DE1694348C3

DE1694348C3 - Verfahren zum kontinuierlichen Einmischen einer Pigmentdispersion in eine Polyamidschmelze

Info

Publication number: DE1694348C3
Application number: DE1694348A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Chem. Dr. 8751 Oberau Gerlach; Wolfgang Dipl.- Chem. Dr. 8765 Erlenbach Grimm; Helmut 8750 Aschaffenburg Linhart; Ernst Dipl.-Chem. Dr. 5138 Oberbruch Meyer
Original assignee: ENKA GLANZSTOFF AG 5600 WUPPERTAL
Current assignee: ENKA GLANZSTOFF AG 5600 WUPPERTAL
Priority date: 1967-11-21
Filing date: 1967-11-21
Publication date: 1975-09-25
Also published as: FR1592346A; US3560430A; US3704863A; ES359344A1; CH495400A; NL6816469A; AT312151B; LU57320A1; GB1211599A; CS158629B2; BE721609A; DE1694348A1; ES374490A1; DE1694348B2; SU362540A3

Description

ze.Ihnet daß man die Schmelze zu Sichten mit «Wg^g _besteht diese Gefahr ,η _erheU»*m

Schichtdicken von 20 bis 850 ^m auszieht. Hydro ^_n ^_n _Slllko__noUro_Pfchen bei

3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 25 »J« Verstrecken der Faden, gekennzeichnet, daß das Ausziehen der Schmelze «P'JJ*^ _{ilt auch} für ein anderes bekanntgegeben der kintrittsstelle der Pig^ntd.spers.on JJ™kf_ahren, bei welchem als D.sperg.errmt e mit einer örtlichen Geschwindigkeit von mehl *°™f_n ⁿ _{säuredinitril} vorgeschlagen wird. Zwar bleibt weniger als 0,27 m/s und nicht mehr als 2,6 m/s, Ad pinsa _Polyamid gut mischbares Tragervorzugswe.se 0,8 bis 1,9 m/s. erfolgt. 3o dies« rat e _em . flüssig, es w,rd aber 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ^tteTbei ^ _V(, ^ _{A ßerdem rea}g_iert nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einem rotations- ^ererseitt ^ _{def Schmelze>
es Bt jedoch} symmetrischen, eine Austrittsöffnung aufweisenden es zwar ^ _ngenügend inert. Mischbehälter, um dessen Achse em bis zur gegen α Adiponitnl mit der Schmelze Behälterwand reichendes Flügelrad mit angestellten 35 ^O°JⁿJ_än^ _von einer Reihe Faktoren, wie Wasser-Flügeln drehbar angeordnet ist, dadurch gekenn- ^Sfjte Schmelze und Schmelztemperatur ab. In zeichnet, daß die Rotationsebene des Flügelrades gehaU ät** ^ _{nachteilige Fo}lgen Soweit (13) von der ebenflächigen Innenseite einer mit J·«·»"^ ^g _fertigen Faden isoliert vorhanden ist, Emlaßbohrungen (9 bzw. 14) für die Schmelze Adpon.tr, ^ J^ _{wie für} Silikonöl; soweit es und die Pigmentdispersion versehenen Stirnseite 40 gettena ^ _entstehen unerwünschte des Behälters (4) einen Abstand von 800 bis ™^{l de}^_h|_dliche Verbindungen, beisp.elsweise Am-2000 um aufweist, wobei die zur Rührerachse pa- oaer

rallel verlaufende Bohrung (9) zum Einspritzen der mon«K. _bekanntgewordenes Verfahren schlagt

Pigmentdispersion im Bereich des äußeren Drittels Em anoe _{lasüscher Massen} in Schnecken-

der Rührflügel (8), jedoch mindestens um em 45 zum *™ Verwendung flüchtiger Diepergiermittd Sechstel der Länge eines Rührflügels (8) vom pudern die ^ ^ ^ j^eckenatruder

Außenrand des Behälters (4) entfernt in diesen ^ ^ 3 _{mit dem} in diesem geförderten Material, einmündet, und daß der Mischbehälter (4) an oder jyjgjjj»^ _{oder bis zum} plastischen Zustand wenig unterhalb der Rotationsebene des Flügel- JfTf™^ _kann, innig vermischt, wonach das rades⁸(13) beginnend, nach der Austnttsse.te zu ₅o «^w"* J^ Jf_{n ei}k_er Entgasungszone des Extruders sich bis zum Durchmesser der Austr.ttsoffnung Wem" Einfärbung bzw. Pigment.e-

verengend, vorzugsweise birnenförm.g zulauft. ^fJÄlyamidschmelze. die aus einem kontinu-

