SK281450B6 - Spôsob výroby vodorozpustných biodegradovateľných fólií a zariadenie na jeho vykonávanie - Google Patents

Abstract

Vodorozpustné biodegradovateľné fólie sa vyrábajú extrúziou z modifikovaného granulátu polyvinylalkoholu. Pri modifikácii sa granulát polyvinylalkoholu zmäkčí a zbaví prchavých podielov, ochladí sa a vo vysievači sa odstránia nadrozmerné častice. Získa sa produkt s obsahom vody 0,8 až 4,5 % hmotn. Extrudér je vybavený špeciálnou závitovkou, tavenina polyméru sa vyfukuje z nízkotlakovej vyfukovacej hlavy. Fólia po ochladení, zvlhčení a navinutí sa kondiciuje.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka oblasti spracovania polymérov, výroby vodorozpustných biodegradovateľných fólií na báze polyvinylalkoholu technológiou vyfukovania a zariadenia na ich výrobu.

Doterajší stav techniky

Z hľadiska ochrany životného prostredia nadobúdajú vodorozpustné biodegradovateľné fólie stále väčší význam. V oblasti obalovej techniky zaberajú popredné miesto poly vinylalkoholové fólie.

V súčasnosti sú známe dva odlišné spôsoby výroby týchto fólií, a to tzv. mokrý a suchý spôsob.

Mokrý postup, liatím z vodného roztoku polyvinylalkoholu (ďalej PVAL), resp. z roztoku obsahujúceho aj zmäkčovadlo a prípadne ďalšie prísady s následným sušením filmu, používaný v Japonsku a v Amerike je energeticky (rozpúšťanie PVAL pri 95 °C, filtrácia roztoku, sušenie) a technologicky (vyžaduje špeciálne strojové zariadenie, ktoré je odlišné od zariadení používaných pri spracovaní termoplastov) veľmi náročný, čo sa premieta do ceny týchto fólií.

Suchý postup, extrúziou z termoplastického granulátu pripraveného modifikáciou PVAL, je pokrokovejší a umožňuje použitie zariadení ako pri výrobe fólie z termoplastov. Vzhľadom na to, že PVAL sa rozkladá pri teplote topenia a bez ďalšej úpravy je nespracovateľný, jeho teplota topenia sa znižuje prídavkom zmäkčovadiel, ako sú napr. viacmocné alkoholy s teplotou varu nad 250 °C (DE 2 812 684, DE 2 841 238), ktoré sa pridávajú vo forme vodných roztokov. Na dosiahnutie určitých cieľových vlastností fólie sa pridávajú ďalšie prísady, antioxidanty, antiblokačné činidlá, mazadlá a pod.

Zmäkčovanie sa väčšinou uskutočňuje v duplikátorových reaktoroch za intenzívneho miešania pri atmosférickom tlaku zahriatím reakčnej zmesi na 100 až 150 °C ajej ochladením po ukončení zmäkčovania. Nevýhodou postupu je zvýšenie obsahu vody v produkte nad 5 % hmotn., ktorý zapríčiňuje pri ďalšom spracovaní vyfukovaním vznik bublín až dier. Polovičné plnenie závitovky pri extrúzii na odvádzanie vodných pár rieši tento problém len čiastočne.

Známy je aj spôsob zmäkčovania (SK 277 690), pri ktorom optimálna modifikácia PVAL a nízky obsah vody pod 1 % hmotn. sa dosahuje variáciou tlaku a teploty v priebehu zmäkčovania. Procesy zmäkčovania, sušenia a chladenia sa uskutočňujú v jednom reaktore striedavým vyhrievaním a chladením reaktora. Nevýhodou tohto postupu je jednak časová náročnosť celého procesu modifikácie a taktiež problémy pri ďalšom spracovaní na fólie. Takmer úplné odstránenie neviazanej vody zapríčiňuje termický rozklad materiálu v dôsledku absencie stabilizačného účinku proti termickému zaťaženiu. Prejavuje sa to sfarbením fólie do žlta až hneda a negatívnou zmenou Teologických vlastností taveniny polyméru.

