Способ получения пластифицированной нитроцеллюлозы

 

Изобретение относится к химической технологии нитроцеллюлозы и материалов на ее основе для приготовления лакокрасочных и клеевых композиций и пластмасс. Проводят смешение водорастворимого пластификатора непосредственно с водной суспензией нитроцеллюлозы, в количестве 25-45 мас.% от жидкой фазы суспензии, водоотжим и сушку. При этом обеспечивается содержание пластификатора в готовом продукте после водоотжима и сушки 18-2 мас.%. Способ позволяет получить однородную пластифицированную нитроцеллюлозу из лаковых коллоксилинов различной вязкости и различных видов водорастворимых пластификаторов. Значительно снижаются потери продукта с фугатными водами.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к технологии введения пластификатора в нитроцеллюлозу для получения стабильных, сыпучих форм пластифицированной нитроцеллюлозы.

Техническое применение нитроцеллюлозы в лакокрасочной промышленности практически всегда связано с применением пластификаторов и смол. Такими являются жидкие пластификаторы, практически нерастворимые или малорастворимые в воде, - как дибутилфталат, диоктилфталат, диизобутилфталат и другие, и хорошо растворимые в воде, как ДИС, АФЭН или их смесь ДИСАФЭН и другие.

Известны способы получения пластифицированной нитроцеллюлозы, включающие в себя стадии водоотжима готовой нитроцеллюлозы до остаточной влажности 25-40%, смешения водовлажной нитроцеллюлозы с пластификатором в смесителе типа Вернер-Плейдерера и сушки пластифицированной нитроцеллюлозы. С целью лучшего распределения пластификатора в этом случае оптимальной влажностью является 40% (А.П.Закощиков "Нитроцеллюлоза". Оборонгиз. 1950 г.).

Важнейшим требованием, предъявляемым потребителем к нитроцеллюлозе, является безопасное обращение с ней и быстрота растворения ее в растворителях, используемых для приготовления лакокрасочных и клеевых композиций и пластмасс.

Наиболее безопасным в обращении является однородная пластифицированная нитроцеллюлоза, т.е. продукт с равномерным распределением пластификатора. В неоднородном пластифицированном продукте есть отдельные участки с пониженным содержанием пластификатора (в пределе - частицы непластифицированной нитроцеллюлозы) и участки с избытком пластификатора (по сравнению со средней величиной). Поскольку непластифицированная сухая нитроцеллюлоза легко электризуется, чувствительна к тепловому импульсу и искре, неоднородный пластифицированный продукт может сохранить опасные свойства исходной нитроцеллюлозы. В продукте с избытком пластификатора возможно нарушение волокнистой структуры, частичная желатинизация массы, что затрудняет дальнейшую переработку продукта, т. к. более плотные желатинизированные частицы медленнее растворяются в органических растворителях.

Основным недостатком вышеуказанных способов пластификации является неоднородность готовой пластифицированной нитроцеллюлозы. Особенно трудно достичь однородность такими способами для нитроцеллюлозы с вязкостью более 1,02^оЭ (2%-ный раствор в ацетоне).

В качестве прототипа выбран способ введения пластификатора в водной суспензии (Швейц.пат. N 481951), предусматривающий приготовление суспензии нитроцеллюлозы с использованием неионогенного эмульгатора с дальнейшим вводом водной эмульсии пластификатора. После тщательного перемешивания пластификатор сорбируется нитроцеллюлозой, далее воду отфильтровывают путем центрифугирования и далее продукт вальцуют, гранулируют и сушат.

Недостатком данного способа является то, что он приемлем только для пластификаторов практически нерастворимых в воде, таких как дибутилфталат, диоктилфталат и т.д.

Анализ патентной и научно-технической литературы показывает, что в качестве пластификаторов в производстве пластифицированной нитроцеллюлозы используются химические соединения, которые традиционно входят в состав лакокрасочных и клеевых композиций и пластмасс на основе нитроцеллюлозы, а именно: эфиры ортофталевой кислоты, эфиры алифатических дикарбоновых кислот, эфиры ортофосфорной кислоты, эфиры алкилфталилгликолевых кислот, N-алкилтолуолсульфамиды, полихлорполифсиилы.

Эта группа веществ совместима с нитроцеллюлозой, т.е. имеет место высокая взаимная растворимость вещества и нитроцеллюлозы. С другой стороны, все они без исключения практически нерастворимы в воде. Примером могут служить дибутилфталат, диоктилфталат и другие.

