Спосіб виготовлення ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок на одношнековому устаткуванні для переробки пластмас

Номер патенту: 107085

Опубліковано: 25.11.2014

Автори: Амманн Ернст, Херше Еміль, Кнерр Міхаель, Хальдеманн Петер

Є ще 3 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб виготовлення ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок, який відрізняється тим, що включає такі стадії:

a) забезпечення принаймні одного вихідного порошкового матеріалу;

b) забезпечення принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні;

c) одночасна або послідовна подача принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні у високошвидкісну змішувальну установку циліндричної камери переробки;

d) змішування принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні у високошвидкісній змішувальній установці;

e) передача змішаного матеріалу, одержаного на стадії d), до холодильної установки.

2. Спосіб за пунктом 1, який відрізняється тим, що принаймні один модифікуючий агент подають одночасно з подачею або після подачі принаймні одного вихідного порошкового продукту у високошвидкісну змішувальну установку циліндричної камери переробки.

3. Спосіб за будь-яким з пунктів 1 або 2, який відрізняється тим, що перед стадією e) змішаний матеріал, одержаний на стадії d), передається на другу змішувальну установку.

4. Спосіб за пунктом 3, який відрізняється тим, що принаймні один розплавлений полімер-модифікатор поверхні додають до змішаного матеріалу, одержаного на стадії d), і змішують його з останнім у другій змішувальній установці.

5. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що температура вихідного порошкового матеріалу знаходиться в діапазоні від 20 до 300 °C, переважно від 60 до 250 °C.

6. Спосіб за будь-яким з пунктів 2-5, який відрізняється тим, що температура модифікуючого агента знаходиться в діапазоні від 20 до 300 °C, переважно від 60 до 250 °C, ще краще від 60 до 120 °C.

7. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що вихідний порошковий матеріал являє собою неорганічний порошок.

8. Спосіб за пунктом 7, який відрізняється тим, що неорганічний порошок вибирають з групи, що включає природний тонкодисперсний карбонат кальцію (ТКЦ); осаджений карбонат кальцію (ОКЦ); породи, що містять карбонат кальцію, такі як доломіт; наповнювачі на основі змішаного карбонату, такі як кальцій, зв'язаний з магнієвмісною породою, такою як тальк, або з глиною; слюду; і суміші цих речовин, наприклад суміш тальку з карбонатом кальцію або суміш карбонату кальцію з каоліном, або суміші природного тонкодисперсного карбонату кальцію з гідроксидом алюмінію, слюдою або синтетичними або натуральними волокнами, або сумісні породи, такі як сумісні породи тальк-карбонат кальцію або тальк-діоксид титану.

9. Спосіб за пунктом 8, який відрізняється тим, що неорганічним порошком може бути природний тонкодисперсний карбонат кальцію (ТКЦ) або осаджений карбонат кальцію (ОКЦ), або суміш ТКЦ і ОКЦ, або суміш ТКЦ, ОКЦ і глини, або суміш ТКЦ, ОКЦ і тальку, або тальк, або слюда.

10. Спосіб за пунктом 8, який відрізняється тим, що неорганічний порошок вибирають з ТКЦ, вибраного з групи, що включає мармур, крейду, кальцит і вапняк; ОКЦ, вибраного з групи, що включає арагонітовий ОКЦ, фатеритовий ОКЦ, кальцитовий ОКЦ, ромбоедричний ОКЦ, скаленоедричний ОКЦ; та їх суміші.

11. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що вихідний порошковий матеріал являє собою органічний порошок.

12. Спосіб за пунктом 11, який відрізняється тим, що органічний порошок вибирають з групи, що складається з деревного борошна та модифікованого крохмалю.

13. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-12, який відрізняється тим, що розплавлений полімер-модифікатор поверхні вибирають з групи, що включає співполімери етилену, наприклад співполімери етилену та 1-октену, поліпропілени на основі металоцену, гомополімери поліпропілену, переважно аморфні гомополімери поліпропілену.

14. Спосіб за будь-яким з пунктів 2-13, який відрізняється тим, що модифікуючий агент вибирають з групи, що складається з стеаринової кислоти, оксиду цинку, синтетичного парафінового воску, поліетиленового металоценового воску та поліпропіленового воску.

15. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-14, який відрізняється тим, що ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок виготовляється на одношнековому устаткуванні для переробки пластмас.

16. Ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок, одержаний способом за будь-яким з пунктів 1-15.

17. Ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок за пунктом 16, який відрізняється тим, що він є повністю редисперсним у термопластичних полімерних матрицях без стадії компаундування.

18. Ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок за будь-яким з пунктів 16 або 17, який відрізняється тим, що він є непилячим.

19. Застосування ущільнених матеріалів за будь-яким з пунктів 16-18 як добавки в термопластичні полімери.

20. Спосіб виготовлення термопластичних полімерів шляхом безпосереднього введення ущільненого матеріалу за будь-яким з пунктів 16-18 у кінцеві термопластичні полімери.

