EP1045929A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von faserstoffen aus thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von faserstoffen aus thermoplastischen kunststoffen

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EP1045929A1
EP1045929A1 EP99904698A EP99904698A EP1045929A1 EP 1045929 A1 EP1045929 A1 EP 1045929A1 EP 99904698 A EP99904698 A EP 99904698A EP 99904698 A EP99904698 A EP 99904698A EP 1045929 A1 EP1045929 A1 EP 1045929A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
edge
melt film
fibers
thermoplastic
Prior art date
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Application number
EP99904698A
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English (en)
French (fr)
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EP1045929B1 (de
Inventor
Gennady Georgievich Volokitin
Vladimir Vasiljevich Bordunov
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Microfaser-Repro-GmbH
Original Assignee
Microfaser-Repro-GmbH
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Publication date
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Priority to SI9930019T priority Critical patent/SI1045929T1/xx
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Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of fibrous materials from thermoplastic materials, in which the thermoplastic material is melted and passed into a rotating reactor to form a melt film and the fibers are formed and stretched on an open reactor edge.
  • the invention further relates to a device for producing fibrous materials from thermoplastic materials with a melting device for the thermoplastic material and a heated rotating reactor for forming a melt film from the molten plastic, which leaves the rotating reactor via an edge of an open side with the formation of fibers.
  • Nonwovens formed from such fibrous materials are used in particular for the absorption of petroleum, petroleum products and heavy metal ions from water.
  • thermoplastic fibers The usual way of producing thermoplastic fibers is by melting the starting thermoplastic and extruding the molten plastic through thin nozzles to form thin radiation-like fibers.
  • the extruded fibers can be made even thinner, while at the same time they are cooled with a special air flow.
  • These processes require a very homogeneous starting thermoplastic, so that in particular the use of recycled plastics is inhomogeneous are and may contain foreign objects. This would clog the nozzles or channels.
  • the extrusion processes also provide that relatively low temperatures, which can be only slightly above the melting temperature, are used in order to make the cooling measures after the extrusion as simple as possible.
  • the processing of secondary raw materials and thermoplastic waste requires processing at higher temperatures that are close to the temperatures of the thermoplastic decomposition.
  • thermoplastic melt to a rotary pot, on the inner wall of which the melt film is formed and the spin-stretching from the melt film is carried out by the formation of fibers on the edge of the pot at a gas which is passed over the melt film at high speed.
  • the reactor is designed in the form of a vertical pot and consists of a cavity and a work surface. Heated gas is fed under pressure to the internal cavity of the reactor and the surface of the melt film. There are slot nozzles on the edge of the pot, through which the melt film is divided into individual jets and flows together with the heated gas. As a result, the rays formed are made thinner and stretched.
  • the invention is based on the object, while avoiding the disadvantages of the known device, of being able to produce thin synthetic fibers which can be formed with higher yield from high-quality raw materials, but also from waste thermoplastics.
  • a method of the type mentioned at the outset is characterized in that the rotating reactor is heated in such a way that the melt film has a temperature close to the decomposition temperature of the thermoplastic and that the reactor is equipped with a Web speed of at least 10 m / s is rotated on its edge.
  • the reactor itself is thus heated, so that the molten thermoplastic is subject to very constant temperature conditions which can be selected for the thermoplastic near the degradation temperature, without the risk that the quality of the plastic is impaired by decomposition processes if this temperature is exceeded locally becomes.
  • fiber formation occurs due to the high rotational speed or the high web speed at the edge of the reactor, as a result of which the cohesive force of the melt film is exceeded, so that the fibers are divided.
  • the use of channels or nozzles prone to blockage can therefore be dispensed with entirely.
  • the fibers stretched at the edge of the rotary pot are expediently stabilized under the action of an air stream, which is preferably conducted transversely to the fiber path.
  • the thermal uniformity in the reactor required for the process according to the invention is supported in a preferred embodiment in that the interior of the reactor is largely closed off by a cover which forms a narrow circumferential gap with the edge.
  • the gases emerging during the heating of the melt film emerge through the gap and have a positive influence on the fiber formation according to the invention.
  • the lid is preferably positioned stationary. It may be expedient if the cover is positioned asymmetrically to the axis of rotation of the reactor to form a circumferential gap with a varying width.
  • melt film of spiral streaks i.e. uneven thicknesses. This can largely be prevented be that the melt film on the inner wall of the reactor is divided by axially extending ribs.
  • a device of the type mentioned at the outset is further characterized according to the invention in that the rotating reactor is heated from the outside and is closed on its open side by a fixed cover except for a circumferential annular gap formed with the edge.
  • the inner wall of the rotating reactor widens conically towards the edge, although the reactor can be cylindrical over most of its axial length.
  • the annular gap can preferably have a width of 15 to 20 mm, it being possible for the annular gap to be formed with a varying width by a cover arranged asymmetrically to the axis of rotation of the rotating reactor.
  • the inner wall of the reactor is provided with axially extending ribs for dividing the melt film, these are preferably triangular with their greatest height at the bottom of the reactor and with their lowest height at the outlet end of the melt film.
  • the ribs preferably extend over the cylindrical part of the reactor and end at the beginning of the conical part.
  • the reactor is brought to its operating temperature from the outside by a heater, which can preferably be a resistance heater, an induction heater or a magnetic induction heater.
  • a heater which can preferably be a resistance heater, an induction heater or a magnetic induction heater.
  • Figure 2 - a plan view of the position of the lid relative to the edge of the reactor
  • Figure 5 two sectional views of a magnetic induction heater.
  • the device shown in FIG. 1 shows, as assemblies, an extruder 1, a device for fiber formation 2, a unit for the precipitation of the finished fiber 3 and a removal device 4.
