PP-por morfológiája a gyártási paraméterek függvényében



Hasonló dokumentumok
MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Műszaki alkatrészek fém helyett PEEK-ből

Autóalkatrészek hosszú üvegszálas poliolefinekből

Tárgyszavak: felületi nedvesség; belső nedvesség; mérési módszerek; nedvességforrások; szállítás; tárolás; farosttal erősített műanyagok.

1. gy. SÓ OLDÁSHŐJÉNEK MEGHATÁROZÁSA. Kalorimetriás mérések

Újdonságok az extruderszerszámok kialakításában

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

MŰANYAGFAJTÁK. Új olefin blokk-kopolimerek előállítása posztmetallocén technológiával

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

Kaucsukok és hőre lágyuló műanyagok reológiai vizsgálata

DÖRZSÖLT SZILIKONOS VAKOLAT 2.0 és 2.5

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok. BME Anyagtudomány és Technológia Tsz.

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

BIOGÁZ-TERMELŐDÉS MATEMATIKAI MODELLEZÉSE

AZ ÉGÉSGÁTLÁS KÖRNYEZETI HATÁSAINAK VIZSGÁLATA

TUDOMÁNYOS KOLLOKVIUMON

CARBOMERA. Karbomerek

Tárgyszavak: statisztika; jövedelmezőség; jövőbeni kilátások; fejlődő országok; ellátás; vezetékrendszer élettartama.

Fizikai vízelőkészítés az alkímia és a korszerű technika határán

Hidrogén előállítása tejcukor folyamatos erjesztésével

Tárgyszavak: polilaktid; biológiai lebomlás; komposztálhatóság; megújuló nyersanyagforrás; feldolgozás; tulajdonságok.

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

MŰANYAGFAJTÁK ÉS KOMPOZITOK

Szálerősített cementhabarcs rugalmas vízszigeteléshez és betonvédelemhez

Háromkomponensű, epoxigyantával javított cementbázisú önterülő padló 1,5-3 mm vastagságban

Tárgyszavak: alakmemória-polimerek; elektromosan vezető adalékok; nanokompozitok; elektronika; dópolás.

TERMÉK ADATLAP Sika Ceram-113

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

Gépészet szakmacsoport. Porkohászat

A GC speciális kiadványa

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

Ciklikus butilén-tereftalát mint polimer alapanyag és polimer adalékanyag

Szilárd gyógyszerformák hatóanyagának kioldódási vizsgálata

2. Légköri aeroszol. 2. Légköri aeroszol 3

Tárgyszavak: kompozit; önerősítés; polipropilén; műanyag-feldolgozás; mechanikai tulajdonságok.

Elméleti tribológia és méréstechnika Összefüggések felület- és kenőanyag-minőség, súrlódás és kopás között

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

SZILIKÁTTECHNIKA O 3. Néhány nagy tisztaságú Al 2. mûszaki kerámia hajlítószilárdsági vizsgálata

A Hyundai R-CRDI motorok alrendszerei, érzékelői és beavatkozói 2. rész

GÉPÉSZMÉRNÖKI SZAK. Anyagtudomány II. Könnyű- és színesfémek. Dr. Rácz Pál egyetemi docens

Kuti Rajmund. A víz tűzoltói felhasználhatóságának lehetőségei, korlátai

Hydrogen storage in Mg-based alloys

MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI

VIZES INFÚZIÓS OLDATOK TARTÁLYAINAK ELŐÁLLÍTÁSÁHOZ HASZNÁLT LÁGYÍTOTT POLI(VINIL- KLORID)-ALAPÚ ANYAGOK

Polietilén zsákokban gyűjtött szerves hulladék komposztálása nyitott halmokban

Felügyelet nélküli, távtáplált erősítő állomások tartályainak általánosított tömítettségvizsgálati módszerei

Kezelési útmutató. Logamatic Szabályozó. A kezelő részére. Kezelés előtt figyelmesen olvassa el /2008 HU

ÁLLATTARTÁS MŰSZAKI ISMERETEI. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Tárgyszavak: autógyártás; műszaki követelmények; permeáció; üzemanyag-emisszió; mérési módszer; áteresztés csökkentése.