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch ge- rung^^{emer r} J_{d Po}i_ymerisationsrohr austritt ist kennzeichnet, daß das Flügelrad (13) 3 b.s 4 FIu- lerüch wbe« _schon ^y _wegen der bedingten hohen gel (8) aufweist, deren Anstellwinkel zwischen ₅₅ die«^vero _{oder doch nuf B}

10 und 30=, vorzugsweise zwischen 15 und 24 . J^gTSton Aufwand geeignet. Auch .st d.e liegt, und mit einer Drehzahl von 40 bis 400, oraenti cn η _{h d Dis}persion in die im

vorzugsweise 100 bis 300 U/min antre.bbar ist. e.nwandfr·» Bjm«^J^ _selbst dann nicht mög-

60 Hch wenn der Extruder sogenannte Knetzonen auf-

Ä da die erforderliche Aufteilung des Disper-Sonsstrahls in kleinste Volumeinheiten nicht genügend

Xe7zu bewerkstelligen ist. Auch die Verwendung

JSS^ SSSSSSTSL^

Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zum Ein- ^JTJSSS^ SSSSSSTSäL^ mischen einer Pigmentdispemon in eine Polyamid- 65 ^TOJ_n ¹Jg^irrlchtung, bei welcher am Boden schmelze, bei dem die mit einem mit ^m Polyamid wordenen _Schaufel_rad umläuft, fuhrt nicht

Ä " ^ ^{Ebi da aUCh hier}

3 4

Me notwendige Aufteilung in kleinste Volumeinheiten ßenden Aufschmelzen des Granulats beispielsweise

vor Austrocknung des Dispersionsfadens nicht möglich in einem Extrudei allenfalls noch bestehende Inhomo-

•^st- · . ■· w genitäten bezüglich der Pigmentverteilung vollkommen

Vielmehr hat sich die Verwendung eines Dispergier- ausgeglichen werden, wobei die feine Verteilung der mittels, das in dem Polyamid löslich ist, als notwendig 5 Pigmentteikhen erhalten bleibt,

erwiesen. Anders ist die gute Einlagerung der Pigment- _{Bei dner} vorzugsweisen Ausführungsform liegen

teilchen indem Polymeren nicht zu erreichen. Dan ben die Schichtdicken zwischen weniger als 850 und

hat es sich jedoch auch als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens 20 (im. Es hat sich gezeigt, daß das das Dispergiermittel auch in Wasser löslich ist, da Ausziehen der Schmelze an der Eintrittsstelle der

dann die Möglichkeit besteht, dieses — beispielsweise io Pigmentdispersion vorzugsweise mit einer örtlichen

bei Nylon 6 — gleichzeitig mit den Monomeren aus- Geschwindigkeit von nicht weniger als 0,27 m/s und

zuwaschen. nicht mehr als 2,6 m/s liegen soll; als günstigster

Andererseits bereitet das Einmischen von Pigment- Bereich hat sich der zwischen einer unteren Gedispersionen in eine fertige Schmelze dann erhebliche schwindigkeit von etwa 0,8 und einer oberen GeSchwierigkeiten, wenn das Dispergiermittel — was an 15 schwindigkeit von etwa 1,9 m/s erwiesen. Abhängig sich erforderlich ist — in der Schmelze löslich ist und von Temperatur der Schmelze und Beschaffenheit des unmittelbar nach dem Einleiten der Dispersion in die Dispergiermittels treten bei Umfangsgeschwindigkeiten Schmelze mit hoher Geschwindigkeit in diese hinein- unter etwa 0,67 m/s bereits einzelne Pigmentverdiffundiert. Hierdurch läuft ein regelrechter Aus- klumpungen auf, die in Bereichen unter etwa 0,27 m s trocknungsvorgang der Pigmentdispersion ab, der 20 dann so stark werden, daß sie den Spinnpro/eß in zum Zusammenballen einzelner Pigmentteikhen bis zu starkem Maße stören.

