DE1645600A1

DE1645600A1 - Verfahren zur Abtrennung fluechtiger Materialien aus Polymerisatpraeparaten

Info

Publication number: DE1645600A1
Application number: DE19661645600
Authority: DE
Inventors: Klosek Felix Peter; Szabo Ted Tibor
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1970-12-17
Also published as: GB1111500A; FR1506650A; DE1645600B2; BE690878A; US3395746A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W, Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.~ing. G. Dan nenberg DR.V.SCHMIED-K.OWARZIK · DR. P. WEI N HOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAIN CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

P-63-15

SK/sie

Union Carbide Corporation

270 Park Avenue

New York, N.Y. 10 01? / USA

Verfahren zur Abtrennung?; flüchtiger Materialien aus Polyraerisatpräparaten

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung eines Polymerisates aus einem flüssigen, das polymerisat und flüchtige Bestandteile enthaltenden präparat.

Dei der Herstellung von Polymerisaten, z.B. bei einer Massen- und Lösungspolymerisation oder bei anderen, üblichen Verfahren, bleiben beträchtliche Mengen an Ausgangsmaberialien, wie z.B. nicht-umsetzbares Monomeres oder Lösungsmittel, im Polymerisatprodukt gemischt oder eingeschlossen. Diese Verunreinigung ist aufgrund ihrer bekzuinten, nachteiligen Wirkungen auf die Polymerisateigenschaften unerwünscht. Ein übliches Verfahren zur Abtrennung des Polymerisates aus solchen fließbaren Präparaten ist die Verflüchtigung derselben. Das Präparat

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Ί. 2 Mr. 1 Satz 3 dee Änderungsgas. v."4,9.

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wird erhitzt und zur Blitzverdampfurig von Lösungsmittel und anderen flüchtigen Materialien in eine Niederdruckkammer eingeführt, was ein Schäumen des Präparates bewirkt , Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß eine beträchtliche Dampfmenge im Schaum eingeschossen ist und bei dem Produkt verbleibt. Weiterhin, erhöht die durch eine Verdampfung verursachte Abkühlung die Viskosität des Produktes so, daß es schwer ist, das polymerisat aus der Blitzverdampfxingskammer zu entfernen.

Das fließbare Präparat kann zur Beseitigung dieses Problems weiter erhitzt werden; das Erhitzen der Mischung zwecks Schaffung der gesamten Verdampfungswärme kann jedoch eine Zersetzung des Polymerisates oder eine andere, unerwünschte Polymerisatbildung bewirken.^

Zur Entfernung des Produktes ist die Blitzverdampfungskanuner mit einer Doppelzahnradpumpe versehen worden. Dabei befindet sich ein Paar paralleler, eng ineinander greifender Zahnräder - da eines das andere antreibt - im unteren Teil der Blitzverdampfungskamraer zur Aufnahme des oberhalb eingeführten Beschickungspräparates. Die Zahnräder sind in der Nähe der Kammerwände angebracht und rotieren, in der Zone des Ineinandergreifens aufwärts» so daß das anfallende, blitzverdampfte Präparat auf den .oberen Oberflächen der Zahnräder gesammelt (erfaßt) wird, von wo es zur Bearbeitung zwischen den Kammervänden und den sich bewegenden Zahnradzähnen umgewälzt virdj anschließend wird es zur Eingreifzone auf der Unterseite der Zahnräder geleitet, wo das blitzverdampfte Produkt

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abgestrippt -und avis dor Kammer gepumpt wird. Das verschäumte Polymerisatpräparat wird so "zwischen "einer stationären und einer sich bewertenden Überfläche hindurchgeführt. Daher können' solche pumpen das polymerisat nicht auf einen Feststoff gehalt über 90. °b Dchandeln, da das polynierisatpräparat bei erhöhten Viskositäten nicht zwischen die Zahnradzälme fließt und dazu neigt, an den Kamnierwänden zu haften und an diesen hochzusteigen, wodurch sie bedeckt vnrdcn und das System blockiert wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines. Verfahrens zur Kivtf-ernuiig' flüchtiger Materialien aus eineia viskosen, fließharen Polymerisatpräparat zur Erzielung lines flüs si .g.i-n Pol jiaeri sat Produktes mit einem Feststoffgehalt wesentlich über 90 ^.

