способ ручного смешивания компонентов и пленочный контейнер - смеситель область техники.

изобретение относится к способу ручного интенсивного смешивания пло- хо совмещающихся компонентов для получения целевого продукта непосредственно на месте его использования и к конструкции пленочного секционированного контейнера-смесителя для осуществления этого способа.

к продуктам, которые целесообразно получать ручным способом интенсивного смешивания исходных плохо совмещающихся компонентов непосред- ственно на месте применения из-за малой живучести или срока хранения целевых продуктов, относятся продукты бытовой и промышленной химии, такие как двух-, и трехкомпонентные системы для клеев, шпаклевок, деногерметиков, теплозащиты и пеноупаковки, реакционные системы для теплогидроизоляции стыков теплотрасс, малые строительные и кормовые смеси, искусственные поч- вы для выращивания рассады, продукты питания и медикаменты для использования в полевых и транспортных условиях. получают такие продукты в полевых условиях путем объединения их исходных компонентов в общей камере смешивания пленочного контейнера-смесителя (объединение проводят путем устранения герметичной перегородки между отдельными пленочными секциями, в ко- торых содержатся исходные компоненты) и последующего тщательного достаточно длительного перемешивания компонентов внешним ручным воздействием на камеру смешивания для достижения гомогенизации смеси (равномерного взаимного распределения компонентов или равномерной химической реакции между ними), которая и приводит к получению качественного целевого продук- та.

в пленочном секционированном контейнере-смесителе, который получил заметное практическое распространение для получения пенополиуретановой теплогидроизоляции и для упаковочных целей, исходные компоненты «A» (поли- ольный компонент) и «б» (изоционатный компонент) хранятся в требуемой про- порции в отдельных герметичных секциях. секции образованы путем деления общего объема пленочного контейнера (типа пакета) с помощью герметичной, но способной к устранению в необходимый момент, перегородки. общую камеру смешивания исходных компонентов образуют, как указано выше, путем разгерметизации секций между собой. смешивание компонентов до уровня гомо- генизации смеси проводят путем многократного периодического ручного яадав-

заменяющий лист (правило 26)

ливания ладонями рук оператора (пользователя продукта) поочередно на противоположные (полярно расположенные относительно главной оси контейнера и его герметичной перегородки) стенки контейнера так, чтобы смесь компонентов с некоторой скоростью перетекала (передавливалась) от одного края камеры смешивания к другому её краю. такой пленочный контейнер-смеситель мы относим к «cмecитeлю перетекания)). их некоторые современные конструкции раскрыты в наших патентах рф на изобретения.

вместе с тем, дальнейшее распространение ручной пленочной технологии получения продуктов на местах их применения сдерживается количествен- ным и качественным ограничением применяемых исходных компонентов, которые можно гомогенизировать в пленочном контейнере-смесителе, реализующим как принцип «пepeтeкaния cмecи», так и принцип «бecпopядoчнoгo мятия». последний также известен из практики производства и применения т.н. «пeнoпaкe- тoв». предшествующий уровень техники.

известно и используется в промышленности ряда стран мира несколько принципиально различных конструкций пленочного секционированного контейнера-смесителя, различающихся как конструктивными элементами, так и способом ручного смешивания исходных компонентов для получения целевых продуктов на месте применения. ряд известных конструкций, в том числе и ранее заявленных нами, реализует способ ручного смешивания, основанный на принципе «пepeтeкaния cмecи» (патенты сша N°5.699.902, 5.899.325, 5996 782, 587 3 221, патент рф JVг22195.283 и наши патенты рф N°2.245.284, 2.245.285, наши заявки на получение патентов рф N° 2.002.125 394 и N° 2006100246 от 10.01.2006 года). отечественные пенопакеты для тепло- гидроизоляции стыков теплотрасс реализуют способ ручного смешения, основанный на принципе «бecпopядoчнoгo многократного мятия» камеры смешивания и визуального контроля (через прозрачную пленочную стенку этой камеры) за процессом.

