CZ278276B6

CZ278276B6 - Process of a single-stage removal of a solvent from an elastomeric polymer solution

Info

Publication number: CZ278276B6
Application number: CS881683A
Authority: CZ
Inventors: Jean Marie Marcelle Gui Naveau
Original assignee: Labofina Sa
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1988-03-15
Publication date: 1993-11-17
Also published as: JPH0796568B2; FI89067C; CA1321852C; KR960003931B1; EP0283460B1; LU86810A1; NO169129B; FI89067B; DE3851352T2; EP0283460A3; CN1035832A; SK277890B6; KR880011208A; ATE111109T1; FI881207A; NO880917L; DE3851352D1; CZ168388A3; FI881207A0; EP0283460A2

Description

Vynález se týká způsobu odstraňování rozpouštědla z roztoku polymerů, zvláště způsobu odstraňování rozpouštědla z roztoku elastomerního polymeru, který má obsah polymeru alespoň 20 % hmotnostních. ·

Dosavadní stav techniky

Zpracování roztoků polymerů za účelém odstranění rozpouštědla a získání granulí polymeru má obvykle dva stupně. V prvním stupni se odstraňuje větší část rozpouštědla za vzniku relativně viskózního roztoku, který se vede do odplyňovacího zařízení, obsahujícího jeden nebo dva nekonečné šneky a několik otvorů, uspořádaných na obvodu šneku, k unikání opatřeného rozpouštědla.

První stupeň může být prováděn buď v reaktoru nebo rovněž nakonec ve šneku. V obou případech jsou problémy, které vznikají, spojeny nejen s kontrolou toku mezi systémy, používanými v obou stupních, ale také s přenosem roztoku polymeru mezi oběma systémy/ zejména tehdy, jsou-li zpracovávány vysoce viskózní roztoky elastomerních polymerů.

U dvoustupňových systémů je také pozorována špatná tepelná stabilita vznikajícího polymeru s ohledem na mnoho mrtvých zón, které se vytvářejí na šneku (šnecích), a dlouhou dobu zdržení polymeru ve vytlačovacím zařízení.

Kromě toho, jsou-li roztoky elastomerních polymerů kaučukovitého typu zpracovávány v běžných zařízeních s granulací pod vodou, je v místě trysky pozorováno síťování kaučuku. To je způsobeno vysokou teplotou, vznikající v důsledku poklesu tlaku před tryskou při granulací ťohoto typu.

Existuje rovněž požadavek zpracovávat tyto roztoky elastomerních polymerů tak, aby se dosáhlo co nejnižšího obsahu těkavých sloučenin; avšak při obvyklých dvoustupňových procesech to znamená snížení zbytkového obsahu na přibližně 0,5 % hmotnostních s ohledem na malou velikost šneku, používaného ve druhém stupni.

Je tedy žádoucí najít postup odstraňování rozpouštědla z roztoků elastomerních polymerů kaučukového nebo nekaučukového charakteru v jednom stupni, kterým by bylo možno dosáhnout obsahu zbytkových těkavých sloučenin nižšího než 0,1 % hmotnostních.

Podle tohoto vynálezu znamená Strmin elastomerní polymer polymer, z něhož alespoň 15 % hmotnostních je tvořeno elastomerem a zbytek je tvořen termoplastickou pryskyřicí.

L.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob jednostupňového odstraňování rozpouštědla z roztoku elastomerního polymeru, vybraného z homopolymerů butadienu a isoprenu a kopolymerů vinylaromátů a konju góvaných dienů, v nichž je frakce konjugovaného dienu hydrogenována apod., zvláště blokových kopolymerů styren-butadien a styren-isopren, obsahujícího alespoň 20 % tohoto elastomerního polymeru, při němž se do plnicí násypky nekonečného šneku přivádí roztok elastomerního polymeru, zahřátý předem na teplotu mezi 150 a- 200 °C, za tlaku vyššího než je tlak varu rozpouštědla, v plnicí zóně se sníží tlak, v důsledku čehož se odstraní 80 až 95 % rozpouštědla, přičemž odplyňováním roztoku protiproudně k pohybu polymeru je roztok elastomerního polymeru posunován vpřed, načež . se znovu ohřeje na teplotu 150 až 200 ’C, zbytek rozpouštědla se odstraní dalším odplyněním roztoku postupujícího vpřed, přičemž, 'je-li to vhodné, se mezi různými ventilačními zónami vstřikuje množství vody, k představující 0,5 až 2 % hmotnosti polymeru k urychlení odstraňování rozpouštědla, načež se pasta elastomerního polymeru, zbavená rozpouštědla vede do trysky a řeže se.

Způsob podle vynálezu se provádí tak, že se roztok elastomerního polymeru vede do plnicí násypky nekonečného šneku. Dosahuje se jím obsahu zbytkových těkavých sloučenin nižšího než 0,1 % hmotnostních.

Elastomerní polymery, které jsou zpracovávány podle vynálezu, mohou být kaučukového nebo termoplastického charakteru. Za tímto účelem je možno zpracovávat butadienové a isprenové polymery nebo ve většině případů kopolymery kaučukového charakteru, sestávající z vinylaromatických monomerů a konjugovaných dienů, jako jsou například kopolymery styrenu s butadienem nebo styrenu s isoprenem, ve kterých podíl monomerního konjugovaného dienu je alespoň 15 % hmotnostních. V případě, že se postup podle vynálezu aplikuje na elastomerní polymery termoplastického charakteru, jsou to ve většině případů blokové kopolymery styrenu s konjugovaným dienem, které mají vysoký obsah styrenu. Je pochopitelné, že způsob podle vynálezu se vztahuje rovněž na elastomerní· polymery typu blokového kopolymeru vinylaromát/konjugovaný dien, ve kterých je frakce konjugovaného dienu částečně nebo úplně hydrogenována.

Tyto polymery se vyrábějí polymreací odpovídajících výchozích monomerů v roztoku. Polymery nebo kopolymery jsou ve formě roztoku v polymeračním-rozpouštědle, ve většině případů v parafinických, cykloparafinických nebo aromatických uhlovodících. Jako příklady vhodných rozpouštědel je možno uvést zejména cyklohexan, pentan, hexan, cyklopentan (sic), isooktan, benzen, toluen nebo směsi hexanu s cyklohexanem. Obsah polymeru v roztoku činí obecně mezi 20 a 60 % hmotnostními.

Přihlašovatel nyní zjistil, že je možno provádět odstraňování rozpouštědla do zbytkového obsahu rozpouštědla, rovného nebo nižšího než 0,1 %, provádí-li se zpracování roztoku polymeru v jednom stupni.

Přihlašovatel rovněž zjistil, že je nutno odstranit většinu rozpouštědla, tj. 80 až 95 %, ventilačním otvorem, situovaným za zadní částí plnicí násypky.

Neočekávaně bylo zjištěno, že takovýmto postupem nejenže polymerní pasta pokračuje ve volném pohybu s nekonečným šnekem,

-2— ale rozpouštědlo je snadno odstraňováno, poněvadž jeho průchodu do zadní části šneku není nijak bráněno.

Tato zadní ventilace je dosahována předehřátím roztoků na 150 až 200 °C a snížením tlaku v plnicí zóně nekonečného šneku. Toto snižování tlaku je regulováno prostřednictvím regulačního ventilu, umístěného v plnicím potrubí nekonečného šneku.

Efektem tohoto odstranění rozpouštědla je podstatné snížení teploty roztoku polymeru.

Přihlašovatel zjistil, že za účelem dosažení dobré účinnosti odstranění rozpouštědla v následujících ventilačních zónách je nutno roztok polymeru znovu ohřát na 150 až 200 C, přičemž tepelný vstup je vytvořen bud zahřátím válce šneku na teplotu mezi 180 a 250 °C, nebo vybavením šneku komponenty, vyvozujícími střihové síly, a nebo kombinací různých prostředků.

Bylo zjištěno, že jestliže se roztok polymeru neohřeje znovu na dostatečnou teplotu, pak není možno dosáhnout hladin zbytkového obsahu řádu 0,1%.

Zbytkové rozpouštědlo se postupně odstraňuje v jednotlivých ventilačních zónách spolu s dopředným pohybem polymerní pasty ve šneku.

Tyto zóny jsou obvykle pod tlakem, který je nižší nebo rovný atmosférickému tlaku. Vakuum stoupá spolu s postupem roztoku polymeru ve šneku a mění se od atmosférického tlaku do přibližně 500 Pa na konci šneku. Těchto odplyňovacích zón je obvykle 3 až 5 v závislosti na množství odstraňovaného rozpouštědla.

Mezi jednotlivými odplyňovacími zónami mohou být vytvořeny zásoby vody k podpoření odstraňování rozpouštědla. Množství vody, zaváděné do polymerní pasty, je obecné 0,5 až 2 % hmotnostní, vztaženo na polymer.

Jak bylo výše uvedeno, je v odplyňovacích zónách odlišný tlak, a aby se zabránilo odsávání, jsou mezi odplyňovacími zónami šneku obvykle používány těsnicí elementy. Jsou obecně tvořeny levotočivými závity. Komponent tohoto typu je rovněž umístěn za místy, kterými se přivádí voda, poněvadž současně umožňuje dokonalé promíchání.

Přihlašovatel rovněž neočekávaně zjistil, že podmínky granulace jsou velmi důležité. V obvyklých podvodních granulátorech je totiž pokles tlaku příliš vysoký a je pozorováno síťování, což je velmi nepříjemné.

Přihlašovatel zjistil, že při použití takového typu granulátoru, který umožňuje, aby tryska byla instalována těsně za nekonečným šnekem, jé možno zredukovat mrtvé zóny a snížit pokles tlaku tak, aby teplota produktu zůstala pod teplotou síťování polymeru. Rovněž není nutno řezat polymer pod vodou, což představuje nepochybnou výhodou postupu podle vynálezu.

Přihlašovatel dále zjistil, že k dobrému odstranění těkavých složek je nutno, aby rychlost otáčení šneku byla 100 až 300

-3CZ 278276 B6 min“¹. Obecně je tato rychlost mezi 150 a 250 min”¹.

Způsobem podle vynálezu se jednostupňově úspěšně odstraňují velká množství rozpouštědla z roztoků elastomerních polymerů, aniž by docházelo k blokování nebo ucpání šneku.

Je pochopitelné, že vynález se vztahuje zvláště na zpracování roztoků elastomerních polymerů, ale že může být rovněž aplikován na jakýkoli typ polymeru, který je ve formě roztoku v rozpouštědle.

Způsob podle vynálezu je popsán v souvislosti s připojeným výkresem, znázorňujícím vytlačovací stroj pro -odstraňování rozpouštědla z roztoku polymeru, obsahujícího alespoň 20 % polymeru.

Roztok polymeru se vede do plnicí násypky 10 vytlačovacího stroje 12, obsahujícího dvojitý nekonenčný šnek 14.

Tlak ve vytlačovacím stroji a rychlost podávání se reguluje regulačním ventilem 16.

Vyltačovací stroj obsahuje zadní ventilační zónu 18., kterou se odstraňuje větší část rozpouštědla. Pasta polymeru je posunována dopředu prostřednictvím nekonečných šneků 14. K odstranění zbytku rozpouštědla je ve vytlačovacím stroji 12 uspořádáno několik ventilačních zón 20. Mezi ventilačními zónami mohou být rovněž umístěny prostředky 22 k zavádění kapaliny, obvykle vody, pro usnadnění odstranění rozpouštědla.

Pasta polymeru, zbavená tímto způsobem rozpouštědla, prochází tryskou 24 a je řezána na granule v granulátoru 26.

Dále jsou pro lepší ilustraci uvedeny příklady provedení, které však neomezují rozsah vynálezu.

Příklad 1

Po provedené roztokové polymeraci butadienu a styrenu se získá cyklohexanový roztok, obsahující 38 % hvězdicového kopolymeru styren-butadien, obsahujícího 40 % styrenu.

Tento roztok se při teplotě 170 ’C přivádí rychlostí 75 kg/h do plnicí násypky dvojitého šneku (typ WP ZSK-57). Tlak se reguluje pomocí ventilu, umístěného v plnicím potrubí. Tento vytlačovací stroj má za zadní částí plnicí násypky umístěnu jednu ventilační zónu a tři ventilační zóny, umístěné před touto násypkou. Tryska a granulátor jsou uspořádány bezprostředně za nekonečným šnekem.

Používají se tyto provozní podmínky:

Vakuum ve ventilačních zónách:

zadní zóna

1. přední zóna

2. přední zóna kPa kPa kPa

3. přední zóna 1 kPa rychlost otáčení: 230 min^-1

Před posledními dvěma ventilačními zónami se provádí vstřikování vody v objemu 1 % vody, vztaženo na hmotnost polymeru .

Rozpouštědlo se získává v množství 92 % v zadní zóně, 3 % v první a druhé přední zóně (sic) a 2 % v konečné zóně. Konečný obsah.těkavých látek je 0,1 % hmotnostní.

Tlak před granulací je 1,5 MPa a teplota materiálu před granulací je 195 °C.

Polymer je granulován dokonale bez nutnosti použití řezání pod vodou.

Příklad 2

Po provedené roztokové polymeraci butadienu a styrenu se získá cyklohexanový roztok, obsahující 38 % blokového kopolymerů styren-butadien, obsahujícího 75 % styrenu.

Tento roztok se při teplotě 165 °C přivádí rychlostí 80 kg/h do plnicí násypky dvoj šnekového vytlačovacího stroje (typ WP ZSK-57). Tlak se reguluje pomocí ventilu, umístěného v plnicím potrubí. Tento vytlačovací stroj má za zadní částí plnicí násypky umístěnu jednu ventilační zónu a tři ventilační zóny, umístěné před touto násypkou. Tryska a granulátor jsou uspořádány bezprostředně za nekonečným šnekem.

Používají se tyto provozní podmínky:

Vakuum ve ventilačních zónách:

. zadní zóna

1. přední zóna

2. přední zóna

3. přední zóna rychlost otáčení:

kPa kPa kPa

700 Pa

270 min

Před posledními kování vody v objemu dvěma ventilačními zónami se provádí vstři1 % vody, vztaženo na hmotnost polymeru.

Rozpouštědlo se získává v množství 89 % v zadní zóně, 3 6 % v první a druhé přední zóně a 2 % v konečné zóně. Konečný obsah těkavých látek je 0,1 % hmotnostní.

Tlak před granulací je 1,5 MPa a teplota materiálu před granulací je 192 ^eC. Polymer je granulován dokonale bez nutnosti použití řezání pod vodou.

-5CZ 278276 B6

Příklad 3

Po provedené roztokové polymerací isoprenu a styrenu se získá cyklohexanový roztok, obsahující 38 % blokového kopolymeru styren-isopren, obsahujícího 15 % styrenu.

Tento roztok se při teplotě 160 ’C přivádí rychlostí 50 kg/h do plnicí násypky dvojšnekového vytlačovacího stroje (typ WP ZSK-57). Tlak se reguluje pomocí ventilu, umístěného v plnicím potrubí. Tento vytlačovací stroj má za zadní částí plnicí násypky umístěnu jednu ventilační zónu a tři ventilační zóny, umístěné před touto násypkou. Tryska a granulátor jsou uspořádány bezprostředně za nekonečným šnekem.

Používají se tyto provozní podmínky:

Vakuum ve ventilačních zónách:

zadní zóna	80 kPa
1. přední zóna	60 kPa
2. přední zóna	6 kPa
3. přední zóna	900 Pa
rychlost otáčení:	220 min^-1

Před posledními dvěma ventilačními zónami se provádí vstřikování vody v objemu 1 % vody, vztaženo na hmotnost polymeru.

Rozpouštědlo se získává v množství 89 % v zadní zóně, 4 % a 6 % v první a druhé přední zóně a 1 % v konečné zóně. Konečný obsah těkavých látek je 0,1 % hmotnostní.

Tlak před granulací je 800 kPa a teplota materiálu před granulací je 180 ’C.

Polymer je granulován dokonale bez nutnosti použití řezání pod vodou.

Claims

1. Způsob jednostupňového odstraňování rozpouštědla z roztoku elastomerního polymeru, vybraného z homopolymerů butadienu a isoprenu. a kopolymerů vinylaromátů a konjugovaných dienů, v nichž je frakce konjugovaného dienu hydrogenována, zvláště blokových kopolymerů styren-butadien a styren-isopren, obsahujícího alespoň 20 % tohoto elastomerního polymeru, vyznačující se tím, že do plnicí násypky nekonečného šneku se přivádí roztok elastomerního polymeru, zahřátý předem na teplotu mezi 150 a 200 °C, za tlaku vyššího než je tlak varu rozpouštědla, v plnicí zóně se sníží tlak, v důsledku čehož se odstraní 80 až 95 % rozpouštědla, přičemž odplyňováním roztoku protiproudně k pohybu polymeru je roztok elastomerního polymeru posunován vpřed, načež se znovu ohřeje na teplotu 150 až 200 °C, zbytek rozpouštědla se odstraní dalším odplyněním roztoku postupujícího vpřed, přičemž, je-li to vhodné, se mezi různými ventilačními zónami vstřikuje množství vody, představující 0,5 až 2 % hmotnosti polymeru, k urychlení odstraňování rozpouštědla, načež se pasta elastomerního polymeru, zbavená rozpouštědla, vede do trysky a řeže se.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že roztok polymeru, který je zbaven 80 až 95 % rozpouštědla, je podroben opětnému ohřátí zahřátím válce šneku na teplotu mezi 180 a 250 °C a/nebo zavedením komponentů, vyvozujících střihové síly, do šneku.

3. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že absolutní tlak ve šneku se s postupem roztoku polymeru postupně snižuje z atmosférického tlaku až na 500 Pa.

4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že šnek se otáčí rychlostí mezi 100 a 300 min“¹, výhodně mezi 150 a 250 min”¹.