CS261550B1 - Spůsob výroby vodného latexu z polystyrénového odpadu - Google Patents

Abstract

Navrhovaný postup spadá do odboru chéraie. Jeho podstata spočívá v tom, že sa k roztoku polystyrénu v organickém rozpúšfadle, ktoré je nemiešateTné s vodou a ktorého teplota varu, resp. teplota varu jeho azeotropu, je nižšia ako teplota varu vody za atmosférického tlaku, sa přidá vodný roztok dvoch emulgátorov. Po intenzívnom premlešani tejto zmesi vzniká emulzia majúca vodu ako kontinuálnu fázu. Organické rozpúšťadio sa odpaří z emulzie za stálého miešania pri teplote 70 °C za dobu 2,5 hodiny. Vodný latex vyrobený navrhovaným sposobom mcžno použiť na výrobu disperzných filmotvorných náterov, lepidle! a pojidíel, ktoré sú zdravotně nezávadné.

Description

Predmetom vynálezu je spracovanie, odpadového pěnového polystyrénu ,na vodný latex, ktorý sa může použit ako východisková surovina na výrobu, napr. -disperzných filmotvorných náterov, lepidiel a pojidiel.

Vcdné disperzie polymérov nadobúdajú vo svete stále váčší význam, hlavně v priemysle nátěrových hmot a lepidiel, čo sa odráža u nás zvýšením ich ročnej produkci e o cca 50 % za posledných 10 rokov. Zvýšený záujem o tieto výrobky je spósobe-ný hlavně ich zdr-avotnou nezávadinosťou, ako aj možnostou dosiahnutia zlepšených, resp. úplné nových vlastností nátěrových hmot, -pojiv a lepidiel, oproti klasickým výrobkom, ktoré sú založené na roztokoch polymér-nej látky v organickom rozpúšťadle. Preto sa v súčasnosti vo svete vyrábajú vodné disperzie i z takých polymérov, ktoré sa nedajú priamo- syntetizovat polymerizáciou vodnej emulzie monoméru, a to bud priamou dezintegráciou polyméru v koloidných gulových, alebo -trojvalcových mlýnech z-a přítomnosti vody -a emulgátora alebo jeho rozpuštěním v organickom rozpúšťadle nemieš-a-telného- s vodou, emulgáciou tohoto polymérneho roztoku vo vodě za přítomnosti emulgátora mechanickým miešadlom a odpařením rozpúšťadla z emulzie za vzniku vodnej disperzie polyméru. Druhým spósobom sa vyrábajú vcdné disperzie, napr. z polylzoprénu, polybutadiénu, etylén-propylénového kaučuku a niektorých iných polymérov.

Pri výrobě pc-dložných misiek zo speňo'vatel-ného- polystyrénu, ktorý sa v hlavnej miere -používá na výrobu různých presne tvarovaných ochranných obalov s výbornými tl-mi-acimi vlastnosťami, vzniká pri ich výseku z pásu fólie cca 30 % hmot. odpadu. Tento vypěněný odpadový polystyrén po rozemletí nemožno však spr-acovať recyklizáciou, ako sa to bežne robí v pl-astikárskej technologii, nakolko- objemeve obsahuje cca 50-krát viac vzduchu ako polyméru, čo je příčinou jeho velkého relativného objemu.

Extrémně nízká hustota odpadu (cca 20 gramov/dm³) totiž sposobuje problémy jednak v přípravných výrobných operáciách výroby polystyrénových misiek, ako je miešanie surovin v rotačnej bubnovej miešačke a protiprúdovej vzdušnej sušiarni, tak i v samotnom extrúdri, čo znemožňuje recykli'záciu i časti polystyrénnej drtě.

iPri velkokap-acitnej výrobě polystyrénových misiek sa problém odpadu rieši pomocou špeciálneho odplyňovacieho extrúdr-a, ktorý oddefuje nežiadúci vzduch od polymérnej taveniny n-a základe velkého rozdielu viskozity taveniny a vzduchu- za pomoci vákua. Produktem je nespeňova-telný polystyrénový granulát, ktorý sa v plnom rozsahu recykluje. Táto technológia výroby polystyrénových misiek si však vyžaduje oddělené zavádzanie naduv,adl-a a polystyrénu do extrúdr-a, čomu odpovedá iný typ výtlačného zariadenia s drahým nehořlavým spe4 ňov-adlom (freon) a komplikovaná tlaková technika.

