СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИОЛЕФИНОВОЙ КОМПОЗИЦИИ
METHOD OF OBTAINING POLYOLEFIN COMPOSITION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу непрерывного получения полиолефиновой композиции, содержащей полиолефин, технический углерод и, необязательно, одну или несколько присадок. Настоящее изобретение в частности относится к способу непрерывного получения полиолефиновой композиции, содержащей полиолефин, технический углерод и, необязательно, одну или несколько дополнительных присадок, в котором полиолефин представляет собой бимодальный или мультимодальный полиэтилен высокой плотности.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Полиолефины представляют собой широко используемые товарные полимеры. Для получения и сохранения требуемых свойств представляется важным наличие в полимерах дополнительных веществ. Они представляют собой, так называемые полимерные присадки, и являются вспомогательными соединениями, которые существенно влияют на свойства полимеров и придают им промышленное значение, хотя  и добавляются только в небольших количествах. Присадки обычно объединяют с полиолефинами после их полимеризации непосредственно на стадии гранулирования.
Полиолефины с выдающимся сочетанием свойств представляют собой бимодальные или мультимодальные полиолефины. Данные полимеры часто получают в каскаде из двух или нескольких реакторов полимеризации, которые обычно имеют разные условия полимеризации. Отдельные частицы порошка полиолефина, полученные в таких процессах полимеризации, могут сильно варьировать по своему составу. Соответственно, необходимы особые усилия для гомогенизации этих полиэтиленов на стадии гранулирования. Например, в патенте WO 2004/096523 A1 описана подробная конфигурация экструдера для плавления и гомогенизации мультимодальных или бимодальных полиолефинов.
Однако для получения бимодальных или мультимодальных полиолефинов с выдающимися свойствами необходима не только хорошая гомогенизация полимерных компонентов полиолефинов, но требуется и равномерное распределение пластмассовых присадок внутри полимера. Данная однородность подразумевает не только равномерную гомогенизацию всего полимерного вещества, но также подразумевает одинаковое соотношение пластмассовых присадок к полиолефиновому веществу и одинаковое соотношение между различными присадками для всех гранул полиолефина. Кроме того, получение однородного распределения должно проводиться надежным и экономичным способом.
Еще более сложным процессом является однородное распределение технического углерода в полиолефинах. Технический углерод используется для защиты от ультрафиолетового излучения или в качестве пигмента для окрашивания изделий из полиолефина, например, труб или пластмассовых топливных баков. Технический углерод поставляется в виде рыхлого порошка или гранул. Тем не менее, технический углерод трудно обрабатывать, поскольку он хрупок, имеет тенденцию забивать транспортирующее и обрабатывающее оборудование, которое затем требует серьезной очистки. Таким образом, для получения полиолефиновых композиций, содержащих технический углерод, широко используется технический углерод в виде полиолефинового суперконцентрата. Однако использование технического углерода в виде суперконцентрата обладает недостатком, заключающимся в том, что полимер-носитель суперконцентрата и базовые полиолефины из полиолефиновой композиции должны быть совместимы, что требует применения разных суперконцентратов для разных базовых полиолефинов. Кроме того, получение полиолефинового суперконцентрата является дополнительной технологической стадией, которая увеличивает издержки производства полиолефиновой композиции.
В патенте WO 2009/059967 A2 раскрывается способ введения технического углерода в полиолефин, в котором порошок полиолефина и, необязательно, присадки подаются в основной экструдер, где они объединяются с расплавленной или частично расплавленной композицией из полиолефина/технического углерода, содержащей от 10 до 60 вес. % технического углерода; композицией полученной в небольшом боковом экструдере в стороне от основного экструдера. В патенте WO 2015/071075 A1 описывается непосредственная подача технического углерода в технологический процесс производства саженаполненной смеси для труб, проводов и кабелей. Описанные технологические процессы включают подачу сажевого наполнителя непосредственно во входное отверстие экструдера с подачей расплава или подачу смеси сажевого наполнителя и сухого пигмента во входное отверстие экструдера с подачей расплава.
Соответственно, существует потребность в устранении недостатков известного уровня техники и в создании способа, который позволяет достичь равномерного распределения присадок в полиолефиновых композициях, содержащих бимодальный или мультимодальный полиэтилен, особенно в полиолефиновых композициях, содержащих бимодальный или мультимодальный полиэтилен высокой плотности; способа, который экономичен, надежен и обладает высокой точностью дозирования и приводит к получению полиолефиновых композиций, у которых отсутствуют или имеют место лишь незначительные ухудшения свойств полимера вследствие добавления технического углерода.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу непрерывного получения в экструдере полиолефиновой композиции, содержащей полиолефин и технический углерод; способу, включающему стадии:
подачи полиолефина в виде порошка полиолефина в перемешивающее устройство;
измерения расхода порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, или измерение расхода гранул полиолефина, полученных в экструдере;
подачи технического углерода в перемешивающее устройство;
подачи одной или нескольких дополнительных присадок в перемешивающее устройство;
в ходе измерения расхода порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, корректировки расхода технического углерода и, необязательно, одной или нескольких дополнительных присадок, поданных в перемешивающее устройство в ответ на измеренный расход порошка полиолефина, или в ходе измерения расхода гранул полиолефина, полученных в экструдере, корректировки расхода порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, в ответ на измеренный расход гранул полиолефина, или сохранения постоянным расхода технического углерода и, необязательно, одной или нескольких дополнительных присадок, поданных в перемешивающее устройство, или также корректировки расхода технического углерода и, необязательно, одной или нескольких дополнительных присадок, поданных в перемешивающее устройство, в ответ на измеренный расход гранул полиолефина;
перемешивания порошка полиолефина, технического углерода и, необязательно, одной или нескольких дополнительных присадок для образования порошкообразной смеси;
передачи порошкообразной смеси, полученной на стадии (vi), из перемешивающего устройства в экструдер;
нагрева порошкообразной смеси до расплавленного состояния и гомогенизацию расплава в экструдере для получения жидкой полиолефиновой композиции; и
гранулирования полиолефиновой композиции.
