DE1770295A1

DE1770295A1 - Verfahren zum Abbau von hochmolekularem Polyisobutylen in Schneckenmaschinen

Info

Publication number: DE1770295A1
Application number: DE19681770295
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Gueterbock; Klaus Dr Kinkel; Wolfgang Dr Lehnerer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1968-04-27
Filing date: 1968-04-27
Publication date: 1972-02-03
Also published as: FR2007125A1; DE1770295B2; US3634381A; GB1257042A; BE732092A; AT288017B

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG 1771"19QR

Unser Zeichen: O.Z. 25 535 Ti/MB Ludwigshafen/Rhein, den 26.4.1968

Verfahren zum Abbau von hochmolekularem Polyisobutylen in

S ohne ckenma s chinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zum Abbau von hochmolekularem Polyisobutylen in Schnekkenmaschinen durch Einwirkung von Scherkräften in drei durch Förderzonen verbundenen Abbauzonen, die jeweils einen engen Spalt enthalten, der durch zwei um eine gemeinsame Achse relativ zueinander bewegte rotationssymmetrische Flächen gebildet wird.

Es ist bekannt, Polyisobutylen durch Einwirkung von Scherkräften abzubauen. So läßt sich nach der britischen Patentschrift 716 706 Polyisobutylen in Kautsohuk-Kalandern bei erhöhter Tem-· peratur abbauen. Nach einem anderen, noch nicht veröffentlichten Verfahren (B 86 551 IVd/39c) können wärmestabilisierte Polymere in Einschneckenmaschinen abgebaut werden, in denen ein Schergefälle mit einem Geschwindigkeitsgradienten unter 1500/sec erzeugt wird. Das Schergefälle wird hierbei vorteilhafterweise an einer auf der Schneckenspindel angeordneten Reibwalze ausgebildet. Die Verwendung derartiger Reibwalzen wurde auch be-

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reits zur schonenden Aufbereitung von mit Zusatzstoffen zu mischenden Kunststoffen vorgeschlagen (DAS 1 167 009).

Um nach den genannten Verfahren den Polyisobutylen-Abbau zu definierten Endprodukten hinzulenken, ist es entweder erforderlich, den Abbau sehr langsam ablaufen zu lassen oder aber bestimmte Abbaubedingungen sehr genau einzuhalten. So können kleine Schwankungen in der Gehäusetemperatur der Schneckenmaschine zu erheblichen Abweichungen im Abbaugrad führen. Eine ungleichmäßige Dosierung des Produktes kann ebenfalls leicht das Abbauverhalten ändern. Derartige Schwankungen lassen sich im kontinuierlichen Betrieb nur schwer ausschließen. Eine gleichmäßige Produktzugabe wird insbesondere dadurch erschwert, daß hochmolekulares Polyisobutylen wegen seiner Kautschukähnlichkeit und seiner Klebeneigung nur in Form von ungleichmäßigen Streifen und Schnitzeln zugegeben werden kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe, hochmolekulares Polyisobutylen in einer Schneckenmaschine unter der Wirkung eines Schergefälles abzubauen und dabei auch bei kleinen Schwankungen der Gehäusetemperatur oder der Produktzugabe einen gleichmäßigen Abbaugrad, d.h. ein gleichmäßiges Endprodukt zu erzielen.

Dieser gleichmäßige Abbau wird mittels eines Verfahrens erreicht, das in der Schneckenmaschine drei durch rotationssymmetrische Flächen gebildete Abbauzonen verwendet und erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in der ersten Zone bei einer Tem-

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peratur τοη 200⁰C bis 280⁰C ein Schergefälle mit einem Geschwindigkeitsgradienten von 100 bis 300 see" , in der zweiten Zone bei einer Temperatur von 250⁰C bis 35O⁰C ein Schergefälle mit einem Geschwindigkeitsgradienten von 300 bis 700 see"" und in der dritten Zone bei Temperaturen von 15O⁰C bis 35O⁰C ein Schergefälle mit einem kleineren Geschwindigkeit sgradienten als in der zweiten Zone aufrecht erhalten wird.

Die Vorrichtung zum Abbau von hochmolekularem Polyisobutylen besteht aus einem Gehäuse und einer mit mehreren Schneckengängen und achneckenganglosen Abschnitten versehenen Schneckenspindel und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenspindel drei als Reibwalzen mit glatter Oberfläche ausgebildete und zwischen den mit Schneckengängen besetzten Abschnitten angeordnete Abschnitte aufweist, wobei der Abstand zwischen Reibwalze und Gehäuse im ersten Abschnitt mindestens eineinhalb und höchstens viermal so groß ist wie der Abstand zwischen Reibwalze und Gehäuse im zweiten Abschnitt und der Durchmesser der Reibwalze in dem dritten Abschnitt kleiner ist als im zweiten Abschnitt.

Als Ausgangsmaterial für den Abbau kann das in üblicher Weise hergestellte hochmolekulare Polyisobutylen verwendet werden, dessen Molekulargewicht (Viskositätsmittel H ; abgeleitet aus der Beziehung

[ij = 3,06 . 10"⁴ . fl_v ⁰'⁶⁵)

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größer als 1 000 000 ist. Dieses Polyisobutylen .läßt eich in Granulier- und Schneidmaschinen zu lose aneinanderhaftenden Streifen bzw. Schnitzeln zerkleinern. In dieser Form wird es der Abbaumaschine zugeführt.

Der Abbau wird mittels der Scherkräfte erfindungsgemäß in zwei Stufen durchgeführt. Nach dem Einbringen in die Maschine durchläuft das Rohprodukt die erste Förderzone, deren Länge etwa 3 D beträgt. Es erreicht darauf die erste Reibzone mit einem Spindelabschnitt, dessen Mantelfläche zylindrisch oder schwach konisch geformt ist und als. Reibwalze wirkt. Der Abstand zwischen der Mantelfläche und der Gehäusewand ist hier so bemessen, daß unter Betriebsbedingungen ein Abbau erfolgt, der aber nicht weiter führt als bis zu einem Molekulargewicht von etwa 300 000. Das nunmehr zähflüssige Produkt wird danach in einer etwa 3 D langen zweiten Förderzone einer zweiten Reibwalze zugeführt, deren Abstand zum Schneckengehäuse erfindungsgemäß um das 1,5- bis 4-fache kleiner ist als der der ersten Reibzone· In dieser zweiten Reibzone wird somit das Produkt stärker abgebaut und zwar zu einem Molekulargewicht von etwa 50 000 bis 100 000. Das nunmehr flüssige Produkt wird durch eine wiederum etwa 3 D lange dritte Förderzone zu einer dritten Reibzone mit einer Reibwalze gefördert, deren Mantelfläche entweder den gleichen oder einen kleineren Abstand als die zweite Reibwalze zum Schneckengehäuse hat. Diese dritte Reibwalze homogenisiert das abgebaute Produkt. Die Längen der Reibwalzen betragen zweckmäßigerweise etwa 2 bis 4 D.

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Das Schneckengehäuse muß zur erfindungsgemäßen Durchführung des " Verfahrens mit Heiz- und Kühlzonen versehen sein.

Man hält zweckmäßigerweise die Temperaturen der im Bereich der Reibwalzen liegenden Schneckenzylinderabschnitte etwa auf den durch die Reibungswärme erreichten Produkttemperaturen. In der ersten Reibzone wird die Temperatur bei etwa 240 C bis 290 C gehalten, in der zweiten Reibzone bei etwa 290⁰C bis 33O⁰C. In der der zweiten Reibzone folgenden Förderzone kann man durch eine hohe Temperatur noch einen weiteren Abbau erzielen. Man kann in diesem Bereich jedoch auch kühlen und erzielt dann keinen weiteren Abbau. Das Schneckengehäuse am Einzug und der Austrittskopf werden zweckmäßigerweise gekühlt. Bei der angegebenen Verfahrensweise kann die Temperatur geringfügig schwanken, ohne daß sich der Abbaugrad merklich ändert. So bleiben Schwankungen der Zylindertemperatur um +10⁰C ohne nennenswerten Einfluß auf den Abbau.

Zweckmäßig wählt man die Länge der Sohnecke so, daß im Anschluß an die Abbau- und Homogenisierzone noch eine Kühlζone vorgesehen werden kann. Man kommt auf diese Weise zu Schneckenlängen von 27 bis 32 D. Eine Kühlzone erweist sich als vorteilhaft, um das austretende Abbauprodukt soweit zu kühlen, daß ein nachträglicher weiterer Abbau nicht mehr stattfinden kann. Die Temperatur des austretenden Produktes soll unter 270⁰C liegen.

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Im Anschluß an die dritte Reibzone kann in bekannter Weise noch eine Entgasungszone angeordnet werden, in der die gasförmigen und leichtsiedenden Produkte, die sich während des Abbaues bilden, entfernt werden können.

Die Förderleistung der Schnecke wird bestimmt von dem Durchmesser der Schneckenspindel und dem der zweiten Reibwalze, von der Tiefe und Steigung der Schneckengänge sowie von der Schnekkendrehzahl. Die Grenze für die Förderleistung liegt allgemein dort, wo das geförderte Produkt nicht mehr in einem gleichmäßigen Wärmeaustausch mit seiner Umgebung steht· Die Werte der zweckmäßigen Drehzahl müssen je nach der Größe der Sohneckenmas chine und dem gewünschten Abbaugrad von Fall zu Fall ermittelt werden. Ein Überschreiten der zulässigen Werte kündigt sich dadurch an, daß der Abbau ungleichmäßig verläuft. Man findet in diesem Fall im abgebauten Produkt knöllchenartige Quellkörper, die ein höheres Molekulargewicht aufweisen. Es ist nun ein Kennzeichen des beschriebenen Verfahrens, daß diese Grenzen sehr weit gezogen sind. So lassen sich beispielsweise mit einer Schneckenmaschine, deren Schneckendurchmesser 120 mm beträgt, ohne Schwierigkeiten 100 kg Polyisobutylen/h von einem Molekulargewicht R₇. = 4 700 000 auf M_ = 95 000 abbauen. Hierbei ergibt sich ein Grenzwert für die Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke von etwa 90 cm/sec.

Das neue Verfahren ermöglicht es, hochmolekulares Polyisobutylen kontinuierlich bei hohen Durchsätzen gleichmäßig und reprodu-

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zierbar auf Molekulargewichte R₇. kleiner als 200 000 abzubauen. Das Verfahren macht den Abbau weitgehend unabhängig von zufallsbedingten Schwankungen der !Temperatur und der Produkt-Verweilzeit, wie sie im kontinuierlichen Prozeßverlauf stets auftreten können. Die Lösungsviskositäten der bei dem Verfah-

ren erhaltenen niedermolekularen Polyisobutylene schwanken im Dauerbetrieb um höchstens 5 Ί» gegenüber dem jeweils gewünschten Wert.

Die Abbildung zeigt als Beispiel eine Schneckenmaschine nach der Erfindung mit 9 Zonen.

Es wird eine 28 D lange Schnecke verwendet (D = 120 mm). Die Sohnecke ist in Richtung von der Einzugsförderzone zum Austritt folgendermaßen aufgebaut:

1. Einzugsförderzone: länge 625 mm, Gangtiefe 10,2 mm, Gangsteigung 120 mm.

2. Reibzone konisch; Durchmesser der Reibwalze: Anfang 111,4 mm, Ende 114,8 mm.

3. Förderzone: Länge 360 mm, sonst wie 1.

4. Reibzone zylindrisch; Durchmesser der Reibwalze 117 mm.

5. Förderzone wie 3·

6. Reibzone zylindrisch: Durchmesser 115 mm.

7. Förderzone: Länge 214 mm, Gangtiefe 5,4 mm.

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θ. Entgasungszone: Länge 340 mm, Gangtiefe 15,15 mm. 9. Förderzone: Länge 380 mm, Gangtiefe 5,15 mm.

Im Schneckenkopf befindet sich eine Austrittsdüse von 20 mm Durchmesser.

Die Gehäusetemperaturen werden wie folgt eingestellt: Einzugszone: wassergekühlt 25O⁰C; erste Reibzone 29O⁰C; zweite Reibzone 313⁰C; dritte Reibzone 310⁰C; Entgasunge- und Austrittszone: luftgekühlt.

Als Ausgangsmaterial dient hochmolekulares Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht H^. von 4 700 000. Das Produkt wird in form von 10 cm langen Streifen in die Masohine gegeben. Das abgebaute Endprodukt wird über ein mit dem Schneckenkopf verbundenes Austrittsrohr in Trommeln abgefüllt.

Bei einer Schneckendrehzahl von 100 ü/min werden unter den angegebenen Bedingungen 1,72 to/Tag durchgesetzt. Das abgebaute Produkt fällt einheitlich mit Molgewichten zwischen 49 000 und 51 000 an, es 1st klar und schaumfrei. Die Austrittstemperatur beträgt 265⁰C. Bei der Entgasung werden 0,7 # des eingesetzten Polyisobutylene als leicht flüchtige Abbauprodukte gewonnen. TJm die Temperaturen in den einzelnen Zonen genau einhalten zu können, sind in bekannter Weise auf dem Gehäuse nebeneinander mehrere Heiz- bzw. Kühlvorrichtungen mit Temperatur-Meßstellen angeordnet.

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Claims

- 9 - _ . O.Z. 25 535 Patentansprüche

1. Verfahren zum Abbau von hochmolekularem Polyisobutylen in Schneckenmaschinen durch Einwirkung von Scherkräften in drei durch Förderzonen verbundenen Abbauzonen, die jeweils einen engen Spalt enthalten, der durch zwei um eine gemeinsame Achse relativ zueinander bewegte rotationssymmetrische Flächen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Zone bei einer Temperatur von 200⁰C bis 280⁰C ein Schergefälle mit einem Geschwindigkeitsgradienten von 100 bis see , in der zweiten Zone bei einer Temperatur von 250 C bis 35O⁰C ein Schergefälle mit einem Geschwindigkeitsgradienten von 300 bis 700 see" und in der dritten Zone bei Tempraturen von 150⁰C bis 35O⁰C ein Schergefälle mit einem kleineren Geschwindigkeitsgradienten als in der zweiten Zone aufrecht erhalten wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Gehäuse und einer mit mehreren Schnekkengängen und schneckenganglosen Abschnitten versehenen Sohnekkenspindel, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenspindel drei als Reibwalzen mit glatter Oberfläche ausgebildete und zwischen den mit Schneckengängen besetzten Abschnitten angeordnete Abschnitte aufweist, wobei der Abstand zwischen Reibwalze und Gehäuse im ersten Abschnitt mindestens eineinhalb und höchstens viermal so groß ist wie der Abstand

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zwischen Reibwalze und Gehäuse im zweiten Abschnitt und der Durchmesser der Reibwalze in dem dritten Abschnitt kleiner ist als im zweiten Abschnitt.

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Zeichn.

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