  • the device for fiber formation 2 consists of a hollow rotating reactor 5, which is heated from the outside with a reactor heater 6.
  • the open side of the reactor 5 is implemented by a conically widened cone 7.
  • An immovable cover 9 is installed in the cone 7 to form an annular gap 8, which cover is fastened by a rod 10 to a feed head 11 of the extruder 1.
  • the immovable cover 9 is arranged eccentrically to the contour of the conically widening cone 7 and is adjustable in its axial position by means of a threaded connection, so that the gap 8 can be adjusted by the cover.
  • Triangular flat ribs 13 extend in the axial direction on the inner wall of the reactor 5. The ribs 13 are located on the entire outer surface of the reactor 5 in its cylindrical part.
  • the reactor 5 is mounted on the end of a hollow shaft 16 which is provided with ball bearings 17.
  • the ball bearings 17 are located in a cooled housing 18.
  • a drive pulley 19 of a belt drive 20 is attached, which runs on the shaft of an asynchronous motor 22 via an output pulley 21.
  • a feed attachment 23 of a feed head 11 runs inside the hollow shaft 16 and has a central opening 24 for the feed of the melting material from the extruder 1 into the reactor 5.
  • the entire device for fiber formation 2 is mounted on a separate frame 32 and set up in a protective chamber 33.
  • An air line 34 connected to a low pressure fan 35 is fastened in the upper part of the protective chamber 33.
  • the low-pressure fan 35 is connected on the outlet side to a gas cleaning device 37 via an air line 36.
  • the extruder 1 has a storage container 39 for a prepared thermoplastic.
  • a drive motor 40 drives a screw 43 of the extruder 1 via a belt drive 41 and a reduction gear 42.
  • the screw 43 is located in a housing with a jacket-shaped heater 38.
  • the device is started up by switching on the reactor heater 6 and the heater 38 as well as the low-pressure fan 35 and the gas cleaning device 37.
  • the extruder 1 is supplied with water for cooling the housing 18.
  • the container 39 of the extruder 1 is filled with the prepared thermoplastic.
  • the drive motor 22 for the rotation of the reactor 5 is switched on and the arrangement is left idling for 15 to 20 minutes to stabilize the operating temperatures.
  • the drive motor 40 of the extruder 1 is started and the drives of the unit for fiber filling 3 and the removal device 4 are switched on.
  • the drive motor 40 brings the worm 43 into rotation via the belt drive 41 and the reduction gear 42.
  • the screw 43 grips the thermoplastic from the container 39 and conveys it to the feed head 11.
  • the material As the material is conveyed through the heated part of the extruder 11, it mixes and melts to a viscosity which corresponds to the thermoplastic viscosity in the region of the degradation temperature.
  • the molten material then enters the reactor 5 through the opening 24 of the attachment 23 and the feed head 11, where the same temperatures are maintained.
  • the melt is distributed over the circumference of the inner wall and, thanks to the centrifugal force, is transported between the ribs 13 to the open end of the reactor 5.
  • the melt By advancing the thermoplastic layer touching the inner surface and the ribs 13, it additionally rises, whereby a thin melt film is produced.
  • the ribs 13 are installed inside the reactor 5, the melt does not move in a spiral, which would happen with a smooth surface, but along the end of the reactor.
  • the inner surface is coated with the melt film much more uniformly, which significantly increases the quality of the melt.
  • the melt film reaches the region of the conically widened cone 7 from the cylindrical part of the reactor 5, its thickness is additionally reduced.
  • the production of the fibrous material in the manner according to the invention is only possible if the linear velocity at the cone edge of the reactor 5 is higher than 10 m / s.
  • the air flow 44 flowing out of the openings 15 of the ring air line 14 influences the fibrous material in the process of stretching.
  • the fibrous material arrives on the assembly line 45 of the unit for fiber precipitation 3. With the aid of the assembly line 45, the fibrous material is conveyed to the removal device 4, where the fibers are shaped into finished goods.
  • the gases produced during the production of the fibrous material are passed from the protective chamber 33 through the air channels 34 and 36 with the aid of the low pressure fan 35 into the gas cleaning device 37.
  • the device described enables the production of the fibrous material from thermoplastics with excellent absorption properties, whereby industrial and household waste can also be used as a raw material.
  • the reactor heater 6, which is constructed on the outside of the reactor 5, can be designed as a resistance heater 25, induction heater 26 or as a magnetic induction heater.
  • these heaters 25, 26 and the reactor 5 with the outer jacket 27 are thermally insulated.
  • the reactor heater 6 is designed as a resistance heater 25, which is located in a heat-resistant ceramic solid housing 28. Between the electrical heater and the protective jacket 27 is a heat insulating material 29, such as kaolin cotton, housed.
  • the variant according to FIG. 4 shows a reactor heater 6 as a coolable induction heater 26, which is accommodated in the protective jacket 27.
  • the space between the heater 26 and the protective jacket 27 is filled with heat-insulating material.
  • the induction heater 26 additionally contains plates 30 made of a ferromagnetic alloy (e.g. Ni-Co), which are fastened along the reactor jacket wall on the outer surface of the reactor 5 and connected to insulated conductors.
  • a ferromagnetic alloy e.g. Ni-Co
  • the starting raw material is premelted in the extruder 1 and stirred, so that a homogeneous melt is formed, the temperature of which is close to the degradation temperature of the polymer.
  • the melt is fed from the extruder 1 to the rotating reactor 5, the wall temperature of which is preheated to a temperature close to the degradation temperature.
  • the melt is distributed evenly on the inner surface by the rotation of the reactor 5.
  • a paraboloid of the rotation is formed, and it moves towards the open side under the influence of centrifugal forces. Since the open side of the reactor 5 is in the form of a diverging cone 7, the thickness of the film decreases in proportion to the enlargement of the side surface. In this way it is possible to get thinner fibers.