Das erfindungsg-ciiiäßo Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Materialien aus einem flüssigen». Polymerisat und flüchtige Bestandteile enthaltenden Präparat ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Präparat in den oberen Teil, einer auf .-vermindertem Druck gchaltenc-n Kanuner einführt, tun die flüchtigen Materialien zu blit:;verdarapfen und das erhaltene Präparat zu -verschäumen, vociurch eine wesentliche Menge der flüchtigen Katerialieii davon freigesetzt wird, und ,",lcichzeitig einen in der Ka^inier, praktisch ohne Berührung mit den Kanimerwänden frei absteigenden, verschäumten Folyraeri satstrang bildet, daß man den abstei genden Strang mit den Oberflächen eines in der Kammer befindlichen Paares gegeneinander rotierender Walzen mit einer Spaltenbreite über der notwendigen, mechanischen (z.B. aus konstruktiven Gründen notwendigen) Breite und

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unter der Dicke des polymerisatstranges in Berührung bringt, wobei sich jede der Oberflächen in der Berülirungszone praktisch mit dem Fluß des sich nähernden Stranges bewegt, um ihn in und durch die Walzenspalte zu ziehen, damit der Strang komprimiert und von flüchtigen Materialien weiter befreit wird, worauf das von flüchtigen Materialien befreite Polymerisatpräparat aus der Kammer geführt wird.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende' Beschreibung sowie die Zeichnungen weiter veranschaulicht.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Daraufsicht einer erfindungsgemäß geeigneten Vorrichtung.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie 2-2.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäß geeigneten Vorrichtung; und

Fig. k ist ein Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie k-k .

In den Zeichnungen wird ein (nicht gezeigtes) flüssiges, auf eine geeignete Verflüchtigungstemperatur erhitztes Polymerisatpräparat in die Niederdruckkamnier 12 des Gehäuses Io (vgl. Fig. 1 und 2) durch die Einführungsöffnung 16 eingeführt, worauf das präparat blitzverdampft wird und einen Schaumstrang bildet, der ohne Berührung mit den Kammerwänden 11 und 13 auf die unterhalb liegenden Walzen Ik absteigt. Ein Dampfati.«laß 18 in Verbindung

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mit den (nicht gezeigten) Evakuierungsmitteln ist vorgesehen, um den. Druck in Kammer 12 unterhalb des Dampfdruckes der darin eingeführten Lösung zu halten und um, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, die erhaltenen Dämpfe abzuführen. Die Walzen 14 werden gemäß der- in Fig. 2 gezeigten pfeilrichtung, d.h. in Fließrichtung des eintreffenden Schaumstranges, rotiert, so daß sie den Strang aufnehmen und den Schaum in der Spalte 15 zur weiteren Dampffreigäbe komprimieren.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Schranken 20, die benachbart zu den Walzen 14 angebracht sind, streifen das komprimierte Polymerisatpräparat von den Walzen ab. Dieses als viskose Flüssigkeit vorliegende Präparat verläßt die Kammer über die Rampe 22 und den Auslaß'24. Gegebenenfalls kann eine (nicht gezeigte) Pumpe mit dem Auslaß 2k verbunden sein, um die Walzen Ik beim Auspumpen des Produktes zu unterstützen, z.B. wenn die Kammer unter einem Hochvakuum steht»

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in einer anderen, z.B. in Fig» 3 und k gezeigten Vorrichtung durchgeführt werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein fließbares Polymerisatpräparat durch einen Einlaß 32 in die durch das Gehäuse 2.6 umschlossene Niederdruckkammer 28 eingeführt, um in oben beschriebener Weise einen verschäumten Strang zu bilden. Die Kammer 28 wird durch eine (nicht gezeigte) Evakuiervorrichtung, die mit einem Dampfauslaß Jk verbun-

den ist, auf einem verminderten Druck gehalten. Die Zwillingsschrauben werden in der in Fig. k gezeigten Pfeilrichtung rotiert, und der anfallende, verschäumte Strang wii-d am Walzenteil 30 der Schrauben 2°. erfaßt und wie oben komprimiert. Der Valzenteil 30 k*nn

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weise mit Oberf lächonunregeliiiäßigkeiten, ζ.Ε. Rillen 35, versehen sein, die den verschäumten Strang im Laufe des Komprimierens gegen die Rillen 31 der Schrauben 29 führen. Anschließend wird das komprimierte polymerisatpräparat durch die Rillen JL erfaßt und durch den Auslaß 35 in Fig. 3 und k aus der Kammer 28 geführt oder stranggepreßt. Der untere Teil 33 des Gehäuses Z6 ist, wie in
»Fig. h gezeigt, entsprechend dem Schraubenprofil geformt, um eine vollständige Entfernung des Produktes zu gewährleisten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein flüssiges
Präparat einer Verdünnung bis zu 50 Gew.-^ Polymerisat
zu einem praktisch lösungsmittelfreien Polymerisat mit
einem Gehalt von weniger als 2, häufig weniger als 1 Gew,-fo Lösungsmittel oder anderen flüchtigen Materialien behandelt werden. So kann z.B. eine Polystyrollösung mit
50 Gew. —^cjQ Polymerisat im nicht-umgesetzten Monomeren auf ein Material mit 99 i9 Gew.-^o Polymerisat behandelt werdeil.

ψ Das fließbare Polymerisatpräparat kann aus praktisch jedem polymeren Material bestehen, wie Polystyrol, polypropylen, Polyäthylen-Vinylpolymerisate usw., das in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z.B. seinem Monomeren, oder inerten Flüssigkeiten, wie Benzol, Toluol, Heptan
und Aceton, gelost ist.

Das Polymerisatpräparat kann bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten in die Niederdruekkanimer eingeführt werden, was z.B. von der Art des Beschickungsmaterials, der Beschickuiigstemperatur, dem Druck, in der Kammer, der Wal-

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ztmgeschwindi^keit, der Gr.oße dor Anlage usvi, abhängt. Das folgende Beispiel 1 zeigt eine Kombination dieser Faktoren, die vom Fachmann entsprechend den Erfordernissen leicht bestimmt werden können.

Das fließbare Präparat wird bei einer ausreichenden Temperatur in die Niederdruckkammer oder die Abtrennzone von dampfförmigom Material und Flüssigkeit eingeführt,, um eine heftige Freisetzung der flüchtigen. Materialien zu bewirken, wenn die Beschickung in die Kammer eintritt; die Temperatur sollte jedoch unter derjenigen liegen, bei ■welcher die besonderen Lösungskoinponenten sich zersetzen oder ajiderv.-ej.tig beeinträchtigt werden. Die Lösung wird vorzugsweise auf einem ausreichend hohen Druck gehalten, um ihr Sieden in den Beschickungsleitungcn durch Druckventile, die z.B. in den der Kammer benachbarten Leitungen angebracht sind, zu vermeiden. Es k.inn jedoch ein starkes Siedon in den Leitungen erfolgen, ohne daß die Trennung von Dampf und Flüssigkeit in der Kammer wesentlich beeinflußt wird.

Der Druck in der Kammer wird unterhalb des Dampfdruckes der DescIiickungslÖsung. und vorzugsweise genügend weit unter dem Beschickungsdruck gehalten, um einen wesentlichen Druck;ibfall und eine Blitzverdainpfung der flüchtigen Materialien, wie z.B. Lösungsmittel, mit gleichzeitigem heftigem Schäumen der Lösung zu bewirken. Die Temperatur der Kammer ist zweckmäßig so hoch, daß die erhaltene Lösung im flüssigen Zustand gehalten wird und die Lösungsmittelkomponenten verdampft werden. Die Kaniraerteraperatur wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, z.B«

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durch den aufrechterhaltenen Druck Tmd die thermischen Eigenschaften der Besehickungslösungj die sich nach dem Eintritt ausdehnt und abkühlt.

Obgleich der Kaminerdruck in Abhängigkeit von den besonderen,, zu verflüchtigenden Lösungsmitteln oder anderen fluchtigen Materialien variiert, wurden Drucke zwischen etwa 10-300 nun JIg im allgemeinen als zweckmäßig gefunden, ™ wobei der untere Bereich der angegebenen Werte bevorzugt wird.

ErfIndungsgeinäß kann zweckmäßig eine übliche Vakuumpumpe oder andere geeignete Evakuierungsmittel, die z.B. mit dem oberen Teil der Kammer durch einen Dampfauslaß ver=*- bunden sind, angewendet werden. Mit der Vakuumpumpe kann, z.B. zur Rückgewinnung der abtiestrippten flüchtigen Materialien, ein Kühler verbunden sein. Wird jedoch z.B. bei hoher Temperatur und hohem Druck eine niedrig siedende Lösung in die Kammer eingeführt, so können die Evakuierungsmittel entsprechend den Erfordernissen des fe - - Verfiihrens weggelassen werden.

