CH422297A

CH422297A - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender Stoffe zu Kunststoffschmelzen

Info

Publication number: CH422297A
Application number: CH1027163A
Authority: CH
Inventors: Hans Dr Wild; Ingo Dr Ufer Klaus
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 1961-02-23
Filing date: 1963-08-20
Publication date: 1966-10-15
Also published as: GB927989A; NL297041A; BE614216A; DE1454745A1; NL274964A; GB1037547A; DE1261661B; BE636471A; CH394583A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender
Stoffe zu Kunststoffschmelzen
Bei der Herstellung von thermoplastischen polymeren Kunststoffen fallen diese häufig mit einem für die Verarbeitung zu hohen Gehalt an flüchtigen Verbindungen an, die aus den Kunststoffen entfernt werden müssen. Solche flüchtigen Verbindungen können aus Restmonomeren bestehen, wenn z. B. die Reaktion nicht bis zum quantitativen Umsatz abgelaufen ist. Es können andererseits auch organische oder anorganische Lösungsmittel in dem Endprodukt enthalten sein. Dies ist z. B. bei den Lösungspolymerisaten der Fall. Schliesslich kann es erforderlich sein, flüchtige Verbindungen, die die Polymerisation beeinflussen, wie Regler oder Katalysatoren, vor der Verarbeitung zu entfernen.

Für die Entfernung solcher flüchtiger Anteile gibt es eine Reihe bekannter diskontinuierlicher und kontinuierlicher Verfahren, die auf der Einwirkung von Wärme und/oder vermindertem Druck beruhen.

Häufig wird bei einer kontinuierlichen Arbeitsweise zur Entfernung der flüchtigen Anteile aus Kunststoffen eine Entgasungsschneckenmaschine verwendet, die in den meisten Fällen mit Einfachoder Doppelschnecke ausgerüstet ist. Bei einer solchen Maschine wird das feste, flüchtige Anteile enthaltende Produkt aufgeschmolzen oder, falls der Kunststoff als Schmelze vorliegt, diese flüchtige Anteile enthaltende Schmelze in die Maschine kontinuierlich eingebracht. Beim Durchgang durch die Schneckenmaschine wird die Schmelze in einer oder mehreren Entgasungskammern, gegebenenfalls unter Vakuum, entgast. Die entgaste Schmelze verlässt den Düsenkopf und wird entweder heiss oder nach dem Abkühlen zerkleinert.

Es ist ausserdem oft erforderlich, die von flüchtigen Anteilen befreiten Kunststoffe mit Zusatzstoffen, wie Farbstoffen, Weichmachern, Stabilisatoren o. dgl. zu vermischen.

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Verfahren zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender Stoffe, wie Farbstoffe oder Stabilisatoren, zu Kunststoffschmelzen durch Vorvermischen einer kleineren Teilmenge des gepulverten oder körnigen Kunststoffes mit dem fein zu verteilenden Stoff, Zuführen des Gemisches in kaltem Zustand in eine Schneckenpresse, Aufschmelzen des Gemisches in einer Schmelzzone und Durchmischen der Schmelze in einer an die Schmelzzone anschliessenden Mischzone der Schneckenpresse, Vermischen der so erhaltenen Schmelze in einer zweiten Mischzone mit der in geschmolzenem Zustand eingebrachten Hauptmenge des Kunststoffes und Ausstossen des so erhaltenen Gesamtgemisches aus der Schnecke,

sowie durch Homogenisieren des in der ersten Schmelzzone erhaltenen Gemisches der Teilmenge des Kunststoffes mit dem fein zu verteilenden Stoff vor der Einführung in die zweite Mischzone in einer Stauzone.

Es wurde nun gefunden, dass man aus thermoplastischen Kunststoffen mit flüchtigen Bestandteilen sehr reine Endprodukte erhält und die flüchtigen Bestandteile weitgehend austreibt, wenn man bei dem Verfahren gemäss dem Hauptpatent das Gemisch mindestens in einer an die zweite Mischzone anschliessenden Entgasungszone weitgehend von flüchtigen Bestandteilen befreit.

Der Gehalt der Kunststoffschmelze an flüchtigen Anteilen kann zwischen 0,1 und 70 Gew. O/o, vorzugsweise zwischen 0,2 und 50 Gew. O/o, liegen.

Zweckmässig werden zusätzlich flüssige Stoffe in Produktfliessrichtung hinter der letzten Entgasungszone zur Schmelze zudosiert und in ihr homogen verteilt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit einer oder mehreren nebeneinander angeordneten Schneckenwellen und einem Schnekkengehäuse mit einem Einzugsstutzen für die Zugabe der kleineren Teilmenge des Kunststoffes, die gekennzeichnet ist durch jeweils mehrere auf der bzw. den Schneckenwellen in Produktfliessrlchtung vor dem Einzugsstutzen für den geschmolzenen Kunststoff und vor Entgasungskammern der Entgasungszone angeordnete Stauelemente, einen weiteren Einzugsstutzen für die flüchtige Anteile enthaltende geschmolzene Hauptmenge des Kunststoffes, eine oder mehrere Entgasungsöffnungen sowie eine Öffnung zum Zudosieren von Stoffen.

Zwischen der zylindrischen Aussenfläche des Stauelementes und der Wand des Gehäuses entsteht jeweils ein Spalt, der vorzugsweise nicht breiter sein soll als 2 mm. Hierbei sollte der freie Querschnitt in der Stauzone möglichst kleiner sein als in der vorhergehenden Zone.

Um in dem zu fördernden Gut einen hohen Druck zu erreichen, kann in den Stauelementen jeweils auch ein umgekehrt geschnittenes, ad. h. rückwärts förderndes Gewinde vorgesehen werden.

Schliesslich kann in den Stauelementen jeweils ein vorwärts förderndes Gewinde vorgesehen werden.

Entscheidend ist, dass durch veränderte Steigung bzw. durch veränderten Kerndurchmesser ein Stau im Fördergut auftritt.

Entgasung und Einfärbung von flüchtige Anteile enthaltenden Kunststoffmassen werden nach bekannten Verfahren in zwei getrennten Vorrichtungen und in zwei Arbeitsgängen durchgeführt. Üblicherweise wird das Material nach dem ersten Arbeitsgang abgekühlt und zerkleinert. Ein solches Verfahren bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich, z. B. hohe Apparatekosten und Bedienungskosten für jeden der beiden Arbeitsgänge. Dazu ergibt sich ein kostspieliger, energieverbrauchender Umweg, wenn die Schmelze abgekühlt, zerkleinert und wieder aufgeschmolzen werden muss. Gelegentlich kann dieser Vorgang zusätzlich zu einer Produktschädigung führen. Unter ungünstigen Bedingungen wird sich ein Zwischenlager zwischen den beiden Arbeitsgängen nicht vermeiden lassen.

Diese Nachteile lassen sich durch das erfindungsgemässe Verfahren vermeiden, in dem Entgasung und Zumischen der Zusatzstoffe in einer einzigen Vorrichtung vorgenommen werden.

Bei der bevorzugten Durchführungsart des Verfahrens wird einer Schneckenpresse, die entweder als Einfach- oder als DoSbpelschnecke ausgeführt sein kann, im entgegengesetzt zur Ausstossöffnung liegenden ersten Einzugstutzen kontinuierlich ein dosierter Strom. z. B. von Farbstoffkonzentrat, in fester, feinkörniger Form zugegeben. In den zweiten Einzugsstutzen wird der Schneckenpresse gleichfalls konti nuierlich ein geschmolzener, die flüchtigen Anteile enthaltender Kunststoffstrom, gegebenenfalls unter Druck, zudosiert. Unmittelbar vor dem zweiten Einzugsstutzen liegt das erste Stauelement.

Dieses hat die Aufgabe, das Konzentrat intensiv zu mischen und ein Zurückfliessen des ungefärbten Kunststoffes in den vorderen Teil der Schneckenpresse zu verhindern.

Das Stauelement bewirkt ferner, dass der Strom des geschmolzenen Konzentrates gleichmässig und in Form einer dünnen Schicht in den Misch-Schneckenteil eintritt.

Die Mischung aus dem Farbstoffkonzentrat und der flüchtige Anteile enthaltenden Kunststoffschmelze gelangt über ein zweites Stauelement in eine Entgasungskammer.

Die Entgasungskammer besteht aus einer Öffnung im Zylindergehäuse von bevorzugt runder oder rechteckiger Form mit einem Stutzen. Durch diese Öffnung können die flüchtigen Anteile des Kunststoffes verdampfen und die Schnecke verlassen. Die Wirkung der Entgasung kann durch Vakuum gesteigert werden.

Gegebenenfalls können auch zwei Entgasungskammern verwendet werden. In diesem Falle wird zweckmässig vor der zweiten Entgasungszone ebenfalls ein Stauelement angebracht. Zwischen der zweiten Entgasungskammer und dem Düsenkopf ist durch einen weiteren Stutzen im Gehäuse die Möglichkeit gegeben, bestimmte flüssige Verbindungen, z. B. Viskositätsregler, zuzugeben.

Der Anteil der im Kunststoff enthaltenden flüchtigen Anteile kann sehr unterschiedlich sein. Die untere Grenze liegt bei Spuren von flüchtigen Anteilen, die aus dem Produkt entfernt werden müssen. Die obere technisch erreichte Grenze liegt bei einem Gehalt von etwa 70 Gew. O/o flüchtiger Anteile. Das Verfahren ist grundsätzlich zwar auch bei einem höheren Gehalt an flüchtigen Anteilen anwendbar, jedoch sinkt der Durchsatz der Anlage dann erheblich ab.

Eine beispielsweise Ausführung einer Vorrichtung zum homogenen Zumischen und zum Entfernen flüchtiger Stoffe ist in der Zeichnung dargestellt.

In einem Gehäuse 1, welches einen ersten Einzugsstutzen 2, einen zweiten Einzugsstuzen 3, eine Entgasungsöffnung 4 und eine Öffnung zum Zudosie- ren von Flüssigkeiten 5 besitzt ist eine Schneckenwelle 6 angeordnet. Sie wird durch einen Motor 7 in Drehung versetzt. Die Welle 6 besitzt einen Einzugsteil für das Farbstoffkonzentrat 8, ein Stauelement 9, einen Einzugsteil für die Kunststoffschmelze 11, einen Entgasungsteil 12 und einen Austragsteil 13.

Das unter Verwendung der beschriebenen Apparatur durchzuführende Verfahren wird besonders vorteilhaft dann angewendet, wenn die einzufärbenden Kunststoffe bei der Herstellung kontinuierlich als Schmelze anfallen, die die flüchtigen Anteile enthält.

Der Vorteil des Verfahrens liegt vor allem darin, dass mehrere Verfahrensschritte, nämlich Abkühlen, Zerkleinern und Vermischen, evtl. sogar wiederholt, eingespart werden. Ausserdem entfällt das mehrmalige Aufschmelzen des Produktes.

Aber auch gegenüber den bisher bekannten Verfahren zum direkten Einfärben der kontinuierlich anfallenden Schmelze hat das Verfahren nach der Erfindung besondere Vorteile. Alle bekannten Verfahren benötigen zwei oder drei voneinander abhängige Maschinen, während das erfindungsgemässe Verfahren mit nur einer einzigen Schneckenpresse durchgeführt wird. Diese übernimmt alle Aufgaben, nämlich das Aufschmelzen des Farbstoffkonzentrates, das Mischen dieser Schmelze mit der Schmelze des einzufärbenden Kunststoffes, die Entfernung unerwünschter flüchtiger Verbindungen und die Zuführung von weiteren flüssigen Zusätzen.

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 wirtschaftlicher ist als die nach anderen bekannten Verfahren arbeitenden Anlagen, mengenmässig die gleiche Leistung bei ausgezeichneter Mischwirkung und Entgasung.

Beispiel 1 (Alle Angaben in Gewichts-olo)
Um ein 1,5 8/o flüchtige Anteile enthaltendes Polystyrol unter Entfernen der flüchtigen Anteile elfenbeinfarbig einzufärben, werden folgende Farbstoffkonzentrate hergestellt:
20 O/o Titandioxyd in Polystyrol 0,5 /o Cadmiumgelb in Polystyrol 0,05 /o Eisenoxydrot in Polystyrol
Diese Farbstoffkonzentrate werden in Form von zylindrischem Granulat mittels kontinuierlich arbeitenden Dosierwaagen in den ersten Einzugsstutzen einer Schneckenpresse gemäss der Abbildung zugegeben. Die Gesamtmenge der Farbstoffkonzentrate beträgt 45 kg/h. Die Schneckenpresse hat einen äusseren Schneckendurchmesser von 114 mm.

In dem zweiten Einzugsstutzen werden 300 kg/h Polystyrolschmelze mit einem Gehalt an flüchtigen Anteilen von 1,5 Gew. 8/8 von der Polymerisationsanlage unmittelbar zudosiert. In der Entgasungszone wird ein Druck von 15 Torr aufrecht gehalten. Das aus der Schneckenpresse austretende Produkt wird in Strängen abgezogen und granuliert. Der Pigmentgehalt und die Farbe des Kunststoffes bleiben während der Versuchsdauer konstant. Die flüchtigen Anteile des eingefärbten Kunststoffes liegen unter 0,15 O/o.

Beispiel 2
Um ein 30 Gew. O/o flüchtige Anteile enthaltendes, schlagfestes Polystyrol unter Entfernen der flüchtigen Anteile weiss einzufärben, werden folgende Farbkonzentrate hergestellt:
20 O/o Titandioxyd in Polystyrol
2 6/0 Ultramarinviolett in Polystyrol 0,2 O/o Cadmiumrot in Polystyrol
Diese Farbstoffkonzentrate werden in Form von zylindrischem Granulat mittels kontinuierlich arbeitender Dosierwaagen in den ersten Einzugsstutzen einer Schneckenpresse gemäss der Abbildung, jedoch mit einer zusätzlichen Entgasungskammer ausgestattet, zugegeben.

Die Gesamtmenge der Farbstoffkonzentrate beträgt 6 kg/h. Die Schneckenpresse hat einen äusseren Schneckendurchmesser von 50 mm. Dem zweiten Einzugsstutzen werden 75 kg/h Polystyrolschmelze mit einem Gehalt an flüchtigen Anteilen von ca.

30 /o von der Polymerisationsanlage unmittelbar zudosiert. In den beiden Entgasungszonen wird ein Druck von 15 Torr aufrecht gehalten. Das aus der Schneckenpresse austretende Produkt wird in Strängen abgezogen und granuliert. Der Pigmentgehalt und die Farbe des Kunststoffes bleiben während der Versuchsdauer konstant. Die flüchtigen Anteile des Kunststoffes liegen unter 0,2 6/0.

Claims

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender Stoffe zu Kunststoffschmelzen nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gemisch in mindestens einer, an die zweite Mischzone anschliessenden Entgasungszone weitgehend von flüchtigen Bestandteilen befreit.

UNTERANSPRUCH 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich flüssige Stoffe in Produktfliessrichtung hinter der letzten Entgasungszone zur Schmelze zudosiert und in ihr homogen verteilt werden.

PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit einer oder mehreren nebeneinander angeordneten Schneckenwellen und einem Schneckengehäuse (1) mit einem Einzugsstutzen (2) für die Zugabe der kleineren Teilmenge des Kunststoffes, gekennzeichnet durch jeweils mehrere, auf der bzw. den Schneckenwellen (6) in Produkt fliessrichtung vor dem Einzugsstutzen für den geschmolzenen Kunststoff und vor Entgasungskammern der Entgasungszone angeordnete Stauelemente (9, 11), einen weiteren Einzugsstutzen (3) für die flüchtige Anteile enthaltende geschmolzene Hauptmenge des Kunststoffes, eine oder mehrere Entgasungsöffnungen (4) sowie eine Öffnung (5) zum Zudosieren von Stoffen.

UNTERANSPRÜCHE 2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zylindrischen Aussenfläche der Stauelemente und der Wand des Gehäuses ein Spalt von höchstens 2 mm Breite vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stauelementen jeweils ein rückwärts förderndes Gewinde vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stauelementen jeweils ein vorwärts förderndes Gewinde vorgesehen ist.