PL211595B1 - Sposób wytwarzania syntetycznych podpałek na bazie tworzyw sztucznych i paliw płynnych - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy wytwarzania podpałek z zastosowaniem paliw ciekłych oraz aminoplastów jako żywic wiążących.

Znane są ogólne trudności związane z rozpaleniem ogniska, kominka lub grilla bez użycia łatwozapalnej i łatwopalnej podpałki. Wymaga to zastosowania znacznej ilości papieru lub słomy. Dawniej jako podpałki stosowano przede wszystkim tak zwane szczapy smolne, to jest kawałki drewna nasycone wyjątkowo dużą ilością żywicy naturalnej. Takie szczapy występują głównie w karpach i częściach korzeni drzew iglastych, przeważnie sosny. Dawniej stosowano i stosuje się również obecnie paliwa ciekłe, jak naftę i benzynę. Stwarza to jednak duże niebezpieczeństwo wywołania pożaru lub poparzenia osób rozniecających ogień.

W obecnym okresie przy coraz powszechniejszym stosowaniu grilli oraz przy wzrastającej modzie na montowanie kominków w domach jednorodzinnych, zapotrzebowane na dobre i bezpieczne podpałki szybko rośnie. Na rynku coraz częściej pokazują się podpałki wytwarzane sztucznie. Głównie są to podpałki z trocin sprasowanych i spojonych łatwopalnym materiałem, jak na przykład smoła czy tzw. „pak”, lub parafina czy olej parafinowy. Coraz częściej pokazują się również podpałki na bazie paliw ciekłych zamkniętych w utwardzonym tworzywie syntetycznym, są to przeważnie podpałki białe. Mnogość występowania tych podpałek na rynku nie idzie w parze z możliwością znalezienia opisu ich produkcji ani też zgłoszeń patentowych. Najprawdopodobniej wytwórcy produkują je zachowując w tajemnicy sposób ich wytwarzania.

Omawiany sposób według wynalazku polega na wytworzeniu trwałej emulsji lub piany ciekłego paliwa z monomeryczną formą tworzywa, które twardniejąc na skutek polimeryzacji lub kondensacji wytwarza twarde ciało stałe, zamykające w sobie nie rozpuszczoną w tworzywie ciecz. Jest to tak zwane mikrokapsułkowanie. Powstały produkt jest dość stabilny. Parowanie zamkniętego w porach paliwa ciekłego jest bardzo powolne. Natomiast produkt zapala się łatwo, a paląc się uwalnia powoli zamkniętą ciecz stwarzając silne i dość długotrwałe palenie powodujące bez problemu zapalanie grilla lub ogniska.

W trakcie prac nad omawianą technologią stwierdzono, ż e do wytworzenia trwał ych emulsji palnych produktów ciekłych nadają się przede wszystkim substancje monomeryczne, częściowo lub całkowicie rozpuszczalne w wodzie. Są to głównie łańcuchowe polimery aminoplastów, które kondensują z formaliną w odpowiednim środowisku, sieciują się i wytwarzają twardy szkielet tworzący stałą emulsję zamykającą w swych porach nierozpuszczalną w wodzie ciekłą substancję palną. Proces według wynalazku składa się z dwóch etapów technologicznych.

Pierwszy etap polega na wytworzeniu podstawowej żywicy o strukturze łańcuchowej, rozpuszczalnej w wodzie. Proces ten przeprowadza się w sposób następujący: do reaktora zaopatrzonego w mieszadło, chł odnicę zwrotną i termometr wlewa się okreś loną ilość wodnego roztworu formaliny oraz odpowiednio wyliczoną ilość mocznika, melaminy, względnie mieszaniny tych związków. Następnie całość alkalizuje się wodorotlenkiem sodu lub potasu, bądź wodnym roztworem amoniaku do pH pomiędzy 8,0-6,5. Następnie roztwór ogrzewa się do temperatury wrzenia i podczas mieszania utrzymuje się tą temperaturę około 2 godzin. W trakcie tego procesu powstają polimery łańcuchowe rozpuszczalne w wodzie. W zależności od stosunku użytych produktów oraz przede wszystkim zastosowanego pH powstają krótsze, bądź dłuższe łańcuchy polimerowe. W trakcie procesu jako produkt uboczny powstaje woda. Jest to więc proces kondensacji. Proces ten jest dokładnie znany i opisany w różnych technologiach nie ma więc potrzeby opisywać go szczegółowo. Po uzyskaniu odpowiednich łańcuchów polimerowych w procesie według wynalazku, z mieszaniny poreakcyjnej odparowuje się najczęściej część wody, zarówno wprowadzonej w roztworach, jak i powstałej w procesie. Odparowanie wody jest wskazane, ponieważ ułatwia wytwarzanie trwałej emulsji z paliwem ciekłym. Jednakże, stwierdzono, że ilość wody po destylacji nie powinna być mniejsza niż 15%. Uzyskany produkt jest cieczą dość trwałą w czasie i stanowi podstawowy składnik produkcji podpałek omawianym sposobem.