  • the film After leaving the edge of the diverging cone 7, the film divides into individual jets which become fiber under the action of the centrifugal force and due to a high rotational speed of the reactor 5.
  • the resulting fiber comes into the air flow 44, which is directed perpendicular to the fibers flying apart and thus forces the fibers into the unit 4 for the fibers to be removed.
  • the fiber lengthens and cools. Since the process of film formation takes place in a practically closed space, a gas medium with an overpressure is created within the reactor 5. This can reduce degradation processes due to lack of air.
  • the use of the method according to the invention makes it possible to carry out high-quality fibers not only with raw materials of one type, but also with a combination of raw materials. This is because the raw material is first melted down and stirred in the extruder 1 and then remains within the reactor 5 for a certain time. As a result, the entire amount is heated uniformly and the viscosity is averaged so that the fiber is produced from a homogenized melt.
  • the reactor 5 In the event of a malfunction, as a result of which the melt does not reach the required viscosity, the reactor 5 is self-cleaning under the action of the centrifugal force.
  • thermal stabilizers in dendritic form, which has free ions, enables rapid suppression of the processes during the degradation of polymers by bringing together free radicals of the broken polymer chains. This results in an increase in the amount of fibers compared to heavy metals, and the emission of pollutants into the environment is reduced.
  • Example 1
  • the fibers produced predominantly have a thickness of 5 to 20 ⁇ m and are wound in braids whose cross-sectional size is in the range from 25 to 100 ⁇ m.
  • the braid contains spherical and drop-like particles, some of which have grown together with the fibers, some of which are isolated from the fibers.
  • the cross sections of these thickenings and the spherical and drop-like particles are in the range from 30 to 200 ⁇ m.
  • the majority of the fibers have a cross section of 1 to 10 ⁇ m.
  • Coarser fibers with a thickness of 20 to 50 ⁇ m with thickenings up to 100 ⁇ m are present. There are also spherical and drop-like particles.
  • the majority of the fibers have a cross section of 1 to 10 ⁇ m.
  • a small number of fibers has a size of up to 20 ⁇ m.
  • the thicker fibers have thickenings with a maximum cross section of 50 to 150 ⁇ m.
  • the existing spherical and drop-like particles have a size of 100 to 400 ⁇ m.
  • the thickness and the porosity of the fiber samples in bulk without compression was determined picnometrically according to the standards GOST 18955. 1-73 using tetrachloride carbon as picnometric liquid and the balance WLR-200, which have a measuring accuracy of + 0.05 mg. The information obtained is shown in Table 1.
  • the absorbency of the fiber patterns for the process of collecting the petroleum and petroleum products from the water level in the repeated use of the substance in the absorption-regeneration cycle was determined according to the following methodology.
  • the initial fiber pattern was allowed to contact the water level, which contained a 3 to 6 mm thick petroleum layer.
  • West Siberian petroleum was used for the tests, and industrial oil I-L-A-10 (GOST 20799-88) and diesel oil of the brand 3-02 (GOST-305-82) were used as the petroleum product.
  • the degree of saturation of the material with the liquids was checked according to the weighing method. Then the sample saturated with petroleum (petroleum product) was thrown at the separation factor 100 ⁇ 3. The content of the petroleum (petroleum products) remaining on the fibers was determined according to GOST 6370-83. Fugate was dewatered with copper sulfate according to GOST 26378.0-84 and then the petroleum content (content of the petroleum product) was determined according to GOST 6370-83. The behavior of the mass was calculated on the basis of the information obtained of the oil soaked up in the given process before and after spinning to the mass of the sample to be checked. The results are shown in Tables 2 and 3.
  • the absorption capacities of the known substances which are used for collecting the hydrocarbons are given (g / g): lignin - 2.2; Peat - 2.6-7.7; Filter pearlite - 7.0-9.2; Asbestos (in case of fibrillation) - 5.8-6.4; Dornit - 1.9-2.5, technical wadding - 7.0-7.2.
  • the investigations carried out on the substances mentioned have shown that they have properties which allow them to be used for the collection of petroleum and petroleum products from the water level.
  • Table 4 shows the absorption capacity of the fiber.
  • the pulp is made on the test device from the polypropylene waste of the brand (21030 - 21060) -60 with the thermostabilizer titanium dioxide with the particle size 3 - 5 ⁇ m with the content 1% mass.

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Abstract

Zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei der thermoplastische Kunststoff geschmolzen und in einem rotierenden Reaktor (5) zur Bildung eines Schmelzefilms geleitet wird und an einer offenen Reaktorkante die Fasern gebildet und gestreckt werden, wird die Faserbildung an der Reaktorkante ohne verstopfungsanfällige Düsen oder Kanäle dadurch bewirkt, daß der rotierende Reaktor (5) so aufgeheizt wird, daß der Schmelzefilm eine Temperatur nahe der Abbautemperatur der thermischen Kunststoffe hat und daß der Reaktor (5) mit einer Bahngeschwindigkeit von wenigstens 10 m/s an seiner Kante gedreht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei denen der thermoplastische Kunststoff geschmolzen und in einen rotierenden Reaktor zur Bildung eines Schmelzefilms geleitet wird und an einer offenen Reaktorkante die Fasern gebildet und gestreckt werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen mit einer Schmelzeinrichtung für den thermoplastischen Kunststoff und einem beheizten rotierenden Reaktor zur Ausbildung eines Schmelzefilms aus dem geschmolzenen Kunststoff, der den rotierenden Reaktor über eine Kante einer offenen Seite unter Ausbildung von Fasern verläßt .
