DE2304361A1

DE2304361A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen und aufbereiten von in fluessiger phase gewonnenen kunststoffen

Info

Publication number: DE2304361A1
Application number: DE2304361A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Ing Ocker
Original assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Current assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Priority date: 1973-01-30
Filing date: 1973-01-30
Publication date: 1974-08-08

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen und Aufbereiten von in fliissiaer phase gewonnenen Kunststoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und Aufbereiten von in flüssiger Phase - insbesondere durch Fällungspolymerisation - gewonnenen Kunststoffen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Fällungspolymerisation wird das zu polymerisierende Monomere in ein Lösungsmittel eingebracht, in dem das Monomere, nicht aber das Polymere löslich ist. Dieser Lösung wird eine Katalysatorsuspension zugegeben, die die Reaktion einleitet. Das sich bildende Polymere fällt aus der Lösung in Form von Flocken, Pulver oder Gel aus. Nachdem die Katalysatoren durch Lösungsmittel zersetzt worden sind, wird das Polymerisat abfiltriert oder abzentrifugiert. Anschließend werden dann mit Wasserdampf die Lösungsmittelreste, die teilweise hartknäckig am Polymerisat haften, ausgetrieben. Das im Polymerisat enthaltene Wasser muß dann durch thermische Trocknung entfernt werden.
Es ist bekannt, so gewonnene Kunststoffe in Schneckenmaschinen aufzubereiten, d. h. sie zu homogenisieren, ggfs. einzufärben und mit Zusatzstoffen zu vermischen und sie anschließend durch Lochplatten auszupressen und zu granulieren.
Ferner ist eine mehrwellige Schneckenmaschine zum Verdampfen flüchtiger Bestandteile aus plastischen, elastischen oder zähflüssigen Stoffen bekannt, die aus einem trogartigen, heizbaren Gehäuse mit einem Abdampfungsschacht besteht, in welchem Gehäuse vier Schnecken angeordnet sind, von denen jeweils die beiden äußeren zu Paaren zusammengefaßt sind, die aus gleichsinnig rotierenden, ineinandergreifenden Einzelschnecken bestehen (DT-PS 1 111 154>.
Der bekannte Weg vom aus der Lösung ausgefällten Polymerisat zum für die Endverarbeitung fertigen Kunststoffgranulat ist umständlich und aufwendig. Er erfordert einen grossen apparativen Aufwand und hohe Energiekosten. Zwischen dem Trocknungsvorgang und der Aufbereitung in Schneckenmaschinen ist ferner eine Zwischenlagerung erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, den geschilderten Aufwand zu verringern und,unter Vermeidung einer getrennten thermischen Trocknungsstufe, ein praktisch von Lösungsmittel und von Wasser vollkommen freies und fertighomogenisiertes Produkt zu erhalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der in Form von flockigem oder körnigem Produkt aus der Reaktion anfallende Kunststoff in einer kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge von einem größeren, mechanisch abscheidbaren Anteil an Dispergier- oder Lösungsmittel getrennt wird und dann einer an sich bekannten mehrwelligen Verdampfer-Schneckenmaschine zugeführt wird, die mit mindestens drei aufeinanderfolgenden und gegeneinander und gegen die Atmosphäre abgedichteten Entgasungszonen versehen ist, in denen unter- jeweils stufenweise weiter erniedrigtem Druck und unter gleichzeitiger Zuführung von mechanischer und Wärmeenergie das Dispergier- oder Lösungsmittel praktisch vollständig entfernt wird, wobei gleichzeitig der Kunststoff in der Schneckenmaschine unter Knet- und Scherwirkung fertig homogenisiert wird.
Soll der Kunststoff eingefärbt oder mit irgendwelchen Zusatzstoffen versehen werden, so kann dies gleichzeitig nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung durchgeführt werden, indem dem aufzubereitenden Kunststoff eine Farbkonzentratmischung und/oder sonstige Zusatzstoffe mittels einer in die Einfüllöffnung der Verdampfer-Schneckenmaschine eindosierenden Bandwaage zugegeben und durch die Dispergierwirkung der Schnecken gleichmäßig im Kunststoff verteilt und in diesen eingearbeitet werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß, neben der Einsparung des sehr teuren thermischen Trockners und des nach ihm zum Kühlen des Polymerisats erforderlichen Kühlers, sowie der Silos für die Zwischenlagerung, auch der erforderliche Platzbedarf für die gesammte Anlage ganz erheblich vermindert wird. Dadurch daß die Kunststoffmasse schon homogenisiert wird, während sie noch zu verdampfende Flüssigkeitsanteile enthält, kann sie erheblich stärker mechanisch beansprucht werden, ohne daß dies zu einer unzulässigen Temperaturerhöhung und damit zur thermischen Schädigung des Kunststoffes führt. Der Kunststoff kann sehr vollkommen homogenisiert werden bei viel niedrigeren Temperaturen als es bisher möglich wart.
Das Verfahren wird anhand zweier erfindungsgemäßer Vorrichtungen, mit denen es sich vorteilhaft durchführen läßt und die in der Zeichnung dargestellt sind, im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Trocknen und Aufbereiten von Kunststoffen, Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Trocknen und Aufbereiten von Kunststoffen im Längsschnitt, Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1 gemäß Linie III-III und Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt gemäß Linie IV-IV durch die Vorrichtung nach Fig. 2.
Aus einem hier nicht dargestellten Reaktionsgefäß gelangt das in Lösungsmittel suspendierte Polymerisat (Pfeil A in Fig. 1) über eine Leitung 1 in eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge 2. In der Zentrifuge wird das Polymerisat vom größten Teil des Dispergier- oder Lösungsmittels getrennt und gelangt (Pfeil B) über eine Schneckenfördereinrichtung 3 in die Einfüllöffnung 4 einer Verdampfer-Schneckenmaschine 5. Ein Pfeil C deutet dies an. Über eine Leitung 6 wird das in der Zentrifuge 2 vom Polymerisat abgetrennte Dispergiermittel abgeführt (Pfeil D) und über eine nicht dargestellte Reinigungsanlage wieder dem Polymerisationsprozess zugeführt.
Die Verdampfer-Schneckenmaschine besteht aus einem aus Teilstücken 7a bis 7f zusammengesetzten Gehäuse, in dem zwei Schneckenpaare 8, 8a und 9, 9a (siehe auch Fig. 3 und Fig. 4) angeordnet sind. Die beiden Schnecken je eines Schneckenpaares haben die gleiche Steigung und Drehrichtung.
Sie sind ineinandergreifend und streifen die Gehäusewandung und sich gegenseitig ab. Der Drehsinn der Schnecken geht aus den Pfeilen F in Fig. 3 hervor. Das Schneckenpaar 9, 9a dreht in entgegengesetztem Sinn zum Schneckenpaar 8, 8a.
Drei in Förderrichtung aufeinanderfolgende Entspannungskammern 11, 12 und 13 bilden zusammen mit dem Gehäuse der Schneckenmaschine und mit den Schneckenwellen drei voneinander unabhängige Entgasungszonen. Der von den Schnecken durch das Gehäuse geförderte zähflüssige Kunststoff wird vor und nach jeder Entspannungskammer durch die Schnecken unterbrechende Elemente aufgestaut. Im dargestellten Beispiel sind dies vor der ersten und der zweiten Entspannungskammer Blöcke von gegeneinander versetzten Knetscheiben 14 und 15, die sich gegenseitig und das Gehäuse dichtend abstreifen. Zwischen den Entspannungskammern 12 und 13 bewirkt ein Schneckenelement gegenläufiger Steigung 16 den Materialaufstau,während nach der letzten Entspannungskammer 13 der Kunststoffstrom durch Schneckenelemente 17, die in gleicher Richtung wie die normalen Schneckenelemente 18 fördern, aber eine geringere Steigung als diese haben, aufgestaut. Der Stau kann noch durch eine am Austragsende der Verdampfer-Schneckenmaschine vorgesehene Lochplatte 19 erhöht werden.
Jede der solchermaßen gegeneinander und gegen die Einlaß-und Auslaßöffnung abgedichteten Entspannungskammern ist über eine Leitung 20 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden (siehe Pfeil J in Fig. 3). Entsprechend den immer geringer werdenden und immer schwieriger zu entfernenden Dispergiermittelmengen wird das Vakuum von einer zur nächsten Entspannungskammer weiter abgesenkt. Das heißt, der niedrigste Druck herrscht in der Entspannungskammer 13.
Im Bereich der Entspannungskammern sind die Gehäuseteilstücke 7b, 7d und 7e nach oben offen (siehe Fig. 3), während sie in den restlichen Bereichen die Schneckenwellen rundherum eng umschließen (siehe Fig. 4). Die Entspannungskammern sind mit den zugehörigen Gehäuseteilstücken druckdicht verbunden. In jedem Gehäuseteilstück vorgesehene Kanäle 21 dienen dem Durchtritt eines flüssigen oder dampfförmigen Temperiermediums.
Eine lediglich in Fig. 1 schematisch dargestellte Granuliereinrichtung 22 zerschneidet die aus der Lochplatte 19 austretenden Kunststoffstränge in Granulatkörner.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung entspricht im wesentlichen der Vorrichtung nach Fig. 1. Die Bezugszeichen haben deshalb auch dieselbe Bedeutung. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine Bandwaage 25 auf, die in einen Trichter 26 eingegebene Farb- oder sonstige Zusatzstoffe in die Einfüllöffnung 4 der Verdampfer-Schneckenmaschine 5 eindosiert (Pfeil G).
Die hier eingegebenen Zusatzstoffe werden über die ganze Länge der Schneckenmaschine mit dem Kunststoff vermischt und gründlich in ihn eingearbeitet. Die gesamte Dispergierwirkung der Schneckenmaschine wird ausgenutzt. Dies kommt vor allem für schwierig einzumischende Zusatzstoffe in Frage, beispielsweise für in geringen Mengen einzumischende anorganische Farbstoffe.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Längsachse durch die Schneckenmaschine 5 im Bereich der zweiten Entspannungskammer 12.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine andere Möglichkeit der Zugabe von Zusatzstoffen. Eine nach der Entspannungskammer 13 an das Gehäuseteilstück 7e angeschlossene Zusatzschneckeneinrichtung fördert die in ihre Einfüllöffnung 29 eingegebenen Farb- oder Zusatzstoffe (Pfeil H) durch eine öffnung 30 in das Innere der Verdampfer-Schneckenmaschine. Die bis zum Austragsende verbleibende Schneckenlänge genügt bei leicht einzumischenden Zusatzstoffen für eine gute Dispergierung im Kunststoff.
Dieses Verfahren kommt insbesondere für gegen mechanische und thermische Einwirkung empfindliche Stoffe in Frage.
Beispiel Eine Dispersion von isotaktischem Polypropylen in Heptan, mit einem Lösunssmittelanteil von 85 bis 96 %, wird in die Zentrifuge 2 gegeben. Aus der Zentrifuge gelangt Polypropylen mit 20 bis 40 % Lösungsmittel und mit einer Temperatur von etwa 200 C über die Schneckenfördereinrichtung 3 in die Einfüllöffnung der Verdampfer-Schneckenmaschine. Das Gehäuse der Schneckenmaschine wird durch Dampf- oder ölheizung auf einer Temperatur von 200 bis 2500 C gehalten.
Das zu verarbeitende Gemisch kann aufgrund der Einleitung mechanischer Energie durch die Schnecken noch etwas stärker erwärmt werden. Je nach Ausgangsstoff und geforderter Endqualität schwankt die Arbeitstemperatur von etwa 170 bis etwa 2700 C.
In der ersten Entspannungskammer 11 herrscht ein gegenüber dem Druck im Material verringerter Druck von etwa 760 Torr.
Nach Austritt aus dieser Stufe enthält die Mischung noch einen Anteil von 4 bis 8 % Lösungsmittel. In der zweiten Entspannungskammer 12 wird ein Unterdruck von etwa 200 Torr aufrechterhalten. Am Austritt aus dieser Zone enthält die Mischung noch einen Lösungsmittelanteil von 1 bis 2 %. In der letzten Entspannungskammer 13 herrscht ein Unterdruck von etwa 20 Torr und nach Verlassen dieser Verdampfungszone liegt der Lösungsmittelanteil im Polymerisat bei etwa 0,5 t. Beim Austritt der warmen und unter Druck ausgepreßten Kunststoff stränge aus der Lochplatte 19 tritt noch eine zusätzliche geringe Verdampfung von Lösungsmittel ein so daß der Endgehalt sicher unter 0,5 % Lösungsmittel, bezogen auf die Gesamtmenge, liegt.
Weitere Beispiele Als weitere Beispiele für nach diesem Verfahren zu trocknende und aufbereitende Kunststoffe seien folgende genannt: Niederdruck-Polyäthylen, nach Ziegler hergestellt, Lösungsmittel: Dieselöl Polypropylen, Lösungsmittel: Dieselöl Styrol, Lösungsmittel: Methanol Vinyl- und Acrylester, Lösungsmittel: Paraffine Die Verfahrensdaten liegen etwa in den beim ersten Beispiel angegebenen BereIchen. Die jeweils optimalen Werte können durch einfache Versuche ermittelt werden.
Bei sehr schwierig zu entfernenden Lösungsmittelresten kann es erforderlich werden, noch in einer oder maximal zwei weiteren Zonen zu entgasen, ohne aber den prinzipiellen Gang des Verfahrens oder der Vorrichtung zu ändern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Trocknen und Aufbereiten von durch Suspensionspolymerisation gewonnenen Kunststoffen eingesetzt werden. Als Beispiele seien Polystyrol und Polyvinylchlorid genannt. Als Dispergiermittel dient hier Wasser, das nach der Polymerisation von dem Produkt abgetrennt werden muß.
Ferner kann das Verfahren zum Trocknen und Aufbereiten von durch Emulsionspolymerisation gewonnenen Kunststoffen eingesetzt werden, bei denen Emulgatoren und Ratalysatoren durch Wasser ausgewaschen oder durch Wasserdampf ausgetrieben werden. Dieses Wasser muß dann ebenfalls vom Produkt möglichst vollständig entfernt werden. Als Beispiele seien hier nur Polymerisate von Methacryl- und Vinylätherverbindungen genannt.
-Patentansprüche-

Claims

Patentansprüche /'3 Verfahren zum Trocknen und Aufbereiten von in flüssiw/ ger Phase - insbesondere durch Fällungspolymerisation -gewonnenen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der in Form von flockigem oder körnigem Produkt aus der Reaktion anfallende Kunststoff in einer Zentrifuge von einem größeren, mechanisch abscheidbaren Anteil an Dispergier- oder Lösungsmittel getrennt wird und dann einer an sich bekannten mehrwelligen Verdampfer -Schnekkenmaschine zugeführt wird, die mit mindestens drei aufeinanderfolgenden und gegeneinander und gegen die Atmosphäre abgedichteten Entgasungszonen versehen ist, in denen unter jeweils stufenweise weiter erniedrigtem Druck und unter gleichzeitiger Zuführung von mechanischer und Wärmeenergie das Dispergier- oder Lösungsmittel praktisch vollständig entferntwird, wobei gleichzeitig der Kunststoff in der Schneckenmaschine unter Knet- und Scherwirkung fertig homogenisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem aufzubnreitenden Kunststoff eine Farbonzentratmischung und/oder sonstige Zusatzstoffe mittels einer in die Einfüllöffnung der Verdampfer-Schneckenmaschine eindosierenden Bandwaage zugegeben und durch die Dispergierwirkung der Schnecken gleichmäßig im Kunststoff verteilt und in diesen eingearbeitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem aufzubereitenden Kunststoff eine Farbkonzentratmischung und/oder sonstige Zusatzstoffe mittels einer an die Verdampfer-Schneckenmaschine nach der letzten Entgasungszone angeschlossenen Zusatzschneckeneinrichtung zugegeben und in der letzten Schnecken zone gleichmäßig im Kunststoff verteilt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der behandelte Kunststoff nach der Trocknung und Aufbereitung durch eine an die Auslaßöffnung der Verdampfer-Schneckenmaschine angeschlossene Lochplatte ausgepreßt und die austretenden Kunststoffstränge mittels einer mit der Lochplatte zusammenwirkenden Granuliereinrichtung zerschnitten werden.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine der mechanischen Vorabscheidung von Lösungs- bzw. Dispergiexmittel dienenden und über eine Förderschnecke (3) mit der Ein.ülldffnung (4) einer an sich bekannten mehrwelligen Verdampfer-Schneckenmaschine (5) verbundenen, kontinuierlich arbeitenden Zentrifuge (2), durch Ausbildung von drei aufeinanderfolgenden Entgasungszonen mittels an die Verdampfer-Schneckenmaschine druckdicht angeflanschter und mit Vakuumpumpen verbundener Entspannungskammern (11, 12 und 13) und durch Abdichtung der Entgasungszonen gegeneinander und gegen die Einfüll- und Auslaßöffnung der Schneckenmaschine mittels auf den Schneckenwellen (8, 8a, 9, 9a) bzw. am Gehäuse vorgesehener Aufstauelemente (14, 15, 16, 17).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufstauelemente vor jeder der drei Entspannungskammern (11, 12 und 13) auf den Schneckenwellen angeordnete und sich gegenseitig sowie das Gehäuse abstreifende Knetscheibenblöcke (14, 15 und 16) und als Aufstauelemente nach der dritten Entspannungskammer (13) Schneckenabschnitte (17) geringerersteigung als die der sonstigen Schneckenabschnitte vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine mit der Einfüllöffnung der Verdampfer-Schneckenmaschine verbundene und in diese hinein fördernde Bandwaage (25).
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine an eine nach der dritten Entspannungskammer (13) im Gehäuse 7e) der Verdampfer-Schneckenmaschine vorgesehenen öffnung (30) angeschlossene und in diese hinein fördernde Zusatzschneckeneinrichtung (28).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine an der Auslaßöffnung der Verdampfer-Schneckenmaschine (5) vorgesehenen Lochplatte (19) und eine die aus dieser Lochplatte austretenden Kunststoffstränge zerschneidenden Granuliereinrichtung (22).

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