Návod k použití Návod na použitie Használati utasítás

A lineáris dörzshegesztés technológiai paramétereinek megválasztása

Kis hőmérsékletű polimerizáció

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

TDA-TAR ÉS O-TDA FOLYADÉKÁRAMOK ELEGYÍTHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA STUDY OF THE MIXABILITY OF TDA-TAR AND O-TDA LIQUID STREAMS

Félvezető és mágneses polimerek és kompozitok

Érdekes újdonságok az erősített hőre keményedő és hőre lágyuló műanyagok területén

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

Tartalom: Bevezetés. 1. Karbidok. 1.1 Szilíciumkarbid

Műszaki műanyagok tribológiai kutatása különböző rendszerekben

MSZ EN SZERINTI BESOROLÁS A Keracolor FF Flex CG2 osztály szerinti fokozott terhelhetőségű (2) cementkötésű (C) fugázóhabarcs (G).

FAUR KRISZTINA BEÁTA, SZAbÓ IMRE, GEOTECHNIkA

Az Európai Unió Hivatalos Lapja L 161/33

Kavaró dörzshegesztéssel készült polimer varratok szilárdsági elemzése

Termoelektromos polimerek és polimerkompozitok

(2. felülvizsgált változat, amely tartalmazza az október 16-án hatályba lépett módosításokat) 62. Melléklet: 63.

A KATALÓGUSBAN NEM SZEREPLŐ MÉRETŰ ÉS MINŐSÉGŰ

Lézeráteresztő fém-polimer kötés kialakításának vizsgálata

HASZNÁLATI UTASÍTÁS FELTÖLTÉS OLAJJAL VAGY ZSÍRRAL

Az új 2000 Le-s Diesel-villamosmozdony*

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

A szárazmegmunkálás folyamatjellemzőinek és a megmunkált felület minőségének vizsgálata keményesztergálásnál

A beton és vasbeton készítés új műszaki irányelvei (ÉSZKMI 19-77)

SZABADALMI LEÍRÁS SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA. 1. ábra

HYPROMELLOSUM. Hipromellóz

Poli(etilén-tereftalát) (PET) újrafeldolgozása a tulajdonságok javításával

ACRYLCOLOR. akril homlokzatfesték. MŰSZAKI ADATLAP hun HOMLOKZATFESTÉKEK. 1. Leírás, alkalmazás. 2. Kiszerelés, színárnyalatok

A jövőbe tekintve. Comfort / Y1000 A - Munkaszám. melegvíz felsőfokon

Őrlés hatására porokban végbemenő kristályos-amorf szerkezetváltozás tanulmányozása

7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

DELTA Hydrolasur 5.10

A MÛANYAGOK FELDOLGOZÁSA. Vízzel segített fröccsöntés

A Magyar Elektrotechnikai Egyesület szakvéleménye. a Magyar Energia Hivatal által közzétett előzetes jelentéshez a következő témában:

Műanyagok galvanizálása

Poliészterszövet ragasztása fólia alakú poliuretán ömledékragasztóval

A tételsor a 12/2013. (III. 28.) NGM rendeletben foglalt szakképesítés szakmai és vizsgakövetelménye alapján készült. 2/43

A fehérje triptofán enantiomereinek meghatározása

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

A palagáz várható hatása az USA műanyagiparára

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA. (51) Int. Cl.: H01B 1/00 ( )

Átírás:

A MÛANYAGOK ELÕÁLLÍTÁSA ÉS FELDOLGOZÁSA 3.1 1.1 Innovene eljárással előállított PP-por morfológiája a gyártási paraméterek függvényében Tárgyszavak: polimerizációs eljárás; poli; polimerpor; morfológia; polimerizációs paraméterek. Polimerizáció Ziegler-Natta katalizátorokkal Natta első generációs TiCl 3 /AlEt 2 Cl összetételű katalizátora óta a Ziegler-Natta típusú katalizátorok számos változatát fejlesztették ki, és ma a negyedik generációs katalizátoroknál tartanak. Az elmúlt évtizedben vezették be az olefinpolimerizációba a metallocén katalizátorokat (amelyeket néha hatodik generációs katalizátoroknak is neveznek), de ezeknek a katalizátoroknak néhány vitathatatlan előnye és a korábbi optimista előrejelzések ellenére a világ poligyártásának túlnyomó része ma is általában harmadik vagy negyedik generációs Ziegler-Natta katalizátorokon alapul. Ezeket a katalizátorokat a legkülönbözőbb ipari eljárásokban alkalmazzák. A korszerű polimerizációs eljárásokra jellemző az ún. kaszkád reaktorsor, amelyekben a tömbpolimerizáció és a gázfázisú polimerizáció társításától (ilyen a Basell cég Spheripol eljárása) a több lépésben végrehajtott gázfázisú polimerizációig (ilyen a BP cég Innovene eljárása, amelyet a két cég egybeolvadása előtt Amoco vagy Amoco-Chisso eljárásnak neveztek) többféle polimerizációs technika valósítható meg. Az Innovene eljárás folyamatábrája az 1. ábrán látható. A BP gyáraiban (Chocolate Bayou, Texas; Geel, Belgium) összesen 900 E t, a licenctulajdonosok (DSM, Sinopec, Chemopetrol) gyáraiban összesen 1700 E t gyártókapacitás van ilyen technológiával szintetizált PP előállítására. A reaktorsor végén megjelenő por alakú polimer morfológiája mind a polimerizáció, mind pedig a belőle készített termék szempontjából fontos. A részecskék formája befolyásolja mozgásukat a reaktorban, elsősorban a fluid ágy gázfázisában. Az ütésálló PP elasztomerfázisának eloszlása erősen függ a katalizátor és a polimerpor morfológiájától. Ha sok a nagyon finom por, az eltömheti a reaktort, a túl durva szemcsék pedig agglomerátumképzéshez vezethetnek.

