EE01371U1 - Põlevkivilendtuhka sisaldav polümeerkomposiitmaterjal - Google Patents

Abstract

Käesolev leiutis käsitleb põlevkivilendtuhka sisaldavat polümeerkomposiitmaterjali, mis sisaldab 70 kuni 90 massiprotsenti põlevkivilendtuhka ja 10 kuni 30 massiprotsenti polümeeri. Välja pakutud komposiit on ette nähtud lisamiseks polümeermaterjalile selle omaduste muutmiseks, armatuuri tekitamiseks tootes ja/või täiteainena valmistoote hinna alandamiseks.

Description

TEHNIKA VALDKOND

Käesolev leiutis kuulub materjalitööstuse valdkonda ja käsitleb mineraalse täiteainega polümeerse materjali komposiiti.

TEHNIKA TASE

Tehnika tasemest on tuntud kivisöe põletamisel saadud lendtuha kasutamine. See tuhk aga erineb tunduvalt põlevkivi lendtuhast nii oma koostise, osakeste kuju kui ka värvuse poolest, mis on hallist mustani. Seetõttu ei sobi kivisöe lendtuhk heledate valmistoodete valmistamiseks.

CN1110773 (A) avalikustab plastifitseeritud lendtuhast toru, mis sisaldab lendtuhka graanuli suurusega suurem kui 200-300 mešši, mis on kokku segatud kasutatud polüetüleeni või polüvinüülkloriidiga 160-180°C juures.

Kivisöelendtuhk on tahke pulbriline materjal, mis eraldub kivisöe põletamisel ja mis püütakse kinni erinevate filtritega. Kivisöelendtuha osakesed on suurusega 0,5 kuni 100 urn. Kivisöelendtuha puuduseks on, et see sisaldab toksilisi aineid nagu arseen, baarium, berüllium, boor, kaadmium, seleen, strontsium jt. Samuti on kivisöelendtuha puuduseks tema tume värvus, mis ei võimalda selle sisaldusega komposiidist heledaid tooteid toota.

Käesoleva patenditaotluse autori varasem dokument EE05625B1 käsitleb põlevkivituhka sisaldavat PVC-komposiitmaterjali ja sellest materjalist valmistatud tooteid. Dokumendis on tõestatud, et põlevkivituha kasutamine polümeeride komposiidis on kasulik. Nimetatud dokument kaitseb põlevkivituhka sisaldavat PVC-kompositmaterjali, kus komposiitmaterjali koostisest 0,5 kuni 60% moodustab põlevkivituhk.

EE05628B1 käsitleb mineraalsete täiteainetega polümeersete materjalide komposiiti, mida saab kasutada kilede, torude jt toodete valmistamiseks. Komposiit sisaldab mineraalsete lisandite ning termoplastsete polümeeride homogeenset segu, kus mineraalse täiteainena kasutatakse peamiselt tööstusjäätmeid, sh ka põlevkivilendtuhka. Komposiit sisaldab termoplastseid polümeerseid materjale 30 kuni 98 massiprotsenti ja põlevkivilendtuhka või tsemendiklinkri tolmu või paekivimuda või nende segu 2 kuni 70 massiprotsenti.

Eelnevates dokumentides EE05625B1 ja EE05628B1 on kirjeldatud mineraalse täiteaine segamist polümeerse materjaliga enne ekstruuderisse doseerimist. Selliselt segatud materjalis jääb mineraalse täiteaine kontsentratsioon alla 70%, kuna ühekordse segamisega ei ole võimalik suuremat kontsentratsiooni ekstruuderis saavutada. Nii suure kontsentratsiooni puhul ühekordsel segamisel moodustab mineraalne materjal (lendtuhk) omaette üksusi, mis takistavad segunemist ja materjali edasiliikumist ekstruuderis. Ekstruuder kiilub kinni või suured vastujõud võivad viia ekstruuderi purunemiseni.

Lisaks puudub protsessi käigus degaseerimine, mitmekordne doseerimine ja kasutatakse lühikest tigu.

