CS261550B1 - Spůsob výroby vodného latexu z polystyrénového odpadu - Google Patents

Description

2B1SS0 3 .Predmetom vynálezu je spracovanie, od-padového pěnového polystyrénu na vodnýlatex, ktorý sa může použit ako východis-ková surovina na výrobu, napr. disperznýchfilmotvorných náterov, lepidiel a pojidiel.

Vcdné disperzie polymérov nadobúdajúvo svete stále vačší význam, hlavně v iprie-mysle nátěrových hmot a lepidiel, čo saodráža u nás zvýšením ich ročně] produk-ci e o cca 50 % za posledných 10 rokov.Zvýšený záujem o tieto výrobky je spůsobe-ný hlavně ich zdravotnou nezávadnosťou,ako a] možnosťou dosiahnutia zlepšených,resp. úplné nových vlastností nátěrovýchhmot, půjív a lepidiel, oproti klasickým vý-robkom, ktoré sú založené na roztoko-ch po-lymérnej látky v organickom rozpúšťadle.Preto sa v súčasnosti vo svete vyrábajú vod-né disperzie i z takých polymérov, ktoré sanedajú priamo' syntetizovat polymerizáciouvodné] emulzie monoméru, a to buď pria-mou dezintegráciou polyméru v koloidnýchgufových, alebo trojvalcových mlýnech zapřítomnosti vody a emulgátora alebo jehorozpuštěním v organickom rozpúšťadle ne-mieša-telného s vodou, emulgáciou tohotopolymérneho roatoku vo vodě za přítomnos-ti emulgátora mechanickým miešadlom a od-pařením rozpúšťadla z emulzie za vznikuvodné] disperzie polyméru. Druhým spůso-bom sa vyrábajú vcdné disperzie, napr. zpolyizoprénu, polybutadiénu, etylén-propy-lénového kaučuku a niektorých iných poly-mérov.

Pri výrobě podložných misiek zo speňo-vateTnéhO' polystyrénu, ktorý sa v hlavně]miere používá na výrobu různých presnetvarovaných ochranných obalov s výborný-mi tlmiacimi vlastnosťami, vzniká pri ichvýseku z pásu fólie cca 30 % hmot. odpadu.Tento vypěněný odpadový polystyrén po ro-zemletí nemožno však sípracovať recyklizá-ciou, ako sa to bežne robí v plastikářské]technologii, nakoíko- objemové obsahuje cca50-krát viac vzduchu ako polyméru, čo jepříčinou jeho velkého relativného objemu.

Extrémně nízká hustota odpadu (cca 20gramov/dm3) totiž spůsobuje problémy jed-nak v přípravných výrobných operáciáchvýroby polystyrénových misiek, ako je mie-šanie surovin v rotačnej bubnovej miešačkea protiprúdovej vzdušnej sušiarni, tak i vsamotnem extrúdri, čo znemožňuje recykli-záciu i časti pelystyrénnej drtě. (Pri velkokapacitnej výrobě polystyréno-vých misiek sa problém odpadu rieši pomo-cou špeciálneho odplyňovacieho extrúdra,ktorý odděluje nežiadúci vzduch od poly-mérnej taveniny na základe velkého rozdie-lu -viskozity taveniny a vzduchu za pomocivákua. Produktem je nespeňovatelný poly-styrénový granulát, ktorý sa v plnom roz-sahu recykluje. Táto technológia výroby po-lystyrénových misiek si však vyžaduje od-dělené zavádzanie nadúvadla a polystyrénudo extrúdra, čomu odpovedá iný typ výtlač-ného zariadenia s drahým nehořlavým spe- 4 ňovadlom (freon) a komplikovaná tlakovátechnika. Výhodné spracovanie polystyrénového od-padu ponúka předložený vynález, ktoréhopodstata spočívá vo výrobě latexu přidánímvodného roztoku emulgátora do roztoku po-lystyrénu v organickom rozpúšťadle, ktoréje nemiešatelné s vodou a ktorého teplotavaru, resp. teplota varu jeho· azeotropu jenižšia ako teplota varu vody za atmosféric-kého tlaku, pričom vzniká pomocou inten-zívneho- miešania emulzia, majúca vodu akokontinuálnu fázu a roztok polystyrénu akodiskontinuum. Za stálého miešania při zvý-šenej teplotě organické rozpúšťadlo vypr-chá za vzniku latexu, obsahujúceho relativ-né málo častíc nekoloidných rozmerov, kto-rý sa může použit na výrobu disperznýchfilmotvorných náterov, lepidiel alebo poji-diel, pričom odpařené organické rozpúšťa-dlo sa může recyklovat.