В некоторых вариантах осуществления, измеряется расход порошка полиолефина.
В некоторых вариантах осуществления, измеряется расхода гранул полиолефина, полученных в экструдере.
В некоторых вариантах осуществления, измерение расхода порошка полиолефина или расхода гранул полиолефина осуществляется расходомером для сыпучих веществ.
В некоторых вариантах осуществления, перемешивающее устройство представляет собой лопастной смеситель, состоящий из двух горизонтальных валов встречного вращения.
В некоторых вариантах осуществления, технический углерод подается в перемешивающее устройство из емкости хранения технического углерода в три стадии, включающие:
(iiia) передачу технического углерода из емкости для хранения через первый клапан регулирования расхода технического углерода в емкость подачи технического углерода;
(iiib) передачу в дальнейшем технического углерода из емкости подачи технического углерода через второй клапан регулирования расхода технического углерода под действием силы тяжести в дозирующее устройство; и
(iiic) передачу в дальнейшем технического углерода из дозирующего устройства в перемешивающее устройство.
В некоторых вариантах осуществления, первый клапан регулирования расхода технического углерода и второй клапан регулирования расхода технического углерода представляют собой пережимной клапан.
В некоторых вариантах осуществления, емкость подачи технического углерода оснащена мешалкой.
В некоторых вариантах осуществления, дозирующее устройство имеет бункер дозирующего устройства, а бункер дозирующего устройства оснащен мешалкой.
В некоторых вариантах осуществления, на стадии передачи (iiia) технический углерод проходит по транспортировочному желобу после прохода первого клапана регулирования расхода технического углерода.
В некоторых вариантах осуществления, стадия передачи (iiia) осуществляется периодически, емкость для подачи технического углерода размещается на весовом дозаторе, а управление стадией передачи (iiib) осуществляется исходя из измеренной разности веса емкости для подачи технического углерода.
В некоторых вариантах осуществления, полиолефин представляет собой полиэтилен.
В некоторых вариантах осуществления, порошок полиолефина представляет собой порошок бимодального или мультимодального полиолефина.
3
В некоторых вариантах осуществления, полиэтилен представляет собой полиэтилен высокой плотности с плотностью, определенной в соответствии с ISO 1183 при 23°C, составляющей от 0,945 до 965 г/см.
В некоторых вариантах осуществления, способ дополнительно включает:
подачу гранул полиолефина в экструдер; и
корректировку расхода гранул полимера, поданных в экструдер, в ответ на измеренный расход порошка полиолефина или в ответ на измеренный расход гранул полиолефина.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описаны многочисленные варианты осуществления, но и другие варианты осуществления очевидны из последующего подробного описания для специалистов в отрасли техники, к которой относится данное изобретение. Возможны различные модификации изобретения в различных очевидных аспектах, не отходя от сущности и объема представленной здесь формулы изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание следует рассматривать как иллюстративные и не ограничивающие объем изобретения.
На следующем чертеже представлен предпочтительный вариант осуществления раскрытого здесь предмета изобретения. Заявленный предмет изобретения станет более понятен из следующего описания, которое следует рассматривать совместно с прилагаемым чертежом, где одинаковые позиции, как правило, обозначены одинаковыми цифрами.
На Рисунке 1 схематично показана установка для получения полиолефиновой композиции в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
12
2
10
2
10
Настоящее изобретение относится к способу получения полиолефиновой композиции, содержащей полиолефин, технический углерод и, необязательно, одну или несколько присадок. Подходящие полиолефины получают полимеризацией олефинов, в частности, полимеризацией 1-олефинов, т. е. углеводородов, имеющих концевые двойные связи, но не ограничиваясь этим. Предпочтительные мономеры представляют собой неполярные олефиновые соединения, включая арилзамещенные 1-олефины. Особенно предпочтительные 1-олефины представляют собой линейные или разветвленные C-C 1-алкены, в частности линейные C-C 1-алкены, например, этилен, пропилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-гентен, 1-октен, 1-децен или разветвленные C-C 1- алкены, например, 4-метил-1-пентен, сопряженные и несопряженные диены, например, 1,3-бутадиен, 1,4-гексадиен или 1,7-октадиен, или винилароматические соединения, например, стирол или замещенный стирол. Существует возможность полимеризации смесей различных 1-олефинов. Подходящими олефинами являются олефины, в которых двойная связь является частью циклической структуры, которая может иметь один или несколько кольцевых систем. Примерами являются циклопентен, норборнен, тетрациклододецен, метилнорборнен или диены, например 5-этилиден-2-норборнен, норборнадиен или этилнорборнадиен. Существует возможность полимеризации смесей двух или более олефинов.
