CN107405789B

CN107405789B - 生产热塑性成型化合物的方法和装置

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Publication number: CN107405789B
Application number: CN201680013491.0A
Authority: CN
Inventors: S·J·安; W·费舍尔; N·尼斯内; B·J·巴纳扎克; R·沃克; U·以利亚; A·施塔默; K·D·胡根贝格; B·希斯根
Original assignee: Ineos Styrolution Group GmbH
Current assignee: Ineos Styrolution Group GmbH
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: EP3265286A1; EP3265286B1; CN107405789A; WO2016139223A1

Abstract

本发明涉及一种生产热塑性成型化合物的方法，特别是生产丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯(ABS)的方法，其中将至少两种试剂进料到转子‑定子单元(10)，所述转子‑定子单元包括至少一个定子(30)和至少一个可相对于定子(30)围绕旋转轴(A)旋转的转子(20)，其中所述定子(30)具有至少一个定子齿圈(31)，所述转子(20)具有至少一个转子齿圈(21)，并且所述定子齿圈(31)和转子齿圈(21)在径向方向上彼此间隔开并且被设置成在轴向方向上重叠，并且其中将所述试剂分散以在所述转子‑定子单元(10)中形成分散体。本发明还涉及一种生产成型化合物的装置。

Description

生产热塑性成型化合物的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种生产热塑性成型化合物(组合物)的方法，特别是生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的方法。本发明还涉及生产热塑性成型化合物的装置，特别是生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的装置，该装置包括至少一个转子-定子单元，其具有定子并具有可相对于定子围绕旋转轴旋转的转子。

背景技术

从现有技术中已知，通过挤出机，特别是通过双螺杆挤出机来生产热塑性聚合物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。在这种情况下，将试剂，特别是苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)和聚丁二烯基橡胶进料到挤出机中。橡胶可以以分别为SAN接枝的弹性体的SAN接枝橡胶的形式存在。在挤出机内，将试剂熔化并混合和/或分散，形成分散体并形成成型化合物或聚合物共混物。在这种情况下，将特别是SAN接枝橡胶或SAN接枝弹性体形式的橡胶进料分散在苯乙烯-丙烯腈基体中。制造热塑性聚合物的另一种方法是已知的，例如单螺杆挤出机，捏合机或班伯里片复合机组(banbury sheet compounding units)。

WO2009/103714公开了一种用于挤出成型化合物的双螺杆挤出机。双螺杆挤出机在这种情况下包括两个容纳在筒中并沿相同方向旋转的螺杆。双螺杆挤出机还包括进料区、过渡区和输出区。试剂作为成型化合物输送到进料区，为此目的具有加料口。在这种情况下，可以将固体形式，特别是颗粒，但也可以熔融，因此是粘性的成型化合物进料到进料区。成型化合物通过两个螺杆进入进料区，进一步输送并压缩。在进料区之后的过渡区中，将成型化合物熔化并均化。在输出区中，作为熔体存在的成型化合物进一步均化。任选地，其它存在固体颗粒的残余物也是稠合的。另外，材料成分均匀分布。此外，使熔体的温度均匀。此外，在输出区中，建立通过挤出模头挤出所需的压力。

WO1998/13412描述了具有至少一个夹紧部分的螺杆机，所述夹紧部分具有至少一个挡板元件和在第一挡板元件上游的相关联的脱水开口。此外，螺杆机包含位于最后一个塑化部分下游的脱气部分。

脱气开口和脱水开口可以设置有防止挤出材料逸出的装置。据描述，为此目的，保持螺杆(retention screw)是优选的。

热塑性成型化合物通过螺杆机进行脱气和脱水也是已知的。例如，EP-A0735077描述了通过弹性体组分的机械脱水并在螺杆机中与热塑性聚合物混合来生产冲击改性热塑性塑料的方法。脱水开口设有保持螺杆，并以超压运行。

JPS02-286208(1990)公开了通过装有两个螺杆的挤出机进行的三种不同脱水方法。液体形式和气体形式的水分通过塞尔桶从挤出混合物中抽出。

文件JPH57-167303(1982)描述了在这种情况下，将例如聚合物颗粒的浆料的挤出混合物计量入双螺杆挤出机，脱水，脱气并捏合。在压缩区的上游，水可以以液体形式从挤出机逸出。残留的水分可以以气体形式逸出。塞尔桶用作脱水开口。

JPH60-222223(1985)公开了一种方法，其中液体形式的水从挤出材料，优选食物，以及其它材料中抽出。脱水通过双螺杆挤出机进行。水分通过连接到真空泵的开口向后排出。

用于挤出热塑性塑料的装置，特别是螺杆机如WO2004/028781运转。在这种情况下，该装置包括一个脱气开口和一个脱水开口，其装有例如金属丝布。

WO2006/087279公开了一种转子/定子装置以及使聚合物分散体凝固的相应方法。转子/定子装置在这种情况下包括定子和可相对于定子旋转的转子。转子和定子设置在桶中。转子和定子具有相互面对的锥形表面。在所述表面之间形成剪切间隙。将转子和定子安装成可轴向方向移动以设定剪切间隙的间隙宽度。对于聚合物分散体的凝结，将聚合物分散体进料给转子/定子装置并通过转子和定子之间的剪切间隙传送。在这种情况下，聚合物分散体在预定的剪切速率和预定的剪切变形下沉淀，然后通过出口排出。

发明内容

本发明的目的是指定生产热塑性成型化合物的简化和更便宜的方法，以及生产热塑性成型化合物的相应更便宜的装置。成型化合物通常是聚合物共混物。

根据本发明，该目的通过生产热塑性成型化合物的方法来实现，其中将至少两种聚合物试剂(组分)进料到转子-定子单元，转子-定子单元包括至少一个定子和至少一个围绕旋转轴相对于所述定子可旋转的转子，其中所述定子具有至少一个定子齿圈，并且其中所述转子具有至少一个转子齿圈，并且其中所述定子齿圈和所述转子齿圈在径向方向彼此间隔开，并且设置为在轴向方向方向上重叠，并且其中将试剂分散以在转子-定子单元中形成分散体。

生产的热塑性成型化合物(组合物)包含聚合物共混物或由其组成。共混物含有一种或多种聚合物，其在含有一种或多种其它聚合物的聚合物基体内以纳米至微米尺寸的颗粒分散。两种聚合物试剂是聚合物基体和要分散在聚合物基体中的聚合物。

定子齿圈和转子齿圈各自包括齿，以及设置在各个齿之间的齿间隙。定子的齿沿朝向转子的方向突出，并且转子的齿沿朝向定子的方向突出。试剂以及由试剂产生的分散体在径向方向上通过转子齿圈与定子齿圈的齿之间的齿隙。由于转子相对于定子的旋转，剪切力在这种情况下作用于通过的物质。结果，将试剂分散以形成聚合物在聚合物基体中的分散体。同时，将得到的分散体均化。

有利的是，定子具有多个，优选三个定子齿圈，并且转子具有多个，优选三个转子齿圈。在这种情况下，转子齿圈和定子齿圈在径向方向上看起来彼此交错。在这种情况下，每个定子齿圈和每个转子齿圈各自包括设置在各个齿之间的齿和齿隙。试剂以及由此产生的分散体由转子-定子单元从内向外径向方向移动。在通过齿隙的每个通道上，剪切力在这种情况下对通过的物质起作用。结果，形成分散体的试剂的分散和所得分散体的均化变得更加强烈。

可有利地设置多个，优选三个转子-定子单元，它们沿轴向方向彼此偏置设置。在这种情况下，试剂以及由此产生的分散体由转子-定子单元沿轴向方向移动。结果，多次进行分散试剂以在聚合物基体中形成聚合物分散体以及所得分散体的均化。

试剂优选沿轴向方向进料到转子-定子单元，特别是靠近转子的旋转轴，即在径向方向上的内部。由于旋转转子产生的离心力，试剂以及由此产生的分散体然后沿径向方向通过转子-定子单元向外移动。

根据本发明的方法特别适于生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的试剂在这种情况下是苯乙烯-丙烯腈(SAN)和橡胶(例如聚丁二烯基橡胶)，或者试剂含有苯乙烯-丙烯腈(SAN)和橡胶。在转子-定子单元中，然后将橡胶分散在苯乙烯-丙烯腈(SAN)基体中，结果是形成分散体。

在这种情况下，分散的聚合物是橡胶，特别是以作为SAN接枝弹性体的SAN接枝聚丁二烯颗粒(SAN接枝橡胶)的形式。SAN接枝弹性体是粉末尺寸在微米范围内的湿粉或干粉，每个粉末颗粒是凝结的SAN接枝颗粒。SAN接枝弹性体粉末的水分介于约0.5％至40％之间。

SAN接枝弹性体粉末颗粒所分散的聚合物基体是苯乙烯-丙烯腈(SAN)基体。

将试剂苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)优选在熔融状态下进料到转子-定子单元，从而处于粘性状态。苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)可以溶于含优选为30％-99％的溶剂的溶液，或者可以在高于熔点的温度加热。

既作为SAN接枝弹性体也作为合成聚合物的试剂橡胶，优选以较细的粉末或熔融状态，特别是以

的含水量的溶液或粉末的形式，也同样进料到转子-定子单元。

可以向试剂中加入一种或多种溶剂。溶剂可以是例如EB(乙苯)，AN(丙烯腈)，SM(苯乙烯单体)或混合物。然而，其他溶剂也是可用的。

根据该方法的发展，首先将试剂和溶剂预混合以形成预混物，并将预混物进料至转子-定子单元，并将基体聚合物熔化。预混物是粘性的，优选具有约0％至30％的水含量。预混合优选在搅拌器旋转的混合容器中进行。由于搅拌器的旋转，所以进行试剂的预混合以形成预混物。

在进行预混合之后，可以将预混物直接进料给转子-定子单元。在这种情况下，粘性预混物从混合容器直接通过管或柔性管传递到转子-定子单元并在那里分散。

预混合物也可以在预混合进行后临时储存，然后再进料到转子-定子单元。特别地，预混物可以在不同的位置生产，然后被输送到转子-定子单元。

根据该方法的另一发展，将从转子-定子单元出来的分散体以循环方式返回进料到转子-定子单元中。在这种情况下，试剂在转子-定子单元内进行多次处理。特别地，将从转子-定子单元出来的分散体在连续运行的循环过程中返回进料到转子-定子单元中。特别是如果仅提供一个转子-定子单元时，这是有利的。分散体在该过程中通过的循环数不受限制。所述数字可以从1到不确定，例如几千。然后可以进一步处理如此得到的分散体以形成成型化合物，特别是形成丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。进一步的处理包括例如去除残留在所得聚合物共混物中的溶剂，以及脱水。此外，可以添加添加剂并且可以进行造粒。

根据本发明的目的还通过生产热塑性成型化合物的装置实现，该装置包括至少一个具有定子以及具有围绕旋转轴相对于定子可旋转的转子的转子-定子单元。根据本发明，在这种情况下，定子具有至少一个定子齿圈，并且转子具有至少一个转子齿圈，其中定子齿圈和转子齿圈在径向方向彼此间隔开(具有空间)，并且设置为在轴向方向上重叠。

定子齿圈和转子齿圈各自具有设置在各个齿之间的多个齿和齿隙。在这种情况下，定子齿圈的齿沿轴向方向指向转子齿圈，转子齿圈的齿沿轴向方向指向定子齿圈。在这种情况下，定子齿圈的齿和齿隙设置在围绕旋转轴的圆形路径上。转子齿圈的齿和齿隙也围绕旋转轴设置在圆形路径上。

优选地，在这种情况下，装置包括多个，优选三个转子-定子单元，它们沿轴向方向偏移地设置，其中转子的旋转轴彼此对准。

有利的是，每个定子具有多个，优选三个定子齿圈，并且每个转子具有多个，优选三个转子齿圈。有利地，转子齿圈和定子齿圈各自可见在径向方向上彼此交错。

根据本发明的装置特别有利地用于从试剂苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)和SAN接枝弹性体(例如SAN接枝聚丁二烯)生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。除了SAN接枝聚丁二烯橡胶，也可以使用苯乙烯-丁二烯橡胶(SB)或其它种类的橡胶。

将参考附图、下文的描述和权利要求来更详细地描述本发明的实施方案。

附图说明

图1示出了生产成型化合物的装置的示意性截面图，

图2示出了生产图1的成型化合物的装置的转子-定子单元的转子和定子的平面

图，并且

图3显示了生产图1的成型化合物的装置的改进的示意图。

实施方案的描述

在图1中，示意性地示出了生产热塑性成型化合物，特别是生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)的装置的部分。可以将试剂，特别是苯乙烯-丙烯腈(SAN)和SAN接枝弹性体(聚丁二烯)进料到该装置中。在该装置内，将试剂分散以形成分散体。然后可将所得分散体进一步加工以形成成型化合物，特别是形成丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。

生产热塑性成型化合物的装置在本例中包括三个转子-定子单元10。每个转子-定子单元10在每种情况下都具有定子30和可相对于定子30围绕旋转轴A旋转的转子20。在这种情况下，三个转子-定子单元10相对于旋转轴A在轴向方向彼此偏移地设置，并且转子20的旋转轴A彼此对准。

生产热塑性成型化合物的装置还可以包括不同数量的转子-定子单元10，特别是仅一个转子-定子单元10。

在本例中的转子-定子单元10以各个转子20的旋转轴A在水平方向上延伸的方式设置。转子-定子单元10的三个转子20设置在圆柱形轴40上，其中轴40的中心轴与转子20的旋转轴A对准。轴40可通过未显示的电动机驱动。当轴40旋转时，转子20相对于定子30旋转。在这种情况下，提供每分钟约8000转的转速。

三个转子-定子单元10设置在筒46中，将其构造成实际上是圆柱形。桶46具有用于进料试剂的进料口42和用于递送产物的出口44，在本情况下产物是由试剂产生的聚合物共混物。进气口42位于轴40的延伸部中。因此，试剂可以沿轴向方向引入筒46。试剂可沿轴向方向进料到转子-定子单元10。出口44位于圆柱形筒46的壳体表面上。出口44在这种情况下沿远离圆柱形筒46的切线方向突出。

特别是如果生产热塑性成型化合物的装置仅包括设置在筒46中的一个转子-定子单元10时，也可以以循环方式操作生产热塑性成型化合物的装置。这意味着，将从筒46的出口44排出的产品返回进料到筒46的入口42。在这种情况下，试剂在转子-定子单元10内被处理好几次。

图2中示意性地示出了生产图1的模制化合物的装置的转子-定子单元10的转子20和定子30的平面图。定子30包括以防止旋转方式固定到筒46的扁平圆柱形盘。

定子30的盘具有中心钻孔，轴40穿过该中心钻孔。在这种情况下，中心钻孔的直径大于轴40的直径。因此，试剂以及由试剂产生的分散体可以在轴向方向上穿过定子30的盘和轴40之间的钻孔。

转子20包括扁平圆柱形盘，将其固定成与轴40一起旋转。转子20的盘的直径在这种情况下小于定子30的盘的直径，并且小于筒46的内径。因此，试剂以及由试剂产生的分散体可以在转子20的盘和筒46的内壁之间沿轴向方向通过。

定子30具有第一定子齿圈31、第二定子齿圈32和第三定子齿圈33。定子齿圈31、32和33各自构造为圆形，与旋转轴A同心地设置在定子30的圆盘上。第一定子齿圈31在这种情况下被设置在内部，即与轴40和旋转轴A相邻。第二定子齿圈32同心地围绕第一定子齿圈31。第三定子齿圈33同心地围绕第二定子齿圈32并且被设置成与筒46的内壁相邻。

转子20具有第一转子齿圈21、第二转子齿圈22和第三转子齿圈23。转子齿圈21、22和23分别构造为圆形，与旋转轴A同心地设置在转子20的盘上。这种情况下的第一转子齿圈31设置在内侧，即与轴40和旋转轴A相邻。第二转子齿圈32同心地围绕第一转子齿圈31。第三转子齿圈33同心地围绕第二转子齿圈32并且被设置成与筒46的内壁相邻。

每个定子齿圈31、32和33包括多个齿，其沿远离定子30的盘的轴向方向突出。在这种情况下，定子齿圈31、32和33的齿朝定子齿圈20的方向突出。在定子齿圈31、32和33的各个齿之间，在每种情况下都设置有齿隙。因此，试剂以及由试剂产生的分散体能够通过齿隙在径向方向上在定子齿圈31、32和33的齿之间通过。

转子齿圈21、22和23中的每一个包括沿远离转子20的盘的轴向方向突出的多个齿。在这种情况下，转子齿圈21、22和23的齿朝向定子30方向突出。在转子齿圈21、22和23的各个齿之间，在每种情况下都设有齿隙。因此，试剂以及由试剂产生的分散体也可以在转子齿圈21、22和23的齿之间沿径向方向通过齿隙。

定子齿圈31、32和33和转子齿圈21、22和23交错地沿径向方向设置并且彼此间隔开。在这种情况下，轴40被第一转子齿圈21包围。第一转子齿圈21被第一定子齿圈31包围。第一定子齿圈31被第二转子齿圈22包围。第二转子齿圈22被第二定子齿圈32包围。第二定子齿圈32被第三转子齿圈23包围。第三转子齿圈23被第三定子齿圈环33包围。第三定子齿圈33被筒46的内壁包围。

在轴向方向上，定子齿圈31、32和33和转子齿圈21、22和23设置成重叠。在这种情况下，在转子齿圈21、22和23的齿与定子30的盘之间保留相对小的间隙。同样地，在定子齿圈31、32和33的齿和转子20的盘之间保留相对较小的间隙。在图3中，示意性地示出了生产图1所示的成型化合物，特别是生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS))的装置的改型。在这种情况下，除了设置在筒46中的三个转子-定子单元10之外，该装置包括混合容器50。混合容器50具有可由电动机驱动的搅拌器52。

试剂，特别是苯乙烯-丙烯腈(SAN)和SAN接枝的弹性体可以进料到混合容器50。此外，可以向试剂中加入溶剂，例如EB(乙苯)。在混合容器50内，通过搅拌器52的旋转，进行试剂的预混合物以形成预混物。所得的预混合物然后可进料给转子-定子单元10。特别的是，预混物可通过进气口42引入到筒46中。

所得到的分散体从筒46输送，以便通过出口44进一步处理。随后进行所得分散体的进一步处理，得到成型化合物，特别是得到丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。

也可以将得到的分散体从出口44返回进料到混合容器50中以形成循环系统，并因此以循环方式进行生产热塑性成型化合物的装置的改型。在这种情况下，试剂在混合容器50内和转子-定子单元10内被处理数次。

附图编号

10 转子-定子单元

20 转子

21 第一转子齿圈

22 第二转子齿圈

23 第三转子齿圈

30 定子

31 第一定子齿圈

32 第二定子齿圈

33 第三定子齿圈

40 轴

42 入口

44 出口

46 桶体

50 混合容器

52 搅拌器

A 旋转轴。

Claims

1.制备热塑性成型化合物的方法，其中将至少两种热塑性成型化合物的试剂进料到转子-定子单元(10)中，该转子-定子单元包括至少一个定子(30)和至少一个可相对于定子(30)围绕旋转轴(A)旋转的转子(20)，其中所述定子(30)具有至少一个定子齿圈(31)，并且所述转子(20)具有至少一个转子齿圈(21)，并且所述定子齿圈(31)和转子齿圈(21)在径向方向上彼此间隔开并且被设置成在轴向方向上重叠，并且其中将所述试剂分散以在所述转子-定子单元(10)中形成分散体，其特点在于：所述热塑性成型化合物是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，所述试剂包含至少一种苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)和至少一种SAN接枝弹性体形式的橡胶，

其中将至少一种溶剂添加到试剂中，并且所述试剂和至少一种溶剂首先预混合成预混合物，然后将该预混合物进料到转子-定子单元(10)，其中预混合物中的水分含量为0％至30％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述定子(30)具有多个定子齿圈(31、32和33)，并且其中所述转子(20)具有多个转子齿圈(21、22和23)，以及其中所述试剂以及由其产生的分散体通过转子-定子单元(10)在径向方向上向外移动。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中设置多个转子-定子单元(10)，将其设置为沿轴向方向偏移，并且其中所述试剂以及由其产生的分散体通过转子-定子单元(10)沿轴向方向移动。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述试剂沿轴向方向进料到所述转子-定子单元(10)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一种苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)以熔融状态进料到所述转子-定子单元(10)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述至少一种苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)加热至高于熔融温度。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述SAN接枝弹性体作为细的粉末或处于熔融状态进料到所述转子-定子单元(10)。

8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述预混合物直接进料到所述转子-定子单元(10)。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述预混合物暂时储存并且稍后进料到所述转子-定子单元(10)。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，将从所述转子-定子单元(10)出来的分散体以循环方式返回进料到转子-定子单元(10)中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述分散体在连续操作的循环过程中返回进料。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述分散体进一步加工以形成成型化合物丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。

13.一种用于生产热塑性成型化合物的装置的用途，所述装置包括具有定子(30)的至少一个转子-定子单元(10)，以及可相对于定子(30)围绕旋转轴(A)旋转的转子(20)，其特征在于，所述定子(30)具有至少一个定子齿圈(31)，并且所述转子(20)具有至少一个转子齿圈(21)，其中所述定子齿圈(31)以及转子齿圈(21)在径向方向上彼此间隔开并且被设置成在轴向方向上重叠，其特征在于该装置用于由试剂苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)和SAN接枝的弹性体来生产丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。

14.根据权利要求13所述的用途，其特征在于，所述装置包括多个转子-定子单元(10)，所述多个转子-定子单元(10)在轴向方向上彼此偏移地设置，其中，转子(20)的旋转轴(A)彼此对准。

15.根据权利要求3所述的方法，其中设置三个转子-定子单元(10)。