CS201533B2

CS201533B2 - Method of homogenization of the compound

Info

Publication number: CS201533B2
Application number: CS758158A
Authority: CS
Inventors: Hans J Tuerler
Original assignee: Braendli Ernst
Priority date: 1975-12-02
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1980-11-28

Description

Předmětem vynálezu je způsob homogenizace směsi, složené z vysoce viskózní kapalné fáze, zejména z bitumenu nebo dehtu, a z termoplastického a/nebo elastomerního materiálu ve formě rozmělněné pevné fáze.The present invention relates to a process for homogenizing a mixture composed of a highly viscous liquid phase, in particular bitumen or tar, and a thermoplastic and / or elastomeric material in the form of a comminuted solid phase.

V mnoha oblastech se vyskytuje nutnost vyrobit směs, složenou z vysoce viskózní kapalná fáze a z termoplastického materiálu. Použitý postup může přitom v takových případech ovlivnit rozhodujícím způsobem kromě ekonomiky také” jakost výrobku. Tento vliv může za nepříznivých okolností vést k tomu, že teoreticky možný postup není v praxi realizovatelný. Příkladem toho je výroba pásů k pokládání střešních krytin za použití směsi složené z bitumenu a termoplastu nebo elastomeru. Takovéto směsi byly v poslední době známy a ukázalo se, že vykazují oproti bitumenu (bez uvedených složek směsi), zejména v souvislosti se střešní lepenkou apod. vynikající vlastnosti, které se projevují zejména při pokládání střešních krytin a s ohledem na jejich kvalitu a trvanlivost, především, ale ne výlučně, tím, že se odejmou bitumenu vlastní a v této souvislosti nepříznivé vlastnosti. Až dosud nebyla nalezena žádná cesta, která by dovolovala vyrobit potřebné množství takovýchto směsí v relativně krátké době potřebné pro jejich nanášení na nosný pás, aniž by bylo nutné počítat buď náklad na aparaturu neúnosnými pro tento účel, a/nebo se zhoršením vlastností materiálu.In many areas, there is a need to produce a blend consisting of a highly viscous liquid phase and a thermoplastic material. In such cases, the process used can have a decisive influence on the quality of the product in addition to the economy. This influence may in unfavorable circumstances lead to theoretically possible procedure not being feasible in practice. An example of this is the production of roofing strips using a mixture of bitumen and a thermoplastic or elastomer. Such mixtures have been known recently and have been shown to exhibit excellent properties, particularly in relation to roofing, etc., in comparison with bitumen (without the mentioned components of the mixture), especially when laying roofing and with regard to their quality and durability, in particular , but not exclusively, by removing bitumen of its own and in this respect unfavorable properties. Hitherto, no route has been found to permit the production of such compositions in the relatively short time required for their application to the support belt, without having to calculate either the cost of the equipment intolerable for this purpose and / or the deterioration of the material properties.

Směsi zprvu jmenovaného druhu byly až dosud vyráběny například ve výtlačných lisech, kalandrech, hnětačích, Banburyho mísičích apod. Vycházeje od pevné nebo pevné a kapalné fáze zpracovává se v takovýchto zařízeních materiál mechanicky v úzkých štěrbinách, přičemž dochází k místní plastifikaci a smíchání. Přitom může dojít k mechanickému odbourání plastické hmoty a syntetického kaučuku, ale také k nežádoucí depolymeraci v důsledku místního přehřátí. Přitom je výkon při značném nákladu na aparaturu malý, zejména s ohledem na zásobování rychle probíhajícího pokládání střešní lepenky nebo natírání.Mixtures of the above-mentioned kind have hitherto been produced, for example, in extruders, calenders, kneaders, Banbury mixers, and the like. This can lead to mechanical degradation of plastic and synthetic rubber, but also to undesirable depolymerization due to local overheating. At the same time, the performance is low with considerable equipment cost, especially with regard to the supply of fast-laying roofing or painting.