Способ, в частности, представляет собой способ получения полиолефиновых композиций, содержащих полиолефины, которые были получены гомополимеризацией или сополимеризацией этилена или пропилена. В качестве сомономеров при полимеризации пропилена предпочтение отдается использованию до 40 вес.% этилена и/или 1-бутена.
3
8
В предпочтительном варианте осуществления, способ относится к получению полиолефиновой композиции, содержащей полиолефины, полученные гомополимеризацией или сополимеризацией этилена. Особое предпочтение отдается получению полиолефиновых композиций, содержащих полиэтилены, в которых этилен сополимеризуется при 40 вес.% C-C1-алкенов, предпочтительно 1-бутена, 1-пентена, 1-гексена, 1-октена или их смеси. Особое предпочтение отдается способу, в которых этилен сополимеризуется при 20 вес.% 1-бутена, 1-гексена или их смеси.
Для получения полиолефинов могут использоваться все известные в промышленности способы полимеризации. Они включают в себя полимеризацию в растворе, суспензионную полимеризацию и газофазную полимеризацию. Полимеризацию можно проводить периодически или, предпочтительно, непрерывно в одну или несколько стадий. Процессы данного типа, как правило, известны специалистам в данной области техники. Среди указанных способов полимеризации предпочтительными являются: газофазная полимеризация, в частности в газофазных реакторах с псевдоожиженным слоем или многозонных газофазных реакторах с циркуляцией; суспензионная полимеризация, в частности в петлевых реакторах с циркуляцией или реакторах с постоянным перемешиванием.
Способ, в соответствии с настоящим изобретением, может использоваться для получения полиолефиновых композиций со всеми типами полиолефиновых полимеров. Способ, в соответствии с настоящим изобретением, особенно пригоден для получения полиолефиновых композиций, содержащих бимодальные или мультимодальные полиолефины, где термины бимодальный и мультимодальный относятся к модальности молекулярно-весового распределения. Данные полимеры получают полимеризацией олефинов в каскаде из двух или нескольких реакторов полимеризации при различных условиях реакции. Таким образом, "модальность" показывает, сколько различных условий полимеризации использовалось для получения полиолефина, независимо от того, можно или нет распознать эту модальность молекулярно-весового распределения в виде выделенного максимума на кривой гель-проникающей хроматографии (ГПХ). Часто используемый в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, а также используемый здесь термин мультимодальный может включать в себя понятие бимодальный. В дополнение к молекулярно-весовому распределению, полиолефиновый полимер обладает и распределением сомономера, в котором, предпочтительно, среднее содержание сомономера в полимерных цепях с более высоким молекулярным весом выше, чем среднее содержание сомономера в полимерных цепях с более низким молекулярным весом. Тем не менее, представляется возможным использовать идентичные или сходные условия реакции во всех реакторах полимеризации каскада реакторов и таким образом получать полиолефиновые полимеры с узким молекулярно-весовым распределением или мономодальные полиолефиновые полимеры. Однако сложность в получении мультимодальных полиолефинов в каскаде реакторов полимеризации, работающих при разных условиях реакции, заключается в том, что из-за различного времени пребывания отдельных полиолефиновых частиц в разных реакторах, состав отдельных полиолефиновых частиц порошка полиолефина может сильно варьироваться.
Полимеризация осуществляется с использованием обычных катализаторов полимеризации олефина. Это означает, что полимеризацию можно проводить, например, с использованием катализаторов Филлипса на основе оксида хрома, катализаторов Циглера на основе титана или катализаторов Циглера-Натта с единым центром полимеризации на металле или смесей таких катализаторов. Получение и применение данных катализаторов для полимеризации олефинов, как правило, общеизвестно.
Полиолефины обычно получают в виде порошка, т.е. в виде мелких частиц. Частицы обладают более или менее стандартной структурой и размером, в зависимости от структуры и размера катализатора и от условий полимеризации. В зависимости от используемого катализатора, порошок полиолефина обычно имеют средний диаметр от нескольких сотен до нескольких тысяч микрометров. При использовании хромовых катализаторов, средний диаметр частиц обычно составляет от примерно 300 до примерно 1600 мкм, а в случае использования катализаторов Циглера средний диаметр частиц, как правило, равен примерно от 100 до примерно 3000 мкм. Предпочтительный порошок полиолефинов имеет средний диаметр частиц от 150 до 250 мкм. Гранулометрический состав чаще всего определятся просеиванием. Подходящим способом является, например, анализ на вибрационном сите или гранулометрический анализ в струе воздуха.