reagálatlan vissza a reaktorba hűtő PP por és gáz elválasztása módosító kokatalizátor katalizátor visszanyerése 1. reaktor PP por deaktiválása hűtő fúvórendszer etilén 2. reaktor nedves hidrogén adalékok granulátum 1. ábra Az Innovene PP eljárás folyamatábrája A katalizátorfejlesztés egyik legfontosabb célja az optimális morfológia. Ezt azonban maga a polimerizációs folyamat a reakciósebesség, a keverés mechanikai hatása is befolyásolja. A részecskék morfológiájának szabályozása azon alapul, hogy a polimer többé-kevésbé leképezi azt a katalizátorrészecskét, amelyen képződik. A polimerizáció kezdeti szakaszában a katalizátorrészecskék számos kisebb részecskére töredeznek, és a polimerizáció során osztódásuk folytatódik. A raj-

tuk képződő polimer folyamatos fázist mintegy mátrixot képez a katalizátorrészecskék között, és a polimerizáció végén a polimerpor részecskéjében a katalizátor egyenletes eloszlásban van jelen. A katalizátorrészecske azonos részecskékre töredezéséhez és formájának hű leképezéséhez szükséges, hogy erősen porózus szerkezetű legyen. A monomernek ugyanis be kell hatolnia a részecske középpontjába, hogy szétfeszítse azt. A részecske mechanikai szilárdságának tehát nem szabad olyan nagynak lennie, hogy ellenálljon ennek a feszítőerőnek, de nem lehet olyan kicsi, hogy el ne viselje a kezelésével járó igénybevételt. Az aktív helyeknek természetesen egyenletesen kell eloszolniuk a katalizátorrészecske felületén. A polimerizációs körülményeket úgy kell megválasztani, hogy a reaktorban levő anyagok mozgása ne legyen korlátozva, és polimerizáció a részecskék között is végbemehessen. Ilyen polimerizációra példa a Himont-Montecatini cég reaktorgranulátum technológiája, amelynek végén nagyon porózus, gömb alakú granulátum formájában jelenik meg a poli, és amelynek pórusaiba belekopolimerizálható az elasztomerfázis. A polimerrészecskék növekedésének törvényszerűségeit többen matematikai modellben foglalták össze, közülük az ún. Multi Grain Model a legismertebb. Nincsen azonban olyan modell, amellyel előre lehetne jelezni a várható morfológiát a reakciókörülmények függvényében. Ilyen vizsgálatokra vállalkoztak a BP laverai (Franciaország) kutató- és technológiai központja és a twentei egyetem (Hollandia) kutatói. A kísérletekben alkalmazott polimerizációs eljárás Katalizátorként egy kereskedelmi forgalomban levő negyedik generációs készítményt használtak, amely MgCl 2 hordozóra felvitt TiCl 4 -ből, trietilalumínium kokatalizátorból, ún. D-donorból (di-ciklopentil-di-metoxi-szilán, külső elektrondonor) és belső elektrondonorként ftálsavészterből állt. A nagyon erősen porózus katalizátor elektronmikroszkópos felvételein jól látható volt, hogy a katalizátorszemcsék 20 30 gömb alakú kisebb részecskéből épültek fel. Az átlagos részecskeátmérő 24,4 µm, a Ti-tartalom 1,54 %(m/m), az Al/Ti, ill. Al/Si arány valamennyi polimerizációs kísérletben 735, ill. 45 volt. Egy-egy kísérletben általában 10 mg katalizátort használtak fel. Az alapanyagokat ( monomer, hidrogén, nitrogén, hexán) megfelelő tisztítási eljárás után használták fel. A hatlapátos keverőt (fordulatszám 2000/min) tartalmazó rozsdamentes acélból készített 5 literes reaktort és a folyamatábrát a 2. ábra mutatja. A katalizátoradagoló egyik dugattyús hengerébe bemérték az olajban szuszpendált MgCl 2 /TiO 2 katalizátort, és kevés hexánnal hígították. A másik adagolóhengerbe töltötték a szobahőmérsékleten összekevert trietil-alumíniumot (TEA) és D-donort, és ezt ugyancsak hexánnal hígították.