Biologicky rozložiteľné polyvinylalkoholové fólie s obsahom vody 0,8 až 3,0 % hmotn. sa vyrábajú dvojstupňovou modifikáciou granulátu polyvinylalkoholu a následným extrudačným postupom (SK 278 471). Tento postup nedostatočne rieši nutnú separáciu zvyškových prchavých podielov nachádzajúcich sa v používaných typoch PVAL (napr. metanol, metylacetát a iné) a taktiež nezabraňuje vzniku nesplastifikovaných rybích ôk vo fólii, spôsobených nerovnomernou modifikáciou príliš veľkých častíc PVAL.

Podstata vynálezu

Podstatou tohto vynálezu je spôsob výroby vodorozpustných biodegradovateľných fólií na báze polyvinylalkoholu extrúziou z modifikovaného granulátu polyvinylalkoholu, pri ktorom sa v prvom stupni uskutočňuje zmäkčovanie a odstraňovanie prchavých zložiek, v druhom chladenie reakčnej zmesi, pričom získaný produkt s obsahom vody 0,8 až 4,5 % hmotn. sa preoseje, taví pri kompresnom pomere 1 : 1,5 až 2,5, tavenina sa po prefiltrovaní vyfukuje pri tlaku 5 až 30 MPa a fólia sa ďalej upravuje bežným spôsobom.

Zariadenie na výrobu vodorozpustných biodegradovateľných fólií podľa tohto vynálezu, tvorené zmäkčovacím reaktorom, chladiacim aparátom, extrudérom, zvlhčovacou a klimatizačnou komorou, pozostáva zo zmäkčovacieho reaktora vybaveného vývevou, chladiaceho aparátu, za ktorým jc umiestnený vysievač, extrudéra so špeciálnou závitovkou s nízkym kompresným pomerom, vyúsťujúceho do nízkotlakovej vyfukovacej hlavy, zvlhčovacej komory situovanej medzi odťahové valce a navíjacie zariadenie a z klimatizačnej komory.

K výhodám postupu podľa tohto vynálezu patrí odstránenie prchavých podielov z PVAL a zabránenie vzniku nesplastifikovateľných rybích ôk vo fólii. Taktiež reakčný čas modifikácie polyvinylalkoholu je podstatne kratší.

Postupom podľa tohto vynálezu sa získa modifikovaný polyvinylalkohol s obsahom vody v rozmedzí 0,8 až 4,5 % hmotn., ktorý jednak zabezpečuje stabilizačný účinok vody proti termickému zaťaženiu pri extrúzii, t. j. nevznikajú bubliny, a jednak sa voda neuvoľňuje a nezapríčiňuje problémy pri vyfukovaní fólie. Udržanie koncentrácie vody v produkte na optimálnej hladine umožňuje plné plnenie závitovky extrudéra.

Rovnováha medzi vlhkosťou vzduchu a fólie sa rýchlo dosahuje prechodom vyfukovanej fólie zvlhčovacou komorou, čím sa uľahčuje navíjanie zmäknutej fólie. Zvlhčovacia komora umožňuje plynulé meniť dĺžku dráhy fólie, relatívnu vlhkosť a teplotu fólie. Dochádza tu k čiastočnému absorbovaniu vody, ktorá sa počas spracovania vyparila. Použitím extrudéra so závitovkou s nízkym kompresným pomerom dochádza k eliminácii šmykového namáhania, nie je potrebná homogenizačná zóna. Prednosťou nízkotlakovej hlavy je zníženie šmykového namáhania vo vytlačovacej hlave, a tým zabránenie degradácie PVAL.

Zaradením vysievača sa odstránia z modifikovaného PVAL granulátu nadrozmerné, nerovnomerne modifikované častice, čím sa dosiahne rovnomerná kvalita fólií.

Postupom podľa vynálezu sa dosiahne zvýšenie kapacity výroby pri rovnakých nákladoch na investície ako pri bežných postupoch na známych zariadeniach.

