CS210317B1 - Method of inserting the admixtures in the polymeres - Google Patents

Description

(54) Způsob zapracování přísad do polymerů

I

Vynález se týká způsobu zapracování přísad do polymerů, zejména do zpěňovatelného polymeru.

Je známo, že se pro výrobu jemně práškovitých pěnových hmot smíchají komponenty podle receptury v míchačce a potom se přes dávkovači zařízení přivedou do vytlačovacího stroje.

Komponenty podle receptury tvoří základní materiál, nukleační prostředky a jiné přísady. Pro výrobu pěnových hmot se používají pomocné látky v> přísady s malými velikostmi zrna, tzn. v rozmezí frakcí až do 200 <u. Nukleační prostředkybarviva a jiné přísady se nanášejí na granulát polymeru v míchačce a co možná nejlépe se rozdělí na povrchu polymerů. Jestliže přídavek práškovitých pomocných látek a přísad překročí mez jímavosti granulátu, která je určena vlastnostmi směňovaných komponent, především adhesníroi silami mezi polymery a přísadami, vzniká nebezpečí, že se přísady při dopravě směsi k plnicí nálevce extruderu od granulátu čás tečně oddČ-J

Je známo, se pro výrobu pěnových hmot používají jako nukleační prostředky kyselina citrónová a. bikarbonát sodný. Přitom je však známo, že- se tyto nukleační prostředky přidávají v takových množstvích, aby při reakci kyseliny s uhličitanem vzniklo asi 0,1 až 5 hmotnostních dílů vcJ.y a kys.l ibníku uhličitého, vztaženo na 100 hmotnostních dílů pólymeraí látky a použitáno nadouvadla.

Pro zabránění horozívnimu účinku volné kyseliny na materiál extruderu se, jak je známo, používá malý přebytek prostředku vyvíjejícího kysličník uhličitý. Známá poměrová čís:a ob-u komponent se pohybují mezi jedním podílem kyseliny citrónové na jeden podíl bikarbonů ta solného a jedním podílem kyseliny citrónové na maximálně dva podíly bikarbonátu sodného, při·* čemž použité’ absolutní hinotnostrí díly mohou být rozdílné.

Účinek nukleečního prostředku je závislý na povaze termoplastu, který se má zpčňovat. Při tom mohou mít relativně malé změny v použitém systému nukleačního prostředku rozhodující vliv na velikost buněk pěnové hmooy. Tak bylo při zpěnování polystyrenu zjištěno, že by se při poušti hydrátu kyseliny ' citrnnové a bezvodé kyseliny citrónové mohla získat jemnější buněčná struktura, než při všeobecném poi^ití bezvodé kyseliny citrónové, popřípadě hydrátu kyseMny ci-trónov^ Adhesní sUy meei těmito substr^át^y a granulátem plastické hmoty jsou relativně malé. Při dopravě směsi se proto část kyseliny citrónové a biklrboeátu sodného, nanesených na granulát, oddd buje. Odloučené komponenty podle receptury se usazzuX v dopravních a přiváděčích zařízeních.

Kyseeina citrónová pohlcuje z okolního vzduchu vlhkost a reaguje zčássi s bikarbonátem sodným. Při tom se tvoří hrudkofité aglomeeáty. Cas od času je část těchto produktů Strhávána dopravním proudem a dostává se do extruderu. Výkon humoggnizlcn použitého extruderu všeobecně nepostačuje k rozdělení relativně tvrdých aglomeeátů a k jejich ^ιο^^ζ^οι v tlveeiet plastické hmoty. Tyto se zpevňují v extruderu účinkem zvýšené teploty a vedou k ucpávání trysek, jakož i ke tvorbě děr a chybných míst v pěnové hmotě.·Daaáí nedostatek tohoto známého způsobu dávkování kyseliny citrónové a SikarSonátu sodného spočívá v tom, . že obě látky při nadávkováni, směsi do extruderu odpadnou zčássi od granulátu polymeru a vedou k zanášení šneku extruderu. Inkrustace čas od času se odlučuuí od šneku extruderu, ucpávají trysky a vedou současně k tvorbě děr v pěnové hmotě. V důsledku ztráty n^l^^Leačníh^o činidla při dopravě nezíská tavením polymeru při výstupu z trysky již potřebnou koncernnci nukleačního činidla. Z tohoto důvodu se značně ovlivní vytvoření jemné pěnové struktury. Získaná pěna je velkoporézní a její struktura je enhumoogeele.

