PL103328B1 - Sposob wytwarzania wodnych emulsji polialkilo/chlorowcoalkilo,arylo/siloksanow oraz urzadzenie do wytwarzania wodnych emulsji polialkilo/chlorowcoalkilo,arylo/siloksanow - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wod¬ nych emulsji polialkilo (chlorowcoalkilo, arylo) siloksanów oraz urzadzenie do wytwarzania wodnych emulsji polial¬ kilo (chlorowcoalkilo, arylo-)siloksanów.

Emulsje takie stosowane sa jako srodki przeciwprzy- czepne w^przemysle gumowym i tworzyw sztucznych, jako dodatki do wyrobów chemii gospodarczej i kosmetyków.

Znane sa sposoby otrzymywania emulsji wodnych oraz urzadzenia do stosowania do jej wytwarzania na przyklad z takich monografii jak: J. Gilewicz, Emulsje, PWN-War¬ szawa 1957, P. Sherman, Emulsjon Science, Academie Press, Londyn 1968 oraz z wielu opisów patentowych.

Znane sposoby wytwarzania emulsji typu olej w wodzie obejmujace równiez rózne rodzaje olejów silikonowych polegaja na kazdorazowym eksperymentalnym doborze emulgatorów umozliwiajacych dyspergowanie oleju w wo¬ dzie oraz na doborze koloidów ochronnych stabilizujacych otrzymywane emulsje.

Znane sa tez sposoby poprawienia jakosci emulsji olejów silikonowych polegajace na dodawaniu do oleju polarnych rozpuszczalników zblizajacych jego gestosc do gestosci wody.

Sposób otrzymywania emulsji olejów silikonowych po¬ dany na przyklad w opisie patentowym nr 98573 laczy jednoczesnie metode podwyzszania gestosci oleju silikono¬ wego rozpuszczalnikiem z zastosowaniem kombinacji róznych emulgatorów umozliwiajacych zdyspergowanie mieszaniny w wodzie.

Wada tego sposobu jak równiez innych znanych metod emulgowania takich olejów w wodzie jest szybkie rozwar- 2 stwienie sie emulsji w przypadku nawet niewielkiego wzrostu zawartosci lotnych cyklosiloksanów w oleju.

Obecnosc rozpuszczalnika powoduje zagrozenie zatruciem i pozarem dla uzytkownika natryskujacego na przyklad duze formy do wulkanizacji opon, a wrecz uniemozliwia stosowanie takich emulsji w produkcji wyrobów chemii gospodarczej i kosmetyków. Ponadto moga tu byc otrzy¬ mywane tylko emulsje o duzej zawartosci oleju, powyzej 50%. Przy zawartosci oleju ponizej 40% emulsje te sa nietrwale i rozwarstwiaja sie w ciagu kilku godzin.

Równiez istotna wada znanych sposobów otrzymywania emulsji olejów silikonowych jest klopotliwa koniecznosc stosowania róznorodnych kazdorazowo odpowiednio do¬ bieranych kombinacji emulgatorów w zaleznosci od lepkosci emulgowanego oleju. W przypadku olejów silikonowych o wyzszych lepkosciach jest niemozliwe otrzymanie trwa¬ lych emulsji o zawartosci emulgatorów ponizej 5%.

Dla zdyspergowania olejów w wodzie stosuje sie rózno¬ rodne urzadzenia typu mlynów koloidalnych, mlynów tarczowych, urzadzen ultradzwiekowych itp. Urzadzenia te rozdrabniaja krople oleju we wstepnie otrzymanej emulsji tzw. pra-emulsji.

