CZ9904315A3 - Způsob výroby měkčeného PVC - Google Patents

Abstract

Při způsobu výroby produktů z termoplastického plastu, obsahujícího změkčovadla, zejména změkčeného PVC, pomocí extruderu, se termoplastický plast ve formě prášku, jemnozmného granulátu, suché směsi apod. přivádí přímo do extruderu a v prvním úseku se předehřívá na teplotu 50 až 140 °C, poté se do termoplastického plastového materiálu nastřikuje změkčovadlo, následně se termoplastický plast a j změkčovadlo homogenně mísí, přičemž se směs dále zahřívá prostřednictvím tření a přičemž míchání se provádí tak, že střední doba zdržení materiálu od nástřiku změkčovadla až do 1 dosažení střední teploty materiálu 145 °C je 10 až 120 s, 1 přičemž termoplastický plast zcela pohltí změkčovadlo, potom ,. se homogenní směs z termoplastického plastu a změkčovadla > v extruderu dále zahřívá na teplotu nad 140 °C a přitom se plastifikuje nebo zcela roztaví, potom se směs tvaruje na požadovaný produkt.

Description

Způsob výroby měkčeného PVC

Oblast techniky

Při výrobě produktů z termoplastického plastu obsahujícího změkčovadla, zejména měkčeného PVC, extruzí a/nebo kalandrováním se v praxi PVC-prášek se změkčovadlem a popř. dalšími přísadami zpracovává v kombinovaném teplém a studeném mísici na suchou směs (takzvaný Dry-Blend) nebo při vyšší teplotě na aglomerát. Tato suchá směs nebo aglomerát se může následně zpracovat obvyklým procesem extruze na požadované produkty. Výroba suché směsi se provádí zpravidla při teplotě asi 50 až 100 °C, přičemž změkčovadlo plně vnikne do jednotlivých zrn PVC, takže vzniká suchá směs schopná tečení.

Dosavadní stav techniky

Výroba suché směsi popř. aglomerátů, nezbytného pro extruzí PVC obsahujícího změkčovadla, se provádí téměř výlučně šaržovitě a podmiňuje tak, v důsledku nezbytnosti přídavného kroku způsobu, značné náklady na energii, čas a strojní zařízení.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je poskytnout zjednodušený způsob výroby produktů z termoplastického plastu, zejména změkčeného PVC, pomocí extruderu.

-2• ·

Podle vynálezu je tento úkol vyřešen způsobem se znaky nároku 1, s výhodou ve spojení s jedním nebo více znaky uvedených v závislých nárocích.

Vynález vychází z překvapivého nového poznatku, že je možné změkčovadlo přidávat do PVC-prášku přímo v extruderu, pokud má směs změkčovadlo-PVC v extruderu k dispozici určitý časový úsek, aby před dosažením teploty asi 145 °C mohl© plně vniknout do částic PVC. K tomu stačí podle vynálezu doba 10 až 120 s jako střední doba zdržení materiálu do dosažení teploty tavení asi 145 °C. Tento poznatek byl překvapivý zejména proto, že při obvyklém předmísení .změkčovadla s PVC-prášku v kombinovaném teplém a studeném mísiči (výroba suché směsi) jsou potřebné značně delší doby pro dosažení úplného pohlcení změkčovadla PVC-práškem. Podmínky vyskytující se v extruderu - vysoká teplota, tlak zde panující a vysoká smyková energie přiváděná prostřednictvím tření - zřejmě zvýhodňují pohlcování změkčovadla PVC-práškem.

Teplotám hmoty pod teplotou zeskelnění použitého termoplastického plastu v místě nástřiku změkčovadla je třeba co nejvíce zamezit, neboť při těchto teplotách nenastává dostatečné pohlcování změkčovadla-.

