NO843304L - Fremgangsmaate for kontinuerlig fremstilling av overrislingsbare og homogene blandinger av plast med tilsatsstoffer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for dispergering av kornformede eller pulverformede faststoffer med væskekomponenter, især for kontinuerlig fremstilling av PVC-Dry-Blend i en vertikal gjennomstrømningsblander med slynge-skiver som roterer på en vertikal aksel.

Oppfinnelsens oppgave består i å frembringe en fremgangsmåte som muliggjør fremstilling av reaksjonvillige og overrislingsbare pulver eller agglomerater, idet kornformede eller støvformede faststoffer blandes og fuktes med væske. Herved skal blandetiden reduseres til få sekunder ved bibehold av blandingens kvalitet for under blandingen å redusere den termiske belastning over tid, til et minimum, da enten fast-stoffdelene og/eller væskekomponentene er ømfintlige mot en lengre termisk belastning.

Ifølge vanlig oppfatning, må ve<*>PVC-varmblandingen, ved "Dry-Blend", en blandetemperatur oppnås som ligger enten under PVC-blandingens plastifiseringsområde, dvs. mellom 85

og 150 grader celcius, avhengig av fremgangsmåten ved bearbeidningen.

For myk PVC tilsettes mykneren fra 50 til 60 grader celcius. For hard PVC oppvarmes plastråstoffet til det blir mykt ellet smelter for deretter, sammen de tilsatte stabilisa-torer og eventuelt fyllstoffer, å agglomisere og å danne et strømbart sinterbart pulver.Ifølge den hittil benyttede teknikk, anvendes for denne bearbeidning maskiner som arbeider trinnvis. Enten langsomt løpende og oppvarmbare båndskruer eller plog-skjærblandere eller hurtigløpende turbcblandere med små kammer-volum hvor en varmblander ofte er kombinert med en etterfølgende kjøleblander for hurtig å avkjøle blandingsmengden. Da tempe-raturstigningen er avhengig av blandingsmengden, av produktets spesifike varme, samt av den pr. tidsenhet innførte energi, og de to første parametre står fast, konsentrer utviklingen seg til stadig å innføre større energi pr tidsenhet i blandingen.

Ved varmblanding eller tørrblanding, dvs. blanding og samtidig oppvarming av PVC til under plastifiseringstemperaturen, dvs. opp til 130 grader celcius, blir alle additiver opprevet, smeltet og absorbert av PVC korn. Produktet ved varmblandingen kalles Dry- Blend. For fremstilling av Dry-Blend ble energi-opptilførsler på 100 til 150kJ/kg betraktet å være nødvendig.

Også andre plastblandinger blir tilberedt på lignende måte.

Det er overraskende nok funnet at det er mulig å oppnå en meget god blandingskvalitet i løpet av få sekunder, også

ved mest mulig skånende bearbeiding med minst mulig energi-tilførsel når de ved romtemperatur, i en gjennomstrømnings-blander, kontinuerlig porsjonerte og med stor hastighet virvlende faststoffer samtidig befuktes med sterkt oppvarmede væskekomponenter.

Det er her hensiktsmessig at væskekomponentene oppvarmes meget hurtig umiddelbart før dispergeringen.

For myk-PVC innsprøytes væskekompontene fordelaktig oppvarmet til 80/200 grader celcius ved hjelp av dyser.

For hard PVC forminskes innførings-spalten mellom husets indre vegg i gjennomløpstrømnings-blanderen og de som rotorer utformede slyngetallerkner på i og for seg kjent måte slik at store energimengder innføres kontinuerlig ! det inntreng-ende materialet. Aditivene smelter i brøkdelen av et sekund, forbinder seg således med de medførte faststofftilsatser, avkjøles igjen og danner et overrislingsbart pulver.

På grunn av den meget korte oppholdstid, er den termiske belastningkiniskfordelaktig kort, prosessen er enkel, kostnadsgunstig og hurtig og gir en meget god blandingskvalitet.

