, compreendendo opcionalmente duas torres de cilindros 430 onde os fios podem percorrer um caminho tipo "zig-zag", de modo a manter o fio um período de tempo suficiente para que o primeiro solvente possa exsudar, ficando disponível nas superfícies dos filamentos do fio;

e) uma segunda cabine de pré-recuperação 44, compreendendo preferencialmente elementos semelhantes aos da primeira 42 cabine de pré- recuperação, no entanto, devido a um possível aumento de velocidades nas etapas anteriores, a segunda cabine pode compreender um número maior de dispositivos geradores de lâminas de ar 441.

Adicionalmente, de acordo com a configuração opcional descrita, o pré- recuperador ora proposto opcionalmente compreende:

a) um índice de pré-recuperação, que exprime a fração de primeiro solvente retido pelo pré-recuperador 44 e que não entrará em contato com o segundo solvente, na etapa de extração, em que, o índice de pré-recuperação é maior que 20%, preferencialmente maior que 50% e mais preferencialmente maior que 70%;

b) um estiro em meio líquido, que ocorre entre as duas primeiras torres de cilindros do pré-recuperador, enquanto o fio está submerso no tanque, caracterizado por uma razão de estiro aplicada ao fio gel maior que 1,5: 1, preferencialmente maior que 5 : 1 e mais preferencialmente maior que 8: 1 ; c) um estiro em meio líquido, que ocorre entre as duas primeiras torres de cilindros do pré-recuperador, enquanto o fio está submerso no tanque, em que: uma temperatura entre a ambiente e 80°C é adotada, quando água é usada como meio de estiro em banho líquido; e uma temperatura maior que 80°C é adotada quando próprio primeiro solvente é usado como meio de estiro em banho líquido, ao passo que uma razão de estiro maior que 8: 1 é aplicado ao fio gel; d) um tempo de residência no acumulador de fios maior que 0,5 minuto, preferencialmente um tempo de residência maior que 1 minuto e mais preferencialmente maior que 2 minutos, que permita que uma fração de volume estável seja, transformada em volume livre, e assim possa ser retido na segunda cabine de pré-recuperação.

Fica claro, portanto, que a retenção da maior quantidade possível de primeiro solvente, assegurada pela configuração opcional do pré-recuperador proposto, representa uma grande vantagem técnica e económica em relação ao estado da técnica. No entanto, recuperar de forma eficiente o maior volume possível do primeiro solvente antes de alimentar os extratores não representa a única vantagem descrita pela presente invenção.

De modo a transformar a tecnologia base óleo mineral ainda mais competitiva do que a tecnologia base decalina, quando todos os aspectos discutidos acima forem levados em consideração, também é interessante que conceitos ligados à maior eficiência dos extratores 50 sejam desenvolvidos. Portanto, a presente invenção revela adicionalmente um extrator 50 com uma característica construtiva vantajosa, como será discutido a seguir.

A figura 4 ilustra um extrator 50, de acordo com uma configuração opcional da presente invenção, o qual compreende um elemento rotativo, opcionalmente ilustrado como um tambor rotativo 52, que respeita as regras de condução de fios em cilindros usados em godets de estiro e cilindros do tipo dual, comumente usados na indústria têxtil. O princípio físico empregado garante que seja possível dar várias voltas de fio no mesmo cilindro 52 (cilindro principal) de forma que os fios não se toquem e/ou se emaranhem durante sua condução. Isso é possível porque um elemento auxiliar, opcionalmente na forma de cilindro auxiliar 53, de menor diâmetro é usado para separar os fios por uma distância que é função do ângulo relativo entre os eixos dos dois cilindros 52,53.

No contexto da presente invenção, o cilindro principal 52 será, daqui por diante, denominado simplesmente tambor 52. Essa denominação é pertinente devido ao diâmetro do mesmo ser muito maior que o diâmetro do cilindro auxiliar. Tal Tambor 52 possui uma coroa de hastes 521que possui a função de transportar o fio e, ao mesmo tempo, expor seus filamentos a dois feixes de líquido de lavagem512,511. Quando fios são produzidos em regime contínuo, e quando nenhuma operação de torção é aplicada, os filamentos do fio acomodam-se sob superfícies em forma de fita. Em outras palavras, os filamentos do fio são dispostos quase que perfeitamente paralelos. Isso faz com que os jatos 511 ,512 de líquido de extração atinjam as duas maiores faces da dita fita, resultando em um eficiente contato.

Visualmente, quando um fio, ou um conjunto de fios, é ajustado e conduzido pelo tambor 52, forma-se uma manta que sofre ação de jatos 511,512 em ambos os lados. O ângulo relativo entre os eixos do tambor 52 e do elemento auxiliar 53, a distância entre eles, e sua relação de diâmetros definem o espaçamento entre os vários fios.

O uso de uma estrutura vazada, preferencialmente hastes 521, em detrimento de uma superfície plana, é um dos aspectos vantajosos do tambor 52 da presente invenção relacionados à grande eficiência do extrator 50 descrito. Com essa configuração, o tambor 52 pode receber jatos 511,512 direcionados de ambas as faces, interna e externa. Assim, fio, que naturalmente se organiza da forma de fita, com os filamentos quase que dispostos perfeitamente lado a lado, fica submetido a um intenso fluxo turbulento, pela ação conjunta de dois jatos dispostos em sentidos opostos.

Com o uso de dispositivos geradores de fluxo líquido 511,512 adequados, preferencialmente jato, a eficiência da extração aumenta ainda mais. Bicos dispersores com jatos de várias formas geométricas podem ser usados. Há bicos comerciais que possuem um jato homogeneamente intenso ao longo dessa forma geométrica, o que é ideal para ser adaptado ao longo de toda a superfície do tambor 52, interna e externa. Devido à forma geométrica do tambor 52, jatos na forma quadrada ou retangular são preferidos.

O elemento auxiliar 53, por sua vez, possui seu eixo fixado em um dispositivo mecânico de ajuste de ângulo, que pode ser regulado mesmo durante a operação, caso seja observado algum enrosco dos fios no tambor 52. Tal ajuste é realizado por regulagem externa, não sendo necessária a abertura da porta do equipamento, ne mesmo a interrupção do funcionamento do sistema.

Para fins da presente invenção, qualquer dispositivo de alteração de ângulo do cilindro auxiliar pode ser usado, desde que haja vedação apropriada entre a regulagem e a parte interna do extrator.

Opcionalmente, os bicos dos jatos são suportados externamente por um suporte circular 54, ou pela própria caixa do extrator 58, e é internamente suportado por um tambor fixo 55, que é uma estrutura cilíndrica que se projeta para o interior do extrator. O tambor pode ser movimentado pelo movimento dos próprios fios que seriam, então, conduzidos pelos equipamentos que estão antes e depois dos extratores, ou ser movimentado por um motor independente 57, através de um eixo de transmissão.

Opcionalmente, o tambor movimentado por motor 57 independente é preferido, o que traz algumas vantagens como melhor controle de título e a possibilidade de se aplicar estiro entre unidades de extração, quando extratores 50 em série são usados.

Na dinâmica do extrator, o fio gel rico com o primeiro solvente, entra no primeiro extrator 50 enquanto que o fio rico com o segundo solvente sai pelo extrator.

A figura 5 ilustra uma representação da vista em perspectiva da configuração opcional do tambor da presente invenção, onde cinco fios são alimentados no extrator 50, ocupando toda a área de ocupação do mesmo. Variáveis como diâmetro do tambor 52, distância entre eixos do tambor 52 para com o cilindro auxiliar 53, número de voltas do fio e a velocidade tangencial do tambor determinam o tempo de contato entre o fio gel e o líquido de lavagem.

O tempo de contato ou tempo de residência é outro parâmetro crítico que será discutido adiante. Para o melhor aproveitamento do extrator 50, o maior número de voltas possível é dado na área de ocupação do tambor 52, para cada fio. Isso é possível pela otimização da relação de ângulos entre o tambor 52 e o cilindro auxiliar 53.

De modo a proporcionar maior a estabilidade do posicionamento do fio sobre as superfícies do Tambor e do cilindro auxiliar, opcionalmente pode-se adotar o uso de dispositivos de posicionamento auxiliares. Opcionalmente, espaçadores do tipo pente podem ser usados no caminho do feixe de fios, na posição entre o tambor 52 e o cilindro auxiliar 53. O espaçamento do pente determina o número de voltas do fio no Tambor e ajuda na estabilização do transporte, trabalhando em harmonia com o cilindro auxiliar. O número de pentes, sua posição e o ângulo de posicionamento não são relevantes, mas podem ser otimizados para que a frequência de enroscos possa ser minimizada ao máximo.

