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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Mastizieren von Naturkautschuk oder naturkautschukhaltigen Mischungen
sowie ein Verfahren zum Entgasen von Kautschuk- oder Polymermischungen.
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Üblicherweise
werden die Verarbeitung von Kautschuk und die Herstellung von Kautschukmischungen
in Innenmischern durchgeführt,
die unter Normaldruck stehen. Bei verschiedenen Prozessen wäre es aber
von Vorteil, diese unter vom Normaldruck abweichenden Druckverhältnissen
durchzuführen,
beispielsweise die Mastikation von Naturkautschuk bei erhöhtem Luftdruck
und die Entgasung von Kautschukmischungen bei Unterdruck.
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Bei der Mastikation bzw. dem Abbau
von Naturkautschuk geht es bekannterweise darum, ein Aufspalten
der langen Kohlenwasserstoffketten im Kautschuk durchzuführen, um
die Härte
des Kautschuks herabzusetzen bzw. diesen leichter verformbar zu machen.
Dazu wird der Naturkautschuk im Kneter mechanisch bearbeitet und
auch durch Abbaumittel chemisch behandelt, beispielsweise durch
Zusetzen des Zinksalzes des Pentachlorthiophenols. Durch das Zerreißen der
Ketten entstehen Radikale, die durch Sauerstoff oder andere Radikalfänger stabilisiert
werden. Eine Absättigung
der Radikale geht dabei umso besser vor sich, je höher der
Partialdruck des Sauerstoffs ist.
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Damit Abbaumittel überhaupt
wirksam werden können,
ist es erforderlich, dass diese in dem vorerst kalten und zähen Kautschuk
gut verteilt sind, um ihre Wirksamkeit zu entfalten. Abbaumittel
mischen sich somit bevorzugt in die bereits erweichten Partien ein
und werden daher insbesondere dort wirksam, wo der Kautschuk ohnehin
schon stärker abgebaut
ist. Dies hat einen ungleichmäßigen Abbau zur
Folge. An den Wirkkanten der Mischerschaufeln, wo hohe Mischtemperaturen
herrschen, ist die Abbauwirkung der Abbaumittel besonders groß, was ebenfalls
einen gleichmäßigen Abbau
behindert.
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Der Abbau von Naturkautschuk oder
von Mischungen, die Naturkautschuk enthalten, kann ohne Zusatz der
genannten Stoffe mit einem vergleichbaren Effekt durchgeführt werden,
wenn im Innenmischer während
der Behandlung des Mischgutes der Luftdruck erhöht wird, was gleichzeitig eine
Erhöhung
des Sauerstoffpartialdruckes mit sich bringt. Die kleinen Sauerstoffmoleküle entfalten
ihre Wirkung wesentlich früher
und wesentlich effektiver als die bekannten chemischen Abbaumittel.
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Der zweite, oben erwähnte Prozess,
welcher bei vom Normaldruck abweichenden Druckverhältnissen
durchzuführen
ist, ist das Entgasen von Kautschukmischungen bzw. Polymermischungen,
wo Unterdruck erforderlich ist. Es ist bekannt, dass das Entgasen
von Kautschukmischungen verschiedene Vorteile mit sich bringt, wie
etwa eine Verringerung der Porosität der Mischungen, das Entfernen
von Dämpfen
bei der Verarbeitung, die Verringerung von Abfall und Ausschuss,
von Formenverschmutzung und von Schrumpfung und Schwund bei der
Vulkanisation.
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Problematisch hinsichtlich der Entgasung sind
Kautschukmischungen für
Bauteile von Fahrzeugreifen, da diese relativ hohe Anteile an hochaktiven
Füllstoffen,
wie beispielsweise Ruß oder
Kieselsäure,
enthalten.
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Es ist bekannt, Kautschukmischungen
in Entgasungextrudern, demnach in evakuierbaren Extrudern, zu entgasen,
bei denen jedoch der zur Entgasung zur Verfügung stehende Zeitraum relativ
kurz ist. Entgasungsextruder sind daher nur für kleinere Durchsatzmengen
und/oder bei relativ langsam vulkanisierenden Mischungen einsetzbar.
Da der Durchsatz eines Entgasungsextruders nur etwa ein Viertel des
Durchsatzes eines normalen Extrusionsextruders beträgt, ist
deren Einsatz wenig wirtschaftlich.
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In den in der Kautschukindustrie üblichen Stempelknetern
werden Kautschukmischungen bislang nicht entgast, da dort das zum
Entgasen erforderliche Volumen/Oberflächenverhältnis ungünstig ist und durch den Stempeldruck
das Mischgut in die Absaugungsöffnungen
hineingedrückt
werden würde und
diese damit verstopfen würde.
In einem stempellosen Kneter ist ein Entgasen grundsätzlich möglich, da
dort durch den Füllgrad
und das Einzugsverhalten der Rotoren die Mischungen so tief gehalten
werden, dass dadurch ein Verstopfen der Absaugöffnungen vermieden werden kann.
In der
DE 40 27 261
C1 ist eine nach dem sogenannten Tandem-Mischverfahren
arbeitende Kombination aus einem mit einem Stempel ausgerüsteten Oberkneter
und einem wesentlich größeren, stempellosen
Unterkneter bekannt. Der Zwischenraum zwischen der Entleerungsöffnung des
Stempelkneters und der Einfüllöffnung des
stempellosen Kneters kann durch eine Klappe verschlossen werden.
Knapp unterhalb dieser Klappe ist ein oberhalb der Mischkammer des
stempellosen Kneters mündendes
Absaugrohr vorgesehen, mit dem die aus den Kautschukmischungen austretenden
Dämpfe
durch Unterdruck abgesaugt werden können.
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Der mit dieser bekannten Anordnung
erzielbare Unterdruck ist für
viele Anwendungen nicht ausreichend. In der
DE 196 30 021 A1 ist daher
eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, bei der sowohl die Beschickungs-
als auch die Entleerungsöffnung
eines stempellosen Innenmischers durch seitlich einschieb- und entfernbare
Abdeckplatten verschließbar sind
und die Wände
der Mischkammer bzw. des Gehäuses,
wo Wellenenden der Rotoren nach außen durchtreten, außen von
gesonderten luftdicht ausgeführten
Wandungen umschlossen sind. Auch in diesen Bereichen sind Anschlüsse für eine Einrichtung zum
Absaugen von Luft angebracht. Bei dieser bekannten Vorrichtung hat
sich jedoch herausgestellt, dass zwar die Einfüllöffnung relativ einfach abgedichtet
werden kann, dass aber eine Abdichtung der Entleerungsöffnung eine
Neukonstruktion des gesamten Kneterunterteiles erfordern würde und
darüber
hinaus das zu entgasende Volumen vergrößert würde, was den erforderlichen
Energieaufwand hinaufsetzt.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe
gestellt, ein Verfahren zum Mastizieren von Naturkautschuk oder
naturkautschukhaltigen Mischungen sowie ein Verfahren zum Entgasen
von Kautschuk- oder Polymermischungen unter vom Normaldruck abweichenden
Bedingungen bereitzustellen. In der Mischkammer sollen einerseits
sehr hohe Unterdrücke
und andererseits auch sehr hohe Überdrücke erreich-
bzw. einstellbar sein, die über
die Zeitdauer des Mischens bzw. Behandelns des Kautschuks bzw. der
Kautschukmischung mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand aufrechterhalten
werden können.
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Die beiden unabhängigen Patentansprüche 1 und
3 lösen
diese Aufgabe, Anspruch 1 für
ein ein Verfahren zum Mastizieren von Naturkautschuk oder naturkautschukhaltigen
Mischungen bei Überdruck und
Anspruch 3 für
ein Verfahren zum Entgasen von Kautschuk- oder Polymermischungen
bei Unterdruck.
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Die Verfahren erfolgen in einer Vorrichtung, die,
abweichend vom konventionellen Mischeraufbau, nicht eine Einfüll- und
eine Entleerungsöffnung sondern
nur eine einzige Öffnung
für beide
Zwecke aufweist. Durch die trogartige Ausführung der Mischkammer ist diese
nach unten zu verschlossen. Nach Beendigung des Mischvorganges kann
das Mischgut durch ein Schwenken des Troges entleert werden. Der
ansonsten bezüglich
der Abdichtung sehr kritische Bereich der Entleerungsöffnung fällt bei
der erfindungsgemäßen Ausführung, die
sich gut luftdicht abdichten läßt, weg.
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Nach dem Beenden des Abbauvorganges
ist es möglich, überschüssigen Sauerstoff
durch Innendruckverringerung bzw. durch Erzeugen von Unterdruck
zu entfernen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der
Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
darstellt, näher
beschrieben. Dabei ist in 1 eine
trogartig ausgeführte
Mischkammer eines Innenmischers in einer Lage zum Befüllen mit
Mischgut, in 2 die geschlossene
Mischkammer während
des Mischprozesses und in 3 eine
Lage zum bzw. nach dem Entleeren der Mischkammer dargestellt.
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Die Zeichnungsfiguren sind schematische Darstellungen,
die lediglich eine grundsätzliche
Ausführung
einer Vorrichtung zeigen. Der in den Zeichnungsfiguren bezüglich seiner
weiteren Bauteile nicht dargestellte stempellose Innenmischer umfasst einen
die Mischkammer bildenden Trog 1, welcher auf einem nicht
dargestellten Basisteil oder dergleichen schwenkbar gelagert ist.
Im Innenraum des Troges 1 sind zwei in bekannter Weise
ausgeführte
antreibbare Knetschaufeln 2 untergebracht. Die gegensinnig
zueinander drehenden Knetschaufeln 2 besitzen parallel
verlaufende und lotrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Achsen 4.
Die zugehörigen
Wellen sind zu beiden Seiten des Troges 1 herausgeführt, wobei
an der einen Welle über
eine nicht dargestellte Kupplung ein nicht dargestellter, insbesondere hydraulischer,
Antrieb angreift. Auf der gegenüberliegenden
Seite des Mischers sind die dort befindlichen, hier ebenfalls nicht
dargestellten Wellenenden in bekannter Weise über ein Getriebe verbunden.
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Der Trog 1 besitzt eine
Einfüllöffnung 3 für das Mischgut 5.
Die Einfüllöffnung 3 ist
durch einen Deckel 6 abschließbar, mit welchem eine gasdichte Abdichtung
erzielbar ist. Derartige Konstruktionen sind aus dem Stand der Technik
bekannt. Der Deckel 6 kann abweichend von der schematischen
Darstellung in 1 am Trog 1 selbst
oder einen den Trog 1 aufnehmenden Teil des Innenmischers
schwenkbar gelagert sein. Wie erwähnt, wird im geschlossenen Zustand
durch den Deckel 6 die Einfüllöffnung 3 praktisch
luftdicht verschlossen. Der Trog 1 wird insbesondere derart
gelagert, dass er mittels einer hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren
Vorrichtung in Richtung des Pfeiles in 3 verschwenkbar
ist. Der Deckel 6 ist mit einem Anschluss versehen, der über eine
Leitung 7 mit einer Unterdruck oder Überdruck erzeugenden Vorrichtung 8 verbunden
ist, um, je nach Einsatzzweck, in der Mischkammer Überdruck
oder Unterdruck zu erzeugen. Nach dem Beenden des Mischvorganges
wird der Deckel 6 des Troges 1 geoffnet, der Trog 1 in
die in 3 gezeigte Lage
gekippt und das Mischgut 5 wird entleert.
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Die Durchtrittsbereiche der Wellenenden
der Knetschaufeln
2 durch die Wände des Troges
1 werden
möglichst
luftdicht ausgeführt.
Dazu können
die in der
DE-A 196
30 021 beschriebenen und dargestellten Maßnahmen
getroffen werden. Demnach können
in hier nicht dargestellter aber in analoger Weise zur genannten
deutschen Offenlegungsschrift zu beiden Seiten des Innenmischers
luftdicht befestigte Kästen
oder Zellen vorgesehen werden, die ihrerseits ebenfalls mit einem
Anschluss zum Erzeugen von Unterdruck oder zum Einbringen von Überdruck
versehen sind. Die Druckverhältnisse
werden in jedem Fall so eingestellt, dass zwischen dem Druck in
der Mischkammer und jenem in den Zellen keine Druckunterschiede
sind.
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Wird nun diese Vorrichtung bzw. der
Innenmischer zum Mastizieren von Naturkautschuk oder naturkautschukhältigen Mischungen
eingesetzt, so wird die im Trog 1 befindliche Mischkammer
unter Überdruck
gesetzt. Dabei wird das Mischgut, Naturkautschuk oder eine naturkautschukhältige Mischung,
während
einer Zeitspanne von 0,5 bis 10 Minuten, insbesondere von 0,5 bis
5 Minuten, bei einem Überdruck
von 0,1 bis 1 MPa, insbesondere von bis zu 0,5 MPa, und unter Erwärmung der
Mischung auf eine Temperatur zwischen 50 und 170°C, insbesondere bis zu 130°C, geknetet.
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Dabei kann der Abbauprozeß auch unterbrochen
werden, um Füllstoffe,
beispielsweise Ruß oder Kieselsäure oder
auch Weichmacher – naphtenische oder
aromatische Mineralöle
etc. – zuzusetzen.
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Dabei kann die Vorrichtung auch zu
einer Tandemanordnung ergänzt
werden, wo in einem oberhalb eines Innenmischers angebrachten Stempelkneter
vorerst der Kautschukmischung Füllstoffe und/oder
Weichmacher zugemischt werden und das Mischgut in den darunter angebrachten,
in diesem Fall mit einer insbesondere wesentlich größeren Mischkammer
zu versehenen stempellosen Innenmischer eingebracht und weiter abgebaut
wird.
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Bei einem derartigen Innenmischer
kann die überschüssige Sauerstoffmenge
nach dem Beenden des Abbaus durch eine Wegnahme des Druckes bzw. sogar
durch Erzeugen von Unterdruck entfernt werden. Dies hat den Vorteil,
dass hier, wie es beim Zusatz von Abbaumitteln der Fall ist, keine
Reste an solchen Mitteln in der Mischung verbleiben, die insbesondere
bei einer höheren
thermischen Beanspruchung zu einem unerwünschten Fortsetzen des Abbaus
führen
können.
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Wie bereits erwähnt, ist es hier möglich, den Abbau
des Naturkautschuks und das Einmischen von aktiven Füllstoffen
gleichzeitig durchzuführen. Insbesondere
beim Einsatz hochaktiver Kieselsäure treten
dabei synergistische Effekte auf.
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Wird die Vorrichtung zum Entgasen
von Kautschukmischungen eingesetzt, ist es möglich, in einer solchen Vorrichtung
die Grundmischung – die
Mischung ohne Vulkanisationssystem – oder auch die Fertigmischung
zu entgasen. Die Zeitspanne, während
der die Kautschukmischung zum Entgasen geknetet wird, beträgt hier
ebenfalls zwischen mindestens 0,5 und bis zu 10 Minuten, insbesondere
zwischen 0,5 und 5 Minuten. Der Vorgang erfolgt dabei in einem Vakuum
von etwa 10 Pa bis etwa 0,1 MPa, insbesondere bis 0,05 MPa, und
bei Temperaturen zwischen 50 und 170°C, insbesondere bis 130°C.
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Dabei kann auch beim Einsatz zum
Entgasen von Kautschukmischungen eine Tandemanordnung vorgesehen
werden, bei der oberhalb des Innenmischers ein Stempelkneter herkömmlichen
Aufbaus angebracht wird, wo Füllstoffe,
wie Ruß oder Kieselsäure, und/oder
Weichmacher, wie naphtenische oder aromatische Mineralöle, zugesetzt
und eingemischt werden. Das derart verarbeitete Mischgut kann dann
in dem darunter befindlichen stempellosen Innenmischer entgast werden
und nach Abschluss dieses Prozesses durch ein simples Kippen aus
dem Innenmischer entleert werden.