04.04.2019
219.016.fc4a

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технологии изготовления изделий из пенополистирола и устройству для получения этих изделий непрерывным методом. Описан способ непрерывного получения изделий из пенополистирола, включающий смешение мономера с порообразователем и функциональными добавками, полимеризацию реакционной смеси, отличающийся тем, что мономер стирола предварительно смешивают с порообразователем - двуокисью углерода, взятой в жидкофазном сверхкритическом состоянии, проводят полимеризацию в ректоре фронтальной полимеризации, затем осуществляют резкое снижение давления на выходе из реактора, что приводит к вспениванию полимерной массы, после чего полученную вспененную полимерную массу инжектируют в формообразователь изделия с последующим его охлаждением. Также описана установка для осуществления указанного выше способа, содержащая емкость с мономером, емкость с инертным газом, емкость для двуокиси углерода и расходомер двуокиси углерода, смесители, плунжерный насос, компрессор, криостат, сатуратор для смешивания мономера с двуокисью углерода, реактор фронтальной полимеризации, дроссельный вентиль тонкой регулировки, формообразователь, конденсатор. Технический результат - высопроизводительное энергосберегающее экологически чистое непрерывное производство изделий из пенополистирола. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из пенополистирола и устройству для получения этих изделий непрерывным методом.

Область применения пенопластов, в частности пенополистирола, обусловлена его потребительскими свойствами. Низкая кажущаяся плотность в сочетании с относительно высокими прочностными показателями, малая теплопроводность, а также наличие в России развитой сырьевой базы и относительно невысокая стоимость исходного сырья определяют широкое применение пенопластов в качестве теплоизоляционного и звукоизоляционного материала в строительстве, судо-, вагоно-, и авиастроении. Значительное количество пенополистирола расходуется для упаковки электронных и оптических приборов, товаров народного потребления, а также для изготовления специальных сортов бумаги, деталей мебели, литья по выплавляемым моделям и т.д.

Известен способ, согласно которому вначале производят полимеризацию стирола (например, суспензионную) в присутствии углеводорода, растворимого в стироле и нерастворимого в полистироле (в частности, изопентана, метиленхлорида и т.д.) (Берлин А.А. Основы производства газонаполненных пластмасс и эластомеров. М., 1954, 286 с). Затем осуществляют предварительное вспенивание гранул путем нагревания горячей водой, водяным паром или горячим воздухом до температуры 90-120°С. В результате объем гранул увеличивается в 10-30 раз.

После этого гранулы высушиваются и выдерживаются при комнатной температуре в течение 6-24 часов с тем, чтобы частичное разрежение в полостях гранул, вызванное изменением объема порообразующей жидкости в них при охлаждении, было скомпенсировано в результате проникновения воздуха внутрь гранул. Последующее формование изделий осуществляется с одновременным спеканием гранул на оборудовании периодического или полунепрерывного действия. На этой стадии в качестве теплоносителя используют как водяной пар, так и токи высокой частоты, а также инфракрасное облучение. При нагреве до 100-120°С полистирол переходит в высокоэластичное состояние, а в гранулах создается давление паров порообразующей жидкости и воздуха, в результате чего происходит дальнейшее "распухание" гранул и заполнение формообразователя. Затем изделие быстро охлаждают непосредственно в формах до 40-50°С, фиксируя тем самым структуру пены и форму изделия.

Кроме того, известен широко распространенный промышленный способ изготовления изделий из пенополистирола, заключающийся в следующем: мелкодисперсный полистирол, полученный эмульсионным способом, газообразователь (2,2-азо-бис-изобутиронитрил, диазоаминобензол, углекислый аммоний, бикарбонат натрия и др.), в некоторых случаях пластификатор, антипирен (например, тетрабромпараксилол, 1,2-дибромэтилбензол, соединения сурьмы и фосфора), краситель, наполнитель и т.д. тщательно перемешивают в течение 10-14 часов в шаровых мельницах, лопастных мешалках или ротационных аппаратах (Павлов В.А. Пенополистирол. - М., 1973 г.). Из полученной смеси формуют заготовки в пресс-формах закрытого типа при 140-170°С и давлении 150-200 кг/см2. Эти "заготовки" вспенивают в ограничительных формах с одновременным масштабным формованием (или самоформованием) изделий при 110-140°С. Если заготовка изготовляется заливкой массы в форму, то смесевой композиции придают текучесть, добавляя в нее стирол или метилметакрилат, а также инициатор и газообразователь, и перемешивают в смесителе или на вальцах. Полученную полимер-мономерную пасту заливают в формообразователи, затем дополимеризуют при температурах ниже температуры разложения газообразователя (40-80°С). После этого температуру повышают до 100-140°С, при которой происходит вспенивание полимера. Если вспенивание сочетается с формованием изделий литьем под давлением или экструзией, смесь эмульсионного полистирола и газообразователя помещается в обогреваемую емкость, где происходит размягчение полистирола, разложение газообразователя и насыщение газом расплава. Насыщенная газом масса впрыскивается в холодную литьевую форму или выдавливается из головки экструдера.