Die sich bewegenden Oberflächen, die den verschauniten Polymerisatstrang mechanisch komprimieren, bestehen aus einem harten Material, wie Metall, z.B. rostfreier Stahl, Diese Oberflächen liegen, wie angegeben, zweckrnäi.iig auf T-.'alzen. In gleicher Weise kann jedoch auch mindestens ein Paar endloser Bänder verwendet werden. Die Bänder können verschieden, z.B. in V-Form, angebracht sein, wobei die unteren Biegungen (Schleifen) der Bänder in ,nächster Nähe zueinander enden, um einen engen Spalt zu ergeben«

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Die Walzen oder Bänder können eine glatte oder unregelmäßige Oberfläche, z.B. aus Zahnrädern oder Rillen, haben. Die Valzen oder Bänder sind so angebracht, daß bei ihrer Spalte eine mechanische Öffnung über der notwendigen mechanischem Öffnung derselben und unterhalb der Dicke des durch sie austretenden Polymerisatstranges gebildet wird.

Zum Komprimieren des verschäumten Polymerisatstranges wird vorzugsweise ein Walzenpaar verwendet. Gegebenenfalls können jedoch auch verschiedene, aufeinander folgende Walzenpaare verwendet werden, die übereinander¹ liegen und jeweils z.B. in der in Fig. 2 angegebenen Weise rotieren, so daß die Walzenoberflächen an. ihren entsprechenden Spalten in der Fließrichtung des verschäumten Stranges rotieren. Zwischen jedem Walzenpaar können auch geeignete Mittel zur Dampfentfernung, z.B. ein Vakuumauslaß, vorgesehen sein.

Die Bänder oder Walzen können bei jeder geeigneten Ge·*· schwindigkeit bis zu etwa 300 Umdr./inin» oder mehr rotiert werden, wie es dem Verfahren'und den mechanischen Erfordernissen entspricht.

Das Produkt wird, wie angegeben, durch die Pumpwirkung der Walzen oder Bänder aus der Kammer entferntj oder durch eine zusätzliche, geeignete Hilfspurape oder andere Mittel, z.B. Zwillingsschrauben, wie in Fig. 3 und k angegeben. Es können auch andere Arten von Schrauben verwendet werden, wie z.B. ein Paar von Schrauben, mit je einein WalzenteJLl in ihrer Mitte und Rillen an beiden Enden, so daß das komprimierte Produkt in zwei Richtungen

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aus der Niederdruclckaininer und so aus zwei Produktauslässen geführt wird. Die Schrauben können verschiedenartige Rillen, von rechteckigen bis zu runden, aufweisen. Die Schrauben können auch in einem solchen abstand voneinander stehen, dai5 die benachbarten Rillen dersellien direkt ineinandergreifen oder in unmittelbarer N«lie voneinander angebracht sind. Indem die Schraubenrillen in unmittelbare Nähe angebracht werden, wird auf das bereits koinpri-P mierte präparat zur weiteren DampfFreisetzung; eine

Schwerkraft und weiterer Druck ausgeübt. Zur Abführung der so freigesetzten Dämpfe können im Schraubenkanal Vakuum-Öffnungen vorgesehen sein.

Das fließbare Polymerisatpräparat kommt nach dem Eintritt in die Niederdruckkammer und der Bildung eines darin absteigenden, verschäumten Stranges vorzugsweise nur mit den sich bewegenden Oberflächen der Kalzen oder Bänder In Berührung bis nach dem Komprimieren in deren Spalte, um einen gleichmäßigen, schnellen Fluß durch das Verfluch tigungssy:stem zu gewährleisten. Selbstverständlich k kann erfindungsgemäß jedoch mindestens ein Teil des ver—' schäumten Polyraerisatpräparates auf dem lieg zur mechanischen Komprirrxii'g mit den Kammerwänden in Berührung kommen, solange die wesentliche Masse des verschäumten Stranges unmi-ttelbar auf die oben erwähnten, sicli bewegenden Oberflächen fällt.

Das folgende Beispiel veranschaulicht die vorliegende Erfindung, ohne sie zu beschränken.

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Beispiele 1-6

Lösungen ;>.us polystyrol in sciiicm Moncmcren, Polyhydrcry-•it.lu;r in Toluol und polyvinylchlorid in Aceton, wurden in einer in fi^. 3 und Ί eezi-ic.1 cn Vorri chtung v<in flüchti--/;rn HiitfiiaJii-n bei rei t. "Die Schrauben hatten einen Vv U-ser ("root diameter") von 2,5 ein, einen Spitz.enpstn r ("crest diameter") von 5 cm und eine RiJJ ondicke von etwa 1,25 ciu. Die Länge dor Koinpressionszonc, d.h. der UaJzont ei I tier Sehrauben, betrug 2,5 cm, die LU!ige dt·s {Terilltt-xi Teiles betrug 15 ein. Gemäß der folgenden TuV-H¹IIp vruröen. .bei einer Sehraubenroxai.ion von XOO Viudr. niin. verschiedene Vcrsurlio durchgerührt?

