PL190708B1

PL190708B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego

Info

Publication number: PL190708B1
Application number: PL99341812A
Authority: PL
Inventors: Gennady Georgievich Volokitin; Vladimir Vasiljevich Bordunov
Original assignee: Microfaser Repro Gmbh
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2005-12-30
Also published as: ES2166216T3; DE29802123U1; ATE208840T1; AU2511299A; PL341812A1; DE19800297C1; HUP0100814A2; SK10252000A3; US6524514B1; DE59900428D1; WO1999035313A1; EP1045929A1; DK1045929T3; CZ20002462A3; EP1045929B1; PT1045929E

Abstract

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znam ienny tym, ze strumien powietrza ma kierunek prostopadly do kie- runku wlókien opuszczajacych reaktor obrotowy. 7. Sposób wedlug zastrz. 1, znam ienny tym, ze do termoplastycznego tworzywa sztucznego, dopro- wadzanego do reaktora obrotowego, dodaje sie mi- neralny czynnik dyspersyjny o dendrytycznej struk- turze czasteczek. 8. Urzadzenie do wytwarzania wlókien z termopla- stycznego tworzywa sztucznego, wyposazone w ze- spól topiacy termoplastyczne tworzywo sztuczne oraz w reaktor obrotowy, w którym stopione tworzywo, pod dzialaniem sily odsrodkowej, przyjmuje postac cienkiej warstwy, wypychanej stopniowo w kierunku krawedzi czesci wylotowej reaktora, na której tworza sie wlókna, znamienne tym, ze wnetrze reaktora obrotowego (5) jest ogrzewane z zewnatrz przez scia- ne reaktora (5) za pomoca otaczajacego go pogrzewa- cza (6), a jego czesc wylotowa jest przymknieta po- krywa (9), przy czym miedzy krawedzia czesci wylo- towej reaktora obrotowego a obrzezem pokrywy (9) jest utworzona waska, pierscieniowa szczelina (8). Fig. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, polegający na doprowadzeniu stopionego tworzywa sztucznego do reaktora obrotowego i podgrzewaniu go w reaktorze, w którym przyjmuje ono pod działaniem siły ośrodkowej postać cienkiej warstwy, wypychanej stopniowo w kierunku krawędzi części wylotowej reaktora, na której tworzą się włókna.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, wyposażone w zespół topiący termoplastyczne tworzywo sztuczne oraz w reaktor obrotowy, w którym stopione tworzywo, pod działaniem siły odśrodkowej, przyjmuje postać cienkiej warstwy, wypychanej stopniowo w kierunku krawędzi części wylotowej reaktora, na której tworzą się włókna.

Włóknina wytworzona z włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego stosowana jest zwłaszcza do pochłaniania i usuwania z powierzchni wody ropy naftowej i jej produktów oraz pochodnych metali ciężkich. Najbardziej skuteczne, stosowane do tego celu włókniny składają się z bardzo cienkich włókien.

Znany sposób wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego polega na topieniu tego tworzywa, wytłaczaniu długich włókien przez cienkie dysze. Dzięki operacji wyciągania, wytłoczone włókna stają się jeszcze cieńsze, przy czym doprowadzone do nich powietrze intensywnie je ochładza. Ten znany sposób wytwarzania włókien wymaga zastosowania wejściowego tworzywa termoplastycznego o wysokiej jednorodności, wskutek czego nie są wykorzystywane do tego celu tworzywa sztuczne pochodzące z odzysku, które nie są jednorodne, a ponadto mogą zawierać ciała obce. Proces wytłaczania odbywa się w temperaturze stosunkowo niskiej, niewiele tylko przekraczającej temperaturę topienia tworzywa. Dzięki temu ochładzanie tworzywa po jego wytłaczaniu jest stosunkowo proste i tanie. Natomiast przetwarzanie tworzyw pochodzących z odzysku i odpadów wymaga stosowania wyższej temperatury, bliskiej temperatury depolimeryzacji termoplastycznego tworzywa sztucznego.

Z opisu patentowego Związku Radzieckiego nr SU 699 041 znany jest sposób wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, polegający na doprowadzaniu stopionego tworzywa do reaktora obrotowego, na którego wewnętrznej powierzchni tworzy się, dzięki oddziaływaniu siły odśrodkowej, cienka warstwa stopionego tworzywa, która na krawędzi części wylotowej reaktora zamienia się we włókna wyciągane i odbierane przez strumień powietrza. Reaktor ma postać otwartego od góry tygla o osi pionowej. Do wnętrza tygla i na powierzchnię cienkiej warstwy stopionego tworzywa sztucznego doprowadza się gorący gaz pod ciśnieniem. Krawędź tygla jest zaopatrzona w dysze szczelinowe, w których cienka warstwa stopionego tworzywa przyjmuje postać cienkich strumieni, wypływających z tygla wraz z gorącym powietrzem, które strumienie te zamienia w wyciągnięte włókna z tworzywa sztucznego.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, który wyeliminuje niedogodności znanego dotychczas sposobu ich wywarzania przy użyciu reaktora obrotowego, zwiększając wydajność wytwarzania włókien i umożliwiając wytwarzanie ich z termoplastycznych tworzyw odpadowych.