21. Термопластичні полімери, що містять ущільнені матеріали за будь-яким з пунктів 16-18.

Текст

Реферат: Цей винахід належить до галузі переробки термопластичних полімерів, зокрема до способу виготовлення ущільненого матеріалу, придатного для використання в термопластичних полімерах без стадії компаундування, що включає стадії а) забезпечення принаймні одного вихідного порошкового матеріалу; b) забезпечення принаймні одного розплавленого полімерумодифікатора поверхні; с) одночасної або послідовної подачі принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні у високошвидкісну змішувальну установку циліндричної камери переробки; d) змішування принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні у високошвидкісній змішувальній установці; e) передачі UA 107085 C2 (12) UA 107085 C2 змішаного матеріалу, одержаного на стадії d), до холодильної установки. Винахід стосується також ущільненого матеріалу, одержаного цим способом, і його застосування в термопластичних полімерах. UA 107085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Цей винахід стосується галузі переробки термопластичних полімерів, зокрема способу виготовлення ущільненого матеріалу, придатного для використання в термопластичних полімерах без стадії компаундування, а також ущільненого матеріалу, одержаного цим способом, і його застосування в термопластичних полімерах. Компаундування полягає в одержанні пластмас шляхом змішування та/або розмішування полімерів і добавок у розплавленому стані. Існує багато важливих критеріїв, відповідно до яких забезпечується одержання однорідної суміші різних сировинних матеріалів. Важливими факторами є диспергувальне і дистрибутивне змішування, а також нагрівання. При виробництві пластмас найчастіше застосовуються пластикатори та подвійні шнеки (що обертаються як в одному, так і в зустрічному напрямках), а також закриті змішувачі. Впродовж десятиліть у промисловості переробки термопластичних матеріалів використовуються добавки для одержання модифікованих термопластичних смол, які у значних кількостях вводяться в полімерні смоли із застосуванням технологій компаундування, які вимагають утворення проміжних продуктів під назвою «маточні суміші, «концентрати» або «компаунди». Наприклад, у заявці WO 95/17441 розкривається спосіб одержання кінцевого продукту – термопластичної смоли, який включає підготовку термопластичних гранул для змішування їх з термопластичною смолою. В заявці WO 01/58988 розкривається спосіб одержання маточних сумішей або концентратів мінеральних наповнювачів для створення високонаповнених термопластичних матеріалів. Однак, згідно з цими документами, неможливо одержати полімерний кінцевий продукт, який включає добре дисперговані вихідні порошкові матеріали, у звичайній одношнековій машині. Точніше, необхідно утворити проміжний продукт, такий як маточна суміш або концентрат, тобто неможливо диспергувати тонкодисперсні вихідні порошки з використанням традиційних одношнекових машин без проміжної стадії компаундування. В одних документах, таких як заявка WO 2007/066362. описується спосіб і пристрій для змішування, що має лише один пристрій подачі матеріалу, а в інших документах, таких як EP 1 156 918, WO 2005/108045 або WO 2005/065067, описуються шнекові машини або змішувачі. Однак залишається актуальною потреба у розробленні простого і ефективного способу виготовлення добавок з вихідних порошків, які можуть вводитися в термопластичні полімери без будь-яких проміжних стадій. Таким чином, першим об’єктом цього винаходу є спосіб виготовлення матеріалів, придатних для введення в термопластичні полімери неперервно або періодично, в якому вихідний порошковий матеріал, що вводиться у термопластичний полімер, може бути добре диспергований з використанням звичайної одношнекової машини. Ця задача здійснюється способом за цим винаходом, а саме способом виготовлення ущільненого матеріалу, який відрізняється тим, що включає такі стадії: a) забезпечення принаймні одного вихідного порошкового матеріалу; b) забезпечення принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора; с) одночасна або послідовна подача принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора у високошвидкісну змішувальну установку циліндричної камери переробки; d) змішування принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора у високошвидкісній змішувальній установці; e) передача змішаного матеріалу, одержаного на стадії d), до холодильної установки. Не спираючись на положення якої-небудь теорії, заявник вважає, що можна забезпечити хороше диспергування ущільненого матеріалу в термопластичному полімері, тобто без утворення агломератів, з використанням звичайного одношнекового екструзійного устаткування завдяки комбінації двох факторів, а саме: використання високошвидкісних змішувачів і використання полімерів-модифікаторів, здатних