CS262221B1 - Způsob stabilizace lineárního polyetylénu a (jeho kopolytnerů s propylenem a 1-butenem pevnými stahilizátary a zařízená k prováděná tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

'Způsob stabilizace lineárního polyetylénu a jeho kapolymerů s .propylenem a 1-b.utenem pevnými stabilizátory spočívá v· tom, že se v časovém úseku 1 až 20 minut připrav! dískontinuálně předsměs práškového polyetylénu a pevného stabilizátoru o koncentraci '1 až 20 % hmot. stabilizátoru a táto předsměs se potom dávkuje před granulacj do proudu práškového polyetylénu v .hmotnostním poměru 1 : 2 až 1 : TDD. .Zařízení k provádění způsobu sestává z dávkovačích jednotek,, přičemž na jednu z dávkovačích jednotek je napojena jednotka pro .přípravu předsměsi polyetylénového prášku a .stabilizátoru, která zahrnuje váhu s podavačem polyetylénového prášku a mísič pro přípravu uvedené předsměsi a mísič je napojen na zásobník uvedenépředsměsi.

Description

Vynález se týká způsobu stabilizace lineárního polyetylénu a jeho kopolymerů s propylenem a 1-butenem pevnými stabilizátory, který zajišťuje homogenní obsah stabilizační slotžky ve výsledném polymeru, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Komerčně vyráběný polyetylén se dodává na trh většinou ve formě granulí, obsahujících vedle základního polymeru též určitá množství přísad, zejména stabilizátorů a případně dalších aditiv. Koncentrace stabilizátorů se obvykle pohybuje v rozmezí od přibližně 0,01 % hmot. do přibližně 0,2 % hmot. Stabilizátory jsou buď kapalné, nebo pevné sypké látky, které polymeru poskytují zpracovatelskou a dodatečnou stabilitu vůči oxidaci, případně proti UV záření. Pevné stabilizátory se do polymerního prášku přidávají zásadně předtím, než se polymer roztaví ve vyhřívaném mixéru nebo extrudéru granulační linky. Pro přidávání pevných stabilizátorů do práškového polymeru se používají v zásadě dva způsoby. První spočívá v kontinuálním dávkování daného stabilizátoru přímo do proudu polymeru nebo do násypky mixéru nebo extrudéru granulační linky v žádaném poměru k polymernímu prášku a druhý způsob spočívá v nanášení stabilizátoru na částečně netavené částice polymerního prášku ve vysokootáčkových mísičích. Nevýhodou prvního způsobu je nízká homogenita zapracování stabilizátoru do polymeru, která je daná malým hmotnostním poměrem stabilizátoru a polymerního prášku, pohybujícím se obvykle od přibližně 1 : 10 000 do přibližně 1 : 500. Nevýhodou druhého způsobu je vysoká energetická náročnost a vysoké pořizovací náklady.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se ze základního polymerního prášku a daného typu pevného stabilizátoru připraví v časovém intervalu 1 až 20 minut na diskontinuálním mísiči v podstatě homogenní předsměs o koncentraci 1 až 20 % hiraot. stabilizátoru a tato předsměs se potom dávkuje oddělenou dávkovači jednotkou přímo do proudu polymerního prášku nebo do násypky mixéru nebo extrudéru granulační linky v hmotnostním poměru 1 :

: 2 až 1:100 vzhledem k polymernímu prášku, přičemž poměr dávkovaných množství předsměsi stabilizátoru a polymerního prášku závisí na koncentraci předsměsi a na požadovaném výsledném obsahu stabilizátoru v granulátu.

Podstata zařízení pro stabilizaci polyetylénu a jeho kopolymerů práškovými pevnými stabilizátory spočívá v tom, že sestává z dávkovačích jednotek, přičemž na jednu z dávkovačích jednotek je napojena jednotka pro přípravu předsměsi stabilizátoru s polymrr· ním práškem, která zahrnuje váhu s podavačem polyetylénového prášku a mísič pro přípravu předsměsi polyetylénového prášku a pevného stabilizátoru a mísič je napojen na zásobník uvedené předsměsi. Zařízení dále obsahuje příslušné armatury a ovládací a regulační členy. Nejvýhodnějším typem podavače je buď šnekový, nebo rotační podavač, nejvýhodnějším typem mísiče je pásový mísič se dvěmi protiběžnými šroubovicemi, nejvýhodnějšími typy dávkovačů jsou kontinuální šnekové dávkovače s automatickou regulací dávkovaného množství.

Výhodou postupu a zařízení podle vynálezu je možnost dosažení v podstatě rovnoměrného obsahu pevných stabilizátorů ve výsledném granulátu lineárního polyetylénu a jeho kopolymerů s propylenem a 1-butenem. Dalšími výhodami jsou malá energetická náročnost, nízké investiční náklady, flexibilita a aplikovatelost na v podstatě všechny' postupy výroby polyetylénu, při kterých se poloprodukt lineárního polyetylénu získává ve formě prášku.

Vynález je ilustrován obrázkem 1. Obrázky 2 a 3 ilustrují zlepšenou termooxidační stabilitu polyetylénu stabilizovaného způsobem podle vynálezu; podrobně budou vysvětleny v příkladu 3.