A reaktort nitrogénnel, majd gázzal öblítették át, ezután beengedték a kívánt mennyiségű hidrogént és a t. Az utóbbi a legtöbb kísérletben 31,6 mól volt. Amikor a reaktor elérte a kezdeti polimerizációs hőmérsékletet, befecskendezték a TEA/donor/hexán elegyet, 1 perc után pedig a másik katalizátorkomponens elegyét. Kb. 75 perc után leállították a reakciót oly módon, hogy kinyitották a szelepet, és elpárologtatták az elreagálatlan monomert. A reaktor többszöri nitrogénes átöblítése után 80 C-on, vákuumban egy éjszakán keresztül szárították a polimert. N 2 H 2 vákuum tisztítás I. gáztisztító; II. gáztisztító; III. gáztisztító; IV. katalizátorbeinjektáló; V. polimerizációs reaktor; VI. adatfeldolgozás 2. ábra A kísérleti reaktor A kísérletek egy részében nem végeztek előpolimerizációt, hanem a reaktort már az induláskor a fő polimerizációs hőmérsékletre melegítették fel. A kísérletek második csoportjában 10 percig 40 C-on előpolimerizálták a reakcióelegyet, majd a lehető leggyorsabban, kb. 3 perc alatt a fő polimerizációs hőmérsékletre hevítették. A harmadik kísérletcsoportban ún. nem izotermikus prepolimerizációt (NIPP) alkalmaztak. A reaktor kezdeti hőmérséklete 20 C volt, ekkor injektálták be a TEA/donor/hexán elegyet, majd 70 C-ra melegítették a rendszert, közben egy előre kiválasztott hőmérséklet elérésekor beadagolták a katalizátorrendszer másik összetevőjét. A polimerizációs kísérletek körülményeit az 1. táblázat foglalja össze.

A polimerizációs kísérletek paraméterei 1. táblázat Kísérlet H 2 Előpolimerizáció Fő polimerizáció típusa mol T előpol, C. időtartam, min T főpol, C időtartam, min Előpol. nélkül 0 0,069 40 50 60 75 10 előpol. 0,21 40 10 70 80 75 NIPP előpol. 0,66 40 50 60 rövid 70 75 A polimerpor tulajdonságai Vizsgálták a keletkezett polimerpor sűrűségét, részecskeméret-eloszlását, felületének és keresztmetszetének elektronmikroszkópos képét. Az előpolimerizálás nélküli minták elektronmikroszkópos képein jól látszott, hogy az alacsonyabb hőmérsékletektől a magasabb hőmérsékletekig a porszemcsék szerkezete a sűrű, kis porozitásútól a szabálytalan alakú, erősen porózusig változik. Ez megmutatkozik a sűrűségben is. A 0,21 mól hidrogénnel előpolimerizálás nélkül 40 C-on polimerizált minták sűrűsége 450 g/l, a 80 Con polimerizáltaké 350 g/l. A 10 percig 40 C-on előpolimerizált minták ezzel szemben nagyon hasonló porozitást mutattak, és sűrűségük a polimerizáció hőmérsékletétől függetlenül 450 g/l (elméleti maximum 500 g/l) volt. A nem izoterm körülmények között polimerizált PP porok közül azok, amelyeknél a katalizátort alacsony hőmérsékleten injektálták a reakcióelegybe (azaz viszonylag hosszú volt az előpolimerizáció időtartama) a 10 percig előpolimerizált, tömör porok morfológiáját mutatták, azok pedig, amelyeknél a katalizátort 60 C-os reaktorba adagolták (nagyon rövid időtartamú előpolimerizáció), az előpolimerizáció nélküli, porózus szerkezetű porokhoz hasonlítottak. Meghatározott prepolimerizációs eljárás mellett a hidrogénkoncentráció változása kevéssé befolyásolta a polimerrészecske morfológiáját. Előpolimerizáció nélkül azonban a reakcióhőmérséklet növekedésével hidrogén jelenlétében ugyanúgy nő a polimerpor pórusossága, mint hidrogén nélkül, de ez a folyamat alacsonyabb hőmérsékleten észlelhető. A hidrogén mennyiségének növelése kevéssé változtatja meg a morfológiát. Ez arra utal, hogy a morfológia elsősorban a reakciósebességtől, mindenekelőtt a kezdeti reakciósebességtől függ, és csak másodsorban a reakció körülményeitől. Ha a kezdeti rekciósebesség kicsi, a por sűrűsége nagy, megközelíti a 450 g/l értéket. Ha a kezdeti reakciósebesség nő, a por sűrűsége csökken, és 60 kg PP /g kat h sebesség mellett elérheti a 250 g/l sűrűséget. En-