Poměrně krátkých dob pohlcování změkčovadla se podle výhodného provedení vynálezu dosáhne zejména tím, že se změkčovadlo nastřikuje při poměrně vysoké teplotě termoplastického plastu, tedy v některém místě vzdálenějším od podávači oblasti extruderu. S výhodou je střední teplota termoplastického plastu v místě nástřiku změkčovadla asi 90 ·· · » · · ► · · ·

až 120 °C, zvláště výhodně 100 až 110 °C. Nižší teploty mají za následek delší doby pro pohlcení změkčovadla, zatímco při vyšších teplotách může být příliš brzy dosaženo horní hranice přípustné maximální teploty. Ve druhém případě se musí mj . část pláště extruderu v oblasti za místem nástřiku chladit, aby bylo zabráněno předčasnému překročení maximální teploty.

Předehřátí změkčovadla termoplastického plastu v bezpodmínečně nutné, rovněž změkčovadla.

přibližně na teplotu místě nástřiku není sice však zvýhodňuje pohlcování

Dále by se měla směs PVC/změkčovadlo bezprostředně po nástřiku změkčovadla co nej intenzivněji promíchat, například pomocí zvláštních míchacích prvků na šnecích nebo pomocí zvláštní konstrukce extruderu, zejména vytvořeného jako extruder s planetovými válci. Ten je výhodný zejména proto, že rozdělení dob zdržení směsi je zvlášť úzké, tedy všechny částice potřebují do dosažení maximální teploty pro úplné pohlcení změkčovadla, která je asi 145 °C, téměř stejnou dobu zdržení.

Podle zvlášť výhodného provedení vynálezu se část změkčovadla již před extruderem zpracovává s PVC-práškem o sobě známým způsobem na suchou směs, zatímco hlavní podíl změkčovadla se přidává teprve v extruderu. Překvapivě se ukázalo, že již poměrně malá množství změkčovadla, která se přidávají k PVC-prášku před procesem extruze, zkracují dobu pohlcení změkčovadla pro zbytek změkčovadla na zlomek té doby, která je nezbytná pro pohlcení celého množství změkčovadla v extruderu. Pro tuto zvlášť výhodnou variantu • · • ·

způsobu je sice nezbytný navíc mísič pro promísení PVCprášku s dílčím množstvím změkčovadla, ovšem pro výrobu suché směsi stačí na rozdíl od stavu techniky podstatně menší mísič.

Pro tento překvapivý efekt stačí již velmi malá množství, 2 až 5 % hmotn. celkového použitého množství změkčovadla. S výhodou se tedy přidává 2 až 30, zejména 5 až 15 % celkového použitého množství změkčovadla před extruderem, a v souladu s tím 98 až 70 % hmotn., s výhodou 95 až 85 % hmotn., v extruderu.

Nastřikování změkčovadla jako takové není kritické. Je sice možné k tomu použít speciální prstencové rozdělovače, stačí však jednoduché nebo víceré, vedle sebe nebo za sebou uspořádané otvory skrze plášť, extruderu, skrze které se nepřetržitě přičerpává změkčovadlo.

Protože viskozita termoplastického plastu ve značné míře závisí na podílu změkčovadla, mělo by pro zamezení zatuhnutí extruderu být ovládání extruderu upraveno tak, aby se při přerušení přívodu změkčovadla extruder ihned zastavil, nebo byl provozován s menším počtem otáček. Rovněž při odstavování zařízení by měl být přívod změkčovadla odpojen teprve po odpovídající době po odpojení přívodu pevných látek.

Zejména při použití způsobu s předmísením části změkčovadla se lze vrátit k obvyklému dvojitému šnekovému extruderu, takže je při způsobu podle vynálezu možno použít stávající zařízení bez podstatné změny.

·· · ·· ··

Pokud se v tomto popisu jako použitý termoplastický plast uvádí PVC-prášek, je třeba jej chápat jen jako příklad. Vynález je v zásadě vhodný také pro jiné termoplastické plasty, jejichž mikrostruktura je obdobná struktuře PVC, a jejichž schopnost pohlcovat změkčovadlo je založena na obdobných principech. S výhodou se používá S-PVC (suspenzní PVC), jako změkčovadlo je výhodné primární změkčovadlo.