Dla olejów silikonowych o niskich lepkosciach otrzymanie takiej pra-emulsji w wymienionych urzadzeniach jest latwe, natomiast dla olejów o wysokiej lepkosci otrzymanie, pra-emulsji taka metoda jest niemozliwe. Olej nie ulega rozbiciu na male krople co powoduje zalepianie tarcz mly¬ nów koloidalnych i zahamowanie procesu dyspergowania co niejednokrotnie polaczone jest uszkodzeniem silników napedowych. 103 328103 328 3 Nieoczekiwanie stwierdzono, ze emulgowanie polisilo- ksanów nawet o bardzo duzych lepkosciach jest mozliwe sposobem wedlug wynalazku przy zastosowaniu urzadzenia wedlug wynalazku, przy czym otrzymuje sie nieosiagalne dotychczas trwale, stabilne emulsje wodne polialkilo/ /chlorówcoalkilo,arylo/-siloksanów olepkosciach do 500.000 cP.

Wymienione polisiloksany zawieraja jako alkil grupe metylowa, etylowa, propylowa, jako chlorowcoalkil grupe metylowa, etylowa, propylowa zawierajaca od 1 do 5 atomów fluoru, chloru lub bromu, jako grupe arylowa — grupe fenylowa lub chlorowcofenyIowa zawierajaca od 1 do 5 atomów fluoru, chloru lub bromu.

Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze proces emul¬ gowania polisiloksanów zwlaszcza oleju silikonowego w wo¬ dzie prowadzi sie wobec znanych emulgatorów z dodatkiem jako stabilizatora niestosowanego dotychczas w tym celu dobrze rozpuszczalnego w wodzie kopolimeru silikonowo- -organicznego w ilosci od 0,1% — do 5% wagowych w stosunku do polisiloksanów. Kopolimer ten jest zwiazkiem o wzorze ogólnym (CH3)3-SiO-[CH3-SiÓ-/R/n-H]x- [/CH3/2-SiO]y-Si/CH3/3 gdzie: R oznacza grupe -CH2- -CH2-0 lub CH2-CH2-CH20- n = 1 do 20 a x = 10—50 i y ^= 2—10, otrzymywanym w sposób znany przez kon¬ densacje olejów metylowodorosilikonowych z tlenkiem propylenu w proporcjach odpowiednio dobranych do wy¬ magan. Swoje stabilizujace dzialanie kopolimer ten zawdzie¬ cza temu, ze czescia siloksanowa przylega do oleju poli- siloksanowego, a czescia organiczna wspólnie z emulgato¬ rem tworzy warstwe uniemozliwiajaca polaczenie sie ze- mulgowanych kropli w odrebna faze.

Proces wedlug wynalazku prowadzi sie w przedstawionym na rysunku przykladzie wykonania urzadzenia wedlug wynalazku.

Urzadzenie to stanowi uklad emulgacyjny, w sklad któ¬ rego wchodzi zaopatrzony w mieszadlo zbiornik (1), do którego przez zawór A wprowadza sie wode i emulgatory, zbiornik (1), polaczony jest poprzez zawór (Z-l) z pompa (3) i poprzez zawór (Z-2) z zaopatrzonym w mieszadlo zbiornikiem (2), który zasilany jest przez zawór (c) mie¬ szanina polisiloksanów i stabilizatora — kopolimeru sili- konowo-organicznego. Zbiornik (2) i pompa (3) polaczone sa poprzez siatke rozdrabniajaca (4) o srednicy oczek od 0,1 mm do 0,005 mm, sluzaca do wstepnego rozdrabniania polisiloksanów, z szeregowym zestawem mlynów rozdrab¬ niajacych (5, 6) sluzacym dalszemu rozdrabnianiu przy * czym szczelina miedzy elementami mielacymi jest co naj¬ mniej dwukrotnie wieksza w pierwszym mlynie (5) w sto¬ sunku do drugiego (6).

Wielkosc szczeliny miedzy elementami mielacymi usta¬ wia sie w zaleznosci od stawianych emulsji wymaganiom.

Przy jednoczesnym cyklu emulgowania — gotowa emulsje odbiera sie przez zawór (5).

Przy wielokrotnym obiegu emulsji przez uklad emulgu¬ jacy mlyny (5, 6), polaczone sa przez zawór (Z-4) i zawór , (B) ze zbiornikiem (1) i gotowy produkt odprowadza sie po kilkakrotnym obiegu ukladu przez zawór (Z-5).