Общими недостатками этих двух промышленных способов являются большие энергозатраты, малопроизводительное громоздкое оборудование, многостадийность процесса, трудности механизации и автоматизации, обуславливающие ручной труд и экологическую вредность производства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ, описанный в (Benning C.J., Plastics foams, v.1-2, N.Y. 1969). Согласно этому способу полимеризация и вспенивание полученного полимера совмещены. Порообразователь (например, 2,2'-азо-бис-изобутиронитрил или циклогексиловый эфир азодикарбоновой кислоты) одновременно является инициатором полимеризации. Этим способом получают пенопласты с ограниченной, относительно высокой кажущейся плотностью, имеющие большую цену и относительно небольшую область применения. По этой технологии получают низкомолекулярный полимер с невысокими механическими свойствами. Так, например, прочность при сжатии составляет менее 0.5 кгс/см2, а прочность при статическом изгибе - 0.15 кгс/см2. Кроме того, наличие большого количества отходов производства не позволяет обеспечить экологическую чистоту производства и комфортные условия для технического персонала.

Насыщение расплава полимерной композиции непосредственно газом (СО2, N2) с последующим сбросом давления не нашло широкого распространения, поскольку газ не растворяется в полимере и для сколько-нибудь значительного насыщения расплава требуется сложное, энергоемкое и дорогостоящее оборудование, способное выдерживать высокое давление.

В части устройства наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка, описанная в (Бутаков А.А. Метод фронтальной полимеризации как основа новой технологии получения высокочистых полимеров, полимерных композиций и изделий оптического назначения. Машиностроитель, 1997, 45 с.) Установка содержит реактор с радиально-симметричной подачей исходного реагента или реактор трубчатого типа. Кроме того, она содержит емкость с мономером, емкость с инертным газом, два смесителя, формооборазователь и систему сбора и обработки данных. Установка фронтальной полимеризации непрерывного действия позволяет получать гранулят, пенополимер в виде конкретных изделий и блочные изделия оптического назначения.

Недостатком известной установки является, то что она позволяет получать пенополистирол ограниченной (высокой) плотности, более 200 кг/м3 при использовании дорогостоящего взрывоопасного инициатора полимеризации, добавляемого в исходный мономер (перекись бензоила, перекись третбутила).

Задачей технического решения является создание высокопроизводительного энергосберегающего экологически чистого непрерывного производства изделий из пенополистирола.

Поставленная задача решается предлагаемым способом непрерывного получения изделий из пенополистирола, включающим смешение мономера с порообразователем и функциональными добавками, полимеризацию реакционной смеси, в которой мономер стирола предварительно смешивают с порообразователем - двуокисью углерода, взятой в жидкофазном сверхкритическом состоянии, затем проводят полимеризацию во фронтальном режиме, а полученную газонасыщенную полимерную массу инжектируют в формообразователь изделия с последующим его охлаждением.

Процесс ведут в автотермическом тепловом режиме при регулируемом перепаде давления между реактором и формообразователем.

Также задача решается установкой непрерывного получения изделий из пенополистирола, содержащей емкость с мономером, емкость с инертным газом, смесители, плунжерный насос, реактор фронтального типа, формообразователь, вентиль тонкой регулировки, конденсатор, которая дополнительно снабжена сатуратором, криостатом, компрессором, а также емкостью для двуокиси углерода и расходомером двуокиси углерода.

В заявляемом способе получения пенополистирола использована в качестве порообразователя непосредственно двуокись углерода, поскольку в этом случае газом насыщается не полимерная композиция, а исходный мономер с введенными в него функциональными добавками (инициатором, пластификатором, антипиреном, красителем и т.д.). При этом степень насыщения мономера СО2 может быть практически любой, поскольку при нормальных условиях (20°С и 1 атм.) растворимость СО2 в стироле достигает 5% по весу. При условиях, соответствующих сверхкритическому жидкофазному состоянию СО2, взаиморастворимость мономера и двуокиси углерода практически не ограничена.

