CH693374A5 - Verfahren für die Granulation von Additiven. - Google Patents

Description

  



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Granulation von Additiven, insbesondere für organische Polymere, mittels eines Einwellen-, eines Zweiwellen- oder eines Mehrwellenextruders, wobei die Additive Mono- und/oder Blendgranulate sind, aus einer Matrix und einer dispersen Phase bestehen und die Matrix und die disperse Phase aus demselben Stoff oder aus mindestens zwei verschiedenen Stoffen bestehen. 



  Kunststoffadditive sind modifizierend und/oder stabilisierend wirkende Zusätze zu Polymeren. Organische Polymere benötigen in der Aufbereitungsphase eine Zugabe von Zusatzstoffen für die Weiterverarbeitung, z.B. zu fertigen Produkten, und für die Aufrechterhaltung der ursprünglichen Eigenschaften für längere Zeitperioden. 



  Unmittelbar nach Herstellung einer pulverförmigen Handhabungsform führt diese verzögerte Kristallisation und/oder Umlagerung der weniger stabilen in stabilere Kristallstrukturen dazu, dass beim Lagern und Handhaben der Produkte im Laufe der Zeit ein Ineinanderwachsen von Kristalliten in den Oberflächen sich berührender Partikel erfolgt, was zur mechanischen Verklebung, Verfilzung bzw. Verbackung des Materials führt. Die derart entstehenden Klumpen stören das Rieselverhalten und die Dosierbarkeit der Additive erheblich, wodurch das Additiv für seine Verwendung unbrauchbar wird. 



  Die meisten Additive sind pulverförmig. Besonders nachteilig sind Mischungen von pulverartigen Additiven, die hohen Anteil an Staub enthalten, und damit auch mit einer hohen Staubexplosionsgefahr behaftet sind. Ferner hat sich erwiesen, dass z.B. während einer Agglomeration (wässrig und wenn geeignet bei Verwendung eines Auflösers) oder bei einem Mischprozess, die mechanischen Eigenschaften der kommerziell verwendeten pulverförmigen Additive nicht ausreichend sind. Die Letztgenannten enthalten häufig Wasser und Bindemittel, die viele Probleme bei dem Ineinandergreifen von Additiv und organischem Polymer verursachen, und die Wasser- und Bindemittelmengen müssen mit hoher Genauigkeit im Voraus gemessen werden. Deshalb werden Additive in Form von Granulaten, die keine Bindungsmittel enthalten und eine lange Lagerfähigkeit aufweisen, für kommerzielle Zwecke verwendet. 



  Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche und patentrechtlich geschützte Lösungen bekannt. 



  Die EP 0 771 630 A1 offenbart mehrere Rezepturen für Mischungen aus Kunststoffadditiven, die aus einem geschmolzenen und kristallinen Material des Additivs bestehen. Diese Offenlegung erwähnt mehrere formgebende Prozesse, u.a. Extrudieren mit einer Schneckenpresse (Ein- und Zweischnecken-Extruder). Geschützt sind Additive, die in einem formgebenden Prozess durch Ausdrücken der Mischung aus einem mit Düsenöffnungen versehenen Werkzeug, enthalten werden. Die Abkühlung erfolgt in einem gekühlten Förderband. Die Additivmischungen müssen eine kristallisierte pulverförmige Substanz enthalten. Wenn ein Brei aus einer Schmelze ohne Zugabe von kristallisierter Substanz durch die Lochdüsen gedrückt wird (Beispiel 8), entstehen Tropfen, die am Ende des gekühlten Bandes nur teilweise verfestigt sind und kleben. Diese Patentanmeldung offenbart auch ferner Additive, wie u.a.

   Antioxidantien, Thermostabilisatoren, Gleitmittel usw. (Anspruch 12), welche für die geschützten Mischungen geeignet sind. 



  Die US 4 701 273 offenbart eine Stabilisatormischung, die öllösliche Additive enthält. 



  Die EP 0 278 579 B1 betrifft eine Mischung zur Stabilisierung organischer Polymere und Verfahren zu dessen Herstellung. Diese Mischung gilt insbesondere zur Stabilisierung der Polymere gegen oxydierende Wirkung von Licht und Wärme. Die Mischung besteht aus einer kontinuierlichen dispergierenden Phase aus einem amorphen Additiv (Tetrakis[3,-(3,5-di-tert.butyl-4-hydroxyphenyl)-propionyl-oxymethyl] methan) und einer dispersen festen Phase aus einem entweder amorphen oder kristallinen organischen Additive (Phosphit oder Phosphonit). Diese Mischung wird in einem Verfahren hergestellt, wobei die Produkte miteinander vermischt werden, auf eine vorherbestimmte Temperatur erwärmt, homogenisiert und auf eine Temperatur abgeschreckt werden. 



  Die EP 565 184 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Additivmischungen für organische Polymere. Nach diesem Verfahren werden zwei oder mehr pulverförmige Additive vermischt, wobei wenn die Mischung aus zwei Additiven besteht, beinhalten diese nicht den oben erwähnten Additiv Tetrakis. Die infrage kommenden Additive sind in Anspruch 2 aufgezählt, wie u.a. primäre und sekundäre Antioxidantien, organische und anorganische Antaziden, Lichtstabilisatoren wie UV-Absorber und sterisch gehinderte Amine. Die Additive können, bevor sie in den Extruder eindosiert werden, miteinander vermischt werden. Andererseits können sie auch in den Extruder, nach und nach separat eindosiert werden. Zum Vermischen ausserhalb des Extruders wird ein Mischer verwendet, wonach eine homogene Mischung in einen Extruder für Laborzwecke eindosiert wird. 



  Die EP 0 862 944 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen und Granulieren von Produktsträngen, die geschnitten werden, wobei in dem Schneidbereich fein verteiltes Kühlmittel aufgesprüht wird. 



  In der EP 0 830 927 A2 werden die Produktstränge mit einer Schneidvorrichtung in Pellets geschnitten. Die Schneidvorrichtung weist eine Düse, die einen Wasserstrahl gegen die Produktstränge ausstrahlt, auf. 



  Die US 5 597 857, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, offenbart Granulate, welche ein oder mehrere Additive enthalten, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Es wird hier Bezug genommen auf die bekannten Verfahrensprozesse, u.a. nach dem Verfahren von Bühler. Die Additive werden in einem Extruder vermischt, homogenisiert und durch eine perforierte Platte mit mehreren Düsen ausgepresst. Das Material wird in einem kontinuierlichen Prozess in einem bestimmten Temperaturprofil (Temperierung der Gehäuse) bearbeitet, wobei Produkte mit einem hohen Wassergehalt entgast werden. 



  Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere darin, ein formstabiles, granuliertes Additiv zu schaffen, wobei sowohl Monogranulate als auch Blendgranulate mit einem bzw. mindestens zwei Stoffen herstellbar sind. 



  Beim Monogranulat bildet ein Teil des Additivproduktes die Matrix, der Rest des Endproduktes bildet die disperse Phase. Insbesondere eignen sich solche Produkte für die Herstellung von Pellets mit einem teilkristallinen Charakter. 



  Beim Blendgranulat bilden mindestens ein Additivprodukt die Matrix und mindestens ein anderes Produkt die disperse Phase. 



  Der die Matrix bildende Stoff weist gegenüber dem die disperse Phase bildenden Stoff eine niedrigere Glastemperatur und/oder eine niedrigere Schmelztemperatur auf. 



  Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der/die Stoff/e für die Matrixbildung eindosiert wird/werden, der/die Stoff/e für die disperse Phase eindosiert wird/werden, die Stoffe für die Matrixbildung aufgeschmolzen und die Stoffe für die Bildung der dispersen Phase in die aufgeschmolzenen Matrixstoffe eingemischt werden, das vermischte Produkt für die Formbildung und die Granulation konditioniert wird, das konditionierte Produkt geformt wird und dass das Produkt abschliessend granuliert wird. 



  Mithilfe eines dicht kämmenden, gleich drehenden Ein-, Zwei- oder Mehrwellenextruders (an einem Mehrwellenextruder können mehrere Schnecken ringförmig um die Achse angeordnet sein) werden die Polymeradditive thermisch-mechanisch derart behandelt, dass ein formstabiles Additivgranulat daraus resultiert. Man unterscheidet nach diesem Verfahren zwei Additivgranulate, nämlich Monogranulate und Blendgranulate. Die Monogranulate bestehen aus einem Additivstoff. Ein Blendgranulat setzt sich aus mindestens zwei Additivstoffen zusammen. 



  Beim Monogranulat bildet ein Teil des Additivproduktes die Matrix, der Rest des Produktes die disperse Phase. Solche Produkte sind speziell für die Herstellung von mit teilkristallinem Charakter aufweisenden Pellets geeignet. Bei teilkristallinen Produkten wird bei Überschreiten der Glastemperatur diese Phase aufgeweicht. Sie dienen somit als Matrix. Der kristalline Anteil wird nicht aufgeschmolzen und dient somit als disperse Phase. 



  Beim Blendgranulat bildet mindestens ein Produkt die Matrix und mindestens ein anderes Produkt die disperse Phase. Die matrixbildenden Stoffe bilden gegenüber den Stoffen für die disperse Phase eine niedrigere Glastemperatur und/oder eine niedrigere Schmelztemperatur. Die matrixbildende Phase wird aufgeschmolzen. Während des gesamten Extruderprozesses wird die Schmelztemperatur der dispersen Phase nicht erreicht bzw. nicht überschritten. 



  Zweckmässig ist mindestens ein Additiv organisch und/oder mindestens ein Additiv wird mindestens zu 5% bis 100% aufgeschmolzen. 



  Vorteilhaft liegt die Erweichungstemperatur und/oder die Schmelztemperatur der/des matrixbildenden Additive/s tiefer als die Erweichungstemperatur und/oder die Schmelztemperatur des/der die disperse Phase bildenden Additive/s. 



  Gemäss eines besonders bevorzugtem Verfahrensschrittes werden der/die matrixbildende Stoff/e und der/die Stoff/e für die disperse Phase gleichzeitig in den ersten Abschnitt des Extruders eindosiert. 



  Nach einem weiteren vorteilhaften Verfahrensschritt werden der/die matrixbildende/n Stoff/e in den ersten Abschnitt und der/die Stoff/e für die disperse Phase hinter dem ersten Abschnitt des Extruders eindosiert. 



  Insbesondere handelt es sich hierbei um die an sich bekannte Splitttechnik. 



  Zweckmässig erfolgt das Aufschmelzen der die Matrix bildenden Stoffe mittels einer geeigneten Schneckenkonfiguration und einer geeigneten Temperaturführung der Extruderabschnitte. 



  Vorteilhaft werden die matrixbildenden Stoffe vor dem Aufschmelzen distributiv vermischt. 



  Die matrixbildenden Stoffe werden nach dem Eindosieren durch eine entsprechende Schneckenkonfiguration mechanisch und dispersiv vermischt und durch abschnittsweise Temperierung des Extrudergehäuses verschmolzen. 



  Zweckmässig wird durch eine Entgasung der Wasser- und Gasgehalt in dem zu bearbeitenden Produkt reduziert. 



  Vor der Formung und Granulierung muss die Mischung aller Additive ein geeignetes Fliessverhalten und eine geeignete Schmelzfestigkeit aufweisen. Damit wird für die abschliessende Kopfgranulation eine gewünschte und stabile Konsistenz erreicht. Hierzu ist in der Regel ein sehr enges Temperaturfenster erforderlich. 



  Zweckmässig wird das konditionierte Produkt mittels eines hinter der/den Extruderschnecke/n angeordneten Formwerkzeuges geformt, wobei die für die Granulation erforderlichen physikalischen Eigenschaften nicht verändert werden. 



  Die Formgebung auf die gewünschte Endform spielt eine wesentliche Rolle bei dem erfindungsgemässen Verfahren. Von besonderer Bedeutung ist, dass bei der Formgebung die Konsistenz nicht derart verändert wird, dass die Granulierung beeinträchtigt wird. Das Formwerkzeug wird auf eine bestimmte Temperatur durch eine geeignete Führung des Temperiermediums gehalten. Weiterhin ist die konstruktive Ausführung dem Fliessverhalten des zu granulierenden Stoffes gegebenenfalls anzupassen. 