190 708

Cel ten zrealizowano w sposobie wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, który charakteryzuje się tym, że podgrzewanie cienkiej warstwy stopionego termoplastycznego tworzywa sztucznego realizuje się w z zewnątrz przez ścianę reaktora obrotowego do temperatury, w której warstwa ta jest bliska depolimeryzacji, przy czym włókna opuszczające część wylotową reaktora tworzą się przy prędkości stycznej większej od 10 m/s.

Korzystnie włókna termoplastycznego tworzywa sztucznego opuszczają reaktor obrotowy przez wąską pierścieniową szczelinę, utworzoną między krawędzią wylotowej części reaktora a obrzeżem jego pokrywy, przy czym szczelina ta ma korzystnie zmienną szerokość.

Wirującą cienką warstwę stopionego termoplastycznego tworzywa sztucznego, utworzoną na wewnętrznej powierzchni reaktora obrotowego, dzieli się za pomocą równoległych do osi reaktora obrotowego żeber, wystających z jego wewnętrznej powierzchni.

Tworzące się na krawędzi części wylotowej reaktora obrotowego włókna z termoplastycznego tworzywa sztucznego poddaje się korzystnie oddziaływaniu strumienia powietrza, którego kierunek winien być prostopadły do kierunku włókien opuszczających reaktor obrotowy.

Do termoplastycznego tworzywa sztucznego, doprowadzanego do reaktora obrotowego, korzystnie dodaje się mineralny czynnik dyspersyjny o dendrytycznej strukturze cząsteczek.

Celem wynalazku jest również opracowanie konstrukcji takiego urządzenia do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, które wyeliminuje niedogodności znanych dotychczas urządzeń.

Cel ten zrealizowano w urządzeniu do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego według wynalazku, które charakteryzuje się tym, że wnętrze reaktora obrotowego jest ogrzewane z zewnątrz przez ścianę reaktora za pomocą otaczającego go pogrzewacza, a jego część wylotowa jest przymknięta pokrywą przy czym między krawędzią części wylotowej reaktora obrotowego a obrzeżem pokrywy jest utworzona wąska, pierścieniowa szczelina.

Wewnętrzna powierzchnia reaktora obrotowego jest, w jego przeważającej części od strony dna, korzystnie cylindryczna, zaś w jego części wylotowej rozszerza się stożkowo w kierunku krawędzi reaktora.

Wąska, pierścieniowa szczelina reaktora obrotowego urządzenia według wynalazku ma korzystnie szerokość od 15 mm do 20 mm.

Pokrywa reaktora obrotowego urządzenia według wynalazku jest umieszczona mimośrodowo względem osi reaktora obrotowego, natomiast wąska, pierścieniowa szczelina ma zmienną szerokość.

Wewnętrzna powierzchnia cylindrycznej części reaktora obrotowego jest zaopatrzona w wystające żebra, równoległe do jego osi, przy czym żebra te mają największą wysokość w pobliżu dna i zwężają się w kierunku stożkowej części wylotowej reaktora.

Część wylotowa reaktora obrotowego jest korzystnie zaopatrzona w otaczający jej krawędź pierścieniowy przewód powietrzny, z obwodową szczeliną wylotową skierowaną w kierunku osi reaktora obrotowego.

Podgrzewacz reaktora obrotowego stanowi korzystnie elektryczny podgrzewacz opornościowy albo też elektryczny podgrzewacz indukcyjny.

Urządzenie do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego według wynalazku jest przedstawione w przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schemat urządzenia według wynalazku w pionowym, osiowym przekroju; fig. 2 - reaktor z pokrywą w widoku z góry; fig. 3a - reaktor wyposażony w podgrzewacz opornościowy, w pionowym przekroju osiowym; fig. 3b - ten sam reaktor wyposażony w przekroju poprzecznym, wzdłuż linii A-A na fig. 3a; fig. 4a - reaktor wyposażony w podgrzewacz indukcyjny, w pionowym przekroju osiowym; fig. 4b - ten sam reaktor w przekroju poprzecznym, wzdłuż linii A-A na fig. 4a; fig. 5a - reaktor obrotowy wyposażony w podgrzewacz magneto-indukcyjny, w pionowym przekroju osiowym, a fig. 5b - ten sam reaktor w przekroju poprzecznym, wzdłuż linii A-A na fig. 5 a.

Urządzenie do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, przedstawione na fig. 1, składa się z następujących podstawowych zespołów: z wytłaczarki ślimakowej 1, z zespołu 2 wytwarzania włókien, z zespołu 3 gromadzenia włókien oraz z zespołu odbiorczego 4.

190 708

Zespół 2 wytwarzania włókien jest wyposażony w reaktor obrotowy 5, ogrzewany z zewnątrz za pomocą podgrzewacza 6. Wylotowa część reaktora obrotowego 5 ma postać powierzchni stożkowej 7, zakończonej ostrą krawędzią w pobliżu której jest umieszczona nieruchoma pokrywa 9, przymocowana za pomocą trzonu 10 do głowicy 11 wytłaczarki ślimakowej 1. Między pokrywą 9 i krawędzią powierzchni stożkowej 7 pozostaje wąska pierścieniowa szczelina 8. Pokrywa 9 jest umieszczona mimośrodowo względem krawędzi powierzchni stożkowej, wskutek czego wąska pierścieniowa szczelina 8 ma zmienną szerokość, zawartą w granicach od 15 mm do 20 mm. Położenie pokrywy 9 względem osi reaktora obrotowego 5 jest regulowane za pomocą mechanizmu śrubowego, dzięki czemu możliwa jest również regulacja szerokości obwodowej szczeliny 8. Wewnętrzna powierzchnia reaktora obrotowego 5 od jego dna do stożkowej powierzchni 7 części wylotowej jest cylindryczna, przy czym na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni reaktora 5 znajdują się żebra 13, równoległe do osi reaktora 5, których wysokość jest największa w pobliżu dna i maleje w kierunku do jego części wylotowej.

Krawędź części wylotowej reaktora obrotowego 5 jest otoczona przez obwodowy przewód powietrzny 14, zaopatrzony w wewnętrzną obwodową szczelinę 15, przez którą dostarczane jest powietrze pod wysokim ciśnieniem, wdmuchiwane na tworzące się na krawędzi części wylotowej reaktora 5 włókna z termoplastycznego tworzywa sztucznego (fig. la).

Reaktor obrotowy 5 jest połączony z napędzającym go wydrążonym wałem 16, łączącym go z głowicą 11 wytłaczarki ślimakowej 1 i osadzonym obrotowo w łożyskach tocznych 17, zamocowanych w chłodzonym korpusie 18 ramy 32 reaktora obrotowego 5. Na przeciwległym względem reaktora obrotowego 5 końcu wydrążonego wału 16 jest zaklinowane koło napędzane 19 przekładni pasowej 20, której koło napędowe 21 jest osadzone na wale zdawczym elektrycznego silnika asynchronicznego 22. Wewnątrz wydrążonego wału 16 jest umieszczona nasadka wylotowa 23 głowicy 11 wytłaczarki ślimakowej 1, zaopatrzona w środkowy otwór 24, przez który stopione i wymieszane tworzywo termoplastyczne przedostaje się z wytłaczarki ślimakowej 1 do wnętrza reaktora obrotowego 5.

Reaktor obrotowy 5 z asynchronicznym silnikiem 22 i przekładnią pasową 20 jest osadzony na ramie 32 i otoczony osłoną zabezpieczającą 33. W górnej części osłony zabezpieczającej 33 znajduje się wewnętrzny przewód odprowadzający 34, połączony przez wentylator niskociśnieniowy 35 i zewnętrzny przewód odprowadzający 36 z filtrem powietrza 37, umożliwiającym oczyszczanie powietrza z gazów i pyłów wytwarzanych we wnętrzu reaktora obrotowego 5.

Wytłaczarka ślimakowa 1 jest wyposażona w zasobnik 39 dla przygotowanego wstępnie termoplastycznego tworzywa sztucznego oraz w ślimak 43, napędzany za pomocą elektrycznego silnika napędowego 40 za pośrednictwem przekładni pasowej 41 i reduktora 42 obrotów. Ślimak 43 wytłaczarki ślimakowej 1 jest umieszczony w obudowie otoczonej przez podgrzewacz oporowy 38.