Směsi zde diskutovaného druhu se mohou také vyrábět v pomalu běžicích míchačkách, přičemž například se smísí kapalná fáze s pevnou fází nebo jinou kapalnou fází, popřípadě se rozpustí. Přitom se sice mohou zpracovat velké šarže, avšak je nutné provádět míchání po dobu značně dlouhou a při vysokých teplotách, takže například podíly plastické hmoty mohou podlehnout tepelnému odbourání, čímž se zničíMixtures of the kind discussed herein may also be prepared in slow-running mixers, for example by mixing the liquid phase with a solid phase or another liquid phase, or dissolving it. While large batches can be processed, mixing is required for a very long time and at high temperatures, so that, for example, the plastics fractions can undergo thermal degradation, thereby destroying the

201333 právě od těchto složek směsí se odvozující vynikající vlastnosti, co se týká plastičnosti, pružnosti, odolnosti vůči stárnutí atd. Vzhledem k tomu, že se takovéto směsi dále zpracovávají při vysokých teplotách a může dojít vždy podle složení již po krátké době k termickému odbourání, podmiňuje dlouhá doba trvání výroby zejména spěch při dalším zpracování, například při lití nebo při aplikaci na nosné pásy, neboť jinak může při použití docházet k dalšímu zhoršení nebo může postihnout všechny případy. Pro zásobování rychle probíhajícího pokládání střešní lepenky nebo pod. je tento způsob rovněž nevhodný.201333 derives from these components of the compounds excellent properties in terms of plasticity, elasticity, aging resistance, etc. Since such mixtures are further processed at high temperatures and, depending on their composition, thermal degradation can occur after a short time, In particular, a long duration of production requires a rush in further processing, for example casting or application to support strips, as otherwise deterioration in use or affecting all cases may occur. For supplying fast-laying roofing or similar. this method is also inappropriate.

Nyní se s překvapením zjistilo, že se směs, složená z bitumenu nebo dehtu a termoplastu nebo elastomeru, za přítomnosti zprvu uvedené složky v kapalné formě a další složky jako pevné fáze může vyrobit ve velkých šaržích a při krátké době míchání v tak zvaném rychlomísiči, a to za odstranění škodlivých mechanických a tepelných vlivů. Tento úspěch nebyl předem očekávatelný a není také samozřejmý, když je možno uvědomit si, že se termoplasty nebo elastomery přidávané k bitumenu jako pevná fáze musí plastifikováním převést v kapalnou fázi, že se tedy musí provést operace, pro kterou nebyly dány u rychlomísiče předpoklady.It has now surprisingly been found that a mixture composed of bitumen or tar and a thermoplastic or elastomer in the presence of the former component in liquid form and the other solid phase component can be produced in large batches and with a short mixing time in a so-called quick mixer. this for removing harmful mechanical and thermal influences. This success was not anticipated and is also not self-evident when it is appreciated that thermoplastics or elastomers added to bitumen as a solid phase must be plasticized to the liquid phase, so that operations for which the quick mixer has not been predicted must be performed.

Předně zde nejsou totiž úzké štěrbiny, ve kterých by se dotyčné složky — jako je tomu například u vytlačovacích lisů a mísících kalandrů — mohly plastifikovat třením mezi dvěma relativně vzájemně pohyblivými plochami. Na druhé straně nepotřebovalo se přivádět dlouhodobě zvenčí teplo, aby se dosáhlo plastifikování, popřípadě rozpouštění. Vystvětlení přesto vznikajícího úspěchu by mohlo spočívat v tom, že rychle se otáčející trubkový orgán, například ozubený kotouč, vytváří v kapalné fázi místně a kontinuálně nutné plastifikační teplo a kromě toho částice pevné fáze, které jsou odváděny v nepřerušovaném viru kolem mísícího orgánu, rozmělňuje, popřípadě odlupuje jejich nabobtnalé, již rozpuštěné povrchové vrstvy. K mísícímu orgánu se tedy přivádí vždy znovu nové, popřípadě uvolněné pevné částice, a tedy, pokud se to. tak dá říci, k plastifikačnímu místu, přičemž již plastifikované podíly se bezprostředně zahrnují do mísícího pochodu. Samozřejmě se také zahřívá smíšený materiál, takže se může přivádět na konci (krátkého) pochodu míšení k dalšímu zpracování. Přívod tepla zvenčí má při tomto způsobu pouze sekundární význam, zvláště proto, že teplota smíšeného materiálu je funkcí v něm samém vzniklého tepla. Pohybuje se pod teplotou rozkladu. S ohledem na to, a protože složky jsou vystaveny intenzivnímu působení tepla v oblasti míchacího orgánu při své cirkulaci uvnitř hmoty vždy jen krátkodobě, nedochází k žádnému tepelnému nebo mechanickému molekulárnímu odbourání, ačkoliv, ale také právě proto, že plastifikace a dispergování tepelně citlivých složek v bitumenu probíhá velmi intenzívně a rychle.First of all, there are no narrow slots in which the components in question - as in the case of extruders and blend calenders, for example - can be plasticized by friction between two relatively movable surfaces. On the other hand, it was not necessary to supply heat from the outside for a long time to obtain plasticization or dissolution. An explanation for the success that may be emerging could be that a rapidly rotating tubular member, such as a toothed disk, generates locally and continuously the necessary plasticizing heat in the liquid phase and, moreover, disintegrates the solid phase particles discharged in the uninterrupted virus around the mixing organ. optionally peeling off their swollen, already dissolved surface layers. Thus, new or possibly released solid particles are again fed to the mixing organ and, if so. thus, it can be said to the plasticization point, whereby the already plasticized portions are immediately included in the mixing process. Of course, the mixed material is also heated so that it can be fed at the end of the (short) mixing process for further processing. The heat supply from outside is only of secondary importance in this process, especially since the temperature of the mixed material is a function of the heat generated therein. It is below the decomposition temperature. In view of this, and since the components are exposed to intense heat in the region of the mixing organ during their circulation within the mass always only briefly, there is no thermal or mechanical molecular degradation, although, but also because plasticization and dispersion of the thermally sensitive components bitumen proceeds very intensively and quickly.