LEIUTISE OLEMUS

Käesoleva leiutise eesmärgiks on laiendada põlevkivilendtuha kasutamise võimalusi ja mugavust. Eesmärgiks on pakkuda komposiit, mis sisaldab 70 kuni 90 massiprotsenti põlevkivilendtuhka. Välja pakutud komposiit on ette nähtud lisamiseks polümeermaterjalile selle omaduste muutmiseks, armatuuri tekitamiseks tootes ja/või täiteainena valmistoote hinna alandamiseks.

Tuha kujul ei saa tööstustes tuhka kasutada, seda juba mitmesuguste nõuete tõttu. Samuti on piisava homogeensusega komposiidi saamiseks vaja spetsiaalseid segamise ekstruudereid, mida töötlevas tööstuses reeglina ei ole.

Põlevkivilendtuhana kasutatakse filtrituhka, fraktsioone kus osakeste suurus on 1 kuni 100 urn. Põlevkivilendtuhk lisatakse 10 kuni 30 massiprotsendi polümeeri (PO) (polüetüleeni (PE), polüprpüleeni (PP) jne) graanulitele. Materjalid doseeritakse ekstruuderisse, kus algab segamise ja sulatamise protsess. Paremaks segunemiseks eraldatakse gaasid. Pärast seda toimub täiendav doseerimine külglaadurite kaudu. Kordub segamise protsess koos kuumutamisega. Kuumutamise käigus toimub maatriksaine ehk PO sulamine. Uuesti degaseerimine ja protsess toimub ka kolmandat korda. Ekstruuderi tigu on ehitatud selliselt, et kui muidu on materjal silindris tänu teo (kruvi) kujule rõhu all, siis degaseerimise tsoonis vähendatakse rõhku oluliselt. See on vajalik, et degaseerimise avadest ei hakkaks materjali välja minema, vaid eralduks ainult gaasid. Selline mitmekordne doseerimine nõuab pikka tigu, et kõik protsessid saaksid ära toimuda.

Segamisprotsessi käigus toimub korduv degaseerimine. Degaseerimine on kas loomulik või vaakumdegaseerimine. Degaseerimisega saab suurendada kontsentratsiooni ja suureneb ka tootlikkus. Kui eraldada gaasimolekulid, mis on graanulis mullikestena, siis nende gaasimullikeste asemele asuvad tuhaosakesed, mis suurendabki tuha kontsentratsiooni tootes.

Atmosfäärilise (loomuliku) ja vaakumdegaseerimise vahe on see, et atmosfäärilise (loomuliku) degaseerimise protsessis võimaldatakse gaasidel eralduda, vaakumdegaseerimise protsessis imetakse vaakumiga gaasid välja.

Järgnevalt toimub granuleerimine - läbi suulise väljub materjalimass, mis siis kas lõigatakse kohe 2-3 mm pikkusteks graanuliteks vette, kus toimub jahutamine, või jahutatakse enne ja lõigatakse siis graanuliteks.

TEOSTUSNÄIDE

Põlevkivilendtuhka sisaldav polümeerkomposiitmaterjal, kus komposiit sisaldab 10 kuni 30 massiprotsenti polümeeri ja 70 kuni 90 massiprotsenti põlevkivilendtuhka. Põlevkivilendtuhk on fraktsioonist, mille osakeste suurus on 1 kuni 100 µM, ning polümeer on kas polüetüleen, polüpropüleen või polükarbonaat.

Põlevkivilendtuhka sisaldav polümeerkomposiitmaterjali saamiseks toimub põlevkivilendtuha ja polümeeride segamine, kus eelnevalt töövalmis ekstruuderisse (temperatuurivahemikus 120 kuni 400 kraadi Celsiust, eelistatult 230 kraadi Celsiust) doseeritakse polümeer(id) ja põlevkivilendtuhk (tsoon 1). Tänu kahele samas suunas pöörlevale segamisteole (läbimõõt 40mm, L/D 48), toimub polümeeri sulamine ja segunemine lendtuhaga (tsoon 2 ja 3).