Příklady provedení vynálezu

Pro osvětlení zlepšeného pohlcování změkčovadla při předmísení části změkčovadla byly provedeny následujíc pokusy a srovnávací pokusy 1 až 4: V prvním pokusu, který odpovídá stavu techniky, bylo 3 90 g suché směsi, sestávající z PVC-prášku, stabilizátoru a malého množství plniva (oxidu titaničitého), naplněno do zkušebního hnětače Brabender® (PLÁŠTI-CORDER PL2100), temperovaného na teplotu pláště 88 °C, a hněteno s konstantním počtem otáček 100 ot/min po dobu 5 min. Po uplynutí těchto 5 min bylo přidáno 210 g změkčovadla, a zpočátku ještě vlhká směs byla dále hnětena při konstantním počtu otáček. Pokus byl ukončen celkem po 9 minutách. Po celou dobu trvání pokusu byly zaznamenávány teploty hmoty a průběh otáčivého momentu. -Ve srovnání s tím byla v pokusech 2 až 4 vyšetřována stejná celková vsázka, přičemž však část změkčovadla byla předem zpracována s PVCpráškem na suchou směs.

Vsázky použité při pokusech jsou v následující tabulce uvedeny spolu s výsledky pokusů - dobou sušení a energií přijatou při sušení.

Tabulka 1

	Pokus 1 (diagram 1)	Pokus 2 (diagram 2)	Pokus 3 (diagram 3)	Pokus 4 (diagram 4)
S-PVC-prášek (g)	365,63	365,€3	365,63	365,63
předmísení změkčovadla (DOP) (g)	0,00	91,70	41,79	20,89
směs stabilizátoru	12,77	12,77	12,77	12,77
oxid titaničitý	11,61	11,61	11,61	11,61
předsměs celkem (g)	390,00	481,70	431,79	410,89
přídavek změkčovadla (g)	210,00	118,3	168,21	189,11
celková hmotnost vzorku (g)	600,00	600,00	600,00	600,00
podíl předem přidaného změkčovadla (%)	0 %	44 %	20 %	10 %
doba sušení (s)	108	20	30	32
dissipovaná energie (Nm)	1824	237	328	398

Průběhy kroutivého momentu a teploty, zaznamenané během pokusů, jsou znázorněny v diagramech 1 až 4 (obr. 1-4), přičemž okamžik přidání změkčovadla je označen „B, okamžik maximálního kroutivého momentu „X, okamžik minimálního kroutivého momentu po přidání změkčovadla, definovaný jako suchý bod, je označen „T a konec pokusu „E. Při pokusu 1 (diagram 1 na obr. 1), při kterém bylo celé množství změkčovadla přidáno v pokusném hnětači, je zřejmé, že kroutivý moment po přidání změkčovadla skokem stoupá na hodnotu asi 1,8 Nm, a poté po úplném pohlcení změkčovadla po 108 s klesá na minimální hodnotu asi 1 Nm.

Ve srovnání s tím nastává pohlcení změkčovadla v pokusech 2 až 2 za zlomek této doby, totiž za 20 s v pokusu 2 až 32 s v pokusu 4. Rovněž se výrazně zmenšuje

• ·

-Ί -

energie, přivedená během pohlcování změkčovadla třením, z 1824 Nm na 237 Nm v pokusu 2 popř. 398 Nm v pokusu 5.