Предпочтительные полиолефины для получения полиолефиновых композиций по настоящему изобретению представляют собой полиэтилены, содержащие от 50 до 100 вес.% этилена, более предпочтительно от 80 до 100 вес.%, в частности от 98 до 100 вес.%. Соответственно, содержание других олефинов в полиэтилене предпочтительно составляет от 0 до 50 вес.%, более предпочтительно от 0 до 20 вес.%, в частности от 0 до 2 вес.%.
3
3
Плотность предпочтительных полиэтиленовых композиций, полученных способом по настоящему изобретению, составляет от 0,90 г/см³ до 0,97 г/см³. Предпочтительно плотность составляет от 0,920 до 0,968 г/см, а особенно предпочтительно от 0,945 до 0,965 г/см. Плотность следует понимать как плотность, определенную в соответствии со стандартом DIN EN ISO 1183-1: 2004, метод A (Погружение), на прессованных пластинах толщиной 2 мм, которые прессовали при температуре 180°C и давлении 20 МПа в течение 8 минут с последующей кристаллизацией в кипящей воде в течение 30 минут.
21.6
Скорость течения расплава MFR полиэтиленовой композиции при температуре 190°C массе груза 21,6 кг , определенная в соответствии со стандартом DIN EN ISO 1133: 2005, условие G, составляет от 1 г/10 мин. до 80 г/10 мин., предпочтительно от 2 г/10 мин. до 50 г/10 мин. и особенно предпочтительно от 5 /10 мин. до 25 г/10 мин.
Согласно способу, в соответствии с настоящим изобретением, полиолефин объединяют с техническим углеродом в виде порошка технического углерода или гранул, предпочтительно с порошком технического углерода. Доля технического углерода в полученной полиолефиновой композиции предпочтительно составляет от 0,1 до 12 вес.%, более предпочтительно от 0,5 до 5 вес.%, даже более предпочтительно от 2 до 3 вес.%, в частности от 2,1 до 2,5 вес.%.
Термин технический углерод обозначает семейство тонкоизмельченных сажевых наполнителей, полученных в процессе неполного сгорания или процессе термического разложения углеводородов с большим отношением площади поверхности к объему. Примерами технического углерода являются печная сажа или ацетиленовая сажа. В предпочтительном варианте осуществления, размер частиц технического углерода составляет от 5 до 500 нм, более предпочтительно от 15 до 60 нм и наиболее предпочтительно не более 25 нм. В соответствии с настоящим изобретением, технический углерод используется в процессе получения полиолефинов, помимо прочего, для обеспечения устойчивости к УФ-излучению и атмосферным воздействиям произведенных из них изделий и гарантии эксплуатационных характеристик сертифицированных продуктов, например, напорных труб.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения полиолефин дополнительно смешивают с одной или несколькими дополнительными присадками. Данные присадки хорошо известны в отрасли техники, к которой относится данное изобретение. Тем не менее, особенно для мультимодальных полиолефинов, важное значение имеет их равномерное распределение. Подходящие виды присадок для получения полиолефиновых композиций представляют собой, например, антиоксиданты, светостабилизаторы, раскислители, смазки, технологические присадки, антиадгезивы, антифрикционные присадки, антистатики, антивуаленты, пигменты или красители, зародышеобразователи, антипирены или наполнители. Обычно полиолефиновые композиции содержат несколько присадок. Присадки могут представлять собой разные типы присадок. Однако, возможно добавление к одной полиолефиновой композиции нескольких представителей одного типа присадок. Добавки всех этих типов, как правило, имеются в продаже и описаны, например, в работе Hans Zweifel, Plastics Additives Handbook, 5е издание, Мюнхен, 2001 г.
Способ по настоящему изобретению характеризуется тем, что полиолефин в виде порошка полиолефина и технический углерод, и одна или несколько присадок подаются в перемешивающее устройство, а затем объединенное вещество подается в экструдер для плавления и дальнейшего перемешивания. Предпочтительные перемешивающие устройства представляют собой лопастной смеситель, состоящий из двух горизонтальных валов встречного вращения. Валы оснащены лопастями с соответствующей геометрией. Вращающиеся валы смещают композицию порошка полиолефина и присадок горизонтально вдоль оси валов при одновременном интенсивном перемешивании. Данные лопастные смесители имеются в продаже, например, компаний Köllemann GmbH, Аденау, Германия или J. Engelsmann AG, Людвигсхафен, Германия. Смесь порошка полиолефина и присадок выходит из перемешивающего устройства в месте окончания валов и подается, предпочтительно под действием силы тяжести, в бункер экструдера.
Порошок полиолефина подается в перемешивающее устройство из резервуара для хранения и, в частности, из резервуара для хранения с коническим дном. В предпочтительном варианте осуществления, резервуар для хранения порошка полиолефина оснащен приспособлением для выгрузки, которое удерживает порошок полиолефина в свободнотекучем состоянии. Предпочтительным приспособлением для выгрузки является, например, устройство введения инертного газа, предпочтительно азота, в дно резервуара для хранения, более предпочтительно в коническое дно резервуара для хранения. Порошок полиолефина предпочтительно подается из резервуара для хранения в перемешивающее устройство под действием силы тяжести.
Предпочтительно осуществлять подачу технического углерода в перемешивающее устройство из отдельной емкости для хранения технического углерода. Загрузка емкости для хранения технического углерода производится из мешков. Предпочтительно загрузка емкости для хранения технического углерода осуществляется насыпным способом из контейнерных транспортных средств, например, грузовых автомобилей или вагонов, с пневматической подачей технического углерода в емкость для хранения технического углерода, или из полуконтейнеров, например, больших мешков. Для предотвращения любого осаждения и уплотнения технического углерода, хранящегося в емкости для хранения технического углерода, в нижнюю часть емкости для хранения технического углерода, более предпочтительно в коническое дно емкости для хранения технического углерода, наиболее предпочтительно в коническое дно, которое покрыто синтетической тканью, подают газ, предпочтительно сухой воздух или азот. В способе по настоящему изобретению, предпочтительно, использовать две емкости для хранения технического углерода, что позволяет использовать одну емкость для хранения технического углерода для подачи технического углерода в перемешивающее устройство, а вторую для повторной загрузки. Предпочтительно, чтобы каждая емкость для хранения технического углерода имела такой объем, который позволяет хранить некоторое количество технического углерода, достаточное для работы в течение приблизительно 4 дней.
Способ подачи технического углерода из емкости для хранения в перемешивающее устройство предпочтительно осуществляется, по меньшей мере, в три стадии, включающие: стадию передачи (iiia) технического углерода из емкости для хранения через первый клапан регулирования расхода технического углерода в емкость подачи технического углерода; стадию передачи (iiib) в дальнейшем технического углерода из емкости подачи технического углерода через второй клапан регулирования расхода технического углерода под действием силы тяжести в дозирующее устройство; и стадию передачи (iiic) передачу в дальнейшем технического углерода из дозирующего устройства в перемешивающее устройство.
Предпочтительно, чтобы первый клапан регулирования расхода технического углерода и второй клапан регулирования расхода технического углерода представляли собой пережимной клапан. Преимущество от использования данных клапанов состоит в их полном открытии в поперечном сечении, отсутствии металла внутри и самоочистке благодаря их гибкости.
Транспортировка технического углерода на стадиях передачи (iiia), (iiib) и (iiic) предпочтительно происходит по спускным трубам, более предпочтительно по гибким спускным трубам, исключающим закупоривание и обеспечивающим быструю транспортировку.
На стадии передачи (iiia) технический углерод проходит, предпочтительно, по транспортировочному желобу после прохода первого клапана регулирования расхода технического углерода. Предпочтительным является приведение в действие транспортировочного желоба подачей газа, предпочтительно сухого воздуха или азота, в нижнюю часть транспортировочного желоба, предпочтительно в два или несколько впускных отверстий, которые равномерно распределены по длине транспортировочного желоба.
Емкость для подачи технического углерода предпочтительно имеет меньший объем, чем емкость для хранения технического углерода, и предназначена для уменьшения разницы по высоте между емкостью для хранения технического углерода или, более предпочтительно, между транспортировочным желобом и дозирующим устройством для обеспечения более точной и надежной подачи технического углерода в перемешивающее устройство. Емкость для подачи технического углерода предпочтительно размещается на весовом дозаторе. Емкость для подачи технического углерода дополнительно оснащается мешалкой, предпочтительно спиральной мешалкой, причем мешалка предпочтительно доходит до выпускного отверстия емкости для подачи технического углерода.
В предпочтительном варианте осуществления, в котором емкость для подачи технического углерода размещается на весовом дозаторе, управление стадией передачи (iiib) осуществляется периодически, исходя из измеренной разности веса емкости для подачи технического углерода. Предпочтительным является периодическое осуществление стадии передачи (iiib) в разные моменты времени, по сравнению со стадией передачи (iiia).
Дозирующее устройство, предпочтительно, оснащается бункером дозирующего устройства, а бункер дозирующего устройства, предпочтительно, оборудуется мешалкой. Предпочтительным является дополнительное оснащение бункера дозирующего устройства фильтровальной установкой, которая позволяет компенсировать создаваемое давление при выполнении стадии передачи (iiib) путем выпуска газа через фильтр в атмосферу. Фильтровальная установка предпочтительно содержит очищающее устройство, предотвращающее закупоривание техническим углеродом.
Присадки, необязательно, подаются из специальных резервуаров для хранения присадок. Однако представляется возможным подавать присадки непосредственно из транспортных контейнеров, например больших мешков. Присадки, используемые для получения полиолефиновых композиций, поставляются в твердом виде, предпочтительно в виде мелких частиц, или поставляются жидкими и подаются в виде раствора. Присадки могут подаваться по отдельности или подаваться в виде одной или нескольких смесей, содержащих некоторые из выбранных присадок, или подаваться в виде смеси всех присадок с порошком полиолефина. Предпочтительной является подача всех присадок в виде твердых частиц.