Prehľad obrázkov na výkrese

Na priloženom výkrese je znázornená schéma linky na výrobu vodorozpustných biodegradovateľných polyvinylalkoholových fólií. Do zmäkčovacieho reaktora 1 sa privádza granulát polyvinylalkoholu 12, zmäkčovadlo, prípadne ďalšie aditíva 13. Nežiaduce prchavé zložky sa odstraňujú pomocou vývevy 2. Reakčná zmes sa chladí v samostatnom chladiacom aparáte 3, za ktorým je situovaný vysievač 4 a výhodne zásobník 5 modifikovaného polyvinylalkoholu. Modifikovaný polyvinylalkohol sa dávkuje do extrudéra 6 so špeciálnou závitovkou, vybaveného filtrom taveniny, a tavenina sa vyfukuje cez nízkotlakovú vyíukovaciu hlavu 7, Medzi odťahové valce 8 a navíjacie zariadenie 10 je u miestnená zvlhčovacia komora 9 pozostávajúca zo sústavy fixných a pohyblivých valcov, pričom požadované klimatické podmienky sa v nej dosahujú pomocou samostatného klimatizačného zariadenia. Fóliová linka je ukončená klimatizačnou komorou 11.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Do 1600 1 antikorového duplikátorového reaktora vybaveného špeciálnym miešadlom na vodorovnej osi, teplomerom a tlakomerom sa nasadí 350 kg polyvinylalkoholu, ktorého číslo zmydelnenia je 140 mg KOH/g a viskozita 4 %-ného vodného roztoku pri 20 °C má hodnotu 8 mPas.

Za intenzívneho miešania pri 120 ot/min. sa počas 20 min. pridá zmes zmäkčovadla pozostávajúca zo 45 kg glycerínu a 15 kg vody. Obsah reaktora sa v priebehu 40 min. vyhreje na 100 “C vodnou parou 0,4 MPa cez plášť reaktora. Potom sa otáčky miešadla znížia na 80 ot/min. a pomocou vývevy pri tlaku 30 kPa sú odsávané vodné pary a prchavé zložky z reaktora. Po 10 min. sušenia obsah vody v násade poklesne na 2,2 % hmotn. a teplota násady klesne na 96 °C. Po zrušení vákua obsah reaktora sa vypustí do chladiaceho aparátu, ktorý pozostáva z 1200 1 antikorového duplikátom vybaveného horizontálne uloženým miešadlom, teplomerom a odvzdušňovacím otvorom zakrytým tkaninou. Modifikovaný polyvinylalkohol sa chladí cez plášť chladiaceho aparátu chladiacou vodou s teplotou 23 °C pri otáčkach miešadla 40 ot/min. Po znížení teploty zmesi na 35 °C sa modifikovaný polyvinylalkohol preoseje na site a vypustí do zásobníka, z ktorého sa dávkuje do extrudéra, vybaveného špeciálnou závitovkou (kompresný pomer 1 : 1,8 bez zmiešavacej zóny) pri teplotnom režime 170, 180, 190, 200, 190 °C. Po prechode taveniny polyvinylalkoholu filtrom sa táto vytláča cez špeciálnu nízkotlakovú vyfukovaciu hlavu (teplota hlavy 190 °C) pri tlaku 5,0 MPa. Po rozfuknutí balóna na požadovaný rozmer sa tavenina súčasne pomaly chladí, cez odťahové valce sa následne vedie do zvlhčovacej komory, v ktorej je teplota 20 °C a relatívna vlhkosť 75 %. Po prechode zvlhčovacou komorou v trvaní 2 min. sa fólia navíja bežným spôsobom na navíjacom zariadení. Po navinutí sa fólia vkladá do klimatizačnej komory počas 24 hod. pri podmienkach: teplota 20 °C, relatívna vlhkosť 65 %. Takto vyrobená fólia je rýchlo rozpustná v studenej vode a následne v roztoku a pôde biodegradovateľná.

Príklad 2

Postupuje sa ako v príklade 1 s tým rozdielom, že sa použije polyvinylalkohol s číslom zmydelnenia 140 mg KOH/g a viskozitou 4 %-ného roztoku 18 mPas. Pridáva sa 53 kg glycerínu a 17 kg vody. Teplota násady sa zvýši na 110 °C. Po odsaní vodných pár a prchavých podielov pri tlaku 30 kPa počas 15 min., ochladení a preosiati sa získa termoplastický granulát polyvinylalkoholu s obsahom vody 2,1 % hmotn., ktorý sa dávkuje do extrudéra vybaveného špeciálnou závitovkou (kompresný pomer 1 : 2 bez zmiešavacej a kompresnej zóny) pri teplotnom režime 180, 190, 205, 215, 200 °C. Po prefiltrovaní taveniny sa táto vytláča cez nízkotlakovú vyfukovaciu hlavu (teplota hlavy 190 °C) pri tlaku 10,0 MPa. Po rozfuknutí balóna na požadovaný rozmer sa tavenina súčasne pomaly chladí pomocou bežného chladiaceho kruhu, fólia prechádza odťahovými valcami a následne sa vedie do zvlhčovacej komory umiestnenej inline, v ktorej je teplota 25 °C a relatívna vlhkosť 85 %. Po prechode zvlhčovacou komorou v priebehu 2,5 min. sa fó lia navíja bežným spôsobom. Po navinutí sa fólia vkladá do klimatizačnej komory na 30 hod. pri teplote 23 °C a relatívnej vlhkosti 60 %. Vyrobená fólia je pomaly rozpustná v studenej vode a následne biologicky odbúrateľná v roztoku a pôde.