O mecanismo de transporte do fio, usado na presente invenção, permite que o extrator 50 não perca a eficiência com o aumento da velocidade provocada pelo estiro realizado em etapas anteriores à etapa de extração. Isso é possível porque ao passo que se aumenta a razão de estiro nas etapas anteriores, o que aumenta a velocidade na unidade de extração, a largura de ocupação do fio sobre o tambor 50 vai se reduzindo proporcionalmente. No contexto da presente invenção, largura de ocupação é definida pela largura do tambor ocupada por cada volta do fio. Ou seja, quanto maior é a razão de estiro aplicada ao fio em alguma etapa anterior, maior será a velocidade do fio no extrator, mas menor será sua área de ocupação, permitindo-se que um número maior de voltas seja dada para cada fio. Ou seja, o maior número de voltas compensa o aumento da velocidade. Dessa forma, o tempo de contato entre o fio e o segundo solvente aplicado pelos dispositivos distribuidores de líquido de lavagem 511,512 será mantido praticamente constante. Diferente de outros extratores de fios usados no método de Gel Spinning presentes no estado da técnica, o extrator descrito na presente invenção permite uma grande versatilidade de método, sem que unidades de extração tenham que ser acrescentadas para garantir a total retirada do primeiro solvente na saída da unidade de extração.

Opcionalmente, o sistema de extração é isolado do meio externo por um invólucro protetor 58, ou caixa, por uma porta de acesso (não ilustrada) e por um mecanismo de selo mecânico nos pontos de entrada e saída dos fios. A geometria da caixa 58 pode ser otimizada de tal forma que o volume interno será somente o estritamente necessário para acomodar o tambor 52 e os dispositivos distribuidores de líquido de lavagem 511,512. Tanto a caixa 58 quanto a porta são vedadas de tal forma que nenhum líquido ou vapor seja emanado para fora do extrator 50, e são dimensionadas para suportar a pressão de trabalho.

Um aspecto crítico relacionado ao método gel spinning base óleo é que os solventes usados na extração possuem geralmente alta pressão de vapor. O uso desses solventes permite que a secagem do fio seja feita em temperaturas bem abaixo da temperatura de amolecimento do fio xerogel. Ao passo que a secagem é facilitada pelo uso de líquidos de alta pressão de vapor, a etapa de extração acaba sendo um ponto de elevada taxa de evaporação de solvente. E se um bom sistema de isolamento não for usado, uma quantidade grande de segundo solvente será perdida nessa etapa, o que prejudica, além da questão de custo de operação, aspectos ligados à saúde e meio ambiente.

Portanto, o completo isolamento da caixa 58, bem como a possibilidade de pressurização, é uma característica opcional relevante do dispositivo extrator 50 da presente invenção, e pode ser atingida pelo uso de dispositivos de vedação, ou selos mecânicos, nos pontos de entrada e saída do fio443,. Qualquer dispositivo que isole o interior da caixa, do meio externo pode ser usado. Porém, no contexto da presente invenção, dispositivos tipo Foulard especialmente construídos para a completa vedação são preferidos.

A figura 6 apresenta um diagrama contendo um exemplo de uma configuração opcional de válvulas e instrumentos empregados de forma que o extrator descrito pela presente invenção possa operar com uso de qualquer solvente volátil e inflamável de forma segura e estanque. A figura 6a mostra a caixa do extrator contendo todos os mecanismos de transporte do fio e de estanqueidade. A figura 6, em especial o detalhe 6a, ilustra uma configuração opcional de um dispositivo de vedação para um extrator, previsto pela presente invenção, em que o selo mecânico mostrado é formado pela cavidade de entrada do fio, cavidade de saída, cilindros constituídos de eixo metálico, camada de borracha do cilindro e borracha de vedação interna. A borracha do cilindro possui opcionalmente baixa dureza, de forma que nenhum dano ocorra ao fio. Há como otimizar a peça de borracha do cilindro, usando-se borrachas mais resistentes ao atrito nas extremidades, juntamente por uma borracha macia no centro, onde o fio passa. Isso reduz custo de manutenção desse tipo de dispositivo. Já a borracha que compõe a vedação interna, pode ser composta de borracha de elevada resistência ao atrito. Todo material elastomérico usado deve suportar a ação contínua dos líquidos usados como primeiro e segundo solventes.

O movimento dos cilindros deve ser garantido por um preciso mecanismo de forma que a velocidade tangencial dos dois cilindros seja igual, ou levemente menor, que a velocidade do fio no tambor do primeiro extrator e igual ou levemente maior que a velocidade do tambor do último extrator. Isso pode ser feito pelo uso de motor independente ou pelo uso do mesmo sistema mecânico que movimenta o Tambor.

Como já indicado, os dispositivos tipo Foulard são preferidos na presente invenção por suportarem elevadas pressões e apresentarem ótima estanqueidade, impedindo que vapores sejam liberados para o ambiente industrial.

Na porção inferior de cada extrator, opcionalmente é instalado um vaso do coletor 56, também chamado de vaso extrator, o qual tem a função de coletar todo o líquido que é projetado pelos dispositivos distribuidores de líquido de lavagem 511,512, após entrar em contato com os fios, para retroalimentar o sistema de circulação interno. Para compor o circuito de circulação interna, uma bomba succiona o líquido do vaso 56 e pressuriza um manifold de alimentação dos bicos internos 511 e externos 512 por um tubo.

Para fins de controle de temperatura de lavagem, um trocador de calor (não ilustrado) é opcionalmente usado para retirar ou fornecer calor ao (ou aquecer ou resfriar o) fluido circulante (segundo solvente), em relação à temperatura de equilíbrio do extrator.

A vazão de circulação é outro aspecto relevante para a eficiência do extrator 50 da presente invenção. A injeção do solvente limpo é feita por qualquer bomba dosadora de líquido, desde que haja um bom controle de vazão entre o reservatório e o interior do extrator. Ainda, para que haja um bom aproveitamento do solvente limpo, de forma que garanta que o mesmo entre em contato com o fio, a bomba de circulação interna é preferivelmente posicionada em um ponto inferior ao vaso do extrator.

Por sua vez, o descarte de solvente sujo é feito por qualquer dispositivo composto por válvula e controle de nível. Ou seja, a válvula de descarte de solvente sujo abre toda vez que determinado nível do vaso é atingido. Para fins de definição, no contexto da presente invenção, solvente limpo é todo líquido usado como segundo solvente com baixo ou nenhum teor do primeiro solvente, ao passo que solvente sujo é todo líquido usado como segundo solvente e que possui uma concentração de primeiro solvente maior que a concentração do mesmo no solvente dito limpo. O ponto de descarte do solvente sujo não é crítico. Porém, para que não haja formação de acúmulo ou qualquer ponto morto, o ponto de descarte é preferivelmente localizado em uma porção mais inferior do vaso do extrator 56.

Uma válvula de descarte também é opcionalmente instalada no fundo do vaso do extrator 56, sendo acionada cada vez que o sensor de nível é atuado. Qualquer dispositivo de controle de nível pode ser usado.

O detalhe B da figura 6 apresenta um diagrama de um skid contendo um conjunto de válvulas e instrumentos que possui a função de, juntamente com o skid de alimentação de gás inerte (detalhe D), purgar o extrator de forma que todo o oxigénio do ar seja totalmente expulso e manter a pressão desejada para a operação da unidade. O skid possui um dispositivo confiável de medida do teor de oxigénio, de forma que um consumo adequado de gás inerte seja usado para garantir a inertização do interior do extrator. O skid deve, porém, ter um conjunto de válvulas de forma que uma vazão alta e baixa possa ser ajustada. A vazão alta serve para a purga do extrator, na partida da máquina ou toda a vez que a porta for aberta. Por sua vez, a baixa vazão tem a função de possibilitar pequenos alívios de pressão quando a pressão interna do extrator atingir um valor crítico.

O skid é adaptado no topo do extrator para que nenhum solvente na forma líquida entre na tubulação. A tubulação de saída do skid pode ser ligada a uma linha de exaustão ou ligada à área de recuperação de solventes. Para fins de redução do índice de emanação solvente ao ambiente, o envio dos gases e vapores para a área de recuperação de solventes é preferido. O detalhe D da figura 6 apresenta um diagrama de um skid de alimentação de gás inerte que pode ser usado na presente invenção e que tem a função de alimentar gás inerte no extrator. O conjunto de válvulas e instrumentos permite que se possa alimentar gás inerte com elevada vazão, na etapa de purga, ou com baixa vazão de gás inerte, durante a operação, com o objetivo de repor qualquer perda por vazamento, mantendo a pressão interna num determinado valor constante e desejado. A linha de alta vazão atua no momento da purga, toda a vez que a porta é aberta ou toda a vez que o teor de oxigénio atinge um valor crítico para a segurança do equipamento.

