Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest środek modyfikujący do mocznika, który zmieniając istotne własności mechaniczne tego produktu w postaci granulatu, umożliwia bezproblemowe składowanie, transport i aplikację, nie zmieniając przy tym jego własności chemicznych w klasycznych zastosowaniach.

Mocznik, jako jeden z wielkotonażowych produktów przemysłu chemicznego, otrzymywany w syntezie realizowanej w warunkach wysokich ciś nień i temperatur, bez wzglę du na różnice wystę pujące w stosowanych na świecie technologiach, często jako produkt finalny jest poddawany procesowi granulowania. Dwa główne kierunki zastosowania mocznika to rolnictwo oraz syntezy chemiczne, a zwłaszcza otrzymywanie żywic mocznikowo-formaldehydowych. Mocznik wytwarzany w postaci granulowanej, ujawnia w czasie przechowywania wady w postaci swoich właściwości fizyko-chemicznych. Szczególnie uciążliwe dla producentów i użytkowników jest zbrylanie się mocznika, wywołane jego higroskopijnością oraz niska wytrzymałość mechaniczna granul. W przypadku składowania na wysokich hałdach nacisk złoża prowadzi do destrukcji granul. Następuje rozpad i wtórne rozdrobnienie granulek, przez co znacznie zwiększa się udział niepożądanych frakcji pyłowych w przechowywanej masie. To obniż a jakość i przyspiesza zbrylanie się przechowywanego produktu. Zjawiska te utrudniają także transport mechaniczny, załadunek i rozładunek. Zwłaszcza w przypadku ładunków masowych luzem, stwarza to dodatkowe zagrożenia typowe dla pyłów i zawiesin w powietrzu.

Zdecydowana większość producentów mocznika rozwiązuje problem pylenia i pośrednio zbrylania poprzez stosowanie środków powlekających. Prowadzone w różny sposób nanoszenie żywic mocznikowo-formaldehydowych i innych kompozycji poprawia w pewnej mierze powierzchniową odporność granul na ścieranie ale wiąże się zazwyczaj z emisją wolnego formaldehydu, a co za tym idzie, pogorszeniem warunków bezpieczeństwa i higieny na stanowisku pracy. Naniesione środki nie zwiększają wytrzymałości mechanicznej granul, tak że w trakcie magazynowania i transportu w dalszym ciągu obserwuje się zjawisko wtórnego rozdrobnienia i tworzenia agregatów granulek o różnej wielkości.

Z informacji przedstawianych przez producentów mocznika wynika, ż e dodają oni róż ne substancje do całej objętości stopu mocznika kierowanego do wieży granulacyjnej. Skład używanych środków i metodyka postępowania podczas procesu granulowania nie jest znana. Podstawowym celem takiego działania jest poprawa właściwości krystalograficznych i wytrzymałościowych wytworzonego granulatu poprzez działanie środka złożonego z żywicy i odpowiednich dodatków funkcjonalnych.

Najtrudniejszym problemem jest taki dobór składników kompozycji modyfikującej aby własności fizyczne otrzymanego środka umożliwiały sprawne i efektywne wprowadzanie środka do całej objętości stopu mocznikowego kierowanego do granulacji, a także aby zapewniły równomierność jego rozprowadzenia w masie mocznika.

Podstawowy wpływ na skuteczność procesu wprowadzania modyfikatora do stopu mocznikowego ma stężenie użytej żywicy, które wynika bezpośrednio z uwarunkowań procesu granulacji. Limituje ono możliwość doboru składników, a głównie zakres stosunków składników reaktywnych i wody. Zbyt wysoka zawartość wody w modyfikatorze powoduje występowanie zjawisk kawitacyjnych podczas granulacji i może prowadzić do uszkodzenia pomp i zakłóceń w pracy całego układu granulacyjnego. Obniżenie zawartości wody prowadzi do wykładniczego wzrostu lepkości żywicy, co utrudnia dozowanie modyfikatora i w konsekwencji ogranicza skuteczność jego działania. Obserwuje się wówczas słabe, a głównie niejednorodne rozprowadzenie środka w objętości stopu mocznikowego. Wysoka zawartość wody ma również niekorzystny wpływ na właściwości samego modyfikatora - zdecydowanie powiększa się wówczas tendencja do żelowania i niekontrolowanej autokondensacji w trakcie produkcji środka, jego przechowywania, transportu i zastosowania.

Celem wynalazku było opracowanie takiej kompozycji środka modyfikującego, która poprawi znacząco własności wytrzymałościowe granulowanego mocznika, co wyeliminuje lub ograniczy niepożądane zjawiska aglomeracji podczas magazynowania, w transporcie i aplikacji granulatu mocznikowego. Jednocześnie własności otrzymanego środka sprawią, że będzie on łatwy w użyciu podczas procesu granulacji.

