DE102006047942B3 - Reactor for batchwise polycondensation of polymers, comprises a horizontal cylindrical casing containing a hollow rotor with film-forming elements and scrapers, in the form of a heatable, evacuatable autoclave - Google Patents
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Abstract
Description
Vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für die chargenweise Polykondensation von Polymeren.This The invention describes an apparatus and a process for the batchwise polycondensation of polymers.
Herkömmliche
typische Vorrichtungen sind im Allgemeinen Rührautoklaven, die sich zwar
in Ihrer Form, insbesondere im L/D-Verhältnis und in der Ausführung des
Rührorganes
unterscheiden, aber im Wesentlichen aus einem stehenden Behälter mit
konischem, gewölbtem
oder Kugelboden und einem zentral von oben eingesetzten Rührwerk mit
Antrieb bestehen. Die Befüllung
erfolgt durch Einpumpen oder Eindrücken mit Hilfe eines Inertgases
zumeist durch ein im Deckel angeordnetes Rohr. Das Rührwerk kann
als Ankerrührer,
Schneckenrührer
(ein- oder zweiwendelig, wie z.B. in
Insoweit ist eine Lücke gerade im Bereich der hochflexiblen absatzweisen Polykondensation, insbesondere spezialisierter Produkte vorhanden, die zumeist in kleineren Lots vom Markt gefragt sind.in this respect is a gap especially in the field of highly flexible batchwise polycondensation, in particular specialized products available, mostly in smaller lots are in demand from the market.
Eine
andere Variante ist das Hinzufügen
eines Vorkondensationsreaktors, so dass das Verfahren aus drei Schritten
bestehen würde
(z.B.
Es ist weiterhin bekannt, dass in herkömmlichen Autoklaven das Anfangs- und Endprodukt während des Austragens ein Viskositätsspektrum erhält, das durch die Länge des Vorganges bestimmt ist. Dieses rührt von Kettenbrüchen her, verursacht durch thermische Belastung des Polymers nach beendeter Polykondensation. Hierzu wird üblicherweise das angelegte Prozessvakuum mittels Stickstoff gebrochen. Dieses ist ein kostspieliger Vorgang, da hochreiner Stickstoff erzeugt werden muss, dessen Sauerstoffgehalt bei nur wenigen ppm liegen muss, um die oxidative Schädigung des Polymers zu unterbinden.It It is also known that in conventional autoclaves the initial and final product during the dispensing a viscosity spectrum that gets through the length the process is determined. This is due to chain breaks, caused by thermal stress of the polymer after completion Polycondensation. This is usually the applied process vacuum broken by means of nitrogen. This is a costly process because it generates high purity nitrogen whose oxygen content must be only a few ppm the oxidative damage of the polymer to prevent.
Aus
der
Übliche Verfahren zur Herstellung von Polymeren bestehen zumeist aus zwei hintereinander geschalteten Autoklaven, wobei in dem ersten entweder eine Um- oder eine Veresterung abläuft bzw. eine Eindampfung (Vorkonzentration) vorgenommen wird. Das entstehende Monomer oder Oligomer wird dann im zweiten Autoklaven unter stetig abgesenktem Druck bis in den Hochvakuumbereich hinein und erhöhter Temperatur zum langkettigen Polymer unter Freimachung des Lösungsmittels oder einer Reaktionskomponente ausgebildet. Hierbei steigt die Schmelzviskosität zunächst langsam an, gegen Ende des Vorgangs quasi exponentiell. Typischerweise liegt die Anzahl der Monomer-Wiederholungseinheiten am Ende bei max. 135. Die obere Grenze ist bestimmt durch die Austragszeit, die weit weniger als 30 Minuten betragen soll, den Stickstoffdruck (somit Verbrauch), das Rührorgan und die Bemessung des Austragsrohres, das die nachfolgende Granulierung speist.Usual procedures For the preparation of polymers usually consist of two consecutively switched autoclave, wherein in the first either a Um- or an esterification expires or an evaporation (preconcentration) is made. The resulting Monomer or oligomer then becomes steady in the second autoclave lowered pressure into the high vacuum range and elevated temperature to the long-chain polymer with the solvent or a reaction component educated. In this case, the melt viscosity initially rises slowly towards the end the process is exponential. Typically, the number is the monomer repeating units at the end at max. 135. The upper one Boundary is determined by the discharge time, which is far less than 30 minutes, the nitrogen pressure (thus consumption), the stirrer and the dimensioning of the discharge pipe, the subsequent granulation fed.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Reaktorvorrichtung für die chargenweise Polykondensation von Polymeren bereitzustellen, die eine höhere Produktionsrate von Polymeren bei verbesserter Qualität und Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe vorliegender Erfindung ein Verfahren zur Polykondensation von Polymeren unter Verwendung der voranstehend genannten Reaktorvorrichtung anzugeben.outgoing It is therefore an object of the present invention to a reactor device for the to provide batchwise polycondensation of polymers which a higher one Production rate of polymers with improved quality and economy allows. It is a further object of the present invention to provide a process for polycondensation of polymers using the reactor apparatus mentioned above specify.