пенопакеты финского производства (ABB, аlstоm) работают на принци- пе механического перемешивания с помощью встроенной в этот пенопакет ручной механической мешалки. подобный же способ ручного перемешивания компонентов реализуется нами в изобретении по заявке на получение патента N_> 2002123571. недостаток механического перемешивания состоит в относительно сложной и соответственно дорогостоящей конструкции, что сдерживает его ис- заменяющий лист (правило 26)

пользование в менее рентабельных отраслях.

способ «пepeтeкaния cмecи» и «мятия» и соответствующие им контейнеры-смесители не позволяют качественно переработать плохо совмещающиеся компоненты массой более 1,0 кг. способ «мятия» не дает возможности произво- дить высококачественную продукцию и требует большого времени ручного перемешивания, которое часто выходит за рамки «живyчecти». смеси компонентов. кроме того, ему не подвластны высоковязкие системы.

известен также способ получения терапевтического водного раствора, содержащего растворённую в нём двуокись углерода, в плёночном двух- секционном герметизированном контейнере (патент сша N°4929499). этот способ включает операции: а) загрузку водного раствора в первую камеру контейнера, б) загрузку сухого порошка терапевтического вещества во вторую каме-

Pу> в) образование прохода между камерами для совмещения водного раствора и порошка, г) смешивание водного раствора и порошка методом некоторого встряхивания или другим методом смешивания, (очевидно, как мы полагаем, методом «мятия» или «пepeдaвливaния», когда объём получаемого терапевтического рас- твора составляет более 100 см ³ )

недостаток способа смешивания компонентов по патенту сша N°4929499, если его рассматривать как известный метод ручного интенсивного смешивания - встряхиванием компонентов, состоит в крайне ограниченной области его использования (он так ограниченно и заявлен в этом патенте), только для хорошо совмещающихся быстрорастворимых компонентов, одним из которых является водный раствор двуокиси углерода, другим компонентом является сухой порошок терапевтического средства. вязкие, жидкие, плохо совмещающиеся вещества по методу указанного патента сша перерабатывать не представляется возможным в виду того, что общая камера их смешивания не может обладать здесь необходимой для интенсивного встряхивания формоустойчиво- стью (жёсткостью). если автор и использует метод встряхивания, то это только для небольших количеств хорошо совмещающихся компонентов - воды и порошка, и только тогда, когда камера их смешивания имеет малый объём и в силу этого имеет некоторую формоустойчивость за счёт небольшой жёсткости самих заменяющий лист (правило 26)

-A- двухслойных стенок камеры. при больших объёмах плёночная камера теряет свою жёсткость и поэтому не может быть использована для смешивания различных компонентов и тем более - плохо совмещающихся между собой. не случайно, автор указанного патента наряду с рекомендуемым им для смешивания воды и порошка метода встряхивания рекомендует и использует другие менее интенсивные методы смешивания в тех случаях, когда формоустойчивость (жёсткость) стенок его камеры смешивания становится недостаточной. очевидное решение - увеличить жёсткость стенок смесительной камеры за счёт подбора для них более жёстких материалов. но тогда теряются все преимущества эла- стичного плёночного контейнера: дешевизна в изготовлении и доступность, исключение больших потерь вязких продуктов на стенках при опоражнивании контейнера, уменьшенный транспортный объём и соответственно — снижение стоимости перевозок, упрощённая утилизация, складирование и хранение, широкий ассортимент по размерам и исходным материалам. раскрытие изобретения.

задачей изобретения является создание способа ручного интенсивного смешивания исходных компонентов различных по консистенции, по уровню взаимного совмещения и массе для получения широкого ассортимента целевых продуктов непосредственно на месте их использования, а так же создание для реализации этого способа соответствующей конструкции пленочного секционированного контейнера-смесителя.

