<Desc/Clms Page number 1>
WERKWIJZE VOOR DE ZUIVERING VAN EEN POLYMEER
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de zuivering van een polymeer door middel van het doorleiden van een gas door een droge massa van het polymeer in poedervorm.
Een dergelijk polymeer, dat bijvoorbeeld door middel van emulsie polymerisatie of oplosmiddel polymerisatie wordt gevormd, bevat na het polymerisatieproces een of meer laagmoleculaire verontreinigingen, zoals bijvoorbeeld restmonomeer of een oplosmiddel met laag kookpunt. Deze laagmoleculaire verontreinigingen kunnen bijvoorbeeld tijdens de verwerking of bij het gebruik van het polymeer in een artikel uit het polymeer diffunderen en vrijkomen in de omgeving. Veel verontreinigingen zijn toxisch, carcinogeen of hebben een ander ongewenst effekt op de omgeving. Het is derhalve van groot belang de hoeveelheid verontreiniging in het polymeer zo veel als mogelijk terug te brengen. Dit geldt bijvoorbeeld voor polymeren of copolymeren die hun toepassing vinden in de voedingsmiddelenindustrie, bijvoorbeeld als verpakkingsmateriaal.
In veel polymerisatie processen wordt het polymeer tijdens of na het polymerisatie proces in poedervorm gebracht of bevindt het zich reeds in poedervorm door de aard van het polymerisatie proces zelf. Onder poedervorm wordt verstaan een massa deeltjes met een gewichtsgemiddelde deeltjesafmeting van 0. 03 mm tot ongeveer 1 mm. De polymeerdeeltjes kunnen hierbij porien bevatten, zoals bijvoorbeeld het geval is bij polymeerkruim, verkregen na coagulatie van een latex.
De verontreiniging bevindt zich dan in de matrix van het polymeer, waaruit de poederdeeltjes van het polymeer in poedervorm zijn opgebouwd. De verontreiniging kan uit deze matrix moeilijk worden verwijderd.
<Desc/Clms Page number 2>
Daarnaast kan in bepaalde gevallen de massa van het polymeer na de polymerisatie tevens een hoeveelheid vloeistof bevatten, die als hulpmiddel dient in het polymerisatieproces. Dit is bijvoorbeeld het geval bij polymeren gevormd door middel van een emulsiepolymerisatieproces, waarbij water wordt toegepast. Deze hoeveelheid vloeistof wordt vóór de zuiveringsstap, waarop onderhavige uitvinding betrekking heeft, op eenvoudige bekende wijze verwijderd, bijvoorbeeld door middel van centrifugatie of door gebruik te maken van een gefluidiseerd bed. De hoeveelheid vloeistof wordt gemakkelijk verwijderd, daar de vloeistof zich tussen de poederdeeltjes van het polymeer in poedervorm bevindt en niet in de matrix van het polymeer, waaruit de poederdeeltjes van het polymeer in poedervorm zijn opgebouwd.
Onder droge massa van het polymeer in poedervorm wordt dan ook verstaan een dergelijke massa met een vloeistofgehalte lager dan 2 gewichtsprocent ten opzichte van het totale gewicht van de massa van het polymeer in poedervorm.
Een werkwijze voor de zuivering van een polymeer door middel van het doorleiden van een gas door een massa van het polymeer in poedervorm is bekend uit het Engelse octrooischrift nr. 1507338. Hierin wordt een werkwijze beschreven waarin een massa van het polymeer in poedervorm wordt behandeld met een gas, waarbij het gas en de massa van het polymeer in poedervorm in tegenstroom door een aantal gefluidiseerde bedden worden geleid. Het tegen de zwaartekracht in stromende gas komt in kontakt met de door het stromende gas gefluidiseerde polymeerdeeltjes van de massa van het polymeer in poedervorm, waarbij de verontreinigingen uit de poederdeeltjes diffunderen en zich mengen met het stromende gas, waarna ze met het gas worden afgevoerd.
Het nadeel van de bekende werkwijze bestaat hierin dat de stripefficientie gering is. Onder stripefficientie wordt verstaan het gewichtspercentage laagmoleculaire verontreiniging dat kan worden verwijderd
<Desc/Clms Page number 3>
per m3 gas en per kg polymeer. Door de geringe stripefficiëntie is een relatief grote hoeveelheid gas nodig in de bekende werkwijze om het in de massa van het polymeer in poedervorm aanwezige gehalte aan verontreiniging terug te brengen tot de gewenste lage waarde. Deze relatief grote hoeveelheid, verontreiniging bevattend gas dient afgevoerd te worden waarbij bovendien de verontreiniging uit het gas dient te worden afgescheiden.
Hiervoor zijn complexe, dure installaties nodig.
De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen die dit nadeel niet heeft.
Dit wordt bereikt doordat in de werkwijze volgens de uitvinding de massa van het polymeer in poedervorm zich op een voor het gas doordringbaar en voor de poederdeeltjes van het polymeer in poedervorm ondoordringbaar lichaam bevindt, waarbij een hogere gasdruk in stand wordt gehouden aan de zijde van het lichaam waar de massa van het polymeer in poedervorm zich bevindt dan aan de andere zijde van het lichaam. Op deze manier onstaat een gasstroom door de massa van het polymeer in poedervorm, in de richting van het voor het gas doordringbaar lichaam.
Verrassenderwijs wordt in de werkwijze volgens de uitvinding een beduidend hogere stripefficientie bereikt dan het geval is in de bekende werkwijze.
Een bijkomend voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is het feit dat het nu onmogelijk is dat poederdeeltjes worden onttrokken aan de massa van het polymeer in poedervorm en met het stromende gas worden meegevoerd, omdat de massa van het polymeer in poedervorm op het lichaam wordt gedrukt door het aangelegde drukverschil over het lichaam. In de werkwijze volgens de stand der techniek worden met name de kleinere poederdeeltjes uit de massa onttrokken en meegevoerd met het gas.
<Desc/Clms Page number 4>
Een verder voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat de poederdeeltjesgrootteverdeling van het polymeer in poedervorm niet of nauwelijks van invloed is op de stripefficientie, terwijl bij de werkwijze volgens de stand van de techniek een beduidend lagere stripefficientie wordt bereikt, naarmate de poederdeeltjes grootteverdeling in het polymeer in poedervorm breder is.
Bij voorkeur wordt daarom de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de poederdeeltjes grootteverdeling van de massa van het polymeer in poedervorm voldoet aan althans één van de voorwaarden (D90-D50)/D50 > 3 en (D50-D10)/D10 > 3. Hierbij zijn de poederdeeltjesafmetingen D90, D50 en D10 karakteristiek voor de poederdeeltjesgrootteverdeling. Voor D90 (resp.
D50 en D10) geldt dat 90 (resp. 50 en 10) gewichtsprocent van het poeder bestaat uit deeltjes met afmetingen kleiner of gelijk aan D90 (resp. D50 en D10).
Het instandhouden van een gasdrukverschil over het lichaam in de werkwijze volgens de uitvinding kan op velerlei manieren gebeuren. Aan de zijde van het lichaam waar de massa van het polymeer in poedervorm zieh bevindt - deze zijde wordt vanaf nu de polymeerzijde genoemd-kan bijvoorbeeld een gasdruk groter dan de atmosferische druk worden aangelegd, terwijl de gasdruk aan de andere zijde van het lichaam gelijk wordt gekozen aan de atmosferische druk. Een andere mogelijkheid bestaat erin een gasdruk groter dan de atmosferische druk aan te brengen aan de polymeerzijde en tegelijkertijd een vacuum aan te brengen aan de andere zijde. Onder vacuum wordt elke gasdruk lager dan de atmosferische druk verstaan.
Bij toepassing van een gasdruk hoger dan de atmosferische druk, dient een gesloten ruimte voorzien te worden, waarin het polymeer in poedervorm kan worden toegevoerd. Hiertoe dienen extra voorzieningen aanwezig te zijn voor aan-en afvoer van het polymeer in poedervorm en dienen extra voorzieningen te worden aangebracht om te vermijden dat polymeer poederdeeltjes uit de onder gasdruk staande
<Desc/Clms Page number 5>
ruimte in de omgeving worden geblazen.