Til begrepet oppholdstid skal følgende anføres. Prinsipielt avhenger resultatet i en gjennomstrømningsblander

i vesentlig grad av tilsatsen av enkeltkomponentene pr. tid-enhet. Jc mer konstant enkeltkomponentene tilføres pr. tid-enhet, jo lettere blir gjennomstrømningsblanderens oppgave. Grensetilfellet med en kontinuerlig gjennomstrømningsblander krever et teoretisk volum nær null, nemlig når doseringen styres så nøyaktig at komponentenes partikler føres sammen enkeltvis. Da dette i praksis ikke er mulig., er blandetider

nødvendig tilsvarende som ved blandere med ladning. Istedet for blandetider er det tale om oppholdstider. Med utgangspunkt i blandekvaliteten søkes oppholdstiden gjort så kort som mulig. Denne korte oppholdstid i blanderommet tillater ingen tilstrekkelig varmetilførsel ved oppvarming av blande-verktøyene og veggene, noe som hittil har vært betraktet som absolutt nødvendig.Likeledes var delenes mekaniske belastning ved blandingen utilstrekkelig.

Alle disse problemer og ulemper løses fordelaktig

ved fremgangsmåten i følge oppfinnelsen ved hjelp av den foreslåtte oppvarmingen av væskekomponentene oppnås lett den nødvendige blandekvalitet. Dersom væskekomponentene reagerer ømfintlig på en kortvarig varmebelastning gjennom-føres oppvarmingen i en momentan virkende gjennomstrømnings-oppvarmingsanordning før innsprøytingen.

Tegningen viser sn innretning for utførelse av den foreslåtte fremgangsmåte eksempelvis og figur 1 viser skjematisk et slikt anlegg, figur 2 viser en blandeanordning 1 anlegget i vertikalsnitt, figur 3 viser et grunnriss av blandeanordningéns hus, figur 4 viser forstørret en rotor delvis i vertikalsnitt, figur 5 viser et riss av rotoren oven-fra og figur 6 viser en variant av figur 1.

For dispergerina av kornformede eller pulverformede faststoffer med væskekomponenter, især for kontinuerlig fremstilling av myk-PVC Dry-Blend, benyttes et anlegg vist på figur 1. Anlegget vist på figur 6 tjener til opparbeiding av overrislingsbare hard-PVC forblandinger.

Det på figur 1 skjematisk viste anlegg har en beholder 2 med en varmemantel og røreverk for opptak av væskekomponentene og er tilkoblet en vertikal gjennomstrømnings-blander 13 med et sylindrisk hus 5, via en ledning 3.

Husets lengde tilsvarer tilnærmet den dobbelte diameter av huset. En beholder2'som kan tilkobles ledningen 3, tjener til opptak av spylevæske for rengjøring av gjennomstrømningsblanderen 13 ved veksling av væskekomponentene.

I ledningen 3 er en doseringspumpe 6, en etteropp-varmingsanordning 37 og en gjennomstrømningsmåler 7 innebygd. Den nevnte ledning 3 er tilkoblet en ringledning 8 som omgir huset 5 og har innsprøytingsdyser 9 som vender ut i husets 5 indre og gjennom hvilke væskekomponentene fra beholderen 2 sprøytes inn i gjennomstrømningsblanderen 13.

En veiebeholder 10 tjener til opptak av faststoffene og har en mateskrue 11 som munner ut i gjennomstrømnings-blanderens 13 hus 5. Mateskruerens 11 uttak befinner seg noe over ringledningen 8 i huset 5. Både beholderen 10 og mateskruen 11 er anordnet på en brovekt 12. Mateskruen 11

drives av reguleringsmotoren M1.

Den vertikalt anordnede gjennomstrømningsblander 1 3

har en aksel 14 som strekker seg vertikalt nedover og er utrustet med to rotorer 15. For drift av akselen 14 tjener en øverst anordnet motor M2.