nek valószínű magyarázata az, hogy a kezdeti sebesség határozza meg a katalizátorhordozó tördelődését. 450 sűrűség 300 400 X 50 /CE 250 por sűrűsége, g/l 350 300 250 200 150 100 50 X50/CE, µm/(kgpp/gkat) 1/3 200 0 0 100 200 300 400 500 600 C m (g/l) 3. ábra A monomerkoncentráció és a polimerpor sűrűsége, ill. az átlagos szemcseméret/katalizátorhatásfok hányados összefüggése A monomerkoncentráció csökkentésétől (egy részének helyettesítésétől hexánnal) azt várták, hogy növekszik a porok sűrűsége. Ezzel szemben a 3. ábrán látható görbét kapták: a sűrűség 300 g/l monomerkoncentrációnál minimumot mutatott. A görbe szokatlan lefutása az elektronmikroszkópos felvételek alapján értelmezhető. A nagy monomerkoncentrációval (C m = 500 g/l) készített polimer 300 µm-nél jóval nagyobb részecskékből áll. C m ~300 g/l esetén a részecskék bimodális eloszlást mutatnak, ami kisebb koncentráció mellett ismét eltűnik (4. ábra). A 3. ábrán az átlagos részecskeméret (X 50 ) és a katalizátor hatásosfokának (CE) hányadosa is látható a komonomerkoncentráció függvényében. Ez a görbe jó összhangban van a sűrűséggörbével. Kiderült, hogy a szokásos kinetikai modellektől eltérően a reakciósebesség nem csökken a komonomerkoncentráció csökkenésével, hanem 500 200 g/l koncentrációtartományban többé-kevésbé állandó marad, 200 g/l komonomerkoncentráció alatt viszont hirtelen lecsökken. A reakciósebesség az 500 200 g/l tartományban a következő egyenlettel írható le: R p = k p (C m ) q C*, ahol

R p a polimerizáció reakciósebessége, kg PP /g kat h, k p sebességi állandó, l(iter)/mol h, C m monomerkoncentráció, g/l, q reakciórend, C* az aktív helyek koncentrációja, mol/g. részecskearány, % 35 30 25 20 15 10 5 500 g/l 481 g/l 346 g/l 308 g/l 250 g/l 154 g/l 38 g/l 0 0 500 1000 1500 2000 részecskeméret, µm 4. ábra Különböző monomerkoncentrációval készített polimerporok részecskeméret-eloszlása A kísérletek alapján megállapítható volt, hogy a polimer morfológiáját számos tényező befolyásolja. A részecskék formálódásában döntő szerepe van a katalizátorhordozó aprózódásának. Meghatározó fontossága van a reakció kezdeti sebességének, amelyet a hőmérséklet, a hidrogénkoncentráció, a nyomás módosíthat. Nagy kezdeti sebesség esetén a polimerrészecske nem képes a katalizátorrészecske formáját pontosan leképezni, a részecskék felülete szabálytalan alakú, belseje pórusos; ilyenkor a por sűrűsége kicsi. Egy rövid időtartamú (~1 perc) előpolimerizáció gyakran elegendő arra, hogy a polimerrészecske felvegye a katalizátorrészecske alakját, és hogy szabályos alakú, nagy sűrűségű polimerpor jöjjön ki a reaktorból. (Pál Károlyné) Pater, J. T. M.; Weickert, G.; Swaaij, W. P. M.: Polymerization of liquid propylene with a fouth-generation Ziegler-Natta catalyst: Influence of temperature, hydrogen, monomer concentration, and prepolymerization method on powder morphology. = Journal of Applied Polymer Science, 87. k. 9. sz. 2003. febr. 28. p. 1421 1435. New generation polyolefins. BP s Innovene polypropylene technology. = Chemical Market Resources, Inc. CMR, www. cmrhoutex.com, 2003. márc. 18.