erheblicher, die Schmelze für den Spinnprozeß Nach dem bisher Bekannten war zu erwarten, daß

unbrauchbar machender Größe führt. Es war daher zum Verteilen der Dispersion in der Schmelze ein sehr

bisher auch allgemein üblich, auch beim Herstellen intensiver Rühr- bzw. Misch\organg notwendig wäre,

von Nylon 6, welches üblicherweise im kontinuier- 25 Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, daß

liehen Prozeß erfolgt, Schmelzen für das Farbspinnen dies nicht der Fall ist, sondern daß offensichtlich der

im Autoklav zu erzeugen, wobei die Pigmentsuspen- wesentliche Faktor die Aufteilung der Schmelze in sehr

sionen zu Beginn des Kondensationsprozesses beige- dünne, im Bereich der oben angegebenen Maße

mischt wurden. liegende Schichten ist, und daß zum Erzielen dieser

Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung spinn- 3° Wirkung ein intensiver Rührvorgang nicht erfordergefärbter Fäden aus pigmentierten Polyamiden vor- lieh wird, sofern die Bedingung der Schichtdicke beschrieben, bei dem als Dispergiermittel Butyro- einerseits und der Rührgesehwindigkeit andererseits lactam verwendet wird. Dieses Dispergiermittel isi in den angegebenen Grenzen eingehalten wird,
sehr gut zur Herstellung von Pigmentdispersionen Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur geeignet, die Polyamiden vor oder im. Beginn des 35 Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Polykondensationsprozesses zugesetzt werden sollen; einem rotationssymmetrischen, eine Austrittsöffnung beim Zusatz zu den fertigen Schmelzen bestehen jedoch aufweisenden Mischbehälter, um dessen Achse ein die im vorhergehenden Absatz beschriebenen Schwie- bis zur Behälterwand reichendes Flügelrad mit rigkeiten. angestellten Flügeln drehbar angeordnet ist. Diese ist

Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, 40 dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsebene des ein Verfahren zu finden, nach welchem die Ein- Flügelrades von der ebenflächigen Innenseite einer mit ι ischung einer Pigmentdispersion, deren Trägermittel Einlaßbohrungen für die Schmelze und die Pigmentin Polyamid löslich ist, in die fertige Schmelze eines dispersion versehenen Stirnseite des Behälters einen Polyamids möglich wird, ohne daß dabei schädliche Abstand von 800 bis 2000 μίτι aufweist, wobei die zur und den Spinnprozeß störende Zusammenballungen *s Rührerachse parallel verlaufende Bohrung zum Einvon Pigmentteilchen auftreten. spritzen der Pigmentdispersion im Bereich des äußeren

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der Drittels der Rührflügel, jedoch mindestens um ein eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch Sechstel der Länge eines Rührflügel vom Außenrand gelöst, daß die Schmelze unmittelbar nach dem Ein- des Behälters entfernt in diesen einmündet, und daß spritzen der mit in Polyamid löslichen 1 rägermitteln 50 der Mischbehälter an oder wenig unterhalb der angesetzten Pigmentdispersion in dünnem Flüssigkeits- Rotationsebene des Flügelrades beginnend, nach der strahl längs einer senkrecht zur Einspritzrichtung Austrittsseite zu sich bis zum Durchmesser der stehenden Ebene zu Schichten mit Schichtdicken von Austrittsöffnung verengend, vorzugsweise birnenweniger als 1500 μΐη ausgezogen und diese Schichten förmig zuläuft.

gegeneinander verdreht werden und daß das ent- 55 Es hat sich gezeigt, daß sich aus der Notwendigkeit,

stehende Gemisch in im wesentlichen senkrecht zu die Zerteilung des in die Schmelze einströmenden

den Schichten stehender Richtung abgezogen wird. Pigmentfadens so schnell durchzuführen, daß die

Durch diese Verfahrensweise wird eine Austrock- Diffusion des Trägermittels in die Schmelze und die

nung des in die Schmelze eintretenden Dispersions- dadurch bedingte Austrocknung der Suspension erst

fadens vor dessen Aufteilung in kleinste Volumein- 60 erfolgt, wenn die Verteilung in genügender Weise

heiten verhindert. durchgeführt ist, ein besonders günstiger Bereich für

Es hat sich bei der Durchführung des erfindungs- das Verhältnis von Trägermittel und Pigment ergibt,

gemäßen Verfahrens gezeigt, daß die wichtigste Danach hat sich insbesondere bei Verwendung von

