FI63434C - Foerfarande foer framstaellning av sot/termoplast-koncentrat med hoeg sothalt - Google Patents

Description

r.i KUULUTUSJULKAISU c 1 A 1 A

Wa w utlAgg n I n essKKi ft 634 34 C (45) Fa tc.ilti isyön-ictty ID Ob 1903 Fatent ieddelat (51) Kv.ik.Va.1 C 08 J 3/20 // C 08 K 3/04, B 29 B 1 /04 C 09 B 67/00 SUOMI-FINLAND (21) PaMnnlhalumu· — AftaramMiniitg l6U6/7^ (22) HtkamlipVvt—Αη·<Μ(ηΙηρ4·| 29-05.7^ (23) Alkupllvt—GiM|hMd«g 29.05.7** (41) Tullut tulkituksi — Bllvk offsntMg 30.12.7** _ ' (44) NUrtiviksIpanon ia kuuLHilkalsun pvm. — _0

Patent· och regiataratyreleen 1 ; AmekM iitkfd och κιΧμμ puMcarad 28.02.83 (32)(33)(31) Pyydetty »tuoiksui—Bujird prlorltet 29.06.73

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2333079-2 Toteennäytetty-Styrkt (7l) Degussa Aktiengesellschaft, Weissfrauenstrasse 9, 6000 Frankfurt 1,

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Claus Richard Engel, Bruhl, Heinz Linke, Grossaubeim, Lothar Rothbuhr, Hermulheim, Werner Sroka, Bruhl, Jes Vogt, Furtvangen, Hermann Westlinning, Kleinostheim, Saksan Liittotasavalta-Forbundsrepubliken Tyskland(DE) (7*0 Oy Kolster Ab' (5*0 Menetelmä suuren nokipitoisuuden omaavien noki/kestomuovikonsentraattien valmistamiseksi - Förfarande för framställning av sot/termoplast-koncent-rat med hög sothalt

Pigmenttipitoisten muoviesineiden valmistuksessa käytetään kasvavassa määrin pigmentti/muovi-konsentraatteja, jotka valmistaja värittömällä muovilla laimentamalla saattaa haluttuun käyttö-väkevyyteen .

Käytännössä käytetään kestomuovia ja pigmenttiä olevien kon-sentraattien valmistukseen epäjatkuvasti toimivia vaivauskoneita, esim. sisäsekoittimia ja jatkuvatoimisia vaivauskoneita. Keksinnön mukaisessa menetelmässä pigmentti/muovi-konsentraattien valmistus tapahtuu jatkuvatoimisen vaivausmenetelmän mukaisesti.

Tässä menetelmälajissa on tähänmennessä saatettu kestomuovinen polymeeri pitkänomaisessa kaukalossa vaivausenergian tai lisäläm-mön avulla pehmenemispisteeseensä, pigmentti lisätty myötävirtaan ja dispergoitu sen kulkiessa vaivaustilan kautta.

Polyeteenin ja muiden muovien lisääntynyt käyttö putkia, kaapeleita jne. varten on tuonut mukanaan stabilointivaikeuden fotokemiallista hajaantumista vastaan. Noen lisääminen mainit- 2 6 3 4 3 4 tuihin polymeereihin estää huomattavasti fotokemiallista hajaantumista; nokea tarvitaan tämän lisäksi vielä eri polymeerien väri-pigmentointiin.

Näistä syistä valmistetaan huomattavia määriä noki/muovi-konsentraatteja. Koska esimerkiksi valmistajien täytyy antaa nokipitoisille muoviputkille pitkäaikaisia takuita, ei näissä putkissa saa esiintyä lainkaan virhekohtia. Tämän vuoksi tarvitaan koestuksia, jotka osoittavat, että lisättäessä noki/muovi-konsen-traatteja värittömiin perusaineisiin muodostuu vain minimaalinen määrä dispergoitumatonta aineosaa.

Tämän nokikonsentraateille asetetun hyvän noen jakautumisen ja hyvän sekoittuvuuden peruspolymeeriin käsittävän vaatimuksen lisäksi esiintyy käytännössä vielä toinen vaatimus. Tämä vaatimus kohdistuu mahdollisimman suureen nokipitoisuuteen kuljetusten taloudellisuuden ja pienten varastointikustannusten saavuttamiseksi.

Molemmat mainitut vaatimukset ovat tavanomaisia jatkuvatoimisia vaivauskoneita käytettäessä toisilleen vastakkaisia.