согласно изобретению, способ ручного и интенсивного смешивания компонентов для получения продукта на месте применения в пленочном контейнере-смесителе, секционированном для хранения этих компонентов с помо- щью герметичной перегородки, состоит в многократном интенсивном встряхивании содержимого общей камеры смешивания, которую образуют путем устранения герметичной перегородки и, которая, имеет достаточную временную жесткость (формоустойчивость), максимальный внутренний объем и наполнена, наряду с основными компонентами, также, инертным или активным (по отно- шению к компонентам и продукту) газом, необходимым для осуществления заданной технологии, в объеме от 0,1 до 1,0 части на 1,0 часть суммарного объема смешиваемых компонентов.

при этом, наполнение общей камеры смешивания инертным или активным газом можно проводить путем предварительного заполнения, по меньшей заменяющий лист (правило 26)

мере, одной основной секции контейнера-смесителя компонентом и указанным газом или заполнять этим газом вспомогательную его секцию, и последующего за этим сворачивания краев общей камеры (см. фигуру 1) до придания ей формы с максимальным внутренним объемом и достаточной (для интенсивного встря- хивания содержимого камеры) временной жесткостью (формоустойчивостью); и/или наполнение общей камеры инертным или активным газом до придания этой камере максимального внутреннего объема и достаточной временной жесткости можно проводить путем подачи указанного газа извне в момент подготов- ки общей камеры к перемешиванию компонентов через отдельное устройство подачи газа или через устройство для извлечения конечного продукта из общей камеры смешивания.

заявляемый способ ручного интенсивного смешивания различных по свойствам и массе компонентов в пленочном контейнере-смесителе заменяет относительно медленное, как «пepeтeкaниe cмecи», так и бессистемное «мятиe» более энергичным интенсивным процессом - многократным встряхиванием смеси компонентов в формоустойчивой камере в газовой среде, где перемещение смеси в общей временно жёсткой камере от одной стенки к ее противоположной стенке (и перемещение этой камеры относительно смеси) осуществляет с более высокой скоростью. и за счет поглощения относительно высокой кинетической энергии (при ударе смеси компонентов о противоположную стенку- препятствие) разбивание, разбрызгивание, разделение этой смеси на мелкие взаимно проникающие в газовой среде фрагменты. в результате - сокращается время перемешивания, повышается уровень гомогенизации и качество целевого продукта, создается меньшая зависимость от консистенции, от уровня совместимости, от вязкости исходных компонентов и от их перерабатываемой массы. способ становится доступным для различных отраслей техники, медицины и быта.

заявляемый нижний предел наполнения общей камеры газом (0,1 объ- емных части от суммарного объема компонентов в ней) обусловлен необходимостью иметь достаточное пространство для перемещения образуемой смеси, всего объема компонентов перед их ударом о противоположную стенку камеры с необходимой для этого процесса кинетической энергией.

верхний предел (1,0) обусловлен экономическими соображениями (чем заменяющий лист (правило 26)

он выше, тем больше потребуется пленочного материала для изготовления контейнера-смесителя), а также вязкостью и уровнем совместимости исходных компонентов. чем более вязкие компоненты и труднее их совместимость, тем больше нужно свободного объема общей камеры для их смешивания. для реализации заявляемого способа ручного интенсивного смешивания различных компонентов здесь заявляется также оригинальная конструкция пленочного контейнера-смесителя. согласно изобретению контейнер-смеситель в рабочем наполненном состоянии состоит из пленочных секций, соединенных через герметичную перегородку и содержащих исходные компоненты для полу- чения целевого продукта путем их смешивания в общей камере после устранения герметичной перегородки, а также включает устройство для извлечения конечного продукта. при этом, по меньшей мере, одна секция контейнера- смесителя или его вспомогательная секция содержит инертный или активный газ, взятый в объеме от 0,1 до 1,0 части на 1,0 часть суммарного объема смеши- ваемых компонентов, который обеспечивает общей камере максимальный внутренний объем и достаточную временную жесткость (формоустойчивость), а также временный свободный объем в момент интенсивного встряхивания содержимого общей камеры; и/или пленочный контейнер-смеситель содержит часть своего корпуса для образования устройства для подачи в общую камеру инертного или активного газа извне (см. фиг.2, п.6); и/или устройство для извлечения продукта служит одновременно устройством для подачи указанного газа в контейнер извне.