Pod pojmem organické rozpúšťadlo poly-styrénu sa rozumie také rozpúšťadlo, ktorésa nemieša s vodou alebo len v zanedba-tel'-nej miere v kvapalnom skupenstvo, majúceteplotu varu nižšiu ako voda za atmosféric-kého tlaku, alebo ktoré tvoří azeotropickúzmes s vodou, ktorej teplota varu je nižšiaako vody za atmosferického tlaku. Rozpúš-ťadlá zahrňujúce napr. C5 až C7 cyklické uh-lovodíky ako cyklohexán, metylcyklohexán,C6 až Cg aromatické uhlovodíky a menejodporúčané halosubstituované Ci až Cs uh-lovodíkové rozpúšťadla a ak je potřebnékombinácie dvoch alebo viacerých organic-kých rozpúšťadiel z vyššie uvedených sku-pin.

Upřednostňované sú také rozpúšťadlá,ktoré majú teplotu varu vyššiu ako voda,avšak ich azeotropické zmesi s vodou majúnižší bod varu ako voda. Toto sa -týká pre-dovšetkým aromatických rozpúšťadiel zahr-ňujúcich toluén, xylén, etylbenzén, kuménatď.

Polystyrénové disperzie sa priemyselnevyrábajú polymerizáciou emulzie styrénu vovodě za přítomnosti iniciátora. Nevýhodoutohto spůsobu je poměrně vysoká cena mc-nomérneho styrénu, ako i zložitosť procesupclymerizácie. Výhodný spůsob výroby polystyrénové]disperzie je popísaný v predloženom pred-mete vynálezu, ktorého podstata spočívá vtom, že k zmesi 30 dielov pěnového poly-styrénu a 85 dielov toluenu za intenzívne-ho miešania po dobu cca 1,5 hodiny pri iz-bovej teplote sa přidá 85 dielov vodnéhoroztoku emulgátorov, ktorý obsahuje 2 až10 % hmot. neúplne zhydrolyzovaného po--lyvinylalkoholu a 0,05 až 3 % hmot. kon-denzátu naftalénsulfónovej kyseliny s for-maldehydom. Z takto pripravenej emulziesa toluén odpaří za íntenzívneho miešaniapri teplote 70 °C za dobu cca 2,5 hodiny.

Predmet vynálezu nie je vo- svojich širších aspektoch závislý na použití určitého vodo-

2 G 1 5 5 O

S rozpustného emulgátora alebo kombinácieemulgátorov. Móže byť praktizovaný niekol'-kými typmi emulgátorov alebo ich kombiná-ciou, ktoré sú používané na emulznú poly-merizáciu niektorých moncmérov, ako sústyrén, vinylchlorid, vinylacetát a iné. E-mulgátory schopné vytvárať stabilně vodnéúisperzie polymérov můžu byt rozdělené nanasledujúce skupiny: a) jeden alebo viac aniónových emulgáto- rov b) jeden alebo 'viac neiónových emulgáto- rov c) kombinácie aniónových a neiónových e- mulgátorcv.

Aniónové a neiónové vodorozpustné emul-gátory obyčajne obsahujú 8 až 22 atómovuhlíka v molekule, za předpokladu, že niesú polymérne. Polymérne koloidné stabili-zátory sa najčastejšie používajú v kombiná-cii s nízkomolekulovými emulgátcrmi. Po-užitie 0,4 až 20 % hmot. emulgačného ma-teriálu vzhl'ad.om na ipolymér, ktorý je roz-puštěný v organickom rczpúšťadle, stačíprakticky vo všetkých iprípadoch, pričom vovačšine pokusov dostačuje 1 až 10 % hmot.emulgátora, pretcže navrhovaný proces vý-roby vodného latexu minimalizuje množ-stvo požadovaného emulgátora.

Aniónové emulgátory zahfňajú, pričomnie sú obmedzené len na alkalické solimastných kyselin ako olejan a stearan sod-ný, tiež aryl-sulfáty, napr. laurylsulfát sod-ný (obch. názov Syntapol L), alkyl-arylsul-fonáty (Abescn Na, Dubarol M 20) a vodo-rozpustné nízkomolekulové emulgátory ma-júce všeobecný vzorec R(OCH2CH2)nOSO3X, kde R je alifatický, aromatický, alifatickoaro-matický alebo cyklický radikál, n je 1 až 9 a X je monovalentný kov alebo amónny ra-dikál (Etoxon EPA, Eton AF-5 — všetky vy-rába. Spolek pro hutní a chemickou výro-bu).

Neiónové emulgátory můžu byť vybranézo skupiny emulgátorov, ktoré predstavujúalkylpolyoxyetylén étery a alkoholy alebopolyetylén étery alebo alkoholy. Patria semhlavně polymérne emulgátory zahřňujúcevodorozpustné polyelektrolyty, vyrobenésynteticky alebo izolované z prírodných ma-teriálov, majúce priemernú molekulovúhmotnost najmenej 10 000 g/mól, ktoré sarelativné l'ahko adsorbujú na medzifázovomrozhraní polymér/voda, napr. polyvinylalko-hol (PVA), metylcelulóza (MC) a póly vin yl-pyrolidón (PVP).

