Полімерний сплав та його застосування як допоміжного фільтрувального і/або стабілізуючого матеріалу

1. Застосування полімерного сплаву, що містить (а) 20-95мас.% полістиролу, (б) 80-5мас.% зшитого полівінілполіпіролідону, як фільтрувального допоміжного і/або стабілізуючого матеріалу для фільтрації і/або стабілізації водної рідини. 2. Застосування полімерного сплаву за п.1, яке відрізняється тим, що полімерний сплав додатково містить наповнювач. 3. Застосування полімерного сплаву за п.1 або 2, яке відрізняється тим, що поряд з фільтрацією одночасно має місце стабілізація водної рідини. 4. Застосування полімерного сплаву за будь-яким з пп.1-3, яке відрізняється тим, що полімерний сплав додатково містить наповнювач, вибраний з групи, що включає лужні або лужноземельні карбонати, лужні або лужноземельні гідрокарбонати, оксиди або змішані оксиди 4-ї побічної або 3-ї головної групи, поліаміди, зшиті полівініллактами, полівініламіни, силікагель, кізельгур, діатомову C2 2 (19) 1 3 77164 4 Поділ твердих-рідких сумішей речовин шляхом тому що видалення цих речовин приводить до фільтрації в багатьох виробничих процесах є важбільш тривалого терміну придатності напоїв. ливою технологічною стадією. Під поняттям фільСтабілізація може здійснюватися шляхом дотрувальний допоміжний матеріал необхідно при бавки продуктів, які зв'язують, осаджують або вицьому розуміти ряд продуктів, що у вільній, порошдаляють із середовища будь-яким іншим чином ковій, гранульованій або волокнистій формі засторечовини, що викликають помутніння. До таких совуються як намивний засіб при фільтрації. продуктів відносяться, наприклад, силікагель, що Фільтрувальний допоміжний матеріал можна зв'язує і, відповідно, осаджує протеїни, або полівінаносити перед початком фільтрації як фільтруванілпіролідон, що зв'язує поліфеноли. льний допоміжний шар (намивний фільтр) на фіДотепер фільтрувальні допоміжні і стабілізуючі льтрувальний засіб, щоб одержати рихлий фільтматеріали застосовували окремо або разом. У рувальний осад, або безперервно підмішувати до першому випадку це означає великі витрати на суміші, що підлягає фільтрації. апаратуру, у другому випадку проблематичним є Відомими фільтрувальними додатковими мазнешкодження, до того ж при застосовуваних дотеріалами є, наприклад, діатомові речовини, притепер матеріалах не можна регулювати абсорбродні продукти, що одержують шляхом кальцинуцію. вання діатоміту. Основними складовими [Публікація ЕР 351 363] описує полівінілполіпічастинами є аморфні модифікації SiO2, що супроролідони з високим степенем зшивки в якості фіводжуються оксидами алюмінію, заліза й інших льтрувальних допоміжних і стабілізуючих матеріаелементів, а також їх силікатні сполуки. Перліти є лів. При застосуванні лише полівінілполіпіролідону обпаленими, подрібненими, фракціонованими важко регулювати абсорбцію. глинами вулканічного походження, що спучуються [У патенті US 4344846] описується метод на(риоліти). Їх структура має пластинчасту форму і мивної фільтрації з фільтрувальними допоміжними хімічно їх можна описати як силікати натрію, калію, матеріалами на базі полістиролу, що розшиалюмінію. Бентоніти є глинистими мінералами з рюється. високою здатністю до набрякання й абсорбції. [Міжнародна заявка WO 96/35497] описує фіФільтрувальні допоміжні матеріали під час фільтрувальні допоміжні матеріали, що здатні до льтрації повинні утворювати пористе середовище, регенерації, для фільтрування рідин, зокрема, яке усмоктує забруднення, що підлягають видапива, які містять частинки синтетичного або натуленню, і полегшує стікання рідкої фази. рального полімеру, що утворюють шар фільтруваДопоміжні матеріали повинні мати високий льного осаду з пористістю між 0,3 і 0,5. ступінь пористості і не деформуватися також і під Задачею даного винаходу є розробка фільтрувпливом тиску. Крім того, ці матеріали повинні вального допоміжного і стабілізуючого матеріалу, бути хімічно інертними і здатними легко регенерущо може застосовуватися замість кізельгуру при ватися. фільтрації і, відповідно, стабілізації водних рідин, Для фільтрації пива в даний час використовузокрема, при виготовленні пива і напоїв. Такий ються в основному кізельгурні намивні, а також матеріал повинен бути застосований як тільки фішаруваті фільтри. При намивній фільтрації перед льтрувальний допоміжний матеріал, так і тільки початком фільтрації на опорну поверхню намивастабілізуючий матеріал, а також для обох функцій ється попередній кізельгурний шар. Після намиодночасно. Вин повинен бути нерозчинним і мати вання цього попереднього шару до пиву, що підлялише невеликий степінь набухання, повинен бути гає фільтрації (нефільтрату), додається суміш з хімічно інертним і мати велику питому поверхню, а тонкого і грубого кізельгуру. При виробництві пива також повинен просто і швидко виготовлятися. розраховують на витрату кізельгуру від 150 до Далі такий матеріал повинен забезпечувати наці200г/гл пива. Для намивної фільтрації кізельгур лене регулювання абсорбції і повинен бути здатособливо зарекомендував себе унаслідок свого ним до регенерації. великого об'єму пор, своєї низької насипної ваги, Ця задача неочікувано вирішується застосусвоєї високої абсорбційної здатності, своєї великої ванням полімеризатів, що містять полістирол. питомої поверхні. Об'єктом винаходу є, таким чином, застосуНедоліком при застосуванні кізельгуру є те, вання полімеризатів, що містять що він після певного числа робочих годин фільт(а) 20-95мас.% полістиролу; рування знижує свою ефективність унаслідок на(б) 80-5мас.% щонайменше однієї речовини, копичення в ньому твердого матеріалу і повинний вибраної з групи, що включає силікати, карбонати, видалятися з опорної поверхні фільтрів і замінятиоксиди, кізельгур, силікагель, діатомову землю, ся новим. інші полімери або їх суміші, Збереження використаного кізельгуру пов'язау якості фільтрувальних допоміжних і/або стано з великими складностями і витратами внаслідок білізуючих матеріалів для фільтрації і/або стабілізаконодавчих розпоряджень. Спроби регенерації зації водних рідин. використаного кізельгуру виявилися на практиці Іншим об'єктом винаходу є спосіб фільтрації нездійсненними. Крім того, кізельгур з деякого чаі/або стабілізації водної рідини, який відрізняється су знаходиться в центрі дискусій унаслідок можлитим, що як фільтрувальний допоміжний і/або ставої канцерогенної дії. білізуючий матеріал застосовують полімеризат, Також відокремлення речовин, що викликають який містить забруднення (помутніння), таких як, розчинені по(а) 20-95мас.% полістиролу; ліфеноли або протеїни, є важливою технологічною (б) 80-5мас.% щонайменше однієї речовини з стадією в багатьох процесах виробництва напоїв, групи, що включає силікати, карбонати, оксиди, 5 77164 6 кізельгур, силікагель, діатомову землю, інші поліполіамід або зшитий полівініллактам і/або полівінімери або їх суміші. ламін. Як полівініллактам і/або полівініламін переСпосіб може при цьому здійснюватися таким важно застосовують: полівінілпіролідон, полівінілчином, що проводять тільки фільтрацію або стабіпіперидон, полівінілкапролактам, полівінілімідазол, лізацію водного середовища, або одночасно з фіполівініл-2-метилімідазол, полівініл-4льтрацією проводять стабілізацію. Переважно одметилімідазол, полівінілформамід. Особлива пеночасно з фільтрацією проводять стабілізацію. ревага надається полівінілпіролідону з високим При фільтрації переважно застосовують техстепенем зшивки, наприклад, відомому під назвою нологію намивної фільтрації. Divergan® F. Також об'єктом винаходу є полімеризат, що Їх одержують шляхом так званої гельмістить полімеризації. При цій полімеризації мова йде про (а) від 20 до 95мас.