Adicionalmente, um medidor de baixa vazão pode ser usado para monitorar um possível vazamento no extrator 50. O monitoramento dessa vazão permite que seja feita a parada do sistema, para fins de manutenção, garantindo que o ambiente não seja contaminado pelos vapores de solvente.

O detalhe F da figura 6 apresenta o diagrama de circulação interno, já descrito acima, compreendendo o vaso, a bomba de circulação interna, trocador de calor (não ilustrado) e o manifold de alimentação dos bicos de lavagem, juntamente com suas válvulas e instrumentos de controle.

O detalhe E da figura 6 apresenta um diagrama do skid de descarte de solvente sujo. O skid possui um conjunto de válvulas e instrumentos de controle que permite que o volume de solventes contidos no interior do extrator seja rapidamente eliminado numa situação de emergência, bem como um conjunto de válvulas e instrumentos que possuem a função de manter o nível do vaso de circulação com um nível constante.

O detalhe G da figura 6 apresenta a linha de alimentação de solvente limpo na sucção da bomba de circulação interna, como já fio descrito acima.

Com o intuito de reduzir o consumo de solvente de extração limpo, o extrator descrito na presente invenção pode ser opcionalmente associado a outros, em uma configuração em série. Quando o extrator descrito na presente invenção for montado numa configuração em série, o fio alimentado no primeiro extrator passa para os demais por meio de um canal de condução adaptado na posição do Foulard. Dispositivos tipo Foulard podem ser usados para isolar totalmente uma unidade da outra. Porém, para que não haja excesso de deformação no fio, um canal de condução, contendo um plano inclinado em sua parte inferior, é preferido. O plano inclinado tem a função de fazer com que todo o excesso de solvente sujo, que cai do fio, seja mantido sempre na unidade mais suja (anterior).

A alimentação de solvente limpo é feita preferivelmente na última unidade, onde o fio está com o menor teor possível de primeiro solvente.

Na configuração opcional em série, a transferência de líquido de descarte pode ser feita por meio de uma bomba dosadora instalada entre as unidades, ou simplesmente por transbordamento tipo cascata. O fluxo de líquido entre as unidades por transbordamento tipo cascata acontece com o uso de drenos que unem os vasos de circulação. Em tais drenos, o líquido flui, por gravidade, de um vaso para outro por diferença de altura em relação ao solo. Nessa configuração, o líquido mais limpo desloca-se, por transbordamento, sempre no sentido da unidade mais suja, em contracorrente ao sentido do fio, que se movimenta da unidade mais suja para a unidade mais limpa. A diferença de altura entre os drenos garante que nenhum líquido da unidade mais suja vá para a unidade mais limpa. No contexto da presente invenção, a configuração tipo cascata é preferida. Isso reduz o custo do equipamento e simplifica o método de transporte do fluido.

Na configuração em série opcional ilustrada no detalhe E da figura 6, o skid de descarte é instalado na primeira unidade (mais rica no primeiro solvente), garantindo que o inventário de líquido no interior de todos os extratores permaneça constante. Para garantir que tal inventário seja rapidamente descarregado em situação de emergência, válvulas de alta vazão de descarte podem ser instaladas em todas as unidades. Numa situação de operação normal, então, a vazão de alimentação de solvente limpo alimentada na última unidade é praticamente igual à vazão de solvente sujo descartada na primeira unidade, desde que não haja perda de solvente por evaporação.

O skid de alimentação de gás inerte para a purga e controle de pressão descrito (detalhe D, figura 6), bem como o skid de purga e controle de pressão de topo (detalhe B, figura 6), são ligados igualmente a todas as unidades, de forma que se garanta que o oxigénio não esteja em nenhum ponto morto das unidades em série.

Como será discutido adiante, o uso de extratores em série tem a função de reduzir o consumo de solvente limpo. Num estágio de equilíbrio de método, formar- se-á um gradiente de concentração de primeiro solvente entre o primeiro e último extratores. O número de extratores a ser empregado será, então, o resultado de uma relação custo/benefício entre o custo de investimento, acrescentado por cada unidade adicionada, para com a redução do custo de operação de separação de solvente na unidade de recuperação de solventes. Existe, também, uma possível redução de investimento na unidade de recuperação de solventes com o aumento do número de unidades de extratores, pela redução do volume dos tanques e das colunas de destilação e purificação. Essa redução ocorre porque o volume de mistura (primeiro + segundo solventes) é reduzido com o aumento do número de unidades de extração, pela redução do volume de segundo solvente (solução de descarte da primeira unidade vai ficando mais concentrada com o segundo solvente à medida que se aumenta o número de unidades em série). O número de unidades de extração, em série, é função de varáveis como a máxima velocidade estimada após o pré- recuperador, densidade linear do fio na alimentação, número de fios, número de filamentos por fio, largura de ocupação do fio no tambor e eficiência que se deseja considerar em cada etapa.

E importante ressaltar que quando o primeiro solvente não volátil, nas condições normais de método (temperatura de dissolução entre 150°C e 310°C), é um hidrocarboneto, segundos solventes como hidrocarbonetos, hidrocarbonetos clorados, hidrocarbonetos clorofluoretados e outros solventes orgânicos como dietil éter e dioxano, bem como a mistura/combinação deles, podem ser usados. No contexto da presente invenção, hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição são preferidos. Solventes não organo-halogenados, com pontos de ebulição menores que 80°C, preferencialmente menores que 70°C são preferidos. Solventes organo-halogenados possuem bom desempenho de dissolução, baixos pontos de ebulição e não são inflamáveis.

Portanto, o método de extração de fios porosos da presente invenção é baseado na substituição do primeiro solvente pelo segundo solvente, que ocorre pela gradual dissolução do primeiro solvente pelo segundo solvente no extrator. Nesse contexto, o sistema de extração pode ser dividido em duas fases líquidas. A primeira fase líquida é a fase delimitada pela superfície dos filamentos do fio, ou seja, a fase líquida contida no interior dos poros e na superfície externa dos filamentos do fio. A segunda fase líquida é o meio líquido externo ao fio, ou seja, fase formada pelo líquido circundante do extrator. Quando um segmento do fio gel entra em contato com determinado volume de solvente de extração, haverá uma gradual dissolução do primeiro solvente. Com o tempo, a concentração de primeiro solvente nas duas fases tende a se igualar. Por exemplo, solventes como n-hexano são totalmente miscíveis com óleo mineral, em qualquer proporção. Porém, existe uma questão de cinética de dissolução, já que para que a completa mistura ocorra, o segundo solvente precisa permear pela estrutura porosa, onde há interações com a superfície do polímero dificultando o método. De uma forma geral, essa cinética de dissolução é dependente de fatores como temperatura e nível de turbulência.

Para descrever a performance de um determinado extrator, parâmetros de contato entre as duas fases descritas acima devem ser levados em consideração. Ciência relacionada à operação unitária de extração é algo vasto, onde muitas variáveis estão envolvidas. Porém, no contexto da presente invenção, aspectos relacionados ao contato das duas fases serão discutidos. A eficiência do extrator é, portanto, dependente: (i) do tempo de contato entre as fases, (ii) da temperatura de contato e (iii) da eficiência de contato.

O tempo de contato entre as fases, ou simplesmente o tempo de residência do fio no interior do extrator, é dependente de fatores geométricos e da velocidade do fio. As variáveis geométricas do extrator definem o trajeto que um segmento do fio irá percorrer no interior do extrator e que estará em contato com o meio líquido de extração. O perímetro de cada volta é função do diâmetro do ambor, do diâmetro do cilindro auxiliar e da distância entre os eixos do tambor e do cilindro auxiliar. Por sua vez, o número de voltas que cada fio terá sobre o Tambor será, no presente contexto, o maior número possível. Definida a largura máxima disponível para cada fio, o número de voltas passa a ser definido pela largura de ocupação do fio sobre o tambor e o espaçamento mínimo para que haja baixa probabilidade de enrosco na operação de extração. A largura de ocupação é dependente do número de filamentos do fio, título do fio, teor de óleo presente no fio, etc.

A figura 7 apresenta um diagrama conceituai da composição de primeiro solvente nas duas fases envolvidas, com o tempo de contato no extrator. Em tal diagrama observa-se que no tempo de contato igual a zero, a fase líquida contida nos poros do fio é totalmente preenchida pelo primeiro solvente. Nesse momento, a composição de primeiro solvente, nessa fase, é igual a 1. Por sua vez, a fase formada pelo volume de líquido de extração (segundo solvente) no interior do extrator é praticamente composta pelo solvente puro e a composição de primeiro solvente nessa fase é igual a 0.

Com o tempo de contato, a composição de primeiro solvente da fase circundante começa a aumentar, ao mesmo tempo que a sua composição na fase fio começa a reduzir. Caso haja tempo suficiente para que isso ocorra, as duas fazes convergirão para a mesma composição. No contexto da presente invenção, consideramos o segundo solvente como o solvente da dissolução, ao passo que o primeiro solvente será tratado como o soluto, na dissolução. O momento onde a composição do primeiro solvente (soluto) torna-se igual nas duas fases é considerado como tempo de contato crítico (t _c *) e a composição do primeiro solvente na mistura é denominado como composição crítica (φ*). Quando o tempo de contato do fio no interior do extrator é menor que o tempo crítico, a composição de primeiro solvente nas duas fases pode ser descrito pelo coeficiente de partição (P _n ) e é dado pela equação 1, onde n se refere ao número do extrator onde a análise está sendo feita. O coeficiente de partição é útil para definir a composição do primeiro solvente, na fase fio, em cada etapa de extração e é obtido da curva experimental descrita pelas duas curvas apresentadas na figura conceituai (figura 7). O coeficiente de partição tende a 1 com o tempo contato. A determinação experimental das curvas apresentadas é importante para definir os parâmetros de condição de operação dos extratores, bem como sua eficiência. Tempos de contato maiores que t _c * não são necessários, já que não ocorrerá redução na composição de primeiro solvente na fase fio, a partir desse ponto. No contexto da presente invenção, o fio deveria ficar dentro de cada unidade de extração tempo suficiente para que o coeficiente de partição atinja um valor maior que 0,5, preferencialmente maior que 0,8. O tempo de contato crítico, definido pelo momento onde a composição de do primeiro solvente atinge o mesmo valor nas duas fases líquidas envolvidas, pode ser usado como um parâmetro de medida de eficiência do extrator. Ou seja, quanto menor for o tempo crítico alcançado para dada condição operacional, mais eficiente será o método de extração. Para o extrator descrito pela presente invenção, o tempo de contato crítico, definido por t _c *, é influenciado principalmente pela temperatura de contato e pela eficiência de contato. Naturalmente, a temperatura de contato segue as leis básicas de dissolução de solventes orgânicos e deve ser a maior possível. Quando o primeiro solvente é óleo mineral e o segundo solvente é, por exemplo, n- hexano, a temperatura de contato deve ser maior que 10°C, preferencialmente maior que 30°C, mais preferencialmente maior que 40°C. Porém, por questão de excesso de pressão no interior do extrator, a temperatura deve ser menor que 60°C.

O outro parâmetro que influencia no tempo crítico é a eficiência de contato. No contexto da presente invenção, a eficiência de contato é definida como a fração volumétrica do volume total de líquido circundante no extrator, que realmente entra em contato com os filamentos do fio, a partir dos jatos dos bicos.

A fração volumétrica que circula no interior do extrator sem entrar em contato com os filamentos do fio deve ser a menor possível. Para se minimizar isso, um adequado direcionamento dos bicos deve ser feito. Geralmente, o fabricante dos bicos define as distâncias e os ângulos de direcionamento. Outro parâmetro ligado à eficiência de contato é a força do jato sobre os fios. A força dos jatos, reguladas pela vazão individual de cada bico, é a variável que pode ser manipulada no controle da força. Quanto maior é a força, melhor a eficiência. Porém, a força será limitada por algum dano ou deslocamento indesejado nos fios sobre o tambor.

O número de bicos é outro parâmetro importante para a eficiência. Quanto maior o número de bicos, maior será a região do tambor que sofrerá ação da força de jato. Uma forma de quantificar isso é pelo percentual da área total do tambor que sofrerá ação direta do feixe dos bicos. No contexto da invenção, o percentual da superfície total (superfície interna e externa do tambor) deve ser maior que 50%, preferencialmente maior que 80%. Há, porém, um fator económico que está relacionado ao número de bicos para o atingimento desse percentual. Quanto maior for o número de bicos, maior será a vazão de circulação e, por consequência, o dimensionamento da bomba de circulação. Num projeto de uma unidade de porte industrial, isso impacta consideravelmente em custo de investimento na unidade de extração e um cálculo de custo x eficiência deveria ser feito para se chegar numa configuração ótima de máquina.

Adicionalmente, além da direta ação de força de contato dos jatos sobre os fios, que resulta num eficiente nível de turbulência que reduz o tempo de mistura, a vazão de circulação interna é, também, um importante parâmetro de homogeneização dos solventes (primeiro e segundo solventes). Uma vazão de circulação interna muito maior que a vazão de alimentação de líquido de extração é um outro importante parâmetro de eficiência, no contexto da invenção (equação 2). Num estágio de equilíbrio, a composição de primeiro solvente no volume de líquido circundante deve ser a mais homogénea possível em todos os pontos do extrator, por onde o líquido circunda. Nesse contexto, a vazão de circulação possui a mesma função de uma hélice de agitação num vaso de mistura.

Equação 2: Ql » Q2

A figura 7 ainda ilustra o diagrama das correntes de fluxo envolvidas no método de extração. Cada metro de fio insere no extrator determinado volume de solvente. Essa corrente é definida por "v" e equivale à vazão aqui chamada de "vazão linear de arraste", ou seja, o produto da velocidade do fio pelo volume transportado por um metro de fio. A vazão Qi é a vazão de circulação, ao passo que Q ₂ é a vazão de alimentação do segundo solvente. Como o sistema trabalha com nível constante, Q ₂ é também a vazão do dreno, desde que a perda de solvente por evaporação não seja significativa. De uma forma geral, o fio entra rico com o primeiro solvente à esquerda e sai rico com o segundo solvente à direita. Ao passo que o solvente de extração é alimentado no lado oposto ao fio e sai rico com o primeiro solvente à esquerda. O tempo de contato do fio com o fluido de extração é dado pelas dimensões do tambor e do cilindro auxiliar, pelo número de voltas do fio no Tambor e pela velocidade do fio. Para que haja eficiência adequada, a Equação 2 deve ser respeitada. Isso assegura que as concentrações da fase interna dos poros tenda à concentração do fluido externo. Assim, no contexto da presente invenção, o extrator aqui revelado compreende, opcionalmente, pelo menos um de:

a) um dispositivo de transporte de fio compreendendo um cilindro principal 52 e, opcionalmente, um dispositivo auxiliar 53, em que, o cilindro principal 52 compreende, em sua superfície de condução de fios, suportes que exponham as duas faces da manta de fios aos jatos do líquido de extração, e o dispositivo auxiliar 53, preferencialmente um cilindro auxiliar, que se movimenta com a mesma velocidade tangencial que o cilindro principal, possui um dispositivo de ajuste de ângulo de modo que se possa regular o espaçamento entre fios transportados, impedindo que haja enrosco ou para regular espaçamento ótimo para um bom aproveitamento da largura de ocupação dos fios sobre o cilindro principal;

b) um mecanismo de transporte do fio onde um maior número de voltas pode ser dada, de forma que o tempo de residência, reduzido por um aumento de velocidade causada por uma modificação na razão de estiro aplicada ao fio, em etapas anteriores, possa ser compensado;

c) um circuito fechado de bombeamento do líquido de extração, onde uma bomba ligada a um reservatório instalado no fundo do extrator, força que o líquido de extração entre em contato com a manta de fios;

d) um circuito fechado de bombeamento do líquido de extração, onde bicos tipo spray, que projetam de forma homogénea um jato sobre a manta de fios, são usados, em que o dito jato possui uma geometria adequada de forma que grande parte do líquido circundante entre em contato com os fios na manta;

e) um circuito fechado de bombeamento do líquido de extração, onde há um controle de rotação do motor da bomba de circulação, de forma que se possa aumentar ou reduzir a vazão de circulação e, assim, garantir que a força do jato dos bicos tipo spray, sobre os fios da manta, seja adequada;

f) um circuito fechado de bombeamento do líquido de extração, onde um número adequado de bicos 511,512 é usado de forma que a maior parte da superfície, interna e externa do cilindro principal, sofra ação dos jatos de circulação interna do líquido de extração;

g) um circuito fechado de bombeamento do líquido de extração, onde um trocador de calor é usado para transferir ou retirar calor do líquido circundante; h) uma caixa de isolamento 58 com o meio externo, onde um skid de válvulas e instrumentos é usado para purgar sua atmosfera interna com um gás inerte, sempre que um líquido inflamável for usado como segundo solvente no líquido de extração, em que um instrumento confiável mede e monitora a concentração de oxigénio, de forma que a explosividade da atmosfera interna seja nula; i) uma caixa de isolamento com o meio externo, onde um skid de válvulas e instrumentos é usado para que se ajuste uma pressão manométrica positiva com o uso de uma alimentação constante de gás inerte, em que o controle de pressão pode ser ajustado de forma que a pressão seja levemente acima da pressão de vapor dos líquidos de extração, garantindo que o segundo solvente permaneça no estado líquido durante a operação de extração;

j) uma caixa de isolamento com o meio externo que contém um conjunto de selo mecânico 59 nas posições de entrada e saída do fio no extrator 50, de forma que uma boa vedação sob o fio ocorra sem que nenhum dano, causado por algum tipo de deformação, ocorra ao mesmo;

1) uma caixa de isolamento com o meio externo que contém uma porta vedada, e que abre e feche de forma prática e segura, expondo os fios sob os cilindros de transporte, sempre que uma intervenção é necessária;

m) um circuito de alimentação de segundo solvente limpo, e que trabalha de forma automática com uma válvula de descarte de líquido de extração, rico com o primeiro solvente, com o auxílio de um dreno, de forma que se garanta que o volume de líquido de extração dentro do extrator seja praticamente sempre o mesmo;

n) um circuito caracterizado por ter uma bomba dosadora de alimentação de solvente limpo, onde o ponto de injeção está instalado na unidade mais rica em segundo solvente, em que o circuito é caracterizado, ainda, por conter um dreno de descarte de líquido de extração, instalado na unidade mais rica com primeiro solvente.

Adicionalmente, no contexto da presente invenção, quando um conjunto de extratores é opcionalmente adotado, de modo que o extrator compreenda múltiplos estágios, o conjunto de extratores compreende as seguintes características:

a) ter um número de estágios de extração onde n unidades, como a descrita acima, são montadas em série, e onde tal número de estágios de extração seja maior que um, preferencialmente maior que três;

b) ter um conjunto de n estágios de extração, onde o fio rico com o primeiro solvente seja alimentado no primeiro estágio de extração, ao passo que o fio rico com o segundo solvente saia do enésimo estágio de extração, em que um líquido de extração rico em segundo solvente é alimentado no enésimo estágio, ao passo que o líquido de extração rico em primeiro solvente é descartado no primeiro estágio, de modo que quando um conjunto de unidades de extração é usado, o fluxo de líquido de extração movimenta-se, opcionalmente por transbordamento tipo cascata, num fluxo contínuo que vai do enésimo extrator para o primeiro extrator, em que tal transbordamento ocorre em tubulações que ligam os vasos de circulação interna dos extratores;

c) ter um tempo de contato em cada estágio, dado pelas dimensões do mecanismo de transporte descrito acima, de forma que haja uma homogeneização das fases fio e do meio circundante, de forma que um coeficiente de partição maior que 0,5, preferencialmente maior que 0,8 seja atingido em cada uma das unidades;

d) Ter uma eficiência de contato otimizada em cada estágio, buscando o menor tempo crítico (tc*) para cada unidade, de forma que:

-a vazão de circulação interna (Ql) seja muito maior que a vazão de alimentação (Q2) de segundo solvente;

- o número de bicos de jatos tipo spray seja usado de forma que a área de ação dos jatos cubra um mínimo de 50% da área total (superfície externa + superfície interna da manta), preferivelmente maior que 80% da área total da manta de fios;

e) ter, por meio do trocador de calor, um controle de temperatura regulada em todas as unidades de extração, de modo que a temperatura é determinada em função do ponto de ebulição do líquido usado como segundo solvente, e deve ser a mais alta possível, de forma que a pressão máxima de trabalho dos extratores não seja ultrapassada.

[0000] As sim, de acordo com a configuração opcional da presente invenção descrita até aqui, quando o fio sai dos extratores 50, praticamente todo o volume do primeiro solvente é substituído pelo segundo solvente. Subsequentemente, o fio gel contendo o solvente menos volátil (segundo solvente) segue para um processo de secagem em baixa temperatura de forma que sua microestrutura não seja danificada.

A figura 1 também ilustra uma configuração opcional de um dispositivo de secagem 6, ou secadora, que pode ser utilizada segundo a presente invenção. Qualquer dispositivo de secagem de fios, fitas e/ou tecidos conhecida no estado da técnica pode ser usada para fins da presente invenção. Porém, para evitar variação de título, ou densidade linear, no fio durante a secagem, transportes do tipo zig-zag com tracionamento em todos os cilindros de transporte e controle preciso de tensão, em que os cilindros de transportes 61 podem também ser aquecidos. Adicionalmente, qualquer fonte homogénea de calor pode ser usada, porém, circulação forçada com gás inerte aquecido é opcionalmente adotada. Opcionalmente, o dispositivo de secagem compreende ainda pelo menos uma abertura de entrada de gás seco e pelo menos uma abertura de saída de gás úmido, de modo que um gás é circulado em circuito fechado entre a secadora 6 e as unidades de recuperação 5 do segundo solvente. Quando o fio sai da unidade de secagem, sem praticamente nenhum resíduo do segundo solvente, ele é chamado de fio xerogel. Xerogel é um termo empregado na química sol-gel e que descreve uma estrutura gelificada que perdeu a fase líquida (gel seco).

O fio xerogel é então alimentado de forma contínua em pelo menos uma torre de cilindro de estiro a frio 7, opcionalmente duas, conforme ilustrado na figura 1. Pelo mesmo motivo já discutido para o estiramento em fio gel, é interessante economicamente que a parcela de estiro que pode ser dada a frio, principalmente pela orientação da fase amorfa, desde que o limite de dano à estrutura cristalina (que não tem mobilidade a frio), seja respeitada. Porém, essa etapa é opcional.

O fio xerogel pré-estirado a frio passa então por um processo de estiro a quente, em um dispositivo de estiro a quente 8. Ressalta-se que o estiro a quente pode ser feito em um estágio ou em múltiplos estágios. Assim, a figura esquemática dos componentes mostrados na figura 1 é para simples entendimento do método. Outros tipos de fornos, cilindros e godets de estiro e tipos de fornos presentes no estado da técnica podem ser usados para a realização do estiro à quente do método descrito na presente invenção.

Por fim, fio é bobinado em uma unidade de bobinamento 90. Entre o final do estiro a quente e o início do bobinamento, o fio pode receber qualquer acabamento usado no estado da técnica e que confira ao fio alguma melhora de propriedade e processabilidade na aplicação final. Qualquer dispositivo de bobinamento presente no estado da técnica pode também ser usado para bobinar o fio. Pelo fato de o método ser contínuo, não há limite de peso da bobina em questão.

Para fins de redução de custo de investimento em máquina de estiro ou para ganho de propriedades mecânicas, o fio obtido pelo método descrito na presente invenção, poderá sofrer estiros em outra área onde uma estiradeira com dimensões e comprimento adequados, poderá ser usada. Quando uma configuração desse tipo for usada, o método da presente invenção se caracterizará como sendo semi-contínuo.

As figuras e as etapas aqui descritas são assumidas dessa forma para uma melhor compreensão das ideias contidas no documento, mas podem variar de acordo com o entendimento de um técnico no assunto.

Portanto, de formar mais sucinta, a presente invenção provê o seguinte:

um sistema de dosagem de uma mistura de polímero com um primeiro solvente em uma extrusora (26) compreendendo pelo menos dois dispositivos de inertização (21,22,23) que compreendem meios para introduzir um fluxo de gás de inertização, e que os pelo menos dois dispositivos de inertização (21,22,23) alimentam a extrusora (26) com a mistura inertizada, compreendendo adicionalmente um dispositivo de controle de alimentação adaptado para controlar o nível de mistura acima da rosca (261) da dita extrusora (26), de forma que a rotação seja suficiente para que não haja segregação de fases na mistura;

um método de dosagem de uma mistura de com um primeiro solvente em uma extrusora (26) compreendendo as etapas de inertizar, com um fluxo de gás de inertização em um dispositivo de inertização (21,22,23), a mistura, e alimentar a extrusora (26) com a mistura inertizada, o método compreendendo adicionalmente controlar o nível de mistura acima da rosca da extrusora.

um dispositivo de extração de solvente de pelo menos um fio polimérico compreendendo um primeiro solvente compreendendo: um elemento rotativo (52) compreendendo uma estrutura vazada (521), na qual o pelo menos um fio polimérico é enrolado externamente pelo menos uma vez; pelo menos dois dispositivos distribuidores de líquido de extração (511,512), em que pelo menos um do pelo menos dois dispositivos distribuidores de líquido de lavagem (511,512) é adaptado para distribuir o líquido de lavagem no pelo menos um fio polimérico externamente ao elemento rotativo (52), e pelo menos um do pelo menos dois dispositivos distribuidores de líquido de lavagem (511,512) é adaptado para distribuir o líquido de lavagem no pelo menos um fio polimérico internamente ao elemento rotativo (52).

