DE2917321A1

DE2917321A1 - Verfahren zum abtrennen des polymeren aus einem waessrigen latex

Info

Publication number: DE2917321A1
Application number: DE19792917321
Authority: DE
Inventors: Karl August Dipl Chem Dr Jung; Hartmut Schikowsky; Heinz Dr Vetter
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1979-04-28
Filing date: 1979-04-28
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE2917321C2

Description

Verfahren zum Abtrennen des Polymeren aus einem
wäßrigen Latex Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung des Polymeren aus einem wäßrigen Latex eines thermoplastischen Polymeren durch Koagulation des Latex und Abscheidung der Wasserphase. Während die Wasserabscheidung im Labormaßstab durch Filtration möglich ist, stellt sie im technischen Maßstab ein Problem dar. Uin ein mehrstufiges Verfahren mit den getrennten Schritten der Koagulation, der Filtration und des Aufschmelzens des Koagulats zu einer homogenen Formmasse zu vermeiden, hat man schon die Wasserphase des Latex in einem Entgasungsextruder verdampft und die Polymerisatphase als geschmolzene Formmasse ausgetragen. Ein derartiges Verfahren ist z.B. in der GB-PS 874805 beschrieben. Die dabei erzeugte Formmasse enthält dann alle nicht-flüchtigen Bestandteile der Wasserphase, insbesondere Emulgiermittel und Salze, die z.B. aus den bei der latexherstelluag verwendeten Persulfat-Initiatoren stammen können.
Diese Nachteile werden bei dem Verfahren der DE-OS 22 43 696 vermieden. Nach der Koagulation des Latex in einem Extruder wird die Wasserphase größtenteils in flüssiger Form ausgepreßt und nur die zurückbleibenden Reste verdampft. Auch bei diesem Verfahren bleiben immernoch störende Frengen an Fremdstoffen in der Formmasse zurück.
Es bestand die Aufgabe, das Polymere aus einem wäßrigen Latex eines thermoplastischen Polymeren zu koagulieren und die Wasserphase ohne Hinterlassung von störenden Rückstandsmengen der in der Wasserphase gelösten nichtflüchtigen Bestandteile so abzutrennen, daß das Polymere als homogenes Formmassengranulat gewonnen wird. Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem die Wasserphase von der schmelzflüssigen Polymerphase unter Druck abgetrennt wird, wird erfindungsgemäß das durch Koagulieren und Zusammenschmelzen des Koagulats entstandene zweiphasige Gemisch unter 100"C abgekühlt und erst dann die Wasserphase abgetrennt. Sofern das Polymere nicht schon in Form eines Granulats oder dünner Strangabschnitte anfällt, wird es mechanisch auf eine leicht siebbare bzw. filtrierbare Form zerkleinert.
Das kleinteilige Polymere läßt sich leicht und vollständig mit an sich bekannten Methoden von der Wasserphase trennen, z.B. abfiltrieren, absieben oder abschleudern.
Mit besonderem Vorteil wird das Gemisch aus dem schmelzflüssigen Polymeren und der Wasserphase durch Zumischen von Wasser mit einer Temperatur unter 1000C abgekühlt.
Zweckmäßigerweise wird Wasser von Raum- oder Brunnentemperatur verwendet. Besonders vorteilhaft ist eine Arbeitsweise, bei der das zugesetzte Wasser die Wasserphase des Gemisches verdrängt und zugleich mit der Ab- kühlung das Polymerisat gewaschen, d.h. von den nichtflüchtigen Inhaltsstoffen der Wasserphase befreit wird. Eine solche Waschung kann jedoch auch nach der Abtrennung der Wasserphase durchgeführt werden.
Die Koagulation des wäßrigen Latex kann bei einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Polymeren durchgeführt oder eingeleitet werden, z.B.
durch hohe Scherkräfte oder durch Zusatz von Koaguliermitteln bei Raumtemperatur. In diesem Verfahrensabschnitt kann das Verfahren bei atmosphärischem Luftdruck durchgeführt werden. Um das Polymerisat in eine homogene Formmasse umzuwandeln, muß es auf eine Temperatur in seinem thermoplastischen Zustandsbereich erwärmt werden. Da diese Temperatur in jedem Falle oberhalb des Siedepunktes des Wassers unter Normaldruck liegt, muß bei dieser Verfahrensstufe über atmosphärischer Druck herrschen. Bis zur Abtrennung der Wasserphase muß in jedem Verfahrensabschnitt ein Druck aufrechterhalten werden, bei dem insgesamt höchstens ein Teil, im allgemeinen der kleinere Teil der Wasserphase verdampft. Bei der bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird bis zur erfolgten Abkühlung gar kein Wasser verdampft. In der Regel wird die Koagulation von Beginn an bei einer Temperatur im thermoplastischen Zustandsbereich des Polymeren und unter einem Druck oberhalb des der Temperatur entsprechenden Wasserdampfdruckes durchgeführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Latex durch Erhitzen und/oder Scheren in einer Schneckenpresse mit einer oder mehreren Schnecken koaguliert.
Gleichzeitig kann weiteres Polymerisat, gegebenenfalls von anderer Zusammensetzung, in Form eines Granulats oder einer Schmelze in die Schneckenpresse eingeführt und mit dem Koagulat vermischt werden. Das Polymere oder Polymerengemisch wird zu einer Formmasse aufgeschmolzen, die von Einschlüssen der Wasserphase durchsetzt ist. In der Schneckenpresse herrscht ein Druck, der im allgemeinen weit über dem Wasserdampfdruck liegt. Die Entspannung dieses Druckes kann in mehreren Stufen vonstatten gehen. Man kann das zweiphasige Gemisch aus dem Extruder durch eine Lochplatte unter teilweiser Entspannung in eine Druckkammer eintreten lassen, worin das Gemisch abgekühlt wird. Dabei kann gegebenenfalls ein Teil der Wasserphase unter Abkühlung der Formmasse verdampfen. Zur weiteren Abkühlung läßt man zweckmäßig kaltes Wasser auf die aus der Lochplatte austretenden Formmassenstränge strömen. Die Druckkammer kann teilweise oder vollständig mit Wasser gefüllt sein.
Durch äußere Kühlung kann die Wassertemperatur in der Druckkammer niedrig gehalten werden.
Wenn das ausgepreßte Gemisch von Wasserblasen durchsetzt ist, werden durch die Lochplatte überwiegend nur kurze Strangabschnitte ausgetragen, die mit dem Wasser fortbewegt werden. Häufig entmischt sich die zweiphasige Masse schon vor der Lochplatte, so daß die Wasserphase und die Formmasse durch verschiedene Löcher austreten.
Dabei entstehen kontinuierliche Formmassenstränge.
Mittels einer mechanischen Schlagvorrichtung können die abgekühlten Stränge kurz nach ihrer Entstehung weiter in kleine Granulatteilchen zerlegt werden, die leicht abzusieben, zu waschen und zu trocknen sind und unmittelbar als handelsfähige Formmasse verwendet werden können.
Das Wasser in der Druckkammer wird, um eine Anreicherung der aus der Wasserphase des Gemisches stammenden Inhal.tsstoffe zu vermeiden, laufend über ein Ventil abgeführt und durch reines Wasser ersetzt. Die erwünschte Betriebstemperatur kann allein durch den Kaltwasserzusatz ohne äußere Kühlung dauernd aufrechterhalten werden.
Obwohl in der Druckkammer normalerweise eine Temperatur unter 100"C herrscht, ist es zweckmäßig, darin einen überatmosphärischen Druck aufrechtzuerhalten. Der Druck soll so hoch sein, daß aus dem in die Kammer eintretenden Gemisch in der Zeit bis zur Abkühlung höchstens ein Teil des Wassers verdampft, weil sonst die dabei zurückbleibenden Rückstände später nicht mehr vollständig von der Wasserphase aufgenommen würden. Der Druck in der Kammer darf deshalb einen Wert von etwa dem Wasserdampfdruck bei der Eintrittstemperatur des zweiphasigen Gemisches nicht wesentlich unterschreiten.
Bei ausreichender Größe der Druckkammer kann das kleinteilige Polymerisat in ihrem unteren Teil angesammelt und in Abständen entleert werden. Bei vollkontinuierlichem Betrieb wird es laufend über eine Druckschleuse entnommen, z.B. wird das Gemisch aus dem kleinteiligen, abgekühlten Polymerisat und Wasser durch ein geeignetes Entspannungsventil geleitet und dann durch Absieben oder Abschleudern von der Wasserphase getrennt.
Das von der Wasserphase abgetrennte, feinteilige Polymergranulat kann nochmals mit Wasser gewaschen werden und wird anschließend getrocknet.
