СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ПОЛУПРОДУКТА ДЛЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ Российский патент 1999 года по МПК C08L1/18 C09D101/18 

Изобретение относится к области технологии нитроцеллюлозы (НЦ) и материалов на ее основе, конкретно представляет собой способ получения нитроцеллюлозного полупродукта для лакокрасочных композиций путем пластификации влажной нитроцеллюлозы нелетучим растворителем (таким как дибутилфталат, диоктилфталат, дициклогексилфталат, трикрезилфосфат или их смеси) и последующей сушки продукта.

Нитроцеллюлоза с содержанием азота 11,1-12,2 мас.% (коллоксилин) перед использованием ее в качестве компонента различных лакокрасочных композиций должна быть обезвожена. В промышленности нитроцеллюлозных материалов используют процессы вытеснения воды из НЦ разными органическими растворителями (как пластифицирующими НЦ, так и инертными по отношению к ней), так что обезвоженный продукт содержит 20-30 мас.% растворителя и до 4 мас.% остаточной воды.

В нашей стране наиболее распространен способ спиртового обезвоживания НЦ, недостатками которого являются дорогостоящая операция рекуперации этилового спирта и безвозвратные его потери, необходимость герметичной укупорки спиртсодержащего продукта (1).

Известен способ получения нитроцеллюлозного продукта с содержанием воды 1-2 мас. % смешением влажной НЦ с нелетучим растворителем - пластификатором НЦ и последующей сушкой продукта (2).

Основными требованиями, предъявляемыми к показателям качества пластифицированного нитроцеллюлозного полупродукта, являются достаточно высокая однородность распределения пластификатора в продукте и малое время полного растворения продукта в растворителе, который используют при приготовлении лакокрасочной композиции.

Степень однородности распределения пластификатора в продукте имеет важное значение с точки зрения безопасности транспортирования и хранения продукта. В неоднородном продукте могут быть области или отдельные частицы с пониженным содержанием пластификатора (в пределе - частицы непластифицированной НЦ). Поскольку сухая непластифицированная НЦ легко электризуется, чувствительна к тепловому импульсу и искре, неоднородно пластифицированный продукт может приобрести опасные свойства сухой НЦ. Доступным методом определения степени однородности продукта пластификации НЦ служит фракционирование частиц продукта от их размеров с последующим определением состава полученных фракций и продукта в целом.

Время полного растворения пластифицированного продукта в растворителе, который потребитель использует при изготовлении лакокрасочных композиций, является важным показателем, определяющим общую продолжительность технологического цикла. Для определения этого показателя обычно 15 г пластифицированного продукта заливают 60 г раствора (состава, мас.% этанол 70, этилацетат 30) и при перемешивании мешалкой (120 об/мин) фиксируют момент полного растворения продукта.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран способ пластификации нитроцеллюлозы (содержание азота 10-13 мас. %) при 20-85^oC в жидкой среде, которая является растворителем для пластификатора, но не растворяет НЦ, с последующим удалением жидкости (3). В качестве жидкой среды в прототипе используют смеси воды и органического растворителя, смешивающегося с водой (этиловый, пропиловый и другие спирты) при их соотношении 1:1-19:1, в качестве пластификатора - дибутилфталат, диоктилфталат, дициклогексилфталат, трикрезилфосфат, касторовое масло, камфора, нитроглицерин и их смеси.

Существенный недостаток прототипа заключается в использовании органического растворителя (этиловый, пропиловый и другие спирты) в качестве компонента жидкой фазы, в которой проводится пластификация НЦ, что делает необходимой регенерацию растворителя из обогащенной водой жидкой среды и связано с безвозвратными потерями растворителя при ее регенерации, а также сушке пластифицированного продукта.

Цель предлагаемого изобретения - исключение органического растворителя как компонента жидкой среды, в которой проводится пластификация НЦ нелетучим растворителем (дибутилфталатом или аналогичным) при сохранении высоких показателей однородности распределения пластификатора в продукте и времени полного растворения продукта в растворе состава, мас.%: этанол 70, этилацетат 30.

Поставленная цель достигается тем, что в нитроцеллюлозу (содержание азота 11,1-12,2 мас. %) с водной влажностью 50-65 мас.%, при перемешивании лопастями мешателя со скоростью 40-60 об/мин вводят нелетучий растворитель - пластификатор, диспергированный на капли размерами 0,5-1,5 мм, и перемешивают смесь нитроцеллюлоза-вода-пластификатор в течение 12-15 мин, после чего пластифицированный продукт сушат при высоте слоя не более 0,1 м.

