Способ измельчения полимерного материала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

L ЗЖОШМ

ПЦ -.jyI;n -,,,с1ЦЦ11

g,л,, O, «ä

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТСРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

r10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 15. 09. 90. Бюл. N - 34 (2 1) 3607092/23-05 (22) 22.06.83 (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский институт "Композит" Научно-производственного объединения "Норпласт" и Институт химической физики АН СССР (72) Н.С.Еннколопов, A.È.Íåïîìíÿùèé, Л.А.Фильмакова, В.П.Краснокутский, Л.И.Куракин, Е.Л.Акопян, Х.А.Маркарян С.С Негматов, С.Х.Маткаримов, Ю.А.Поливанов, П.П,Шерстнев и В.Б.Павлов (53) 678.023.2 (088.8) (56) Т.Nazy, R.Davis "Cryopylverizing", Chemical Tech>logy, 1976, II 3, 200-203.

Борисов Е.M. и др, Получение тонеодисперсного порошка резин при положительных температурах. Каучук и резина, 1977, .И - 10, с.32-34.

Авторское свидетельство СССР

II 1067638, кл. А 23 К 1/12, 1982 (непубликуемое).

Авторское снидетельстно СССР

1061365, кл. В 02 С 19/00, 1982 (непубликуемое).

3„343 43 А 1 (51)5 В 29 В 13/10, 17/ОО B 02 С 19/22 (54) (57} 1.СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛИИЕРНОГО МАТЕРИАЛА сдавливанйем с последующим одновременным воздействием напряжения сдвига и давления, о т л ич а ю щ и и с-я тем, что, с целью повышения степени дисперсности и однородности материала, иэмельчению подвергают вулканизат,. резинотканеный материал или синтетический каучук,сдавливание проводят при 0„20,7 МПа, воздействие напряжения сдвига при 0,3-5,0 и/мм, давления при

0,2-50,0 ИПа, причем сданливание, воздействие напряжения сдвига и давления проводят при последовательном-многократном нагреве до 200-100 С a о ЦР и охлаждении до 100-30 С в одно-днухшнеконом экструдере.

2, Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в исходный мате- С риал дополнительно вводят 0 5-20,0 I мас.7 гранулированного полиэтилена с индексом расплава 0,3-0,7 или полистирола. фь

1434663

Изобретение относится к способу измельчения полимерного материала, в частности вулканиэата, резинотканевого иатериала и синтетических каучу- 5 ков.

Известен способ криогенного иэ мельчения вулканиэата, резинотканевого материала или синтетического каучука, при которои длл придания ему 10 хрупкости предварительно охлаждают до низких температур жидким азотом или твердой двуокисью углерода, затем используют традиционные методы измельчения, связанные с многократным воздействием на ма ериал ударных нагрузок или путем резания.

Недостатками этого способа являются большие иатериальные затраты с обязательным включением в технологи- 20 ческую схему иощной установки для получення жидкого азота (расход азота составляет 5 кг на 1 кг продукта) и эначительныс энергозатраты (1500 кВт/ч/т). 25

Известен также способ измельчения вулканизата при различных температурах, скоростях н режимах в быстроходном измельчителе, который позволяет получить тонкодисперсный порошок (менее 250 икм). Однако такой порошок получается при высоких скоростях резания не менее 40 и/с, что увеличивает энергозатраты до 2000 кВт ч/т, также низка производительность способа (0,2-4 кг/ч).

Известен способ измельчения природного полимера (соломы) при 110180 С и давлении 3-50 МПа в шнековом смесителе. цисперсность частиц поли- 40 мера прн этом составляет 400-800 мкм.

Однако недостатком способа является невозможность обработки вулканизатов, реэинотканевых материалов и синтетических каучуков при постоянных 45 высоких температурах, так как они деллют иатериал пластичныи, что исключает процесс порошкообразования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ измельчения полимерного иатериала (полиэтилена низкой плотности) сдавливаниеи расплава с

55 вием напряжения сдвига (0,5-50 KIa) . и давления (О, 1-0, 25 ИПа) . Однако данный способ не поэволлет получать однородный материал с высокой сте1la выходе иэ экструдера получают порошкообразную резину, содержащую:

Порошок, мас.K Размер частиц, не менее мкм

50-100

100-200 пенью дисперсностн и не пригоден для твердых полимерных материалов.

Пель изобретения состоит в повышении степени дисперсности и, однородности материала.