Podstata způsobu homogenizace směsi, složené z vysoce viskózní kapalné fáze, zejména z bitumenu nebo dehtu, a z termoplastického a/nebo elastomerního materiálu ve formě rozmělněné pevné fáze, spočívá v tom, že se kapalná fáze a pevná fáze vnesou do pracovní zóny, kde I se pomocí míchacího a/nebo rozmělňovacího elementu, rotujícího velkou obvodovou rychlostí 20 až 30 m/s, vyvíjí ve hmotě třecí teplo, čímž se pevná fáze nejdříve plastifikuje a potom se smísí s kapalnou fází.The principle of homogenizing a mixture composed of a highly viscous liquid phase, in particular bitumen or tar, and of a thermoplastic and / or elastomeric material in the form of a comminuted solid phase, consists in introducing the liquid phase and the solid phase into a working zone where by means of a mixing and / or grinding element rotating at a high peripheral speed of 20 to 30 m / s, it generates frictional heat in the mass, whereby the solid phase is first plasticized and then mixed with the liquid phase.

Zejména se způsobem podle vynálezu dají vyrobit ve smyslu vynálezu směsi složené z bitumenu nebo dehtu a termoplastu nebo elastomeru, zejména pro impregnaci a/nebo opatřování materiálu na střešní krytiny povlakem, jako například střešní lepenky apod. pomocí natíracího stroje nebo zařízení pro střešní lepenku.In particular, mixtures of bitumen or tar and a thermoplastic or elastomer can be produced according to the invention, in particular for impregnating and / or coating the roofing material, such as roofing paper or the like, using a coating machine or a roofing paper device.

V posledně jmenované oblasti použití se totiž plně uplatňuje ta okolnost, že se pomocí rychlomísičů mohou vyrobit z kapalného bitumenu a například termoplastické syntetické hmoty ve formě pevné fáze směsi ve velmi krátké- době a ve značných množstvích, totiž taková množství, která postačí ke kontinuálnímu zásobování zařízení pro střešní lepenku nebo pod. Tak se dá takové zařízení, například doplněné dvěma rychlomísiči, udržet při plném využití kapacity trvale v provoze, přičemž se může plně využít možné zlepšení kvality.Indeed, in the latter field of application, the fact that they can be produced from liquid bitumen and, for example, a thermoplastic synthetic material in the form of a solid phase mixture in a very short time and in considerable quantities, namely quantities sufficient for continuous supply roofing board or the like. Thus, such a device, for example supplemented by two quick mixers, can be kept in full operation at full capacity utilization, while the possible quality improvement can be fully exploited.

Srovnání zde navrženého způsobu se známými způsoby míchání ve formě konkrétnch příkladů dovolí seznat dosažený překvapující úspěch.Comparison of the method proposed herein with the known mixing methods in the form of specific examples will make it possible to recognize the surprising success achieved.