% полістиролу, такий спосіб полімеризації, під час якого зростаючі (б) 80-5мас.% зшитого полівінілполіпіролідону, полімерні ланцюги зшиваються один з одним. Це а також, у разі потреби, інші наповнювачі. може відбуватися в присутності або за відсутності Винахід відноситься також до його застосуагента зшивання. вання в якості фільтрувального допоміжного і/або Агентом зшивання є сполука, що містять щостабілізуючого матеріалу, а також до способу його найменше дві етиленненасичені, незв'язані поодержання. двійні зв'язки в молекулі. Переважними агентами Несподіваним чином полімеризатом згідно з зшивання є дивінілбензол, Ν,Ν'винаходом можна цілеспрямовано регулювати дивінілетиленсечовина, Ν,Ν'абсорбцію, наприклад, складових частин, що видивінілпропілсечовина, алкіленбісакриламіди, алкликають помутніння в напоях. кіленглікольди(мет)акрилати. Якщо, наприклад, у випадку пива, поліфеноли, Кінцевим продуктом такої гель-полімеризації є що містяться в ньому, видаляються повністю, пиво пінистий, вкритий кіркою, зернистий, полімеризат втрачає також і свої смакові речовини. зі схожою на цвітну капусту структурою. Внаслідок Іншою перевагою застосування полімеризатів властивого їм у більшості випадків сильного зшизгідно з винаходом є їх можливість регенерації. вання гель-полімеризати, як правило, є нерозчинПід наведеним в пункті (а) полістиролом необними і ледь здатними до набухання. хідно розуміти полістироли, що, у разі потреби, Наведені в (б) наповнювачі можуть міститися можуть бути заміщені органічними залишками, як окремо, так і у вигляді сумішей у фільтрувальтакими як, алкіл, арил, алкіларил, циклоалкіл або ному допоміжному матеріалі. Як лише наповнюваалкокси і/або, у разі потреби, функціональними чі застосовуються зшитий полівінілполіпіролідон, групами, такими як, основні групи, наприклад, аміТiО2, KНСО3, NaHCO3, СаСО3, силікагель, кізельногрупи, кислотні групи, наприклад, сульфокислогур, діатомова земля або бентоніт. Переважно тні групи, або їх кон'югати, наприклад, амонієві застосовують суміші зшитого полівінілпіролідону з групи, сульфонати, карбоксилати, що можуть бути ТіО2, NaHCO3, KНСО3, СаСО3, силікагелем, кізельприєднані до ароматичного стирольного кільця гуром, діатомовою землею або бентонітом або або до органічних залишків. суміші NaHCO3 або KНСО3 з СаСО3, ТіО2, силікаПід терміном "полістироли" необхідно розуміти гелем, кізельгуром, діатомовою землею або бенвсю групу полімерів стиролу, описану, наприклад, тонітом або ж суміші ТіО2 з NaHCO3, KHCO3, Са[у публікації A. Echte; Handbuch der Technischen СО3, силікагелем, кізельгуром, діатомовою землею Polymerchemie; вид. VCH, Weinheim, 1993]. Це або бентонітом. Зокрема, перевага надається визначення охоплює групу термопластичних матезшитому полівінілполіпіролідону. ріалів: гомополістирол, співполімери стиролу, наЗастосовувані полістироли можуть бути отрисамперед з акрилонітрилом, а також з ангідридом мані відомим сам по собі способом. Такі способи малеїнової кислоти, метилметакрилатом і подібописані, [наприклад, у публікації A. Echte; ними співмономерами, а також їх варіації, модифіHandbuch der Technischen Polymerchemie; VCH, ковані каучуком з наданням ударнов'язких властиWeinheim, 1993]. востей. Для одержання полімерного порошку полістиПолістироли (а) у рамках винаходу застосовурол і щонайменше ще одну речовину компаундуються в кількості 20-95мас.%, переважно, 40ють у екструдері. 90мас.%, особливо переважно, 60-90мас.%, у пеПід компаундуванням розуміється загалом рерахуванні на загальну кількість фільтрувального змішування полімерів із щонайменше однією придопоміжного матеріалу. садкою [Der Doppelschneckenextruder: GrundlagenПід карбонатами в пункті (б) розуміються лужні und Anwendungsgebiete, видання.: VDI-Gesellschaft або лужноземельні карбонати, лужні або лужнозеKunststofftechnik.