Na obrázku 1 je popsáno zařízení k provádění způsobu podle vynálezu. Současně je šrafovaně vyznačeno zařízení podle dosavadního stavu techniky, sestávající z dávkovačích jednotek polymerního prášku 8, na které jsou napojeny zásobníky prášku 2 a z dávkovače stabilizátoru 11, přičemž separátní proudy prášku z dávkovačích jednotek 8 a stabilizátoru z dávkovači jednotky 11 jsou vedeny do násypky 9 vyhřívaného mixéru 10.

Zařízení podle vynálezu popsané na obrázku 1 sestává ze šnekového podavače 3, průtočné váhy 4, mísiče 5 se vstupním otvorem 12 a spodním výstupním zařízením 13, zásobníku předsměsi 6, dávkovačích jednotek předsměsi 7 a polymerního prášku 8 a příslušných armatur. Polymerni prášek se odebírá ze zásobníku 1 a šnekovým podavačem 3 se nadávkuje do průtočné váhy 4 požadované množství prášku. Navážené množství prášku se přepustí do diskontlnuálního mísiče 5, do kterého se zároveň přidá vstupním otvorem 12 předem odvážené množství pevného stabilizátoru. Po pronášení polymerního prášku se stabilizátorem se vzniklá předsměs přepustí otevřením spodní výpusti mísiče 13 do zásobníku předsměsi B. Dávkovači jednotka 7 slouží pro dávkování předsměsi, dávkovači jednotky 8 dávkují polymerni prášek, případně regranulát, ze zásobníků 2. Polymerni prášek z dávkovačích jednotek 8 a předsměs z dávkovači jednotky 7 jsou zaváděny v příslušném hmotnostním poměru do násypky 9 vyhřívaného mixéru 10, ikide dochází !k roztavení směsi a k následné granulaci v granulačním extrudéru.

Na obrázku 2 je zachycena závislost indexu toku na době zdržení v plastometru u polyetylénu stabilizovaného podle dosavadního stavu techniky a na obrázku 3 je za282221 chycena stejná závislost pro polyetylén stabilizovaný způsobem podle vynálezu.

Příklad 1

V tomto příkladu je dokumentován rovnoměrnější obsah stabilizátoru v granulátu lineárního polyetylénu při použití způsobu a zařízení podle vynálezu oproti způsobu podle dosavadního stavu techniky. Jako práškový polyetylén byl použit kopolymér etylénu s 1-butenem o Indexu toku (190% 21,2 N), 0,10 g/1'0 min. a o hustotě 0,952 g. . cm'³; jako pevný stabilizátor byl použit tetraklsj metylén-3- (3\5‘-diterc.butyl-4‘-hydroxyfenylpropionát) ] -metan.

Cílová koncentrace stabilizátoru ve výsledném granulátu byla 0,20 % hmot.

Výsledky jsou shrnuty v tabulce 1. Způsob stabilizace A uvedený v této tabulce znamená způsob podle dosavadního stavu techniky spočívající v přímém dávkováni stabilizátoru do proudu polymerníbo prášku v hmotnostním poměru 6 'kg stabilizátoru/2 094 kilogramů prášku. Způsob stabilizace B znamená způsob podle vynálezu, kdy byla nejprve připravena předsměs polyetylénového prášku o koncentraci 2 % hmot. stabilizátoru a tato předsměs byla potom dávkována do proudu polyetylénového, prášku v hmotnostním poměru 300 kg předsměsi/ /2 700 kg polymeru. V obou .případech byla výsledná směs práškového polyetylénu a stabilizátoru granulovaná, přičemž byly odebírány v 1 hod. intervalech vzorky výsledného produktu a ve vzorcích byl stanovován obsah stabilizátoru iC spektroskopií při 1 740 cm^-1.

Způsob stabilizace A Způsob stabilizace B

Z výsledků vyplývá, že při použití způsobu stabilizace a zařízení podle vynálezu se dosahuje výrazně lepší homogenity obsahu stabilizátoru ve výsledném produktu.

Příklad 2

V tomto příkladu bylo postupováno stejně jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že polymerem byl homopolymer etylénu o indexu

Tabulka l

Obsah stabilizátoru, % hmot.

0,12 0,20 0,33 0,04 0,15 0,11

0,22 0,18 0,19 0,20 0,18 0,21 toku 6,0 g/10 min. a o hustotě 0,962 g. cm^-3, ve způsobu stabilizace podle dosavadního stavu techniky byl poměr dávkování pevného stabilizátoru a polymernlho prášku 0,45 kg/3 OOO kg a ve způsobu stabilizace podle vynálezu byla připravena předsměs o koncentrací 1 °/o hmot. stabilizátoru, která byla dávkována v hmotnostním poměru 450 kilogramů předsměsi/2 550 kg polymerního prášku. Výsledky jsou shrnuty v tabulce Z.

Způsob stabilizace A Způsob stabilizace B

Tabulka .2

Obsah stabilizátoru, % hmot.

