Способ получения агломерированного свободносыпучего порошка полимера

Номер патента: 1033508

Авторы: Бабаянц, Бланк, Калмыков, Ковалев, Логинова, Мулин, Сажин

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Ъа С 08 3 3/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР й 517499, кл. В 29 В 1/02, 1974,2. Авторское свидетельство СССР И 183377, кл. С 08 Р 12/14, 1962,3. Патент Великобритании Ю 1369979, кл, С 3 Р., опублик, 1974 (прототип).Богданов В.В. Методы исследования технологических свойств пластмасс. Л., ЛГУ, 1979, с, 8. ,(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЦЕЙИЯ АГЛОНЕРИРО- ВАННОГО СВОБОДНОСЦПУЧЕГО ПОРОИКА ПОЛИМЕРА механическим, перемешиванием порошкообраэного термопласта, содер,801033508 А жащего воду и поверхностно-активное вещество, с последующей сушкой полученных агломератов, о т л и ц а ющ и й с я тем, что, с целью улучшения перерабатываемости, в качестве полимера используют эмульсионнь 1 и фтор содержащий термопласт или сополимер акрилонитрила с бутадиеном и стиролом в виде водной дисперсии, вводят в нее при механическом перемешивании водный раствор минеральной соли в количестве, обеспечивающем ее концентрацию в получаемом коагуляте 0,02- 2 мас.3, и удаляют из коагулята часть водной среды до остаточной влажности 3-60 мас,3 и остаточного содержания ЕС поверхностно-активного вещества 0,05- 1,5 мас. к массе полимера, а затем полученный влажный порошок перемешивают до образования агломерата4 1033Изобретение относится к получениюсвободносыпучих порошков полимеров.Получение таких порошков упрощает технологию сушки полимерое, поеышает производительность процессов переработки, обеспечивает автоматическуюдозируемость и повышенную транспортабельность их по технологическим линиям, создает предпосылку для непосредственного литья и экструзии поли" 1 Омерных порошков без их предварительной грднуляции, При синтезе полиме"рое, в частности получаемых водноэмульсионным способом, продукты после коагуляции выделяются из водной 15среды в виде тонкодисперсных несыпучих порошков, последующая переработка,которых в изделия связана с сущест"венными технологическими трудностями,Поэтому существует необходимость разработки целого ряда методов агломерации таких порошков,Известен способ получения агломерироеанных порошков, включающий смачивание водой порошкообразного 25полимера, уплотнение его на вальцах и последующее дробление полученной листовой заготовки на гранулы Е 13,ЗОНедостатком этого метода явля-. ется то, что он пригоден только для получения агломерированных порошков аминопластов и не позволяет получать агломерированные гидрофобные полимеры (в частности, фторопласты), так как такие не смачиваемые водой полимеры плохо вальцуются, Кроме того, этим способом невозможно получить свободносыпучий порошок полимера с частицами пра 40 вильной формы.Известен также способ получения ряда агломерированных аморфных продуктов эмульсионной полимеризации 45 (полистирол и сополимеры стирола) в процессе промывки порошков. Агломерацию осуществляют нагреванием в автоклаве в водкой среде коагулированного эмульсионного полимера при 50 температуре перехода данного полимера из стеклообразного в пластическое состояние, Этот .относительно простой способ обеспечивает значительное укрупнение частиц полимеров 55 и сополимеров, что существенно облегчает отделение их от водной фазы, сушку и дальнейшую обработку2. 508Недостатками этого способа являются большая полидисперсность получаемого йорошка (размер частиц 10- 3000 мкм и выше), а также неправиль ная форма частиц, что способствует комкованию продукта и существенно ограничивает его сыпучесть и транспортабельность Таким образом, этот метод не обеспечивает получение сво. бодносыпучего порошка. Кроме того, даннйй способ разработан только для аморфных полимеров и не обеспечивает агломерации кристаллических полимеров.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ поЯучения агломерированного свободносыпучего порошка политетрафторэтилена (ПТФЭ), еключающцй смачивание тонкодисперсного порошка полимера (размер частиц менее 100 мкм, предпочтительно менее 30 мкм) водным раствором неионогенного поверхностно"активного вещества ( ПАВ)механическое перемешивание смоченного порошка и сушку полученных агломератов. Предпочтительное количество водного раствора ПАВ при этом составляет 25-50 мл на 100 г ПТФЭ, что соответствует влажности полимера 20-33. При этом содержание ПАВ составляет, например 0,2-0,5 от массы ПТФЗ. Агломерация по этому способу обеспечивает получение сеободносыпучего порошка ПТФЭ, по меньшей мере 503 которого состоит изагломератов размером 150-2000 мкм.