Druga część technologii polega na wytworzeniu trwałej emulsji z paliwem ciekłym oraz utwardzenie tej emulsji przez odpowiednią zmianę kwasowości i powstanie polimerów usieciowanych (sztywnych) tzw. mikrokapsułek. Proces ten jest najważniejszą częścią technologii wytwarzania podpałek i nie jest opisany szczegółowo w dostępnych publikacjach. Tę część procesu przeprowadza się w sposób następujący: do reaktora z mieszadłem (może być odkryty) wlewa się określoną ilość, wcześniej przygotowanego roztworu wodnego żywicy mocznikowej lub melaminowej, o zawartości nie mniej niż 15% wody, następnie wlewa się stężony wodny roztwór formaliny (ok. 30%) około 2-5% ilości roztworu żywicy. Wprowadzenie formaliny jest konieczne tylko wówczas, jeżeli z żywicy po syntezie odparowano

PL 211 595 B1 wodę. Ponieważ podczas odparowywania wody z żywicy po syntezie odparowuje również nadmiar formaldehydu. Wprowadzenie więc dodatkowo roztworu formaldehydu umożliwia i przyspiesza sieciowanie żywicy łańcuchowej, co powoduje jej szybkie twardnienie w etapie końcowym. W celu ułatwienia powstawania emulsji, do cieczy wsypuje się skrobie, w ilości nawet do 50% ilości użytego roztworu żywicy. Następnie do mieszalnika wlewa się ciekłe paliwo, najkorzystniej naftę oświetleniową. Ilość ciekłego paliwa może się wahać w szerokich granicach. Co zależne jest od tego jaką podpałkę chce się uzyskać. Maksymalna ilość ciekłego paliwa może wynosić nawet do 400% ilości użytego roztworu żywicy. Całość mieszaniny cieczy należy silnie mieszać. Po pewnym czasie, co zależy od ilości użytego paliwa ciekłego, a także innych składników, jak na przykład skrobia, należy wlać kwas organiczny, lub mineralny zakwaszając mieszaninę do pH nie wyższego od 4,5. Najkorzystniej jest stosować kwas mrówkowy lub mlekowy. Po zakwaszeniu ciecz w dalszym ciągu należy silnie mieszać. Po wlaniu kwasu następuje szybki proces sieciowania. Ciecz się zagęszcza i powstaje w pewnym momencie jednorodna emulsja. W takim momencie należy przerwać mieszanie i wylać gęstniejącą masę do form pozostawiając ją do całkowitego stwardnięcia. Zbyt długie mieszanie po uzyskaniu emulsji może spowodować jej rozbicie i powtórny rozdział faz, które trudno jest ponownie zemulgować. W celu łatwiejszego zapalania się podpałek, można do emulgowanej masy dodać pewne ilości cieczy palnych, niskowrzących, jak na przykład eter naftowy. Po całkowitym stwardnięciu emulsji masę można pociąć uzyskując gotowe podpałki, bądź też gęstniejącą masę wlewać do odpowiednich form umożliwiających uzyskanie od razu produktu handlowego. Ciecze palne zawarte w stałej emulsji powoli parują i muszą dlatego być przechowywane w szczelnie zamkniętych woreczkach foliowych np. z polietylenu. Aby uzyskać dobry produkt końcowy, proces emulgowania i twardnięcia musi być przeprowadzony z dużym wyczuciem i wprawą, w przeciwnym wypadku cel nie zostanie osiągnięty.

Kierując się zasadą, że rzecz dobra powinna być w miarę możliwości również ładna i atrakcyjna, w sposobie według wynalazku zastosowano barwienie podpałek na róż ne kolory pastelowe. Moż na to osiągnąć w prosty sposób dodając do mieszaniny cieczy przed całkowitym stwardnięciem barwniki rozpuszczalne w wodzie lub paliwie płynnym. Do jednorodnego zabarwienia podpałki wystarczą bardzo niewielkie ilości barwników, co nie wpływa z żaden sposób na właściwości palne produktu, nadaje jej wyłącznie ładne zabarwienie. Inną nowością wprowadzoną w sposobie według wynalazku jest dodanie do roztworu przed stwardnięciem substancji zapachowych. Mogą to być na przykład substancje stosowane do kadzideł. Dodatek ten nie zmienia również właściwości palnych podpałek, stwarza natomiast dodatkową przyjemność w ich stosowaniu czyniąc produkt bardziej atrakcyjnym. Można również użyć ciekłych substancji zapachowych spryskując nimi podpałki po stwardnięciu.

P r z y k ł a d 1

W przykładzie użyto roztwór wodny żywicy mocznikowo-formaldehydowej uzyskanej znanym sposobem w środowisku alkalicznym, po odparowaniu wody do zawartości 20%. Do kolby okrągłodennej o pojemności 2 litry wlano 200 cm³ tej żywicy oraz 600 cm³ nafty oświetleniowej. Następnie do mieszaniny wlano 10 cm³ 30% wodnego roztworu formaliny i wsypano 60 g skrobi ziemniaczanej. Całość silnie wstrząsano w czasie około 2 minut. Po wymieszaniu wlano do kolby 10 cm³ 80% kwasu mrówkowego i dalej intensywnie mieszano. Po wlaniu kwasu rozpoczął się proces sieciowania i twardnięcia żywicy. Cały czas intensywnie wstrząsano kolbą z mieszaniną cieczy. W miarę powolnego zwiększania lepkości mieszaniny następował wyraźny zanik dwóch faz. W momencie całkowitego zaniku faz i powstania jednorodnej emulsji, proces wstrząsania przerwano. Powstałą w kolbie dość gęstą, jednorodną masę wlano do specjalnej płaskiej formy, gdzie pozostawiono ją do całkowitego stwardnięcia. Po kilku godzinach uzyskano twardy, jednorodny blok, który można podzielić na odpowiednie kawałki. Uzyskany produkt łatwo się zapala i pali silnym płomieniem. Należy go przechowywać w szczelnie zamkniętej kopercie foliowej i wyjmować po kawałku w miarę potrzeby. Uzyskany produkt jest twardy i ma kolor biał y.

P r z y k ł a d 2

W przykładzie użyto taką samą żywicę mocznikowo-formaldehydową jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że po syntezie nie odparowano wody.

Do kolby okrągłodennej o pojemności 2 litry, zaopatrzonej w szybkobieżne mieszadło mechaniczne wlano 250 cm³ żywicy oraz 500 cm³ nafty oświetleniowej i 100 cm³ eteru naftowego o początkowej temperaturze wrzenia 40°C. Do mieszaniny tej wsypano 80 g skrobi. Całość mieszano mieszadłem 600 obrotów/minutę przez pięć minut. Po tym czasie wlano 50 cm³ 85% kwasu mlekowego osiągając pH=2,95. Po wlaniu kwasu całość mieszano dalej aż do zaniku dwóch faz. Po uzyskaniu jednolitej emulsji, co osiągnięto w miarę postępu kondensacji żywicy i zwiększania lepkości, mieszanie przer4

PL 211 595 B1 wano. Ogółem mieszano 12 minut. Jednolitą emulsję o znacznej lepkości wlano do specjalnej formy, podobnie jak w przykładzie 1. Uzyskano białe, twarde podpałki, które bardzo łatwo się zapalały i utrzymywały długo jednolity płomień.