В заявляемом способе получения пенополистирола в режиме фронтальной полимеризации порообразователь - двуокись углерода берут в сверхкритическом (жидкофазном) состоянии.

Установка работает следующим образом: мономер с введенным инициатором под давлением не менее 73 атм. смешивают в сатураторе с двуокисью углерода, после чего насыщенный СО2 мономер подают в реактор фронтальной полимеризации. Поскольку СО2 хорошо растворим в винилсодержащем мономере и не растворим в полимере, то по мере продвижения по реактору и превращения мономера в полимер реакционная смесь становится гетерофазной (сверхкритический CO2 и расплав полимера). В ходе экзотермической реакции полимеризации стирола во фронтальном режиме температура не должна превышать 200°С. Снижение давления на выходе из реактора после дроссельного вентиля до атмосферного приводит к вспениванию полимерной массы с быстрым "захолаживанием" вследствие резкого увеличения объема (адиабатического расширения). Подача вспененного полистирола в формообразователи с их периодической ("карусельной") заменой по мере заполнения обеспечивает непрерывность технологического процесса. Плотность пенопластовых изделий определяется начальным соотношением мономер - двуокись углерода, тепловым режимом процесса полимеризации и перепадом давления реактор - формообразователь.

На чертеже приведена установка непрерывного получения изделий из пенополистирола, включающая емкость с мономером стирола 1, емкость с двуокисью углерода 2, емкость с инертным газом 3, смесители 4 и 5, расходомер двуокиси углерода 6, компрессор 7, плунжерный насос 8, сатуратор 9, криостат 10, реактор фронтальной полимеризации 11, дроссельный вентиль тонкой регулировки 12, формообразователь 13, конденсатор 14.

Порядок работы установки: из резервуара 1 исходный мономер стирола поочередно поступает в смесители 4 и 5. В этих смесителях в мономер вводят функциональные добавки (инициаторы, пластификаторы, стабилизаторы, атипирены, красители и т.п.). Из смесителей 4 и 5 мономер стирола с введенными в него добавками подают плунжерным насосом 8 в сатуратор 9. В сатураторе 9 стирол смешивают с двуокисью углерода, поступающей из емкости 2 под давлением, обеспечиваемым компрессором 7. В сатураторе создаются условия, соответствующие жидкофазному состоянию двуокиси углерода (давление не менее 73 атм., температура не более 10°С). Из сатуратора 9 мономер, насыщенный двуокисью углерода, поступает в реактор фронтальной полимеризации 11, где происходит экзотермическая реакция превращения мономера в полимер. Поскольку двуокись углерода хорошо растворима в винильных мономерах и нерастворима в образовавшемся полимере, то по мере протекания экзотермической реакции полимеризации образуется гетерофазная смесь расплава полимера со сверхкритической двуокисью углерода. Далее проводят резкое снижение давления на выходе из реактора с помощью дроссельного вентиля тонкой регулировки 12, что приводит к вспениванию разогретой в результате реакции полимерной массы, поступающей в формообразователь 13. Избыточная двуокись углерода, образовавшаяся после вспенивания полимера, вместе с остаточным мономером поступает на рекуперацию для последующего использования по замкнутому циклу. Периодической заменой формообразователей по мере их заполнения обеспечивают непрерывность получения изделий.

Свойства полученного полистирола
Показатель Значение
Кажущаяся плотность, кг/м3 15-200
Предельная температура применения, °С 60
Коэффициент теплопроводности (20°С), ккал/м·ч·К 0.024-0.045
Прочность, кгс/см2
при сжатии 0.5-30
при растяжении 7-42
Водопоглощение за 24 часа, кг/м3, не более 0.02-0.3

Систематические экспериментальные исследования на установке с целью нахождения оптимальных режимов проведения процесса с наработкой опытных партий материалов проводились на территории ФГУП НИИ Полимеров совместно с ИПХФ РАН. Предварительный технико-экономический анализ показал, что по сравнению с существующими технологиями производства изделий из пенополистирола заявляемый способ позволяет:

- увеличить производительность более чем в 100 раз;

- снизить энергозатраты не менее чем в 1000 раз;

- обеспечить полное отсутствие отходов;

- производить изделия больших размеров и сложной конфигурации;

- обеспечить экологическую чистоту производства и комфортные условия для технического персонала.