Поставленная цель достигается теи, что в способе измельчения полимерного материала сдавливанием с последующим одновременным воздействием напряжения сдвига и давления иэмельчению подвергают вулканизат, резинотканевый материал или синтетический каучук, сдавливание проводят при 0,20,7 ИПа, воздействие напряжения сдвига при 0,03-5,0 и/ми, давлении при

0,2-50,0 ИПа, причем сдавливание, воздействие напряжения сдвига и давления проводят при последовательном многоо, кратнои нагреве до 220-100 С и ох0 лаждении до 100-30 С в одно- двухшнековом экструдере,также в исходный материал дополнительно вводлт 0,520,0 мас,Х гранулированного полиэтилена с шщексом расплава 0,3-0,7 или полистирола.

Способ осуществляют следующим образом. В экструдер непрерывно вводят куски грубо нарубленной резины или каучука размером l 00 50 30мм.Экструдер последовательно нагревают в интервале от 100 до 220 С и охлаждают о в интервале от 100 до 30 С, Материал сдавливают и измельчают путем последовательного нагрева и охлаждения в сочетании с давлением и сдвиговой деформацией. В исходный материал также вводят гранулированный полиэтилен или полистирол.

Пример 1. В двушнековый экструдер дозируют куски резины на основе полииэопренового каучука с размерами пе более чеи 100<50 30 мм. В экструдере материал сдавливают до величины 0,2 МПа, затем одновременно воздействуют давлением величиной

25 MIIa, напряженнем сдвига величиной

2,5 и/ми . При этои материал сначала и о нагревают до 160 С и охлая;дают до о о

30 С, затем опять нагревают до 160 С о и охлаждают до 30 С.

3 143

Пример ы 2-5. Процесс право« дят, как указано в примере 1 с тем отличием, что используют резину на основе натурального каучука, бутадиенстирольного каучука, полихлоропренового каучука и смеси отходов этих резин произвольного соотношения. Рас-, пределение частиц по размерам s порошке то же, что и в примере 1.

Пример 6. Процесс проводят, как указано в примере 1 с тем отли" . чием, что используют резину на основе бутилкаучука.. Величина давления при сдавливании составляет 0,3 MIla, величина давления при иэмельчениц

1,5 ИПа, величина напряжений сдвига

0,5 н/мм, цикл нагревание - охлажде L ние проводят следующим образом. Мао териал.нагревают до 220 С затем охо

I лаждают до 120 С„ снова нагревают до

160 С снова охлаждают до 70 С, сноо ва нагревают до 100 С и охлаждают до

40 С.

Полученный порошок имеет следующий состав:

Масса мас,Х Размер частиц, менее мкм

Размер частиц, менее мки зо (20 резина

10 волокно

50-. 100

50-100

100-200

100-200 е о ый с 30 резина

50 волокно

50 резина

40 волокно

П и и е

P р 9. В двушн к в экструдер дозируют куски резины на основе бутилкаучука с размерами не более чем 100<50<30 мм и гранулироваиный полиэтилен с индексом расплава 7 в количестве 2,5 мас.7.

В зкструдере материал сдавливают до величины 0,5 МПа, затем одновременно воздействуют давлением 5 МПа, z напряжением сдвига 1,0 н/мм . При этом материал последовательно нагревают до 150 С и охлаждают до 40 С, о снова нагревают до 70 С и охлаждают до 40 С, нагревают до 60 С и охлатда30 ют до 30ОC.

На виходе из экструдера получают пброшок peamna с равномерно распределенным в нем полиэтиленом, содержащий:

35 Порошок, мас.Ж

Размер частиц, мкм

50-100

100-200

200-300

300-900

15 18

Пример ы 10 и 11. Процесс проведен, как.указано в примере 9 с тем отличием, что добавка полиэтилена с индексом расплава 2 и 0,3 составляет

10 и 20 мас.Х, величина давления при сдавливании 0,5 и 0,2 МПа, величина давления при измельчении 15 и 12 МПа, величина напряжения сдвига 3,0 и

2,5 н/мм, температуры нагревания со-. и ответственно 150; 130; 120 и 100 С; температуры охлаждения 90, 70; 40 и . о

40 С соответственно.

Полученный порошок имеет следующий состав соответственно:

Порошок, мас.Х . Размер частиц, мкм

12 50

1О 50

1S 50

30 50-100

35 100-200

20 200-300

Пример 7. В одношнековый экструдер дозируют куски резины аналогично примеру 1. В экструдере материал сдавливают до величины 0,2 МПа, затеи одновременно воздействуют давлением 25 МПа, напряжением сдвига

3,2 н/мм и температурой, причем цикл нагревание — охлаждение проводят дважды. Вначале материал нагревают до 180 С и охлаждают до 100 С, затем о нагревают до 120 С, и охлаждают до

40 С.

Полученный порошок имеет следующий состав:

Порошок, мас.7 Размер частиц, менее мкм

30 50

60 50-100

1О 100-200

Пример 8. В двушнековый экструдер дозируют резинотканевый материал (кордные отходы) аналогично примеру 1. В экструдере материал сдавливают до величины 0,7 МПа, за« тем одновременно воздействуют давлением ЗО МПа, напряжением сдвига

4663 (1

2,5 МПа и при этом материал последовательно нагревают до 160 С .и охлаждают 30 С, затем нагревают до 90 С и

5 охлаждают до 30 С.

Полученный порошок имеет следующий состав:

Порошок, мас.X

1434663

20 50

50 250

Пример 14. В двушпековый экструдер дозируют куски резины аналогично примеру 1.

Составитель Л

Редактор Л,Герасимова Техред Л.Сер

Заказ 3325

Тираж 56I Подписное

ВИШНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Иосква, Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

23 50-100

20 50-100

25 100-200.

20 100-200

30 200-300

50 200-300

10 о 300-900

Пример 12. В двушнековый экструдер дозируют куски каучука на основе сополимера стиролакрилонитрил (74:26 мас.l) н гранулированный полиэтилен с индексом расплава 7 или поанстирол в количестве 0,5 мас.Х.

Все операции проводят, как указано в примере 9 с тем отличием, что величина давления при сдавливании составляет 0,5 ИПа, величина давления при измельчении 10 ИПа; величина напряжения сдвига 1,Э н/мм, температу2 ра нагревания 110 С и температура охо лажления 70 С, последующая температуо ра нагревания 100 С и охлаждения

30 С.

Полученный порошок имеет следующий состав:

Порошок, мас.7. Размер частиц, мкм

15 50-100

25 100-200 ?5 200-300

35 300-900

Пример 13 В двушнековый экструдер дозируют куски резины анало" гично примеру 1.

h экструдере материал сдавливают до величины 0,2 ИПа„ затем одновременно воздействуют давлением 50 ИПа, напряжением сдвига 0,3 н/мм, при этом материал последовательно нагревают до 100 С и охлаждают до 30 С, повторно нагревают до 100 С и охлаждают до 30 С. Полученный порошок имеет следующий состав;

Порошок,;.мас.У. Размер частиц, не более мкм

В экструдере материал сдавливают до величины 0,2 HIIa, затем одновре-! менно воздействуют давлением 0,2 ИПа, напряжением сдвига 5 н/мм, при этом материал последовательно нагревают о о до 180 С, и охлаждают до 40 С пово

1 торно нагревают до 120 С и охлаждают до 40 С.

1р Получаемый порошок имеет следующий дисперсный состав:

Порошок, мас. Размер частиц, не более мкм

10 50

35 250

75 500

25, 900

Изобретение позволяет повысить дисперсность и однородность получае20 мого порошка. Так, например, при измельчении резиновых вулканизатов, получаемый порошок содержит SOX частиц с размером не менее 100 мкм, при из25 мельчении резинокордных материалов получаемый продукт характеризуется высокой степенью дисперсностью и однородности: средние размеры частиц резины 150 мкм, а средние размеры частиц волокна 300 мкм.

Другим важным преимуществом спо30 соба является,то, что получаемый порошок имеет температуру 30-40, что гарантирует безопасную упаковку и хранение материала.

35 Существенным является также то,. что предлагаемый способ позволяет снизить энергозатраты до 135 кВт ч/т по сравнению с 700 кВт-ч/т при измельчении на вальцах и 1500 кВт ч/т

40 при измельчении криогенным способом.

Высокая степень дисперсности и однородности получаемых порошков позволяет использовать их непосредственно в производстве шин, клиновидиых

45 ремней, сальниковых прокладок и т.д., в то время как для использования порошка, получаемых на действукяцем Чеховском регенератном заводе, требуется дополнительная специфическая

50 операция — девулканиэация. .Реутова дюкова Корректор И,Иуска