Bij voorkeur wordt daarom de gasdruk aan de polymeerzijde van het lichaam gelijk gekozen aan de atmosferische druk, terwijl aan de andere zijde van het lichaam een vacuum wordt aangebracht.
Het gebruik van vacuum heeft als voordeel dat geen extra voorzieningen dienen te worden aangebracht.
Een mogelijke uitvoeringsvorm voor het voor het gas doordringbaar en voor de poederdeeltjes van de polymeermassa in poedervorm ondoordringbaar lichaam van de werkwijze volgens de uitvinding is een zeef, waarvan de poriendiameter kleiner wordt gekozen dan het kleinste poederdeeltje van de polymeermassa in poedervorm. Ook kan het lichaam worden opgebouwd uit een poreus materiaal, bijvoorbeeld kan een poreus doek worden gebruikt of filterpapier.
Het heeft grote voordelen een uitvoeringsvorm voor het lichaam te kiezen die op eenvoudige wijze een continue aan-en afvoer van de massa van het polymeer in poedervorm toelaat.
Een continue aan-en afvoer van de massa van het polymeer in poedervorm wordt op eenvoudige wijze verkregen doordat in de werkwijze volgens de uitvinding een vacuum bandfilter wordt gebruikt.
Onder vacuum bandfilter wordt verstaan een inrichting, omvattende een eindloze poreuze band, die over keerrollen loopt, en middelen om aan een zijde van de band een vacuum aan te brengen.
Vacuum bandfilters staan bijvoorbeeld beschreven in het "Chemical Engineers'Handbook" (Perry, uitg. McGraw-Hill, Hfdst. 20) en worden gebruikt voor het scheiden van vaste stof en vloeistof (met name droging).
Verrassenderwijs wordt nu volgens de werkwijze van de uitvinding gevonden dat een dergelijk apparaat ook uitstekend gebruikt kan worden voor de werkwijze voor de zuivering van een polymeer.
<Desc/Clms Page number 6>
Bij voorkeur wordt in de werkwijze volgens de uitvinding als polymeer een copolymeer gebruikt dat styreen monomeereenheden bevat.
De styreen monomeereenheden bevattende copolymeren die gezuiverd kunnen worden met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding zijn bijvoorbeeld thermoplastische copolymeren van styreen met onverzadigde comonomeren, zoals ethyleen, propyleen, butenen, butadieen, isopreen, alkyl acrylaat, alkyl methacrylaat, acrylonitrile, methacrylonitrile, maleinezuur anhydride en acrylzuur. Het copolymeer kan een ent-of blokcopolymeer zijn, of een copolymeer van het type shell-core. Ook blends van styreenbevattende copolymeren met elkaar of met geringe percentages, bijvoorbeeld minder dan 10 gewichtsprocent ten opzichte van het totaal gewicht, van een ander niet styreenbevattend copolymeer kunnen toegepast worden.
Een mogelijk entcopolymeer toe te passen in de werkwijze volgens de uitvinding is een entcopolymeer van styreen, een vinylcyanide en eventueel een derde monomeer op een rubber. Geschikt toe te passen styreen monomeereenheden in het copolymeer worden bijvoorbeeld gekozen uit de groep styreen, a-methylstyreen, o-, m-of p-vinyltolueen, vinylnaftaleen, dimethylstyreen, . t-butylstyreen en gehalogeneerde styreenderivaten, zoals bijvoorbeeld chlorostyreen of bromostyreen. Bij voorkeur is de toegepaste vinylaromatische verbinding styreen en/of a-methylstyreen. Geschikt toe te passen vinylcyanideverbindingen worden bijvoorbeeld gekozen uit de groep acrylonitril en cyanoalkyleenverbindingen, die 4-7 koolstofatomen bevatten, zoals bijvoorbeeld methacrylonitril. Bij voorkeur is de toegepaste vinylcyanideverbinding acrylonitril en/of methacrylonitril.