Uruchomienie urządzenia do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego następuje w następujący sposób:

Naprzód włącza się podgrzewacz 6 reaktora obrotowego 5 i podgrzewacz 38 wytłaczarki ślimakowej 1 oraz wentylator niskociśnieniowy 35 i filtr powietrzny 37 zespołu odprowadzającego gazy. Następnie doprowadza się wodę chłodzącą do otaczającego łożyska 17 korpusu 18, po czym do zasobnika 39 wytłaczarki ślimakowej 1 wprowadza się przygotowane wstępnie termoplastyczne tworzywo sztuczne. Po osiągnięciu w wytłaczarce ślimakowej 1 temperatury topnienia dla stosowanego tworzywa lub mieszaniny z tworzyw, uruchamia się elektryczny silnik asynchroniczny 22, napędzający ruchem obrotowym reaktor obrotowy 5 na okres czasu od 15 do 20 minut, umożliwiając uzyskanie stałej temperatury eksploatacyjnej poszczególnych zespołów urządzenia. Po osiągnięciu tej temperatury uruchamia się silnik napędowy 40 wytłaczarki ślimakowej 1 i włącza się napędy przenośnika taśmowego 45 zespołu 3 gromadzenia włókien oraz współpracującego z nim przenośnika taśmowego zespołu odbiorczego 4.

Silnik napędowy 40 wytłaczarki ślimakowej 1 nadaje, za pośrednictwem przekładni pasowej 41 i reduktora obrotów 42, ruch obrotowy ślimakowi 43, pobierając termoplastyczne tworzywo sztuczne z zasobnika 39 i przemieszczając je wzdłuż wytłaczarki 1 ogrzewa je za pomocą ogrzewacza 38 do temperatury umożliwiającej osiągnięcie lepkości zbliżonej do zakresu lepkości odpowiadającej depolimeryzacji termicznej. Stopione i ujednorodnione tworzywo doprowa6

190 708 dzane jest do głowicy 11 wytłaczarki ślimakowej 1, po czym przepływa przez otwór środkowy 24 nasadki wylotowej 23 do reaktora obrotowego 5, w którego wnętrzu za pomocą ogrzewacza 6 uzyskana zostaje taka sama temperatura tworzywa.

W reaktorze obrotowym 5 stopione termoplastyczne tworzywo sztuczne rozprzestrzenia się, w wyniku oddziaływania siły odśrodkowej, na całej powierzchni wewnętrznej reaktora i w wyniku oddziaływania tej siły odśrodkowej przemieszcza się między żebrami 13 w kierunku zewnętrznej krawędzi wylotowej części reaktora 5, tworząc cienką warstwę ciekłego tworzywa. Żebra 13 reaktora obrotowego 5 zabezpieczają przed przemieszczaniem się tworzywa wzdłuż linii spiralnej po wewnętrznej powierzchni reaktora 5, przyczyniając się do równomiernego rozprzestrzeniania się tworzywa na tej powierzchni, a tym samym do jego ujednorodnienia i podwyższenia jego jakości. Po osiągnięciu przez cienką warstwę stopionego termoplastycznego tworzywa sztucznego stożkowej powierzchni 7 części wylotowej reaktora 5, następuje dalsze zmniejszenie grubości tej warstwy. Do równomiernego przemieszczania się stopionego tworzywa wzdłuż powierzchni stożkowej 7 przyczyniają się powstające w reaktorze obrotowym 5 gorące gazy, które wydostając się przez wąską pierścieniową szczelinę 8 jego części obrotowej ułatwiają rozdzielanie cienkiej warstwy tworzywa na poszczególne włókna. W wyniku ruchu obrotowego reaktora obrotowego 5 stopione termoplastyczne tworzywo sztuczne uzyskuje energię kinetyczną większą od energii napięcia powierzchniowego, wskutek czego w wąskiej szczelinie pierścieniowej 8 tworzywo uzyskuje postać strumieni, odrywających się od zewnętrznej krawędzi stożkowej powierzchni 7, które następnie wyciągają się w postaci włókien.

Powstawanie włókien w urządzeniu według wynalazku jest możliwe tylko wtedy, gdy prędkość liniowa tworzywa na krawędzi stożkowej powierzchni 7 części wylotowej reaktora obrotowego 5 jest większa od około 10 m/s. Wypływający przez szczelinę 15 obwodowego przewodu powietrznego 14 strumień 44 powietrza oraz gorące gazy, uchodzące przez wąską pierścieniową szczelinę 8, wspomagają proces wyciągania włókien. Wytworzone włókna tworzywa padają na przenośnik taśmowy 45 zespołu 3 gromadzenia włókien, na którym podlegaaą chłodzeniu i są przekazywane przez przenośnik taśmowy 45 do zespołu odbiorczego 4, w którym stygnące włókna przybierają postać włókniny.

Gazy powstające w reaktorze obrotowym 5 i na zewnątrz niego podczas wytwarzania włókien odprowadzane są z wnętrza osłony zabezpieczającej 33 za pomocą wentylatora niskociśnieniowego 35, połączonego z tą osłoną za pomocą przewodu odprowadzającego 34 i są przez wentylator 35 i zewnętrzny przewód odprowadzający 36 przetłaczane do filtra powietrznego 37, gdzie podlegają oczyszczeniu.