- um método de pré-recuperação mecânica de pelo menos um líquido em pelo menos um fio polimérico, em que o pelo menos um líquido compreende pelo menos um de um solvente e água, compreendendo as etapas de: receber um fio polimérico de um banho de quenching (30); e reter mecanicamente pelo menos um líquido da superfície do fio polimérico, em uma primeira cabine de pré-recuperação (42).

- um sistema de pré-recuperação mecânica de pelo menos um líquido em pelo menos um fio polimérico, em que o pelo menos um líquido compreende pelo menos um de um solvente e água, compreendendo meios para receber um fio polimérico de um banho de quenching (30); e meios para reter mecanicamente pelo menos um líquido da superfície do fio polimérico.

- um método para a produção de pelo menos um fio polimérico compreendendo as etapas de: misturar um polímero com um primeiro solvente gerando uma mistura; homogeneizar a mistura; inertizar a mistura; mergulhar a mistura em um banho de quenching (30), em que é mantido um air gap antes de a mistura atingir a superfície do líquido do banho de quenching (30) formando pelo menos um fio polimérico; estirar pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico; lavar o fio polimérico com um segundo solvente mais volátil que o primeiro solvente; aquecer o pelo menos um fio polimérico; estirar à temperatura ambiente pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico; e estirar à quente pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico.

- um sistema para a produção de pelo menos um fio polimérico compreendendo: meios para misturar um polímero com um primeiro solvente gerando uma mistura; meios para homogeneizar a mistura; meios para inertizar a mistura; meios para mergulhar a mistura em um banho de quenching (30), em que é mantido um air gap antes de a mistura atingir a superfície do líquido do banho de quenching (30) formando pelo menos um fio polimérico; meios para estirar pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico; meios para lavar o pelo menos um fio polimérico com um segundo solvente mais volátil que o primeiro solvente; meios para aquecer ou esfriar o pelo menos um fio polimérico; meios para estirar à temperatura ambiente pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico; e meios para estirar à quente pelo menos uma vez o pelo menos um fio polimérico.

A seguir, serão exemplificadas algumas comparações entre os métodos, os sistemas e os dispositivos da presente invenção, com os conhecidos do estado da técnica. Comparações entre os fios produzidos por tais processos também serão apresentadas.

Exemplo 1 : Determinação do índice de Pré-recuperação por Método Batelada Um vaso encamisado de aço inox, contendo um sistema de circulação tipo "jet mixing", onde uma bomba instalada na parte inferior provoca uma circulação forçada da suspensão do fundo para o topo, foi carregado com 7kg de suspensão contendo 8% de Utec 3041 (um polietileno de ultra alto peso molecular produzido pela Braskem S.A.), em óleo mineral branco (Oleo Emca Plus 350, produzido pela Oxiteno). Para reduzir degradação, 500 ppm de Irganox 168 e 500 ppm de Irganox 1010 foram adicionados com base no peso total da mistura. O vaso foi fechado por uma tampa contendo uma haste de agitação contendo cinco pás de ângulo de hélice de 45°, dispostas 90°, uma em relação à outra. O conjunto de pás agita toda a coluna de suspensão. Foi regulada uma rotação de 350 rpm, ao passo que a bomba de jet mixing foi regulada para que todo o inventário inicial fosse renovado em aproximadamente 1 minuto. Uma corrente de nitrogénio foi regulada no fundo do vaso de forma que o teor de oxigénio, medido por um sensor instalado no fundo do vaso, atingisse valores menores que 0,1 ppm em 40 minutos. Após, esse tempo, a suspensão foi dosada numa extrusora Haake dupla rosca de 25 mm. A dosagem foi feita por meio de um vaso contendo um sensor de nível, instalado na zona de alimentação da extrusora. O controle de nível foi regulado de forma que o nível de suspensão dosado ficasse aproximadamente 10 mm acima da rosca. O sistema de dosagem é automatizado de forma que um sinal de baixo nível seja dado à uma válvula tipo gaveta, presente no fundo do vaso de suspensão, fazendo com que a mesma abra até que um novo sinal de nível máximo seja enviado pelo vaso da alimentação da extrusora. Esse sistema garante que somente uma quantidade suficiente de suspensão seja dosada na extrusora, impedindo que haja colunas de líquidos com baixo nível de agitação. Uma pequena coluna de suspensão acima da rosca sofrerá ação de agitação da própria rosca. A temperatura da zona de alimentação foi mantida abaixo de 60°C, ao passo que a dissolução foi feita na temperatura de 210°C. A matriz de fiação, contendo uma fieira de 15 filamentos de 0,5 mm de diâmetro, foi mantida à 190°C. A vazão da bomba de fiação foi regulada de forma que uma vazão mássica de 0,6 g/min. fosse atingida para cada capilar. O feixe de filamentos passou por um air gap de 10 mm e um banho de água (quenching) na temperatura de 10°C. O fio foi então puxado por um godet de fiação na velocidade de 4,2 m/min. e então bobinado usando uma bobinadeira Barmag, em tubete de plástico com peso conhecido. Uma bobina contendo 1 hora de fiação foi coletada e deixada descansar sob um suporte de forma que o eixo do tubete ficasse 90° em relação à superfície da bancada. Dessa forma, o óleo exsudado do fio pôde ficar escoando para uma bandeja, num período de 48 horas. Após esse período, a bobina foi pesada. Três segmentos de fio foram retirados em camadas diferentes da bobina para análise de teor de óleo por extrator Soxhlet. A extração por Soxhlet foi feita com base na Norma ASTM D 2257, usando n-hexano como agente de extração. Com o objetivo de ter um método comparativo, a determinação do teor de óleo por balanço de massa foi também usada. Havia uma desconfiança de que o óleo mineral migrasse para a superfície da bobina com o tempo, causando um gradiente de concentração, o que poderia incorrer em erro. O volume total de óleo mineral na bobina em uma hora de fiação pôde ser calculado pela vazão mássica da bomba de fiação, sabendo-se que nela havia 8% de polímero. Com base no peso após 48 horas, a quantidade de peso de óleo Pré-recuperado pôde ser determinado. Com esses dados, então, o índice de Pré-recuperação pôde ser determinado. Como foi discutido acima, o índice de Pré-recuperação é descrito pela relação percentual mássica ou volumétrica de solvente transportado por determinado comprimento do fio que sai do Pré-recuperador, com relação ao fio que entra no Pré-recuperador. Sendo que no presente exemplo, o Pré- recuperador é definido como o suporte onde a bobina fica aguardando por determinado período de tempo, enquanto o solvente é retido por ação da gravidade (Método Batelada).. Então, após 48 horas de Pré-recuperação, um resultado de índice de Pré-recuperação de 34% foi obtido por Soxhlet, ao passo que um índice de Pré-recuperação de 24% foi obtido por balanço de massa. Esses valores servirão de valores comparativos com os dados obtidos por Pré- recuperação em método contínuo. O procedimento descrito aquifoi realizado com base na Patente US8,003,027B2, onde um método base óleo mineral é descrito.

Exemplo 2: Determinação do índice de pré-recuperação pelo método contínuo descrito na invenção, sem uso de estiro em banho líquido e usando-se somente uma cabine de pré-recuperação

Um outro experimento foi conduzido com o mesmo procedimento descrito no Exemplo Comparativo 1, porém, o fio puxado pelo godet de fiação foi alimentado nos cilindros de alimentação de uma estiradeira em meio líquido, que possui um tanque de 1 ,2 m de comprimento, contendo água na temperatura de 80°C. Na outra extremidade do tanque, um conjunto de três cilindros puxou o fio alimentado na primeira Câmara de Pré-recuperação. A Razão de Estiro entre as etapas foi de 1,02, com exceção do estiro no tanque, que foi ajustado em 1, 1. A Primeira Câmara de Pré-recuperação contém um conjunto de sete cilindros motorizados, onde cada cilindro possui um dispositivo gerador de fluxo de ar comprimido do tipo Lâmina de Ar da Spraying System, com o fluxo de ar posicionado contrário ao movimento do fio e numa posição tangente ao cilindro. Cada cilindro possui um raspador de borracha para retirar quantidade de óleo aderido na superfície do cilindro. A distância do dispositivo gerador de lâmina de ar para a superfície do cilindro, foi regulada em 35 mm. A pressão de ar no manifold de alimentação dos dispositivos geradores de lâmina de ar foi regulada em 5 bar. A bobinadeira Barmag foi posicionada após a primeira Câmara de Pré-recuperação, para coletar o fio, da mesma forma usada no experimento anterior. Amostras de bobinas foram retiradas a cada 30 minutos para análise do teor de óleo, tanto por Soxhlet, quanto por balanço de massa. O índice de Pré-recuperação médio, medito por Soxhlet, foi de 31%. Ao passo que o índice de Pré-recuperação médio, medido por balanço de massa foi de 23%.