Srovnávací příklad (stav techniky)

Ve srovnávacím příkladu se měkčený PVC podle stavu techniky plastifikuje v extruderu jako suchá směs a následně se kalandruje na fólii. K tomu se zpracovává vsázka, sestávající z

Tabulka 2

Složka	Podíl	Množství v mísiči
S-PVC-prášek (g)	61 %	3 05 kg
změkčovadlo DOP (g)	35 %	175 kg
směs stabilizátoru	2 %	10 kg
oxid titaničitý	2 %	10 kg
celkem	100 %	500 kg

na suchou směs následovně: pevné složky se uvedou do mísiče Hentschel s obsahem 500 kg, a asi 2 min homogenizuj i. Teplota činí v tomto okamžiku 60 °C. Za pokračujícího míchání se změkčovadlo přidává kontinuálně jako kapalná složka po dobu 90 s, a zpočátku vlhká směs se dále míchá. Během 8 min po přidání změkčovadla se dosáhne suchého bodu při konečné teplotě 75 °C. Suchá směs se následně vsadí do studeného mísiče, ochladí se na 4 0 °C a uvede se do zásobníku plastifikačního extruderu.

Ochlazená suchá směs se ve druhém pracovním kroku plastifikuje v obvyklém extruderu s planetovými válci s jednošnekovou podávači zónou, délka podávači zóny je 4 D,

-8a navazující částí Plastifikovaná hmota teplotou hmoty 178 °C č tyřvá1covém-F-kalandru s planetovými válci délky 8 opouští plastifikační extruder a bezprostředně poté se tvaruje na těsnící pás tlouštíky 0,8 mm.

D.

s na

Provedení vynálezu

Příklad 1 (podle vynálezu):

Byl vyroben stejný pás z PVC, jako ve srovnávacím příkladu se stejnou vsázkou a na stejných zařízeních, přičemž však jen 10 % hmotn. celkového množství změkčovadla bylo uvedeno do mísíce Hentschel:

Tabulka 3

Složka	Podíl	Množství v mísiči
S-PVC-prášek (g)	89 %	445,3 kg
změkčovadlo DOP (g)	5 %	25,5 kg
směs stabilizátoru	3 %	14,6 kg
oxid titaničitý	3 %	14,6 kg
celkem	100 %	500 kg

Prostřednictvím menšího množství změkčovadla bylo možno v každém cyklu míšení zpracovat asi o 45 % větší množství PVC a přísad. Suchého bodu mísiče Hentschel bylo dosaženo již po 2 min po přidání změkčovadla, teplota suché směsi činila v tomto časovém bodě 65 °C. Takto vyrobená suchá směs s malým podílem změkčovadla byla bezprostředně přivedena do zásobníku extruderu, ochlazení ve studeném mísiči nebylo nutné.

·· • ·

-9·· « »·

Následně byla směs s malým obsahem změkčovadla uvedena stejně jako ve srovnávacím příkladu do extruderu s planetovými válci, technická data viz srovnávací příklad. Bezprostředně na vstupu úseku s planetovými válci byla uspořádána prstencová tryska s celkem 12 po obvodu rozdělenými nastřikovacími otvory a rozdělovacím kanálem. Předem provedenými měřeními bylo zjištěno, že teplota hmoty PVC na tomto místě byla asi 105 °C. Změkčovadlo bylo zahřáto na asi 80 °C a pomocí dávkovacího čerpadla čerpáno do extruderu s planetovými válci. Prostřednictvím pokusů bylo zjištěno, že po proběhnutí vzdálenosti 4 D a dosažení střední teploty 130 °C, při střední době zdržení po přidání změkčovadla 15 s, bylo změkčovadlo zcela pohlceno PVC. V navazující části planetového válcového extruderu byla hmota dále homogenizována a plastifikována, takže plastifikační extruder opouštěla stejně jako ve srovnávacím příkladu s teplotou 178 °C. Následně byla plastifikovaná hmota stejně jako ve srovnávacím příkladu tvarována na čtyřválcovém-F-kalandru na těsnící pás tloušťky 0,8 mm.

Prostřednictvím nastřikování změkčovadla v extruderu bylo možno snížit nezbytnou kapacitu teplého mísiče na méně než 40 % původních hodnot, studený mísič mohl zcela odpadnout. Celková spotřeba energie zařízení přitom mohla být podstatně snížena.