Den nærmere utforming av gjennomstrømningsblanderen 13 fremgår av fig. 2-5. I gjennomstrømningsblanderen hus 5 er lageret 28 anordnet oppe, hvor akselen 14 er opplaget svømmende. Den øvre ende av akselen 14 som rager ut av huset 5, har en remskive 29 som står i forbindelse med den her ikke viste motor M2 via en drivrem 30. Akselens 14 nedre ende 31 er utformet med mindre diameter og bærer to tett overhverandre anordnede rotorer 15. I rotorenes 15 område er husets 5 vegg 39 glatt utformet og over den øvre rotor 15 er en ringformet innsnevring 32 anordnet, under hvilken 1 til 3 innsprøytnings-dyser 9 for væskekomponentene er anordnet. Hele det sylindriske hus 5 er delt og kan slås opp, idet det henger i en trekantet bæreplate 33 og sammenholdes ved hjelp av klemskruer. Bære-platen 33 hviler på oppleggsklosser 33' og huset 5

holdes ved hjelp av søyler 34 og en svingaksel 35. Til husets 5 stuss 36 kobles mateskruen 11 for tilførsel av ferdigblandet faststoff.

Rotorskivenes 15 utformning er vist på fig. 4 og 5. Disse har radialt fordelte vinger 38. Det kan imidlertid

også benyttes andre eignede?otorformer, idet tangensial-hastigheten er innstillbar fra tre til femti meter pr.sekund.

Ved den beskrevne enkle anordning, av rotorene og det glatte hus oppnås en vesentlig forkortet midlere oppbevarings-tid for produktet mellom rotorene, henoldsvis mellom den nederste rotor og utløpet, til fortrinnsvis to til fem sekunder, slik at en tilklebing hindres med de deler av bland-aggreatet'se>m kommer i berøring med produktet. Det høye akselturtall på fortrinnsvis 2000- 7000 omdreininger pr. minutt og blandeaggreatets konstruktive utforming, muliggjør en strømningsfri, kontinuerlig produksjon av kvalitativt høyt-stående faststoffdispersoner ved minimalt energiforbruk, som kun vil være 0,01 - 0,8 ;-JcWh/kg, Blandesonens aksiale lengde tilsvarer tilnærmet husets 5 diameter i innretningen.

For faststofftilførselen og den tørre faststoffdes-integration kreves en like stor lengde, noe som resulterer i en total lengde for prosessdelen i huset som tilsvarer den dobbelte diameter.

På grunn av den beskrevne opplagring kan akselen utføres svømmende slik at en opplagring av akselen i utløps-enden bortfaller. Dette gir som resultat den ved frem-stillingen av dispersjorter viktige frie og uhindrede ut-strømning fra blandeaggreatet. Produktet kan avgasses umiddelbart etter utløpet fra blandeapparatet ved bruk av vakuum til et fallrør uten varmetilførsel, noe som gir en økonomisk løsning.

Dersom det til blandingen ikke tilføres noen vesentlig andel av en væskekomponent, nemlig at det eksempelvis frem-stilles en overrislingsbar og homogen blanding for hard-PVC, må væskekomponentene frembringes kinematisk av den tilførte additivandel, som avgivelse og smelting ved oppvirvlingen. Den ensartede dispersjon av alle tilsatsstoffer er herved mer kritisk og vanskeligere enn ved fleksible blandinger.

Anlegget i følge fig.6 er tilpasset disse krav. Gjennomstrømmingsblanderen 13 er den samme som på fig.1,

men uten innsprøytingsdysene. Ringer 45 er klemt fast på rotorene 15 for å forminske gjennomstrømningspalten 46 mellom husets vegg 5 og rotoren. Klemringer med ulike tykk-elser står til rådighet slik at spaltebredden kan velges på forhånd.

Variasjonen av skjærspalten og turtallet muliggjør tilpassingen av den innførte energi til de kvalitative krav ved skånende temperatur/tid belastning.