Geschikt toe te passen derde monomeren worden bijvoorbeeld gekozen uit de groep (meth) acrylaten, zoals bijvoorbeeld methylmethacrylaat en ethylacrylaat, a. ss-onverzadigde dicarbonzuren, a, ss-onverzadigde
<Desc/Clms Page number 7>
dicarbonzuuranhydriden, zoals bijvoorbeeld maleinezuuranhydride, en al dan niet gesubstitueerde imidederivaten daarvan, zoals bijvoorbeeld maleimide en N-fenylmaleïmide.
De rubber, die wordt toegepast in het copolymeer kan worden gekozen uit de bekende rubbers. In het algemeen hebben deze rubbers een glasovergangstemperatuur beneden - 10. C. Geschikt toe te passen rubbers worden bijvoorbeeld gekozen uit de groep butadiëenrubbers en etheen-propeen copolymeren, die desgewenst een derde copolymeriseerbaar diëenmonomeer bevatten, zoals bijvoorbeeld" 1, 4-hexadiëen, dieyclopentadiëen, dieyelooetadiëen, methyleennorborneen,
EMI7.1
ethylideennorborneen en tetrahydroindeen. De voorkeur wordt gegeven aan butadiëen-copolymeren met een butadiëen-gehalte van 60-90 gew.
Bij voorkeur wordt in de werkwijze volgens de uitvinding een entcopolymeer gekozen uit de groep acrylonitril-styreen-butadiëen (ABS), acrylonitril-styreen-acrylaat (ASA) en een etheen-propeen-diëen rubber, gepolymeriseerd met styreen en acrylonitril (AES). Met de meeste voorkeur is het copolymeer een acrylonitril-styreen-butadiëen (ABS) copolymeer.
De uitvinding wordt verder verduidelijkt aan de hand van de onderstaande voorbeelden zonder daartoe te worden beperkt.
EMI7.2
Voorbeelden en vercreliikende experimenten Voorbeelden I t/m V
Een hoeveelheid ABS copolymeer in poedervorm, type Ronfalin (TM) TZ 236 van DSM uit Nederland werd aangebracht op een rooster, dat zieh in een dubbelwandig glazen vat (diameter 30 cm) bevindt. Op het rooster werd, voor aanbrengen van het polymeerpoeder, een polyester filterdoek type PES 7450 aangebracht, geleverd door de firma Pannevis uit Nederland. Het vat werd aan de
<Desc/Clms Page number 8>
bovenzijde aangesloten op een persluchtleiding. De perslucht werd met behulp van een stoomverhitter op de gewenste striptemperatuur gebracht. De andere zijde van het vat werd aangesloten op een vacuumpomp. Het te zuiveren polymeerpoeder werd alvorens het aan te brengen in het stripvat op de gewenste striptemperatuur gebracht.
Het start-en eindgehalte aan styreen in het copolymeer werden bepaald door gebruik te maken van een gaschromatograaf.
De parameterinstelling was als volgt :
EMI8.1
<tb>
<tb> Voorbeeld <SEP> I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V
<tb> Striptemperatuur
<tb> (OC) <SEP> 81 <SEP> 70 <SEP> 78 <SEP> 78 <SEP> 76
<tb> Massa <SEP> polymeer
<tb> (kg) <SEP> 2. <SEP> 9 <SEP> 9. <SEP> 3 <SEP> 3. <SEP> 5 <SEP> 3. <SEP> 4 <SEP> 9. <SEP> 7 <SEP>
<tb> Luchtdebiet
<tb> (m3jmin) <SEP> 0. <SEP> 22 <SEP> 0. <SEP> 12 <SEP> 0. <SEP> 21 <SEP> 0. <SEP> 20 <SEP> 0. <SEP> 08 <SEP>
<tb> Striptijd <SEP> (min) <SEP> 12 <SEP> 54 <SEP> 24 <SEP> 36 <SEP> 37
<tb> Startgehalte <SEP> styreen
<tb> (gew%) <SEP> 0. <SEP> 33 <SEP> 0. <SEP> 33 <SEP> 0. <SEP> 33 <SEP> 0. <SEP> 33 <SEP> 0. <SEP> 32 <SEP>
<tb>
De poederdeeltjes grootteverdeling werd in alle gevallen konstant gehouden : D10, D50 en D90 bedroegen respectievelijk 0. 04 mm, 0. 25 mm en 1. 15 mm.