Das Verfahren der Erfindung kann zur Gewinnung von Formmassen aus dem wäßrigen Latex von beliebigen thermoplastischen Polymeren dienen. Geeignet sind besonders Polymere mit einer Erweichungstemperatur oberhalb 100°C, beispielsweise im Bereich von 105 bis 1400C. Der thermoplastische Zustandsbereich erstreckt sich vorzugsweise von 120 bis 3000C. Insbesondere werden Latices von mehrstufig hergestellten Polymerisaiten, z.B. Pfropfmischpolymerisaten erfindungsgemäß verarbeitet. Geeignete Latices werden in bekannter Weise durch Emulsionspolymerisation von Vinylmonomeren, wie Butadien, Isopren, Styrol, Alkylestern der Acryl-oder Methacrylsäure, Acryl- oder blethacrylnitril oder Vinylestern aliphatischer Carbonsäuren erzeugt. Dabei wird häufig in einer ersten Polymerisationsstufe ein gegebenenfalls vernetztes Polymerisat mit einer unter OOC liegenden Erweichungstemperatur und in einer zweiten Stufe durch Pfropfpolymerisation ein hartes thermoplastisches Polymerisat erzeugt.
Die daraus gewonnenen Formmassen ergeben besonders schlagzähe Formkörper.
Beispiel A. Herstellung eines Latex In einem 2 l-Wittschen Topf, der mit Rührer und Kontaktthermometer versehen ist, werden 230 g destilliertes Wasser, 0,36 g Natriumdodecylsulfat und 0,08 g Kaliumperoxidisulfat vorgelegt und auf 85"C erhitzt. Sodann wird innerhalb von 4 Stunden eine Emulsion aus 280 g Wasser, 0,4 g Natriumdodecylsulfat, 0,22 g Kaliumperoxidisulfat, 311 g n-Butylacrylat, 56 g Styrol, 28 g Methylmethacrylat und 4 g Glykoldimethacrylat zugetropft. Anschließend wird eine Emulsion aus 280 g Wasser, 400 gMethylmethacrylat, 0,4 g Natriumdodecylsulfat und 0,22 g Kaliumperoxidisulfat innerhalb von 2 Stunden allmählich zugegeben.
Es entsteht eine koagulatfreie Dispersion von ungefähr 50 t Feststoffgehalt.
B.- Abtrennung der Polymerphase aus dem Latex Das Verfahrensschema ist in Figur 1 dargestellt.
Der gemäß A hergestellte Latex wird direkt nach der Polymerisation, ungekühlt, mit ca. 850C über eine Pumpe 1 mit einer Menge von 7 kg/h in den Zylinder eines Leistritz-Doppelschneckenextruders eingespeist.
Der Schneckendurchmesser D beträgt 34 mm. Der Zylinder hat eine Länge. von 24 D und eine Temperatur von 2200C.
Der Emulgator verliert durch die Hitze teilweise seine Wirksamkeit. Um die Koagulation zu beschleunigen, wird n1 über die Pumpe 3 ca. 5 Gew.-t AMpniumacetat zugepumpt.
Die Polymerteilchen kleben aneinander und bilden eine Schmelze, die von den Flanken der Schnecke gefördert wird. Die Schmelze wird in den Ringkanal einer Ringlochdüse 4 gepumpt. Diese Düse hat ebenfalls 220"C.
Sie ist im Kopf eines Druckbehälters 5 zentrisch angeordnet. In der Mitte der Ringlochdüse ist eine Rotorwelle 6 druckdicht aus dem Druckbehälter herausgeführt.
Die Messer 7 des Rotors schneiden die aus der Düse austretenden Stränge in Granulat, wie es von marktgängigen Heißabschlaggranulatoren bekannt ist. Der Druckbehälter wird mit Stickstoff über die Regeleinrichtung 8 mit 24 bar beaufschlagt. Bei einer Schmelzetemperatur von 220"C entspricht dies gerade dem Wasserdampfdruck, so daß das begleitende oder in der Schmelze eingeschlossene Wasser nicht verdampft. Wasser und Granulat sammeln sich im unteren Teil des Druckbehälters. Uber grobe Filter 9 wird Wasser aus dem Bodenbereich des Druckbehälters mit der Pumpe 10 abgesaugt, durch einen IWårmetauscher 11 geleitet dabei auf ca. 600C abgekühlt und dem Druckbehälter über einen Ringkanal 12 wieder zugeleitet.
Der Ringkanal verteilt das zugeführte Wasser so, daß sich ein gleichmaßiger Rieselfilm 13 über den Innenumfang des Druckbehälters einstellt, dieser verhindert das Ankleben der vom Schneidrotor abgeschleuderten Granulatteilchen an der Wand. Der untere Teil des Druckbehälters ist als Trichter ausgebildet. Ober eine Niveaumeßeinrichtung 14 wird das Bodenventil 15 je nach Füllgrad geöffnet und geschlossen. Über eine Förderrinne 16 mit Siebboden wird das Wasser vom ausgetragenen Granulat getrennt. Aus den Sprühdüsen 17 wird das Granulat nochmals mit Frischwasser gewaschen. Ein Teil des abgetrennten Wassers wird mit der Pumpe 18 dem Kreislaufwasser im Druckbehälter wieder zugeführt.
Das so gewonnene Granulat enthält weniger als 10 % des für die Latexherstellung eingesetzten Dispergiermittels. Leerseite