Příklad 1 (známý způsob]Example 1 (known method)

V míchačce s olejovým oběhovým vytápěním a 15 otáčkami za minutu se má vyrobit šarže 8000 litrů následující směsi:In an oil-circulating oil mixer at 15 rpm, a batch of 8000 liters of the following mixture is to be produced:

speciální bitumen 45 % termoplast ve formě granulí 20 % anorganické plnivo 35 %special bitumen 45% granular thermoplastic 20% inorganic filler 35%

Bitumen se předkládá při 220 °C, termoplast se přidává během 10 minut, čímž se dosáhne směšovací teploty 160 °C. K ohřátí na rozpouštěcí teplotu asi 200 °C je zapotřebí asi 4 hodin. K úplnému rozpuštění jsou nezbytné další 4 hodiny. Po 8 hodinách se přidá anorganické plnivo, přičemž se hmota ochladí na 165 °C. Při tom se zvyšuje viskozita z 10 Pa. S na 6 x 10 Pa. S. Hmota se nyní opět ohřeje až do dosažení viskozity 2 x 10 Pa. S, aby bylo možné dále ji zpracovávat. Přídavek a vmíchání plnidla a opětné zahřátí hmoty trvá asi 4 hodiny, takže vyplývá celková doba výroby 12 hodin.Bitumen is introduced at 220 ° C, the thermoplastic is added over 10 minutes to achieve a mixing temperature of 160 ° C. It takes about 4 hours to warm to a dissolution temperature of about 200 ° C. An additional 4 hours are required to completely dissolve. After 8 hours, the inorganic filler was added while the mass was cooled to 165 ° C. The viscosity increases from 10 Pa. S at 6 x 10 Pa. S. The mass is now reheated to a viscosity of 2 x 10 Pa. S for further processing. The addition and mixing of the filler and reheating of the mass takes about 4 hours, resulting in a total production time of 12 hours.

Příklad 2 (nový způsob)Example 2 (new way)

V kotli vytápěném olejem o objemu 2500 litrů se má vyrobit tatáž směs pomocí rychlomísiče s vysokým střihovým účinkem. Speciální bitumen se předkládá při 220 °C a při běžícím mísiči se během 10 minut rovnoměrně přidávkuje termoplast pomocí dopravního pásu, šneku nebo vefoukáním se vzduchem. Teplota se přitom sníží pouze na 190 °C a zvýší se teplem vzniklým třením a vnějším vytápěním během 10 minut opět na 220 °C. Během této doby dojde již k úplnému rozpuštění a dispergování termoplastu.In a 2500 liter oil-fired boiler, the same mixture should be produced using a high shear quick mixer. The special bitumen is fed at 220 ° C and the thermoplastic is uniformly added over 10 minutes while the mixer is running by means of a conveyor belt, screw or air blowing. The temperature is lowered to only 190 ° C and increased again to 220 ° C by heat generated by friction and external heating in 10 minutes. During this time, the thermoplastic is completely dissolved and dispersed.

Nyní se během dalších 10 minut přidávkovává jako nahoře plnivo a současně se disperguje. Pro homogenizaci a nastavení teploty je zapotřebí maximálně dalších 5 minut. Z toho vyplývá doba míchání 30 až 35 minut. Při použití 2 kotlů s rychlomísičem je možné vyrobit za hodinu další 4000— —5000 litrů a ve srovnání s příkladem 1 je tento způsob 6,5 až 7,5krát rychlejší.Now the filler is added at the top and dispersed simultaneously over the next 10 minutes. A maximum of 5 minutes is required to homogenize and adjust the temperature. This results in a mixing time of 30 to 35 minutes. Using 2 boilers with a quick mixer, an additional 4000-5000 liters can be produced per hour, and this process is 6.5 to 7.5 times faster than Example 1.

Z přiložené křivky na obr. 1 lze odečíst, že uvedená hmota v kritické oblasti teploty (180°—220°) podléhá již během několika hodin tepelnému odbourání, tím že se značně zvýší penetrace (Pen) a současně se značně sníží bod měknutí (EPj. Při 180 °C k tomuto dojde asi po 22 hodinách, při 220 stupních Celsia již asi po 6 hodinách. Na konci dlouhé doby míchání (12 hodin při 200 °Cj podle příkladu 1 nachází se již v souhlase s tímto v kritické oblasti, zatím co krátká doba míchání podle příkladu 2 (méně než 1 hodina při 220 °C) nevyvolává absolutně žádné poškození a současně dovolí časovou toleranci mezi meziskladováním při vysokých teplotách až po spotřebu.From the enclosed curve in Fig. 1, it can be seen that the mass in the critical temperature range (180 ° - 220 °) undergoes thermal degradation within a few hours by significantly increasing the penetration (Pen) and at the same time greatly reducing the softening point (EPj). At 180 ° C this occurs after about 22 hours, at 220 degrees Celsius after about 6 hours. At the end of the long mixing time (12 hours at 200 ° C according to Example 1, it is already in agreement with this in the critical area, For example, the short mixing time of Example 2 (less than 1 hour at 220 ° C) causes absolutely no damage and at the same time permits time tolerance between intermediate storage at high temperatures up to consumption.