Diese Aufgabe wird durch die Reaktorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit Patentanspruch 28 wird ein Verfahren zur chargenweisen Polykondensation bereitgestellt. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.These The object is achieved by the reactor apparatus having the features of Claim 1 solved. With Claim 28 is a method for batch polycondensation provided. The respective dependent claims advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird eine Reaktorvorrichtung für die chargenweise Polykondensation von Polymeren bereitgestellt, umfassend ein in einem mindestens einen Ein- und Auslass aufweisenden horizontal angeordneten zylinderförmigen Reaktorgehäuse angeordneten drehenden Hohlzylinderrotor, der über Lagervorrichtungen mittels über die Stirnwände des Reaktorgehäuses hinausreichenden Stummelwellenanordnung horizontal gelagert ist, sowie am Hohlzylinderrotor angeordneten ringförmigen Filmbildungselementen und Abstreifern, die zwischen den ringförmigen Filmbildungselementen in das Innere des Reaktorgehäuses bis an den Hohlzylinderrotor hineinragen und die Reaktorvorrichtung als beheizbarer evakuierbarer und druckfester Autoklav ausgebildet ist.According to the invention, a reactor apparatus for the batchwise polycondensation of polymers is provided, comprising a hori having at least one inlet and outlet zontal arranged cylindrical reactor housing arranged rotating hollow cylindrical rotor, which is mounted horizontally via bearing devices by means of beyond the end walls of the reactor housing stub shaft assembly, as well as arranged on the hollow cylindrical rotor annular film forming elements and scrapers, which protrude between the annular film forming elements in the interior of the reactor housing to the hollow cylinder rotor and the reactor device is designed as a heatable evacuated and pressure-resistant autoclave.
Durch die Reaktorvorrichtung ist die Herstellung von Polymeren mit mehreren, dem Stand der Technik überlegenen Vorteilen verbunden. Zum einen wird die Zykluszeit eines Ansatzes, die in herkömmlichen Verfahren bei 3 bis 4 Stunden liegt, auf Zeiten unter 3 Stun den, beispielsweise 1,5 bis 2 Stunden, verkürzt. Durch die gewährleistete intensive Vermengung des Reaktionsgemisches kommt es dabei zu einer extrem oberflächenaktiven Reaktion. Dies ermöglicht eine größere Dimensionierung und somit größere Ansätze, was naturgemäß mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden ist.By the reactor device is the production of polymers with several, Superior to the state of the art Benefits connected. On the one hand, the cycle time of an approach, in conventional 3 to 4 hours, at times less than 3 hours, for example 1.5 to 2 hours, shortened. By the guaranteed intensive mixing of the reaction mixture, it comes to a extremely surface-active Reaction. this makes possible a larger dimensioning and thus larger approaches, what naturally with economic Benefits connected.
Abdichtung
und Lagerung der Korbwellenstummel kann z.B. wie bei
Als Drehantrieb können alle Typen von Getriebemotoren mit Drehzahlregelung verwendet werden.When Rotary drive can All types of geared motors with speed control can be used.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn längs an der Unterseite des zylinderförmigen Reaktorgehäuses ein Produktsammelkonus angeordnet ist, der in Längsrichtung parallel abgeflacht ist. Die Breite ist viskositätsabhängig und beträgt mindestens 120 mm. Dabei ist es ebenso vorteilhaft, wenn das zylinderförmige Reaktorgehäuse im Bereich der Basis des Produktsammelkonus Durchbrüche aufweist, die mindestens eine freie Fläche von 25 % freigeben. Der Konuswinkel in Längsrichtung kann dabei zwischen 60° und 140° variieren und je nach Produkt verschieden ausgeführt sein.there it is advantageous if longitudinal at the bottom of the cylindrical Reactor housing a Product collecting cone is arranged, which flattened parallel in the longitudinal direction is. The width is viscosity dependent and is at least 120 mm. It is also advantageous if the cylindrical reactor housing in the area the base of the product collection cone has breakthroughs that are at least a free area of 25%. The cone angle in the longitudinal direction can be between 60 ° and 140 ° vary and be different depending on the product.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist am zylinderförmigen Reaktorgehäuse an der Oberseite ein Produktzuführstutzen angeordnet. Dieser Produktzuführstutzen kann ebenfalls einen Flansch zur Verbindung mit der Produktführungsleitung aufweisen.In A further advantageous embodiment is on the cylindrical reactor housing at the top a product feed nozzle arranged. This product feeder may also have a flange for connection to the product conduit exhibit.
Zur gleichmäßigen Verteilung des zugeführten Produktes im gesamten Reaktor ist es vorteilhaft, wenn im oberen Bereichszenith des zylinderförmigen Reaktorgehäuses unterhalb des Produktzuführstutzens eine Pro duktverteilungsvorrichtung vorgesehen ist. Die Produktverteilungsvorrichtung kann dabei beispielsweise als Schlitzrohr über die gesamte Länge des Reaktors oder einseitig je als Schlitzdüse ausgeführt sein.to even distribution of the supplied Product throughout the reactor, it is advantageous if in the upper Area zenith of the cylindrical reactor housing below of the product supply nozzle a product distribution device is provided. The product distribution device can, for example, as a slotted pipe over the entire length of Reactor or be executed on each side as a slot nozzle.
Weiterhin ist es günstig, wenn im oberen Bereich des zylinderförmigen Reaktorgehäuses mindestens ein Brüden- und/oder Abgasstutzen vorgesehen ist. Über diesen Brüden- und/oder Abgasstutzen kann während Polykondensation eine Abführung entstehender gasförmiger Reaktionsnebenprodukte erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Brüden- und/oder Abgasstutzen dabei nicht genau vertikal an der Reaktorvorrichtung angebracht, sondern horizontal oder tangential mit einer Neigung von bis zu 30° aus der Horizontalen angeordnet. Beispielhafte Ausführungsformen sehen vor, dass dieser Stutzen mit einer Neigung von beispielsweise 10° oder 20° versetzt aus dem Zenith angeordnet ist und einen derartigen Durchmesser besitzt, dass eine maximale Geschwindigkeit eines durchströmenden Gases 40 m/s nicht überschreitet. Selbstverständlich kann über diesen Stutzen auch Vakuum an der Reaktorvorrichtung angelegt werden.Farther is it cheap if at least in the upper region of the cylindrical reactor housing a vapor and / or exhaust port is provided. About these vapors and / or Exhaust pipe can during Polycondensation a discharge resulting gaseous Reaction by-products take place. In an advantageous embodiment is the vapor and / or exhaust port while not exactly vertical to the reactor device attached but horizontally or tangentially with a slope of up to 30 ° arranged horizontally. Exemplary embodiments provide that this nozzle offset with an inclination of, for example, 10 ° or 20 ° is arranged from the zenith and has such a diameter, that is a maximum velocity of a gas flowing through 40 m / s does not exceed. Of course, about this Nozzles can also be applied to the reactor apparatus.