Kokeissa nokea ja korkeapainepolyeteeniä sisältävien konsen-traattien jatkuvaksi valmistamiseksi on osoittautunut, että edellämainittuja laitteita käytettäessä ei taloudellisesti mielekkäissä sekoituksissa voida ylittää noin 35% olevia nokipitoisuuksia. Suurempia nokimääriä käytettäessä ei noki sekoitu täydellisesti polymeeriin; tämän seurauksena on noen jakautumisen suhteen puutteellinen konsentraatti epätyydyttävine dispergointiominaisuuksi-neen ja häiriöalttius laitteistossa noen sisääntulokohdassa esiintyvien tukkeutumien vaikutuksesta.

Keksinnön mukainen menetelmä suuren nokipitoisuuden omaavien noki/kestomuovi-konsentraattien valmistamiseksi jatkuvatoimisessa kierukkavaivaimessa poistaa nämä vaikeudet ja saadaan laadullisesti moitteettomia noki/kestomuovirikasteita, jotka sisältävät jopa 50% hienojakoista nokea.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että muoviin lisätään nokea kierukkavaivaimessa vähintään kahdessa kulkusuunnassa peräkkäin olevassa kohdassa.

Keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa toteutuksessa muovi ja osa noesta syötetään yhdessä ensimmäisessä lisäyskohdassa.

Yksittäisten noensyöttökohtien edullinen etäisyys toisistaan riippuu luonnollisesti käytetyn vaivauskoneen laadusta ja käyte- 3 63434 tyistä lähtöaineista. Näiden etäisyyksien suositeltavaksi alueeksi on 2-6 kertainen kierukan läpimitta, edullisesti 3-5 kertainen kierukanläpimitta, osoittautunut parhaaksi.

Keksintöä esitellään seuraavassa suoritusesimerkkien avulla noki/polyeteeni-konsentraattien (esimerkit 1a-1c ja 4a-4b), noki/ polypropyleenikonsentraattien (esimerkit 2a-2c) ja noki/polystyree-nikonsentraattien (esimerkit 3a-3c) valmistamiseksi, jolloin esimerkit 1a-4a ovat vertailuesimerkkejä tekniikan nykyisen tason mukaan.

Esimerkki 1a

Jatkuvatoimiessa kierukkavaivaimessa (pituus 2,2 m, läpimitta 20 cm), varustettuna kiinteillä vaivaushampailla ja akselilla, johon on kiinnitetty kierukkasiipiä, suoritettiin kokeet nokipitoisten polyeteenikonsentraattien valmistamiseksi. Edellämainitun tapainen, jatkuvatoiminen kierukkavaivain käsittää yleensä sisäänsyötön käsiteltävää pigmenttiä (esim. nokea) varten. Pigmentin sisäänsyöttö on järjestetty polymeerisyöttökohdan jälkeen kulkusuunnassa. Tällöin huolehditaan polyeteenin pehmenemisestä ulkoisen lämmityksen tai vaivauslämmön avulla ennen pigmentin lisäämistä pehmenneeseen poly-meerimassaan.

Kierukkavaivainta käytettiin ensin alkuperäiseen tarkoitukseen. Tällöin oli polymeerin syöttökohta noin 100 cm ennen pigmentin (noen) syöttökohtaa. Valmistettiin konsentraatti, joka sisälsi 30% nokea Corax P ja 60% korkeapainepolyeteeniä Lupolen 1800 S.

Corax P on uuninokea, jonka luonteenomaiset ominaisuudet ovat seuraavat: jodiadsorptio ASTM D 1510 - 60 mukaan 148 mg/g DBP-luku ASTM D 2414 - 65 mukaan 1,15 ml/g elektronimikroskooppinen osasten läpimitta 19 nm irtotiheys DIN 53 194 380 g/1.

Lupolen 1800 S on korkeapainepolyeteeni, jonka tärkeimmät ominaisuudet ovat seuraavat: MFI (190/2) =17-22 tiheys = 0,918 - 0,920 g/ml.

Polymeerinä käytettiin 280 kg Lupolen 1800 S'ää, johon lisättiin virtaussuunnassa 100 cm:n päässä 120 kg Corax P'tä. Kierukka-vaivaimen kierrosluku oli 100 kierr./min. Suuremmitta vaikeuksitta voitiin valmistaa nokikonsentraatti, joka sisälsi 30% Corax P'tä.