Aus derartigen Faserstoffen gebildete Vliese werden insbesondere für die Absorption von Erdöl, Erdölprodukten und Schwermetallionen aus Wasser verwendet. Für besonders effektive Vliese ist es erwünscht, daß die Fasern eine möglichst geringe Stärke aufweisen.
Die übliche Art der Herstellung von thermoplastischen Fasern erfolgt durch das Einschmelzen des Ausgangs-Thermoplasten und Extrudieren des geschmolzenen Kunststoffes durch dünne Düsen zur Ausbildung dünner strahlenartiger Fasern. Durch
Strecken können die extrudierten Fasern noch dünner gemacht werden, wobei sie gleichzeitig mit einem Spezialluftstrom abgekühlt werden. Diese Verfahren setzen einen sehr homogenen Ausgangs-Thermoplasten voraus, so daß sich insbesondere die Verwendung von Recycling-Kunststoffen, die inhomogen sind und Fremdkörper enthalten können, verbietet. Diese würden nämlich die Düsen bzw. Kanäle verstopfen. Die Extru- sionsverfahren sehen darüber hinaus vor, daß mit relativ niedrigen Temperaturen, die nur wenig oberhalb der Schmelz- temperatur liegen können, gearbeitet wird, um die Abkühlungsmaßnahmen nach dem Extrudieren so einfach wie möglich zu gestalten. Die Verarbeitung von Sekundärrohstoffen und Thermoplastabfällen erfordert hingegen eine Verarbeitung bei höheren Temperaturen, die nahe den Temperaturen der Thermo- plastzersetzung liegen.
Insbesondere aus SU 699 041 ist es bekannt, die Thermoplastschmelze einem Drehtopf zuzuführen, auf dessen Innenwand der Schmelzefilm gebildet und das Spinnstrecken aus dem Schmel- zefilm durch die Bildung von Fasern auf der Topfkante mit einem mit hoher Geschwindigkeit über den Schmelzefilm geleiteten Gas vorgenommen wird. Der Reaktor ist dabei in Form eines senkrecht aufgestellten Topfes ausgeführt und besteht aus einem Hohlraum und einer Arbeitsoberfläche. Aufgeheiztes Gas wird unter Druck dem inneren Hohlraum des Reaktors und der Oberfläche des Schmelzefilms zugeführt. Auf der Kante des Topfes sind Schlitzdüsen vorhanden, durch die der Schmelzefilm in einzelne Strahlen aufgeteilt wird und zusammen mit dem aufgeheizten Gas strömt. Dadurch werden die ge- bildeten Strahlen dünner gemacht und verstreckt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Vorrichtung dünne synthetische Fasern erzeugen zu können, die mit höherer Ausbeute aus Hochqualitätsrohstoffen, aber auch aus Abfall-Thermoplasten gebildet werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Reaktor so aufgeheizt wird, daß der Schmelzefilm eine Temperatur nahe der Abbautemperatur der thermoplastischen Kunststoffe hat und daß der Reaktor mit einer Bahngeschwindigkeit von wenigstens 10 m/s an seiner Kante gedreht wird.
Erfindungsgemäß wird somit der Reaktor selbst geheizt, so daß der geschmolzene Thermoplast sehr konstante Temperaturbedingungen unterliegt, die nahe der Abbautemperatur für den Thermoplasten gewählt werden kann, ohne daß das Risiko besteht, daß durch lokale Überschreitung dieser Temperatur die Qualität des Kunststoffes durch Zersetzungsvorgänge beein- trächtigt wird. Die Faserbildung entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit bzw. der hohen Bahngeschwindigkeit an der Kante des Reaktors, wodurch die Kohäsionskraft des Schmelzefilms überschritten wird, so daß die Aufteilung in die Fasern erfolgt. Auf die Verwendung von verstopfungsanfälligen Kanälen oder Düsen kann daher vollständig verzichtet werden.
Die an der Kante des Drehtopfes verstreckten Fasern werden zweckmäßigerweise unter Einwirkung eines Luftstroms stabili- siert, der vorzugsweise quer zum Faserlauf geleitet wird.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche thermische Gleichmäßigkeit in dem Reaktor wird in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch unterstützt, daß der Innenraum des Reaktors durch einen mit der Kante einen schmalen umlaufenden Spalt ausbildenden Deckel weitgehend abgeschlossen wird. Die bei der Aufheizung des Schmelzefilms austretenden Gase treten durch den Spalt aus und beeinflussen die erfindungsgemäße Faserbildung positiv. Der Deckel ist dabei vorzugsweise ortsfest positioniert. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn der Deckel zur Ausbildung eines umlaufenden Spaltes mit variierender Breite asymmetrisch zur Drehachse des Reaktors positioniert wird.
Bei einer glatten Innenfläche des Reaktors könnte der
Schmelzefilm spiralförmige Schlieren, also ungleichmäßige Dicken, ausbilden. Dies kann weitgehend dadurch verhindert werden, daß der Schmelzefilm auf der Innenwand des Reaktors durch axial verlaufende Rippen unterteilt wird.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist ferner eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Reaktor von außen beheizt und an seiner offenen Seite durch einen feststehenden Deckel bis auf einen mit der Kante gebildeten umlaufenden Ringspalt verschlossen ist.
Zur Verstärkung der Beschleunigung des Schmelzefilms ist es vorteilhaft, wenn sich die Innenwand des rotierenden Reaktors zur Kante hin konisch erweitert, wobei allerdings der Reaktor über den größten Teil seiner axialen Länge zylin- drisch ausgebildet sein kann.
Der Ringspalt kann vorzugsweise eine Breite von 15 bis 20 mm aufweisen, wobei durch einen asymmetrisch zur Drehachse des rotierenden Reaktors angeordneten Deckel der Ringspalt mit einer variierenden Breite gebildet sein kann.
Sofern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Innenwand des Reaktors mit axial verlaufenden Rippen zur Unterteilung des Schmelzefilms versehen ist, sind diese vor- zugsweise dreieckförmig mit ihrer größten Höhe am Boden des Reaktors und mit ihrer geringsten Höhe am Austrittsende des Schmelzefilms ausgebildet. In Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform eines zylindrischen Reaktors, der sich zur offenen Seite hin konisch erweitert, erstrecken sich die Rippen vorzugsweise über den zylindrischen Teil des Reaktors und enden am Beginn des konischen Teils .
Der Reaktor wird von außen durch einen Erhitzer auf seine Betriebstemperatur gebracht, der vorzugsweise ein Wider- Standserhitzer, ein Induktionserhitzer oder ein Magnetinduktionserhitzer sein kann. Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 - schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
Figur 2 - eine Draufsicht auf die Lage des Deckels relativ zur Kante des Reaktors
Figur 3 - zwei Schnittdarstellungen eines Widerstandserhitzers
Figur 4 - zwei Schnittdarstellungen eines Induktionserhitzers
Figur 5 - zwei Schnittdarstellungen eines Magnetinduktionserhitzers .
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zeigt als Baugruppen einen Extruder 1, eine Vorrichtung zur Faserbildung 2, eine Einheit zur Ausfällung der fertigen Faser 3 und eine Abnahmevorrichtung 4.
Die Vorrichtung zur Faserbildung 2 besteht aus einem hohlen rotierenden Reaktor 5, der von außen mit einem Reaktorerhitzer 6 aufgeheizt wird. Die offene Seite des Reaktors 5 ist durch einen konisch erweiterten Kegel 7 ausgeführt. In dem Kegel 7 ist unter Ausbildung eines Ringspaltes 8 ein unbeweglicher Deckel 9 installiert, der durch eine Stange 10 auf einem Zuführkopf 11 des Extruders 1 befestigt ist. Der unbewegliche Deckel 9 ist exzentrisch zur Kontur des sich konisch erweiternden Kegels 7 angeordnet und ist in seiner axialen Lage mittels einer Gewindeverbindung einstellbar, so daß der Spalt 8 durch den Deckel justierbar ist. Auf der Innenwand des Reaktors 5 sind dreieckförmige flache Rippen 13 in axialer Richtung erstreckt. Die Rippen 13 befinden sich auf der gesamten Mantelfläche des Reaktors 5 in dessen zylindrischen Teil. Sie weisen ihre größte Höhe am Boden des Reaktors 5 auf und sind mit ihrer geringsten Höhe (mit ihren Spitzen) in Richtung des Schmelzeaustritts orientiert. Das Austrittsende des Reaktors 5 ist durch eine Ringluftleitung 14 umgeben, aus der Luft mit hohem Druck aus einer Öffnung 15 (Figur la) austreten kann.
Der Reaktor 5 ist am Ende einer hohlen Welle 16 montiert, die mit Kugellagern 17 versehen ist. Die Kugellager 17 befinden sich in einem gekühlten Gehäuse 18. Am anderen Ende der Welle 16 ist eine Antriebsscheibe 19 eines Riementriebs 20 angebracht, der über eine Abtriebscheibe 21 an der Welle eines Asynchronmotors 22 läuft. Innerhalb der hohlen Welle 16 verläuft ein Zuführaufsatz 23 eines Zuführkopfes 11, der eine Zentralöffnung 24 für die Zuführung des Schmelzgutes aus dem Extruder 1 in den Reaktor 5 aufweist .
Die ganze Vorrichtung zur Faserbildung 2 ist auf einem separaten Rahmen 32 montiert und in einer Schutzkammer 33 aufgestellt. Im Oberteil der Schutzkammer 33 ist eine mit einem Niederdruckventilator 35 verbundene Luftleitung 34 be- festigt. Der Niederdruckventilator 35 ist ausgangsseitig über eine Luftleitung 36 mit einer Gasreinigungsvorrichtung 37 verbunden.
Der Extruder 1 weist einen Vorratsbehälter 39 für einen vor- bereiteten Thermoplast auf. Ein Antriebsmotor 40 treibt über einen Riementrieb 41 und ein Reduziergetriebe 42 eine Schnecke 43 des Extruders 1 an. Die Schnecke 43 befindet sich in einem Gehäuse mit einem mantelförmigen Erhitzer 38.
Die Inbetriebnahme der Vorrichtung erfolgt durch Einschaltung des Reaktorerhitzers 6 und des Erhitzers 38 sowie des Niederdruckventilators 35 und der Gasreinigungsvorrichtung 37. Dem Extruder 1 wird Wasser zur Kühlung des Gehäuses 18 zugeführt. Der Behälter 39 des Extruders 1 wird mit dem vorbereiteten Thermoplast gefüllt. Nachdem die Solltemperaturen erreicht sind, wird der Antriebsmotor 22 für die Rotations des Reaktors 5 eingeschaltet und die Anordnung im Leerlauf 15 bis 20 Minuten zur Stabilisierung der Betriebstemperaturen laufen gelassen. Nachdem die Betriebstemperaturen der Vorrichtung erreicht sind, setzt man den Antriebsmotor 40 des Extruders 1 in Gang und schaltet die Antriebe der Ein- heit zur Faserabfüllung 3 und der Abnahmevorrichtung 4 ein.
Der Antriebsmotor 40 bringt die Schnecke 43 über den Riementrieb 41 und das Reduziergetriebe 42 in Drehbewegung. Die Schnecke 43 erfaßt den Thermoplast aus dem Behälter 39 und befördert ihn zum Zuführkopf 11. Indem der Stoff durch den erhitzten Teil des Extruders 11 befördert wird, vermischt er sich und schmilzt bis zur Viskosität, die der Thermoplastviskosität im Bereich der Abbautemperatur entspricht. Dann tritt der geschmolzene Stoff durch die Öffnung 24 des Auf- satzes 23 und des Zuführkopfes 11 in den Reaktor 5 ein, wo die gleichen Temperaturen eingehalten werden.
Im Reaktor 5 verteilt sich die Schmelze über den Umfang der Innenwand und wird dank der Zentrifugalkraft zwischen den Rippen 13 zum geöffneten Ende des Reaktors 5 transportiert. Indem die die Innenfläche und die Rippen 13 berührende Thermoplastschicht vorgeschoben wird, erhebt sie sich zusätzlich, wodurch ein dünner Schmelzefilm entsteht. Da innerhalb des Reaktors 5 die Rippen 13 eingebaut sind, bewegt sich die Schmelze nicht spiralförmig, was bei einer glatten Oberfläche geschehen würde, sondern längs der Reaktorerzeugende. Dadurch erfolgt die Beschichtung der Innenfläche mit dem Schmelzefilm viel gleichmäßiger, was die Qualität der Schmelze wesentlich erhöht. Indem der Schmelzefilm aus dem zylindrischen Teil des Reaktors 5 in den Bereich des konisch erweiterten Kegels 7 gelangt, verringert sich zusätzlich seine Dicke. Dabei verursachen die im Reaktor 5 entstehenden Gase bei ihrem Austritt eine vergleichmäßigte Verteilung des Schmelzefilms im Bereich des Kegels 7. Der Schmelzefilm erhält dank der Drehung des Reaktors 5 die Bewegungsenergie, die größer als die Kraft der Oberflächenspannung ist. Des- halb teilt sich der Schmelzefilm in Strahlen, reißt von der Kante des Kegels 7 ab und streckt sich in Fasern.
Die Herstellung des Faserstoffes in der erfindungsgemäßen Weise ist nur möglich, wenn die Lineargeschwindigkeit an der Kegelkante des Reaktors 5 höher als 10 m/s ist. Der aus den Öffnungen 15 der Ringluftleitung 14 ausströmende Luftstrom 44 beeinflußt den im Prozeß des Streckens befindlichen Faserstoff. Der Faserstoff gelangt auf das Fließband 45 der Einheit zur Faserausfällung 3. Mit Hilfe des Fließbandes 45 wird der Faserstoff zur Abnahmevorrichtung 4 befördert, wo die Fasern zu Fertigwaren umgeformt werden.
Die bei der Erzeugung des Faserstoffes entstehenden Gase werden aus der Schutzkammer 33 durch die Luftkanäle 34 und 36 mit Hilfe des Niederdruckventilators 35 in die Gasreinigungsvorrichtung 37 geleitet.
Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht die Herstellung des Faserstoffs aus Thermoplasten mit hervorragenden Absorp- tionseigenschaften, wobei auch Industrie- und Haushaltsabfälle als Rohstoff ausgenutzt werden können.
Der Reaktorerhitzer 6, der außen am Reaktor 5 aufgebaut ist, kann als Widerstandserhitzer 25, Induktionserhitzer 26 oder als Magnetinduktionserhitzer ausgeführt sein.
In allen Fällen werden diese Erhitzer 25, 26 und der Reaktor 5 mit dem Außenmantel 27 thermisch isoliert.
Gemäß Figur 3 ist der Reaktorerhitzer 6 als Widerstandserhitzer 25 ausgeführt, der sich in einem hitzebeständigen keramischen Massivgehäuse 28 befindet. Zwischen dem Elektro- erhitzer und dem Schutzmantel 27 ist ein wärmeisolierender Stoff 29, z.B. Kaolinwatte, untergebracht.
Die Variante gemäß Figur 4 zeigt einen Reaktorerhitzer 6 als abkühlbaren Induktionserhitzer 26, der in dem Schutzmantel 27 untergebracht ist. Auch hier ist der Raum zwischen dem Erhitzer 26 und dem Schutzmantel 27 mit wärmeisolierendem Stoff gefüllt.
Gemäß Figur 5 enthält der Induktionserhitzer 26 zusätzlich Platten 30 aus einer Ferromagnetlegierung (z.B. aus Ni-Co), die längs der Reaktormantelwand auf der Außenfläche des Reaktors 5 befestigt und mit isolierten Leitern verbunden ist.
Verfahrensmäßig wird der Ausgangsrohstoff in dem Extruder 1 vorgeschmolzen und umgerüht, so daß eine homogene Schmelze entsteht, deren Temperatur nahe der Abbautemperatur des Polymers ist. Aus dem Extruder 1 wird die Schmelze dem rotierenden Reaktor 5 zugeführt, dessen Wändetemperatur auf eine Temperatur nahe der Abbautemperatur vorgeheizt sind. Durch die Rotation des Reaktors 5 wird die Schmelze gleichmäßig auf der inneren Oberfläche verteilt. Dabei bildet sich ein Paraboloid der Rotation, und sie bewegt sich unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften in Richtung der offenen Sei- te. Da die offene Seite des Reaktors 5 die Form eines auseinanderlaufenden Kegels 7 hat, verringert sich die Dicke des Films proportional zur Vergrößerung der Seitenoberfläche. Auf diese Weise ist es möglich, dünnere Fasern zu bekommen. Nach dem Verlassen der Kante des auseinanderlau- fenden Kegels 7 teilt sich die Folie in einzelne Strahlen, die unter Einwirkung der Zentrifugalkraft und aufgrund einer hohen Rotationsgeschwindigkeit des Reaktors 5 zur Faser werden. Die entstehende Faser kommt in den Luftstrom 44, der senkrecht zu den auseinanderfliegenden Fasern gerichtet ist und somit die Fasern in die Einheit 4 zur Aus ällung der Fasern zwingt. Dabei verlängert und kühlt sich die Faser. Da der Vorgang der Filmbildung in einem praktisch geschlossenen Raum erfolgt, entsteht innerhalb des Reaktors 5 ein Gasmedium mit einem Überdruck. Dadurch können Abbauvorgänge aufgrund des Luftmangels reduziert werden.
Darüber hinaus entsteht im Reaktor 5 eine stabile Temperatur. Deshalb können mögliche Schwankungen bei der Wärmeversorgung für den Vorgang der Filmbildung kompensiert werden. Dies führt zur Senkung von Energiekosten, um die vorgegebene Temperatur aufrechtzuerhalten. Der Überdruck im Innern des Reaktors 5 führt zu einem Gasstrom, der eine gewisse Zeit der Faser eine ausreichende Wärme zuführt, damit sie noch länger werden kann.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es, hochwertige Fasern nicht nur mit Rohstoffen einer Sorte, sondern auch mit einer Kombination von Rohstoffen durchzuführen. Dies liegt daran, daß der Rohstoff zuerst im Extruder 1 eingeschmolzen und umgerührt wird und danach eine ge- wisse Zeit innerhalb des Reaktors 5 bleibt. Dadurch wird die gesamte Menge gleichmäßig erwärmt und die Viskosität gemit- telt, so daß die Produktion der Faser aus einer homogenisierten Schmelze erfolgt.
Im Falle einer Störung, durch die die Schmelze die erforderliche Viskosität nicht erreicht, erfolgt unter Einwirkung der Zentrifugalkraft eine Selbstreinigung des Reaktors 5.
Die Verwendung von Thermostabilisatoren in dendritischer Form, die über freie Ionen verfügt, ermöglicht eine schnelle Unterdrückung der Vorgänge beim Abbau von Polymeren durch die Zusammenführung von freien Radikalen der zerrissenen Polymerketten. Hieraus resultiert eine Steigerung der Fasermenge im Vergleich zu den schweren Metallen, und der Ausstoß von Schadstoffen in die Umwelt wird reduziert. Beispiel 1 ;
Die hergestellten Fasern haben überwiegend eine Dicke von 5 bis 20 μm und sind in Geflechte gewunden, deren Querschnittsgröße im Bereich von 25 bis 100 μm liegt. Das Ge- flecht enthält kugel- und tropfenartige Teilchen, die teils mit den Fasern zusammengewachsen, teils von den Fasern isoliert sind. Außerdem gibt es zahlreiche Faserverdickungen, deren Länge zwischen dem drei- und zehnfachen der Querschnittsgröße dieser Verdickungen liegt. Die Querschnitte dieser Verdickungen und der kugel- und tropfenartigen Teilchen liegen im Bereich von 30 bis 200 μm.
Beispiel 2 ;
Es handelt sich um ein Grobfasermuster, in dem der größte Teil der Fasern eine Dicke von 50 bis 400 μm hat. Es gibt eine geringere Anzahl dünnerer Fasern mit einer Größe von 5 bis 20 μm. Es sind zahlreiche kugel- und tropfenartige Teilchen mit einer Größe von 50 bis 300 μm vorhanden.
Beispiel 3:
Der größte Teil der Fasern hat einen Querschnitt von 1 bis 10 μm. Vorhanden sind gröbere Fasern mit einer Dicke von 20 bis 50 μm mit den Verdickungen bis 100 μm. Es gibt auch kugel- und tropfenartige Teilchen.
Beispiel 4;
Der größte Teil der Fasern hat einen Querschnitt von 1 bis 10 μm. Eine geringe Anzahl der Fasern hat eine Größe bis 20 μm. Die dickeren Fasern haben Verdickungen mit dem maximalen Querschnitt von 50 bis 150 μm. Die vorhandenen kugel- und tropfenartigen Teilchen haben eine Größe von 100 bis 400 μm.
Die Dicke und die Porosität der Fasermuster in loser Lagerung ohne Verdichtung wurde piknometrisch nach den Standards GOST 18955. 1-73 bestimmt mit der Ausnutzung von Tetrachlorid-Kohlenstoff als piknometrische Flüssigkeit und der Waage WLR-200, die die Meßgenauigkeit von + 0,05 mg haben. Die erhaltenen Angaben sind in der Tabelle 1 angeführt.
Tabelle 1:
Die Dichte- und Porositätsdaten bei der losen Lagerung bei 20 °C.
Das Absorptionsvermögen der Fasermuster für den Prozeß des Sammeins des Erdöls und der Erdölprodukte vom Wasserspiegel bei der wiederholten Ausnutzung des Stoffes im Zyklus Absorption-Regeneration wurde nach folgender Methodik bestimmt.
Das Fasermuster im Ausgangszustand ließ man mit dem Wasserspiegel kontaktieren, der eine 3 bis 6 mm dicke Erdölschicht enthielt. Für die Tests benutzte man das westsibirische Erdöl und als Erdölprodukt das Industrieöl I-L-A-10 (GOST 20799-88) und das Dieselöl der Marke 3-02 (GOST-305-82 ) .
Den Grad der Sättigung des Stoffes mit den Flüssigkeiten kontrollierte man nach der Wiegemethode . Dann schleuderte man das mit dem Erdöl (Erdölprodukt) gesättigte Muster bei dem Trennungsfaktor 100 ±3. Den Gehalt des an den Fasern gebliebenen Erdöls (Erdölprodukte) bestimmte man nach GOST 6370-83. Fugat entwässerte man mit Kupfersulfat nach GOST 26378.0-84 und danach bestimmte man darin den Erdölgehalt (Gehalt des Erdölproduktes) nach GOST 6370-83. Aufgrund der erhaltenen Angaben berechnete man das Verhalten der Masse des im gegebenen Prozeß aufgesaugten Erdöls vor und nach dem Schleudern zur Masse des zu überprüfenden Musters. Die Resultate sind in den Tabellen 2 und 3 angegeben.