P r z y k ł a d 3

W przykładzie użyto żywicę identyczną jak w przykładzie 1. Przykład wykonywano identycznie jak przykład 1, z tą różnicą, że zamiast skrobi jako emulgatora i wypełniacza użyto 100 gramów drobno przesianej mąki pszennej, a zakwaszenie do pH = 2,8 dokonano stosując stężony kwas solny, wkraplając go przy silnym mieszaniu. Proces prowadzono identycznie do momentu uzyskania trwałej emulsji. Po wlaniu do form i całkowitym utwardzeniu uzyskano produkt o właściwościach zbliżonych do uzyskanego w przykładzie 2

P r z y k ł a d 4

W przykładzie użyto roztwór wodny żywicy melaminowo-formaldehydowej uzyskanej znanym sposobem, w środowisku alkalicznym. Z roztworu tego odparowano wodę, pod zmniejszonym ciśnieniem do zawartości 26%. 200 cm³ tego roztworu wlano do dwu litrowej kolby okrągłodennej zaopatrzonej w szybkoobrotowe mieszadło śmigłowe. Następnie wlano 15 cm³ wodnego roztworu formaliny (30%) oraz 500 cm³ nafty oświetleniowej i 100 cm³ eteru naftowego, a następnie wsypano 80 g skrobi ziemniaczanej. Całość mieszano mieszadłem o 900 obrotach na minutę. W trakcie mieszania wlano powoli 15 cm³ 80% kwasu mrówkowego osiągając pH = 3,2. Zakwaszony roztwór w dalszym ciągu mieszano. Po pewnym czasie, w miarę przebiegu kondensacji powstawała jednorodna emulsjapianka. Ciecz wlano do specjalnej formy gdzie nastąpiło całkowite utwardzenie. Uzyskano produkt o niskim ciężarze właściwym, zawierający ciekłe produkty naftowe oraz pewne ilości powietrza. Uzyskany produkt bardzo łatwo się zapala i pali równym, silnym płomieniem.

P r z y k ł a d 5

W przykładzie uż yto żywicę mocznikowo-formaldehydową, taką samą jak w przykładzie 1. Przykład wykonywano identycznie jak przykład 1, z tą różnicą że do mieszaniny cieczy przed wlaniem kwasu mrówkowego wsypano niewielką ilość, (około 0,1 g) niebieskiego barwnika rozpuszczalnego w wodzie. Następnie, po wymieszaniu wlano kwas mrówkowy i dalej prowadzono przykład identycznie jak przykład 1. Po uzyskaniu zaniku dwóch faz, tężejący roztwór wlano do formy. Po całkowitym stwardnięciu uzyskany produkt miał jasno-niebieskie zabarwienie i właściwości palne identyczne jak uzyskany w przykładzie 1

P r z y k ł a d 6

W przykładzie uż yto wodny roztwór ż ywicy moczniko-formaldehydowej podobny jak w przykł adzie 1. Do zlewki szklanej o pojemności 2 litry wlano 200 cm³ tej żywicy oraz 500 cm³ nafty oświetleniowej. Następnie wlano 12 cm³ wodnego roztworu formaliny (30%) i wsypano 100 g skrobi ziemniaczanej. Całość wymieszano mieszadłem mechanicznym w czasie 1 minuty. Do tej mieszaniny wsypano 0,2 g barwnika pomarańczowego rozpuszczalnego w wodzie oraz 3 g proszku stosowanego do kadzideł, po czym powtórnie wymieszano. Do uzyskanej jednorodnej mieszaniny wlano 15 cm³ 80% kwasu mrówkowego. Całość mieszano do momentu uzyskania jednorodnej emulsji, co osiągnięto po około 10 minutach, w miarę postępu kondensacji i wyraźnego gęstnienia roztworu. Po uzyskaniu jednorodnej emulsji, wsypano do niej w trakcie mieszania 3 g kwaśnego węglanu sodu. Wsypanie węglanu spowodowało wyraźne spienienie emulsji i szybkie jej twardnięcie. Ciekłą emulsję wlano do formy. Po stwardnięciu uzyskano twardy produkt o pomarańczowym zabarwieniu i niskim ciężarze właściwym. Produkt ten po zapaleniu wydzielał przyjemną woń kadzidła przy równoczesnym wysokim płomieniu.