-Dusseldor: вид. VDI, 1995, розділ мельні гідрокарбонати, переважно карбонат калію, 7 і Aufbereiten von Polymeren mit neuartigen гідрокарбонат натрію або гідрокарбонат калію. Під Eigenschaften, видання: VDI-Gesellschaft оксидами розуміють оксиди або змішані оксиди 4Kunststofftechnik.-Dusseldorf: вид. VDI, 1995, ої побічної групи або 3-ої головної групи, переважcmop.135 і далі]. Обробка полімерів шляхом напоно оксид титану або оксид алюмінію. внення і армування проводиться, наприклад, в разі Під силікатами розуміють інші, не наведені поліолефінів і полістиролу, для цілеспрямованого вище, натуральні і штучні силікати, до яких віднополіпшення властивостей і зниження витрат вигосяться також і змішані силікати, такі, як алюмосилітовлення. Наповнювачі розрізняють за геометрією кати або цеоліти. їх частинок - за співвідношенням їх геометричних Як інші полімери (б) застосовують, переважно, розмірів. При значенні менше, ніж 10, речовина є 7 77164 8 чистим наповнювачем, лише при більш високих льтрування або про фільтрування утвореним осазначеннях зазвичай досягається армувальна дія. дом, шарувате фільтрування, а також про фільтЦей ефект може бути посилений вираженою адгерування сітчастим фільтром. Часто має місце комзійною здатністю між наповнювачем і полімером. бінація з, щонайменше, двох видів фільтрувальних Часто застосовуваними наповнювачами є карбопроцесів. нат кальцію (крейда) і тальк. На основі вимог норУ випадку поверхневого фільтрування або фімативних документів для харчових продуктів нальтрування утвореним осадом застосовуються так повнений карбонатом кальцію поліпропілен має звані намивні фільтри в різних формах виконання широке застосування для упаковки харчових продля фільтрування напоїв [див. публікацію Kunze, дуктів (виготовленої методами лиття під тиском Wolfgang, Technologie Brauer та Malzer, випуск 7, або формування глибокою витяжкою). Крім того, 1994, стор.372]. Усі системи намивного фільтрувідоме наповнення поліпропілену деревним боровання мають загальним те, що тверді речовини, шном для панелей, що застосовуються в автомоякі містяться в рідинах, що підлягають фільтрубілебудуванні. Крім того, звичайним є застосуванванню, а також тверді речовини, що спеціально ня скла (наприклад, кульок), азбесту, силікатів додаються (фільтрувальні допоміжні матеріали), (наприклад, волластоніту), слюди, шпатів і графіутримуються фільтрувальним середовищем, приту. Звичайна частка наповнювача складає 20чому утворюється фільтрувальний осад. Через 80мас.%, однак може складати до 95%. Армуванцей фільтрувальний осад протягом процесу фільням термопластичних пластмас наповнювачами трування, так само як і через фільтрувальний засіб поліпшують механічні властивості, зокрема, твернеобхідно пропускати потік, що підлягає фільтрадість і міцність пластмаси. Зазвичай як волокнисті ції. Подібне фільтрування називають також намиречовини застосовують скловолокно, вуглецеві вним фільтруванням. волокна, сталеве волокно й арамідні волокна. Під рідинами, що підлягають фільтрації і/або Шляхом змішування щонайменше двох пластмас, стабілізації, відповідно до винаходу розуміють сплавляння, одержують полімери з іншим профіфруктові соки або бродильні напої, такі, як вино лем властивостей. Суміші можуть бути гомогенно, або пиво. Зокрема, спосіб згідно з винаходом загетерогенно або частково, відповідно, обмежено стосовують для фільтрації і/або стабілізації пива. сумісними. Виготовлені відповідно до винаходу фільтруВ усіх випадках перевага надається застосувальні допоміжні або стабілізуючі матеріали відріванню екструдерів, зокрема, двошнекових екструзняються гарною змочуваністю водою і має посдерів. Але поряд з цим можуть застосовуватися тійну пропускну здатність при