Urządzenie według wynalazku umożliwia wytwarzanie materiału włóknistego o doskonałych właściwościach chłonnych, przy czym tworzywem wyjściowym dla tego materiału mogą być odpady tworzyw sztucznych, zarówno przemysłowe, jak i z gospodarstwa domowego.

Podgrzewacz 6 otaczający reaktor obrotowy 5 może stanowić podgrzewacz opornościowy 25, pogrzewacz indukcyjny 26, względnie podgrzewacz magneto-indukcyjny. Zarówno podgrzewacz 25, jak i 26 są izolowane termicznie za pomocą zewnętrznego płaszcza 27.

Figury 3a i 3b przedstawiają podgrzewacz 6 reaktora obrotowego 5, stanowiący podgrzewacz opornościowy 25, umieszczony w ognioodpornym, ceramicznym korpusie 28. Między podgrzewaczem elektrycznym i płaszczem zewnętrznym 27 jest umieszczona warstwa izolująca termicznie, na przykład z waty kaolinowej.

Figury 4a i 4b przedstawiają podgrzewacz 6 reaktora obrotowego 5, stanowiący podgrzewacz indukcyjny 26, umieszczony bezpośrednio w płaszczu zewnętrznym 27, przy czym warstwa izolująca termicznie znajduje się między tym podgrzewaczem indukcyjnym 26 i płaszczem zewnętrznym 27.

Figury 5a i 5b przedstawiają podgrzewacz indukcyjny 26, wyposażony w dodatkową, połączoną z nim zaizolowanymi przewodami płytkę 30 ze stopu ferromagnetycznego, na przykład Ni-Co, umieszczoną wokół zewnętrznej powierzchni reaktora obrotowego 5.

Sposób wytwarzania włókniny z termoplastycznego tworzywa sztucznego według wynalazku polega na tym, że tworzywo wejściowe topi się i miesza się w wytłaczarce ślimakowej 1, uzyskując jednorodne, stopione tworzywo, którego temperatura jest zbliżona do temperatury umożliwiającej osiągnięcie lepkości w zakresie odpowiadającym depolimeryzacji termicznej. Następnie stopione i ujednorodnione termoplastyczne tworzywo sztuczne doprowadza się do

190 708 reaktora obrotowego 5, którego ścianki mają również temperaturę zbliżoną do temperatury depolimeryzacji termicznej tworzywa. Ruch obrotowy reaktora obrotowego 5 zapewnia równomierne rozprowadzenie stopionego tworzywa na jego wewnętrznej powierzchni, tworząc cienką warstwę w postaci paraboloidy obrotowej, przemieszczającą się wskutek działania siły odśrodkowej w kierunku wylotowej części reaktora, mającej kształt powierzchni stożkowej 7, przy czym grubość utworzonej warstwy stopionego tworzywa sztucznego zmniejsza się odwrotnie proporcjonalnie do powiększającego się obwodu tej stożkowej powierzchni 7, co umożliwia uzyskanie odpowiednio cienkich włókien. Po opuszczeniu krawędzi tej stożkowej powierzchni 7 części wylotowej reaktora obrotowego 5, warstwa ciekłego tworzywa dzieli się na strumienie, z których wskutek oddziaływania siły odśrodkowej, jak również wysokiej szybkości stycznej ze strumieni tych odrywają się poszczególne włókna. Powstające włókna dostają się w prostopadły do kierunku ich przemieszczania strumień 44 sprężonego powietrza, który powoduje ich wydłużanie, a równocześnie ochładzanie, kierując je do zespołu 3 gromadzenia włókien.

Ponieważ operacja tworzenia się cienkiej warstwy stopionego tworzywa odbywa się w przestrzeni zamkniętej, wskutek tego wewnątrz reaktora obrotowego 5 powstaje gaz o podwyższonym ciśnieniu, który powoduje zmniejszanie się stopnia depolimeryzacji tworzywa.

Wewnątrz reaktora obrotowego 5 winna być stała temperatura, zbliżona do temperatury depolimeryzacji tworzywa, której wahania można skompensować przez doprowadzanie ilości ciepła potrzebnego dla utworzenia się cienkiej warstwy tworzywa, pokrywającej wewnętrzną powierzchnię reaktora 5, obniżając w ten sposób koszty energii niezbędnej dla utrzymania stałej temperatury. Nadciśnienie we wnętrzu reaktora 5 powoduje, że wypływający z niego gaz doprowadza do wytworzonych włókien taką ilość ciepła, która wystarcza by włókna te jeszcze się wydłużyły.