Příklad 3Example 3

a) zalévací hmota, složená ze 70 % speciálního bitumenu, 15 % břidlicové moučky a 15 % regenerátorové drti, se má vyrobit v pomalu běžícím mísiči při 200 °C. Přitom vyplývá následující průběh bodu měknutí a penetrace:(a) The encapsulant consisting of 70% special bitumen, 15% slate meal and 15% regenerator pulp shall be produced in a slow-running mixer at 200 ° C. Here, the softening and penetration points are as follows:

EP EP Pen. Pen. 15 min 15 min 92 92 38 38 30 min 30 min 98 98 37 37 1 h 1 h 105 105 48 48 2 h 2 h 102 102 42 42 4 h 4 h 100 100 ALIGN! 40 40 Ukazuje se zřetelné It turns out to be obvious zvýšení increase bodu měk- point soft- nutí a penetrace po rozpouštěcím procesu, force and penetration after the dissolution process, mezi 10 minutami až between 10 minutes to 1 hodinou. Toto ma- 1 hour. Toto ma- ximum je však brzy překročeno however, ximum is soon exceeded a bod měk- and point soft- nutí a penetrace se sníží již po force and penetration is reduced after 1 až 2 ho- 1 to 2 hours dinách v důsledku odbourání pryže. Jestliže during the breakdown of rubber. If se při dalším použití tato hmota výše zahře- in the next use this mass is heated above je, například až na 250 °C, pak dozná pod- is, for example, up to 250 ° C, then statně rychlejší změnu, jak je much faster change as it is to zřejmé it obvious z následující tabulky: from the following table: EP EP Pen. Pen. 30 min 30 min 94 94 47 47 1 h 1 h 90 90 43 43 2 h 2 h 84 84 45 45 4 h 4 h 76 76 45 45

Nachází se zde tedy v kritické oblasti a hmota nemá po aplikaci již své původní vlastnosti.It is therefore located in a critical area and the substance no longer has its original properties after application.

b) Jestliže se však hmota vyrobí v rychlomísiči, tak se již po 15 minutách homogenizuje, takže pro pozdější použití je k dispozici podstatně delší časový úsek.b) However, if the mass is produced in a rapid mixer, it is already homogenized after 15 minutes, so that a considerably longer period of time is available for later use.

Příklad 4Example 4

Zalévací hmota, složená z 88 % speciálního bitumenu, 6 % vulkanizované regenerátorové drti a 6 % moučky surového kaučuku, se má vyrobit v pomalu běžícím mísiči, popřípadě v rychlomísiči. Z přiložené křivky na obr. 2 lze jasně seznat, že při pomalém míchání dosáhne bod měknutí a penetrace po 2 hodinách optima, a že potom dojde k rychlé změně, která se projeví ve snížení bodu měknutí a penetrace. U rychlomísiče se optima dosáhne již po 15 minutách, takže pro použití zůstane zachován podstatně delší časový úsek.The encapsulating compound, composed of 88% special bitumen, 6% vulcanized regenerator pulp and 6% raw rubber meal, should be produced in a slow-running mixer or quick mixer. It can be clearly seen from the enclosed curve in Fig. 2 that, with slow stirring, the softening and penetration point reaches the optimum after 2 hours, and that there will then be a rapid change which results in a decrease in the softening and penetration point. With a quick mixer, the optimum is reached after only 15 minutes, so that a considerably longer period of time is maintained for use.

PREDMETSUBJECT

Claims

SUBJECT

A method of homogenizing a mixture composed of a highly viscous liquid phase, in particular bitumen or tar and a thermoplastic and / or elastomeric material in the form of a comminuted solid phase, characterized in that the liquid phase and the solid phase are introduced into