Концентрат для очистки оборудования для переработки полимерных материалов
Владельцы патента RU 2281299:
Миронов Михаил Алексеевич (RU)
Дроздов Михаил Юрьевич (RU)
Гидаспов Дмитрий Борисович (RU)
Изобретение относится к концентратам, предназначенным для использования при очистке оборудования по переработке полимерных материалов-экструдеров, термопластавтоматов и т.д. при переходе с цвета на цвет и от «пригарков» - частиц разложившегося полимера, приставшего к поверхности оборудования. Концентрат для очистки оборудования содержит в мас.%: карбамид 0,3-30, дикарбоновую алифатическую кислоту из ряда С3-C8 0,3-30, полимерное связующее - остальное. Концентрат дополнительно может содержать в мас.%: монокарбоновую алифатическую кислоту из ряда С14-C16 0,3-20, стеарат кальция и/или стеарат цинка 0,2-1,0, тиомочевину 0,3-15, биурет 0,3-15. В качестве полимерного связующего используют полиэтилен низкой плотности или сополимер этилена и винилацетата. Технический результат - уменьшение выхода аммиака в атмосферу. 6 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к концентратам, предназначенным для использования при очистке оборудования по переработке полимерных материалов (экструдеров, термопластавтоматов и т.д.) при переходе с цвета на цвет и от «пригарков» (частиц разложившегося полимера, приставшего к поверхности оборудования).
Известна композиция смолы для очистки оборудования для переработки полимеров, содержащая полиолефиновую смолу, полиметилметакрилат (ПММА), нейтральную соль органической сульфокислоты и соединение металла, JP 05077698 В4. Однако действие такой композиции связано с большим расходом активных компонентов; наличие в композиции ПММА может приводить к значительному газовыделению и неприятному запаху в ходе процесса.
Известна композиция для очистки оборудования, содержащая полимерную матрицу, мягкий абразив и сульфонатное поверхностно-активное вещество, US 4954545. При использовании данной композиции также происходит большой расход дорогостоящих активных компонентов. Наличие мягкого абразива не позволяет применять данную композицию для очистки горячеканальных пресс-форм и пленочного оборудования.
Прототипом является композиция, содержащая: полимерное связующее - 100 мас.ч., карбамид - 0,2-3,0 мас.ч., стеарат кальция или цинка - 0,2-1,0 мас.ч., SU 1707032 А1.
Недостатком прототипа является то обстоятельство, что аммиак, выделившийся из композиции в результате разложения карбамида в процессе очистки, протекающем при температуре 160-180°С, не связывается, а полностью поступает в атмосферу. Как известно, аммиак является высоко токсичным веществом.
Задачей изобретения является создание концентрата для очистки оборудования по переработке полимерных материалов, который позволил бы значительно уменьшить выход аммиака в атмосферу.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что концентрат для очистки оборудования для переработки полимерных материалов, содержащий карбамид и полимерное связующее, дополнительно содержит дикарбоновую алифатическую кислоту из ряда С3-C8 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| карбамид | - 0,3-30 |
| дикарбоновая алифатическая кислота | |
| из ряда С3-C8 | - 0,3 - 30 |
| полимерное связующее | - остальное |
концентрат может дополнительно содержать монокарбоновую алифатическую кислоту из ряда С14-С16 в количестве, мас.%: 0,3-20; концентрат может дополнительно содержать стеарат кальция и/или стеарат цинка в количестве, мас.%: 0,2-1,0; концентрат может дополнительно содержать тиомочевину в количестве, мас.%: 0,3-15; концентрат может дополнительно содержать биурет в количестве, мас.%: 0,3-15%; в качестве полимерного связующего может быть использован полиэтилен низкой плотности; в качестве полимерного связующего может быть использован сополимер этилена и винилацетата.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает достижение исключительно важного технического результата - значительного уменьшения или, практически, полного предотвращения поступления в атмосферу аммиака, выделяющегося в результате разложения карбамида.
Этот чрезвычайно важный в экологическом отношении эффект не достигается при реализации как прототипа, так и других известных технических решений.
Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень».