P r z y k ł a d 7

W przykł adzie uż yto ż ywicę moczniko-formaldehydową taką samą jak w przykł adzie 2. Do naczynia o pojemności 3 litry wlano 200 cm³ roztworu żywicy oraz wsypano 35 g skrobi i wlano 400 cm³ oleju opałowego i 50 cm³ eteru naftowego. Po dokładnym wymieszaniu, wlano 0,5 cm³ olejku sosnowego i 12 cm³ kwasu mrówkowego. Całość mieszano mieszadłem mechanicznym o 500 obrotach na minutę do momentu uzyskania jednorodnej emulsji. Następnie po uzyskaniu odpowiedniej lepkości, wsypano do tej emulsji, przy ciągłym mieszaniu 2,5 g kwaśnego węglanu sodu (NaHCO3). Po wsypaniu węglanu emulsja spieniła się powiększając znacznie swoją objętość. Taką spienioną masę wylano do form. Po całkowitym stwardnięciu uzyskano produkt o niskim ciężarze właściwym, charakteryzujący się miłym zapachem leśnym, całkowicie tłumiący zapach paliwa. Walory palne były identyczne jak w przykładzie 2

PL 211 595 B1

P r z y k ł a d 8

Przykład wykonywano identycznie jak przykład 7, z tą różnicą, że przed stwardnięciem żywicy nie dodano olejku zapachowego. Natomiast po uzyskaniu gotowego, twardego produktu spryskano go alkoholowym roztworem olejku lawendowego. Po tym zabiegu podpałki wykazywały zapach lawendy całkowicie tłumiącym zapach nafty.

Claims (7)

1. Sposób wytwarzania syntetycznych podpałek na bazie tworzyw sztucznych i paliw płynnych uzyskiwanych jako emulsje sztywne, znamienny tym, że wodny roztwór liniowych lub słabo usieciowanych aminoplastów wytwarzanych znanym sposobem, głównie na bazie mocznika lub melaminy, miesza się ze znacznym nadmiarem paliw płynnych i po dodaniu emulgatorów oraz ewentualnie roztworu formaliny wytwarza stabilną emulsję, którą następnie utwardza się zakwaszając roztwór, co powoduje sieciowanie polimeru i jego silne utwardzenie z wytworzeniem sztywnej masy komórkowej wypełnionej paliwem ciekłym.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w roztworach aminoplastów znajduje się co najmniej 10% wody, a łańcuchowe lub słabo usieciowane polimery to głównie polimery oparte na bazie mocznika, melaminy oraz aldehydu mrówkowego uzyskane znanym sposobem w środowisku lekko alkalicznym.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako emulgator do wytwarzania trwałej emulsji paliwa ciekłego z wodnym roztworem polimeru, stosuje się skrobię lub drobno przesianą mąkę zbożową, w ilości najkorzystniej 1% ilości użytego tworzywa.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w celu usieciowania i utwardzenia powstałej emulsji zakwasza się ją do pH poniżej 4,5 stosując najkorzystniej kwasy organiczne jak na przykład kwas mrówkowy czy mlekowy.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w celu szybkiego usieciowania i uzyskania trwałej emulsji korzystne, jest dodanie przed emulgowaniem wodnego roztworu formaliny, w ilości powyżej 1% ilości użytego aminoplastu.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla uatrakcyjnienia wytwarzanych podpałek w sposobie wedł ug wynalazku, do mieszaniny ż ywicy i paliwa ciekł ego przed utwardzeniem, dodaje się niewielkie ilości barwników rozpuszczalnych w wodzie lub paliwie oraz ewentualnie niewielkie ilości substancji zapachowych, które neutralizują zapach.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w celu spulchnienia wytwarzanych podpałek do ciekłej mieszaniny składników po uzyskaniu emulsji trwałej, a przed całkowitym jej utwardzeniem dodaje się niewielkie ilości węglanów najkorzystniej kwaśnego węglanu sodu lub amonu, co po silnym wymieszaniu powoduje trwałe spulchnienie uzyskanej podpałki.