Pro mnoho účelů poi^ítí je takováto pěnová hmota enpPujitnLns.

Moonnst zvýšení schoppinosi jímavoosi granulátu s ohledem na nukleačního prostředku spočívá v přídavku adhesnich prostředků. Při potřebné koncer^nci adhesních prostředků pro vázání celkového mnUiSví nukleačního prostředku se však eepOízeivt ovlivňuje tvorba pěnové struktury a snižuje se kvaUta pěnové hmoty.

Daaší známou možnosí, jak zlepšit homouenitu rozdělení nukle^ního prostředku v t^aveeiet plastické hmooy, je pot^žtí předsměsi nukle^ního prostředku.

Při výrobě předsměsi nukle^ního činidle se mohou vyskytnout potíže při zpracování, nebot teplota tečení polymerní látky je díeem větší než teplota rozkladu složky elLUílnlδního prostředku.

Proto může při zapracování euklelCeíhu prostředku být účinek jakožto regulátoru veeikossi,pórů. Za druhé dodatečný pochod zpracování předsměsi zdražuje způsob výroby pěnové hmoty.

U známých systémů euklnlčeíhu prostředku, skládajícího se ze tří složek, je nevýhodné zaliittní rovnoměrného a konstantního dávkování jednooiivých látek. Při nerovnoměrném dávkování jednooiivých složek, popřípadě při měnícím se složení dávkovaného nuklnlCeího prostředku je struktura pěny nerovnoměrná a v mnoha případech má hrubé buňky. Pro převážný počet ohlassí pOL^žií tnroouOastických pěnových hmot je však zapotřebí maateiálu s rovnoměrnou a jemnou strukturou pěny.

Analogické problémy se objnvují při zapracování přísad do eezpěňouateleých tlveeie termoplastů.

Při zpěňování polyetylénu, · ^polymerů etylénu, jakož i směsí složených z polyetylénu a těchto ^polymerů je nevýhodou, že zejména při přidávání určitých pigmentů je struktura pěny relativně hrubá.

Známý způsob, například pro barvení termoplastů, spočívá v tom, že se barevné pigmenty nanášejí na plastický materiál v jednoduché míchačce, například v bubnovém mísiči, rotačním mísiči nebo dvo^kuželovitém mísiči.

Barevné pigmenty ulpívají na granulátu na základě adhesních sil vznikajících mezi nimi. Tímto způsobem je však možné vázat na granulát pouze malá množství pigmentu a i při tom vzniká nebeispečí, Že Část pigmentu při dopravě směsi zprácovávacímu stroji od granulátu odpadne a tím se ovlivní barevný tón vznikajícího konečného produktu. O něco větší pigmentové částice vyžadují přísadu adhesních Činidel. Aby se vlastnosti termoplastů neovlivnily negativně, mohou se často použít pouze malá množství adhesních činidel.

Také při tomto způsobu práce je podíl pigmentu, který je možné nanést na granulát, ještě relativně malý. Při větším přídavku pigmentu tvoří se snadno hrudky. Pro homogenní zapracování větších podílů pigmentu do termoplastu se podle jednoho známého způsobu provádí vmíchávání na hnětacím stroji. Takováto výroba barevné přeďsměsi představuje přídavný pracovní pochod, pro který je nezbytné značně nákladné míchací zařízení, jako hnětači stroj, hnětačka atd. Totéž platí pro zapracování ostatních přísad.

Účelem vynálezu je zlepšit homogenní rozdělení přísad v tavenině plastické hmoty a zvýšit tvorbu jemných buněk pěn.