В качестве полимерного связующего может быть использован, практически, любой термопластичный полимер: полиэтилен высокой или низкой плотности, полипропилен, сополимер этилена и винилацетата, полистирол, АБС-пластик, поливинилхлорид, полиоксиметилен, полиамид, полиэтилентерефталат и т.д. Выбор связующего зависит от вида полимера, на котором работает оборудование. Наиболее универсальным связующим является полиэтилен низкой плотности и сополимер этилена и винилацетата, на основе которых добавки позволяют очищать оборудование, работающее, практически, на всех основных полимерах. Концентрат может быть изготовлен в виде порошковой смеси или в виде гранулята.
При изготовлении композиции в виде порошка смешение компонентов производят в два этапа в шаровой мельнице при скорости вращения 15÷30 об/мин. На первом - измельчают в течение 2 минут смесь компонентов: карбамид, дикарбоновую алафатическую кислоту из ряда С3-С8. Дополнительно могут быть введены: монокарбоновая алифатическая кислота, стеарат кальция или цинка, тиомочевина или биурет. На втором этапе - в мельницу добавляют полимерное связующее в виде порошка и еще в течение 5 минут осуществляют перемешивание смеси.
При изготовлении композиции в гранулированном виде используют двухшнековый экструдер с боковым вводом и соотношением длины шнека к его диаметру - L/D от 24 до 40. В загрузочную воронку экструдера в первую зону подают полимерное связующее, а через боковой ввод - смесь компонентов: карбамид, дикарбоновую алафатическую кислоту из ряда С3-С8. Дополнительно могут быть введены: монокарбоновая алифатическая кислота, стеарат кальция или цинка, тиомочевина или биурет. Данная смесь готовится в скоростном смесителе (типа «Тиссен-Хеншель») в течение 5 мин при скорости вращения мешалки - 1200 об/мин.
В экструдере осуществляется смешение и гомогенизация смеси. Параметры процесса: температура по зонам экструдера - 170÷190°С; скорость вращения шнеков - 300÷450 об/мин; производительность в зависимости от диаметра шнеков - 50÷80 кг/час. Материал после экструдера через ванну охлаждения поступает в гранулятор, затем на сепарацию, сушку и упаковку.
Для очистки оборудования концентрат, смешанный с полимером, перерабатываемым на данном оборудовании, в количестве 0,5-5,0% от массы полимера (в способе-прототипе используют состав, содержащий 100% очищающего агента). Смешение концентрата с полимером может быть произведено в любом тихоходном смесителе. Полученную смесь подают в загрузочную воронку очищаемого оборудования (термопластоавтомата, экструдера и т.п.) и перерабатывают в обычном режиме, присущем данному типу оборудования и виду полимера. Наличие в расплаве смеси высокополярных и малополярных компонентов позволяет удалять загрязнения самого различного характера.
При температуре свыше 132,7°С происходит плавление карбамида, его частичное разложение с выделением аммиака. При температуре 185°С происходит расплавление самой тугоплавкой дикарбоновой алифатической кислоты из ряда С3-С8 - янтарной; при этом начинается реакция между кислотой и аммиаком, и аммиак связывается; прекращается его поступление в атмосферу.
Для обеспечения, практически, полного связывания аммиака и предотвращения его выхода в атмосферу концентрат дополнительно содержит монокарбоновую алифатическую кислоту из ряда С14-С16. Наибольшую температуру плавления из этого ряда имеет стеариновая кислота: 72°С, которая почти в два раза ниже температуры выделения аммиака при разложении карбамида. Поэтому реакция соединения аммиака с кислотой происходит сразу же при его выделении. Тем самым практически полностью предотвращается поступление аммиака в атмосферу.
Наличие в композиции стеарата кальция и/или стеарата цинка обеспечивает равномерность распределения компонентов концентрата при гомогенизации смеси в экструдере.
Концентрат может дополнительно содержать тиомочевину, а также биурет, что повышает температуру, при которой выделяется аммиак, что позволяет использовать концентрат для очистки оборудования для переработки полимерных материалов с более высокой температурой плавления (выше 180°С) - полиамид, поликарбонат и т.д.
Использование в качестве полимерного связующего полиэтилена низкой плотности или сополимера этилена и винилацетата позволяет применять концентрат для очистки оборудования, перерабатывающего, практически, любые термопластичные полимерные материалы.
