CZ2007846A3

CZ2007846A3 - Zpusob výroby lehcených výrobku z polyolefinu a lehcené perlicky takto vyrobené

Info

Publication number: CZ2007846A3
Application number: CZ20070846A
Authority: CZ
Inventors: Hala@Miroslav; Krátký@Ondrej; Kimmer@Dušan; Dudák@Tomáš; Dudák@Zdenek
Original assignee: Spur A. S.
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-06-10
Also published as: CZ306024B6

Abstract

Zpusob výroby lehcených výrobku z polyolefinu se zjemnenou strukturou s vyšší hustotou bunek a se zvýšenou odolností vuci kolapsu pri nižších teplotách zrání spocívá ve vytlacování príslušného polymerního materiálu, pri nemž se do jeho taveniny dávkuje kapalné nadouvadlo. Ve výrobne i ekologicky optimalizovaném procesu extruzního lehcení se nadouvadlo tvorené smesí plynu obsahující oxid uhlicitý a/nebo alespon jeden uhlovodík C.sub.3.n. až C.sub.6.n. dávkuje do polymerní taveniny s tlakem 9 až 20 MPa ve dvou podílech, pricemž první podíl, tvorený oxidem uhlicitým nebo uhlovodíkem C.sub.3.n. až C.sub.4.n. v množství 0,3 až 8 % hmotn. vztaženo na hmotnost smesi polymerní taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce v míste 1, s osovou vzdáleností od otvoru násypky 3/12 až 6/12 délky šneku, resp. šneku a druhý podíl, tvorený alespon jedním z uhlovodíku C.sub.3.n. až C.sub.6.n. v množství 3 až 14 % hmotn. vztaženo na hmotnost smesi polymerní taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce vytlacovacího stroje v míste 2, s osou vzdáleností od otvoru násypky 4/12 až 8/12 délky šneku, resp. šneku s tím, že minimální osová vzdálenost dávkovacích míst 1 až 2 je 1/12 délky šneku, resp. šneku.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby lehčených útvarů z polyolefinů, zejména pak pásů, tubulámích útvarů nebo perliček se zjemněnou strukturou s vyšší hustotou cel a se zvýšenou odolností vůči kolapsu při nižších teplotách zrání.

Dosavadní stav techniky

Předmětem Evropského patentu &. 0588321 je např. proces přípravy lehčených perliček z propylenových polymerů spočívající ve vytlačování propylenového polymeru o pevnosti taveniny od 5 do 40 cN v přítomnosti nadouvadla. K přípravě lehčených perliček se používají vytlačovací stroje v technologii vytlačování běžně používané, včetně vytlačovacích strojů jednošnekových. Dávkování nadouvadla není ale vynálezem nijak podrobněji specifikováno, resp. optimalizováno ani z hlediska režimu ani z hlediska složení.

Z hlediska režimu dávkování nadouvadla se v popisu uvádí pouze velmi obecná formulace: nadouvadlo se s výhodou vstřikuje do roztavené masy polymeru uvnitř vytlačovacího stroje, a to v části stroje za místem, ve kterém se polymer zavádí do vytlačovacího stroje, ve vzdálenosti od vytlačovací hlavy dostatečně velké, aby se tuhý polymer stačil roztavit na homogenní masu. V místě zavedení nadouvadla do vytlačovacího stroje se teplota pohybuje s výhodou v rozmezí 125 až 250 °C. Teplota na výstupu z vytlačovacího stroje vybaveného hubicí s kruhovými otvory o příslušném průměru je optimální k nadouvání polymeru a pohybuje se s výhodou od 125 do 180 °C. Množství nadouvadla vstřikovaného do polymerní taveniny je s výhodou 1 až 30 hmotnostních procent polymeru.

Také z hlediska složení (druhu) nadouvadla je uvedena pouze obecná skutečnost, že použitím plynných nebo kapalných nadouvadel s bodem varu nižším než 25 °C, jako je například vzduch, dusík, oxid uhličitý, chlordifluormetan, dichlordifluormetan, butan, propan and izobutan, lze vyrobit lehčené perličky, jejichž buněčná struktura při teplotě okolí a tlaku nezkolabuje, a to ani během dlouhodobého skladování.

^uve^^en^° j^e zřejmé, ^ze způsob výroby lehčených útvarů podle Evropského patentuj 0588321 není z hlediska použití nadouvadel nijak optimalizován z výrobního ani ekologického hlediska.