Výhodné spr-a-covanie polystyrénového odpadu ponúka předložený vynález, ktorého podstat-a spočívá vo výrobě latexu -přidáním vodného roztoku emulgátora- do- roztoku polystyrénu v organickom rozpúšťadle, ktoré je nemiešatelné s vodou a ktc-rého teplota, varu, resp. teplota varu jeho azeotropu je nižšia ako teplota varu vody za atmosférického tlaku, pričom vzniká pomocou intenzívneho- miešania emulzia, majúca vodu ako kontinuálnu fázu a roztok polystyrénu ako diskontinuum. Za stálého miešania při zvýšenej teplo-te organické rozpúšťadlo vyprchá za vzniku latexu, obsahujúceho relativné málo častíc nekoloidných rozmerov, ktorý sa móže použit na výrobu disperzných filmotvorných náterov, lepidiel alebo pojidiel, pričom odp-arené organické rozpúšťadlo s-a móže recyklovat.

Pod pojmom organické rc-zpúšťadlo polystyrénu sa rozumie také rozpúšťadlo, ktoré sa nemieša s vodou alebo le.n v z-anedba-telnej miere v kv-apalnom skupenstvo, m-ajúce teplotu varu nižšiu ak-o voda za atmosférického tlaku, alebo ktoré tvoří azeotropickú zmes s vodou, ktorej teplota varu je nižšia -ako- vody z-a atmosferického tlaku. Rozpúšťadlá zahrňujúce napr. Cs až C7 cyklické uhlovodíky ako cyklohexán, metylcyklohexán, C6 až C9 aromatické uhlovodíky a menej odporučené halosu-bstitu-ované Ci až Cs uhlovodíkové rozpúšťadlá a ak je potřebné kombinácie dvoch alebo- viacerých organických rozpúšťadiel z vyššie uvedených skupin.

Upřednostňované sú také rozpúšťadlá, kto-ré majú teplotu varu vyššiu ako voda, avšak ich -azec-tropické zmesi s vodou majú nižší bod v-aru -ako vod-a. Toto s-a -týká predovšetkým aromatických rozpúšťadiel zahrňujúcich toluén, xylén, etylbenzén, kumén atd.

Polystyrénové disperzie s-a priemyselne vyrábajú polymerizáciou emulzie styrénu vo vodě za přítomnosti iniciátora. Nevýhodou tohto spósobu je poměrně vysoká cena mcnomérneho styrénu, ako i zložitosť procesu polymerizácie.

Výhodný spósob výroby polystyrénové] disperzie je popís-aný v predloženom predmete vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že k zmesi 30 dielov pěnového polystyrénu a 85 dielov toluenu za intenzivneho miešania- po dobu cca 1,5 hodiny pri iz-bovej teplote sa přidá 85 dielov vodného roztoku emulgátorov, ktorý obsahuje 2 -až 10 % hmot. neúplne zhydrolyzov-aného p-olyvinylalkoholu -a 0,-05 až 3 % hmot. kondenzátu naftalénsulfónovej kyseliny s formaldehydom. Z takto pripravenej emulzie sa toluén odpaří za íntenzívneho miešani-a pri teplote 70 °C za dobu cca 2,5 ho-diny.

