СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР Советский патент 1997 года по МПК B01J13/02 

Изобретение относится к получению полых микросфер на основе жидких термореактивных фенолформальдегидных смол.

Известен способ получения полых микросфер из тонкоизмельченной твердой смолы, содержащей порофор. Микросферы получают в нагревателях в виде вертикальных труб, имеющих, как правило электрообогрев, путем пропускания исходной порошкообразной композиции через нагреватель и охлаждения расплавленных раздутых частиц [1]
Однако в силу сложности приготовления порошкообразной композиции этот способ многостадиен и экономически не эффективен.

Известен также способ, сущность которого сводится к следующему; композицию в виде раствора порофора в смоле насосом перекачивают в распылитель, который осуществляет диспергирование жидкой композиции на мелкие капельки в сушильную камеру, обогреваемую потоком топочных газов с температурой порядка 200-400^oC. В сушильной камере свободнопадающие капельки подвергают нагреву, в результате чего одновременно происходит полимеризация и сушка смолы, а также выделение при расположении порофора газа, образующего в частице полость. В конечном итоге получаются твердые полые частицы с замкнутой сферической поверхностью полые микросферы. Продукт потоком газа выносится в циклон, где высаждается и собирается в бункере [2]
Недостатком этого способа является то, что процессы получения полых микросфер, отвечающих современным требованиям, из различных синтетических смол имеют каждый свою специфику от свойства используемых смол и требуют детального выполнения технологии, присущей данной смоле. Микросферы из фенолфармальдегидных смол, получаемые этим способом, имеют повышенную плотность при использовании смол с молекулярным весом 300-500 и более пониженную водостойкость при использовании смол с молекулярным весом менее 300-500.

Наиболее близким к изобретению является способ получения полых микросфер распылением гомогенизированной композиции из жидкой фенолформальдегидной смолы, порофора и поверхностно-активного вещества в нагретую газовую среду, отверждением и высушиванием полученных микросфер [3]
Способ позволяет получить тонкостенные полые микросферы с низкой плотностью (0,32 г/см³), лучшие результаты по комплексу показателей, плотности и водостойкости микросфер получают при использовании фенолформальдегидных смол с молекулярным весом 700-1000 и соотношением компонентов: жидкая фенолформальдегидная смола 100 мас.ч. порофор 1-7 мас.ч. поверхностно-активное вещество 1-3 мас.ч.

Однако указанный способ имеет существенные недостатки. Одним из современных требований к полым микросферам на основе фенолформальдегидных смол является снижение размера частиц, а также их плотности. С уменьшением размера микросфер увеличивается их прочность. Способ не позволяет снизить размер микросфер при сохранении или уменьшении их плотности.

Попытка снизить размер микросфер за счет снижения размера капель композиции при распылении приводит к увеличению числа капель, созданию более развитой поверхности частиц и, неизменно, к повышению плотности микросфер. Попытка снизить плотность микросфер снижением толщины стенки полых частиц за счет увеличения газа внутри раздувающихся частиц в момент их нагрева путем повышения температуры газа в сушилке или содержания порофора в композиции приводит к увеличению размера микросфер, а также к улучшению формы микросфер и их прочностных характеристик.

Цель изобретения повышение эксплуатационных свойств полых микросфер за счет уменьшения их размеров.

Указанная цель достигается тем, что распыляют композицию с плотностью 0,4-0,9 г/см³ и размером пузырьков в ней 5-140 мк.

Плотность пенообразной композиции 0,4-0,9 г/см³ определяет наличие необходимого для получения эффекта количества газовой фазы в пене. Плотность пены жидкой фенолформальдегидной смолы, равная 0,4 г/см³, определена пределом насыщения композиции газом. Создание плотности пены ниже 0,4 г/см³ в пределах возможностей процесса получения полых микросфер из фенолформальдегидных смол не представляется возможным. При плотности пены выше 0,9 г/см³ газовой фазы в композиции недостаточно для достижения эффекта снижения размера микросфер. Газовые пузырьки попадают в ограниченное число распыленных капель композиции.

Размер пузырьков газа в пенообразной композиции 5-140 мк определен необходимостью соизмеримости их размера с размером капель, на которые распыливается композиция, и тем самым наличием в каплях пузырьков газа. В идеальном случае каждая капелька должна содержать пузырек газа. Размер пузырьков газа 5 мк определен размером критического радиуса зародыша газовой фазы в композиции; пузырьки газа меньше размера растворяются в композиции. При гомогенизации пены до размера газа в ней более 140 мк эффекта снижения размера микросфер не достигается из-за того, что такие крупные пузырьки газа при распылении композиции попадают в ограниченное число капель композиции.

