CS211051B1 - Zařízení pro dispergování plniv v polymerech - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízeni pro dispergování plniv v polymerech.

K dosažení optimálních vlastností polymerních materiálů, zvláště nízkomolekulérních telechelických polymerů, je žádoucí přídavek aktivních plniv obvykle sazí a jejich dokonalé a rovnoměrné rozptýlení v celém objemu směsi.

K tomuto účelu byla dosud navržena různá zařízení a zpracovatelské postupy. Nejznámější zařízení pro dispergaci sazí v tekutých kauěucích je zařízení, které sestávé z několika ze sebou umístěných kuželových ložisek, kterými je nucena projít předsměs sestávající z tekutého kaučuku a hrubě roztpýlených sazí. Ve štěrbinách mezi rotujícími válečky a static kou stěnou dochází k roztírání sazových aglomerátů podobně jako ve štěrbině třecího tříválce, Třecí tříválec je nejznámější zařízení, na kterém lze dosáhnout dobrého rozptýleni sazí v polymerní nízkoviskozní tekutině.

Společnou nevýhodou obou zařízeni je , že materiál se pohybuje směrem kupředu rovnoměrným pohybem a smykovému namáhání je vystaven jen na nepatrné dráze. Rozmáčknuté sazové aglomeréty tak nemají možnost se roztrhat a sazové částice, respektive menši sazové shluky se obklopit polymerní fází.

Jiným zařízením sloužícím k dispergování sazových částic v polymerních materiálech je bezšnekový hnětač a současně vytlačovací stroj. Zařízení roztírá sazové aglomeráty nebo jiná minerální plniva mezi plochým hladkým čelem rotoru a statickým přítlačným talířem. Materiál vstupuje na obvodu rotujícího válce a vystupuje v jeho ose, odkud je dále vynášen šnekem. Jeho nevýhodou je neusměrnšný tok na obvodu rotujícího válce při velké mezeře mezi povrchem rotoru a pláštěm, resp. vysoké odpory a tedy i vysoká energetická náročnost při malé mezeře mezi rotorem a talířem.

Nejúčinnější stroje pro dispergací plniv do různých nosných materiálů i vysokoviskozních jsou dosud různé typy koloidních mlýnů, které mají uplatnění v řadě odvětví chemického, potravinářského a farmaceutického průmyslu, ale pracují s vysokými otáčkami rotorů, což způsobuje u vysokoviskozních látek nadměrné a nežádoucí zvýSení teploty dispergovaného materiálu. Dosahuje se teplot až 180 °C.

Uvedené nevýhody popsaných dosavadních řešení jsou odstraněny zařízením pro dispergování plniv v polymerech podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z kuželového statoru a kuželového rotoru svírajících spolu úhel v rozmezí 0° až 90° a opatřených po svých obvodech drtícími drážkami, přecházejícími v hladkou třecí plochu a hřídel rotonu je opatřen šnekem, že drticí drážky na statoru jsou pravidelně rozděleny po obvodu a jsou přímé a drticí drážky na rotoru jsou pravidelně rozmístěny po obvodu a jsou orientovány tangenciálně ve směru rotace rotoru.

Výhodou podle vynálezu je, že nejprve dochází k postupnému drcení sazových částic v systému klínovítých drážek a dále pak k dispergací sazových shluků v přechodu do třecí části a následnému obalení disperzním prostředím, kterému napomáhá postupně narůstající smyková rychlost procházejícího materiálu.

K snadnějšímu pochopení podstaty vynálezu slouží další popis a výkres, kde je na obr. znázorněno zařízení v podélném řezu.

Zařízeni sestává z kuželového statoru 1 a kuželového rotoru 2. Úhel alfa rotoru je v příkladu roven 45°, ale může se měnit od 0 do 90°. Stator i i rotor 2 jsou na vstupu J materiálu opatřeny klínovitě vybíhajícími drtícími drážkami £ a 10. přecházejícími v hladkou třecí plochu g. Drticí drážky £ na statoru χ jsou pravidelně rozděleny po obvodu a jsou přímé a drticí drážky 10 na rotoru 2 jsou pravidelně rozděleny po obvodu rotoru g a jsou orientovány tangenciálně ve směru rotace. Mezera ji třecí plochy g j® stavitelná od 0,0 mm. Materiál vystupuje otvorem 6. Stator 1 je opatřen dutinami 1 pro proudění temperačního média. Hřídel 8 rotoru 2 je opatřen šnekem 2 zajištujícím vrácení dispergovaného materiálu do výstupního otvoru 6.