Predmet vynálezu nie je v-o- svojich širších aspektoch závislý na použití určitého vodo2 G 1 5 5 O

S rozpustného emulgátora alebo kombinácie emulgátorov. Móže byť praktizovaný niekol'kými typmi emulgátorov alebo ich kombináciou, ktoré sú používané na emulznú polymerizáciu niektorých monomérov, ako sú styrén, vinylchlorid, vinylacetát a iné. Emulgátory schopné vytvárať stabilně vodné disperzie polymérov možu byť rozdělené na nasledujúce skupiny:

aj jeden alebo viac aniónových emulgátorov

b] jeden alebo 'viac neiónových emulgátorov

c) kombinácie aniónových a neiónových emulgátorcv.

Aniónové a neiónové vodorozpustné emulgátory obyčajne obsahujú 8 až 22 atómov uhlíka v molekule, za předpokladu, že nie sú polymérne. Polymérne koloidné stabilizátory sa najčastejšie používajú v kombinácii s nízkomolekulovými emulgátormi. Použitie 0,4 až 20 % hmot. emulgačného materiálu vzhladom na polymér, ktorý je rozpuštěný v organickom rozpúšťadle, stačí prakticky vo všetkých prípadoch, pričom vo vačšine pokusov dostačuje 1 až 10 % hmot. emulgátora, pretože navrhovaný proces výroby vodného latexu minimalizuje množstvo požadovaného emulgátora.

Aniónové emulgátory zahfňajú, pričom nie sú obmedzené len na alkalické soli mastných kyselin ako olejan a stearan sodný, tiež aryl-sulfáty, napr. laurylsulfát sodný (obch. názov Syntapol L), alkyl-arylsulfonáty (Abescn Na, Dubarol M 20) a vodorozpustné nízkomolekulové emulgátory majúce všeobecný vzorec

R(OCH2CH2)_nOSO3X, kde

R je alifatický, aromatický, alifaticko,aromatický alebo cyklický radikál, n je 1 až 9 a

X je monovalentný kov alebo amonný radikál (Etoxon EPA, Eton AF-5 — všetky vyrába. Spolek pro hutní a chemickou výrobu).

Neiónové emulgátory móžu byť vybrané zo skupiny emulgátorov, ktoré predstavujú alkylpolyoxyetylén étery a alkoholy alebo polyetylén étery alebo alkoholy. Patria sem hlavně polymérne emulgátory zahřňujúce vodorozpustné polyelektrolyty, vyrobené synteticky alebo izolované z prírodných materiálov, majúce priemernú molekuloví! hmotnost najmenej 10 000 g/mól, ktoré sa relativné 1'ahko adsorbujú na medzifázovom rozhraní polymér/voda, napr. polyvinylalkohol (PVAj, metylcelulóza (M,C) a póly vin ylpyrolidón (PVP).

Ukázalo sa, že použitie neúplne zhydrolyzovaného PVA s obsahom 10 až 20 % mól.

acetátových skupin v makromolekule, ktoré sú usporiadané pravděpodobně blokovo, čím je zvýšená hydrofobita príslušnej časti molekuly a tým i jej možnost adsorpcie na povrchu olejovej fázy, je velmi výhodné. Hydrofilná časť makromolekuly povrchovo-aktívnej látky „vytřča“ volné do vodnej fázy, čím vytvára spolu s ostatnými neadsorbcvanými časťami makromolekulových reťazov ochranné obaly polymérnych častíc emulzie.

Ochranno-koloidné vlastnosti čiastočne acetylovaných polyvinyl,alkoholov málo závisia od molekulovej hmotnosti v rozmedzí 11 000 až 69 000, pričom nejstabilnejšie disperzie dáv,a cca 6 %-ný roztok polyméru vo vodě. Podobným koloidným systémom je i emulzia roztoku PS v toluéne/vcda v predmete vynálezu, nakolko je tiež v podstatě stabilizovaná polyvinylalkoholom (Sloviol R 16, CHZWP Nováky], ktorého, stupeň hydrolýzy je 88 až 90 % a jeho molekulová hmotnost je 30 000 až 40 000, g/mól.