Těsnící pásy, vyrobené ve srovnávacím příkladu a v příkladu 1 podle vynálezu, byly podrobeny mechanickým zkouškám s tím výsledkem, že veškerá fyzikální data byla v rámci přesnosti měření stejná.

·· · • · * · · · ···· . ιθ. ·· · ·· ···» ·· ··

Dále byly pásy testovány pokud jde o ztráty změkČovadla. Za tím účelem byly vzorky pásů vždy po 7,5 h a 13 h při 130 °C vakuu (vakuum olejové vývěvy), a byly určeny ztráty změkČovadla:

Tabulka 4:

Doba	Ztráty změkČovadla srovnávací pokus	Ztráty změkČovadla příklad 1
7,5 h	1,1 %	0,8 %
13 h	1,6 %	1,4 %

Z výsledků měření vyplývá asi o 20 % zlepšená hodnota pro ztráty změkČovadla.

Příklad 2 (podle vynálezu):

Nejprve byla stejně jako v příkladu 1 vyrobena předsměs s malým podílem změkČovadla celkem 10 % hmotn. Tato předsměs byla vložena do dvoušnekového extruderu délky 36 D. Prostřednictvím měření teploty byl nejprve stanoven optimální bod nastřikování změkČovadla 5 D. Teplota hmoty v tomto místě činila asi 100 °C. Změkčovadlo s teplotou rovněž 100 °C bylo nastřikováno jednoduchými otvory skrze plášť pomocí dávkovacího čerpadla. Vybavení šneky bylo, pro optimální promísení za místem nastřikování změkČovadla, optimalizováno prostřednictvím o sobě známých hnětačích prvků. Po střední době zdržení 40 s dosáhla hmota střední teplotu 140 °C, přičemž změkčovadlo bylo zcela pohlceno materiálem z PVC. Návazně byla hmota dále homogenízována a plastifikována na zbývajících částech šnekového zařízení a na válcovacím zařízení se širokou štěrbinou vytvarována na fólii o tloušťce 0,8 mm.

Claims (7)

1. Způsob výroby produktů z termoplastického plastu, obsahujícího změkčovadlo, pomocí extruderu, vyznačující se tím, že se provádí následující kroky:

termoplastický plast se ve formě prášku, jemnozrnného granulátu, suché směsi a pod. přivádí přímo do extruderu a v prvním úseku se předehřívá na teplotu 50 až 140 °C;

do práškového, jemnozrnného, popř. tvořeného granulátem, termoplastického plastového materiálu se při teplotě 50 až 140 °C nastřikuje změkčovadlo; termoplastický plast a změkčovadlo se homogenně mísí, přičemž směs se dále zahřívá prostřednictvím tření, přičemž míchání se provádí tak, že střední doba zdržení materiálu od nástřiku změkčovadla až do dosažení střední teploty materiálu 145 °C je 10 až 120 s, a přičemž termoplastický plast zcela pohltí změkčovadlo;

homogenní směs z termoplastického plastu a změkčovadla se zahřívá na teplotu nad 145 °C a přitom se plastifikuje nebo zcela roztaví;

směs se tvaruje na požadovaný produkt.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že část změkčovadla se zpracovává

-12s termoplastickým plastem na suchou směs před extruderem, a zbytek změkčovadla se přidává v extruderu.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se přidává 2 - až 3 0 % hmotn. změkčovadla před extruderem a 98 až

70 % hmotn. v extrudéru.

V

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se přidává 5 až 15 % hmotn. změkčovadla před extruderem a 95 až 85 % hmotn. v extruderu.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že termoplastickým plastem je PVC a změkčovadlem je primární změkčovadlo.

6. Způsob některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že nastřikování změkčovadla se provádí při teplotě termoplastického plastu 90 až 120 °C, s výhodou 100 až 110 °C.

7. Způsob některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se jako extruderu použije dvoušnekového extruderu.