Ebenso ist es günstig, wenn der Hohlzylinderrotor exzentrisch im zylinderförmigen Reaktorgehäuse angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird darunter verstanden, dass die horizontal ausgerichtete Aufhängungsachse des Hohlzylinderrotors nicht mit der horizontalen Hauptachse des Reaktorgehäuses zusammenfällt.As well is it cheap when the hollow cylinder rotor is arranged eccentrically in the cylindrical reactor housing is. According to the invention is included understood that the horizontally oriented suspension axis of the hollow cylinder rotor not with the horizontal main axis of the Reactor housing coincides.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die horizontale Längsachse des Hohlzylinderrotors in vertikaler Richtung zum Produktsammelkonus hin, versetzt zum zylinderförmigen Reaktorgehäuse, angeordnet ist. Somit ist also vorgesehen, dass die horizontale Längsachse des Hohlzylinderrotors bezüglich der horizontalen Längsachse des zylinderförmigen Reaktorgehäuses nach unten versetzt ist.Farther it is advantageous if the horizontal longitudinal axis of the hollow cylinder rotor in the vertical direction to the product collection cone, offset to cylindrical Reactor housing, is arranged. Thus, it is thus provided that the horizontal longitudinal axis of the hollow cylinder rotor with respect to the horizontal longitudinal axis of the cylindrical one reactor housing is offset down.
Erfindungsgemäß kann der Hohlzylinderrotor dabei sowohl als geschlossene Zarge und/oder als Korblochzarge ausgebildet sein. Im Falle einer Korblochzarge kann die Größe der Löcher dabei beliebig variieren. Die Löcher können ebenfalls zur verstärkten Homogenisierung des Reaktionsgemisches beitragen.According to the invention of Hollow cylinder rotor thereby both as a closed frame and / or as Korblochzarge be formed. In the case of a Korblochzarge can the size of the holes vary as you like. The holes can also to reinforced Homogenization of the reaction mixture contribute.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Rotorzarge sich über die ganze Länge des Reaktors erstreckt, also quasi bis an die Enddecke des Reaktorgehäuses heranreicht, die Enddeckel jedoch nicht berührt. Typischerweise ist dabei die Rotorzarge um ca. 20 bis 40 mm kürzer als die Reaktorinnenlänge.there It is advantageous if the Rotorzarge over the entire length of Extends reactor, so almost reaches to the end ceiling of the reactor housing, however, the end covers are not touched. typically, is the rotor frame by about 20 to 40 mm shorter than the reactor internal length.
Um eine intensive Durchmischung des Reaktionsgemisches zu gewährleisten, sind zwischen den Enddeckeln und der Rotorzarge umlaufende federnde Abstreifer angeordnet. Die Abstreifer können beispielsweise auch segmentiert ausgeführt sein.In order to ensure thorough mixing of the reaction mixture, circumferential resilient scrapers are arranged between the end caps and the rotor frame. The scrapers can for example, be performed segmented.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Zwischenraum zwischen den Enddeckeln und der Rotorzarge eine Zuführung für Inertgas aufweist. Darüber kann beispielsweise der Reaktionsraum gespült werden, oder es kann ein erhöhter Druck zum Produktaustrag aufgebaut werden.A sees further advantageous embodiment before that the space between the end covers and the rotor frame a feeder for inert gas having. About that For example, the reaction space can be rinsed, or it can be increased pressure be constructed for product discharge.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis des Korbrührerdurchmessers zum Behälterdurchmesser des Reaktors 0,98 bis 0,82 beträgt.As well It is advantageous if the ratio of Korbrührerdurchmessers to the container diameter of the reactor is 0.98 to 0.82.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt das Verhältnis des Rotorzargendurchmessers zum Reaktordurchmesser zwischen 0,5 und 0,8.In In another advantageous embodiment, the ratio of Rotor rim diameter to the reactor diameter between 0.5 and 0.8.
Bezüglich der äußeren Dimensionen des Reaktors ist es günstig, wenn das Verhältnis der Länge des Reaktors zum Reaktordurchmesser zwischen 0,5 bis 1,5 beträgt.Regarding the outer dimensions of the reactor, it is convenient if the ratio the length of the Reactor to the reactor diameter between 0.5 to 1.5.