63434

Saadun tuotteen laatu määritettiin laimentamalla konsentraatti 2%:in nokipitoisuuteen, valmistamalla mikrotomileikkeet ja laskemalla dispergoitumaton osuus. Dispergoitumattomien pigmenttipitoisten osuuksien suuruus ja lukumäärä ovat laadun mitta: suurin dispergoitumaton osanen 80 7um 2 ' laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkuu- pintaa kohti 10 dispergoitumattomien osien keskimääräinen koko 19,7 um

Samoissa käyttöolosuhteissa yritettiin valmistaa 40%:in noki-pitoisuuden omaava konsentraatti. Tällöin yritettiin käsitellä 240 kg Lupolen 1800 S'ää ja 160 kg Corax P'tä, kuten edellä on esitetty. Muutamien minuuttien kuluttua osoittautui kuitenkin, että muuten tarkoin samoissa olosuhteissa ei suurempaa nokiosuutta voitu saada sekoittumaan polymeerin kanssa ja aiheutui tukkeutumisia noen syöttökohdassa.

Esimerkki 1b

Esimerkissä 1a esitettyjen vaikeuksien voittamiseksi valmistettaessa 40% noki/polyeteenikonsentraatteja muutettiin samassa jatkuvatoimisessa kierukkavaivaimessa pigmenttin syöttöä (noen lisäystä) seuraavasti:

Noen lisäys jaettiin kahteen osaan, jolloin toinen osa lisättiin vasta 100 cm:n päässä kulkusuunnassa. Valmistettaessa 40%

Corax P/Lupolen 1800 C-seosta sijoitettiin polymeerisyöttökohtaan 240 kg Lupolen 1800 S'ää ja 50 kg Corax P'tä, 100 cm:n päähän kulkusuunnassa lisättiin 110 kg:n suuruinen Corax P'n loppuosa jatkuvatoimiseen kierukkavaivaimeen. Kierrosluku oli 100 kierr./min. Hämmästyttävästi voitiin tällä menettelyllä valmistaa voimakkaasti nokipitoinen muovikonsentraatti ilman edellämainittuja vaikeuksia.

Laatututkimuksissa saatiin tuotteelle seuraavat koearvot: suurin dispergoitumaton osanen 80 ,um 2 ' laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkauspintaa kohti 14 dispergoitumattomien osien keskimääräinen koko 19,2 ^um

Samaa menettelyä käyttäen kuin esimerkissä 1b koetettiin valmistaa 50%:in nokipitoisuuden omaava konsentraatti. Tällöin koetettiin syöttää 200 kg Lupolen 1800 S'ää ja 70 kg Corax P'tä polymeerin syöttökohtaan ja 130 kg Corax P'tä 100 cm:n päähän kulkusuunnassa. Lyhyen ajan kuluttua osoittautui, että samoissa käyttö- 63434 olosuhteissa ei polymeeriin saatu sekoittumaan suurempaa nokimää-rää. Myös tällöin tapahtui tukkeutumista pigmentin syöttökohdassa (noen lisäys 2).

Esimerkki 1c

Esimerkissä 1b mainittujen vaikeuksien poistamiseksi valmistettaessa 50% Corax P/Lupolen 1800 S - konsentraattia tapahtui noen lisäys tällä äärimmäisen suurella nokipitoisuudella nyt kolmessa kohdassa.

180 kg Lupolen 1800 S'ää ja 40 kg Corax P'ä lisättiin polymeerin syöttökohtaan; 100 cm:n päässä kulkusuunnassa lisättiin 70 kg Corax P'tä ja vielä 100 cm:n päässä kulkusuunnassa edelleen 70 kg Corax P'tä. Kierrosluku oli 100 kierr./min. Tällä työtavalla ei edes erittäin suurilla nokipitoisuuksilla muodostunut tukkeutumia, noki sekoittui ilman vaikeuksia polymeeriin.

Koestettaessa nokikonsentraatin laatua aikaisemmin esitetyn menettelyn mukaisesti saatiin seuraavat koetulokset: suurin dispergoitumaton osanen 30 ,um 2 ' laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkauspintaa kohti 6 dispergoitumattomien osasten keksimääräinen koko 17,7^um

Esimerkki 2a

Esimerkissä 1a tarkemmin esitetyn kierukkavaivaimen avulla valmistettiin tavanomaisesti noki/muovi-konsentraatti polypropy-leenista ja helmitetystä Printex'istä.