Tabelle 2:
Absorptionskapazität des Beispiels 4 in Bezug auf das Industrieöl I-L-A-10 und das Dieselöl 3-02 bei den wiederholten Sättigungszyklen des Faserstoffs mit den Erdölprodukten (Absorption - Regeneration)
Zum Vergleich werden die Absorbtionskapazitäten der bekannten Stoffe angegeben, die für das Sammeln der Kohlenwasser- flüssigkeiten verwendet werden (g/g): Lignin - 2,2; Torf - 2,6-7,7; Filterperlit - 7,0-9,2; Asbest (bei Auffaserung) - 5,8-6,4; Dornit - 1,9-2,5, technische Watte - 7,0-7,2. Dabei muß man berücksichtigen, daß alle diese bekannten Stoffe nur Einwegstoffe sind. Die durchgeführten Untersuchungen mit den genannten Stoffen haben gezeigt, daß sie solche Eigenschaften besitzen, die es erlauben, sie für das Sammeln des Erdöls und der Erdölprodukte vom Wasserspiegel zu benutzen.
Zu diesen Eigenschaften gehören:
Hydrophobie, gutes Anfeuchten mit Erdöl und Erdölprodukten; ihre Dichte ist niedriger als Wasserdichte, was die Schwimmfähigkeit dieser Stoffe beeinflußt;
hohe Porosität der Stoffe;
hohe Absorptionskapazität der Stoffe, in Bezug auf Erdöl und Erdölprodukte sogar nach dem zwanzigsten Verwendungszyklus ;
"flache" Senkungscharakteristik der Absorptionskapazität nach den mehrmaligen Zyklen Absorption-Regeneration;
hoher Grad der Entfernung der aufgesaugten Flüssigkeit aus dem Stoff im Zentrifugalkraftfeld (90-98 %).
Tabelle 3:
Absorptionskapazität der Fasermuster in Bezug auf das westsibirische Erdöl bei den mehrmaligen Erdölsättigungszyklen Absorption-Regeneration
In der Tabelle 4 ist die Absorptionskapazität des Faserstoffs angegeben. Der Faserstoff ist auf der Versuchsvorrichtung aus den Abfällen des Polypropylens der Marke (21030 - 21060)-60 mit dem Thermostabilisator Titandioxyd mit der Teilchengröße 3 - 5 μm mit dem Gehalt 1 % Masse erzeugt.
Für die Wasserreinigung von Eisen (III) bei dem Anfangsgehalt des Eisens (III) von 10 mg/1 in der Lösung wurden Fasermuster mit einer Lagerungsdichte der Fasern im Filter - 260 kg/m3 benutzt.
Tabelle 4 :
Absorbtionskapazität des Faserstoffs im Prozeß der Wasserreinigung von den Ionen des Eisens III.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei denen der thermoplastische Kunststoff geschmolzen und in einem rotierenden Reaktor (5) zur Bildung eines Schmelzefilms geleitet wird und an einer offenen Reaktorkante die Fasern gebildet und gestreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Reaktor (5) so aufgeheizt wird, daß der Schmelzefilm eine Temperatur nahe der Abbautemperatur der thermischen Kunststoffe hat und daß der Reaktor (5) mit einer Bahngeschwindigkeit von wenigstens 10 m/s an seiner Kante gedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Reaktors (5) durch einen mit der Kan- te einen schmalen Spalt (8) ausbildenden Deckel (9) weitgehend abgeschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) zur Ausbildung eines umlaufenden Spaltes (8) mit variierender Breite asymmetrisch zur Drehachse des Reaktors positioniert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzefilm auf der Innenwand des Reaktors (5) durch axial verlaufende Rippen (13) unterteilt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die sich bildende Faser der Einwir- kung eines Luftstroms (44) unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom quer zu der aus dem Reaktor (5) austretenden Faser gerichtet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß dem thermoplastischen Kunststoff wenigstens ein Dispersermineralstoff mit dendritischer Partikelform zugesetzt wird.
8. Vorrichtung zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen, mit einer Schmelzeinrichtung für den thermoplastischen Kunststoff und einem beheizten rotierenden Reaktor (5) zur Ausbildung eines Schmelzefilms aus dem geschmolzenen Kunststoff, der den rotierenden Reaktor (5) über eine Kante einer offenen
Seite unter Ausbildung von Fasern verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Reaktor (5) von außen beheizt und an seiner offenen Seite durch einen feststehenden Deckel (9) bis auf einen mit der Kante gebil- deten umlaufenden Ringspalt (8) verschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innenwand des rotierenden Reaktors (5) zur Kante hin konisch erweitert .
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ( 5 ) über den größten Teil seiner axialen Länge zylindrisch ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (8) eine Breite von etwa 15 bis 20 mm aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) asymmetrisch zur
Drehachse des rotierenden Reaktors (5) angeordnet ist, so daß ein Ringspalt (8) mit variierender Breite gebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) auf seiner Innenwand eine Vielzahl von axial ausgerichteten Rippen zur Unterteilung des Schmelzefilms aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (13) in Längsrichtung dreieckförmig mit ihrer größten Höhe am Boden des Reaktors ( 5 ) und mit ihrer geringsten Höhe am Austrittsende des Schmelzefilms ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (13) am Ende des zylindrischen Teils des Reaktors (5) enden.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) an seinem Austrittsende von einer ringförmigen Luftleitung (14) umgeben ist, die einen in axialer Richtung des Reaktors (5) gerichteten ringförmigen Austrittsspalt (15) aufweist.
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