Существует еще одна группа пластификаторов нитроцеллюлозы: полиэтиленгликолевые эфиры моно- и диалкилфенола, полиэтиленгликолевые или полипропиленгликолевые эфиры высшего спирта, гидрокси- и алкоксипроизводные диоксана, полиэтиленгликоли и полипропиленгликоли, которая отличается от традиционных пластификаторов нитроцеллюлозы хорошей растворимостью в воде и поверхностной активностью. При смешении с водно-влажной нитроцеллюлозой этой группы веществ или их смесей (растворов) происходит их конкурентное растворение в воде и в нитроцеллюлозе и некоторое вспенивание массы. Благодаря этим явлениям эта группа веществ впитывается нитроцеллюлозой менее энергично. При изготовлении пластифицированной нитроцеллюлозы (с использованием водорастворимых пластификаторов) по прототипу в готовом продукте невозможно получить содержание пластификатора 18-22 мас.%, в действительности получается в ~10 раз меньше. Кроме того, при приготовлении по прототипу эмульсии пластификатора получается сплошная пена.

Цель изобретения - получение однородной пористой пластифицированной нитроцеллюлозы из нитроцеллюлозы различной вязкости с использованием различных групп водорастворимых пластификаторов.

Поставленная цель достигается тем, что водорастворимый пластификатор вводится при перемешивании непосредственно в водную суспензию нитроцелюлозы перед водоотжимом в количестве, необходимом для создания в жидкой фазе суспензии концентрации пластификатора 25-45 мас.%. Суспензия перемешивается в течение 2-5 часов до полного растворения пластификатора в воде и создания однородного раствора. При такой концентрации пластификатора в жидкой фазе суспензии, независимо от количества нитроцеллюлозы в суспензии, после водоотжима нитроцеллюлозы до остаточной влажности 25-35 мас.%, в готовой пластифицированной нитроцеллюлозе после сушки остается пластификатора 18-22 мас. %. Далее продукт отделяется от жидкой фазы центрифугированием и сушится в сушилке. Готовый продукт получается однородный, имеет пористую волокнистую структуру, что способствует быстрому растворению в растворителях.

Преимущества предлагаемого способа 1. Способ позволяет получить однородную пластифицированную нитроцеллюлозу из лаковых коллоксилинов различной вязкости и различных видов водорастворимых пластификаторов.

2. При пластификации нитроцеллюлозы данным способом получается пластифицированная нитроцеллюлоза с пористой волокнистой структурой, что важно для скорости растворения его в растворителях.

3. В случае ввода пластификатора в водную суспензию нитроцеллюлозы перед водоотжимом значительно снижаются потери продукта с фугатными водами, т.к. мелкие частички его флоккулируются в более крупные. В частности, при отжиме пластифицированной нитроцеллюлозы марки 34E потери с фугатными водами уменьшаются в среднем в 20 раз.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется на следующих примерах.

Пример 1 В чане готовится водная суспензия лакового коллосилина марки 9E 5%-ной коцентрации. Затем в чан при перемешивании заливается 8941 кг водорастворимого пластификатора ДИСАФЕНа, после чего концентрация суспензии коллоксилина становится 3,4%. При этом содержание пластификатора в жидкой фазе суспензии составляет 32%. Полученная суспензия тщательно перемешивается в течение 4-5 часов. После чего производится водоотжим коллоксилина центрифугированием до остаточной влажности 30%. Далее продукт сушится в сушилке (типа столовой). Готовый пластифицированный коллоксилин при влажности 2,5% содержит пластификатора 20,0 мас.%. Фугат вновь используется для пластификации, т. к. концентрация пластификатора в нем сохраняется.

Пример 2 В чане в водной среде находится 1000 кг готового, соответствующего требованиям заказчика, лакового коллоксилина марки 34E. Сифонированием концентрация суспензии доводится до 15%. При перемешивании в чан постепенно заливается 2791 кг ДИС (фракция диоксановых спиртов), после чего суспензия перемешивается 4 часа до однородного распределения пластификатора. Далее производится водоотжим коллоксилина центрифугированием до остаточной влажности 35% и сушка продукта в сушилке (типа столовой). Готовый пластифицированный коллоксилин при влажности 2,9% содержит 21 мас.% пластификатора. Фугат вновь используется для пластификации.

Пример 3 В чане в водной среде находится 500 кг готового, соответствующего требованиям заказчика, лакового коллоксилина марки ПСВ. Сифонированием концентрация суспензии доводится до 10%. При перемешивании в чан постепенно заливается 3594 кг полиэтиленгликоля, после чего суспензия перемешивается 4 часа до однородного распределения последнего. Далее производится водоотжим коллоксилина центрифугированием до остаточной влажности 25% и сушка продукта в сушилке. Готовый пластифицированный коллоксилин при влажности 1,5% содержит пластификатора 20,8 мас.%. Фугат вновь используется для пластификации.

Формула изобретения

Способ получения пластифицированной нитроцеллюлозы для приготовления лакокрасочных и клеевых композиций и пластических масс, включающий смешение пластификатора с суспензией нитроцеллюлозы в воде, водоотжим и сушку, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют водорастворимый пластификатор, который вводят непосредственно в водную суспензию нитроцеллюлозы, без приготовления эмульсии, в количестве 25 - 45 мас.% от жидкой фазы суспензии, обеспечивающем содержание пластификатора в готовом продукте после отжима и сушки 18 - 22 мас.%.