Hieruit werden (D90-D50)/D50 = 3. 6 en (D50-D10)/D10 = 5. 25 berekend.
Veraeliikende experimenten A t/m D
Een hoeveelheid ABS copolymeer in poedervorm, type Ronfalin (TM) TZ 236 van DSM uit Nederland werd in een gefluïdiseerd bed installatie aangebracht. De
EMI8.2
gefluidiseerd bed installatie bestond uit een cylindrische kunststof kolom (diameter 0. m) met een open verbreding aan de bovenzijde. Aan de onderzijde werd een standaard gesinterde bodemplaat aangebracht (drukval 0. 01 bar). Door
<Desc/Clms Page number 9>
middel van een pomp werd voorverwarmde lucht toegevoerd aan de onderzijde van de gefluidiseerd bed installatie. Het te zuiveren polymeerpoeder werd alvorens het aan te
EMI9.1
brengen in de gefluidiseerd bed installatie op de gewenste striptemperatuur gebracht. Start-en eindgehalte aan styreen in het copolymeer werden bepaald met behulp van een gaschromatograaf.
De parameterinstelling was als volgt :
EMI9.2
<tb>
<tb> Experiment <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> Striptemperatuur
<tb> (OC) <SEP> 80 <SEP> 81 <SEP> 70 <SEP> 78
<tb> Massa <SEP> polymeer
<tb> (kg) <SEP> 2. <SEP> 8 <SEP> 2. <SEP> 8 <SEP> 4. <SEP> 2 <SEP> 4. <SEP> 6 <SEP>
<tb> Luchtdebiet
<tb> (m3 <SEP> Imin) <SEP> 0. <SEP> 87 <SEP> 0. <SEP> 58 <SEP> 0. <SEP> 29 <SEP> 0. <SEP> 29 <SEP>
<tb> Striptijd <SEP> (min) <SEP> 12 <SEP> 15 <SEP> 60 <SEP> 45
<tb> Startgehalte <SEP> styreen
<tb> (gew%) <SEP> 0. <SEP> 32 <SEP> 0. <SEP> 27 <SEP> 0. <SEP> 33 <SEP> 0. <SEP> 28 <SEP>
<tb>
In tabel l staan de resultaten samengevat.
TABEL 1 (Stripefficientie) Voor-Styreen Benodigd lucht Stripefficiëntie beeld afname volume per kg (gew%) polymeerpoeder (gew%. kg/m3) (m3/kg)
EMI9.3
<tb>
<tb> I <SEP> 0. <SEP> 22 <SEP> 0. <SEP> 9 <SEP> 0. <SEP> 244 <SEP>
<tb> II <SEP> 0. <SEP> 19 <SEP> 0. <SEP> 7 <SEP> 0. <SEP> 271 <SEP>
<tb> III <SEP> 0. <SEP> 26 <SEP> 1. <SEP> 4 <SEP> 0. <SEP> 186 <SEP>
<tb> IV <SEP> 0. <SEP> 31 <SEP> 2. <SEP> 1 <SEP> 0. <SEP> 148 <SEP>
<tb> V <SEP> 0. <SEP> 14 <SEP> 0. <SEP> 3 <SEP> 0. <SEP> 467 <SEP>
<tb> A <SEP> 0. <SEP> 21 <SEP> 3. <SEP> 7 <SEP> 0. <SEP> 057 <SEP>
<tb> B <SEP> 0. <SEP> 18 <SEP> 3. <SEP> 1 <SEP> 0. <SEP> 058 <SEP>
<tb> C <SEP> 0. <SEP> 22 <SEP> 4. <SEP> 1 <SEP> 0. <SEP> 054 <SEP>
<tb> D <SEP> 0. <SEP> 22 <SEP> 4. <SEP> 6 <SEP> 0.
<SEP> 048 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 10>
Uit alle voorbeelden blijkt dat met de werkwijze volgens de uitvinding gemiddeld 3 tot 5 keer minder lucht noodzakelijk is per kg te zuiveren copolymeer om dezelfde hoeveelheid styreen te verwijderen uit het copolymeer dan met de bekende gefluidiseerd bed methode.