Środek według wynalazku, składa się z 0,1 - 2,5% wagowych liniowego diolu, zawierającego do 5 atomów węgla w cząsteczce, korzystnie glikolu dietylenowego lub trietylenowego, 0,01 - 2,5% wagowych zneutralizowanego homopolimeru kwasu akrylowego i/lub jego kopolimeru z estrami alkilowymi

PL 202 263 B1 o ś redniej masie czą steczkowej wynoszą cej 1100 - 4500 oraz ż ywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartoś ci wody nie większej niż 20% wagowych, charakteryzują cej się lepkoś cią mierzoną w temperaturze 20°C nie mniejszą niż 300 mPa.s, uż ytej w ilości potrzebnej do uzupełnienia składu środka do 100% wagowych.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że zastosowanie środka według wynalazku, który obok żywicy mocznikowo-formaldehydowej o charakterystycznych własnościach fizyko-chemicznych, zawiera również liniowy diol oraz zneutralizowany homopolimer i/lub kopolimer kwasu akrylowego z jego estrami alkilowymi o określonym średnim ciężarze cząsteczkowym, pozwala na ponad dwukrotny wzrost wytrzymałości mechanicznej granul mocznika. W konsekwencji, w trakcie nawet długiego okresu przechowywania czy podczas transportu i aplikacji, nie występuje zjawisko wtórnego rozdrabniania granul i pylenia.

Stwierdzono, że zawarty w składzie środka według wynalazku liniowy diol jest zdolny do wiązania reaktywnych grup hydroksymetylowych, pochodzących z tworzącej sztywniejszą strukturę żywicy. Powstające w wyniku reakcji mostki eterowe nie zwiększają znacząco masy cząsteczkowej lecz dodatkowo usztywniają i wzmacniają strukturę przestrzenną granulki. Konsekwencją jest zdecydowana poprawa wytrzymałości mechanicznej granul mocznika. Nie ulega natomiast pogorszeniu jego rozpuszczalność - roztwory mocznika nie wykazują zmętnień i wytrąceń, co jest szczególnie ważne dla jego zastosowań do syntez żywic i klejów używanych zwłaszcza w przemyśle płyt meblarskich.

Wprowadzony dodatek zneutralizowanego homopolimeru lub kopolimeru kwasu akrylowego z jego estrami alkilowymi o wybranej ś redniej masie cz ąsteczkowej, jest czynnikiem izolują cym lokalne centra krystalizacji mocznika. Obecność aktywnych centrów krystalizacji odgrywa znaczącą rolę w procesach zastosowania mocznika, np. przy produkcji ż ywic mocznikowych. W tym procesie stanowią one zarodki procesów kondensacji i inicjują niepożądane zjawiska żelowania i łańcuchowego, niekontrolowanego wzrostu ciężaru cząsteczkowego. Dodatek zneutralizowanego homopolimeru lub kopolimeru kwasu akrylowego, poza wymienionym działaniem opóźniającym i regulującym, dodatkowo zabezpiecza powierzchnię granuli przed łączeniem się z pyłem i tworzeniem niepożądanych aglomeratów.

Środek według wynalazku jest przedstawiony ale nieograniczony w przykładach wykonania, a wyniki jego użycia w procesie granulacji mocznika pokazane są w Tabeli 1.

P r z y k ł a d 1 (porównawczy)

Do stopu mocznika podawanego do wieży granulacyjnej wprowadzono 0,2% wagowych żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s. Określono wytrzymałość mechaniczną wytworzonych granul oraz ich skłonność do zbrylania się. Wyniki przestawiono w Tabeli 1.

P r z y k ł a d 1a (porównawczy)

Do stopu mocznika podawanego do wieży granulacyjnej wprowadzono 0,3% wagowych żywicy mocznikowo-formaldehydowej opisanej w przykładzie 1. Określono wytrzymałość mechaniczną wytworzonych granul oraz ich skłonność do zbrylania się. Wyniki przestawiono w Tabeli 1.

P r z y k ł a d 1b (porównawczy)

Do stopu mocznika podawanego do wieży granulacyjnej wprowadzono 0,5% wagowych żywicy mocznikowo-formaldehydowej opisanej w przykładzie 1. Określono wytrzymałość mechaniczną wytworzonych granul oraz ich skłonność do zbrylania się. Wyniki przestawiono w Tabeli 1.