Maßnahme des Verfahrens ist, Agglomeration von Butyrolactam als Trägermittel gezeigt, daß der

Pigmentteilchen unmittelbar nach dem Einleiten der 65 günstige Bereich bei einer 10- bis 50°/₀igen, vorzugs-

Pigmentdispersion zu vermeiden. Sofern dies erreicht weise 20-bis 40°/₀igen Dispersion liegt. Bei niedrigerem

wird, was durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Pigmentanteil wird die notwendige Menge des Disper-

ersten Mal ermöglicht wurde, können beim anschlie- sionsmittels und insbesondere die Menge der züge-

führten Dispersion zu groß, bei Überschreiten der angegebenen Grenze erhöht sich die Gefahr der Agglomeration sehr stark.

Hierbei ist zu beachten, daß beim Ansatz der Pigmentdispersionen üblicherweise Teilchen über 1 μίτι nicht zulässig sind. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den gegebenen Lehren bleibt — wie sich gezeigt hat — die durchschnittliche Pigmentgröße ebenfalls unter dieser Grenze; gelegentlich auftretende Agglomerate bis zu etwa 8 bis 10 μΐη Größe können so selten gehalten werden, daO sie den Spinnprozeß nicht stören.

7\άχ ist bei genügend feiner Verteilung und entsprechenden Maßnahmen bei den meisten kondensationsbesländigen Pigmenten die Beimischung auch am sogena inten VK-Rohr zu Beginn des Kondensationsprozesses möglich. Ein Farbwechsel bedingt jedoch einen mindestens mehrtägigen Stillstand, da zunächst in einem sehr langwierigen Prozeß das VK-Rohr gereinigt werden muß. Außerdem sind bei der Beigabe der Pigmentdispersion zum Kondensationsansatz vor der Polykondensation nur solche Pigmente verwendbar, welche kondensationsbeständig sind. Nun gibt es jedoch eine ganze Reihe von Pigmenten mit sehr günstigen Eigenschaften wie Licht- und Bleichechtheit, Farbleuchtkraft u. dgl. m., die zwar den Spinnprozeß, nicht jedoch den Pklykondensationsprozeß überstehen können.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu einem erheblichen technischen Fortschritt führt. So ermöglicht es beispielsweise die Verwendung der vorgenannten Pigmentart, da sie die jeweils sehr kurze Verweilzeit in der Schmelze gut übersteht. Auch hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die Dispersion ohne negative Beeinflussung der Verteilung kalt zugeführt werden kann.

Ein ganz wesentlicher Vorteil liegt jedoch darin, daß sich Reinigung oder Austausch der durch Farbpigment verunreinigten Einrichtungsteile bei Farbwechsel gegenüber bekanntgewordenen Einrichtungen erheblich vereinfacht. Selbst bei Durchsätzen von mehreren Tonnen Schmelze pro Tag beträgt das benötigte Mischervolumen nut wenige Liter. So genügt für ein VK-Rohr mit einem Durchmesser von 1200 mm beispielsweise ein Mischbehälter von etwa 10 bis 121 Inhalt. Die dementsprechend kleinen Abmessungen bieten außer dem Vorteil des sehr geringen Platzbedarfs vor allem die Möglichkeit des schnellen und leichten Auswechselns bei Farbwechsel. Damit entfällt auch die üblicherweise wegen der beengten Platzverhältnisse am Einbauort sehr zeitaufwendige Reinigung am Aufstellungsort.

Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele und an Stand der Zeichnung näher erläutert.

ίο Als Mischbehälter wurde ein Gefäß von 152 mm Durchmesser verwendet, in dem ein vierflügliger Rührer mit einem Anstellwinkel der Rührblätter von 20° derart angeordnet war, daß die oberen Flügelkanten etwa 1200 μηι Unterhalb der Eintrittsstellen der Schmelze und der Pigmentdispersion entlangstrichen.

Die bei der Arbeitsweise nach den Beispielen

erzielten Pigmentverteilungswerte sind in Tabelle 1

für Beispiel 1 und Tabelle 2 für Beispiel 2 festgehalten.

Die in den Tabellen angegebenen Zahlen zur Verteilung der Pigmentteilchen wurden durch mikroskopische Auszählung von 80 verschiedenen Mikrotompräparaten von etwa 10 μηι Schichtdicke bei einer Vergrößerung 1: 450 ermittelt. Die untersuchte Fläche beträgt 0,26 mm².