Helmitetty Printex on korkealuokkaista kaasunokea, jonka ominaisuudet ovat seuraavat: 2 BET-pinta-ala 100 m /g DBP-luku ASTM 2414-65 mukaan 1,8 ml/g elektronimikroskooppinen osasläpimitta 25 nm irtotiheys DIN 53 194 400 ml/g

Hostalen PPN 1060 on polypropyleeni, jonka sulamisindeksi (230/5) on 6-8. Vaivaimeen syötettiin nokea 100 cm:n päähän kulkusuunnassa polymeerin syötöstä. Vaivaimen kierrosluku oli 100 kierr./ min, kokonaislisäys 400 kg/h. Tällöin voitiin muodostaa 30%:in noki-pitoisuuden omaava konsentraatti.

63434 6

Koestusarvot olivat: suurin dispergoitumaton osanen 70 .um 2 ' laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkuuspintaa kohti 122 dispergoitumattomien osasten keskimääräinen suuruus 25,7yum

Suurempia nokipitoisuuksia ei alkuperäisellä laitteistolla ja käytetyillä lähtöaineilla Printex helmitetty ja Hostalen PPN voitu saavuttaa.

Esimerkki 2b

Suurempien nokipitoisuuksien saamiseksi esimerkissä 2a esitettyihin noki/muovi-konsentraatteihin jaettiin noen lisäys kahteen osaan, jolloin ensimmäinen osa (noin 50% kokonaismäärästä) annosteltiin polymeerin syöttökohtaan ja loppuosa 100 cm:n päähän siitä virtaussuunnassa. Tällä tavalla oli ilman muuta mahdollista nostaa nokipitoisuus 40%:iin. Vaivaimen kierrosluku oli 100 kierr./min, kokonaislisäys 400 kg/h.

Valmistetusta tuotteesta määritettiin seuraavat koestusarvot: suurin dispergoitumaton osanen 60.um 2 laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkuupintaa kohti 54 dispergoitumattomien osien keskimääräinen koko 25,4yUm

Paitsi tosiasiaa, että vain jaetun noenlisäyksen avulla on mahdollista valmistaa 40%:inen Printex-Hostalen PPN-seos, on huomattava konsentraatin laadun paraneminen, joka erikoisen selvästi ilmenee laskettujen osasten lukumäärän perusteella.

Esimerkki 3a Tähänasti esitetyt esimerkit ovat käsitelleet polyolefiini-massoja. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan kuitenkin käyttää edullisesti myös muille kestomuoveille. Jos esitetyn kierukkavat-kaimen avulla valmistettiin nokikonsentraatteja helmistetystä Corax L'stä ja polystyreenistä.

Corax L on uuninokea, jonka erikoisominaisuudet ovat seuraavat: jodiadsorptio ASTM D 1510-60 mukaisesti 160 mg/g DBP-luku ASTM D 2414-65 mukaisesti 1,10 ml/g elektronimikroskooppinen osasläpimitta 23 nm irtotiheys 410 g/1 7 63434

Polymeerinä käytettiin Vestyron N'ää, joka on sulamisindeksin (200/3) 3,6 omaava polystyreeni. Vaivainta käytettiin kierrosluvulla 100 kierr./min ja kokonaissyötöllä 500 kg/h. Käytettäessä jakamatonta noen lisäystä onnistui 30% nokea sisältävän noki/muovi-kon-sentraatin valmistus seuraavin mittaustuloksin: suurin dispergoitumaton osanen 40 ,um 2 laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkuupintaa kohti 15 dispergoitumattornien osien keskimääräinen koko 21,0^um

Suurempia nokipitoisuuksia ei tällä työmenettelyllä voitu valmistaa.

Esimerkki 3b

Samoja esimerkissä 3a esitettyjä raaka-aineita käyttäen oli mahdollista jakamalla noen syöttö kohteen syöttökohtaan .(polymeerin syöttö + 100 cm:n päähän siitä virtaussuunnassa) sitävastoin ilman vaikeuksia valmistaa 45% noki/muovi-konsentraatteja. Kierrosluku oli 90 kierr./min. kokonaislisäys 400 kg/h.

Valmistetulle tuotteelle saatiin seuraavat mittausarvot: suurin dispergoitumaton osanen 40yum 2 ' laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkuupintaa kohti 10 dispergoitumattomien osien keskimääräinen koko 17,0^um

Esimerkki 4a

Paitsi esimerkeissä 1a-3b käytetyn rakenteen omaavaa jatkuvatoimista kierukkavaivainta tunnetaan toisenkin rakenteen omaavaa kierrukkavaivain. Tässä toisessa rakennetavassa kiertyy kaksi vierekkäin olevaa kierukkaa toistensa lomitse kahdessa yhdensuuntaisessa porauksessa. Poraukset peittävät osittain toistensa niin, että muodostuu kahdeksikkomainen kulmikas ontelo kierukkoja varten kierukkasylinteriin. Erääseen tämän rakennetavan omaavaan kierukka-vaivaimeen syötettiin kierukan alussa olevaan ensimmäiseen vaivai-men kotelon aukkoon 130 kg/h korkeapainepolyeteeniä Lupolen 1810 H. Tämän polymeerin arvot ovat: MFI (190/2,16) = 1,2 - 1,7 g/10 min.