для повышения уровня гомогенизации смеси компонентов, особенно, для случая их относительно невысокой вязкости, но плохой совместимости контейнер-смеситель может дополнительно содержать в зоне геометрического центра общей камеры активатор-сетку и/или активатор в виде лепестков, прикрепленных к стенкам общей камеры.

одним из вариантов практического исполнения изобретения является на- личие в конструкции нижеследующих элементов: устройства для подачи в общую камеру инертного или активного газа извне, выполненного на принципе самовсасывания, например, в виде свободного прохода (отверстие в корпусе), образуемого за счет удаления (ввиду соответствующей прочности) части, преимущественно угловой, корпуса контейнера или заменяющий лист (правило 26)

образуемого за счет устраняемой дополнительной герметичной перегородки

(фиг.2. п. 7), и/или образуемого в устройстве для извлечения конечного продукта из контейнера-смесителя. максимальный внутренний объем общей камеры смешивания установлен из соотношения

Vвн > ∑ Vк + δVп = (1,1 í 2,0) ∑ Vк где: Vвн - максимальный внутренний объем общей камеры смешивания, ∑ Vк - суммарный объем смешиваемых компонентов, δVп - прирост внутреннего объема контейнера за счет устранения герметичной перегородки и реализации формоустойчиво- сти конструкции; и, по меньшей мере, одна из стенок секции, преимущественно, нижняя при выполнении общей камеры в форме пирамиды или конуса, является формо- устойчивой в целом или по своему периметру (см. фиг.з, п.10) и/или герметичная перегородка, разделяющая секции, является формоустойчи- вой по своему периметру (см.фиг 3, п. 12) и/или контейнер-смеситель содержит дополнительные формоустойчивые эле- менты, позволяющие реализовать указанный принцип самовсасывания, и/или контейнер-смеситель содержит захваты для изменения его внутреннего объема воздействием извне в виде колец и/или выступов и/или прорезей.

для эффективного перемешивания больших масс компонентов (более 5-х кг), когда прямое ручное классическое встряхивание их смеси ограничено физическими данными человека-оператора, максимальный внутренний объем общей камеры устанавливают из соотношения:

Vвн > 2 σVк

это позволяет использовать для ручного интенсивного встряхивания компонентов гравитационные силы путем вертикального (по главной оси контейнера), поочередного, быстрого и интенсивного переворачивания общей камеры. в результате чего, процесс ручного перемешивания встряхиванием значительно облегчается и становится доступным вплоть до 7 - 12 кг исходных

заменяющий лист (правило 26)

компонентов.

краткое описание фигур чертежей.

на фигуре 1 - приведена схема придания заявляемой конструкции пленочного контейнера-смесителя необходимой временной (на момент перемеши- вания компонентов) жесткости - формоустойчивости для осуществления заявляемого способа — многократного интенсивного встряхивания содержимого общей камеры, в которой находятся после снятия герметичной перегородки между секциями исходные компоненты «A» и «б», а также газ (преимущественно, воздух), где: поз. I - исходная позиция контейнера-смесителя (вид сбоку) после снятия герметичной перегородки (5) между секциями. поз. II - первая стадия надувания контейнера смесителя после снятия герметичной перегородки (5) за счет сокращения его внутреннего объема с помощью внешнего ручного воздействия «P», и соответственно — повышение дав- ления газа, находящегося вместе с компонентами в общей камере, и рост её временной жесткости (формоустойчивости). поз. III -стадия сворачивания (внешним ручным) воздействием — P,- одного из оконечного участка общей камеры с одновременным вытеснением из этого участка компонентов. в результате — дальнейший рост временной формоустой- чивости общей камеры. возможно сворачивание общей камеры с обоих оконечных её участков, как со стороны камера «A», так и со стороны камеры «б». поз. IV - контейнер полностью подготовлен (надут газом до необходимой формоустойчивости) для осуществления стадии смешивания компонентов «A» и «б» - энергичного встряхивания (тряски) содержимого общей камеры под дей- ствием ручного внешнего воздействия — P ₂ , как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

на фигуре 2 -приведены некоторые схемы контейнера-смесителя (вид условный, сбоку, контейнеры стоят на ребре), которые охватываются настоящим изобретением и которые показывают длину герметичной перегородки (5) равной ширине состыкованных ею секций «A» и «б» в месте их стыка. приведены варианты I - V.