Доведение плотности композиции до 0,4-0,9 г/см³ может быть осуществлено как повышением температуры композиции до температуры разложения порофора и выделения газа, так и с помощью барботажа газа через композицию, а также комбинацией этих методов.

Гомогенизация пены может быть произведена любым методом, например, механическим, с помощью мешалки. Изменением числа оборотов мешалки в пределах 2000-1500 об/мин можно регулировать размер пузырьков в композиции в пределах 5-170 мк.

Пример. Полые микросферы получают из композиции, состоящей из 100 ма.ч жидкой термореактивной фенолформальдегидной смолы с молекулярным весом 800, 3 мас. ч. поверхностно-активного вещества смеси полиэтиленгликолевых эфиров моно- и диалкилфенолов.

Композицию готовят в емкости с мешалкой (число оборотов 55 об/мин) и нагревательной рубашкой. Для доведения композиции до плотности 0,4-0,9 г/см³ подогревают ее в змеевиковом теплообменнике до температуры разложения порофора (70-100^oC) и насосом подают в гомогенизатор проточного типа высокоскоростной вертикальной смеситель непрерывного действия со штырьковой мешалкой, имеющей регулируемое число оборотов (800-15000 от/мин). Далее гомогенизированную пену, размер пузырьков газа которой составляет 5-140 мк подают в пневматический распылитель производительнотью 20-30 л/ч. Давление распыливающего воздуха составляет 4 атм; соотношение весовых расходов распыливающего воздуха и композиции 2. Гомогенизированную пену с размером газовых пузырьков в ней 5-140 мк, достигнутом с помощью высокоинтенсивного перемешивания, распыляют в сушильную камеру с температурой топочных газов на выходе 400-420^oC, на выходе 150-160^oC.

Полученные полые микросферы анализируют по следующим показателям, которые приняты для оценки качества микросфер: плотность частиц в воздушной среде по методике, основной на использовании закона Бойля-Мариотта, и средний диаметр микросфер, определяемый методом влажного ситового анализа.

Проверяют влияние на размер микросфер плотности пены при максимальном диаметре пузырьков газа в пене 140 мк, поскольку получение эффекта снижения размера микросфер при меньшем диаметре пузырьков более вероятно, а также влияние размера пузырьков газа в пене при максимальной плотности пены 0,9 г/см³, поскольку получение эффекта при меньшей мере плотности пены, соответствующей большему насыщению композиции газом, более вероятно.

Условия проведения процесса получения полых микросфер и качественные показатели продукта приведены в таблице.

В качестве параметров распыла взяты отношения весовых расходов распыливающего газа и распыливаемой композиции G_г/G_k и температура распыливающего газа в месте распыла с учетом адиабатического расширения T_г.

Как видно из таблицы создать плотность пенообразной композиции ниже 0,4 г/см³ не удалось. Это определено температурой кипения композиции и пределом насыщения композиции газом. Эти результаты получены с применением дополнительного барботажа воздухом с целью более полного насыщения газом.

Достижение размера пузырьков газа в пене менее 5 мк также невозможно для данной системы, исходя из условий равновесия жидкость-газ.

Таким образом, использование изобретения при гомогенизации пенообразной композиции с плотностью 0,4-0,9 г/см³ до размера пузырьков газа в ней 5-140 мк приводит к улучшению качественных показателей полых микросфер - снижению их размера на 10-20% При гомогенизации пены до более мелких пузырьков газа наблюдается тенденция к снижению также и плотности микросфер.

Способ прост по своему осуществлению и экономически выгоден. Кроме производства полых микросфер из фенолформальдегидных смол, он может быть реализован во всех производствах, где получают легкий порошкообразный продукт методом распыления.

Способ получения полых микросфер распылением гомогенизированной композиции из жидкой фенолформальдегидной смолы, порофора и поверхностно-активного вещества в нагретую газовую среду, отверждением и высушиванием полученных микросфер, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств полых микросфер, распыляют композицию с плотностью 0,4 - 0,9 г/см³ и размером газовых пузырьков в ней 5 - 140 мк.

Способ получения полых микросфер распылением гомогенизированной композиции из жидкой фенолформальдегидной смолы, порофора и поверхностно-активного вещества в нагретую газовую среду, отверждением и высушиванием полученных микросфер, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств полых микросфер, распыляют композицию с плотностью 0,4 0,9 г/см³ и размером газовых пузырьков в ней 5 140 мк.