При этом средний размер частиц (средневзвешенная величина, определяемая по ситоеому анализу) достигает275-310 мкм, коэффициент сжатия порошка уменьшается до 3-1,2 (что соответствует насыпной плотности 0 51730,707 г/см ), В результате характеризующая сыпучесть продукта "компактная текучесть" увеличивается до 16 и выше, что позволяет успешно применять полученный таким образом ПТФЭ для автоматического и изостатического прессования 1 31.Однако известный. способ предназначен для получения свободносыпучих порошков только из суспензионного ПТФЭ, специфическими особенностями которого являются высокая пластичность и волокнистая (фибриллярная) структура частиц. Эта специфичность определяет перерабатываемость сус3 10пензионного ПТФЭ необычным для поли-меров методом холодного прессования,основанным на формовании таблетокиз пластичных частиц без нагревания, Кроме того, известным способом нельзя получать свободносыпучиепорошки из эмульсионных термопластичных полимеров, так как даже последлительного и интенсивного перемешивания отмытых от эмульгатора и высушенных порошкообразных продуктовэмульсионной полимеризации, например ПТФЗ, сополимера тетрафторэтилена с этиленом (ТФЭЭ), сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом(ВДФТФЭ), смоченных водным растворомПАВ, порошки не приобретают свойствсвободносыпучего материала (см, контрольные примеры 11-13), При этом,хотя в результате такой обработкисредние размеры полимерных частицувеличиваются в несколько раз (от10-20 до 50-70 мкм), полученныеагломераты имеют неправильную форму (преимущественнс неправильныемногогранники) и рыхлую, нечеткосформированную поверхность. В сочетании с высокой полидисперсностью(минимальный размер частиц 10 мкм,а максимальный - порядка 1000 мкм)это обусловливает низкую сыпучестьи незначительное увеличение насыпной плотностиобработанных такимобразом полимерных порошков.Целью изобретения является улучшение перерабатываемости,Для достижения указанной целисогласно способу получения агломерированного свободносыпучего порошка полимера механическим перемешиванием порошкообразного термопласта,содержащего воду и поверхностноактивное вещество, с последующейсушкой полученных агломератов, в ка.честве полимера используют эмульсионный фторсодержащий термопластили сополимер акрилонитрила с бутадиеном и стиролом в виде воднойдисперсии, вводят в нее при механическом перемешивании водный рвствор минеральной соли в количестве,обеспечивающем ее концентрацию в1 получаемом коагуляте 0,02-2 мас.Ф,и удаляют из коагулята часть водной среды до остаточной влажности3-60 мас.3 и остаточного содержания поверхностно-активного вещестра 0,05-1,5 мас.Ф к массе полимера,а затеи полученный влажный порошок33508 45 50 55 5 0 15 20 25 30 35 40 перемешивают до образования агломерата,В качестве Фторсодержащих поли"меров могут быть применены, напри"мер, сополимеры тетрафторэтиленас этиленом тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, трифторхлорэтилена с винилиденфторидом,винилиденфторида с тетрафторэтиленом.Нижний предел влажности полимерного порошка обусловлен тем, чтопри влажности менее 34 его агломерация становится незначительной, чтовыражается в резком уменьшении размера получаемых агломератов и их на"сыпной плотности, а также в потереими свободносыпучести,Верхний предел содержания ПАВобусловлен тем, что при их содержании более 1,5 мас,Ф значительно усложняется удаление этих веществ изпродукта. Качество получаемых изполимеров изделий при этом значительно ухудшается,По предлагаемому способу исполь"зуются полимеры и сополимерц, содержащие такие ионогенные ПАВ, как,например карбоксилаты (в частностиканифольное мыло), соли Фторкарбоно"вых кислот, сульфонаты и т.