Полученные полиолефиновые композиции содержат полиолефин, технический углерод и, необязательно, одну или несколько присадок. Состав полученных полиолефиновых композиций предпочтительно определяют по рецептуре, которая идентифицирует тип используемого порошка полиолефина, тип используемого технического углерода, тип присадок, их число, количество и соотношение. Состав полученных полиолефиновых композиций может значительно отличаться от композиции к композиции. Однако во всех полиолефиновых композициях большая часть представляет собой полиолефин. Доля полиолефина в полученных полиолефиновых композициях предпочтительно составляет от 80 до 99,98 вес.%, более предпочтительно от 95 до 99,95 вес.%, в частности от 98 до 99,9 вес.%. Настоящее описание относится не только к получению таких полиолефиновых композиций с гомогенным распределением технического углерода и, необязательно, присадок в полиолефиновой композиции, но также и к получению данных композиций экономичным и надежным способом с постоянным соотношением компонентов.
Объем порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, предпочтительно регулируется соответствующим подающим устройством, например, роторным или шнековым питателем. Изменяя число оборотов подающего устройства можно изменить объем порошка полиолефина, подаваемого в перемешивающее устройство. Число оборотов подающего устройства предпочтительно регулируется контроллером таким образом, чтобы поданный объем порошка полиолефина соответствовал заданной уставке, соответственно требуемой доле полиолефина в полиолефиновой композиции.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, соотношение технического углерода и, необязательно, присадок к полиолефину в полиолефиновой композиции, поддерживается постоянным, путем корректировки расхода технического углерода и, необязательно, одной или нескольких присадок, в экструдере, исходя из фактически поданного объема порошка полиолефина даже при высоких расходах порошка полиолефина. Используя фактический объем порошка полиолефина, поданного в экструдер, для расчета данных уставок для технического углерода и, необязательно, одной или нескольких присадок, небольшие изменения числа оборотов устройства подачи порошка полиолефина позволяют быстро компенсировать соответствующие изменениями в расходе присадок. Это контрастирует с простым использованием уставок, взятых из рецептуры полиолефиновой композиции для регулирования расхода одной или нескольких добавок. Соответственно осуществляется непрерывное измерение объема порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство. Оно осуществляется путем непрерывного определения расхода порошка полиолефина.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, вместо расхода порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, измеряется расход гранул полиолефина, полученных в экструдере, а расход порошка полиолефина в перемешивающем устройстве корректируют исходя из фактического объема гранул полиолефина, полученных в экструдере. Измерение расхода полученных гранул полимера для корректировки расхода порошка полиолефина, по-прежнему компенсируется изменением числа оборотов устройства подачи порошка полиолефина, причем существенно уменьшаются возможные трудности в измерении расхода полимерных частиц, имеющих определенную липкость. Расход гранул полиолефина предпочтительно измеряется после сушки гранул полиолефина, то есть предпочтительно ниже по потоку от обычно используемого подводного гранулятора и центробежной сушилки. В данном варианте осуществления, расход технического углерода и, необязательно, одной или нескольких присадок поданных в перемешивающее устройство, остается постоянным с заранее заданным значением, а соотношение технического углерода и присадок к полиолефину в полиолефиновой композиции регулируется только корректировкой расхода порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, или, предпочтительно, расход порошка полиолефина и расход технического углерода и, необязательно, одной или нескольких присадок, поданных в перемешивающее устройство, корректируется исходя из фактического объема гранул полиолефина, полученных в экструдере, предпочтительно с использованием других параметров контроля для регулирования расхода одной или нескольких присадок и для контроля подачи порошка полиолефина.
Предпочтительно, измерение расхода порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, или измерение расхода гранул полиолефина, полученных в экструдере, осуществляется расходомером для сыпучих веществ. Расходомеры для сыпучих веществ представляют собой расходомер с экраном, дозатор или расходомер Кориолиса. Данные расходомеры для сыпучих веществ имеются в продаже и производятся компаниями Schenck Process, Whitewater, WI, США или Coperion K-Tron, Гельнхаузен, Германия. Расходомер для сыпучих веществ предпочтительно оснащается контроллером. Данный контроллер позволяет корректировать число оборотов подающего устройства, которое подает порошок полиолефина в экструдер, исходя из данных о фактически поданном объеме порошка полиолефина.
Измеренный расход порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, или измеренный расход гранул полиолефина используют для корректировки расхода технического углерода и, необязательно, одной или нескольких присадок, поданных в перемешивающее устройство. Для этого контроллер расходомера для сыпучих веществ передает сигнал, который указывает на расход порошка полиолефина в перемешивающем устройстве, на вычислительное устройство, например, компьютер. Вычислительное устройство непрерывно рассчитывает уставки для требуемого расхода присадок в перемешивающем устройстве, уставки, которые отражают объем порошка полиолефина, фактически поданного в экструдер.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, способ получения полиолефиновой композиции включает дополнительную подачу гранул полиолефина в экструдер. Данный вариант дает возможность дополнительно добавлять уже гранулированный полимерный материал к полиолефиновой композиции. Эти гранулированные полимерные материалы предпочтительно добавляются в небольших объемах. Примерами гранулированного полимерного материала, который может добавляться в полиолефиновую композицию, являются предварительно полученные полиолефиновые композиции, которые не соответствуют заданным требованиям, или переходные материалы, которые были получены в ходе полимеризации при переходе от одного сорта полиолефина к другому. Гранулы полиолефина предпочтительно подаются в тот же бункер, что и смесь порошка полиолефина, технического углерода и, необязательно, одной или нескольких присадок. Подачу гранул полиолефина в бункер также регулируют исходя из измеренного расхода порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство, или исходя из измеренного расхода гранул полиолефина. Вычислительное устройство непрерывно рассчитывает уставку требуемой подачи гранул полиолефина в бункер.