В таблицах 1-5 приведены сведения о свойствах концентрата при различных соотношениях компонентов. Содержание компонентов смеси указано в мас.%.
| Таблица 1. | |||||
| Компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | прототип |
| Полимерное связующее | 69,7 | 65,0 | 70,0 | 69,7 | 98,5 |
| Карбамид | 30,0 | 30,0 | 15,0 | 0,3 | 1,5 |
| Дикарбоновая кислота С3-С8 (Себациновая) | 0,3 | 5,0 | 15,0 | 30,0 | 0,0 |
| Кол-во аммиака, | 24 | 5 | 1 | 0 | 30 |
| выделившегося из 100 г очищающей смеси (мг) | (5% | (5% | (5% | (5% | (100% |
| концентрата) | концентрата) | концентрата) | концентрата) | концентрата) | |
| Качество очистки оборудования | отличное | отличное | хорошее | хорошее | хорошее |
| Расход очищающего материала (г) | 27 | 27 | 45 | 500 | 500 |
| Таблица 2. | |||||
| Компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Полимерное связующее | 69,7 | 65,0 | 60,0 | 60,0 | 55,0 |
| Карбамид | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
| Дикарбоновая кислота С3-С8 (Адипиновая кислота) | 15,0 | 15,0 | 15,0 | 10,0 | 10,0 |
| Монокарбоновая кислота С14-С16 (Стеариновая кислота) | 0,3 | 5,0 | 10,0 | 15,0 | 20,0 |
| Кол-во аммиака, выделившегося из 100 г очищающей смеси (мг) | 5 | 3 | 2 | 0 | 0 |
| Качество очистки оборудования | хорошее | хорошее | хорошее | хорошее | хорошее |
| Расход очищающего материала (г) | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 |
| Таблица 3. | |||||
| Компоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Полимерное связующее | 39,8 | 39,5 | 39,3 | 39,0 | |
| Карбамид | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | |
| Дикарбоновая кислота С3-С8 (Себациновая кислота) | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | |
| Стеарат кальция | 0,2 | 0,5 | 0,7 | 1,0 | |
| Гомогенность концентрата | удовл. | удовл. | высокая | высокая | |
| Кол-во аммиака, выделившегося из 100 г очищающей смеси (мг) | 3 | 3 | 2 | 2 | |
| Качество очистки оборудования | хорошее | хорошее | хорошее | хорошее | |
| Расход очищающего материала (г) | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Таблица 4. | |||
| Компоненты | 1 | 2 | 3 |
| Полимерное связующее | 69,7 | 60,0 | 55.0 |
| Карбамид | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
| Биурет | 0,3 | 10,0 | 15,0 |
| Дикарбоновая кислота С3-С8 (Себациновая кислота) | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
| Кол-во аммиака, выделившегося из 100 г очищающей смеси (мг) | 2 | 2 | 3 |
| Качество очистки оборудования | хорошее | хорошее | хорошее |
| Расход очищающего материала (г) | 37 | 29 | 25 |
| Таблица 5. | |||
| Компоненты | 1 | 2 | 3 |
| Полимерное связующее | 69,7 | 60,0 | 55,0 |
| Карбамид | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
| Тиомочевина | 0,3 | 10,0 | 15,0 |
| Дикарбоновая кислота С3-С8 (Адипиновая кислота) | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
| Кол-во аммиака, выделившегося из 100 г очищающей смеси (мг) | 2 | 2 | 3 |
| Качество очистки оборудования | хорошее | хорошее | хорошее |
| Расход очищающего материала (г) | 35 | 29 | 25 |
Для реализации изобретения используются распространенные материалы и обычное заводское оборудование, что обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «промышленная применимость».
1. Концентрат для очистки оборудования для переработки полимерных материалов, содержащий карбамид и полимерное связующее, отличающийся тем, что дополнительно содержит дикарбоновую алифатическую кислоту из ряда С3-C8 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Карбамид | 0,3-30 |
| Дикарбоновая алифатическая кислота | |
| из ряда С3-C8 | 0,3-30 |
| Полимерное связующее | Остальное |
2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит монокарбоновую алифатическую кислоту из ряда С14-C16 или их смесь в количестве 0,3-20 мас.%.
3. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит стеарат кальция и/или стеарат цинка в количестве 0,2-1,0 мас.%.
4. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит тиомочевину в количестве 0,3-15 мас.%.
5. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит биурет в количестве 0,3-15 мас.%.
6. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего использован полиэтилен низкой плотности.
7. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего использован сополимер этилена и винилацетата.