Exemplo 3: Determinação do índice de Pré-recuperação pelo Método Contínuo descrito na invenção, com Uso de Estiro em Banho Líquido e Usando-se Somente uma Cabine de Pré-recuperação

O mesmo experimento realizado no Exemplo Comparativo 1 foi feito, porém aplicando-se estiros maiores na estiradeira meio líquido. Para as demais etapas, o estiro foi mantido com uma pequena razão de estiro, igual a 1,02. Amostras de fio foram retiradas a cada 30 minutos para a determinação do índice médio, para cada condição. Para este experimento, somente análise por Soxhlet foi usada para a determinação do teor de óleo. Os resultados obtidos para os experimentos usando razões de estiro maiores que 1,1, realizados na estiradeira em meio líquido são mostrados na Tabela I. Para fins comparativos, os resultados obtidos dos exemplos acima foram incluídos. TABLE I

Experiment Name Draw Rate Pre-recovery Index (%)

Bath 48 hs - 34

Continuous D.R. 1,1:1 1.1 31

Continuous D.R. 2:1 2.0 14

Continuous D.R. 3:1 3.0 19

Continuous D.R. 5:1 5.0 34

Exemplo 4: Determinação do índice de Pré-recuperação por Método Batelada com Uso de Estiro em Banho Líquido e Usando-se Somente uma Cabine de Pré-recuperação

Amostras de 1 hora de coleta de bobina, nas mesmas condições apresentadas no Exemplo 3, foram deixadas sob suporte em bandejas por 48 horas, da mesma forma descrita no Exemplo Comparativo 1. O objetivo desse experimento foi de determinar a fração de óleo livre que não pode ser retida ou pré-recuperada pela Primeira Câmara de Pré-recuperação, por método contínuo, no experimento anterior. Porém, para este experimento, a determinação do teor de óleo foi realizada por balanço de massa. Os resultados são apresentados na

Tabela II. Novamente, para fins comparativos, os resultados dos índices determinados nos exemplos comparativos 1 e 2 foram acrescentados na tabela.

TABLE II

Experiment Name Draw Rate Pre-recovery Index (%)

Bath 48 hs - 24

Continuous D.R. 1,1:1 1.1 23

Continuous D.R. 2:1 2.0 27

Continuous D.R. 3:1 3.0 30

Continuous D.R. 5:1 5 ) 45 Exemplo 5: Determinação do índice de Pré-recuperação pelo Método Contínuo descrito na invenção, com Uso de Estiro em Banho Líquido e Usando-se Duas Cabine de Pré-recuperação

O presente experimento foi realizado nas mesmas condições descritas no Exemplo 3, porém, uma segunda Cabine de Pré-recuperação foi usada. A segunda Cabine de Pré-recuperação foi construída de forma idêntica à primeira Cabine de Pré-recuperação, que foi descrita no Exemplo Comparativo 2. Para permitir que um pequeno tempo de exsudação fosse dado ao fio, de forma que uma fração de óleo estável fosse transformada em fração de óleo livre, na superfície do fio, uma distância de 4 metros foi usada entre as duas Cabines de Pré-recuperação. As velocidades das duas Cabines de Pré-recuperação foram ajustadas de forma que uma Razão de Estiro de 1,2 fosse aplicada entre elas, a fim de manter a força de aderência nos cilindros internos das duas Cabines. Para fins comparativos, novas bobinas foram geradas nas mesmas condições apresentadas nos exemplos comparativos 1 e 2. A bobinadeira Barmag foi então instalada após a segunda Cabine de Pré-recuperação. O teor de óleo nas amostras foi determinado por balanço de massa. Os resultados são apresentados na Tabela III.

TABLE III

Experiment Name Draw Rate Pre-recovery Index (%)

Bath 48 hs 20

Continuous D.R. 1,1:1 1.1 24

Continuous D.R. 2:1 2.0 27

Continuous D.R. 3:1 3.0 27

Continuous D.R. 5:1 5.0 38 Exemplo 6: Determinação da Influência do Tempo de Residência, Permitido pelo uso do Acumulador, no índice de Pré-recuperação, pelo Método Contínuo descrito na invenção

Para determinar o impacto do tempo de residência entre as duas Cabines de Pré- recuperação, duas barras de roldanas foram instaladas de forma que o fio pudesse aumentar seu percurso entre as Cabines. Devido ao atrito acrescentado por cada roldana, o limite de voltas em "zig-zag" foi limitado a cinco. Com isso, o percurso entre as duas Cabines de Pré-recuperação aumentou de 4 m para aproximadamente 20 m. Um número maior de voltas não foi possível de ser realizado porque o fio começou a cair do último cilindro da Primeira Câmara de Pré-recuperação. Muito provavelmente isso ocorreu devido ao atrito do conjunto das roldanas, o que reforça o uso de torres de cilindro motorizados no Acumulador. Para esse experimento, somente Razões de Estiro maiores que 2,0 foram aplicadas. As condições dos experimentos foram as mesmas aplicadas ao experimento descrito no Exemplo 5. Os dados são apresentados na Tabela IV.

TABLE IV

Experiment Name Draw Rate Pre-recovery Index (%)

Continuous D.R. 3:1 2.0 43

Continuous D.R. 5:1 3.0 51

Continuous D.R. 7:1 5.0 61

[0001]Para melhor visualizar a influência do tempo de residência no índice de Pré-recuperação, dados da condição de Razão de Estiro, aplicada ao fio na estiradeira em banho líquido, igual a 3,0 foram usados. O tempo de residência foi calculado em função da velocidade aplicada na Primeira Câmara de Pré- recuperação e do percurso do fio no Acumulador. Para fins comparativos, os resultados dos experimentos acima descritos, para a condição de Razão de Estiro de 3,0 foram consolidados e mostrados na Tabela V.

TABLE V

Experiment Residence Time (min.) Pre-recovery Index (%)

Ex. 3 0.00 19

Ex. 5 0.22 27

Ex. 6 1.12 43

Exemplo 7: Avaliação do produto produzido pelo método contínuo descrito pela invenção, até a etapa de pré-recuperação

Para fins de avaliação do impacto do uso da operação de Pré-recuperação nas propriedades mecânicas do fio, uma série de bobinas contendo uma hora de fiação, foram coletadas nas condições descritas no Exemplo 6. Para fins de referência, uma bobina coletada nas mesmas condições descritas no Exemplo Comparativo 1, que não passou por nenhum equipamento da Unidade de Pré- recuperação, foi usada. As propriedades mecânicas foram determinadas com base na Norma ISO 2062, usando comprimento inicial de 250 mm e velocidade de deslocamento do travessão de 250 mm/min. Uma garra pneumática para corpos de prova têxteis Instron foi usada. A lavagem das bobinas com n- hexano, bem como o procedimento de estiro, foram realizados com base no documento de Patente US8,003,027B2. Amostras com Razões de Estiro a partir de 5,0, não apresentaram bom desempenho no extrator tipo batelada, descrito no citado documento de Patente. A partir dessa Razão de Estiro, os fios começaram a ficar muito rígidos, com fios bobinados de forma muito compacta, para que o n-hexano pudesse percolar na camada de fio da bobina. Para essas amostras, foi observado claro caminho preferencial entre os fios da bobina no extrator tipo batelada. Como é conhecido no estado da técnica, as propriedades mecânicas pioram com o aumento do teor de primeiro solvente no fio xerogel.