утворювати тонкі шари навколо окремих частинок вихідного порошку, що повністю покривають поверхню частинок, які мають місце в ущільненому матеріалі з обробленою поверхнею частинок. Відокремлені і покриті шаром полімеру частинки можуть потім утворювати пухкі конгломерати, але продовжують залишатися відділеними одна від одної полімерними поверхневими шарами. Це бажана стадія ущільнення. Результатом ущільнення є підвищення насипної щільності, поліпшення текучості та пилоподавлення, як більш докладно описано нижче. Термін «добре дисперговані» означає, що при візуальній перевірці дисперсій на відпресованій плівці під бінокулярною лупою з 50-кратним збільшенням кожної з одержаних дисперсій відсутні чорні плями, які відповідають матричним полімерам, і білі плями, які відповідають вихідним порошкам. 1 UA 107085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Під ущільненим матеріалом розуміють сипкий матеріал, який складається з конгломерату деякої кількості окремих частинок, що утворюють матеріал, середній розмір частинок якого коливається від 10 µм до 10 мм, вимірюваний методом ситового аналізу з використанням колон Retsch AS 200 з ситчастими тарілками згідно з стандартом ISO 3310. У переважному варіанті здійснення винаходу інший модифікуючий агент, переважно принаймні один модифікуючий агент, подають одночасно з подачею або після подачі принаймні одного вихідного порошкового продукту у високошвидкісну змішувальну установку циліндричної камери переробки. Модифікуючий агент переважно являє собою рідину або зріджену речовину, зокрема являє собою розплав. Головна відмінність між модифікуючим агентом і полімером-модифікатором полягає в тому, що модифікуючі агенти хімічно зв’язані з вихідним порошком. Зокрема, вони переважно служать для зміни поверхневого натягу порошку, а отже, його гідрофобності. З іншого боку, як зазначено нижче, як модифікуючий агент можуть також бути використані воски, які не є хімічно зв’язаними, але можуть служити для поліпшення диспергування, зокрема для зниження в’язкості високов’язких полімерів-модифікаторів. На відміну від модифікуючих агентів полімери-модифікатори застосовуються для того, щоб розділяти окремі частинки в ущільненому матеріалі, і не є хімічно зв’язаними з поверхнею вихідних порошкових частинок. Згідно з цим винаходом полімери-модифікатори переважно мають в’язкість понад 500 мПa∙с при 170°C, в той час як в’язкість модифікуючого агента при 170°C є переважно меншою, ніж 500 мПa∙с. Крім того, спосіб за цим винаходом дозволяє використовувати надзвичайно низькі концентрації продуктів-модифікаторів, тобто полімеру-модифікатора і модифікуючого агента, а саме концентрації, що коливаються від 2 мас. % до 10 мас. % від маси одержаного ущільненого матеріалу, що приводить до зниження негативного впливу на термопластичний базовий полімер і підвищення його сумісності. Крім того, доцільно, щоб перед стадією e), тобто перед тим як змішаний матеріал, одержаний на стадії d), передається на холодильну установку, він передавався на другу змішувальну установку. У цій другій змішувальній установці можуть необов’язково додавати ще принаймні один розплавлений полімер-модифікатор і змішувати його зі змішаним матеріалом, одержаним на стадії d). Ще одна характерна особливість способу за винаходом полягає в тому, що температура вихідного порошкового матеріалу знаходиться в діапазоні від 20°C до 300°C, переважно від 60°C до 250°C. При цьому температура необов’язкового модифікуючого агента, що додається, знаходиться в діапазоні від 20°C до 300°C, переважно від 60°C до 250°C, ще краще від 60°C до 120°C. Однак максимальна температура має бути нижчою, ніж температура деструкції кожного з інгредієнтів. Вихідний порошок за винаходом може являти собою будь-який порошок, одержаний в результаті таких процесів, як хімічні реакції, розмелювання або подрібнювання, з обробкою поверхні частинок, наприклад жирними кислотами, такими як стеаринова кислота, пальмітинова кислота тощо, або без такої обробки. Він може бути як природного походження, так і синтетичним. У переважному варіанті способу за винаходом вихідний порошковий матеріал являє собою неорганічний порошок. Неорганічний порошок може бути вибраний з групи, що містить природний тонкодисперсний карбонат кальцію (ТКЦ); осаджений карбонат кальцію (ОКЦ); породи, що містять карбонат кальцію, такі як доломіт; наповнювачі на основі змішаного карбонату, такі як кальцій, зв’язаний з магнієвмісною породою, наприклад тальком, або з глиною; слюду; і суміші цих речовин, наприклад суміш тальку з карбонатом кальцію або суміш карбонату кальцію з каоліном, або суміші природного тонкодисперсного карбонату кальцію з гідроксидом алюмінію, слюдою або з синтетичними або натуральними волокнами, або сумісні породи, такі як сумісні породи тальккарбонат кальцію або тальк-диоксид титану. Як