Zastosowanie sposobu według wynalazku umożliwia wytwarzanie włókien wysokiej jakości nie tylko z jednorodnych, czystych surowców, lecz również z ich kombinacji, bowiem surowiec najpierw topi się i miesza w wytłaczarce ślimakowej 1, a dopiero po tym poddany jest działaniu siły odśrodkowej w reaktorze obrotowym 5. Dzięki temu całą masę jednorodnego termoplastycznego tworzywa sztucznego ogrzewa się równomiernie, aż do uzyskania określonej lepkości, umożliwiając wytwarzanie jednorodnych włókien wysokiej jakości.

Zastosowanie stabilizatorów termicznych o strukturze dendrytycznej, zawierających wolne jony, umożliwia wspomożenie procesu wytwarzania włókien, bez niebezpieczeństwa depolimeryzacji tworzywa, przez doprowadzenie wolnych rodników dla zerwanych sieci polimerowych. Wynikiem tego jest powiększenie ilości wytwarzanych włókien oraz równocześnie zmniejszenie ilości szkodliwych gazów doprowadzanych do atmosfery.

Przykład

W celu zbadania właściwości włókniny z wytworzonych włókien termoplastycznego tworzywa sztucznego o różnej grubości, wytworzono włókna z odpadów polipropylenowych marki (21030-:21060)-60 z zastosowaniem jako termostabilizatora dwutlenku tytanu o wielkości cząsteczek 3 pm do 5 pm, w ilości 1% masy tworzywa. Włókno wykonano w urządzeniu doświadczalnym, wyposażonym w reaktor obrotowy o regulowanej liczbie obrotów. Włókno wytworzono w czterech przykładach z następującymi prędkościami obwodowymi krawędzi części wylotowej reaktora:

przykład 1-12 m/s, przykład 2-10 m/s, przykład 3-15 m/s, przykład 4-18 m/s, uzyskując następujące rodzaje włókniny.

Przykład 1

Wytworzone włókna mają grubość od 5 pm do 20 pm, jak również tworzą plecionki o grubości od 25 pm do 100 (im. Plecionka zawiera cząstki kuliste względnie kroplowe, wrośnięte we włókna, a częściowo występujące oddzielnie. Występują również zgrubienia włókien, których długość jest od trzykrotnie do dziesięciokrotnie większa od ich grubości. Średnica przekroju zgrubień i cząstek kulistych względnie kroplowych wynosi od 30 pm do 200 pm.

190 708

Przykład 2

Wytworzone włókna grube mają w większości grubość od 50 pm do 400 pm. Występuje mniejsza ilość włókien cieńszych o grubości od 5 pm do 20 pm, a ponadto wiele cząstek kulistych względnie kroplowych o grubości od 50 pm do 300 pm.

Przykład 3

Przeważająca część włókien ma grubość od 1 pm do 10 pm. Jednakże występują również włókna o grubości od 20 pm do 50 pm ze zgrubieniami o grubości do 100 pm oraz cząstki kuliste względnie kroplowe.

Przykład 4

Przeważająca część włókien ma grubość od 1 pm do 10 pm, a niewielka część grubość do 20 pm. Grubsze włókna mają zgrubienia o grubości od 50 pm do 150 pm. Występują również cząstki kuliste względnie kroplowe o grubości od 100 pm do 400 pm.

Badanie właściwości włókniny.

Gęstość i porowatość próbki włókniny wytworzonej w powyższych przykładach, w stanie luźnym, bez zagęszczenia, została określona piknometrycznie zgodnie z normą GOSt 18955 (1-73) z wykorzystaniem czterochlorku węgla jako cieczy piknometiycznej i wagi WLR-200 o dokładności pomiaru wynoszącej ±0,05 mg. Otrzymane wartości podano w tabeli 1.

Tabela 1

Gęstość i porowatość włókniny w stanie luźnym, w temperaturze 20°C

Przykład	1	2	3 D	4
Gęstość kg/m³	911	903	907	909
Gęstość nasypowa kg/m3	117-121	167-174	112-127	123-136
Porowatość %	87,1-88,8	80,7-81,5	86,0-87,6	85,0-86,0
Stosunek objętości porów do objętości polimeru	6,75-7,93	4,75-7,93	6,14-7,06	5,67-6,00

Zdolność absorpcyjna próbki włókniny wytworzonej w powyższych czterech przykładach, przeznaczonej do przeprowadzenia operacji pochłaniania ropy naftowej i jej produktów z powierzchni wody, przy wielokrotnym wykorzystaniu tworzywa w cyklu obejmującym pochłanianie i regenerację, została określona w następujący sposób.

Próbkę włókniny w stanie wyjściowym pozostawiono w stanie przylegania do lustra wody pokrytego cienką warstwa ropy naftowej o grubości od 3 mm do 6 mm. Do prób wykorzystano ropę naftową zachodniosyberyjską, a jako produkt ropy naftowej: olej przemysłowy I-L-A-10 (GOST 20799-88) i olej napędowy dieslowski 3-02 (GOST-305-82).