Tsoonis 4 toimub lendtuha täiendav doseerimine külglaaduri (side feeder) kaudu.

Segamisprotsessis on oluline, et kogu segumass seguneks võimalikult ühtlaselt homogeenseks, et komposiidimassis oleks kokkupuutepind tuha- ja polümeeriosakeste vahel võimalikult maksimaalne. Degaseerimise teel eraldatakse massist liigsed gaasimolekulid, mis muidu jääksid tekkiva komposiitmassi sisse. Eraldunud gaasimolekulid annavad ruumi täiendavale kogusele tuhaosakestele, mille läbi saab suureneda tuha kontsentratsioon komposiidis.

Degaseerimine toimub kas loomulikul teel gaaside vaba eraldumisena või vaakumiga.

Tsoonis 5 toimub lendtuha dispersioon eelnevalt segunenud massiga. Kuna külglaaduriga satub segunemissilindrisse ka õhku, siis selle vaba eraldumine toimub tsoonis 6 läbi silindris oleva ava.

Tsoonis 7 toimub lendtuha uus doseerimine läbi teise külglaaduri, toimub segunemine (tsoon 8 ja 9) ja läbi külglaaduri töösilindrisse sattunud õhul ja muudel gaasidel võimaldatakse eralduda degaseerimise käigus (tsoon 10).

Et võimalikult maksimaalselt gaase eraldada, kasutatakse vaakumdegaseerimist (tsoon 11), mis imeb hõrenduse abil sulamassist veelgi gaase, võimaldades valmival komposiitmaterjalil paremini homogeniseeruda (tsoon 12).

Tootlikkuse tõstmiseks on enne suulise sõela täiendav segupump (melt pump), mis aitab sulamassil paremini sõela avasid läbida, suurendades sellega tootlikkust (tsoon 13).

Pärast suulisest väljumist toimub kohene toodangu granuleerimine (underwater pelletizer, tsoon 14), misjärel kuum, graanuliteks tükeldatud, valmis komposiitmaterjal suunatakse jahutusse (tsoon 15).

Lõpuks valmis põlevkivilendtuhk - polümeerkomposiitmaterjal - pakendatakse.

Valmis graanuleid kasutatakse lisaainena polümeeritööstuses, kus neid lisatakse PO-graanulitele tugevuse andmiseks armatuuri tekitajana ja/või täiteainena valmistoote hinna alandamiseks.

Et kogu protsess oleks võimalik ja ka majanduslikult efektiivne, peab olema segamistigude ja silindri pikkus vähemalt 40-60 L/D, kus L/D on teo läbimõõdu ja pikkuse suhe.

Protsessis on oluline, et töörõhk ekstruuderi silindris ei tõuseks üle 200 baari, sest siis lülitab ekstruuder võimalike purustuste vältimiseks automaatselt ennast ise välja.

Rõhku saab reguleerida lendtuha kontsentratsiooni muutmisega ja/või tigude kiiruste muutmisega (tigude kiirus maksimaalsel tootlikkusel 350 pööret minutis).

Claims (3)

1. 1. Põlevkivilendtuhka sisaldav polümeerkomposiitmaterjal, mis erineb selle poolest, et komposiit sisaldab 10 kuni 30 massiprotsenti polümeeri ja 70 kuni 90 massiprotsenti põlevkivilendtuhka.
2. 2. Põlevkivilendtuhka sisaldav polümeerkomposiitmaterjal vastavalt punktile 1, mis erineb selle poolest, et põlevkivilendtuhk on fraktsioonist, mille osakeste suurus on 1 kuni 100 µM.
3. 3. Põlevkivilendtuhka sisaldav polümeerkomposiitmaterjal vastavalt punktile 1, mis erineb selle poolest, et polümeer on kas polüetüleen, polüpropüleen või polükarbonaat.