Смесь порошка полиолефина, технического углерода и, необязательно, одной или нескольких добавок, полученных в перемешивающем устройстве, передается из перемешивающего устройства в экструдер. Экструдер предпочтительно оснащается, по меньшей мере, одним бункером для приема данной смеси порошков. Затем вещество подается из бункера в экструдер. Однако экструдер может оснащаться одним или несколькими дополнительными бункерами для подачи дополнительных веществ в экструдер. Экструдер служит для плавления порошка полиолефина и, образования жидкой полиолефиновой композиции, гомогенизации жидкой полиолефиновой композиции и равномерного распределения в ней технического углерода и, необязательно, одной или нескольких присадок. Этот процесс протекает за счет нагрева и приложения механического усилия для смешивания порошка полиолефина, технического углерода и присадок. Жидкую полиолефиновую композицию подают в установку для гранулирования и превращают в гранулы.
Экструдер представляет собой смеситель непрерывного действия. Данные экструдеры или смесители представляют собой одно- или двухшнековые машины, которые плавят и гомогенизируют полиэтиленовую композицию. Примерами экструдеров являются штифтовые экструдеры, планетарные экструдеры или машины со шнеками, вращающимися в одном направлении. Другие возможности представляют собой комбинации смесителей с разгрузочными шнеками и/или шестеренчатыми насосами. Предпочтительные экструдеры представляют собой шнековые экструдеры, в частности, экструдеры, выполненные в виде двухшнековых машин. Особое предпочтение отдается двухшнековым экструдерам и смесителям непрерывного действия с разгрузочными элементами и, в особенности, смесителям непрерывного действия с двойным взаимозацепляющимся шнеком встречного вращения или экструдерам, по меньшей мере, с одним двойным шнеком, вращающимся в одном направлении. Оборудование данного типа обычно используется при производстве пластмасс и изготавливается, например, компаниями: Coperion GmbH, Штутгарт, Германия; KraussMaffei Berstorff GmbH, Ганновер, Германия; The Japan Steel Works LTD., Токио, Япония; Farrel Corporation, Ансония, США; Kobe Steel, Ltd., Кобе, Япония. Экструдеры, как правило, оснащаются устройствами для гранулирования расплава, например, подводными грануляторами.
На Рисунке 1 схематично показана установка для получения полиолефиновой композиции, не ограничивая объем настоящего изобретения.
Порошок полиолефина подается по трубопроводу (1) в резервуар (2) для хранения порошка полиолефина. Для поддержания сыпучести порошка полиолефина в резервуаре (2) для хранения, в резервуар (2) для хранения по трубопроводу (3) снизу подается азот. Порошок полиолефина подается по трубопроводу (4) на роторный питатель (5), который приводится в действие электродвигателем М. Затем порошок полиолефина подается по трубопроводу (6) в перемешивающее устройство (25) под действием силы тяжести. Предпочтительное перемешивающее устройство (25) представляют собой лопастной смеситель, состоящий из двух горизонтальных валов встречного вращения. При передаче от роторного питателя (5) в перемешивающие устройство (25) порошок полиолефина проходит через расходомер (9) для сыпучих веществ, который измеряет подачу порошка полиолефина в перемешивающее устройство (25), что означает измерение объема порошка полиолефина поданного в перемешивающее устройство (25) за единицу времени. Расходомер (9) для сыпучих веществ оснащается контроллером (10). Контроллер (10), с одной стороны, посылает сигнал (11) на двигатель М роторного питателя (5) для корректирования расхода порошка полиолефина, если расход, измеренный расходомером (9) для сыпучих веществ, отличается от заданной уставки расхода, ранее введенной в контроллер (10). С другой стороны, контроллер (10) также посылает сигнал (12), который указывает величину расхода порошка полиолефина, поданного из резервуара (2) для хранения в перемешивающее устройство (25), на вычислительное устройство (13).
Технический углерод подается по трубопроводу (31) в емкость (32) для хранения технического углерода. Для поддержания сыпучести технического углерода в емкость (32) для хранения технического углерода, в емкость (32) для хранения по трубопроводу (33) подается азот. Технический углерод подается по трубопроводу (34) в пережимной клапан (35). Технический углерод далее переносится под действием силы тяжести по трубопроводу (36) на транспортировочный желоб (37). Для транспортировки технического углерода транспортировочным желобом (37) по трубопроводу (38) в транспортировочный желоб (37) подают азот. Технический углерод по трубопроводу (39) затем подают в емкость (40) для подачи технического углерода, оснащенную мешалкой (41). Для определения разности в уровне наполнения техническим углеродом, емкость (40) для подачи технического углерода размещается на весах (42). Из емкости (40) для подачи технического углерода, технический углерод подают по трубопроводу (43) в пережимной клапан (44) и далее под действием силы тяжести по трубопроводу (45) в бункер (46) дозирующего устройства (47). Бункер (46) дозирующего устройства приводится в действие двигателем М и оснащен мешалкой (48).