Stwierdzono, ze wstepne rozdrobnienie w wodzie emul¬ gowanego polimeru (nie mozliwe do osiagniecia w znany sposób przez przygotowanie pra-emulsji) mozna uzyskac przez wtloczenie do szybko przeplywajacego w rurze stru¬ mienia wody zawierajacej do 10% znanych emulgatorów, strumienia polisiloksanów przez dysze o srednicy od 0,5 do 0,01 wielkosci srednicy tej rury, w sposób umozliwiajacy 4 zachowanie przeplywu laminarnego, zeby w strumieniu, wody plynal strumien polisiloksanów. Nastepnie przez przegrodzenie tego strumienia siatka o srednicy oczek od 0,1 mm do 0,005 mm otrzymuje sie zawiesine kropelek polisiloksanów w wodzie ulegajaca dalszemu rozdrobnieniu miedzy elementami mielacymi szeregowo polaczonych mlynów. Wprowadzanie strumienia polisiloksanów w stru¬ mieniu wody z pominieciem opisanej siatki powoduje zalepianie sie szczeliny miedzy elementami mielacymi mlynów i ich niszczenie.

Szeregowe polaczenie mlynów umozliwia takie ustawienie szczelin miedzy -ich elementami mielacymi, ze wchodzaca do pierwszego mlyna mieszanina wody z polisiloksanami zamienia sie w emulsje, która jest homogenizowana w dru- gim mlynie.

Przedstawiona na rysunku aparatura do emulgowania polisiloksanów w wodzie umozliwia otrzymywanie emulsji tych polisiloksanów zarówno w przypadku kiedy jedno¬ krotne przejscie mieszaniny przez uklad emulgujacy jest wystarczajace, jak równiez w przypadku, bardzo wysokich lepkosci polisiloksanów, kiedy stosuje sie wielokrotne przej¬ scie mieszaniny przez uklad emulgujacy.

W przypadku jednokrotnego przeplywu emulsji w urza¬ dzeniu pokazanym na rysunku do zbiornika 1 przez zawór A wprowadza sie wode i emulgatory, miesza sie, a nastepnie otwierajac zawór Z-l podaje sie na pompe 3 tloczaca wode na siatke 4 i do mlynów 5 i 6 i zawraca przez otwarcie za¬ woru Z-4 i B do zbiornika 1. Do zbiornika 2 wprowadza sie polisiloksany z kopolimerem silikonowo-organicznym przez zawór C, przyklada sie cisnienie sprezonego azotu przez zawór D i przez zawór Z-2 wlacza sie te mieszanine do ukladu emulgujacego przez siatke 4'. Nastepnie otwiera sie zawór Z-5, zamyka sie zawór Z-4 i odbiera gotowa emulsje.

W przypadku, kiedy emulsje przepuszcza sie wielokrotnie przez uklad emulgujacy poszczególne skladniki wprowadza sie analogicznie jak to opisano wyzej, przy czym utrzymuje sie cyrkulacje emulsji ze zbiornika 1 przez zawór Z-l, pompe 3, siatke 4, mlyny 5 i 6 i zawór Z-4 i zawór B. Po wtlocze¬ niu polisiloksanów zamyka sie zawór Z-2. 40 Pobierajac próbki przez zawór Z-5 ustala sie stopien rozdrobnienia polisiloksanów w wodzie i niezbedna ilosc obiegów poprzez uklad emulgujacy.

Szybkosc wlaczenia ypolisiloksanów do strumienia wody reguluje sie cisnieniem przylozonego azotu do zaworu D* 45 Temperature emulsji w zbiorniku 1 utrzymuje sie w gra¬ nicach od 20 °C do 60°C obiegiem czynnika chlodzacego* w plaszczu zbiornika 1.