Sowohl Rotorzarge als auch Produktsammelkonus können temperierbar, d.h. beheizbar, aber auch kühlbar sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die diese Elemente begrenzende Wandung doppelwandig ausgeführt ist. Der Doppelmantel der temperierbaren Elemente kann sowohl für flüssige als auch dampfförmige Wärmeträger vorgesehen werden, wobei dem flüssigen Wärmeträger wegen der Möglichkeit des Kühlens der Vorrang gegeben wird. Der Wärmeträger für die beheizte Korbzarge wird über eine Drehdurchführung zentral durch eine der beiden Lagerwellen zu- und abgeführt.Either Rotor frame as well as product collection cone can be tempered, i. heated but also cool be. This can be done, for example, by having them Elements limiting wall is designed double-walled. The double coat of the Heatable elements can be provided for both liquid and vapor heat transfer medium be, being the liquid Because of heat transfer The possibility of cooling is given priority. The heat carrier for the heated Basket frame is over a rotary union centrally supplied and removed by one of the two bearing shafts.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bezüglich der ringförmigen Filmbildungselemente sind diese durch einen rohrförmigen Kranz und einer zwischen dem rohrförmigen Kranz und der Rotoroberfläche aufgespannten netzartigen metallischen Rohrstruktur ausgebildet. Beispielsweise sind die Abstreifer dabei in 3-Kantform angeordnet, die dafür sorgen, dass sich zwischen den Rohrringen kein Polymerverschluss bildet und gleichzeitig die Korbzarge, die optional auch beheizt sein kann, von auffließendem Polymer gereinigt wird. Hierdurch ergibt sich ein Dünnschichteffekt, der ganz erheblich zur beschleunigten Reaktion durch Verkürzung der Diffusionswege beiträgt. Die Rohrringe können dabei senkrecht auf der Rührkorbzarge stehen und sind aus Rohren der Größe von 12 bis 30 mm gefertigt. Die Stützrohre können dabei als Evolventen ge formt sein, zwischen die ebenfalls Rohre gespannt sind, so dass dreieckige bzw. rautenförmige Öffnungen zur Filmbildung entstehen.In a further preferred embodiment with respect to the annular film-forming elements this by a tubular Wreath and a spanned between the tubular rim and the rotor surface formed net-like metallic tube structure. For example the scrapers are arranged in 3-square shape, which ensure that no polymer closure forms between the tube rings and at the same time the basket frame, which can optionally also be heated, from upflowing Polymer is purified. This results in a thin-film effect, which greatly contributes to the accelerated reaction by shortening the Contributes diffusion pathways. The pipe rings can while perpendicular to the Rührkorbzarge stand and are made of tubes of size from 12 to 30 mm. The support tubes can in the process of being formed as involutes, between the pipes as well are stretched so that triangular or diamond-shaped openings for film formation arise.
Neben den beschriebenen Rohrringen trägt die durch Abstreifer erzeugte dünne und stetig erneuerte Polymerschicht auf dem beheizten Rührkorb in erheblichem Maße zur Diffusion des Lösungsmittels bei. Prinzipiell hat ein liegender Autoklav von etwa gleicher Ansatzgröße gegenüber einem stehenden bereits den Vorteil einer größeren Ausdampfoberfläche, unter der Annahme von 30 Füllgrad und ohne Rührwerk, die beim 1,5 bis 2-fachen liegt. Die Standardrührwerke erlauben massebezoene Oberflächenneubildunsraten, abhängig von der Viskosität, die Werte von 50 bis 150erreichen.In addition to the described pipe rings, the thin and continuously renewed polymer layer produced by wipers on the heated mixing basket contributes significantly to the diffusion of the solvent. In principle, a recumbent autoclave of about the same batch size compared to a stationary already has the advantage of a larger evaporation surface, assuming 30 degree of filling and no agitator, which is 1.5 to 2 times. The standard agitators allow mass-referenced new surface rates, depending on viscosity, from 50 to 150 to reach.
Bei einem Rohrrinkorb mit gelochter Korbzarge werden bereits Werte von 300 bis 400erreicht. Die beheizte und abgestreitte Korbzarge verbessert diesen Wert nochmals auf 500 bis 600,so dass man im Vergleich zum Standard-Rührwerk die Zeit zur Polykondensation um den Faktor 3-4 verkürzen kann.Values of 300 to 400 are already found in a tubular basket with a perforated basket frame reached. The heated and separated basket frame improves this value again to 500 to 600, so you can shorten the time for polycondensation by a factor of 3-4 compared to the standard agitator.