п,Тип и необходимое остаточноесодержание ПАВ зависит от физикохимических особенностей агломериру"емого полимера. Использование эмульсионнцх полимеров, содержащих ионогенные ПАВ, обусловлено тем, чтопродукты эмульсионной полимеризаций,содержащие неионогенные ПАВ,;значительно труднее выделяются из воднойсреды в процессе их коагуляции (оса"бенно при коагуляции электролитами). Агломерацию полученного эмульсионного влажного порошка по предлагаемому способу осуществляют путем его механического перемешивания, пред" почтительно в горизонтальном цилиндрическом аппарате с роторным устройством. Такой аппарат может быть изготовлен на основе штыревого гранулятора, применяемого для агломерации минеральных пигментов. При вращении роторного устройства со скоростью порядка 250-100 обмин влаж"ные частицы полимерного порошка пере" ходят в псевдоожиженное состояние и образуют вращающуюся аэро- взвесь. 5-15-минутное вращение да" ет значительную агломерацию частиц, 1033508увеличение их размеров в 3-5 Раэ) причем полученные агломераты при" обретают свойства свободносыпучего порошка. Это выражается в резком уменьшении времени просыпания навески порошка через стандартную воронку и в,существенном уменьшении величины угла естественного откоса. Кроме того, насыпная плотноать агломерированного порошка в 1,5-2 рвэа выше, чем у исходного продукта.Измерение размеров частиц исход" ного и агломерированного порошка производится методом оптической микроскопии на микроскопе ИБИ. На предметное стекло с.размерной сеткой (цена деления 0,1 мм) насыпа" ется проба порошка так цтобы в монослое просматривались отдельные частицы. По результатам измерения размеров не менее 300 частиц опреде" ляют среднечисленный размер частиц данного порошка.Сыпучесть порошков измеряется по стандартной методикепутем определения с помощью секундоиера вреиени просыпания навески полимера . объемом 50 см через стальную ворон" ку с углом 40 и диаметром выходно"ого отверстия 6 мм. Угол естественно- ЗО го откоса определяется.по этой же методике путем измерения штангенцир" кулем высоты и диаметра конуса, образуемого исследуемым порошком, просыпаемым через указанную воронку З 5 .на горизонтально, расположенный иеталлический лист. По отношению высоты конуса к его радиусу вычисляют тангенс. угла естественного откоса.Насыпная плотность порошков опре 46 деляется по стандартной методике пу" тем измерения веса полимера, запол" нившего стальной цилиндр диаметром Й 5 мм и объемом 100 смП р и м е р 1. В стеклянный, снаб. женный рамной мешалкой, цилиндрический сосуд емкостью 6 л загружают 3000 мл водной дисперсии сополимера ТфЭ (50 мол,Ж) с этиленом ( 50 мол.Ж) концентрацией 20 мас.3, содержащей в качестве эмульгатора аммонийную соль перфторкаприловой кислоты в количестве 0,53 (,к массе сополимера. При перемешивании в дисперсию вводят в качестве коагулянта 700 мл водного 55 раствора нитрата алюминия концентрацией 0,5 мас.4. После перемешивания при скорости вращения мешалки . 200 об/мин в течение 30 мин сополи" мер высаждается из дисперсии и полу ченный коагулянт загружается на воронку Бюхнера с водоструйным насосом, на которой его фильтруют и промывают при добавлении двухкратного количества (к массе сополимера) дистиллированной воды (1200 мл). По результатам измерения поверхностного натяжения Фильтрата (методом отрыва кольца на приборе Дю-Нуи) при фильтрации и промывке в указанных условиях иэ коагулята удаляет" ся 1/10 первоначально содержащегося в нем ПАВ и, следовательно, егосодержание во влажном порошке составляет О,"453. Отфильтрованный порошок сополимера размещают в противне и подсушивают в термостате при 120 С в течение 10 ч доостаточной влажности 3 мас.Ф.МОО г такого порошка загружают в горизонтальный цилиндрический аппарат диаметром 220 мм, снабженный роторным перемешивающим устройством (горизонтальный вал с закрепленными на нем двумя рядами радиальных стержней-штырей) и перемешивают при скорости вращения 300 об/мин в течение 15 мин. Обработанный таким образом порошок выгружают в противень иосушат при 120 С в течение 1 ч до постоянного веса.Параллельно со свойствами агломерированного порошка изучают свойства высушенного порошка, не подвергнутого агломерации.П р и и е р 2, В цилиндрический аппарат иэ нержавеющей стали емкостью 50 л, снабженный якоРной мешалкой и рубашкой для обогрева, загружают 32 л водной дисперсии сополимера. акрилонитрила, бутадиена и стирола концентрацией 12,5 иас.Ф (юлярное соотношение моноиеров 33,2; 27,1 и 397.соответственно), содержащей в качестве эмульгатора 2 мас.