Кроме того, непрерывный процесс осуществляется в единой герметичной технологической цепи.

Таким образом, создан новый высокоэффективный способ получения изделий из пенополистирола.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-1 из 1.
11.03.2019
№219.016.d871

Фотокаталитический модуль для очистки воды

Изобретение относится к области очистки и обеззараживания воды и может быть использовано для очистки сточных вод и получения питьевой воды. Фотокаталитический модуль для очистки воды содержит технологически связанные между собой пористый фотокаталитический реактор (2), выполненный из кварца,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002394772
Дата охранного документа: 20.07.2010
Показаны записи 1-10 из 19.
10.05.2013
№216.012.3db3

Способ получения пористых микрочастиц особо чистого полистирола как носителей биологически активных форм пролонгированного действия

Настоящее изобретение относится к способу получения полистирола. Описан способ получения пористых микрочастиц особо чистого полистирола как носителей биологически активных форм пролонгированного действия, включающий декомпрессию раствора через отверстие, отличающийся тем, что двуокись углерода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481362
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.09.2014
№216.012.f20b

Мембранный реактор

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в нефтехимическом производстве при создании аппаратов для проведения процесса дегидрирования легких алканов. Мембранный реактор состоит из цилиндрического кожуха, двух крышек и мембранно-каталитического модуля,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527785
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.01.2015
№216.013.1d76

Способ переработки попутных и природных газов

Изобретение относится к способу переработки природных и попутных нефтяных газов с повышенным содержанием тяжелых гомологов метана путем прямого парциального окисления углеводородного газа и последующего карбонилирования получаемых продуктов. При этом углеводородный газ смешивают с кислородом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538970
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1d77

Способ получения эфиров гликолевой кислоты

Изобретение относится к процессам переработки углеводородных газов с получением жидких химических продуктов, в частности к получению эфиров гликолевой кислоты. Способ получения метилового эфира гликолевой кислоты включает стадии карбонилирования формальдегида и этерификации гликолевой кислоты,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538971
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.05.2015
№216.013.4ec0

Способ переработки природных и попутных газов

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к процессам использования и переработки попутных нефтяных и природных газов с повышенным содержанием гомологов метана в химические продукты. Способ переработки природных и попутных нефтяных газов с повышенным содержанием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551678
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.11.2015
№216.013.8e98

Способ производства метанола и установка для его осуществления

Изобретение относится к способу производства метанола и к установке для его осуществления. В предлагаемом способе последовательно осуществляют: перемешивание раздельно подаваемых исходных реагентов в виде последовательно сжатого и нагретого углеводородсодержащего газа и сжатого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568113
Дата охранного документа: 10.11.2015
27.03.2016
№216.014.c67f

Способ получения метилпропионата и метилметакрилата

Изобретение относится к процессам переработки углеводородных газов с получением жидких химических продуктов с высокой добавленной стоимостью. Способ переработки природных и попутных нефтяных газов, а также углеводородных нефтяных газов с повышенным содержанием тяжелых гомологов метана и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578598
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.06.2016
№217.015.030a

Установка для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ её применения

Изобретение относится к комплексной переработке низконапорного природного или попутного нефтяного газов на нефтегазоконденсатных месторождениях и может быть использовано при разработке способов и устройств для получения электроэнергии и метанола. В способе утилизации низконапорного природного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587736
Дата охранного документа: 20.06.2016
13.02.2018
№218.016.21d1

Способ переработки попутных и природных газов

Изобретение относится к способу переработки природных и попутных нефтяных углеводородных газов с повышенным содержанием тяжелых гомологов метана в топливный газ путем смешивания углеводородного газа с кислородом или кислородсодержащим газом в мольном соотношении углерод тяжелых компонентов :...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641701
Дата охранного документа: 22.01.2018
04.04.2018
№218.016.3067

Способ получения синтез-газа

Изобретение относится к процессам получения синтез-газа путем конверсии углеводородов, а именно к процессам окислительной конверсии. Способ получения синтез-газа основан на горении смеси углеводородного сырья с окислителем с внутри одной или нескольких полостей, образованных материалом,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644869
Дата охранного документа: 14.02.2018

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД