DE1911307C2 - Verfahren zum Abbau von hochmolekularem Polyisobutylen in Schneckenmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die züge- Zone bei einer Temperatur von 250 bis 400° C eine hörige Vorrichtung zum Abbau von hochmoleku- Sclicrung mit einem Geschwindigkeitsgradienten von larem Polyisobutylen in Schneckenmaschinen durch 300 bis 70OsCc*¹ und in der dritten Zone bei Tem-Einwirkung von Sehe* kräf ten in drei durch Förder- peraturen von 150 bis 35O⁰C eine Sicherung mit zoncn verbundenen Abbauzonen, die jeweils einen s einem kleineren Ca'schvvindigkettsgtadienten alt in engen Spalt enthalten, der durch zwei um eine gc- der zweiten 2hne aufrechterhalten wird,
meinsame Achse relativ zueinander bewegte rota- Die Vonichtung zum Abbau von hochmolekuüonssymmetrische Flachen gebildet wird. larem Polyisobutylen besteht aus einem OehUuse und

Es ist bekannt, Polyisobutylen durch Einwirkung einet mit mehreren SchneckengUngen und schncckenvoo Scherkräften abzubauen. So läßt sich nach der io ganglosen Abschnitten versehenen Schneckenspindel britischen Patentschrift 716706 Polyisobutylen in und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, Kautschuk-Kalandern bei erhöhter Temperatur ab- daß die Schneckenspindel drei als Reibwaizen mit bauen. Nach einem anderen, noch nicht veröffent- glatter Oberfläche ausgebildete und zwischen den mit lichten Verfahren (Patentanmeldung B 86551 IVd/ Schneckengängen besetzten Abschnitten angeordnete 39 c) können wärmestabilisierte Polymere in Ein- »5 Abschnitte aufweist, wobei der Abstand zwischen Schneckenmaschinen abgebaut werden, in denen eine Reibwalze und Gehäuse im ersten Abschnitt min-Scherung mit einem Geschwindigkeitsgradienten destens eineinhalb und höchstens viermal so groß ist unter 1500/sec erzeugt wird. Die Scherung wird hier- wie der Abstand zwischen Reibwalze und Gehäuse bei vorteilhafterweise an einer auf der Schnecken- jm zweiten Abschnitt und der Durchmesser der Reibspindel angeordneten Reibwalze ausgebildet. Die 20 _walze in dem dritten Abschnitt kleiner ist als im Verwendung derartiger Reibwalzen wurde auch be- zweiten Abschnitt.

reits zur schonenden Aufbereitung von mit Zusatz- Als Ausgangsmaterial für den Abbau kann das in

Stoffen zu mischenden Kunststoffen vorgeschlagen üblicher Weise hergestellte hochmolekulare Polyiso· (deutsche Auslegeschrift 1167 009). butylen verwendet werden, dessen Molekulargewicht

Um nach den genannten Verfahren den Polyiso- 35 (Viskositätsmittel M_v; abgeleitet aus der Btziebung butylenabbau zu definierten Endprodukten hinzu- _r ι_α_{ηΛ 1Λ}_₄ τ» _0β5ν

lenken, ist es entweder erforderlich, den Abbau sehr ^lvl ~ ^⁰ '^tu '*"*'>

langsam ablaufen τα lassen, oder aoer bestimmte größer als 1000 000 -it. Dieses Polyisobutylen wird Abbaubedingungen sehr genau einzuhalten. So kön- erfndungsgemäß vor dem Einspeisen in die Schneknen kleine Schwankungen in der Gehäusetemperatur 30 kenma3chine durch Zufuhr von thermischer oder der Schn&ckenmaschine zu erheblichen Abweichan- mechanischer Energie auf eine Temperatur von 150 gen im Abbaugrad führen. Eine ungleichmäßige bis 250° C vorgewärmt. Dies kann beispielsweise da-Dosierung des Produktes kann ebenfalls leicht das durch geschehen, daß das nach seiner Herstellung Abbauverhalten ändern. Derartige Schwankungen gashaltige Polyisobutylen einen Entgasungsextruder lassen sich im kontinuierlichen Betrieb nur schwer 35 durchläuft, wobei die Temperaturen am Extruderausschließen. Eine Steigerung der Fördermenge auf gehäuse so zu bemessen sind, daß das Produkt mit einen Wert von wesentlich mehr als 100 kg/h war einer Temperatur von über 150° C aus dem Entbisiang ebenfalls nicht möglich, da nach einer Ver- gasungsextruder austritt. Das heiße Produkt wird in größerung der Drehzahl oder des Gangvolumens der einer Schneidemaschine oder Abschlags vorrichtung Schnecke stets Abbauschwankungen auftraten. Das 40 zerkleinert und der Abbauschneckenmaschine mit Abbauprodukt enthielt dann knötchenartige Ein- einer Temperatur von 130 bis 250° C zugeführt.
Schlüsse von weniger abgebautem Material. Außer- Der Abbau wird mittels der Scherkräfte in zwei dem ließ sich hierbei kein gleichmäßiger Produkt Stufen durchgeführt. Nach dem Einbringen in die ("urchsatz erzielen. Die großen Fördermengen führten Maschine durchläuft das Rohprodukt die erste Förnämlich dazu, daß sich speziell im Einzugsbereich « derzone, deren Länge etwa 3 D beträgt. Es erreicht der Schneckenmaschine infolge eines zu starken Ab- darauf die erste Reibzone mit einem Spindelabschnitt, baus des Polyisobutylene an der Gehäusewand ein dessen Mantelfläche zylindrisch oder schwach konisch Ölfilm ausbildete, der den Weitertransport des inner- geformt ist und als Reibwalze wirkt. Der Abstand halb der Schneckengänge sitzenden, wenig abge- zwischen der Mantelfläche und der Gehäusewand ist bauten Produktes hemmte. 50 hier so bemessen, daß unter Betriebsbedingungen ein

Es war daher Aufgabe der Erfindung, ein Ver- Abbau erfolgt, der aber nicht weiter führt, als bis zu fahren und eine Vorrichtung zum Abbau von hoch- einem Molekulargewicht von etwa 300 000. Die erste molekularem Polyisobutylen zu entwickeln, die es Förderzone und die erste Reibzone werden gekühlt, gestatten, das Polyisobutylen, das in einer Schnecken- damit trotz der durch Reibung im Polyisobutylen ermaschine einer Scherung ausgesetzt w!'o, bsi Durch- 55 zeugten Wärme die Produkttemperatur innerhalb des Sätzen von mehr als 100 kg/h gleichmäß^:g und repro- Bereichs von 150 bis 250° C bleibt. Die Wärmeabfuhr duzierbai τα einem Endprodukt mit einem Mole- kann beispielsweise durch Kühlung des ersten Gekulargewicht von weniger als 200000 abzubauen. häuseabschnitts mittels eines Luftgebläses erfolgen.

Dieser gleichmäßige Abbau wird mittels eines Ver- Durch diese Maßnahme ist schon in diesem ersten fahrens erreicht, das in der Schneckenmaschine drei 60 Schneckenmaschinenabschnitt ein über den Querdurch rotationssymmetrische Flächen gebildete Ab- schnitt gleichmäßiger Abbau und eine stetige Fördebauzonen verwendet und erfindungsgen.äß dadurch rung des Produktstromes sichergestellt,
gekennzeichnet ist, daß das Polyisobutylen auf eine Das nunmehr zähflüssige Produkt wird danach in Temperatur von ISO bis 25O⁰C vorgewärmt der einer etwa 3D langen zweiten Förderzone einer zweiersten Zone zugeführt wird, in der ersten Zone unter 65 ten Reibwalze zugeführt, deren Abstand zum Schnekäußcrer Kühlung bei einer Temperatur von 150 bis kengehäuse um das 1,5- bis 4fache kleiner ist als der 25ö° C eine ocherung mit einem Geschwindigkeits- du ersten Reibzone. In dieser zweiten Reibzone wird gradienten von 100 bis 300SeC-¹, in der zweiten die Gehäusetemperatur so bemessen, daß di ge-

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•Wünschte Hidiihhaußrad des Pulyisoliu.ylcns ei.eicht bar angeordnet ist. Die StJMieckcnspinUcl 7 ißt »n

Wird. Je hiiiicr die Teniperahi. eingestellt wird, desto Richtung von dem Einzugslrichter zum Ausinuv

Stürkcr verHlufl der Abbau. Trotz starker Erwärmung kopf 10 ."olgendermallen aufgebaut: des Produktes durch die uoer die Reibwalze einue

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des Produktes durch die uoer die Reibwalze eiu

brachte Energie ist in diesem Bereich der Schnecken- 5 ^ „

maschine eine Zuführung von Wärme über das la Einzugsförderzone: Lange <P0 mm,

Schneckenmaschinengebäuse erforderlich. Um br·- 11 mm. Oangsieigung200mm.

spielsudse zu cnem Molekulargewicht des Folyiso- 1 k Reibzone konisch: Durchmesser

butylens von etwa 100000 zu gelangen, muß die Anfang 190 mm, l·η le 192 mm.

Produkttemperatur auf annähernd 300¹C gehalten io

werden. Ein Emlmolekulargewicht des Polyisobutylen* «mc ζ „,·.„«„

von 50000 und darunter kann man erreichen, wem 2a Förderzone: Lange 600 mm, sonst wie. x«.

die Produkttemperatur auf etwa 350 bis 40P⁰C 26 Reibzone zylindrisch: Durchmesser der *em

eingestellt wird. Im allgemeinen wird man mit Tem- walze 197 mm.

peraturen zwischen 250 und 400° C für die Einstel- 15 ₃

lung der hauptsächlich in Frage kommenden End- ***

molekulargewic.ite des Polyisobutylene auskommen. 3c Forderzone wie 2a. _1Ü.

Das nunmehr flüssige Produkt wird durch eine 3b Reibzone zylindrisch: Durchmesser 195 nm.

wiederum etwa 3 D lange dritte Förderzone zu einer

dritten Reibzone mit einer Reibwalze gefördert, so ^^ae *

d-ren Mantelfläche einen größeren Abstand als die Förderzone: Länge 500 mm, Gangtieie 0 mm.

zweite Reibwalze zam Schneckengehäuse hat. Diese

dritte Reibwalze homogenisiert das abgebaute Pro- ^^{0015 D}

dukt. In dieser Zone kann gegebenenfalls <.jr Ver Entgasungszone: Lange 600 mm, Ga»igtiete ο mm.

Stärkung des Abbaus die in der zweiten Reibzone ge- 35

wählte Temperntui beibehalten werden. Im aligemei- ^Zßas

nen wird man eine Temperatur zwischen 150 und Förde/zone: Länge 800 mm, Gangtiefe ο mm.

350° C wählen. Die Längen der Reibwalzen betragen ... _Al(C,-_ttc

zweckmäßigerweise etwa 2 bis AD. Im Austrittskopf 10 befindet sicn eine Austntts-Das Schneckenpchüuse muß zur Durchführung des 30 düse von beispielsweise 30 nun ^DurcIime"f,^r· ^υ',

Verfahrens mit Heiz- und Kühlzonen versehen sein. Entgasungszone 5 ist nut einem Entgasungsstuuen 11

Der Austrittskopf der Scbneckenmaschine wird zweck- versehen. . . .

mäßijerwe.se gekühlt. Eei dem Verfahren kann die Die Förderleistung der SchnecKenspinder7 wird

Temperatur geringfügig crhwanken, ohne daß sich bestimmt von ihrem Durchmesser und dem_ der zwei-

der Abbaugrad merklich ändert. So bleiben Schwan- 35 ten Reibwalze, von der Tiefe und Steigung der

kungen der Zylindertemperatur in einer Zone um Schneckengänge sowie von der ^Sch^^kfⁿ°™^in

+10° C ohne nennenswerten Einfluß auf den Abbau. Die Grenze für die Förderleistung; hegta«gemein

"Zweckmäßig wählt man die Länge der Schnecke dort, wo das geförderte Produkt ™ht ^mehr m ^_em

so, daß im Anschluß an die Abbau- und Homogeni- gleichmäßigen Wärmeaustausch mit seiner U^mß^e?"ⁿg

sierzone noch eine Kühlzone vorgesehen werden 40 steht Die Werte der zweckmäßigen Drehzah nnissen

kann. Man kommt auf diese Weise zu Schnecken- je nach der Größe der Schneckenrnaschine und dem

längen von 27 bis 32 D. Eine Kühlzone erweist sich gewünschten Abbaugrad von FaI zu FaUennraai

als vorteilhaft, um das austretende Abbauprodukt 10 werden. Ein Überschreiten der zulassigen Wertes kun-

weit zu kühlen, daß ein nachträglicher weiterer Ab- digt sich dadurch an, daß der ^A^a« ungleichmäßig bau nicht mehr stattfinden kann. Die Temperatur des 45 verläuft. Man findet in diesem Fall im apgeow«»

austretenden Produktes soll unter 270° C liegen. Produkt kr öllchenartige Quellkorper, die ein höheres

Im Anschluß an die dritte Reibzone kann in be- Molekulargewicht aufweisen. Es ist nun ein^Kenn-

kannter Weise noch eine Entgasungszone angeordnet zeichen des beschriebenen Verfahrens, dab aiese

werden, in der die gasförmigen und leichtsiedenden Grenzen sehr weit gezogen sind, wie das nacntoi-Produkte, die sich während des Abbaues bilden, ent- 50 gende Beispiel zeigt, fernt werden können.

Das neue Verfahren ermöglicht es, hochmolekula- Beispiel

res Polyisobutylen kontinuierlich bei Durchsätzen von .

200 kg/h und mehr gleichmäßig und reproduzierbar Der Abbau des Polyisobutylen* soll m einer Einauf Viskositätsmittel M₁, kleiner als 200000 abzu- 55 Schneckenmaschine durchgeführt werden,wie siem

bauen. Das Verfahren macht den Abbau weitgehend der Zeichnung schematisch dargestellt ist und deren

unabhängig von zufallsbedingten Schwankungen der Abmessungen vorstehend angegeben sina.

Temperatur und der Produkt-Verweibeit, wie sie im Die Temperaturen des Schneckengehauses werden

kontinuierlichen Prozeßverlauf stets auftreten können. wie folgt eingestellt:

Die Lösungsviskositäten der bei dem Verfahren er- 60 Vor Inbetriebnahme der Anlage wird d ^ Zone 1 haltenen niedermolekularen Polyisobutylene schwan- der Schneckenmaschine auf etwa 200 C^vorgewärmt. Sen im Dauerbetrieb um höchstens 5"Io gegenüber Während ^sBetriebs wirdd,e Fnto«l< wandern ieweils eewünschten Wert. gekühlt und die Reibzone 10 luftgekühlt, uie κείο ^deSrÄ7ⁿS d di ^^^

n Wert. ge

SrÄu7gzSt als Beispiel eine Schnecken- «>ne2* und die ^^^ maschine nach der Erfindung mit neun einzelnen e₅ J-^^^^^^

Es wird eine 29D lange Schneckenspindel 7 ver- Als Alisgangsmaterial dient ^^^l^m wendet (D = 200 mm), die in einem Gehäuse 8 dreh- isobutylen mit einem Molekulargewicht von 4 700 000

Es ist zu 0,05·/· mit einem Wännestabiüsator versetzt. Das Ausgangsmaterial wild heiß einem Extruder entnommen, an dessen Ausgang eine Zerkleinerungsvorrichtung angebracht ist Bei der Einführung den Einzugstrichter 9 der Abbau-Schnecken-

maschine beträgt die Temperatur des eingesetzten Polyisobutylene etwa 200° C.

Bei einer Schneckendrehzahl von 60 U/min werden unter den angegebenen Bedingungen 220 kg/h Polyisobutylen durchgesetzL Das abgebaute Produkt fällt mit einem MolekuiargewkM zwischen 45000 und 47 000 an, ist klar, farblos osd schaumfrei Die Austrittstemperatur beträgt 220° C. Bei dei Entgasung werden 0,7 ^e/o des eingesetzten Polyisobutylen als leicht flüchtige Abbauprodukte freigesetzt. Um die Temperaturen in den einzelnen Zonen genau einhalten zu können, sind in bekannter Weise auf dem Gehäuse nebeneinander mehrere Heiz- und Kühlvorrichtungen mit Temperatanneßstellen angeordnet.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Abbua von hochmolekularem Polyisobutylen in Sdmecfcesznzsriiinen durch Einwirkung von Schei&aitsa in drei durch Förder- as zonen verbundenen Ahbaazonen, die jeweils einen engen Spalt enthalten, der durch zwei um eine gemeinsame Achse relativ zueinander bewegte rotationssymmetrische Flächen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyisobutylen auf eine Temperatur von 150 bis 250⁰C vorgewärmt der ersten Zone zugeführt wird, in der ersten Zone unter äußerer Kühlung bei einer Temperatur von 150 bis 250⁰C eine Scherung mit einem Geschwindigkeitsgradienten von 100 bis 300 see"¹, in der zweiten Zone bei einer Temperatur von 250 bis 400° C eine Scherung mit einem Geschwindigkeitsgradienten von 300 bis 700 see-* und in der dritten Zone bei Temperaturen von 150 bis 350° C eine Scherung mit kleineren Geschwindigkeitsgradienten als in der zweiten Zone aufrechterhalten wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Gehäuse und einer mit mehreren Schneckengängen und sehneekenganglosen Abschnitten versehenen Schneckenspindel, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenspindel (7) drei als Reibwalzen mit glatter Oberfläche ausgebildete und zwischen den Schneckengängen besetzten Abschnitten (la, 2 a, 3 a, 4) angeordnete Abschnitte (16, 26, 36) aufweist, wobei der Abstand zwischen Reibwalze und Gehäuse (8) im ersten Abschnitt (16) mindestens eineinhalb unJ hoch'tens viermal so groß ist wie der Abstand zwischen Reibwalze und Gehäuse im zweiten Abschnitt (26) und der Durchmesser der Reibwalze in dem dritten Abschnitt (3 6) kleiner ist als im zweiten Abschnitt

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen