Способ получения пластифицированной нитроцеллюлозы

 

Изобретение относится к области технологии нитроцеллюлозы и материалов на ее основе, в частности к способу получения нитроцеллюлозного продукта - пластифицированной нитроцеллюлозы, предназначенного для производства лакокрасочных композиций. Способ осуществляют путем введения пластификатора во влажную нитроцеллюлозу, перемешивания и сушки до содержания влаги не более 3 мас. %. Используют нитроцеллюлозу в виде водной суспензии с концентрацией 3-20 маc.%, в которую дополнительно вводят технологическую добавку, соль жирных кислот металлов I, II групп в количестве 0,1-0,3 маc.%, а в качестве пластификатора используют дибутилфтолат, диоктилфталат, трикрезилфосфат, хлорпарафин, касторовое масло или их смеси в количестве не менее 18 маc.%. Перемешивание осуществляют в течение 2-4 ч при 20-30^oС. Суспензию сгущают до модуля 1:5-1:19, нагревают до 50-60^oС, вновь перемешивают в течение 1-1,5 ч, подают в отжимной шнек-пресс, в котором проводят водоотжим сначала до содержания воды 50-60 маc.% за счет гидростатического давления, затем до 8-12 маc. % за счет градиента давления в канале шнек-винта. Измельчают полученный полуфабрикат и отжимают при 60-90^oС и остаточном давлении не более 100 мм рт. ст. до содержания влаги 4-8 маc.%. Выходящий из шнек-пресса продукт измельчают до размера частиц 2-4 мм, а сушку проводят при 80-90^oС. Изобретением обеспечивается создание единого технологического процесса от стадии получения нитроцеллюлозы до получения готового полупродукта для производства лакокрасочных композиций с удовлетворительными свойствами при высокой производительности и малых трудо- и энергозатратах. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области технологии нитроцеллюлозы и материалов на ее основе, в частности к способу получения нитроцеллюлозного полупродукта - пластифицированной нитроцеллюлозы, предназначенной для производства лакокрасочных композиций.

Известно широкое применение нитрата целлюлозы - коллоксилина с содержанием азота менее 12,6 вес. % при изготовлении лакокрасочных материалов (Лившиц М.Л., Пшиляковский Б.И. Лакокрасочные материалы. - Справочное пособие. - М., "Химия", 1982). Используемая при этом нитроцеллюлоза (НЦ) должна содержать не более 2 - 2,5% воды. Для обезвоживания НЦ применяют вытеснение воды этиловым спиртом, другими растворителями либо пластификацию (флегматизацию) НЦ водно-спиртовым раствором пластификатора с последующим удалением растворителей перегонкой или смешение увлажненной водой или спиртом НЦ с флегматизатором на вальцевых аппаратах. (Патент Великобритании 1000876, кл. С 3 А, 1965; ЕП 0369247 A1, C 08 B 5/08, 1990; заявка Германии 19508230 A1, C 08 L 1/18, 1996). В обоих случаях НЦ предварительно отжимают от воды на центрифуге или прессе до содержания воды 28... 35 мас.%, а полученный конечный продукт большей частью требует дополнительной сушки ("Технология пластических масс" под ред. Коршака В.В. - М., "Химия", 1985). Недостатками этих способов являются высокая трудоемкость и малая производительность, опасность производства, большие энерго- и трудозатраты при рекуперации спирта, тяжелые санитарные условия труда. Эти же недостатки имеет периодический способ получения гранулированной НЦ, включающий диспергирование 15-20%-ной водной суспензии НЦ в этилацетате в присутствии пластификатора (дибутилфталат) при интенсивном перемешивании, последующее удаление этилацетата при нагревании смеси, отделение гранул и их сушку (а.с. 1721056, БИ 11, 1992).

Известен способ получения нитроцеллюлозного полупродукта, используемого для лакокрасочных композиций, путем пластификации НЦ с влажностью 50-65 маc. % нелетучим растворителем - пластификатором, который вводят при перемешивании в НЦ диспергированным на капли, размером не более 1,5 мм в течение 12-15 мин, после чего готовый продукт сушат при высоте слоя не более 0,1 м. В качестве пластификатора используют дибутил-, диоктил-, дициклогексилфталаты, трикрезилфосфат. (Пат. РФ 2127285, C 08 L 1/18, БИ 7, 1999). Данный способ выбран в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения. Существенными недостатками аналога являются малая производительность процесса, высокая энергоемкость, связанная с сушкой продукта с высокой влажностью, необходимость предварительного обезвоживания НЦ.