tiheys * 0,917 - 0,919 g/ml

Toiseen vaivaimen aukkoon, joka sijaitsi 48 cm:n päässä polymeerin syöttökohdasta, annosteltiin korkeintaan 32 kg/h edellä esitettyä 8 63434 nokea Corax P. Muodostui noki/muovi-konsentraatti, jonka nokipi-toisuus oli 19 paino-% ja jonka tunnusarvot olivat seuraavat: suurin dispergoitumaton osanen 60,um 2 ' laskettujen osasten lukumäärä 2 cm :n leikkuupintaa kohti 43 dispergoitumattomien osien keskimääräinen koko 38^um

Koetettaessa lisätä enemmän nokea täyttösuppiloon, kuin ilmoitetut arvot vastaavat, täyttyi täyttösuppilo ja valui ylitse.

Esimerkki 4b Käytettäessä esimerkissä 4a esitettyjä raaka-aineita voitiin noki-pitoisuutta nostaa vain siten, että noin 1 m:n etäisyydelle ensimmäisestä noen syöttökohdasta kulkusuunnassa asennettiin toinen noen syöttökohta. Tällä toimenpiteellä oli mahdollista poly-meerilisäyksen ollessa 138 kg/h lisätä ensimmäisessä noen syöttö-kohdassa 32 kg/h ja toisessa noen syöttökohdassa lisäksi 50 kg nokea. Tällöin voitiin kokonaislisäysten ollessa 220 kg/h valmistaa noki/muovi-konsentraatti, jonka nokipitoisuus oli 37 paino-% ja jonka tunnusarvot olivat seuraavat: suurin dispergoitumaton osanen 60 .um 2 ' laskettujen osasten lukumäärä 2 cm leikuupintaa kohti 47 dispergoitumattomien osien keskimääräinen koko 30^um

Edellä esitetyistä esimerkeistä käy selville, että suuriväke-vyyksisten noki/muovi-konsentraattien valmistus kohtaa sitä suurempia vaikeuksia, mitä suurempi nokipitoisuus (pigmenttipitoisuus) tähän konsentraattiin halutaan. Suuret nokipitoisuudet ovat kuitenkin varastoinnin ja kuljetuksen vuoksi toivottavia. Tavanomaiset työtavat lisättäessä nokea esipehmennettyyn muovimassaan eivät johda kuitenkaan tulokseen. Tämän vaikeuden yksinkertainen ja ammattimiehelle yllättävä ratkaisu voidaan kuitenkin saavuttaa, jos nokea lisätään useissa toisistaan esillään olevissa kohdissa jatkuvatoimiseen vaivaimeen. Tarvittavan vaivaustilan estämiseksi tulemasta liian pitkäksi voidaan ensimmäisenä lisäyskohtana käyttää tavanomaisen vaivauskoneen polymeerin lisäyskohtaa. Uuden työtavan suurena etuna on odotettavissa, että lisäyskohtien lukumäärän kasvaessa ja nokipitoisuuden samanaikaisesti kasvaessa noen jakautuminen yllättävästi paranee edelleen niin, että mittauksissa voidaan havaita harvempia ja pienempiä dispergoitumattornia osia.

63434

Keksinnön mukaisen menetelmän varsinainen sisältö ei, kuten esimerkit 4a-4b osoittavat, rajoitu jatkuvatoimisiin yksikierukka-vaivaimiin. Usein voidaan menetelmää käyttää yhtä edullisesti muissa jatkuvatoimisissa kierukkavaivaimissa, joihin kuuluu kaksi tai useamia kierukoita tai muissa jatkuvatoimisissa vaivaavissa laitteissa tarvittaessa vastaavien lisäyskohtien asentamisen jälkeen .

Keksinnön idea ja sen käytännöllinen toteutus eivät myöskään ole rajoitetut esimerkeissä esitettyihin noki- ja muovityyppeihin. Usein voidaan käytännöllisesti katsoen käsitellä kaikkia tavanomaisia kestomuoveja ja nokia esitetyn menetelmän mukaan suuriväkevyyk-sisten noki/muovi-konsentraattien saamiseksi.