0,005 0,30 stopy 0,012 0,001 0,025

0,011 0,018 0,017 0,015 0,013 0,0.16

Z výsledků je opět zřejmé, že i v tomto koncentračním rozmezí, kdy cílový obsah stabilizátoru byl 0,015 °/o hmot., je homogenita obsahu pevného stabilizátoru ve výsledném produktu mnohem lepší při použití způsobu stabilizace podle vynálezu.

Příklad 3

V tomto příkladu se dokumentuje vyšší termooxidační stabilita granulátu lineárního polyetylénu stabilizovaného Způsobem podle vynálezu. Pro účely srovnání byly vzaty dva vzorky polyetylénu připraveného podle příkladu 1, Vzorek A byl připraven způsobem A podle příkladu 1 a vzorek B byl připraven způsobem B podle příkladu 1. Oba vzorky navíc obsahovaly přibližně 0,20 proč. hmot. kapalného stabilizátoru trisnonylfenylfosfitu, který byl dávkován v provedení tohoto příkladu pomocí zubového čerpadla do vstupu vyhřívaného mixéru granulační linky.

Termooxidační stabilita obou vzorků byla stanovována na základě měření indexu toku při teplotách 190 °C a 230 °C v závislosti na době zdržení v plastometru. Byl použit standardní plastometr, postup stanovení byl v souladu s ČSN 640 861, přičemž doba zdržení se pohybovala od 3 do 30 minut. Výsledky jsou zachyceny v obrázcích 2 a 3. Obrázek 2 znázorňuje křivky závislosti, indexu toku při teplotách 190 °C a 230 °C na době zdržení v plastometru pro granulát A stabilizovaný způsobem podle dosavadního stavu techniky (postup A v příkladu 1), zatímco obrázek 3 představuje stejnou závislost pro granulát B stabilizovaný způsobem podle vynálezu (postup B v příkladu 1).

7:

Z obrázků 2 a 3 vyplývá, že při teplotě 190 °C je hodnota indexu toku u obou vzorků prakticky nezávislá na době zdržení v plastpmetru v daném časovém úseku. Naproti tomu při teplotě 230 °C, která zhruba odpovídá praktickým zpracovatelským teplotám např. při výrobě fólií, je u vzorku A pozorován silný pokles indexu toku s dobou zdržení až do zhruba 15 minut, daný síťováním polyetylénu vlivem oxidace, následovaný vzrůstem této hodnoty vlivem probíhajících destrukčních reakcí. U vzorku B, stabilizovaného způsobem podle vynálezu (obrázek 3) je křivka závislosti indexu toku 230 °C na době zdržení výrazně plošší, což znamená, že vliv síťovacích a destrukčních reakcí byl u tohoto vzorku eliminován díky lepšímu rozptýlení stabilizátoru ve hmotě.

Příklad 4

V tomto příkladu bude dokumentován příznivý vliv lepšího rozptýlení pevného stabilizátoru při použití způsobu podle vynálezu na zpracovatelnost lineárního polyetylénu.

Granuláty A a B podle příkladu 3 byly zpracovány na vytlačovacím stroji pro výrobu tubulární rozfukované fólie (0 šneku 30 mm, kruhová vytlačovací hlava 45 x 0,45 milimetru) při teplotě taveniny zhruba 230 stupňů Celsia a výkonu zhruba 5 kg/h. Při rozfukovacím poměru 1 : 2,5 a tloušťce fólie 30 mikrometrů byl vizuálně hodnocen vzhled fólie a při jednosměrné orientaci fólie na tloušťku 10 mikrometrů byl zaznamenáván počet děr za jednu hodinu (postup používaný pro hodnocení fóliových materiálů). Výsledky jsou shrnuty v tabulce 3.

Vzorek

Tabulka 3 vizuální hodnocení fólie počet děr/1 hod.

A nehomogenní struktura 8

B čistá fólie 0

Z výsledků uvedených v tabulce vyplývá, že homogenní rozptýlení pevného stabilizátoru u vzorku B stabilizovaného podle vynálezu mělo pozitivní vliv jak na zpracovapRedmEt

Claims (2)

1. Způsob stabilizace lineárního polyetylénu a jeho kopolymerů s propylenem a 1-butenem pevnými stabilizátory vyznačující se tím, že se diskontinuálně připraví předsměs práškového polyetylénu s pevným stabilizátorem o koncentraci 1 až 20 % hmotnostních stabilizátoru v časovém intervalu 1 až 20 minut a tato předsměs se před granulací polyetylénu dávkuje do proudu práškového) polyetylénu ve hmotnostním poměru 1 : 2 až 1 : 100.

telnost, hodnocenou počtem děr při zkoušce orientovatelnosti, tak na vizuální vlastnosti fólie.

vynalezu

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1 vyznačující se tím, že sestává z dávkovačích jednotek (7, 8), přičemž na jednu z dávkovačích jednotek (7) je napojena jednotka pro přípravu předsměsi práškového polyetylénu a pevného stabilizátoru, která zahrnuje váhu (4j s podavačem polyetylénového prášku (3j a mísič (5j, který je napojen na zásobník (6) uvedené předsměsi.

2 listy výkresů

OBRÁZEK 2