Vynález si klade za základní úlohu nanášet přísady potřebné pro zpracování plastických hmot v jednoduchém mísiči, bez použití adhesních činidel, na polymery tak, že se koncentrace směsi při dopravě od mísiče do extruderu podstatně nezmění a tavenina plastických hmot, vystupující z trysky extruderu, obsahuje přísady v konstantní koncentraci, popřípadě účinek přísad na tvářený materiál je co do kvality a kvantity stejný.

Tato úloha je vyřešena způsobem zapracování přísad do polymerů, při kterém se směs, sestávající z jednoho nebo více termoplastů s potřebnými přísadami, zahřívá na teplotu postačující к jejímu roztavení, popřípadě se do taveniny zavádí nadouvadlo, které se s ní homogenizuje, tavenina se ochladí na teplotu, při které je popřípadě extrudovatelná jako pěnová hmota, spočívajícím podle vynálezu v tom, že se přísady adsorbují na polyrnerní, vločkovité matrici z polyetylénu nebo směsi složené z kopolymeru polyetylénu a etylénu, popřípadě na směsi z polyrnerní vločkovité matrice a polymerního granulátu, která má měrnou hmostnost až do 0,6 g/сир, podíl otevřených buněk pěny 50 až 95 % a stejné nebo rozdílné složení polymerů, než má základní polymer.

S výhodou se jako přísady používají kyselina citrónová a uhličitan, přičemž na hmotnostní ekvivalent organické kyseliny se adsorbuje 1,5 až 15 molů, s výhodou 2 až 6 molů hydrouhličitanu, popřípadě 0,8 až 7,5 molu, s výhodou 1 až 3 moly uhličitanu.

Jako termoplasty se s výhodou používají polyetylén, s vysokou nebo popřípadě nízkou měrnou hmotností, polypropylen, polyamid, polyvinylchlorid, polystyren, jakož i kopolymery a roubované polymery etylénu, propylenu, vinylchloridu, styrenu s jinými monorery, jako vinylacetátem, vinylpropionátem, jakož i etylenu a propylenu s vinylchloridem a_?popřípadě nebo jejich směsi.

Je také výhodné používat směsi těchto termoplastů s vosky, jako například s polyetylénovými vosky, popřípadě jejich anoxidáty a/nebo kaučuk.

Jako nadouvadla se používají snadno těkavé organické látky jako butan, heptan, fluorchloruhlovodíky, chlorované uhlovodíky nebo jejich směsi a/nebo pevné organické nebo anorganické látky, jtúco směsi jednosytných nebo dvojsytných organických kyselin s uhličitany řady alkalických kovů nebo kovů alkalických zemin. S výhodou se na ekviva.ent hmotnosti organické kyseliny používá 1,5 až 15 molů, s výhodou 2 až 6 molů hydrouhliČitanu, popřípadě 0,8 až 7,5 molu, s výhodou 1 až 3 moly uhličitanu.

Jako přísady se používají nukleační prostředky, pevná nadouvadla, barviva, přísady zabraňující vznícení, stabilizátory, plniva, antistatika, zesilovací materiály, kluzné prostředky nebo fungicide.

Nanášení přísad na polymerní vločkovitou matrici se provádí rychlomísiči, čerpacím mísičem, rotačním mísičem nebo dvojkuželovým mísičem. V důsledku velkého měrného povrchu vloček pěny ulpívají přísady dobře a neodpadávají při dopravě. Poměr směsi vloček pěny a přísad se pohybuje meZí 0,5 až 200 hmotnostními díly vloček pěny na 1 hmotnostní díl přísad, s výhodou 1Ó až 100 hmotnostních dílů vloček pěny na 1 hmotnostní díl přísad.

Nutné doby míchání jsou závislé na použitém nosiči a receptuře a pohybují se mezi 0,25 až 60 minutami. Způsobem podle vynálezu se přísady přivádějí v rovnoměrném množství do polymeru. Při dopravě nedochází к žádným ztrátám, je zabráněno usazování přísad ve strojních dílech. Vyráběné pěnové hmoty vykazují zejména rovnoměrný povrch, nedochází к tvorbě děr a bublin.