Anvendelseseksempler:

1.Et blandeapparat som beskrevet foran i forbindelse med fig.1, med 100 millimeter diameter i huset, som ved matet ved hjelp av en doseringsstempelpompe for væskekomponentene og en doseringsbånnvekt for faststoffblandingen, ble væskekomponenter med en temperatur på 180 grader celsius og faststoffer ved romtemperatur innført ved et akselturtall i

blandeapparatet på 7000 r/min i konstant drift og 200/300 kg/pr. time dispergert pulver ble kontenuerlig fremstilt og deretter, etter behov, direkte utluftet under

vakuum. Tre innsprøytingsdyser var innsatt og to rotorskiver var anordnet på akselens nedre del. På grunn av den meget korte oppholdstiden ble det tatt hensyn til den forhøyede befuktningshastighet og en uhindret utstrømning av det disper-gerte gods ble muliggjort. 2. I den samme anordning som i det første eksempel bearbeides kontinuerlig en homogen blanding for myk-PVC for kabler.

Til 100 deler suspensjons-PVC med k-verdi 65 som er grovt forblandet med 70 deler malt og overflatebehandlet kalsiumkarbonat som fyllstoff og 4,7 deler trebasisk bly-sulfat som stabilisator, sprøytes en varm væskekomponent inn i virvelkammeret, bestående av en blanding av 41 deler Di-isooctyl-ftaht (DIOP), som mykner og 20 deler klor-parafin med 52% klor som ekstender.

Ved konstant drift oppnås en homogen Dry-Blend som lett kan lagres.

3. Anvendelseseksempel på et anlegg i følge fig.6.

En som foran beskrevet gjennomstrømningsblander med 100 millimeterdiameter i huset ble matet med tre doseringsvekter med PVC, fyllstoff og additiver. Disse tre faststoffandeler ble blandet inntensivt ved virvling og presset gjennom to trange skjærspalter mellom rotor og husets vegg, med en avstand på 0,6mm. Rotorturtallet var 5000 r/min. Delene i den på denne måte fremstilte overrislingsbare og homogene forblanding kom etter en kort midlere oppholdstid ut av den kontinuerlige blander med ca. 95/115 grader celsius. Produktet kunne lagres uten kjøling uten at produktet pakket seg. Produksjonsmengden var 200 kg/pr. time. 4. Som foran ble en hard-PVC plastforblanding for flasker behandlet kontenuerlig i følge etterfølgende prosedyre.

100 deler masse/eller suspensions-PVC (40), med en k-verdi på 50/55, mates via en doseringsvekt (12) kontenuerlig til gjennomstrømningsblanderens (13) innløp. Samtidig tilføres via en ytterligere doseringsvekt en forblanding med 10 deler metylmetakrylat- butadien-styrol-copolymer (MBS) som tilsats for å oppnå slagfasthet, og 1,2 deler tio-dio-oktyl-stannat som stabilisator, samt via en ytterligere doseringsanordning,

1,5 kalsium-stearat som hjelpemiddel for bearbeidningen.

Virkningsgraden for den kinematiske energitilførselen er 60-70% ved hard-PVC, henholdsvis 45-70% ved myk-PVC, når den samtidig benyttede forvarming av mykneren kombineres med en innsnevret skjærspalt.

Eksemplene 2 og 4 baserer på prosesser som er anført i BHL-Compounding Manual, av W.V. Titow et al, utgitt av Buss-Hamilton Ltd. (1979) kapittel CA1,side 6 og CA3 side 3.

Claims (4)

1. Fremgangsmåter for fremstilling av overrislingsbare piastforblandinger ved hjelp av kontinuerlig dispergering av korn - eller pulverformede faststoffer som erø mfintlige for termisk behandling, med væskekomponenter,KA RAKTERISERT VED at faststoffene mates dosert inn ved romtemperatur, oppvirvles i et eneste gjennomløp og fuktes med sterkt oppvarmede væskekomponenter.

2. Fremgangsmåte i følge krav 1, KARAKTERISERT VED at væskekomponentene oppvarmes over kort tid umiddelbart før de sprøytes inn.

3. Fremgangsmåte i følge krav 1, KARAKTERISERT VED at væskekomponentene som er varmet opp til 80-120 grader cexsius, sprøytes inn homogent.

4. Fremgangsmåte i følge krav 1, KARAKTERISERT VED at væskekomponentene utvinnes av en del av faststoffene ved opp-virvling, som sterkt oppvarmet smelte.