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Verfahren zum Herstellen von homogenen Kunststoffschmelzen
Thermoplastische Kunststoffe werden bei der Verarbeitung vielfach mit andern Stoffen, z. B. Farb- stoffen, Katalysatoren oder Weichmachern vermischt. Als Endergebnis soll der zuzumischende Stoff in möglichst feiner Verteilung in dem Kunststoff vorliegen. Es geschieht beispielsweise die Einfärbung ther- moplastischer Kunststoffe im allgemeinen auf die Art, dass man den zerkleinerten Kunststoff mit fein- verteiltem Pigment oder Farbstoff mischt, dieses Gemisch in beheizten Knetvorrichtungen plastifiziert und bis zur gleichmässigen Pigment- oder Farbstoffverteilung knetet. Dieses Verfahren wird entweder diskontinuierlich auf Walzenstühlen oder kontinuierlich in Schneckenpressen durchgeführt.
Beim kontinuierlichen Verfahren ist die für den Mischvorgang zur Verfügung stehende Zeit begrenzt.
Um auch bei schwer in Kunststoff verteilbaren Zusätzen gleichmässige Mischungen zu erzielen, ist es üblich, den Farbstoff in Form eines Kunststoff-Farbstoffkonzentrates, d. h. mit Kunststoffvorvermischt, zu verwenden.
In vielen Fällen liegt der Kunststoff am Ende des Herstellungsverfahrens als Schmelze vor. Bei der Anwendung des oben genannten Verfahrens ergibt sich hiebei ein kostspieliger, energieverbrauchender Umweg, wenn die Schmelze abgekühlt, zerkleinert und zur Mischung wieder aufgeschmolzen werden muss. Dieser Nachteil wird nach einem andern bekannten Vorschlag vermieden. Hiebei wird eine aus zwei kontinuierlich arbeitenden Schneckenpressen bestehende Anlage benutzt. In die erste Schneckenpresse mi : kleinerem Volumen wird eine zeitlich gleichbleibende Menge eines oder mehrerer Farbstoffkonzentrate zugegeben, aufgeschmolzen und vorgemischt.
Diese Farbstoffkonzentrat-Schmelze wird aus der ersten Schneckenpresse in eine zweite grössere gefördert, dort mit der Schmelze des einzufärbenden thermoplastischen Kunststoffes vermischt und ausgestossen. Nachteilig bei dieser Anordnung ist indes der grössere Aufwand für die beiden Maschinen.
Es wurde nun gefunden, dass man diese Nachteile vermeiden und homogene Kunststoffschmelzen mit Stoffen, wie Farbstoffen oder Stabilisatoren, herstellen kann, wobei eine Teilmenge des pulverförmigen oder körnigen Kunststoffes mit dem fein zu verteilenden Stoff vorgemischt, dieses Gemisch in kaltem Zustand einer Schneckenpresse zugeführt und in einer Schmelzzone der Schneckenpresse geschmolzen sowie in einer an die Schmelzzone anschliessenden Mischzone durchgemischt wird, sodann die so erhaltene Schmelze in einer zweiten Mischzone mit der in geschmolzenen Zustand eingebrachten Hauptmenge des Kunststoffes vermischt und die gesamte Mischung aus der Schnecke ausgestossen wird, wenn erfindungsgemäss 2-30 Gew.-%, vorzugsweise 10-20 Gew.-lo, des zu verarbeitenden Kunststoffes mit dem in kleinerer Menge vorliegenden Stoff vermischt werden.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird der Schneckenpresse, die entweder als Einfach- oder als Doppelschnecke ausgeführt sein kann, im entgegengesetzt zur Ausstossöffnung liegenden hinteren Einzugsstutzen kontinuierlich ein dosierter Strom z. B. von Farbstoffkonzentrat in fester, feinkörniger Form zugegeben. In den vorderen, in Einzugsrichtung hinter dem Stauelement liegenden Einzugsstutzen wird der
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Schneckenpresse gleichfalls kontinuierlich ein geschmolzener Kunststoff, gegebenenfalls unter Druck, zu- dosiert. Unmittelbar vor dem vorderen Einzugsstutzen liegt das Stauelement, das die Aufgabe hat, das im hinteren Teil der Schneckenpresse aufgeschmolzene Konzentrat intensiv zu mischen und ein Zurück- fliessen des ungefärbten Kunststoffes aus dem vorderen Teil der Schneckenpresse zu verhindern.
Das Stau- ; element bewirkt ferner, dass der Strom des geschmolzenen Konzentrates gleichmässig und in Form einer dünnen Schicht in den vorderen Schneckenteil eintritt. Hiedurch wird erreicht, dass der mengenmässig grössere Strom der ungefärbten Kunststoffschmelze die Schmelze des Farbstoffkonzentrates sofortnach dem Eintritt in den vorderen Schneckenteil gleichmässig verteilt in sich aufnimmt. Die weitere und schnelle Homogenisierung im vorderen Teil der Schneckenpresse wird dadurch sehr erleichtert.
Als Farbstoffkonzentrat wird im allgemeinen ein homogenes, durch Kneten in den plastischen Zu- stand gebrachtes Gemisch von einem oder mehreren Farbstoffen und Kunststoff verwendet. Es kann aber auch ein trockenes Gemenge von Farbstoff und granuliertem Kunststoff verwendet werden, wobei die homogene Mischung erst im ersten Teil der Schneckenpresse gebildet wird. Der Begriff Farbstoff wird hier in seiner allgemeinen Bedeutung verwendet. Er umfasst sowohl Farbstoffe, die in Kunststoff löslich sind, als auch Pigmente. Auch ungefärbte Zusätze wie Stabilisierungsmittel, Viskositätsverbesserer oder optische Aufheller lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren gleichmässig in Kunststoff ver- teilen.
, An der Stelle des Stauelementes hat die Schneckenwelle im allgemeinen keine Gewindegänge. Der
Kerndurchmesser der Schnecke ist so stark vergrössert, dass nur noch ein zylinderringföriniger Spalt zwi- schen Schnecke und Gehäuse verbleibt, durch den die Farbstoffkonzentratschmelze hindurchtreten muss.
Die Schneckengänge können auch in einem Teil ihrer sonstigen Gewindetiefe an der Stelle des Stauele- mentes durchgeführt oder rückläufig in umgekehrter Förderrichtung angeordnet sein. Im vorliegenden Fall soll durch die Ausführung der Form des Stauelementes ein Strömungswiderstand geschaffen werden.
Eine beispielsweise Ausführung einer Vorrichtung zum homogenen Zumischen ist in der Zeichnung dargestellt.
In einem Gehäuse 1, welches einen hinteren Einzugsstutzen 2 und einen vorderen Einzugs- stutzen 3, besitzt, ist eine Schneckenwelle 4 angeordnet. Sie wird durch einen angeflanschten
Getriebemotor 5 in Drehung versetzt. Die Welle 4 besitzt einen hinteren Teil 6 und einen vor- deren Teil 7. Diese beiden Teile sind mit Gewinde versehen. Zwischen den beiden Wellenteilen 6 und 7 befindetsicheinStauelement 8. Es besitzt den gleichenAussendurchmesserwie die Schnecken- welle, geht jedoch beispielsweise zylindrisch ohne eingeschnittenes Gewinde durch, so dass sich zwischen der zylindrischen Aussenfläche des Stauelementes und der Gehäusewand ein enger Spalt bildet. Die Spalt- weite liegt zwischen 0,01 und 2 mm ; sie beträgt vorzugsweise 0, 4-0, 8 mm.
Das unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung durchzuführende Verfahren wird. besonders vor- teilhaft dann angewendet, wenn die einzufärbenden Kunststoffe bei der Herstellung kontinuierlich in
Form einer Schmelze anfallen. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass drei Verfahrensschritte, nämlich
Abkühlen, Zerkleinern und Vermischen eingespart werden. Ausserdem fällt das wiederholte Aufschmelzen weg.
Aber auch gegenüber den bisher bekannten Verfahren zum direkten Einfärben der kontinuierlich an- fallenden Schmelze hat das Verfahren nach der Erfindung besondere Vorteile. Alle bekannten Verfahren benötigen zwei voneinander abhängige Maschinen, während das erfindungsgemässe Verfahren mit einer einzigen Schneckenpresse durchgeführtwerden kann. Diese übernimmt die Aufgabe der beiden Maschinen, nämlich das Aufschmelzen des Farbstoffkonzentrates und das Mischen dieser Schmelze mit der Schmelze des einzufärbenden Kunststoffes.
Das erfindungsgemässe Verfahren erreicht mit einer Apparatur, die in Aufbau und Bedienung einfach ist, die weniger Raum und weniger Energie benötigt und die damit in der Anschaffung und im Betrieb weniger kostspielig ist als jede nach einem andem bekannten Verfahren arbeitende Anlage, mengenmässig die gleiche Leistung bei ausgezeichneter Mischwirkung.
Beispiel: Um Polystyrol elfenbeinfarbig einzufärben, werden folgende Farbstoffkonzentrate her- gestellt :
20 Gew.-% Titandioxyd in Polystyrol,
0, 5' Gew.-% CadmiumgelbinPolystyrol, 0, 05 Gew.-% Eisenoxydrot in Polystyrol.
Diese Farbstoffkonzentrate werden in Form von zylindrischem Granulat (2,5 x 2, 5 mm) mittels konti-
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nuierlich arbeitender Dosierwaagen in den hinteren Einzugsstutzen einer Schneckenpresse gemäss der Zeichnung zugegeben. Die Gesamtmenge der Farbstoffkonzentrate beträgt 15 kg/h. Die Schneckenpresse hat einen äusseren Schneckendurchmesser von 50 mm. Dem vorderen Einzugsstutzen werden 100 kg/h Polystyrolschmelze von der Polymerisationsanlage unmittelbar zudosiert. Das aus der Schneckenpresse austretende Produkt im Gewicht von 115 kg/h wird in Strängen abgezogen und granuliert. Der Pigmentgehalt und die Farbe des Kunststoffes bleiben während der Versuchsdauer konstant.