Určité zlepšený ,v tomto směni, je možno spatřovat u řešení podle japonských patentových přihlášek (2003291196 á. 200329266^, kde se jako nadouvadlo používá oxid uhličitý. V dalším řešení, dle japonského patentu(7276472 se jako nadouvadla při extruzním lehčení polypropylenu uvádějí alternativně anorganické plyny (dusík a oxid uhličitý) a uhlovodíky, v řešení dle EP 0570221 pak směs oxidu uhličitého a uhlovodíku. V žádném z těchto spisů není ale optimalizován poměr jednotlivých plynů ani režim dávkování nadouvadla. jpj

V tomto směru jde nejdále řešení dle japonského patentu/7207056, kde se jako nadouvadlo pro extruzní lehčení polyolefinů uvádí směs 5 až 22 % hmot. 1,1-difluoretanu a 78 až 95 % hmot, oxidu uhličitého. Výsledné směsné nadouvadlo je dávkováno do taveniny polymeru ve vytlačovacím stroji jednorázově, v množství 10 až 35 hmot, dílů na 100 hmot, dílů polyolefinu. Je zřejmé, že zde již lze hovořit o určité snaze po optimalizaci složení • ·

• 4

Φ

Φ « «4

4

ΦΦ nadouvadla sledující kompromis mezi optimalizací z výrobního hlediska a optimalizací z hlediska ekologického. Ani zde ale není tato optimalizace dovedena do důsledku - např, z pohledu použití fluorovaného uhlovodíku, resp. absence řešeni optimálního technologického režimu dávkování nadouvadla.

Podstata vynálezu

Ke komplexnějšímu řešení výše uvedeného problému do značné míry přispívá způsob výroby lehčených útvarů z polyolefinů, zejména pak pásů, tubulámích útvarů nebo perliček se zjemněnou strukturou s vyšší hustotou cel a se zvýšenou odolností vůči kolapsu při nižších teplotách zrání na bázi polyolefinických homopolymerů, kopolymerů, směsí polymerů podle vynálezu. Tento způsob je, obdobně jako řešení stávající, principielně založen na vytlačování příslušného polymerního materiálu, při němž se do jeho taveniny dávkuje kapalné nadouvadlo. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ve výrobně i ekologicky optimalizovaném procesu extruzního lehčení se nadouvadlo tvořené směsí plynů obsahující oxid uhličitý a/nebo alespoň jeden uhlovodík C3 až C6 dávkuje do polymemi taveniny s tlakem 9 až 20 MPa ve dvou podílech. Při tom první podíl, tvořený oxidem uhličitým nebo uhlovodíkem C3 až C4 v množství 0,3 až 8 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemi taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce v místě 1 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 3/12 až 6/12 délky šneku, resp. šneků a druhý podíl, tvořený alespoň jedním z uhlovodíků C3 až C6 v množství 3 až 14 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemi taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce vytlačovacího stroje v místě 2 s osovou vzdáleností od otvoru

	* 9 9 · ·	99
• · • *	• ·· · •	•9 9 · * * • · · ·	9 · 9 ·
• ·	9	• ft · · ·	9 9 9
9 ·	9 ·	9 9 * *	9
9 9 99	9 · ♦ ·	999«·	3* —

násypky 4/12 až 8/12 délky šneku, resp. šneků; minimální osová vzdálenost dávkovačích míst a 2 je 1/12 délky šneku, resp. šneků.

Jak již bylo naznačeno způsob výroby lehčených útvarů zpolyolefinů podle vynálezu je optimalizován jednak z výrobního a jednak z ekologického hlediska. Při fyzikálním lehčení polymeru je, jak vyplývá i z drive citovaného Evropského patentu č. 0588321, rozhodující vlastností pro kvalitu pěny, pevnost taveniny obsahující nadouvadlo. S rostoucím obsahem nadouvadla tato pevnost taveniny klesá a tím je také méně snadné dosáhnout pěny s kvalitní celulámí strukturou. Při použití optimalizované směsi nadouvadel, kde je jejich množství sníženo, je také snížen vliv na pevnost polymerní taveniny, tím je dosaženo vhodnějších podmínek pro výrobu kvalitní pěny s celulámí strukturou s dostatečnou jemností cel. Vyrobené lehčené útvary jsou pak charakteristické svojí zjemněnou strukturou s vyšší hustotou cel a se zvýšenou odolností vůči kolapsu při nižších teplotách zrání.