Задачей изобретения является создание высокопроизводительного способа получения пластифицированной нитроцеллюлозы с малыми трудо- и энергозатратами.

Задача решается созданием способа, заключающегося в том, что пластификации подвергают НЦ, получаемую непосредственно после ее производства, т.е. в виде водной суспензии с концентрацией 3-20 маc.%, в нее при перемешивании вводят, последовательно либо одновременно, технологическую добавку, пластификатор, смесь перемешивают в течение 2-4 ч при 20-30^oС, затем сгущают ее до модуля 1: 5-1:10, нагревают и снова перемешивают в течение 1-1,5 ч при 50-60^oС. Полученную пластифицированную НЦ в виде водной суспензии непрерывно подают в отжимной шнек-пресс, в котором проводят водоотжим сначала до содержания воды 50-60 маc.% за счет гидростатического давления, удаляя воду через фильтрующий элемент, затем до 8-12 маc.% за счет градиента давления в канале шнека, градиент давления составляет 10-15 МПа. Полученный полуфабрикат измельчают в шнек-прессе и отжимают при 60-90^oС и остаточном давлении не более 100 мм рт. ст. до содержания влаги 4-8 маc.%. Выходящий из пресса продукт измельчают до размера частиц 2-4 мм, которые сушат при 80-90^oС до содержания влаги не более 3 маc.%. Указанное содержание влаги определяется требованиями к лаковому коллоксилину, т.е. к пластифицированной нитроцеллюлозе, используемой для изготовления мебельных нитролаков, в частности по основному требованию к ним - по прозрачности покрытия.

В качестве пластификатора используют дибутилфталат, диоктилфталат, трикрезилфосфат, хлорпарафины, касторовое масло либо их смеси, широко известные как пластификаторы нитроцеллюлозы для производства лакокрасочных композиций. Количество вводимого в суспензию НЦ пластификатора составляет не менее 18 маc.%. Нижний предел содержания пластификатора обоснован необходимостью обеспечения более низкого класса опасности пластифицированного коллоксилина в соответствии с рекомендациями Комитета ООН по перевозке опасных грузов от 1988 г.

Технологическую добавку вводят в виде солей жирных кислот металлов I, II групп, например стеараты натрия или цинка, в количестве 0,1-0,3 маc.%. Нижний предел количества вводимой добавки ограничен повышением внешнего трения материала при его экструзии и снижением производительности процесса; верхний предел обусловлен возможным негативным влиянием на свойства лакокрасочных материалов, получаемых на основе пластифицированной НЦ, а также экономической целесообразностью.

Предлагаемый способ получения пластифицированной нитроцеллюлозы иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В суспензию нитроцеллюлозы (НЦ), поступившую с ее производства с концентрацией 4 мас.% (2000 кг нитроцеллюлозы на сухой вес), ввели при температуре 23^oС и перемешивании водный раствор стеарата натрия в количестве 0,2% к составу пластифицированной НЦ (4,9 кг на сухой вес). Затем в суспензию при перемешивании ввели 469 кг диоктилфталата (ДОФ) (19% к составу пластифицированной НЦ) и перемешивали массу в течение 3 ч при 24^oС. После этого суспензию сгустили путем сифонирования до модуля 1:7 (1 часть массы на 7 частей воды) и нагрели паром до 55^oС, перемешивали массу в течение 1 ч. Затем массу подали на отжимной шнек-пресс, в котором отжимали массу в непрерывном режиме. При этом на прессе проводили сначала фильтрацию под гидростатическим давлением 0,15-0,01 МПа до влажности 50-60 маc.%, затем до влажности 8-9 маc.% за счет градиента давления в канале шнека 15 МПа. Полученный полуфабрикат измельчили ножами шнек-пресса и отжали массу при 70-75^oС при остаточном давлении 82 мм рт. ст. до содержания влаги 5-6 маc.%. Выходящий из пресса продукт измельчили до размера чтиц 2-4 мм, которые сушили до влажности 2,5 маc.% на обогреваемом шнек-транспортере.

Пример 2 повторяли с тем отличием, что вводили раствор стеарата натрия одновременно со смесью пластификаторов - ДОФ и хлорпарафина - 470, взятых в количестве 18 и 9% соответственно. Полученную массу отжали аналогично примеру 1 до остаточной влажности 1,8 маc.%.

Пример 3.