Polyvinylalkohol vytvára s niektorýimi aniónovými a neiónovými tenzidmi komplexy, ktoré zlepšujú jeho ochranno-koloidné vlastnosti, napr. pri syntéze polyvinylacetátu sa používá PVA spolu s polyoxyetylénom — (10) — nonylfenyléterom a dodecylbenzénsulfonátom sodným, ako aj so sodnými solami sulfáíovaných mastných alkoholov, čo umožňuje zmenšeme koncentrácie polymérnej PAL přibližné na polovicu.

'Velmi dobré adsorpčné a dispergačné vlastnosti má i kondenzát naftalénsulfónovej kyseliny s formaldehydom (Kortamol NNO — Spolek pro hutní a chemickou výrobu], čo sa potvrdilo v predmete vynálezu tým, že sa znížilo emulgačné množstvo PVA až na Vi, čím sa jednak podstatné zmenšila stabilita ako· aj množstvo pěny vznikajúcej pri odpařovaní toluénu z emulzie, ktorá brzdí intenzitu odparovania organického rozpúšťadla, pričom sa tiež ulahčil přechod emulzie z typu V/O na typ O/V následkom zmenšenin jej viskozity a tým i zlepšenia dezintegrácie olejovej fázy emulzie. Optimálny hmotnostný poměr PS : PVA : Kortamolu NNO v predmete vynálezu je 1 200 : : 80 : 1.

Predmet vynálezu je doložený príkladom praktického prevedenia, ktorým sa však jeho rozsah nijako neobmedzuje. Uvedené diely a ipercentá predstavujú hmotnostně jednotky.

Příklad

100 dielov 30 %-ného roztoku polystyrénu v toluéne sa vleje do emulgačnej a odparovacej baňky a za stálého miešania sa pri-dá 20 dielov 5 %-ného roztoku polyvinylalkoholu vo vodě. Po 15 minútach intenzívneho miešania sa přidá 10 dielov ohyčajnej vody a po 30 minútach celkového miešania dalších 10 dielov vody. Viskózna emulzia

Ί

281550 typu V/0 sa nechá miešať Vá hodiny, pričom dochádza k jej zahriatiu na přibližné 50 °C, čo vedie k jej inverzii ku konců 45-minútovej doby celkového miešania za vzniku jemnej smotanovitej emulzie typu O/V. Táto sa ďalej nechá miešať dalších 30 minút s 20 dielmi 5 %-ným polyvinylalkoholom a s 5 dielmi 0,5 %-ného vodného roztoku kondenzátu naftalénsulfónovej kyseliny s formaldehydom.

Po přidaní poslednej časti vody — 20 dielov — dochádza k výraznému zníženiu viskozity emulzie za súčasného prudkého nárastu obrátok míešadla, ktoré musia byť zredukované, aby sa predišlo nežiadúcemu rozstrekovaniu emulzie po stěnách nádoby. Z takto (pripravenej emulzie roztoku PS v itoluéne/vode možno vypudit organické rozpúštadlo zvýšením teploty na 70 °C a uvedením do činnosti vonkajšieho vodného ohrevu banky ako aj chladenia aparatúry počas cca '2,5 hodiny za sitáleho chodu miešadla.

Produktom je 40 až 45 %-ný polystyrénový latex, ktorý je stály voči koagulácii niekotko mesiacov. Množstvo' skoagulovaného polystyrénu zachyteného na miešadle alebo na stěnách baňky je menšie ako 1 %. Množstvo skondenzovaného toluenu je 85 až 95 percent z povodného množstva, čo znamená, že výsledná polystyrénová disperzia je čiastočne zmakčená organickým rozpúštadlom. Disperziu třeba uchovávat’ v uzavretých nádobách na zamedzenie výtvárania škralupu na hladenie latexu.