одночасно добрій також так звані співпластикатори. фільтруючій дії. Зазвичай при екструзії досягаються величини Фільтрувальні допоміжні матеріали подрібнютемператури і тиску, які можуть забезпечити поряд ються після процесу змішування за допомогою з чисто фізичним змішуванням хімічну взаємодію, технології гранулювання шроту і/або розмеленого тобто хімічну зміну вихідних компонентів. матеріалу, переважно шляхом послідовного викоПеретворення в контексті винаходу описує нання технологічних операцій гранулювання і розпроцес, при якому щонайменше дві речовини мелювання. вступають у фізичну і/або хімічну взаємодію між При здійсненні процесу холодного розмелюсобою. вання в кінцевому продукті може залишатися воПеретворення може також відбуватися при да. звичайних способах термопластичної переробки, Отримані порошки мають середню зернистість зокрема, при змішуванні, диспергуванні, наповвід 1 до 1000мкм, переважно, від 2 до 200мкм. ненні, армуванні, сплавлянні, дегазації, і переробВони мають регулярну або нерегулярну структуру, ка може здійснюватися шляхом вальцювання, пеяка може бути сфероїдальною або несфероїдальремішування, лиття, спікання, пресування, ною. Однак, одержуваний порошок переважно є компаундування, каландрування, штрангпресунесфероїдальним. вання або екструзії або комбінації цих методів. Нижченаведені приклади пояснюють, однак, Переважно полімерні порошки компаундують у не обмежують винахід. екструдері. А) Одержання полімерного порошку Під поняттям фільтрація розуміють пропусканПолістирол марки 486М, фірми BASF AG і, ня через пористий фільтрувальний матеріал сущонайменше, ще одну речовину (загальна кільспензії, що складається з переривчастої фази (дикість приблизно 10кг) змішують у екструдері. Екстсперговані речовини) і безперервної фази рудат охолоджують у водяній ванні і гранулюють. (диспергатор). При цьому частинки твердої речоОтриманий гранулят подрібнюють у відбивному вини осаджуються на фільтрувальному матеріалі, і млині і відсівають у вібраційному хитальному провідфільтрована рідина (фільтрат) залишає фільтсіювані. рувальний матеріал очищеною. При цьому як зовВагові співвідношення, при яких полістирол і нішня сила для подолання опору потокові діє привідповідна додаткова речовина (речовина 1, можкладена різниця тиску. ливо також речовина 2) змішуються, представлені У процесі фільтрування можна спостерігати рів нижченаведеній таблиці. У дужках після вагових зні механізми осадження твердих речовин. В осспіввідношень зазначені маркування проб. новному при цьому мова йде про поверхневе фі 9 № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Речовина 1 Кізельгур СаСО3 TiO2 PVPP NaHCO3 Кізельгур бентоніт PVPP PVPP PVPP PVPP PVPP СаСО3 СаСО3 CаСО3 TіО2 TіО2 TіО2 77164 Речовина 2 ТiО2 NaHCO3 СаСО3 Кізельгур Силікагель NaHCO3 Кізельгур Силікагель NаНСО3 Кізельгур Силікагель Співвідношення полістиролу до речовини 1 (можливо до речовини 2) 20:80 (1а); 50:50 (1b); 80:20 (1с); 90:10 (1d) 40:60 (2а); 60:40 (2b); 70:30 (2с); 80:20 (2d) 50:50 (3а); 60:40 (3b); 70:30 (3с); 80:20 (3d) 20:80 (4а); 40:60 (4b); 60:40 (4с); 70:30 (4d); 80:30 (4е); 90:10 (4f) 90:10 (5а); 95:5 (5b); 98:2 (5с); 99:1 (5d) 50:50 (6а); 60:40 (6b); 80:20 (6с); 90:10 (6d) 50:50 (7а); 60:40 (7b); 70:30 (7с); 80:20 (7d) 50:40:10 (8а); 70:20:10 (8b) 50:45:5 (9а); 80:18:2 (9b) 50:40:10 (10а); 70:20:10 (10b) 40:40:20 (11а); 60:20:20 (11b); 70:20:10 (11с) 70:25:5 (12а); 70:28:2 (12b) 70:25:5 (13а); 80:18:2 (13b) 50:20:20 (14а); 80:10:10 (14b) 70:20:10 (15а); 80:15:5 (15b) 70:20:5(16а);78:20:2(16b) 70:20:10 (17а); 80:10:10 (17b) 70:20:10 (18а); 80:15:5 (18b) Пояснення до вказаних в таблиці матеріалів: Кізельгур: фірми Merck, CAS-Nr. 68855-54-9; СаСО3: карбонат кальцію (осадж., дуже чистий), фірми Merck, CAS-Nr. 471-34-1; ТіО2: діоксид титану (