на фигуре 3 - приведены схемы (варианты I и II) контейнера-смесителя, после устранения герметичной перегородки между секциями «A» и «б», в развернутом виде (компоненты не показаны). при этом, на схеме "пирамида" (I) - заменяющий лист (правило 26)

периметр герметичной перегородки (12) является формоустойчивым; на схеме

«кoнyc» (II) - дно (10) этого конуса (или его периметр) является формоустойчивым. при снятии герметичной перегородки (5) между секциями «A» и «б» и открытии отверстия (1 l)для сообщения общей камеры (а + б) с внешней газовой средой, (преимущественно с воздухом), последняя засасывает во внутрь общей камеры воздух под действием расправляющих корпус контейнера усилий фор- моустойчивых элементов. (12 и 10).

на фигуре 4 - приведена схема опытного образца (размеры в мм.) контейнера-смесителя (в плане) с механическим внешним зажимом (перегородкой -14).

1 — контейнер-смеситель

2 — верхняя пленочная стенка контейнера-смесителя, лежащего (на фиг.l) на горизонтальной плоскости. под этой стенкой находится газовая подушка (3).

3 — газовая подушка. для технических целей - воздушная. 4 — компоненты «A» и «б», которые при их взаимном перемешивании

(для физического и/или химического взаимодействия) образуют целевой продукт, например - реакционную систему (смесь) для получения пеномассы внутри или за пределами контейнера-смесителя.

5 — место расположения герметичной перегородки (образованной свар- кой, склеиванием или механическим внешним пережимом), разделяющей секции «A» и «б».

6 — устройство для извлечения целевого продукта из контейнера- смесителя, которое может быть совмещено с устройством для наполнения этого контейнера газом извне. 7 — вариант устройства для извлечения целевого продукта — как отделяемой - (отрезанием) части корпуса контейнера, имеющей соответствующую пониженную прочность.

8 — вспомогательная герметичная перегородка, разделяющая основную секцию «A» и вспомогательную секцию «г», содержащую газ (например, воз- дух).

9 - вспомогательная секция «г», содержащая инертный или активный газ, необходимый для осуществления заданной технологии получения целевого продукта. таким газом для технических продуктов может быть воздух.

10 -формоустойчивая (в целом или по периметру) стенка контейнера

заменяющий лист (правило 26)

смесителя, выполненного в форме конуса

11 - место для образования отверстия, через которое внутренний объем общей камеры (а+б) сообщается с внешней газовой (воздушной) средой для её засасывания в общую камеру 12 - формоустойчивый периметр герметичной перегородки, разделяющей основные секции «A» и «б».

13 - вспомогательная герметичная перегородка, отделяющая общую камеру (а+б) от выходного отверстия (11)

14 - механический зажим (перегородка) варианты осуществления изобретения.

заявляемый способ ручного интенсивного смешивания компонентов для получения целевого продукта в пленочном секционированном контейнере- смесителе и его конструкция реализованы заявителем в опытном и опытно- промышленном масштабе для получения продуктов технической химии, по- скольку на российском рынке имеются необходимые исходные пленочные материалы и химические компоненты и, поскольку, нижеприводимые авторами экспериментальные данные, полученные на этапе подготовки патентной заявки, позволили это осуществить на практике в различных вариантах. кроме того, наши предшествующие патенты рф (указаны выше) подробно описывают технологию подбора пленочных материалов для изготовления пленочных контейнеров- смесителей. сегодня эта технология известна для специалистов.