Vynález bude dále blíže vysvětlen na příkladech provedení.

Příklad 1 mm silná fólie z polyetylénové pěnové hmoty s měrnou hmotností 0,15 g/cnP byla rozdrcena v drtiči na vločky. Vločky pěnové hmoty měly sypnou hmotnost 0,07 g/cm^.

kg vloček pěnové hmoty bylo smícháno v čerpacím mísiči s 225 g kyseliny citrónové a 225 g bikarbonátu sodného. Doba míchání Činila 30 minut. Směs byla přiváděna přes dávkovači váhu do extruderu s dvojitým šnekem. Přes druhou dávkovači váhu byl dávkován rovněž do plnicí nálevky extruderu polyetylénu.

Na 50 kg granulátu polyetylénu bylo dávkováno 5 kg směsi. Plastifikace byla prováděna při teplotách 165 °C a v oblasti relativního snížení tlaku se přes přívodní hrdlo vsřikovala 4 % hmotnostní směsi trichlormonofluormethanu a dichlordifluormethanu v poměru 1:4. V následujících oblastech extruderu bylo do taveniny plastické hmoty zapracováno nadouvadlo. Teplota taveniny plastické hmoty se snížila. Pro lepší homogenizaci se tavenina plastické hmoty dopravovala přes jednošnekové prodloužení do formovací hlavy, která byla vybavena prstencovou tryskou. U výstupu taveniny plastické hmoty z extruderu napěnila hmota účinkem zapracovávaného nadouvadla.

Vznikla hadicová fólie, která byla odtahována přes chladicí hrušku. Chladicím účinkem chladicí hrušky, právě tak jako vzduchu vefukovaného hrdlem do hadice a chladicího vzduchu foukaného na hadicovou fólii zvenčí, se fixovala struktura pěny, Hadicová fólie byla po fixaci struktury pěny nožem rozřezána, rozšířena, ochlazena průchodem chladicího vzduchu a navinuta^ Získaná pěnová fólie se vyznačovala rovnoměrností buněk pěny, průměrem pórů od , 2

0,001 až 0,5 ium a průměrným počtem pórů 50 na mm . Podíl otevřených buněk na povrchu vloček pěny byl 50 Folie se nevyznačovala žádnou tvorbou děr a bublin a měly uzavřený povrch.

Po prosazení 5 tun nebyly ne dávkovačích orgánech a na Šneku žádné usazeniny.

Jestliže byl nukleační prostředek jako obvykle nanesen na granulát a v této formě naóávkovén do extruderu, pak měly tyto pěnové fólie následující vlastnosti t vzhled:

Průměr pórů se pohyboval v rozmezí od 0,1 až do i,0 mm, průměrný počet pórů činil o na mm*’. Povrch nebyl úplně uzavřen. Po prosazení 2C0 kg směsi se usadilo v dopravních cestách přes I00 g nukleačního činidla. Po prosazení 5 tun se objevily usazeniny ve Šneku.

Příklad 2 mm silná polyetylénová pěnová fólie s měrnou hmotností 0,15 g/cm^ byla rozdrcena v d^-tiči na vločk^y. Vločky pěnové hmoty měly sypnou hmo^ost ^0,07 g/cm^. 15 kg v^loček pěnové hmoty te smísilo v čerpacím mísiči se 120 g kyseliny citrónové a 360 g bikarbonátu sodného. Doba míšení Činila 30 minut. Směs byla přiváděna přes dávkovači váhu do extruderu s dvojitým šnekem. Přes druhou dávkovači váhu byl dávkován rovněž do plnicí nálevky extruderu polyetylénový granulát.

Na 50 kg granulátu polyetylénu bylo dávkováno 5 kg směsi. Plastifikace se prováděla při teplotách od 165 °C a v oblasti relativního snížení tlaku se pres přívodní hrdlo vstřikovala 4 % hmoSnostní směsi trcchoommonofluormethanu a dicClsodiflsormetCaou v poměru 1:4. V následujících oblastech extruderu bylo zapracováno do taveniny plastické hmoty nadouvadlo. Teplota taveniny plastické hmoty se snížila. Pro lepší hsmosenOzaci se tavenina plastické hmoty dopravovala přes jedooSoekové prodloužení do formovací hlavy, která byla opatřena prstencovou tryskou.

U výstupu taveniny plastické hmoty z extruderu hmota napěnila účinkem zapracovávaného nadouvadla. Vznikla hadicová fólie,, ·která se odtahovala přes chladicí hrušku. Chladicím . účinkem chladicí hrušky, jakož i hrdlem do · hadice ve^kovaného vzduchu a zvenčí na hadicovou fólii foukaného chladicího vzduchu se fixovala struktura pěny. Hadicová folie byla po fixaci nožem rozřezána, rozšířena, ochlazena cestou chladicího vzduchu a navinuta. Získaná po 2 o ^počtem pórů v^íc^e oe^ž 15 oa mm². ^Podíl otevřenýcli buo^ěk na ^povrc^hu viLo^k ^pěoy je 5⁰ %. ^Folie nevykazovala žádnou tvorbu děr a bublin·a měla uzavřený povrch.

Po prosazení 5 tun nebyly v dávkovačích orgánech a oa šoeku žádné usazeniOy.

Jestliže se nulkleační činidlo nanášelo jako obvykle na granulátu a v této formě dávkovalo do extruderu, mmiy tyto pěnové fólie následující vlastnosti a vzhled: průměr pórů se pohyboval ^v rozm^i^í od ^0,1 do 1,⁰ mm, ·průměrný počet p^rrů číoí^{l 1}5 oa mm². ^povrc^h nebyl úplně uzavřen. Po prosazení 200 kg sm^í^i se v dopravních cestách usadilo přes 100 kg nukleačoího prostředku. Po prosazení 5 tun se objevily usazeniny oe šneku.

Příklad 3 mm siloá pěoová deska, která se skládala z 60 dílů kopolymeru etyléovioylacetátu s obsahem 5 % CmoStιostnícC vioylacetátu a ze 40 dílů polyetylénu a měla specifickou hmot^oost 0^,25 g/^crn^m, byle rozdrcena v ^d^t^iči oa vlo^y. Vločky ^pěoové hmoty měly měrnou hmotoost ^0,1 g/cm\ kg těchto vloček pěoové hmoty bylo smíseno · v rotačním mísiči s 225 g kyseliny citrónové, 225 g ^karbonátu, sodného, 1 050 g kadmiové citrónové žluti a 350 g železí té červeně. Doba míchání činila 30 minut.

Směs byla přiváděna přes dávkovači váhu do extruderu s dvojitým šnekem. Přes druhou dávkovači váhu byla dávkovaná směs složená z granulovaného polyetylénu (40 % hmo0nostních) · a kopolymeru etyléovinylacetátu. s 5 % hmotnos^ími vioylacetátu (60 % hmoSnostoích) do extruderu.

Na 50 kg granulované srnmsi bylo dávkováno 5 kg vloček pěnové hm^oy, oa kterých byly adsorbovány přísady. Zpracování · stó^í^i se provádělo analogicky jako v příkladu 1.

Získaná pěnová fólie nevykazovala žádnou tvorbu děr a bubbio, měla rovnoměrné buňky , 2 s průměrem od 0,005 do· 0,5 mm a průměrný počet pórů 50 oa mm . Podíl · otevřených buněk oa povrchu vloček pěoy byl 90 %. Zbarvení bylo rovnoměrné. Mezi pěnovými fóliemi, vyrobenými ze šesti různých směsí, nebyly zjistitelné vizuálně žádné rozdíly v barevném tónu. V dopravních, jakož i čerpacích zařízeních ani na úsecích extruderu se netvořily žádné usazeniny.