Stopień nasycenia cieczami włókniny z tworzywa sztucznego sprawdzano metodą wagową. Odwirowywano próbkę włókniny nasyconą ropą naftową, względnie produktem ropy naftowej przy współczynniku rozdzielania 100 ±3. Zawartość pozostałej we włókninie ropy naftowej, względnie produktu ropy naftowej określono zgodnie z normą GOST 6370-83. Odwodnienie przeprowadzono za pomocą siarczanu miedzi zgodnie z normą GOST 26378.0-84, a następnie określono zawartość ropy naftowej, względnie produktu ropy naftowej zgodnie z normą GOST 6370-83. Na podstawie uzyskanych wyników obliczono zawartość odsączonej w tym procesie ropy naftowej przed i po odwirowaniu, w stosunku do masy próbki włókniny. Wyniki są przedstawione w tabelach 2 i 3.

190 708

Tabela 2

Pojemność absorpcyjna włókniny wytworzonej w przykładach 1-4, związana z pochłanianiem zachodniosyberyjskiej ropy naftowej podczas wielokrotnego cyklu obejmującego nasycanie i regenerację

Numer cyklu pochłanianie-regeneracja	Zawartość masy ropy naftowej w stosunku do masy włókien próbki, g/g
Przykład 1	Przykład 2	Przykład 3	Przykład 4
A	B	A	B	A	B	A	B
1	8,76	0,235	6,09	0,160	7,84	0,428	9,31	0,407
2	8,72	0,307	6,58	0,175	5,61	0,558	7,03	0,267
5	7,17	0,462	6,71	0,183	5,34	0,513	6,08	0,357
10	7,18	0,386	7,35	0,165	3,80	0,501	5,89	0,352
15	6,73	0,285	7,68	0,165	3,52	0,558	6,03	0,459
20	8,75	0,343	7,63	0,148	3,46	0,733	5,79	0,500

A - przed odwirowaniem, B - po odwirowaniu.

Tabela 3

Pojemność absorpcyjna włókniny wytworzonej w przykładzie 4, związana z pochłanianiem oleju przemysłowego I-L-A-10 i oleju napędowego dieslowskiego 3-02 podczas wielokrotnego cyklu obejmującego nasycanie i regenerację

Numer cyklu pochłanianie-regeneracj a	Zawartość masy produktu ropy naftowej w masie włókien
Olej przemysłowy	Olej dieslowski
Przed odwirowaniem	Po odwirowaniu	Przed odwirowaniem	Po odwirowaniu
1	12,99	0,376	9,95	0,132
2	8,54	0,409	7,28	0,195
5	7,97	0,466	7,22	0,201
10	7,75	0,443	6,27	0,204
15	7,913	0,454	6,31	0,210
20	7,82	0,451	6,22	0,215

W celach porównawczych podano poniżej pojemności absorpcyjne znanych tworzyw, stosowanych do pochłaniania cieczy węglowodorowych (g/g): lignina: 2,2-2,3; torf: 2,6-7,2; perlit filtracyjny: 7,0-9,2; azbest: 5,8-6,4; dolomit: 1,9-2,5; wata techniczna: 7,0-7,2.

Należy uwzględnić, że wszystkie te znane tworzywa są jednokierunkowe.

Przeprowadzone badania porównawcze uwidoczniły, że włókniny z tworzywa sztucznego, uzyskane sposobem według wynalazku, mają właściwości umożliwiające zastosowanie ich do usuwania ropy naftowej, względnie produktów ropy naftowej z powierzchni wody, a mianowicie:

- hydrofobowość, dobre zwilżanie ropą naftową, względnie produktami ropy naftowej,

- gęstość mniejszą od gęstości wody, co powoduje, że włóknina pływa na powierzchni wody,

190 708

- duża porowatość,

- duża pojemność absorpcyjna włókniny względem ropy naftowej, względnie produktów ropy naftowej, nawet podczas zastosowania dwudziestokrotnego cyklu: pochłanianie i regeneracja,

- niewielkie zmniejszanie się pojemności absorpcyjnej włókniny po wielokrotnym cyklu: nasączanie i regeneracja,

- zdolność usuwania nasączonej cieczy z tworzywa w polu siły odśrodkowej (90%-98%). Pojemność absorpcyjną włókniny wytworzonej w przykładzie 2 i 3 o gęstości nasypowej wynoszącej 260 kg/m³ w procesie oczyszczania wody z jonów żelaza (III) w filtrze, przy początkowej zawartości żelaza w roztworze wodnym wynoszącej 10 mg/l podano w tabeli 4.