Для реализации предлагаемого способа используют лопастной мешатель Вернера-Пфлейдерера со следующими характеристиками: рабочий объем - 500 л, скорость вращения лопастей - 30-80 об/мин.

В качестве нелетучего растворителя - пластификатора в предлагаемом способе используют дибутилфталат, диоктилфталат, дициклогексилфталат, трикрезилфосфат или их смеси.

Водная влажность НЦ при реализации предлагаемого способа должна составлять 50-65 мас.%. При влажности НЦ менее 50 мас.% ухудшаются показатели однородности распределения пластификатора в продукте и времени полного растворения продукта (таблица, примеры 1-4). При влажности НЦ более 65 мас.% часть рабочего объема мешателя используется непроизводительно без улучшения качественных показателей продукта (таблица, примеры 1-3,5).

Скорость вращения лопастей мешателя при введении пластификатора и перемешивании смеси НЦ - вода - пластификатор должна составлять 40-60 об/мин. При скорости вращения лопастей мешателя менее 40 об/мин ухудшается однородность продукта (таблица, примеры 1-3, 6); при скорости вращения лопастей более 60 об/мин возрастает время полного растворения и ухудшается однородность продукта (таблица, примеры 1 - 3, 7).

Размеры капель вводимого во влажную НЦ пластификатора должны находиться в пределах 0,5-1,5 мм. При размерах капель пластификатора менее 0,5 мм усложняется процедура диспергирования пластификатора без изменения количественных показателей продукта (таблица, примеры 1-3, 8); при размерах капель пластификатора более 1,5 мм в пластифицированном продукте образуются плотные комки и время распределения продукта возрастает (таблица, примеры 1 - 3,9).

Время перемешивания смеси НЦ - вода - пластификатор должно быть в пределах 12-15 мин. При времени перемешивания менее 12 мин ухудшается однородность продукта (таблица, примеры 1-3, 10); при времени перемешивания более 15 мин возрастает время полного растворения продукта (таблица, примеры 1-3, 11).

Поскольку перемешивание смеси НЦ - вода - пластификатор проводится одновременно с введением пластификатора во влажную НЦ, желательно время введения пластификатора во влажную НЦ поддерживать в пределах- 3-10 мин для равномерного распределения в продукте последних порций вводимого пластификатора.

Температура влажной нитроцеллюлозы при введении в нее пластификатора и при перемешивании смеси нитроцеллюлоза - вода - пластификатор не является фактором, оказывающим решающее влияние на процесс пластификации и качество продукта. Нижний предел температуры смеси нитроцеллюлоза - вода - пластификатор или реализации предлагаемого способа определяется точкой затвердевания воды и близок к 0^oC; верхний предел определяется точкой кипения воды и близок к 100^oC.

Влажный полупродукт, полученный при смешении влажной НЦ и пластификатора по предлагаемому способу, способен уплотняться под собственной тяжестью. Поэтому сразу по окончании смешения и в течение всего процесса сушки до влажности 1,5-2 мас.% полупродукт должен быть распределен в виде слоя высотой не более 0,1 м (таблица, примеры 1-3, 12, 13). Температура сушки также не является фактором, влияющим на качество продукта.

Полученный по предлагаемому способу пластифицированный нитроцеллюлозный продукт (состава, мас.%: пластификатор 15-30, вода 1,5-2, остальное НЦ) отличается достаточно малым временем растворения в комбинированном и аналогичных растлителях и высокой однородностью распределения пластификатора, что делает его не более опасным при хранении и транспортировке, чем обезвоженный спиртом нитроцеллюлозный полупродукт.

Благодаря нелетучести пластификатора упрощается укупорка полученного по предлагаемому способу нитроцеллюлозного полупродукта.

Использование: в качестве полупродуктов для лакокрасочных композиций. Сущность изобретения: в нитроцеллюлозу с водной влажностью более 50 мас. % вводят диспергированный на капли размером не более 0,5 мм пластификатор. Перемешивают смесь 12-15 мин. Затем сушат продукт при высоте слоя не более 0,1 мм. 1 табл.

Способ получения нитроцеллюлозного полупродукта для лакокрасочных композиций путем пластификации влажной нитроцеллюлозы нелетучим растворителем, отличающийся тем, что в нитроцеллюлозу с водной влажностью более 50 мас.%, при перемешивании вводят пластификатор, диспергированный на капли размерами не более 1,5 мм, и перемешивают смесь нитроцеллюлоза-вода-пластификатор в течение 12 - 15 мин, после чего пластифицированный продукт сушат при высоте слоя не более 0,1 м.