Z ekologického hlediska spočívá optimalizace jednak ve snížení celkového dávkování nadouvadel a jednak v minimalizaci jejich indexu GWP (potenciál globálního oteplování), což je bezrozměrná veličina vyjadřující schopnost plynu způsobovat skleníkový efekt, vztaženou k oxidu uhličitému (GWP = 1). GWP nabývá hodnot od setin jednotky až po několik tisíc u některých freonů. (Vliv, který má skleníkový plyn na radiační bilanci je založen na jeho schopnosti absorbovat sluneční záření a na jeho životnosti v ovzduší Země. Index GWP, který umožňuje srovnání mezi účinky různých skleníkových plynů, měří celkovou energii absorbovanou lkg uvolněného plynu za stanovené období. CO2 má GWP 1,0. Mezinárodní skupina pro klimatické změny uvádí jako typickou nejistotu ± 35 % vztaženo ke GWP u CO2. Je to pojem, který se dá obtížně použít na plyny s krátkodobou životností a na plyny, které reagují mezi sebou navzájem.)

V modifikaci způsobu podle vynálezu na výrobu lehčených perliček následuje s výhodou bezprostředně za výstupem z lehčicí hlavy vytlačovacího stroje granulace, při níž jsou zasucha oddělené perličky unášeny proudem vzduchu nebo vody, ve kterém dojde k ukončení jejich růstu, tvarové stabilizaci a vytvoření nelepivého povrchu.

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží následující příklady provedení.

Lehčené perličky vyrobené tímto způsobem výroby mají sypnou hmotnost od 9 do 45 g/1 a vykazují jemnější strukturu danou hustotou cel od 20 000 do 50 000 cel/cm³ a tedy zlepšené fyzikálně mechanické vlastnosti částicové pěny, připravené lisováním těchto perliček.

·· ·*·· • · ·	• · · Φ ·	··
·· » * · · A · · ·	• · « ·
• Φ · • · · ·	» · · · · • · ·.-·**	Φ.··*-' ♦
• · · · · ··		4*

Příklady

Příklad č. 0.1 (srovnávací)

Polymer: Polyetylén LDPE

Aditiva: nukleační činidlo mastek, antikolapsní činidlo

Nadouvadlo: a) n-butan od 12 do 20 hm.% pro pásy

b) n-butan od 6 do 12 hm.% pro trubice

c) n-butan od 12 do 22 hm.% pro perličky

Standardní teplotní podmínky pro polyetylén, na lehčí hlavě. Na 1 kg polymemí taveniny je třeba cca 120g nadouvadla (n-butanu) s GWP (globál warming potential) indexem 11.

Příklad č. 0.2 (srovnávací)

Polymer: Polypropylen HMS

Aditiva: nukleační činidlo mastek, antikolapsní činidlo

Nadouvadlo: a) n-butan od 12 do 20 hm.% pro pásy

b) n-butan od 6 do 12 hm,% pro trubice

c) n-butan od 12 do 22 hm.% pro perličky

Standardní teplotní podmínky pro polypropylen, na lehčích hlavě. V porovnání s polyetylénem jsou teploty vyšší, stejně jako je vyšší teplota tání PP. Na 1 kg polymemí taveniny je třeba cca 120g nadouvadla (n-butanu) s GWP indexem 11.

Příklad č. 1

Polymer: Polyetylén LDPE, polypropylen HMS Aditiva: nukleační činidlo mastek, antikolapsní činidlo

Nadouvadlo: a) i-butan (5-8 hm.%) + CO₂ (0,5 - 4,0 hm%) pro pásy

b) i-butan (6-12 hm.%) + CO₂ (0,5 - 6,0 hm.%) pro perličky

První podíl nadouvadla, tvořený CO₂ v množství od 0,5 do 4,0 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemí taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce v místě 1 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 3/12 délky šneku, resp. šneků a druhý podíl, tvořený i-butanem v množství od 6 do 12 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemí taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce vytlačovacího stroje vmiste 2 sosovou vzdáleností od otvoru násypky 5/12 délky šneku.

·· ·*··

Na 1 kg polymemí taveniny je třeba cca 8Og nadouvadla (i-butanu) s GWP indexem 11 a cca 40g s GWP 1. Použitím CO2 se výrazně zvýší hustota cel v pěně - tím bude struktura toto·· pěny jemnější a zlepší se fyzikálně mechanické vlastnosti (sníží se teplotní vodivost, zvýší se! í odpor vůči stlačení apod.). Tavenina musí být intenzivněji chlazena, protože se z ní odpařuje ;* , ;

to· toto menší množství butanu, a tím se méně ochlazuje.* •to ·····* •· to· · to ·« to *·

Příklad č. 2....

•to

Polymer: Polyetylén LDPE, polypropylen HMS ··· to Aditiva: nukleační činidlo mastek, antikolapsní činidlo··

Nadouvadlo: a) propan-butan (4 - 7 hm.%) + CO2 (0,5 - 4,0 hm%) pro pásy

b) propan-butan (6 - 9 hm.%) + CO2 (0,5 - 6,0 hm.%) pro perličky

První podíl nadouvadla, tvořený CO2 v množství od 0,5 do 4,0 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemí taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce v místě 1 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 3/12 délky šneku, resp. šneků a druhý podíl, tvořený propan butanem v množství od 6 do 9 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemí taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce vytlačovacího stroje v místě 2 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 6/12 délky šneku.