T a ■ h e 11 ο

HI i t rvf. rxlarapf UIi(JG^-- >■ ü.ir ·> r

Bsp. Polymerisat Beschickung- JM-scln-w.- iJrnck SPoly- ^.Poly-

fjesciiw .kg/Std. Tenip. C nun Ii^ rueris;>t meriiiat

in im Pro-

Ue- dukt

schick^.

1	Polystyrol	■-· ·	95	172	100	80	98,15
2	Polystyrol		5O	175	100	80	97,86
3	Polystyrol		37	178	9ü	80	98,63
U	Polyhydroxy- ätlier	95,	25	180	760	61,8	98,5
■5	polyhydroxy- iither	86,	18	185	760	61,6	98,7
6	Polyvinyl chlorid.	IiJ,	O6	127	200	Uy, 0	83,5

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Aus der -obigen Tabelle geht hervor, daß erfindungsgemäß ein praktisch von flüchtigen Materialien befreites Polymerisat erhalten wird. Der Prozentsatz an pol yinerisat im Produkt kann durch entsprechende Einstellung der aufgeführten Variablen, z.B. durch Verringern des Kami«eindrucke s oder Erhöhung der Beschiekungstemi^ei^atur oder andere Hittel, wii: Erhöhung der Große der Vorrichtungskom-· ponenten gemäß Bestimmung durch den Fachmann für ein gegebenes Polyraerisatpräparat zur Bildung eines Produktes mit bis zu 99 \9 *$> oder mehr polymerisat erhöht werden. Weiterhin kurin das Polymorisatprodukt gegebonehfalls auch erneut behandelt werden, d.h. zwei- oder mehr Male dor BIi tzverdampf un;; und Komprimierung unterworfen werden.

Nach dem Aiistri 11 aus der Abtreiirjungszohe der flüchtigen Materiallen kann das produkt dann gegebenenfalls in eine übliche Walzvorrichtung geführt vercien, z.B. eine entlüftete Strangpresse mit einer oder mehreren Schrauben, um ein praktisch reines Polymerisat zu erhalten.

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Claims

16A5600 p-63-15 SK/sie Patentans1.1rU.che

1. Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Materialien aus Präparaten, die Polymerisate und flüchtige Bestandteile enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) das Präparat in den oberen Teil einer auf vermindertem Druck gehaltenen Kammer einführt, um die flüchtigen Materialien blitzzuverdampfen und das erhaltene Polymerisatpräparat zu verschäumen, wodurch eine wesentliche Menge der flüchtigen Materialien freigesetzt wird, wobei man gleichzeitig: einen in der Kammer praktisch ohne Berührung mit den Kammerwanden frei abwärts steigenden, verschäumten Polymerisatstrang bildet;

i(b) den abwärts steigenden, versehäumten Polymerisat— strang mit den Oberflächen eines in der Kammer angebrachten Paares gegeneinander rotierender Walzen mit einer SpalteaiÖffnung über der für die mechanische öffnung notwendigen Weite und unter der Dicke des Stranges in Berührung bringt, wobei sich die ÖDerflächen dieser Walzen in der Berührungszone mit der Fließrichtung des· sich nähernden Stranges bewegen, um diesen in und durch den Walzenspalt zwecks mechanischer Korapri—

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Neue Unterlagen (Art. 711 At«.a m. *\ s^z 3idM.*na«rungeo33.% 4.a

i zu ziehen, um weitere flüchtige Materialien davon freizusetzen und das von flüchtigera Material befreite Polyinerisatpräpara.t aus der Kammer zu führen.

2. Verfahren nach Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, daß das von flüchtigem Material befreite Po 1 ymcrisaτ, durch ein paar gegeneinander rotierender Schrauben aus der Kanuner s tr ausgepreßt wird.

3- Verfahren nach Anspruch 1 und 2_f dadurch gekennzeichnet, daß das von flüchtigen Materialien Defreite Polymerisat durch eine Verwalzungsstufe geführt wird.

h. Verfahren nach Anspruch 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisat Polystyrol verwendet wird.

Der Patentanwalt;

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