Ф канифольного мыла ( к массе сополимера). После нагревания дисперсии до 60 ф С в нее вводят при перемешивании при скорости мешалки 100 об/мин 1600 мл 5 Ф"ного водного раствора алюминиевых квасцов. После перемешивания в течение 15 мин коагулят нагревают до 80-85 С и дополнительно перемешивают 15 мин, Полученный коагулят промывают и частично обезвоживают на . центрифуге при скорости вращения1000 об/мин и объеме промывной воды4 л. 400 г порошка влажностью60 мас.Ф и содержанием эмульгатора0,4 мас,ь подвергают агломерациипо технологии примера 1. Порошок 5сополимера (как исходный, так и агломерированный) сушат в термостате при75 фС в течение 48 ч,П Р и и е р 3. Процесс проводятаналогично примеру 2, агломерируют 10порошок АБС"пластика с остаточнымсодержанием эмульгатора 0,05 мас.7.и влажностью 32 мас,4, Уменьшениеостаточного содержания ПАВ до 0,054осуществляется путем дополнительной 15промывки коагулята перед центрифугированием в 100-литровом аппарате(при его перемешивании, со скоростьювращения мешалки 150 об/мин и объемепромывной воды 40 л), Центрифуги" 20рование производят при скорости вращения 3000 об/мин до остаточной влажности продукта 32 мас,Ж.П р и м е р 4, По технологии, аналогичной примеру 1, агломерируют порошок сополимера винилиденфторида(6 мол.3) с остаточной влажностью31 мас. и остаточным содержаниемэмульгатора 0,41 мас.Ф, Температураподсушки этого сополимера до указанной влажности составляет 100 С, Вокачестве минеральной соли для коагуляции применяют водный раствор хлористого натрия концентрацией 20 мас,3,причем конечная концентрация соли вкоагуляте составляет 2 мас,4, аскорость вращения ротора при агломерации порошка 120 об/мин.П р и м е р 5. По технологии,аналогичной примеру 1, агломерируют порошок сополимера трифторхлорэтилена (70 мол,) и винилиденфторида (30 мол.й) с остаточной влажностью 34 мас.4 и остаточным содержанием эмульгатора (аммонийная сольперфторпеларгновой кислоты)0,39 мас.й, Температура подсушкиэтого продукта составляет 65 С,В качестве соли-коагулянта приме 50няют водный раствор хлористого кальция, конечная концентрация которогов коагуляте 0,43 мас.7.,П р и м е р 6, Влажный порошоксополимера.ТФЭЭ агломерируют по технологии, аналогичной примеру но при менее продолжительной подсушке (5 ч при 120 С), Получают порошок с остаточной влажностью28 мас,3 и остаточным содержаниемэмульгатора 0,53 мас6. В качествесоли-коагулянта применяют водныйрдствор азотнокислого железа, конечная концентрация которого в коагуляте составляет 0,15 мас,Ф; скорость вращения ротора при агломерации140 об/мин,П р и м е р 7, По технологии,аналогичной примеру 1, коагулируют203-ную водную дисперсию сополимера ТФЭЭ с повышенным содержаниемПАВ (1,74 аммонийной соли перфтор"энантовой кислоты) путем добавления 1000 мл 0,53-ного водного раствора нитрата алюминия, Последующиеоперации обезвоживания и промывкикоагулята аналогичны примеру 1. После подсушки при 120 С в течение6 ч получают порошок с остаточнойвлажностью 24 мас.Ф и остаточнымсодержанием эмульгатора 1,5 мас.3,который агломерируют по изложеннойтехнологии. П р и м е р 8 (контрольный),Процесс ведут аналогично примеру 2,но используют порошок АБС-пластикавлажностью 65 мас,ь,П р и м е р 9 (контрольный).Процесс ведут аналогично примеру 1,но используют порошок сополимераТФЭЭ влажностью 2 мас,Ф.П р и м е р 10 (контрольный),Процесс ведут аналогично примеру 1,но используют порошок сопопимеравинилиденфторида (94 мол.3) и тетрафторэтилена (6 мол.3) влажностью22 масА, остаточное содержаниеПАВ в котором вследствие интенсивной промывки (объем промывной воды 8 л) составляет 0,03 (к массесополимера),П р и м е р 11 (контрольный),Порошкообразный сополимер ТФЭЭ(молярное соотношение компонентованалогично примеру 1) получают пу"тем механической коагуляции 203-нойводной дисперсии (при скорости вращения мешалки 700 об/мин), а затемфильтруют, промывают водой и сушатдо постоянного веса. 288 г полученного порошка засыпают в аппарат попримеру 1, после чего на порошокразбрызгивают пульверизатором (длялучшего распределения) 112 мл водного раствора аммонийной соли перфторэнантовой кислоты концентраци,сополимера), После агломерации полученного таким образом влажногопорошка по технологии, аналогичнойпримеру 1, незначительно увеличивается насыпная плотность материала, но он не приобретаетсвободнойсыпучести. Интенсификация режимаагломерации (увеличение скоростивращения роторного устройства до400-500 об/мин) и увеличение продолжительности перемешивания, до 3040 мин также не увеличивает сыпучесть порошка..