Výrobná aparatúra na realizáciu předmětu vynálezu by mala byť priehladná, teda zhotovená zo skla, nakoíko třeba vizuálně sledovat jednak proces emulgácie roztoku PS v toluéne do vody miešadlom, ako aj miešanie emulzie pri odpařovaní organického rozpúšťadla v destilačnej aparatúre. Emulgácla ako aj odparovanie toluénu sa vykoná v upevnenej gulovitej banke s miešadlom s plynulou reguláciou obrátok rotora, ktorá je ďalej opatřená vonkajším vodným ohrevom, teplomerom a vstupným a výstupným otvorom.

Varná nádoba je napojená na prietokový vodný chladič a uzavretú kondenzačnú nádobu, v ktorej sa zhromažďuje skondenzováné organické rozpúšťadlo ako aj fázovo oddělená voda pochádzajúca jednak z azeotropickej zmesi ako aj z emulzie. Jej množstvo závisí, pravda, od požadovaného stupňa koncentrácie konečného polystyrénového latexu.

Zjednotenie procesu emulgácie a odparovania do jednej aparatúry má výhodu jednak v tom, že zabraňuje úniku toluénu do okolia pri emulgácii, ako aj v tom, že odstraňuje zbytkový koagulát polyméru usadený na stěnách baňky, ktorý vzniká pri vypudzovaní toluénu z emulzie pri zvýšenej teplote, kedy je koloidný systém vystavený vysokému mechanickému a teplotnému namáhaniu.

Výhodou předloženého sposobu výroby polystyrénového latexu je výhodné spracovanie druhotnej suroviny — pěnového polystyrénového odpadu, ktorý sa ináč nedá spracovat. Dalej navrhovaný postup je poměrně jednoduchý v porovnaní s polymerizáciou styrénu, vdaka niektorým výhodným vlastnostiam polystyrénovej drtě. Je to predovšetkým poměrně nízká molekulová hmotnost polystyrénu v rozmedzí 180 000 až 200 000 g/mól, ktorá dává relativné nízkoviskózne roztoky polyméru v organlckom rozpúšťadle, napr. roztok o koncentrácií 20 až 30 % hmot. polystyrénu má viskozitu v rozmedzí 250 až 1100 mPas, čo je podmienkou pre použitý dispergačný systém, t. j. rýchlomiešadlo.

V případe vyšších viskozít polystyrénového roztoku je nutné použít koloidný mlýn alebo homogenizátor, ktoré sa používajú pri emulgácii organickej fázy majúcej viskozitu až do 10 000 mPas. Tieto zariadenia sú však drahé a majú relativné nízku výkonnost, pričom dávajú homogénnu disperzitu častíc, čo spésobuje rýchly nárast viskozity výslednej disperzie pri relativné nízkom obsahu neprchavej fázy.

Použitie pěnového polyméru má výhodu v tom, že sa pri normálnej teplote úplné rozpustí v organickom rozpúšťadle počas cca 10 minút miešania. V případe tuhého polystyrénu je táto doba mnohokrát dlhšia, čo je spésobené zrejme daleko menším stykovým povrchom medzi fázami.

Claims (1)

1. PREDMET

   Sposob výroby vodného latexu z pěnového polystyrénového odpadu sa vyznačuje tým, že sa k homogénnemu roztoku pozostávajúcemu z 30 dielov hmot. polystyrénu a 85 dielov hmot. toluénu za intenzívneho miešania po dobu 1,5 hodiny pri izbovej -teplote, přidá 85 dielov hmot. vodného rozYNALEZU toku emulgátorov, obsahujúceho 2 až 10 % hmot. neúplne zhydrolyzovaného polyvinylalkoholu a 0,0.5 až 3 % hmot. kondenzátu naftalénsulfónovej kyseliny s formaldehydom a z takto vzniknutej emulzie sa toluen odpaří za stálého miešania pri teplote 70 ^dC po dobu 2,5 hodiny.