В суспензию НЦ с концентрацией 20 мас.% (2000 кг НЦ на сухой вес) ввели при 27^oС и перемешивании водный раствор стеарата цинка в количестве 0,3 маc. % (7,5 кг на сухой вес). Затем в суспензию при перемешивании ввели 502 кг трикрезилфосфата (20% к составу пластифицированной НЦ) и перемешивали массу в течение 4 ч при 27^oС. После этого суспензию сгустили путем фильтрации через сетчатый фильтр до модуля 1:5, нагрели до 50^oС и перемешивали массу в течение 1,5 ч. Затем массу подали на отжимной шнек-пресс, проводя сначала фильтрацию под гидростатическим давлением 0,15-0,01 МПа до влажности 50-60 маc. %, затем до влажности 10-12 маc.% за счет градиента давления 10 МПа в канале шнека. Полученный полуфабрикат измельчили ножами шнек-пресса и отжали массу при 85-90^oС и остаточном давлении 88 мм рт. ст. до содержания влаги 4-5 маc.%. Выходящий из пресса продукт измельчили до размера частиц 2-4 мм, которые сушили до влажности 2,5 маc.% на обогреваемом шнек-транспортере.

Пример 4 повторяли с тем отличием, что 0,1 мас.% стеарата цинка вводили в 10%-ную суспензию НЦ одновременно с дибутилфталатом и касторовым маслом, взятых в количестве 20 и 10% соответственно. Смесь перемешивали 2,5 ч при 25^oС и сгущали ее путем фильтрации через сетчатый фильтр до модуля 1:5, затем нагрели до 60^oС и перемешивали ее в течение 1 ч. После отжима массы до влажности 50-60 маc.% в отжимном шнек-прессе массу отжали до влажности 8-9 маc. % за счет градиента давления 12-14 МПа в канале шнека. Измельченный полуфабрикат отжали при 60-65^oС и остаточном давлении 70-75 мм рт. ст. до содержания влаги 7-8 маc. %. Измельченный продукт сушили до влажности 2,6 маc.% Отжим и измельчение пластифицированной нитроцеллюлозы проводили при производительности пресса 700-800 кг/ч. При этом энергозатраты составили 30-32 кВт/ч на 1 т продукта, с учетом сушки конечного продукта они составили 50-52 кВт/ч на 1 т продукта. Количество обслуживающего персонала установки отжима - 3 человека. Фаза смешения НЦ с пластификаторами в данном способе не является определяющей в производительности технологического потока. Энерго- и трудозатраты по меньшей мере в 2 раза меньше по сравнению с аналогом.

С использованием полученной пластифицированной НЦ по примерам 1 и 2 ("лакового коллоксилина") были изготовлены лак и нитроэмаль с характеристиками, соответствующими техническим условиям.

Таким образом, создан высокопроизводительный, безопасный, малотрудо- и энергоемкий способ производства пластифицированной нитроцеллюлозы, образующий единый технологический процесс совместно с технологией изготовления самой нитроцеллюлозы, поскольку пластификации подвергается нитроцеллюлоза непосредственно с ее производства в виде водной суспензии с концентрацией 3-20 маc.%. В настоящее время этот способ реализуется на одном из серийных заводов РФ для получения в многотоннажном производстве пластифицированной нитроцеллюлозы ("лакового коллоксилина"), предназначенной для изготовления лакокрасочных материалов.

Формула изобретения

1. Способ получения пластифицированной нитроцеллюлозы для лакокрасочных композиций, включающий введение пластификатора во влажную нитроцеллюлозу, перемешивание и сушку до содержания влаги не более 3 маc. %, отличающийся тем, что используют нитроцеллюлозу в виде водной суспензии с концентрацией 3-20 маc. %, в которую дополнительно вводят технологическую добавку, соль жирных кислот металлов I, II групп в количестве 0,1-0,3 маc. %, перемешивание осуществляют в течение 2-4 ч при 20-30^oС, суспензию сгущают до модуля 1: 5-1: 19, нагревают до 50-60^oС, вновь перемешивают в течение 1-1,5 ч, подают в отжимной шнек-пресс, в котором проводят водоотжим сначала до содержания воды 50-60 маc. % за счет гидростатического давления, затем до 8-12 маc. % за счет градиента давления в канале шнек-винта, измельчают полученный полуфабрикат и отжимают при 60-90^oС и остаточном давлении не более 100 мм рт. ст. до содержания влаги 4-8 маc. %, выходящий из шнек-пресса продукт измельчают до размера частиц 2-4 мм, а сушку проводят при 80-90^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют дибутилфталат, диоктилфталат, трикрезилфосфат, хлорпарафин, касторовое масло или их смеси в количестве не менее 18 маc. %.