Na 1 kg polymemí taveniny je třeba cca 60g nadouvadla (n-butanu, propanu) s GWP indexem 11 a cca 40g s G WP 1. Použitím CO2 se výrazně zvýší hustota cel v pěně tím bude struktura pěny jemnější a zlepší se fyzikálně mechanické vlastnosti (sníží se teplotní vodivost, zvýší se odpor vůči stlačení apod.) Tavenina musí být intenzivněji chlazena (ještě více než v příkladě 1), protože se z ní odpařuje menší množství butanu, a tím se méně ochlazuje.

Příklad č. 3

Polymer: Polyetylén LDPE

Aditiva: nukleační činidlo mastek, antikolapsní činidlo

Nadouvadlo:

a) n-butan (5,0 - 8,4 hm.%) a propan (3,4 - 5,6 hm%) pro pásy b) n-butan (2,5 - 5,0 hm.%) a propan (1,7 - 3,4 hm.%) pro trubice c) n-butan (5,0 - 9,3 hm.%) a propan (3,4 - 6,2 hm%) pro perličky

První podíl nadouvadla, tvořený propanem v množství od 3,4 do 5,6 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi poiymerni taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce v místě 1 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 4/12 délky šneku, resp. šneků a druhý podíl, tvořený n-butanem v množství od 5,0 do 8,4 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi poiymerni taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce vytlačovacího stroje v místě 2 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 6/12 délky šneku.

Na 1 kg poiymerni taveniny podle a) je třeba cca 50g nadouvadla (n-butanu) s GWP indexem 11 a cca 34g propanu s GWP 11, tj. 84g GWP s indexem 11. Tavenina musí být intenzivněji chlazena, protože se z ní odpařuje menší množství butanu, a tím se méně ochlazuje.

v« ···· <· ·· • · · * • · ·__* • · _n · ·· A*

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY «··« » · • · • ·· *

1. Způsob výroby lehčených útvarů z polyoiefinů, zejména pak pásů, tubulárních útvarů ·’ I ·· ·· nebo perliček se zjemněnou strukturou s vyšší hustotou cel a se zvýšenou odolností · vůči kolapsu při nižších teplotách zrání na bázi polyolefinických homopolymerů, ;····» · kopolymerů, směsí polymerů, spočívající ve vytlačování příslušného polymerního materiálu, při němž se do jeho taveniny dávkuje kapalné nadouvadlo, vyznačující se « · • « tím, že ve výrobně i ekologicky optimalizovaném procesu extruzního lehčení se ····.

··· * nadouvadlo tvořené směsí plynů obsahující oxid uhličitý a/nebo alespoň jeden *·ί uhlovodík C3 až C6 dávkuje do polymemí taveniny s tlakem 9 až 20 MPa ve dvou podílech, přičemž první podíl, tvořený oxidem uhličitým nebo uhlovodíkem C3 až C4 v množství 0,3 až 8 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemí taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce v místě 1 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 3/12 až 6/12 délky šneku, resp. šneků a druhý podíl, tvořený alespoň jedním z uhlovodíků C3 až C6 v množství 3 až 14 hm. %, vztaženo na hmotnost směsi polymemí taveniny a nadouvadel, je dávkován do pracovního válce vytlačovacího stroje vmístě 2 s osovou vzdáleností od otvoru násypky 4/12 až 8/12 délky šneku, resp. šneků s tím, že minimální osová vzdálenost dávkovačích míst 1 a 2 je 1/12 délky šneku, resp. šneků.
2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že uhlovodíkem C3 je propan a uhlovodíkem C4 je n-butan.
3. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že uhlovodíkem C4 je n-butan.
4. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že uhlovodíkem C4 je iso-butan.
5. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že v režimu výroby lehčených perliček následuje bezprostředně za výstupem z lehčicí hlavy vytlačovacího stroje granulace, při níž jsou zasucha oddělené perličky unášeny proudem vzduchu nebo vody, ve kterém dojde k ukončení jejich růstu, tvarové stabilizaci a vytvoření nelepivého povrchu.
6. Lehčené perličky vyrobené způsobem výroby podle nároků 1 a 5, vyznačující se tím, že mají sypnou hmotnost od 9 do 45 g/1 a vykazují jemnější strukturu danou hustotou cel od 20 000 do 50 000 cel/cm a tedy zlepšené fyzikálně mechanické vlastnosti částicové pěny, připravené lisováním těchto perliček.

··· · « t