Vorteilhafterweise beträgt dabei das Verhältnis des Rohrringdurchmessers zum Rührkorbdurchmesser 1,2 bis 2,5 zu 1.advantageously, is the ratio of the pipe ring diameter to the stirring basket diameter 1.2 to 2.5 to 1.
Weiterhin ist es günstig, wenn die verbleibenden Stege der Korblochzarge im inneren Bereich mit Halbrund- und/oder Dreiecksprofilen bekleidet sind. Dadurch wird ebenso eine verbesserte Homogenisierung des Reaktionsgemisches erreicht.Farther is it cheap if the remaining webs of the basket hole frame in the inner area with Semicircular and / or Triangular profiles are dressed. This will also improve Homogenization of the reaction mixture achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Abstreifer dreiecksförmig und bevorzugt so ausgeführt und so eingestellt, dass die optional beheizte/gekühlte Rotorzarge als Dünnschichtfilmgenerator arbeitet. Neben der Rotorzarge kann ebenso der Produktsammelkonus beheizt und/oder gekühlt sein und endet bevorzugt direkt in einem Produktentnahmeflansch.In In another advantageous embodiment, the scrapers triangular and preferably carried out so and adjusted so that the optional heated / cooled rotor frame as a thin film film generator is working. In addition to the rotor frame, the product collection cone can also be used heated and / or cooled and preferably ends directly in a product take-off flange.
In einer weiteren günstigen Ausführungsform ist der Produktentnahmeflansch direkt mit einer Austrags- und/oder Rezirkulationspumpe verbunden, deren Einlauföffnung bevorzugt das 1,5 bis 3-fache des Gesamtzahnquerschnittes der Pumpe beträgt. Die Austragspumpe dient zwei Aufgaben:
- a) Austrag des Polymeransatzes nach Beendigung der Polykondensation unter atmosphärischem Druck,
- b) Rezirkulation des Oligomers während der Polykondensationszeit über die im Zenith der Behälterzarge angeordnete schlitzförmige Verteilung.
- a) discharge of the polymer mixture after completion of the polycondensation under atmospheric pressure,
- b) recirculation of the oligomer during the polycondensation over the arranged in the zenith of the container frame slot-shaped distribution.
Dabei ist bevorzugt an die Rezirkulationspumpe eine Kreislaufleitung angeschlossen, die mit dem Einlass der Reaktorvorrichtung verbunden ist.there is preferably connected to the recirculation pump a circulation line, which is connected to the inlet of the reactor device.
Vorteilhafterweise weist die Kreislaufleitung eine Filtervorrichtung auf. Weiterhin ist es günstig, wenn die Kreislaufleitung zusätzlich eine Online-Viskositätsmesseinrichtung aufweist, wodurch eine präzise Steuerung und Überwachung einer Vielzahl von Parametern ermöglicht wird. Selbstverständlich sind mit diesem Reaktor/Autoklav auch bezüglich des Einsatzes von Co-Monomeren, Stabilisatoren, Katalysatoren und sonstigen Additiven keine Grenzen gesetzt. Diese kön nen je nach gewünschten Produkteigenschaften ausgewählt werden, auch wenn sie die Reaktionsgeschwindigkeit verändern und die Ablaufsequenzen hierzu verändert werden müssen.advantageously, the circulation line has a filter device. Farther is it cheap if the circulation additionally an online viscosity measuring device which gives a precise Control and monitoring a variety of parameters is possible. Of course, with this reactor / autoclave also regarding the use of co-monomers, stabilizers, catalysts and other additives have no limits. These Kings can ever according to desired Product properties selected even if they change the reaction speed and the sequences for this purpose changed Need to become.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur chargenweisen Polykondensation von Oligomeren/Monomeren bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine, wie im Vorangehenden beschriebene Reaktorvorrichtung eingesetzt wird.According to the invention as well a process for the batchwise polycondensation of oligomers / monomers provided, characterized in that a, as in Previously described reactor device is used.
Aufgrund dieser günstigen Oberflächenbildungsraten ist auch ein Absenken der Reaktionstemperatur um bis zu 15 °C gegenüber den herkömmlichen Verfahren möglich, wodurch die Herstellung von hochviskosem Material wegen der reduzierten thermischen Schädigung erst sinnvoll wird.by virtue of this cheap Surface creation rates is also a lowering of the reaction temperature by up to 15 ° C over the usual Method possible whereby the production of highly viscous material due to the reduced thermal damage only makes sense.
Vorzugsweise wird zu Beginn der Polykondensation die Reaktorvorrichtung bis zu einem Füllvolumen von 15 bis 40 % gefüllt und dann im Laufe der Polykondensation in Abhängigkeit von der Produktviskosität das Oligomer im Mengenverhältnis von 0,5 bis 5, bezogen auf die eingefüllte Maße, über die Produktverteilungseinrichtung rezirkuliert.Preferably At the beginning of the polycondensation, the reactor apparatus is up to a filling volume filled from 15 to 40% and then in the course of polycondensation, depending on the product viscosity, the oligomer in the ratio of 0.5 to 5, based on the filled dimensions, on the product distribution device recirculated.
Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft des Verfahrens ist es, dass die Polykondensation bis zu 205 MWE (Monomer-Wiederholungseinheiten) durchgeführt werden kann.A particularly advantageous property of the method is that the Polycondensation can be carried out up to 205 MWE (monomer repeating units) can.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren so geführt, dass mit einer beheizbaren, geschlossenen Rotorzarge und/oder unbeheizten Korblochzarge bei Temperaturen bis 350 °C und Vakua bis höchstens 0,1 mbar gearbeitet wird.advantageously, is the procedure so conducted that with a heated, closed rotor frame and / or unheated Basket hole frame at temperatures up to 350 ° C and vacuums up to 0.1 mbar is worked.
Günstig ist es, wenn die Drehzarge des Korbrotors in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Korbes bzw. der Viskosität des Polymers/Oligomers ausgewählt bzw. geregelt wird.Cheap is it, if the turning frame of the basket motor depending on the power consumption of Basket or the viscosity of the polymer / oligomer selected or regulated.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die massebezogenen Oberflächen-Neubildungsraten von 300 bis 600 erreicht werden und der beheizte, abgestreifte Korbrotor hierzu einen Beitrag von 30 bis 50 leistet.Furthermore, it is advantageous if the mass-related surface recharge rates of 300 to 600 be achieved and made the heated, stripped basket rotor this contribution of 30 to 50.
In einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens wird die Reaktionszeit, also die Polykondensationszeit, in einem Bereich von 30 bis 120 Minuten gewählt.In In another advantageous variant of the method, the reaction time, ie the polycondensation time, in a range of 30 to 120 Minutes dialed.
Vorteilhafterweise erfolgt die Beheizung/Kühlung von Gehäuse und Rotor durch organische Wärmeträger in flüssiger oder dampfförmiger Form.advantageously, the heating / cooling takes place of housing and rotor by organic heat transfer medium in liquid or vaporous form.
Ebenso ist es günstig, wenn die Schmelze während des Produktaustrages weiterhin unter einem Unterdruck gehalten wird.As well is it cheap if the melt during the product discharge is still kept under a negative pressure.
Zur Aufrechterhaltung einer inerten Atmosphäre im Reaktor wird bei Beendigung des Produktaustrages der Reaktor mit atmosphärischem Inertgas gespült.to Maintaining an inert atmosphere in the reactor is at completion the product discharged the reactor with atmospheric inert gas.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Reaktion bei 5 bis 20 °C oberhalb des Schmelzpunktes des Polymers durchgeführt wird.Especially it is preferred if the reaction at 5 to 20 ° C above the melting point of the polymer is carried out.
Beispiel zur VerfahrensführungExample of process control
Das Oligomer wird aus einem 1. Autoklaven innerhalb von 10 min über die Rezirkulationsleitung in den er findungsgemäßen Reaktor gefördert bis ein Füllvolumen von etwa 20 % bis 30 % erreicht ist. Der Rührer läuft dabei mit max. Geschwindigkeit von etwa 10 Upm. Er wird im Laufe der Polykondensation in Abhängigkeit von der Produktviskosität ständig in der Drehzahl nachgeführt um seine Effizienz maximal zu nutzen. Am Ende beträgt die Drehzahl nur noch etwa 0,5 bis 1 Upm. Nach einem festgelegten Programm wird der Druck bis in den Hochvakuumbereich, der bis zu 0,2 mbar betragen kann, abgesenkt. Gleichzeitig sorgt die Heizung über Wärmeträger des Mantels und der Korbzarge für ein Halten bzw. einen Temperaturanstieg des Polymers. Dieses kann ebenfalls programmgeführt erfolgen. In der Endphase des Prozesses kann auch – je nach Produkt – ein Kühlen des Mantels oder der Rührkorbzange erforderlich sein, um die eingebrachte mechanische Energie, die sich als Erhöhung der Polymertemperatur auswirkt, abzuführen. Die Ausbildung des Rührkorbes als geschlossener, beheizter Zylinder hat hierbei aufgrund seiner großen Wärmetauschfläche und Stoffaustauschfläche einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Systemen, indem die Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und Produkt sehr klein gehalten werden kann und damit die thermische Belastung des Polymers und folglich die Qualität erheblich verbessert werden kann.The Oligomer is removed from a 1st autoclave within 10 min over the Rezirkulationsleitung in which he inventive reactor promoted until a filling volume from about 20% to 30%. The stirrer runs with max. speed from about 10 rpm. It becomes dependent in the course of polycondensation from the product viscosity constantly tracked in the speed to maximize its efficiency. At the end, the speed is only about 0.5 to 1 rpm. After a set program is the pressure up to the high vacuum range, which can be up to 0.2 mbar can, lowered. At the same time, the heater provides heat transfer of the jacket and the basket frame for a Hold or a temperature increase of the polymer. This can also program conducted respectively. In the final stage of the process can also - depending on Product - one Cooling the Mantels or the stirring basket tongs be required to absorb the introduced mechanical energy as an increase the polymer temperature affects, dissipate. The training of the stirring basket as a closed, heated cylinder has this due to its huge Heat exchange surface and Mass transfer area a significant advantage over conventional ones Systems by the temperature difference between heat carrier and Product can be kept very small and thus the thermal Strain on the polymer and therefore the quality can be significantly improved can.
Nach Erreichen der gewünschten Viskosität des Produktes wird die Rezirkulation, die vor Beginn der Vakuumphase in Gang gesetzt wurde, gestoppt und der Austrag wird über das Mehrwegventil eingeleitet. Das Vakuum wird so gesteuert, dass die Viskosität während des Austragsvorganges, der höchstens 20 min dauern soll, konstant bleibt.To Achieve the desired Viscosity of Product will recirculate before the start of the vacuum phase was started, stopped and the discharge is over Reusable valve initiated. The vacuum is controlled so that the viscosity while the discharge process, the maximum 20 min, remains constant.
Während des Austragens kann der Korbrührer angehalten werden oder mit minimaler Drehzahl weiterlaufen um eine größtmögliche Homogenität des Polymers zu erhalten. Gegen Ende des Austragens wird das Vakuum mittels Inertgas gebrochen, so dass der Autoklav wieder unter atmosphärischem Druck steht.During the Austragens can the basket stirrer be stopped or run at minimum speed by one maximum homogeneity of the polymer to obtain. Towards the end of the discharge, the vacuum is replaced by inert gas broken, leaving the autoclave back under atmospheric pressure stands.
Anhand folgender Figuren wird der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert, ohne die Erfindung auf die dort dargestellte spezielle Ausführungsform einschränken zu wollen.Based the following figures, the inventive subject matter is explained in more detail, without the invention to the special embodiment shown there restrict to want.
Es zeigenIt demonstrate
Im Folgenden wird Bezug genommen auf die zwei nachfolgend abgebildeten Figuren.in the The following will be referred to the two following Characters.
Die
Reaktorvorrichtung
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