B e i s ρ i e 1 1

Der Schmelzedurchsatz ist 670 g/min. Die durch eine Öffnung von etwa 2 mm Durchmesser eintretende Pigmentdispersion enthält 25% Cadmiumorange und wird in einer Menge von 25 g/min eingespritzt. Je nach den Umdrehungszahlen des Rührers werden in den Proben, die 1 % Cadmiumorange enthalten, die in der Tabelle 1 festgehaltenen Werte für die Pigmentverteilung erhalten.

35

Beispiel 2

Der Schmelzedurchsatz beträgt 277 g/min. Die eintretende Pigmentdispersion enthält 25% Titan-

dioxid und wird in einer Menge von 17,8 g/min eingespeist, so daß das aus dem Mischer austretende Polymerisat 1,60% Titandioxid enthält. Die Umdrehungszahl des Rührers beträgt 250 U/min. Die Pigmentauszählung ergibt die in der Tabelle 2 eingetragenen Werte.

Tabelle 1

Umdrehungszahl des Rührers pro Minute

Ausgezählte Teilchen _>2μιη

pro 0,26 mm*

Verteilung der Teilchen >2μηι auf die Größenklassen:

2 bis 4 μηι 4 bis 8 μηΊ

8 bis 16 μηι j 16 bis 25 μηι

143
200
300
400

189
179
167
168

171=90,5% 166 = 92,6% 156 = 93,4% 158 = 94,0% 1 = 3,7%

4 = 2,4%

8 = 4,8%

10 = 6,0%

9 = 4,8%
6 = 3,3%
3 = 1,8%

2 = 1,0%

3 = 1,7%

Tabelle 2

Umdrehungszahl des Rührers pro Minute

Ausgezählte Teilchen -2μπι

pro 0.26 mm*

Verteilung der Teilchen < 2 μπι auf die Größenklasse bis 4 μη» | 4 bis 8 μτη | 8 bis 16 μη» | 16Μ5

250

146

142 = 97,3% 2,7%

Die aus dem schematisch angedeuteten Polymerisations- bzw. Aufschmelzgefäß 1 austretende Schmelze gelangt über die beheizte Leitung 2 in den birnenförmig nach unten zulaufenden Mischbehälter 4, in welchen sie durch eine öffnung im Deckel eintritt. Unmittelbar unterhalb des Deckels des rotationssymmetrischen Behälters 4 ist ein Flügelrad 13 angeordnet, dessen angestellte Flügel 8 in sehr geringem Abstand vom Deckel umlaufen. Das Gefäß ist — vorzugsweise mit Hilfe eines Heizmantels 3 — beheizt.

Die in einem Gefäß 12 sich befindende, dem Polymeren beizumischende Pigmentdispersion gelangt über die Pumpe 11 und die Leitung 10 an die Bohrung 9, die sich ebenfalls, etwa im gleichen Abstand von der Rührerachse wie die Einmündung der Schmelze, im Deckel des Mischbehälters 4 befindet.

Das umlaufende Flügelrad 13, welches in seiner Drehzahl auf die Durchsatzmenge abgestimmt ist, zerteilt nun die Schmelze zusammen mit der bei 9 eintretenden Farbdispersion in dünne Schichten, welche eine Dicke von weniger als 1500 μπι und vorzugsweise weniger als 850 und mindestens 20 μίτι aufweisen.

Die Schmelze tritt über die Leitung 5 und die Pumpe 6 bei 7 aus, wo sie vorzugsweise zunächst zu

ίο einem Granulat verarbeitet wird. Letzteres wird dann, insbesondere sofern es sich um Nylon 6 handelt, einem Extraktionsprozeß zum Entfernen der monomeren Anteile unterworfen, wobei gleichzeitig auch das Dispergiermittel ausgewaschen werden kann, sofern es e.ußer in Polyamid auch in Wasser löslich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

kontinuierlich ablaufenden Polymeri-

*^die p^^{midschmelze cingeleitet}

, Verfahren zum

Patentansprüche: _und ^y_n, ^j^^^^ ^ ^

kontinuierlichen Einmischen Das bi _organischen Hochpolymere bei

diese Schichten gegen- *£?"„ beispielsweise bei de, bxl,ak,,on von