Claims

Verfahren zum Abtrennen des Polymeren aus einem wäßrigen Latex Patentansprüche X Verfahren zum Abtrennen des Polymeren aus einem wäßrigen Latex eines thermoplastischen Polymeren durch Koagulation des Latex unter Bildung eines zweiphasigen Gemisches mit einer Temperatur im thermoplastischen Zustandsbereich des Polymeren und einem Druck oberhalb des WasserdampEdruckes bei der herrschenden Temperatur, Abscheidung der Wasserphase aus dem Gemisch, Entspannung und Abkühlung der thermoplastischen Polymerphase, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiphasige Gemisch unter einem Druck, bei dem höchstens ein Teil des Wassers verdampft, unter 100°C abgekühlt, das Polymere gegebenenfalls mechanisch zerkleinert und die Wasserphase in flüssiger Form von dem abgekühlten Gemisch abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das zweiphasige Gemisch durch Zumischen von Wasser von weniger als 100°C abgekühlt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerphase durch Zugabe von Wasser während oder nach der Abtrennung der Wasserphase gewaschen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Latex durch Erhitzen und/oder Scheren des Latex in einer Schneckenpresse koaguliert wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiphasige Gemisch in mehreren Stufen entspannt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiphasige Gemisch beim Austritt aus der Schneckenpresse teilweise entspannt, unmittelbar danach durch Zugabe von Wasser mit einer Temperatur unter 1000C abgekühlt und gegebenenfalls mechanisch zerkleinert wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch vor dem Abfiltrieren oder Absieben der Wasserphase entspannt wird.