  Vorteilhaft wird das geformte Produkt mittels einer am Ausgang des Extruders befindlichen Granuliervorrichtung granuliert. 



  Das zu granulierende Produkt wird gleich nach dem Austritt aus dem Formwerkzeug mithilfe einer geeigneten Kopfgranulation zu Pellets geschnitten. 



  Zweckmässig ist als Formwerkzeug eine an sich bekannte Düsenplatte vorgesehen. 



  Vorteilhaft ist als Granuliervorrichtung eine an sich bekannte Schneidevorrichtung vorgesehen. 



  Eine an sich bekannte als Formwerkzeug dienende Düsenplatte (PCT/CH97/00 353) ermöglicht ein an jedem der auf der ganzen mit Düsenlöchern versehenen Fläche gleichmässiges Formen und Schneiden. 



  Zweckmässig kommt eine an sich bekannte Kopfgranulation mit beheizbarem Düsenkopf zur Anwendung (DE 19 620 753 A1). 



  Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Stoffe für die Matrixbildung und die Stoffe für die disperse Phase separat am gleichen oder an verschiedenen Orten des Extruders eindosiert werden. Weiterhin wird die Schmelztemperatur der dispersen Phase nicht erreicht bzw. nicht überschritten, sodass ein schneidfähiger Extruderstrang erzeugt wird.

Claims (13)

1. Verfahren zur Granulation von Additiven, insbesondere für organische Polymere, mittels eines Einwellen-, eines Zweiwellen- oder eines Mehrwellenextruders, wobei die Granulate aus einem oder mehreren Additiven bestehen (Mono- und/oder Blendgranulate) und die Granulate eine Matrix sowie eine disperse Phase aufweisen und die Matrix und die disperse Phase aus demselben Stoff oder aus mindestens zwei verschiedenen Stoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass - der/die Stoff/e für die Matrixbildung eindosiert wird/werden, - der/die Stoff/e für die disperse Phase eindosiert wird/werden, - die Stoffe für die Matrixbildung aufgeschmolzen und die Stoffe für die Bildung der dispersen Phase in die aufgeschmolzenen Matrixstoffe eingemischt werden, - das vermischte Produkt für die Formbildung und die Granulation konditioniert wird,

- das konditionierte Produkt geformt wird und - das Produkt abschliessend granuliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Additiv organisch ist und/oder mindestens ein Additiv mindestens zu 5% bis 100% aufgeschmolzen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur und/oder die Schmelztemperatur des/der matrixbildenden Additive/s tiefer als die Erweichungstemperatur und/oder die Schmelztemperatur des/der die disperse Phase bildeten Additive/s liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der/die matrixbildende Stoff/e und der/die Stoff/e für die disperse Phase gleichzeitig in den ersten Abschnitt des Extruders eindosiert werden.

5.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der/die matrixbildende Stoff/e in den ersten Abschnitt und der/die Stoff/e für die disperse Phase hinter dem ersten Abschnitt des Extruders eindosiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen der die Matrix bildende Stoffe mittels einer geeigneten Schneckenkonfiguration und einer geeigneten Temperaturführung der Extruderabschnitte erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die matrixbildenden Stoffe vor dem Aufschmelzen distributiv vermischt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Entgasung der Wasser- und Gasgehalt in dem zu bearbeitenden Produkt reduziert wird.

9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das konditionierte Produkt mittels eines hinter der/den Extruderschnecke/n angeordneten Formwerkzeuges geformt wird, wobei die für die Granulation erforderlichen physikalischen Eigenschaften nicht verändert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das geformte Produkt mittels einer am Ausgang des Extruders befindlichen Granuliervorrichtung granuliert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Formwerkzeug eine Düsenplatte vorgesehen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Granuliervorrichtung eine Schneidevorrichtung vorgesehen ist.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopfgranulation mit beheizbarem Düsenkopf zur Anwendung kommt.