Przyklad I. Przygotowuje sie instalacje pokazana na rysunku zamykajac zawory Zl, Z2, Z3 i Z5 i otwierajac 50 zawór Z4. Wstawia sie siatke o srednicy oczek 0,015 mm w przegrode rur 4. W mlynach 5 i 6 ustawia sie szczeline miedzy elementami mielacymi równa 0,2 mm i 0,05 mm.

Do zbiornika 1 przez zawór A wprowadza sie 100 1 wody demineralizowanej, nastepnie 5 kg znanych emulgatorów 55 nie jonowych i miesza sie 15 minut dla rozpuszczenia emulgatorów.

Do zbiornika 2 przez zawór C wprowadza sie 35 kg poli- dwumetylosiloksanów o lepkosci 50 000 cP i 1 kg kopolimeru silikonowo-organicznego rozpuszczalnego w Wodzie beda- 60 cego zwiazkiem o wzorze ogólnym (CH3)3SiO[Si/CH3/ (CH2CH2OH)0]1o-[Si/CH3/2.0]2-Si/CH3)3 otrzymywa¬ nym w sposób znany, przez kondensacje olejów metylowo¬ dorosilikonowych z tlenkiem etylenu i miesza sie/ przez 60 minut i przez zawór D wprowadza sie azot pod cisnie- 65 niem 3 atn. /103 328 Proces emulgowania rozpoczyna sie przez otwarcie zaworu Zl, uruchomienie pompy 3, uruchomienie mlynów i 6. Woda z emulgatorem wypelnia cala instalacje i cyr- kuluje w ukladzie. Przez zawór Z2, wprowadza sie miesza¬ nine polidwumetylosiloksanów z kopolimerem silikonowo- -organicznym. Po opróznieniu zbiornika 2, zamyka sie zawór Z2, przez zawór Z5 pobiera sie próbke i w razie potrzeby kontynuuje sie mielenie stosujac obieg emulsji od zbiornika 1 przez zawór Zl uklad rozdrabniajacy 3, 4, 5, 6 i zawór B.

Temperature emulsji równa 25 °C utrzymuje sie obiegiem czynnika chlodzacego (np. wody) w plaszczu zbiornika 1, Gotowa emulsje spuszcza sie przez zawór Z5 do opakowan magazynowychJrab kieruje do automatycznej pakowaczki.

Przykladu. Do instalacji pokazanej na rysunku i przygotowanej zgodnie z opisem w przykladzie I wpro¬ wadza sie do zbiornika 1, przez zawór A 100 1 wody de- mineralizowanej i 5 kg znanych emulgatorów niejonowych.

Do zbiornika 2 poprzez zawór C wprowadza sie 35 kg poli-metylotrójfluoropropylosilanów o lepkosci 1000 cP oraz 1 kg kopolimeru silikonowo-organicznego bedacego zwiazkiem o wzorze ogólnym (CH3)3SiO [Si (CH3) (CH2- -CH2-CH2OH)0] 20- [Si(CH3)20] 3-Si (CH3)3 otrzymany w sposób znany, przez kondensacje olejów metylowodorosili- konowych z tlenkiem propylenu. Zawartosc zbiornika mie¬ sza sie przez 15 minut. Nastepnie otwiera sie zawór Zl, uruchamia pompe 3 i mlyny 5 i 6 ustawiajac szczeline miedzy elementami mielacymi równa 0,1 mm i 0,05 mm.

Po napelnieniu instalacji woda otwiera sie zawór Z2, i wprowadza zawartosc zbiornika 1' pod cisnieniem 0,5 atn.

Emulsja cyrkuluje az do opróznienia zbiornika 2, wtedy zamyka sie zawór Z2, i pobiera próbke przez zawór Z5.

Emulsje chlodzi sie w zbiorniku 1 do temperatury 25 °C i przez zawór Z5 kieruje sie do zbiorników magazynowych lub automatycznej pakowaczki.