Ukázalo sa, že použitie neúplne zhydro- lyzovaného PVA s obsahom 10 až 20 % mól. 8 acetátových skupin v makromolekule, kto-ré sú usporiadané pravděpodobně blokovo,čím je zvýšená hydrofobita príslušnej častimolekuly a tým i jej možnost adsorpcie napovrchu olejovej fázy, je velmi výhodné.Hydrofilná časť makromolekuly povrchovc--aktívnej látky „vytřča“ volné do vodnej fá-zy, čím vytvára spolu s ostatnými neadsor-bcvanými časťami makromolekulových re-ťazov ochranné obaly polymérnych častícemulzie.

Ochranno-koloidné vlastnosti čiastočneacetylovaných polyvinylalkobolov málo zá-visia od molekulovej hmotnosti v rozmedzí11 000 až 69 000, pričom nejstabilnejšie dis-perzie dáv,a cca 6 %-ný roztok polymeru vovodě. Podobným koloidným systémom je iemulzia roztoku PS v toluéne/vcda v pred-mete vynálezu, nakolko je tiež v podstatěstabilizovaná polyvinylalkoholom (SloviolR 16, CHZWP Nováky), ktoréhO' stupeň hyd-rolýzy je 88 až 90 % a jeho molekulováhmotaosť je 30 000 až 40 000- g/mól.

Polyvinylalkohol vytvára s niektorýimi a-niónovými a neiónovými tenzidmi komple-xy, ktoré zlepšujú jeho ochranno-koloidnévlastnosti, napr. při syntéze polyvinylace-tátu sa používá PVA spolu s polyoxyetylé-nom — (10) — nonylfenyléterom a dode-eylbenzénsulfonátom sodným, ako aj so sod-nými solami sulfáíovaných mastných alko-holov, čo umožňuje zmenšeme koncentráciepolymérnej PAL přibližné na polovicu.

Velmi dobré adsorpčné a dispergačnévlastnosti má i kondenzát naftalénsulfóno-vej kyseliny s formaldehydom (KortamolNNO — Spolek pro hutní a chemickou vý-robu], čo sa potvrdilo v predmete vynálezutým, že sa znížilo emulgačné množstvo PVAaž na Vi, čím sa jednak podstatné zmenšilastabilita ako· aj množstvo pěny vznikajúcejpri odpařovaní toluénu z emulzie, ktorá brz-dí intenzitu odparovania organického roz-púšťadla, pričom sa tiež ulahčil přechodemulzie z typu V/O na typ O/V následkemzmenšenin jej viskozity a tým i zlepšeniadezintegrácie olejovej fázy emulzie. Opti-málny hmotnostný poměr PS : PVA : Korta-molu NNO v predmete vynálezu je 1 200 :: 80 : 1.

Predmet vynálezu je doložený príkladompraktického prevedenia, ktorým sa však je-ho rozsah nijako neobmedzuje. Uvedené die-ly a percentá predstavujú hmotnostně jed-notky. Příklad 100 dielov 30 %-ného roztoku polystyré-nu v toluéne sa vleje do emulgačnej a od-parovacej baňky a za stálého miešania sapřidá 20 dielov 5 %-ného roztoku polyvinyl-alkoholu vo vodě. Po 15 minutách intenzív-neho miešania sa přidá 10 dielov obyčajnejvody a po 30 minutách celkového miešaniadalších 10 dielov vody. Viskózna emulzia

Claims (1)

1. Ί 8 2S1550 typu V/0 sa nechá miešať Vá hodiny, pri-čom dochádza k je] zahriatiu na přibližné50 °C, čo vedie k jej inverzii ku konců 45--minútovej doby celkového miešania za vzni-ku jemnej smotanovitej emulzie typu O/V.Táto sa dalej nechá miešať dalších 30 mi-nút s 20 dielmi 5 °/o-ným polyvinylalkoho-lom a s 5 dielmi 0,5 %-ného vodného roz-toku kondenzátu naftalénsulfónovej kyseli-ny s formaldehydom. Po přidaní poslednej časti vody — 20 die-lov — dochádza k výraznému zníženiu vis-kozity emulzie za súčasného prudkého ná-rastu oibrátok míešadla, ktoré musia byťzredukované, aby sa predišlo nežiadúcemurozstrekovaniu emulzie pc· stěnách nádoby.Z takto pripravenej emulzie roztoku PS vtoluéne/vode možno vypudit organické roz-púšťadlo zvýšením teploty na 70 °C a uve-dením do činnosti vonkajšieho vodného o-hrevu banky ako aj chladenia aparatúry po-čas cca '2,5 hodiny za stálého chodu mieša-dla. Produktom je 40 až 45 %-ný polystyréno-vý latex, ktorý je stály voči koagulácii nie-kolko mesiacov. Množstvo' skoagulovanéhopolystyrénu zachyteného na miešadle alebona stěnách baňky je menšie ako 1 %. Množ-stvo skondenzovaného toluenu je 85 až 95percent z povodného množstva, čo znamená,že výsledná polystyrénová disperzia je čias-točne zmakčená organickým rozpúšťadlom.Disperziu třeba uchovávat’ v uzavretých ná-dobách na zamedzenie vytvárania škralupuna hladenie latexu. Výrobná aparatúra na realizáciu předmě-tu vynálezu by mala byť priehladná, tedazhotovená zo skla, nakolko třeba vizuálněsledovať jednak proces emulgácie roztokuPS v toluéne do vody miešadlom, ako ajmiešanie emulzie pri odpařovaní organické-ho rozpúšťadla v destilačnej aparatuře. E-mulgácia ako aj odparovanie toluénu sa vy-koná v upevnenej gulovitej baňke s mieša-dlom s plynulou reguláciou obrátok rotora,ktorá je ďalej opatřená vonkajším vodnýmohrevom, teplomeroim a vstupným a výstup-ným otvorom. Varná nádoba je napojená na prietokovývodný chladič a uzavretú kondenzačnú ná-dobu, v ktorej sa zhromažďuje skondenzo- váné organické rozpúšťadlo ako aj fázovooddělená voda pochádzajúca jednak z azeo-tropickej zmesi ako aj z emulzie. Jej množ-stvo závisí, pravda, od požadovaného stup-ňa koncentrácie konečného polystyrénovéholatexu. Zjednotenie procesu emulgácie a odparo-vania do jednej aparatúry má výhodu jed-nak v tom, že zabraňuje úniku toluénu dookolia pri emulgácii, ako aj v toím, že od-straňuje zbytkový koagulát polyméru usade-ný na stěnách baňky, ktorý vzniká pri vy-pudzovaní toluénu z emulzie pri zvýšenejteplote, kedy je koloidný systém vystavenývysokému mechanickému a teplotnému na-máhaniu. Výhodou předloženého sposobu výrobypolystyrénového latexu je výhodné spraco-vanie druhotnej suroviny — pěnového po-lystyrénového odpadu, ktorý sa ináč nedáspracovať. Dalej navrhovaný postup je po-měrně jednoduchý v porovnaní s polymeri-záciou styrénu, vdaka niektorým výhodnýmvlastnostiam polystyrénovej drtě. Je to pre-dovšetkým poměrně nízká molekulová hmot-nost polystyrénu v rozmedzí 180 000 až200 000 g/mól, ktorá dává relativné nízko-viskózne roztoky polyméru v organlckomrozpúšťadle, napr. roztok o koncentrácii 20až 30 % hmot. polystyrénu má viskozitu vrozmedzí 250 až 1100 mPas, čo je podmien-kou pře použitý dispergačný systém, t. j.rýchlomiešadlo. V případe vyšších viskozít polystyrénové-ho roztoku je nutné použit koloidný mlýnalebo homogenizátor, ktoré sa používajúpri emulgácii organickej fázy majúcej vis-kozitu až do 10 OOO mPas. Tieto zariadeniasú však drahé a majú relativné nízku vý-konnost, pričom dávajú homogénnu disper-zitu častíc, čo spósobuje rýchly nárast vis-kozity výslednej disperzie pri relativné níz-kom obsahu neprchavej fázy. Použitie pěnového polyméru má výhoduv tom, že sa pri normálnej teplote úplnérozpustí v organickom rozpúšťadle počascca 10 minut miešania. V případe tuhéhopolystyrénu je táto doba mnohokrát dlhšia,čo je spósobené zrejme daleko menším sty-kovým povrchom medzi fázami. PREDMET Sposob výroby vodného latexu z pěnové-ho polystyrénového odpadu sa vyznačujetým, že sa k homogénnemu roztoku pozo-stávajúcemu z 30 dielov hmot. polystyrénua 85 dielov hmot. toluénu za intenzívnehomiešania po dobu 1,5 hodiny pri izbovej-teplotě, přidá 85 dielov hmot. vodného roz- ynalezu toku emulgátorov, obsahujúceho 2 až 10 %hmot. neúplne zhydrolyzovaného polyvinyl-alkoholu a 0,05 až 3 % hmot. kondenzátunaftalénsulfónovej kyseliny s formaldehy-dom a z takto vzniknutej emulzie sa toluénodpaří za stálého miešania pri teplote 70 dCpo dobu 2,5 hodiny. Severojjrafia, n. p. závod 7, Most Cena 2,40 Kís