Tabela 4

Pojemność absorpcyjna włókniny z termoplastycznego tworzywa sztucznego w procesie oczyszczania wody z jonów żelaza (III)

N	Końcowa koncentracja żelaza, Ci, mg/l	Stopień oczyszczania 1-(C,/C_o)x100%
	Przykład 2	Przykład 3
1	0,40	99,60
2	0,36	99,64
3	0,35	99,65
4	0,41	99,59
5	0,33	99,67
6	0,29	99,71
7	0,28	99,72
8	0,25	99,75
9	0,24	99,76
10	0,20	99,80

190 708

Fig. 3α

Fig. 3b

190 708

Fig- 5α Fig. 5b

Fig. 5

190 708

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, polegający na doprowadzeniu stopionego tworzywa sztucznego do reaktora obrotowego i podgrzewaniu go w reaktorze, w którym przyjmuje ono pod działaniem siły ośrodkowej postać cienkiej warstwy, wypychanej stopniowo w kierunku krawędzi części wylotowej reaktora, na której tworzą się włókna, znamienny tym, że podgrzewanie cienkiej warstwy stopionego termoplastycznego tworzywa sztucznego realizuje się z zewnątrz, przez ścianę reaktora obrotowego do temperatury, w której warstwa ta jest bliska depolimeryzacji, przy czym włókna opuszczające część wylotową reaktora tworzą się przy prędkości stycznej większej od 10 m/s.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna termoplastycznego tworzywa sztucznego opuszczają reaktor obrotowy przez wąską, pierścieniową szczelinę, utworzoną między krawędzią wylotowej części reaktora a obrzeżem jego pokrywy.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wąska, pierścieniowa szczelina, przez którą włókna termoplastycznego tworzywa sztucznego opuszczają reaktor obrotowy, ma zmienną szerokość, uzyskaną przez mimośrodowe położenie pokrywy względem osi obrotu reaktora.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wirującą, cienką warstwę stopionego termoplastycznego tworzywa sztucznego, utworzoną na wewnętrznej powierzchni reaktora obrotowego, dzieli się za pomocą równoległych do osi reaktora obrotowego żeber, wystających z jego wewnętrznej powierzchni.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzące się na krawędzi wylotowej części reaktora obrotowego włókna z termoplastycznego tworzywa sztucznego poddaje się oddziaływaniu strumienia powietrza.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że strumień powietrza ma kierunek prostopadły do kierunku włókien opuszczających reaktor obrotowy.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do termoplastycznego tworzywa sztucznego, doprowadzanego do reaktora obrotowego, dodaje się mineralny czynnik dyspersyjny o dendrytycznej strukturze cząsteczek.
8. Urządzenie do wytwarzania włókien z termoplastycznego tworzywa sztucznego, wyposażone w zespół topiący termoplastyczne tworzywo sztuczne oraz w reaktor obrotowy, w którym stopione tworzywo, pod działaniem siły odśrodkowej, przyjmuje postać cienkiej warstwy, wypychanej stopniowo w kierunku krawędzi części wylotowej reaktora, na której tworzą się włókna, znamienne tym, że wnętrze reaktora obrotowego (5) jest ogrzewane z zewnątrz przez ścianę reaktora (5) za pomocą otaczającego go pogrzewacza (6), a jego część wylotowa jest przymknięta pokrywą (9), przy czym między krawędzią części wylotowej reaktora obrotowego a obrzeżem pokrywy (9) jest utworzona wąska, pierścieniowa szczelina (8).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że wewnętrzna powierzchnia reaktora obrotowego (5), w jego przeważającej części od strony dna, jest cylindryczna, zaś w jego części wylotowej rozszerza się stożkowo w kierunku krawędzi reaktora (5).
10. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że wąska, pierścieniowa szczelina (8) ma szerokość od 15 mm do 20 mm.
11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że pokrywa (9) jest umieszczona mimośrodowo względem osi reaktora obrotowego (5), natomiast wąska, pierścieniowa szczelina (8) ma zmienną szerokość.
12. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że wewnętrzna powierzchnia cylindrycznej części reaktora obrotowego (5) jest zaopatrzona w wystające żebra (13) równoległe do jego osi.

190 708
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że żebra (13) na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej części reaktora obrotowego (5) mają największą wysokość w pobliżu dna i zwężają się w kierunku stożkowej części wylotowej reaktora (5).
14. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że część wylotowa reaktora obrotowego (5) jest zaopatrzona w otaczający jej krawędź pierścieniowy przewód powietrzny (14), z obwodową szczeliną wylotową (15), skierowaną w kierunku osi reaktora obrotowego (5).
15. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że podgrzewacz (6) reaktora obrotowego (5) stanowi elektryczny podgrzewacz opornościowy (25).
16. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że podgrzewacz (6) reaktora obrotowego (5) stanowi elektryczny podgrzewacz indukcyjny (26, 27).