П р и м е р 12 (контрольный),300 г сухого порошкообразногосополимера винилиденфторида и тетрафторэтилена (молярное соотношениеаналогично примеру 11) засыпают вописанный аппарат. К порошку добавляют 100 мл водного раствора аммо"нийной соли перфторпеларгоновой кислоты, содержащего 1,8 г этого ПАВ,не становится свободносыпучим(см табл)П р и м е р 13 (контрольный).По.технологии, аналогичной примеру11, получают порошкообразный ПТФЭпутем коагуляции 20-ной водной дис"персии 1,продукт эмульсионной полимеризации ТФЭ) с последующим филь-трованием, промывкой и сушкой,300 г сухого порошка засыпают вописанный аппарат и на него разбрызгивают пульверизатором 141 мл 033508 10водного раствора аммонийной солиперфторэнантовой кислоты, содержащего 12 г этого ПАВ,(или 0,4 мас.Фк полимеру). После механическогоперемешивания увлажненного ПТФЭв режиме, аналогичном примеру 1,получают полидисперсный несыпучийпорошок, повышенная полидисперсность которого связана с деформа 0 цией частиц ПТФЭ (вплоть до ихфибриллизации).Н р и м е р 14 (контрольный),К 600 г сухого порошка сополимераакрилонитрил - бутадиен - стирол15 с молярным соотношением компонентов 24,20 и 5 б 3 (средний размерчастиц б 1 мкм, угол естественного откоса 36 О, сыпучесть со сек,насыпная плотность 0,30 г/см)20 прибавляют при механическом перемешивании 300 мл 1 Ф"ного водногораствора оксиэтилированного алкилфенола (ОП), что отвечает концентрации 100 ККИ этого ПАВ и влаж 25 ности 334. После механическогоперемешивания в агломераторе в широком диапазоне скорости вращенияротора (от 150 до 500 об/мин ) смоченного таким образом порошка иего сушки продукт не приобретаетсвободной сыпучести и его технологические характеристики почти неменяются (средний размер частиц75 мкм, угол естественного откоса36 О, сыпучесть оц сек, насыпнаяплотность 0,32 г/см),Свойства порошков приведены втаблице.Заказ 5555/25 Тираж 494 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб , д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Как видно из представленных данных, предлагаемый способ обеспечивает получение свободносыпучих по.- рошков из эмульсионных термопластичных полимеров, что не достигается при использовании известного способа, Сыпучесть таких порошков через стандартную воронку 12-24 с, насыпная плотность в результате агломерации увеличйвается в среднем в 1,5-2 раза, а среднечисленный размер возрастает в 2-5 раз.Высокая сыпучесть и насыпная плотность полимерных порошков, получаемых по предлагаемому способу, позволяет существенно облегчить и интенсиФицировать ряд процессов, связанных с переработкой продуктов эмульсионной попимеризации, 8 частности, из таких порошков можно)033508 14наносить высококачественные порошковые покрытия с повешенной толщиной слоя. Такие порошки легко дозируются и пневмотранспортируются пютехнологическим линиям,Как показало опробование экструзионной грануляции полученных агломврированных порошков сополимераТФЭЭ, проведенное на лабораторном10 экструдере с диаметром шнека 30 мм,производительность процесса увеличивается до 1,2-1,5 кг/ч по сравнению с О,б кг/ч при грануляции в этихже условиях исходного порошка. Не15 менее важным технологическим преимуществом полимерных порошков, получаемых по предлагаемому способу, является возможность переработки их литьем под давлением без предвармтель 20 ной экструзионной грануляции,ф

Смотреть

Заявка

3328759, 31.07.1981

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ В-2913

САЖИН БОРИС ИВАНОВИЧ, БЛАНК ЛЕОНИД АРОНОВИЧ, КОВАЛЕВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ, БАБАЯНЦ ВАЛЕРИЙ ДЕРЕНИКОВИЧ, КАЛМЫКОВ АНДРЕЙ СТАНИСЛАВОВИЧ, ЛОГИНОВА НИНА НИКОЛАЕВНА, МУЛИН ЮРИЙ АНИСИМОВИЧ

МПК / Метки

МПК: C08J 3/16

Метки: агломерированного, полимера, порошка, свободносыпучего

Опубликовано: 07.08.1983

Код ссылки

<a href="https://patents.su/8-1033508-sposob-polucheniya-aglomerirovannogo-svobodnosypuchego-poroshka-polimera.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ получения агломерированного свободносыпучего порошка полимера</a>

Похожие патенты