Porovnání účinnosti dispergace navrhovaného zařízeni a jinými systémy.

Ke zkouškám byla použita směs tekutého kaučuku končeného karboxylovými a vysokostrukturních sazí. Hodnoty disperzi a fýzikálně-mechanícké vlastnosti vulkanizátů z různých dlspergačnlch systémů jsou uvedeny v tabulce č. 1 a 2.

Velikost sazových částic se stanovila modifikovanou sítovou analýzou z roztoku chloroformu. Obsah polymeru v sazové frakci stanoven suchou destilací polymeru při teplotě 550 °C v inertní atmosféře.· Pokud neobsahují sazové frakce polymer, je kvalita disperze tj. schopnost zařízení dispergovat saze v polymeru tím lepší, čím větší je frakce s velkostí částic menších než 36 pm. Jestliže vlivem vysokého smykového namáhání a dokonalé dispergace vzniknou silné fyzikální, případně chemické vazby mezi povrchem aktivního plniva a reaktivními skupinami polymeru, vytvoří se stabilní mikrogel, který zdánlivě zvyšuje velikost částic, ale významně zlepšuje mechanické vlastnosti vulkanizátu. Vznik mlkrogalu je indikován přítomností polymeru ve frakci s největší velikosti částic.

Z tabulky č. I je zřejmé, že mikrogel ve směsi z tekutých kaučuků vzniká pouze při použití navrhovaného zařízení a zlepšuje vlastnosti pryže, což je zřejmé z tabulky č. 2.

Tabulka č. 1:	Disperze sazí v tekutén	i kaučuku	stanovená	sítovou metodou
frakce	velikost síta (pm) x/	Zastoupení frakce (hmot. %) druhy použitých zařízení	x/	Obsah polymeru ve frakci (hmot. %) druhy použit, zaříz.	Zastoupení frakce (hm. %)	Obsah pólymetu (hm. %)
		1	2	3	4	podle vyná- lezu	1	2	3	4	podle vyná- lezu	nedisperg.
1.	116	8	10	23	2	92	0	0	0	stopy	10	60	0
5.	36	3	4	,0	6	1	0	0	0	0	-	1	0
proělý zbytek		85	82	.61	90	6	0	0	0	0		35	0

Tabulka 6. 2: Fyzikálně mechanické vlastnosti směsi x/ druhy použitých zařízení nedispergováno

	2	3	4	podle vynálezu
Pevnost v tahu, MPA	13.	J 14,7	15,0	17,7	8,4
Tažnost, %	315	320	330	380	220
Průtažnost, %	12	10	10	7	18
Modul 100 %, MPa	3.	Λ9 3,5	3,94	3,23	4,0
Tvrdost Shore	66	64	66	62	67
x/ Druhy použitých	zařízení: 1	. Systém kuželových	ložisek

2. Běžný tříválec

3. Bezšnekový hnětiě a zároveň vyti. stroj

4. Koloidní mlýn

Claims (4)

' PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Zařízeni pro dispergování plniv v polymerech, vyznačené tím, že sestává z kuželového statoru (1) a kuželového rotoru (2) svírajících spolu úhel (alfa) v rozmezí 0° až 90° a opatřených pro svých obvodech drtícími drážkami (4, 1Ó) přecházejícími v hladkou třecí plochu (5), přičemž hřídel (8) rotoru (2) je opatřena Šnekem (9).

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že drticí drážky (4) na statoru (1) jsou pravidelně rozděleny po obvodu a jsou přímé a drticí drážky (10) na rotoru (2) jsou pravidelně rozmístěny po obvodu a jsou orientovány tangenciálně ve směru rotace rotoru (2).

3· Zařízení podle boču 1, vyznačené tím, že vzdálenost mezi pracovními plochami statoru (1) a rotoru (2) je nastavitelné s výjimkou stavu kdy úhel (alfa) mezi statorem (1) a rotorem (2) je nulový.

4. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že mezera (h) třecí plochy (5) je stavitelná oč 0,0 mm.