Příklad 4 mm silná pěnová deska, která se skládala ze 60 dílů kopolyméru etylénvinylacetátu s obsahem 5 % hmotnostních vinylacetátu a ze 40 dílů polyetylénu a měla měrnou hmotnost 0,25 g/cm\ se rozdrtila v drtiči na vločky. Vločky pěnové hmoty měly sypnou hmotnost 0,1 g/cm\ kg těchto vloček pěnové hmoty se smísilo v rotačním mísiči se 120 g kyseliny citrónové, 360 g bikarbonátu sodného, 1 050 g kadmiové citrónové žlutí a 450 g železité červeně. Doba míšení činila 30 minut. Směs se přiváděla přes dávkovači váhu do extruderu s dvojitým šnekem* Přes druhou dávkovači váhu se dávkovala směs složená z granulovaného polyethylénu (40 % hmotnostních) a kopolyméru etylénvinylacetátu s 5 % hmotnostními vinylacetátu (60 % hmotnostních) do extruderu.

Na 50 kg granulované směsi se dávkovalo 5 kg vloček pěnové hmoty, na kterých byly adsorbovány přísady. Zpracování směsi v extruderu se provádělo analogicky jako v příkladu 1.

Získané pěnové fólie nevykazovaly tvorbu děr a bublin, měly rovnoměrné buňky pěny s průměrem pod 0,1 mm a průměrný počet pórů nad 50 na mm^{1 2}. Podíl otevřených buněk na povrchu vloček pěny byl 95 Zbarvení bylo rovnoměrné. Mezi pěnovými fóliemi vyrobenými ze šesti různých směsí nebyly vizuálně zjistitelné žádné rozdíly. *

V dopravních a čerpacích zařízeních, jakož i na šnecích extruderu se netvořily žádné usazeniny.

Příklad 5 kg vloček polyetylénové pěny, 5 kg polyetylénového granulátu a 1 500 g bílého pigmentu se smísilo podle příkladu 1. Přídavkem polyetylénového granulátu к barevné směsi se zlepšila dávkovatelnost této směsi. Barevná směs se dávkovala přes dávkovači váhu do extruderu. Přes druhou dávkovači váhu se do extruderu vnášel polyetylénový granulát, na 180 g polyetylénu se dávkovalo 25 g barevné směsi. Použitý extruder měl šnek o průměru 60 mm a délce 25 D. Byl opatřen podávači oblastí, odplyňovací oblastí a dvěma kompresními oblastmi. Prosazení činilo 40 kg/h. Získaný granulát vykazoval bezvadné rozdělení barviv. Při zkoušce na tenké vrstvě nebyly zjištěny žádné aglomeráty pigmentu s průměrem nad 50 mm. Zrna granulátu nevykazovala žádné plynové vměstky.

Podíl otevřených buněk na povrchu vloček pěny byl v tomto případě 80 %.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob zapracování přísad do polymerů, při kterém se směs sestávající z jednoho nebo více termoplastů s potřebnými přísadami, zahřívá na teplotu postačující к jejímu roztavení, popřípadě se do taveniny zavádí nadouvadlo, které se s ní homogenizuje, tavenina se ochladí na teplotu, pri které je popřípadě extrudovatelná jako pěnová hmota, vyznačující se tím, že přísady se adsorbují na polymerní vločkovité matrici z polyetylénu nebo směsi složené z kopolyméru polyetylénu a z. etylénu, popřípadě na směsi z polymerní vločkovité matrice a polymerního granulátu, která má měrnou hmotnost až do 0,6 g/cm^, podíl otevřených buněk pěny 50 nž 95 % a stejné nebo rozdílné složení polymerů, než má základní polymer.

2. Způsob podle bodu 1, vyznaču^jc! se . tím, že se jako přísady používají kyselina citrónová a uhličitan, přičemž se na hmotnnstní ekvivalent organické kyseliny adsorbuje 1,5 až 15 mooů, s výhodou 2 až 6 molů hydroužličitanu, popřípadě 0,8 až 7,5 molu, s výhodou 1 až 3 moly uhličitanu.