TABLE VI

Experiment Name Draw Rate Tenacity (cN/dtex)

Bath Process - 38

Continuous D.R. 1,1:1 1.1 38

Continuous D.R. 2:1 2.0 36

Continuous D.R. 3:1 3.0 38

Continuous D.R. 5:1 5.0 34 Exemplo 8: Avaliação da performance dos extratores no método contínuo descrito pela invenção

A mesma formulação e condição de fiação descrita no Exemplo Comparativo 1 foi aplicada para avaliar a Unidade de Extração. Uma fieira contendo 15 capilares foi usada. A vazão da bomba de fiação foi regulada de forma que uma vazão mássica de 0,45 g/min. fosse atingida para cada capilar. O feixe de filamentos passou por um air gap de 10 mm e um banho de água (quenching) na temperatura de 10°C. O fio foi então puxado por um godet de fiação na velocidade de 3, 17 m/min. e então alimentado na unidade de Pré-recuperação. Um pequeno estiro de 1 ,02 foi aplicado em todas as etapas intermediárias da unidade de Pré-recuperação, com exceção do estiro em meio líquido e no Acumulador, onde uma Razão de Estiro de 1,2 foi aplicada no fio gel. Um extrator contínuo contendo quatro unidades de extração foi usado para lavar o fio gel. Um fio guia foi usado para preparar o extrator para receber o fio gel produzido. Tal fio guia foi passado pelo Foulard de Alimentação da Unidade de Extração 1 e após, foi enrolado nos quatro Tambores Rotativos das quatro unidades. Em cada tambor, um total de 14 voltas foram dadas. Os Tambores possuem um diâmetro de 600 mm e um cilindro auxiliar de 60 mm. A distância entre eixos é de 600 mm. Após o passamento do fio guia, as portas foram fechadas, as unidades foram inertizadas com nitrogénio até que o oxímetro acusou teor de oxigénio menor que 0,1 % (v/v). Nesse momento a bomba de alimentação iniciou o carregamento das unidades com n-hexano limpo. Após o carregamento, a máquina foi pressurizada com nitrogénio até a pressão de trabalho de 0,4 bar, permanecendo assim durante todo o teste. As bombas de circulação das unidades 1, 2 3 e 4 foram acionadas e os Tambores começaram a puxar o fio gel, com o auxílio do fio guia. O tempo de contato em cada unidade foi de aproximadamente 4 minutos na velocidade do teste. A vazão de alimentação foi mantida em 12 L/h. O fio gel da saída dos extratores foi alimentado numa secadora de fios, da marca Mathis. A temperatura de secagem foi regulada em 80°C e a Razão de Estiro entre os extratores e a secadora foi ajustado em 1,02. A bobinadeira da Barmag foi instalada na saída da secadora para coletar o fio xerogel. Amostras de fio xerogel foram coletadas para análise de xQÚdual de óleo por Soxhlet. O teor de óleo no líquido de circulação foi determinado por índice de Refração, usando-se uma curva de calibração de óleo em n-hexano. Para aumentar a exatidão do método, três curvas de calibração foram feitas em três faixas de teor de óleo em n-hexano. Os resultados são mostrados na Tabela VII. TABLE VII

Input V alues / Extractor 1 Values / Extractor 2 Values /Extractor 3 Values / Extractor 4

Yarn Speed (m/min.) 14,5 14,8 15,1 15,4

Contact Time (min.) 4 4 4 4

Oil-In-Yarn Inlet (wt%) 90 * * *

Titre Yarn Inlet (dtex) 3720 * * *

Solvent Flow Rate (L h) 12,0 12,0 12,0 12,0

Partition coefficient (-) ~1 ~1 ~1 ~1

Extraction Temperature (°C) 35 35 35 35

Output

Recirculation Phase Oil-ln-Solvent (wt%) 5,1 0,3 0,04 < 0,01

Residual Oil-ln-xerogel Yarn Outlet (wt%) * * * 0,06

*lt wasn't determined

Exemplo 9: Avaliação da performance dos extratores no método contínuo descrito pela invenção, com o uso de uma única unidade de extração

O presente experimento foi realizado tal qual descrito no exemplo 8, porém uma fieira de 34 filamentos de 0,5 mm de diâmetro, foi usada. Somente a bomba de circulação da unidade de extração 1 foi ligada. Os resultados são apresentados na Tabela IX. Os resultados são mostrados na Tabela VIII.

TABLE VIII

Input Values / Extractor 1

Yarn Speed (rrVrnin.) 14.5

Contact Time (min.) 4

Oil-In-Yarn Inlet (wt%) 90

Titre Yarn Inlet (dtex) 8,434

Solvent Flow Rate (L/h) 12.0

Partition coefficient (-) ~1

Extraction Temperature (°C) 35

Output

Recirculation Phase Oil-ln-Solvent (wt%) 4.8

Residual Oi l-ln-xerogel Yarn Outlet (wt%) 22.8

Exemplo 10: Avaliação da performance dos extratores no método contínuo descrito pela invenção, com o uso de duas unidades de extração

O mesmo experimento realizado tal qual descrito no exemplo 9, porém a bomba de circulação da unidade de extração 2 foi, também, ligada. Ou seja, foi estudado o comportamento na extração com duas unidades. Os resultados são apresentados na Tabela IX. TABLE IX

Input Values / Extractor 1 Values / Extractor 2

Yarn Speed (m/rnin.) 14.5 14.8

Contact Time (min.) 4 4

Oil-In-Yarn Inlet (wt%) 90 *

Titre Yarn Inlet (dtex) 8,434 *

Solvent Flow Rate (L/h) 12.0 12.0

Partition coefficient (-) ~1 ~1

Extraction Temperature (°C) 35 35

Output

Recirculation Phase Oil-ln-Solvent (wt%) 4.8 0.39

Residual Oi l-ln-xerogel Yarn Outlet (wt%) * 1.6

*l t wa s n't determi ned

Exemplo 11 : Avaliação da performance dos extratores no método contínuo descrito pela invenção, com o uso de três unidades de extração

O presente experimento foi realizado tal qual descrito no Exemplo 9, porém a bomba de circulação da unidade de extração 2 e 3 foram, também, ligadas. Ou seja, foi estudado o comportamento na extração com três unidades. Os resultados são apresentados na Tabela X.

TABLE X

Input Values / Extractor 1 Values / Extractor 2 Values / Extractor 3

Yarn Speed (m/min.) 14.5 14.8 15.1

Contact Time (min.) 4 4 4

Oil-In-Yarn Inlet (wt%) 90 * *

Titre Yarn Inlet (dtex) 8,434 * *

Solvent Flow Rate (L h) 12.0 12.0 12.0

Partition coefficient (-) ~1 ~1 ~1

Extraction Temperature (°C) 35 35 35

Output

Recirculation Phase Oil-ln-Solvent (wt%) 4.8 0.39 0.08

Residual Oil-ln-xerogel Yarn Outlet (wt%) * * 0.24

*lt wasn't determined

Exemplo 12: Avaliação da performance dos extratores no método contínuo descrito pela invenção, com o uso de quatro unidades de extração

Para determinar o índice de consumo de n-hexano limpo para produzir 1 kg de fio xerogel, uma bobina contendo 90 filamentos de fio gel foi alimentada continuamente na unidade de extração. O experimento foi realizado com a mudança de vazão de alimentação de solvente limpo na quarta unidade, de forma que fosse possível medir o teor de óleo residual no fio xerogel em função da vazão, aguardando-se o tempo de estabilização de método. Os dados para amostra de xerogel contendo aproximadamente 4% de óleo são apresentados na Tabela XI.

TABLE XI

Input Values / Extractor 1 Values / Extractor 2 Values / Extractor 3 Values / Extractor 4

Yarn Speed (m/min.) 14.5 14.8 15.1 15.4

Contact Time (min.) 4 4 4 4

Oil-In-Yarn Inlet (wt ) 86

Titre Yarn Inlet (dtex) 57,410

Solvent Flow Rate (L/h) 15.0 15.0 15.0 15.0

Partition coefficient (-) ~1 ~1 ~1 ~1

Extraction Temperature (°C) 35 35 35 35

Output

ecirculation Phase Oil-ln-Solvent (wt%) 31.8 9.96 2.96 0.72

Residual Oil-ln-xerogel Yarn Outlet (wt%) * * * 4.3

Kg Solvent/Kg xerogel Yarn (-) 14.9

*lt wasn't determined

Exemplo 13: Avaliação do produto produzido pelo método contínuo descrito pela invenção, onde todas as etapas são usadas

Um fio xerogel foi produzido nas mesmas condições descritas no Exemplo 8. Porém, foi alimentado numa estiradeira composta por duas torres contendo cinco cilindros, onde se aplicou uma Razão de Estiro de 1,2 na temperatura ambiente. Após, o fio foi estirado a quente, usando-se uma estiradeira Retech. Uma Razão de Estiro de 6,4 foi aplicada na temperatura de 135°C para produzir continuamente o fio POY (Pre Oriented Yarn). Uma bobina do fio POY foi então alimentada numa estiradeira FET, onde o fio foi estirado em duas etapas entre as temperaturas de 145°C e 150°C. Uma Razão de Estiro total de 3,6 foi aplicada ao fio para obter um fio final. As propriedades mecânicas foram obtidas com base na Norma ISO 2062, usando comprimento inicial de 250 mm e velocidade de deslocamento do travessão de 250 mm/min. Para determinação do Módulo Elástico, uma densidade volumétrica de 970 kg/m3 foi considerada no cálculo da área da seção transversal dos filamentos. Uma garra pneumática para corpos de prova têxteis Instron foi usada (Tenacity = 38 cN/dtex, Tensile Modulus = 132 GPa).