Príklad 3

Postupuje sa ako v príklade 1, len sa použije polyvinylalkohol s číslom zmydelnenia 28 mg KOH/g s viskozitou 4 %-ného vodného roztoku 20 mPas. Zmes zmäkčovadla pozostáva z 53 kg glycerínu a 17 kg vody. Teplota násady sa zvýši na 115 °C. Po vysušení pri tlaku 30 kPa počas 15 min. a ochladení na 35 °C sa získa sypký granulát polyvinylalkoholu s obsahom vody 1,9 % hmotn., ktorý sa preoseje a vypustí do zásobníka. Zo zásobníka sa dávkuje do extrudéra, vybaveného špeciálnou závitovkou (kompresný pomer 1 : 1,25, bez zmiešavacej a zvláštnej kompresnej zóny) pri teplotnom režime 185, 195, 210, 220, 225, 200 °C. Po prefiltrovaní sa tavenina vytláča cez nízkotlakovú vyfúkovaciu hlavu (teplota hlavy 195 °C) pri tlaku 15,0 MPa. Po rozfuknutí balóna na požadovaný tvar sa tavenina súčasne pomaly chladí. Fólia prechádza odťahovými valcami a následne sa vedie do zvlhčovacej komory umiestnenej inline, v ktorej je teplota 30 °C a relatívna vlhkosť 65 %. Po prechode zvlhčovacou komorou v priebehu 3 min. sa fólia navíja bežným spôsobom. Po navinutí sa vkladá do klimatizačnej komory na 20 hod. pri teplote 25 °C a relatívnej vlhkosti 65 %. Vyrobená fólia nie je rozpustná v studenej vode, rozpustná je v horúcej vode (nad 60 °C) aje biodegradovateľná v roztoku a v pôde.

Priemyselná využiteľnosť

Vodorozpustné biologicky rozložiteľné polyvinjlilkoholové fólie vyrobené podľa tohto vynálezu sú vhodné na následnú finalizáciu na vrecia, vrecká a pod., resp. naspriame použitie v baliacich automatoch. Použiteľné sú v potravinárstve, zdravotníctve, farmácii, chemickom priemysle i v iných oblastiach ako špeciálny obalový materiál.

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob výroby vodorozpustných biodegradovateľných fólií na báze polyvinylalkoholu extrúziou z granulátu polyvinylalkoholu, modifikovaného v dvoch stupňoch, pričom získaný produkt s obsahom vody 0,8 až 4,5 % hmotn. sa taví pri kopresnom pomere 1 : 1,5 až 2,5, tavenina sa po prefiltrovaní vyfukuje pri tlaku 5 až 30 MPa, fólia sa ďalej upravuje bežným spôsobom, vyznačujúci sa tým, že v prvom stupni sa uskutočňuje zmäkčovanie a odstraňovanie prchavých zložiek a modifikovaný polyvinylalkohol sa preosiatim zbavuje nadrozmerných, nerovnomerne zmodifikovaných častíc.

2. Spôsob výroby podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m , že modifikovaný produkt obsahuje 1,1 až 2,5 % hmotn. vody.

3. Spôsob výroby podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m , že tavenina sa vyfukuje pri tlaku 5 až 20 MPa.

4. Zariadenie na uskutočňovanie spôsobu výroby podľa nároku 1, tvorené zmäkčovacím reaktorom, chladiacim aparátom, extrudérom, zvlhčovacou a klimatizačnou komorou, vyznačujúce sa tým, že zmäkčovací reaktor (1) je vybavený vývevou (2) a za chladiacim aparátom (3) je umiestnený vysievač (4).

SK 281450 Β6

5. Zariadenie podľa nároku 4, vyznačujúce sa t ý m , že medzi vysievač (4) a cxtrudér (6) je situovaný zásobník (5) modifikovaného polyvinylalkoholu.