P r z y k ł a d 2

1140 kg żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s oraz 30 kg glikolu dietylenowego i 30 kg zneutralizowanego homopolimeru kwasu akrylowego o ś redniej masie cząsteczkowej 1100 zmieszano w temperaturze 20°C. Mieszanie prowadzono do uzyskania jednorodnej masy środka. Tak uzyskany środek wprowadzono do stopu mocznikowego kierowanego do procesu granulacji w ilości 0,3% wagowego. Wytworzony granulat mocznika poddano badaniom na wytrzymałość mechaniczną i skłonność do zbrylania.

P r z y k ł a d 3

1128,8 kg żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s oraz 1,2 kg glikolu dietylenowego i 30 kg zneutralizowanego homopolimeru kwasu akrylowego o średniej masie cząsteczkowej 1100 zmieszano w temperaturze 20°C. Mieszanie prowadzono do uzyskania jednorodnej masy. Tak uzyskany środek wprowadzono do stopu mocznikowego kierowanego do procesu granulacji w ilości 0,3% wagowego. Wytworzony granulat mocznika poddano badaniom na wytrzymałość mechaniczną i skłonność do zbrylania.

PL 202 263 B1

P r z y k ł a d 4

1198,2 kg żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s oraz 1,2 kg glikolu dietylenowego i 0,6 kg zneutralizowanego homopolimeru kwasu akrylowego o średniej masie cząsteczkowej 1100 zmieszano w temperaturze 20°C. Mieszanie prowadzono do uzyskania jednorodnej masy środka. Tak uzyskany środek wprowadzono do stopu mocznikowego kierowanego do procesu granulacji w ilości 0,3% wagowego. Wytworzony granulat mocznika poddano badaniom na wytrzymałość mechaniczną i skłonność do zbrylania.

P r z y k ł a d 5

1170 kg żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s oraz 3 kg glikolu dietylenowego i 0,15 kg zneutralizowanego homopolimeru kwasu akrylowego o średniej masie cząsteczkowej 1100 zmieszano w temperaturze 20°C. Mieszanie prowadzono do uzyskania jednorodnej masy środka. Tak uzyskany środek wprowadzono do stopu mocznikowego kierowanego do procesu granulacji w ilości 0,3% wagowego. Wytworzony granulat mocznika poddano badaniom na wytrzymałość mechaniczną i skłonność do zbrylania.

P r z y k ł a d 6

1170 kg żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s oraz 6 kg glikolu trietylenowego i 15 kg zneutralizowanego homopolimeru kwasu akrylowego o ś redniej masie czą steczkowej 1100 zmieszano w temperaturze 20°C. Mieszanie prowadzono do uzyskania jednorodnej masy środka. Tak uzyskany środek wprowadzono do stopu mocznikowego kierowanego do procesu granulacji w ilości 0,3% wagowego. Wytworzony granulat mocznika poddano badaniom na wytrzymałość mechaniczną i skłonność do zbrylania.

P r z y k ł a d 7

1170 kg żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s oraz 6 kg glikolu etylenowego i 0,15 kg zneutralizowanego homopolimeru kwasu akrylowego o średniej masie cząsteczkowej 1100 zmieszano w temperaturze 20°C. Mieszanie prowadzono do uzyskania jednorodnej masy środka. Tak uzyskany środek wprowadzono do stopu mocznikowego kierowanego do procesu granulacji w ilości 0,3% wagowego. Wytworzony granulat mocznika poddano badaniom na wytrzymałość mechaniczną i skłonność do zbrylania.

P r z y k ł a d 8

1170 kg żywicy mocznikowo-formaldehydowej o zawartości 20% wagowych wody i lepkości 300 mPa.s oraz 3 kg glikolu dietylenowego i 0,15 kg zneutralizowanego kopolimeru kwasu akrylowego z estrem metylowym o średniej masie cząsteczkowej 4500 zmieszano w temperaturze 20°C. Mieszanie prowadzono do uzyskania jednorodności masy środka. Tak uzyskany środek wprowadzono do stopu mocznikowego kierowanego do procesu granulacji w ilości 0,3% wagowego. Wytworzony granulat mocznika poddano badaniom na wytrzymałość mechaniczną i skłonność do zbrylania.

T a b e l a 1

Środek przedstawiony w przykładzie	Badany parametr
Zdolność do zbrylania	Wytrzymałość mechaniczna (kG/cm2)
Typowy środek powlekający	Nie zbryla się	0,75-0,9
1	Nie zbryla się	0,8-0,9
1a	Nie zbryla się	1,0-1,1
1b	Nie zbryla się	1,0-1,3
2	Nie zbryla się	1,6-1,8
3	Nie zbryla się	1,0-1,2
4	Nie zbryla się	1,0-1,1
5	Nie zbryla się	1,6-1,8
6	Nie zbryla się	1,1-1,3
7	Nie zbryla się	1,0-1,2
8	Nie zbryla się	1,6-1,8

PL 202 263 B1