технология изготовления формоустойчивой стенки, периметра герметичной перегородки или дополнительных формоустойчивых (жестких) элементов конструкции (п.5 формулы изобретения) также не представляет для специали- стов какой-либо сложности, т.к. повышать формоустойчивость пленочных материалов можно различными способами: от выбора толщины пленки до химической сшивки полимера, из которого изготовлена формоустойчивая стенка, от тепловой сварки вместе нескольких слоев пленки, образующих указанные элементы до их ламинирования. наиболее простой способ - тепловая сварка вместе нескольких слоев полимерной (полиэтиленовой) пленки по периферии стенки контейнера-смесителя, там где образуют соединительный шов при изготовлении контейнера.

в качестве конкретного примера осуществления изобретения приводится опытный пленочный контейнер-смеситель (пенопакет монтажный -«пM») и заменяющий лист (правило 26)

способ получения в нем (при ручном интенсивном смешивании) реакционной полиуретановой системы «изoлaн-352», которые предназначены для теплоизоляции стыков теплопроводов диаметром 57/125 мм непосредственно на месте их монтажа (в полевых условиях). опытный образец пленочного контейнера-смесителя схематично изображен на фиг. 4 и был изготовлен из 3-xcлoйнoгo пленочного материала (полиэтилен -алюминиевая фольга — полиэтилентерефталат) методом тепловой сварки. секции «A» и «б» образованы с помощью механического зажима (скоба в скобе) -14. размеры контейнера в наполненном компонентами и воздухом состоянии даны на фигуре 4. (толщина его - 50 мм) в мм.

контейнер заполнялся компонентами «б» (220 г или 180,6см ³ ) и «A» (13Or или 122,6см ³ ) и воздухом через устройство (6) для извлечения продукта из контейнера. контрольные образцы (для сравнения способов перемешивания) воздухом не заполнялись. по результатам заполнения секций компонентами «A» и «б» в указанном количестве и воздухом в объеме 303,0 смз его максимальное количество составляло 1,0 часть от суммарного объема (180,6+122,6)=303,2 см ³ компонентов. получение реакционной полиуретановой системы осуществляли путем снятия механического зажима и последующего сворачивания контейнера по схеме фиг. 1 со стороны секции «б» до придания контейнеру необходимой временной жесткости (формоустойчивости), до состояния аналогичного «нaдyтoмy мячy». для повышения формоустойчивости в отдельных опытах применяли дополнительный нагрев контейнера до температуры 30 í 40 C°. затем, многократным встряхиванием содержимого контейнера в течение 20 í 30 сек. перемеши- вали между собой компоненты «A» и «б», частично с захватом в смесь воздуха.

затем, отрезали часть устройства (6) - и направляли вытекающую из контейнера (под собственным весом) струю образованной реакционной системы (время старта - 55 сек., время геля - 179 сек) в канал изолируемого стыка трубы. получили равномерно пористый жесткий пенополиуретан с объемным весом 60-70 кг/м ³ , против неравномерно пористого пенополиуретана с объемным весом от

20-80 кг/м ³ при смешивании указанных компонентов в аналогичном контейнере (без воздуха) методами «пepeдaвливaния» и «бeccиcтeмнoгo мятия».

промышленная применимость.

заявителем было организовано опытно-промышленное производство заменяющий лист (правило 26)

плёночных контейнеров смесителей тридцати типоразмеров для получения на месте применения (теплоизоляция стыков трубопроводов в полевых условиях) заливочного жёсткого пенополиуриетана рецептуры «изoлaн-352» на базе поли- ольного компонента «A» и изоционатного компонента «б». вспенивание системы осуществляется химическим путём — газом, выделяющимся при взаимодействии вoды(вxoдит в полиольный компонент) и изоционатного компонента «б».

ниже в таблице приводится основные данные указанного опытно- промышленного производства на примере пяти плёночных контейнеров смесителей.

таблица

продолжение таблицы

порядок заполнения контейнера: заливка компонента а, заполнение воздухом камеры с компонентом а. заливка компонента б, заполнение воздухом камеры с компонентом б.

заменяющий лист (правило 26)