Przyklad III. Do instalacji pokazanej na rysunku wprowadza sie zgodnie z opisem w przykladzie IP 45 kg oleju metylo-fenylo-silikonowego o lepkosci 500 cP oraz 1 kg kopolimeru silikonowo-organicznego, bedacego zwiaz¬ kiem o wzorze (CH3)3SiO [Si (CH3) (CH2CH2CH20)s H] 10 [Si(CH3)20]2Si(CH3)3 otrzymanym w sposób znany przez kondensacje olejów metylowodorosilikonowych z tlenkiem propylenu. Dalsze czynnosci wykonuje sie analogicznie jak w przykladzie II uzyskujac trwala emulsje.

Przyklad IV. Postepujac zgodnie z opisem podanym w przykladach I i II wprowadza sie 45 kg oleju metylo- chloro-fenylosilikonowego o lepkosci 300 cP i prowadzi 6 emulgowanie przez wielokrotna cyrkulacje pobierajac próbki do oceny jakosci. Po zakonczeniu procesu schlodzona emulsje kieruje sie do zbiorników magazynowych.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wodnych emulsji poli-alkilo-/ /chlorowco-alkilo, arylo/-siloksanów wobec emulgatorów i stabilizatorów emulsji, znamienny tym, ze jako stabili¬ zator wodnej emulsji, poli-alkilo/chlorowcoalkilo, arylo/- 10 -siloksanów, w których alkil oznacza grupe metylowa, etylowa, propylowa, chlorowcoalkil oznacza grupe metylo¬ wa, etylowa, propylowa zawierajaca od 1 do 5 atomów fluo¬ ru, chloru lub bromu, aryl oznacza grupe fenylowa lub chlorówcofenylowa zawierajaca od 1 do 5 atomów fluoru, 15 chloru lub bromu, stosuje sie rozpuszczalny w wodzie kopolimer silikonowo-organiczny w ilosci od 0,1 do 5% wagowych w stosunku do polisiloksanu, przy czym stabili¬ zator ten zmieszany z polisiloksanem wprowadza sie do strumienia wody z emulgatorem i mieszanine poddaje 20 emulgowaniu, a jako kopolimer silikonowo-organiczny stosuje sie zwiazek o wzorze ogólnym (CH3) 3-SiO-[CH3- -SiO-(R)nH]x-[(CH3)2-SiO]y-Si(CH3)3 gdzie: R oznacza grupe -CH2-CH20 lub -CH2-CH,-CH2-0 n wynosi od 1 do 20, a x = 10—50 i y = 2—10,. otrzymywany przez 25/ kondensacje olejów metylowodorosilikonowych z tlenkiem etylenu.

2. Urzadzenie do wytwarzania wodnych emulsji poli/ /alkilo /chlorowcoalkilo,arylo/-siloksanów przedstawione na rysunku, znamienne tym, ze stanowi uklad emulgacyjny, 30 w sklad którego wchodzi zaopatrzony w mieszadlo zbiornik (1) polaczony poprzez zawór (Z-l) z pompa (3) i poprzez zawór (Z2) z zaopatrzonym w mieszadlo zbiornikiem (2) przy czym pompa (3) i zbiornik (2) polaczone sa poprzez siatke rozdrabniajaca (4), o srednicy oczek od 0,1 mm do 35 0,005 mm, sluzaca do wstepnego rozdrabniania polisilok- sanów z szeregowym zestawem mlynów rozdrabniajacych (5, 6) o odpowiednio do wymagan ustawionej szczelinie miedzy elementami mielacymi, przy czym przy jednorazo¬ wym cyklu emulgowania mlyny polaczone sa bezposrednio 40 z zaworem (Z-5), a przy obiegu wielokrotnym emulsji przez uklad emulgujacy, mlyny (5, 6) polaczone sa ze zbiornikiem (1) za pomoca zaworu (Z-4) i (B).

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze w szeregowo polaczonych mlynach (5, 6), szczelina miedzy 45 elementami mielacymi jest co najmniej dwukrotnie wiek¬ sza w pierwszym mlynie w stosunku do drugiego. i> 103 328 Z-5 R15. LZG Z^d.3 izam. 634-T9. NaTtl. 95 + 20 egz. Cena 45 zl