Дозирующее устройство (46) способно взвешивать объем технического углерода, дозировано поданного в трубопровод (49), по которому технический углерод подается в перемешивающее устройство (25). Дозирующее устройство (46) оснащено контроллером (50). Контроллеры (50) принимают сигналы, указывающие объем технического углерода, дозировано поданного дозирующим устройством (47) в трубопровод (49). Уставка объема технического углерода, подлежащего дозированию, непрерывно рассчитывается вычислительным устройством (13) исходя из сигнала (12), который указывает расход порошка полиолефина из резервуара (2) для хранения в перемешивающее устройство (25) и исходя и рецептуры полиолефиновой композиции, рецептуры, которая была ранее введена в вычислительное устройство (13).
На Рисунке 1 представлено дозирующее устройство (15) для подачи присадок в виде частиц в перемешивающее устройство (25). Тем не менее, существует возможность управлять процессом по настоящему изобретению при наличии двух, трех или нескольких из этих блоков подачи присадок. В каждом блоке присадка или смесь присадок по трубопроводу (14) подается в дозирующее устройство (15), приводимое в действие электродвигателем М. Дозирующие устройства (15) способны определять вес присадки или смеси присадок, дозировано поступающих в трубопровод (16) по которому присадки подаются в бункер (7). Каждое дозирующее устройство (15) оснащено контроллером (17). Контроллеры (17) принимают сигналы, указывающие объем присадки, дозировано поданной соответствующими дозирующими устройствами (15) в соответствующие трубопроводы (16). Уставки объемов присадок, подлежащих дозированию, непрерывно рассчитываются вычислительным устройством (13) исходя из сигнала (12), который указывает расход порошка полиолефина из резервуара (2) для хранения в перемешивающее устройство (25) и исходя и рецептуры полиолефиновой композиции, рецептуры, которая была ранее введена в вычислительное устройство (13).
Смесь порошка полиолефина, технического углерода и присадок, полученная в перемешивающем устройстве (25) подается от перемешивающего устройства (25) под действием силы тяжести по трубопроводу (26) в бункер (7) экструдера (8), который также приводится в действие электродвигателем M. Путем изменения мотором M числа оборотов роторного питателя (5) можно корректировать расход порошка полиолефина, поданного в перемешивающее устройство (25). Смесь порошка полиолефина, технического углерода и присадок затем передается в экструдер (8), расплавляется и гомогенизируется. Расплав подается экструдером (8) в установку (18) для гранулирования, из которой гранулированная полиолефиновая композиция отбирается по трубопроводу (19).
Установка, показанная на Рисунке 1, дополнительно содержит блок для подачи полимерных гранул в бункер (7). Данный блок имеет резервуар (20) для хранения гранул, в который по трубопроводу (21) подают полимерные гранулы. Гранулы полиолефина подаются по трубопроводу (22) на роторный питатель (23), который приводится в действие электродвигателем М. Затем гранулы полиолефина подаются по трубопроводу (24) в бункер (7) экструдера (8). Объем гранул полиолефина, поданных в бункер (7) задается числом оборотов роторного питателя (23), приводимого в действие электродвигателем М, число оборотов которого, задается вычислительным устройством (13) исходя из сигнала (12), который указывает расход порошка полиолефина из резервуара (2) для хранения в бункер (7) и исходя и рецептуры полиолефиновой композиции, рецептуры, которая была ранее введена в вычислительное устройство (13).
После подачи полиолефина в виде порошка, то есть в форме мелких частиц, в перемешивающее устройство и взаимодействия там порошка полиолефина с техническим углеродом и, необязательно, присадками, смесь полиолефина, технического углерода и присадок подается в экструдер, где происходит равномерное распределение технического углерода и присадок по всем полимерным гранулам. Однородное распределение достигается даже в случае, когда отдельные частицы полиолефинового порошка, используемые для получения полиолефиновых композиций, сильно отличаются по своему составу. Кроме того, выбор величины расхода порошка полиолефина, поданного в экструдер, в качестве параметра для корректировки расхода технического углерода и, необязательно, присадок позволяет осуществлять очень точную подачу всех компонентов полиолефиновой композиции с постоянным соотношением и, таким образом, способствовать постоянству свойств полиолефиновой композиции благодаря высокой однородности распределения технического углерода и присадок в полученных полиолефиновых композициях. Настоящее изобретение предлагает надежный способ извлечения выгоды из экономичного использования технического углерода в виде свободного углерода вместо сажевого суперконцентрата и обеспечивает необходимую точность дозирования для высокопрочных изделий, например, полиэтиленовых напорных труб, в которых содержание технического углерода в полиэтиленовой композиции должно составлять от 2,1 вес.% до 2,5 вес.%.