неорганічний порошок переважно використовують природний тонкодисперсний карбонат кальцію (ТКЦ), або осаджений карбонат кальцію (ОКЦ), або суміш ТКЦ і ОКЦ, або суміш ТКЦ, ОКЦ і глини, або суміш ТКЦ, ОКЦ і тальку, або тальк, або слюду. У переважному варіанті неорганічний порошок може бути вибраний з ТКЦ, який переважно вибирають з мармуру, крейди, кальциту та вапняку; ОКЦ, який переважно вибирають з групи, 2 UA 107085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 що містить арагонітовий ОКЦ, фатерітовий ОКЦ, кальцитовий ОКЦ, ромбоедричний ОКЦ, скаленоедричний ОКЦ; та їх суміші. В іншому варіанті здійснення винаходу вихідний порошковий матеріал являє собою органічний порошок. У цьому випадку органічний порошок переважно вибирають з групи, що складається з деревного борошна та модифікованого крохмалю. Розплавлений полімер-модифікатор повинен переважно мати в’язкість, що коливається в діапазоні від 500 до 400 000 мПa∙с, ще краще від 1000 до 100 000 мПa∙с при температурі 170°C. Його переважно вибирають з групи, що містить співполімери етилену, наприклад співполімери етилену та 1-октену, поліпропілени на основі металоцену, гомополімери поліпропілену, переважно аморфні гомополімери поліпропілену. Необов’язковий модифікуючий агент переважно вибирають з групи, що складається з стеаринової кислоти, оксиду цинку, синтетичного парафінового воску, поліетиленового металоценового воску та поліпропіленового воску. Треба зазначити, що традиційні функціональні компоненти типу модифікаторів ударної міцності, стабілізатори та ін. можуть вводитися під час процесу змішування або додаватися до готового ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок, а також до кінцевого продукту, тобто до наповненої термопластичної смоли. Перевага способу за цим винаходом полягає в тому, що спосіб виробництва є малозатратним і дозволяє знизити вартість кінцевого продукту. Останнє забезпечується також тим, що ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок може виготовлятися на звичайному одношнековому устаткуванні для переробки пластмас без необхідності компаундування цього модифікованого матеріалу. Таким чином, згідно з різними варіантами виконання і прикладами здійснення цього способу за винаходом, циліндрична камера переробки переважно включає один одношнековий високошвидкісний змішувач, розташований горизонтально або вертикально. Особливо корисним у цьому винаході є звичайні, комерційно доступні циліндричні камери переробки, що включають одношнековий високошвидкісний змішувач, який має, наприклад, такі параметри: довжина 350 мм, діаметр 90 мм при 1000-4000 об/хв.; довжина 1200 мм, діаметр 230 мм при 400-3000 об/хв.; довжина 150 мм, діаметр 150 мм при 600-1300 об/хв. Переважно співвідношення довжини та діаметра становить від 1:1 до 6:1, ще краще від 2:1 до 5:1, зокрема від 3:1 до 4:1. Таким чином, традиційні процеси компаундування, такі, наприклад, які здійснюються з використанням подвійних шнеків або змішувачів неперервної дії фірми «Фаррел», пластикаторів, порційних змішувачів типу «Бенбері» або інших подібних машин, можуть бути виключені. Другий аспект цього винаходу стосується ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок, одержаного згідно з цим винаходом. Ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок, одержаний згідно з цим винаходом, переважно характеризується тим, що він є повністю повторно розчинним (редисперсним) у термопластичній полімерній матриці без стадії компаундування. Під терміном «повністю повторно розчинний» розуміють, що при візуальній перевірці дисперсій на відпресованій плівці під бінокулярною лупою з 50-кратним збільшенням кожної з одержаних дисперсій відсутні чорні плями, що відповідають матричним полімерам, і білі плями, що відповідають вихідним порошкам. Такі ущільнені матеріали з обробленою поверхнею частинок переважно є непилячими. Такий непилячий ущільнений матеріал переважно має залишок на ситі більш ніж 80 мас. %, ще краще більш ніж 90 мас. %, на ситі 45 µm згідно з стандартом ISO 3310, вимірюваний методом ситового аналізу з використанням колон з ситчастими тарілками фірми Retsch AS 200. В ущільненому матеріалі з обробленою поверхнею частинок вміст вихідного порошкового матеріалу становить переважно від 50 до 99 мас. %, краще від 60 до 98 мас. %, ще краще від 75 до 95 мас. %, найкраще від 80 до 90 мас. %, наприклад 85 мас. %. Наприклад, якщо як вихідний порошок використовується ТКЦ, то його кількість в ущільненому матеріалі з обробленою поверхнею частинок повинна становити від 75 до 98 мас. %, краще від 86 до 92 мас. %. У випадку якщо вихідним порошком є тальк, то доцільно, щоб його кількість в ущільненому матеріалі з обробленою поверхнею частинок становила від 75 до 90 мас. %, краще від 76 до 87 мас. %. Вміст полімеру-модифікатора в ущільненому матеріалі, як правило, становить від 1 до 50 мас. %, краще від 2 до 40 мас. %, ще краще від 5 до 25 мас. %, зокрема від 8 до 14 мас. %, наприклад від 10 до 13 мас. %. 3 UA 107085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У випадку якщо модифікуючий агент застосовується в ущільненому матеріалі за винаходом, то його вміст, як правило, залежить від питомої площі поверхні вихідного порошку. Доцільно, щоб його кількість становила від 0,01 до 10 мас. %, краще від 0,1 до 7 мас. %, ще краще від 0,5 до 5 мас. %, наприклад від 1 до 3 мас. %. Наприклад, якщо вихідним порошком є ТКЦ, то кількість присутнього модифікуючого агента, як правило, коливається від 0,01 мас. % до 10 мас. %, переважно від 0,1 мас. % до 3 мас. % виходячи з загальної маси ущільненого матеріалу. Типовий приклад ущільненого матеріалу за винаходом містить 90 мас. % вихідного порошку, 9,5 мас. % полімеру-модифікатора і 0,5 мас. % модифікуючого агента. Третій об’єкт цього винаходу стосується застосування одержаних ущільнених матеріалів як добавок у термопластичні полімери. Згідно з ним, винахід дозволяє забезпечити рівномірне диспергування ущільнених матеріалів у термопластичних полімерах при будь-яких концентраціях ущільненого матеріалу, що знаходяться в інтервалі від 0,1 до 80 мас. %, переважно від 1 до 50 мас. %, краще від 5 до 30 мас. %, без необхідності приготування проміжних маточних сумішей, відомих також під назвою «концентрати» та/або «компаунди», для утворення полімерних кінцевих продуктів. Ще одним аспектом винаходу є застосування модифікованого ущільненого матеріалу за винаходом як добавок у термопластичні полімери, а також спосіб виготовлення термопластичних полімерів шляхом безпосереднього додавання ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок у кінцеві термопластичні полімери. Модифіковані ущільнені матеріали за цим винаходом можуть застосовуватися при виробництві або переробці будь-яких традиційних термопластичних полімерів, зокрема поліолефінових, полістиролових, полівінілових або поліакрилових полімерів та/або співполімерів. Наприклад, модифіковані ущільнені матеріали за цим винаходом можуть застосовуватися в полімерах, таких як поліетилен низької щільності (ПЕНЩ), лінійний поліетилен низької щільності (ЛПЕНЩ), поліетилен високої щільності (ПЕВЩ), поліпропілен (ПП), такий як гомополімери поліпропілену, статистичний поліпропілен, гетерофазний поліпропілен або блок-співполімери, в тому числі поліпропіленові ланки, полістирол (ПС), високоміцний полістирол (ВМПС) та поліакрилат. Таким чином, ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок може служити добавкою при виготовленні плівок, які одержують екструзією з роздуванням, листів, трубних профілів, і в таких процесах як екструзія труб, профілів, волокон для кабелів та інших подібних матеріалів, як пряме пресування, лиття під тиском, формування листових термопластів, лиття з роздуванням, відцентрове формування тощо. І нарешті, ще одним аспектом винаходу є термопластичні полімери, що містять ущільнені матеріали за винаходом. Для кращого розуміння предмету і переваг винаходу нижче наведено приклади, які призначені для пояснення суті окремих варіантів здійснення винаходу і не обмежують об’єму його охорони. Опис фігур: На фігурі 1 показано мікрозображення вихідного порошку, описаного в прикладі 1. На фігурі 2 показано мікрозображення ущільненого матеріалу, описаного в прикладі 1. Приклади Приклад 1 Цей приклад стосується одержання непилячого ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок згідно з цим винаходом. Застосовували горизонтальний змішувач-гранулятор «Amixon RMG 30» з технологічною довжиною 1200 мм і діаметром 230 мм, обладнаний 3 живильними отворами, розташованими послідовно, і 1 випускним отвором. Циліндр оснащений нагріваючою/охолоджуючою подвійною стінкою. Поверхнева обробка частинок і ущільнення виконується з допомогою обертального циліндричного шнека, що кріпиться штифтом. Компонент А (вихідний порошковий матеріал): Природний карбонат кальцію (ТКЦ) з середнім розміром частинок 2,7 µм, оброблений 0,5 мас. % стеаринової кислоти, попередньо нагрівають до 110°C, і подають під дією сили тяжіння у перший живильний отвір з швидкістю 22,6 кг/год. Компонент В (полімер-модифікатор): Компонент В вводять у рідкому стані при температурі 230°C через живильний отвір 2 з потрібною швидкістю подачі (кг/год) відносно компонента А, поверхня частинок якого оброблюється, у цьому прикладі швидкість подачі становить 2,4 кг/год. Компонент В складається з суміші: - 80 мас. % співполімеру етилену та 1-октену (наприклад Affinity GA 1900/Dow), щільність 3 (ASTM D792) 0,87 г/см ; 4 UA 107085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - 20 мас. % поліпропіленового воску на основі металоцену (наприклад Licocene ПП3 1302/Clariant), щільність (23°C; ISO 1183)) 0,87 г/см . Змішування Поверхнева обробка частинок і ущільнення виконується на змішувачі-грануляторі при температурі 180°C і швидкістю обертання шнека 800 об/ хв. Продукт з обробленою поверхнею частинок виходить зі змішувача-гранулятора через випускний отвір, передається самопливом у другий змішувач-гранулятор для ущільнення та охолодження, який працює при температурі 140°C і з швидкістю обертання шнека 400 об/хв. У цьому прикладі обидві установки мають однакові розміри і габарити. Одержаний матеріал з обробленою поверхнею частинок виходить з установки через випускний отвір, не містить пилу і є вільнотекучим. Застосування: Модифікований і ущільнений матеріал має концентрацію 90,5 мас. % кальцію карбонату (ТКЦ). Якість обробки поверхні частинок оцінюється ступенем повторної розчинності (редисперсії) при екструдуванні суміші ущільненого матеріалу і вихідного полімеру. Точніше, у цьому прикладі для одержання плівки екструзією з роздуванням використовували ЛПЕНЩ (Dowlex NG 5056G/Dow), додаючи 17 мас. % ущільненого матеріалу і 83 мас. % зазначеного ЛПЕНЩ. При цьому використовували звичайну одношнекову машину фірми Dr. Collin, тип Е-25Р, обладнану формою для видування плівки діаметром 60 мм і товщиною 1,2 мм. Профіль розподілу температур для шнекової машини становив біля 220°C, швидкість обертання шнека – близько 70 об/хв. Обидва продукти, ЛПЕНЩ-смолу і ущільнений матеріал, подавали шляхом гравіметричного дозування. Товщина одержаної плівки становила 40 µм. Для порівняння стандартну маточну суміш карбонату кальцію на основі ЛПЕНЩ, що містила 70 мас. % карбонату кальцію (Oміален 2011A / фірма OMYA) обробляли в ідентичних умовах і при такій же кінцевій концентрації карбонату кальцію у плівці. Здійснювали візуальний контроль плівок, одержаних з використанням обох продуктів, ущільненого матеріалу і Oміалену 2011A, під бінокулярною лупою з 50-кратним збільшенням, і не виявили недиспергованих агломератів. Для подальшої оцінки зразки обох плівок, одержаних екструзією з роздуванням, що містили 17 мас. % ущільненого матеріалу і 22 мас. % маточної суміші (Oміален 2011A) відповідно, піддали випробуванням на прокол скиданням (ASTM D 1709) та випробуванню опору роздирання на приладі Елмендорфа (ISO 6383-2). При випробуваннях на прокол скиданням плівки, виготовленої з додаванням ущільненого матеріалу, виявилось, що маса вантажу становить 620 г, а опір роздиранню – 710 сН і 810 сН у напрямку екструзії і напрямку, перпендикулярному напрямку екструзії. Маса вантажу при випробуванні на прокол скиданням плівки, що містила маточну суміш, становила 630 г, а опір роздиранню – 670 сН і 880 сН у напрямку екструзії і напрямку, перпендикулярному напрямку екструзії. Ці результати підтверджують повне і рівномірне диспергування карбонату кальцію (ТКЦ) ущільненого матеріалу, що виконується на стандартній одношнековій машині. Властивості вільнотекучості ущільненого матеріалу оцінювались відповідно до стандарту DIN-53492. Були отримані такі результати: - необроблений порошок природного карбонату кальцію: отвір 10 мм: текучість відсутня; - ущільнений матеріал, одержання якого описане в прикладі 1: отвір 10 мм: 7 с/150 г. Розмір частинок Оцінка згідно з стандартом ISO 3310. Результати: 92 мас. % < 500 мікрон 56 мас. % < 250 мікрон 35 мас. % < 160 мікрон 4 мас. % < 45 мікрон Ці результати підтверджують, що ущільнений матеріал з прикладу 1 не містить пилу і є вільнотекучим. Ефект від застосування способу ясно видно при розгляданні фігури 1, на якій показано мікрозображення вихідного порошку прикладу 1, і фігури 2, на якій показано мікрозображення ущільненого матеріалу прикладу 1. Приклад 2 5 UA 107085 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для обробки поверхні частинок і охолодження застосовували таке ж саме устаткування і параметри обробки, як описані в прикладі 1. Компонент А (вихідний порошковий матеріал): природний молотий тальк з середнім розміром частинок 10 µм (Finntalc M30SL/фірма Mondo Minerals) подавали під дією сили тяжіння у перший живильний отвір з швидкістю 20 кг/год. Компонент В (полімер-модифікатор): компонент В вводять у рідкому стані при температурі 230°C через живильний отвір 2 з швидкістю подачі 5 кг/год. Компонент В складається з суміші: - 90 мас. % поліпропілену на основі металоцену; - 10 мас. % стеарату цинку (наприклад Zincum 5/фірма Baerlocher). Одержаний ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок містить 80 мас. % тальку, не містить пилу і є вільнотекучим. Застосування: Ступінь дисперсності оцінювалась шляхом екструдування суміші 20 мас. % ущільненого матеріалу і 80 мас. % вихідного полімеру. Екструзію виконували на звичайній одношнековій машині фірми Dr. Collin, тип Е-25Р, обладнаній щілинною екструзійною головкою (отвір 2×20 мм) при температурному профілі 190°C і швидкості обертання шнека 80 об/хв. Потім одержану смугу відпресовували на гарячому пресі для одержання листа товщиною 0,2 мм. У цьому прикладі як вихідні полімери використовували гомополімери поліпропілену типу TM6100K/фірма Montell і типу HDPE Hostalene GC-7200/фірма Clariant. При візуальному контролі відпресованих листів під бінокулярною лупою з 50-кратним збільшенням не було виявлено агломератів або недиспергованих частинок, і дисперсію оцінили як відмінну в обох полімерах. Властивості вільнотекучості ущільненого матеріалу оцінювали відповідно до стандарту DIN53492. Були отримані такі результати: - необроблений молотий тальк: отвір 10 мм: текучість відсутня; - ущільнений матеріал, як у прикладі 2: отвір 10 мм: 18 с/150 г. Приклад 3 Для обробки порошку застосовували порційний змішувач фірми MTI-Mischtechnik Industrieanlagen GmbH типу LM 1.5/2.5/5 з ємністю 2,5 л і стандартним робочим органом із трьох елементів. Змішувач нагрівали до температури 175°C. 364 г карбонату кальцію, як у прикладі 1, завантажували в ємність. Ємність закривали, і змішувач запускали на 2 хвилини при 700 об/хв. Потім змішувач відкривали, і 32 г гомополімеру поліпропілену з щільністю у твердому стані 0,86 г/мл і температурою плавлення (ДСК), що становить 152°C, а також 4 г оксиду цинку типу Bärlocher Zincum 5 додавали до попередньо нагрітого порошку. Змішувач знову закривали і запускали на 12 хвилин при швидкості обертання робочого органа 700 об/хв. Для перевірки дисперсності одержаного обробленого порошку використовували лабораторний екструдер фірми Dr. Collin FT – E20T – IS з стандартним шнеком і стандартною плоскою головкою. Всі зони нагріву нагрівали до 175°C, і екструдер працював з швидкістю 100 об/хв. 80 мас. % ПЕВЩ типу LyondellBasell Hostalen ПК 7260 і 20 мас. % одержаного порошку неперервно подавали в екструдер з допомогою гравіметричної системи дозування. 10 г відформованої стрічки відпресовували між двома хромованими сталевими плитами при температурі 190°C. Одержану плівку піддавали оптичному контролю під бінокулярною лупою з 50-кратним збільшенням; видимих агломератів не було виявлено. Приклад 4 Ущільнений матеріал з прикладу 1, що містить 90,5 мас. % природного карбонату кальцію і 9,5 мас. % полімеру-модифікатора, оцінювали у випадку застосування його при екструзії листа з полістиролу. Застосовували полістирол загального призначення від фірми BASF типу 158K (ПСЗП) і високоміцний полістирол від фірми BASF типу 486M (ВМПС). 56 мас. % кожного полістиролу додавали до 44 мас. % зазначеного ущільненого матеріалу. Обидва компоненти неперервно гравіметрично дозувались у живильний бункер переробного екструдера. У випадку ПСЗП загальна швидкість подачі становила 15,6 кг/год., а у випадку ВМПС вона становила 14,7 кг/год. Для виготовлення листа шириною 250 мм і товщиною 1 мм застосовували звичайну одношнекову машину фірми Collin, тип Е-25Р, з екструзійною головкою для одержання плоскої плівки, і полірувальний каландр фірми Collin. Температурний профіль шнекової машини становив 180°C, 195°C, 230°C, 230°C і 230°C. Для екструзійної головки підтримувалась температура 230°C, для валків каландра – 100°C. Ширина щілини головки екструдера 6 UA 107085 C2 5 становила 1,2 мм, ширина смуги контакту валків каландра – 1,0 мм. Була вибрана лінійна швидкість 0,8 м/хв. Швидкість обертання шнека при живленні знизу становила 160 об/хв. При таких параметрах були одержані листи, в яких під бінокулярною лупою з 50-кратним збільшенням не було виявлено видимих агломератів. 10 г кожного з відформованих листів відпресували між двома хромованими сталевими плитами при температурі 190°C. Одержану плівку піддавали оптичному контролю під бінокулярною лупою з 50-кратним збільшенням; видимих агломератів не було виявлено. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб виготовлення ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок, який відрізняється тим, що включає такі стадії: a) забезпечення принаймні одного вихідного порошкового матеріалу; b) забезпечення принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні; c) одночасна або послідовна подача принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні у високошвидкісну змішувальну установку циліндричної камери переробки; d) змішування принаймні одного вихідного порошкового матеріалу і принаймні одного розплавленого полімеру-модифікатора поверхні у високошвидкісній змішувальній установці; e) передача змішаного матеріалу, одержаного на стадії d), до холодильної установки. 2. Спосіб за пунктом 1, який відрізняється тим, що принаймні один модифікуючий агент подають одночасно з подачею або після подачі принаймні одного вихідного порошкового продукту у високошвидкісну змішувальну установку циліндричної камери переробки. 3. Спосіб за будь-яким з пунктів 1 або 2, який відрізняється тим, що перед стадією e) змішаний матеріал, одержаний на стадії d), передається на другу змішувальну установку. 4. Спосіб за пунктом 3, який відрізняється тим, що принаймні один розплавлений полімермодифікатор поверхні додають до змішаного матеріалу, одержаного на стадії d), і змішують його з останнім у другій змішувальній установці. 5. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-4, який відрізняється тим, що температура вихідного порошкового матеріалу знаходиться в діапазоні від 20 до 300 °C, переважно від 60 до 250 °C. 6. Спосіб за будь-яким з пунктів 2-5, який відрізняється тим, що температура модифікуючого агента знаходиться в діапазоні від 20 до 300 °C, переважно від 60 до 250 °C, ще краще від 60 до 120 °C. 7. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що вихідний порошковий матеріал являє собою неорганічний порошок. 8. Спосіб за пунктом 7, який відрізняється тим, що неорганічний порошок вибирають з групи, що включає природний тонкодисперсний карбонат кальцію (ТКЦ); осаджений карбонат кальцію (ОКЦ); породи, що містять карбонат кальцію, такі як доломіт; наповнювачі на основі змішаного карбонату, такі як кальцій, зв'язаний з магнієвмісною породою, такою як тальк, або з глиною; слюду; і суміші цих речовин, наприклад суміш тальку з карбонатом кальцію або суміш карбонату кальцію з каоліном, або суміші природного тонкодисперсного карбонату кальцію з гідроксидом алюмінію, слюдою або синтетичними або натуральними волокнами, або сумісні породи, такі як сумісні породи тальк-карбонат кальцію або тальк-діоксид титану. 9. Спосіб за пунктом 8, який відрізняється тим, що неорганічним порошком може бути природний тонкодисперсний карбонат кальцію (ТКЦ) або осаджений карбонат кальцію (ОКЦ), або суміш ТКЦ і ОКЦ, або суміш ТКЦ, ОКЦ і глини, або суміш ТКЦ, ОКЦ і тальку, або тальк, або слюда. 10. Спосіб за пунктом 8, який відрізняється тим, що неорганічний порошок вибирають з ТКЦ, вибраного з групи, що включає мармур, крейду, кальцит і вапняк; ОКЦ, вибраного з групи, що включає арагонітовий ОКЦ, фатеритовий ОКЦ, кальцитовий ОКЦ, ромбоедричний ОКЦ, скаленоедричний ОКЦ; та їх суміші. 11. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що вихідний порошковий матеріал являє собою органічний порошок. 12. Спосіб за пунктом 11, який відрізняється тим, що органічний порошок вибирають з групи, що складається з деревного борошна та модифікованого крохмалю. 13. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-12, який відрізняється тим, що розплавлений полімермодифікатор поверхні вибирають з групи, що включає співполімери етилену, наприклад співполімери етилену та 1-октену, поліпропілени на основі металоцену, гомополімери поліпропілену, переважно аморфні гомополімери поліпропілену. 7 UA 107085 C2 5 10 15 14. Спосіб за будь-яким з пунктів 2-13, який відрізняється тим, що модифікуючий агент вибирають з групи, що складається з стеаринової кислоти, оксиду цинку, синтетичного парафінового воску, поліетиленового металоценового воску та поліпропіленового воску. 15. Спосіб за будь-яким з пунктів 1-14, який відрізняється тим, що ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок виготовляється на одношнековому устаткуванні для переробки пластмас. 16. Ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок, одержаний способом за будь-яким з пунктів 1-15. 17. Ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок за пунктом 16, який відрізняється тим, що він є повністю редисперсним у термопластичних полімерних матрицях без стадії компаундування. 18. Ущільнений матеріал з обробленою поверхнею частинок за будь-яким з пунктів 16 або 17, який відрізняється тим, що він є непилячим. 19. Застосування ущільнених матеріалів за будь-яким з пунктів 16-18 як добавки в термопластичні полімери. 20. Спосіб виготовлення термопластичних полімерів шляхом безпосереднього введення ущільненого матеріалу за будь-яким з пунктів 16-18 у кінцеві термопластичні полімери. 21. Термопластичні полімери, що містять ущільнені матеріали за будь-яким з пунктів 16-18. 8 UA 107085 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Process for manufacturing a surface-treated compacted material processable on a single screw plastics conversion equipment

Автори англійською

Ammann, Ernst, Knerr, Michael, Haldemann, Peter, Hersche, Emil

Автори російською

Амманн Эрнст, Кнерр Михаель, Хальдеманн Петер, Херше Эмиль

МПК / Мітки

МПК: C09C 3/10, B29B 9/12, C08K 9/00, C09C 1/02

Мітки: спосіб, ущільненого, устаткуванні, поверхнею, одношнековому, матеріалу, пластмас, частинок, виготовлення, обробленою, переробки

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/11-107085-sposib-vigotovlennya-ushhilnenogo-materialu-z-obroblenoyu-poverkhneyu-chastinok-na-odnoshnekovomu-ustatkuvanni-dlya-pererobki-plastmas.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виготовлення ущільненого матеріалу з обробленою поверхнею частинок на одношнековому устаткуванні для переробки пластмас</a>

Подібні патенти