DE2027915B2

DE2027915B2 - Verfahren zum abtrennen fluechtiger bestandteile aus polymeren

Info

Publication number: DE2027915B2
Application number: DE19702027915
Authority: DE
Inventors: Edward Bruce; Szabo Ted Tibor; Martinsville N.J.; Klosek Feiix Peter South Charleston W.Va.; Kaufman Stephen Sommerville N.J.; Nauman (V.SlA.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-06-09
Filing date: 1970-06-06
Publication date: 1973-03-22
Also published as: DE2027915A1; US3668161A; CA922440A; GB1319083A; BE751611A; NL7008310A; FR2050116A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen flüchtiger Bestandteile aus einer ein Polymer, vorzugsweise einen Polystyrolkautschuk, ein Polysulfon oder ein Copolymer von Acrylsäure und Äthylen enthaltenden flüssigen Mischung.

Bei der Herstellung von Polymeren durch Blockpolymerisation, durch Polymerisation in Lösung oder durch andere übliche Verfahren verbleiben erhebliche Mengen der Ausgangsstoffe, die nicht reagierte Monomere oder Lösungsmittel, dem polymeren Endprodukt zugemischt oder sind in ihm eingeschlossen. Diese Verunreinigung des Polymeren ist unerwüscht, weil sie die Eigenschaften des Endproduktes bekanntlich schädlich beeinflußt. Üblicherweise entfernt man solche flüchtigen Bestandteile aus dem Gemisch durch Verdampfen.

Ein Verfahren zum Abtrennen flüchtiger Bestandteile aus solchen Gemischen, ebenso eine Vorrichtung hierfür, istinderUSA.-Patentschrift3 395 746 beschrieben. Hiernach spritzt man das Gemisch des Polymers und der flüchtigen Bestandteile in eine unter erniedrigtem Druck gehaltene Kammer ein. Es entsteht hierbei ein schaumförmiger Strang von Polymer, der in der Kammer herabsinkt. Anschließend wird der Strang zwischen Walzen wieder verdichtet.

Ein anderes Verfahren und eine andere Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sind in dem USA.-Patent 3 451462 beschrieben. Hierbei verwendet man kegelförmig zulaufende Förderschnecken in einem geschlossenen Gefäß, das unter vermindertem Druck gehalten wird. Die Lösung wird in das Gefäß eingeführt, schäumt auf, und der Schaum wird während des Förderns entlang der Förderschnecke verdichtet. Die entstandenen Dämpfe werden

ίο abgezogen, und das konzentrierte Polymer wird an einem Ende der Vorrichtung entnommen.

Trotz mancher Vorzüge dieser Verfahren sind ihre Anwendungsmöglichkeiten begrenzt.
Bekanntlich ist eine möglichst restlose Entfernung der flüchtigen Bestandteile aus den Lösungen von Polymeren kritisch für die Eigenschaften des Endproduktes. Die Notwendigkeit, die flüchtigen Bestandteile möglichst vollständig zu entfernen, setzt der Kapazität der Herstellung gewisse Grenzen. Es

zo besteht daher, besonders in den letzten Jahren, ein erhöhtes Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Vorrichtung, welche einen größeren Durchsatz ermöglichen.
Wenn man bei den bekannten Verfahren versucht, den Durchsatz zu erhöhen, so kann der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von etwa 15 bis 30°/₀ nur bis etwa 1 bis 3°/₀ herabgesetzt werden. Wenn ein gutes Endprodukt erhalten werden soll, muß aber der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen auf weniger als I⁰I₀, vorzugsweise auf weniger als 0,5 ⁰I₀, verringert werden. Wünschenswert ist deshalb ein Verfahren, das schnell und wirksam durchgeführt werden kann, um damit den Durchsatz zu erhöhen.

Ziele der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit welchen die Entfernung flüchtiger Bestandteile aus einer flüssigen Mischung, die ein Polymer enthält, schneller und wirksamer durchgeführt werden kann, um damit die Kapazität der Produktion zu erhöhen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung in einer ersten Verfahrensstufe durch eine unter vermindertem Druck gehaltene erste Schnellverdampfungszone führt, die so behandelte Mischung erwärmt und ihr einen schäumenden Stoff zusetzt und sie dann in einer zweiten Verfahrensstufe durch eine zweite unter vermindertem Druck gehaltene zweite Schnellverdampfungszone führt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine erste unter vermindertem Druck haltbare Verdampfungskammer mit einem Einlaß für die Ausgangsmischung, einer Entlüftung und einem mit einer verdichtenden Förderschnecke versehenen Auslaß, eine zweite unter vermindertem Druck haltbare Verdampfungskammer mit einem Einlaß, einer Entlüftung und einem mit einer verdichtenden Förderschnecke versehenen Auslaß, mit einer hinter der ersten Kammer angeordneten Vorrichtung zum Erwärmen der Mischung und einer

ßo dahinter angeordneten Vorrichtung zum Einführen eines schäumenden Stoffes, wobei die beiden Förderschnecken und die Vorrichtung zum Einführen des schäumenden Stoffes auf einer gemeinsamen Welle und alle Bestandteile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Die Zeichnungen erläutern beispielsweise einige Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt
F i g. 1 ein Fließdiagramm, welches schematisch

die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Hierbei entsteht ein Schaum mit einer offenen Zellen-Vorrichtung zeigt, Struktur, die das Entweichen der Dämpfe ermöglicht.

F i g. 2 ein Fließdiagramm, das die einzelnen Diese untere Temperaturgrenze bezieht sich auf das

Verfahrensstufen zeigt, aufgeschäumte Material nach der Schnellverdampfung.

F i g. 3 ein schematischer Längsschnitt einer korn- S Temperaturen, die über diesen Mindesttemperaturen pakten Vorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße liegen, sind vorteilhaft, weil sie das Verdampfungs-Verfahren durchgeführt werden kann. gleichgewicht herabsetzen. Es ist ferner möglich, daß

Gemäß den Zeichnungen wird die flüchtige Be- durch solche höheren Temperaturen auch die Struktur

standteile enthaltende Lösung des Polymers in einem des Schaumes verbessert wird. Das Verfahren selbst ist

Vorwärmer erwärmt, was in der F i g. 2 als Ver- io nicht abhängig von bestimmten Höchsttemperaturen,

fahrensstufe 1 bezeichnet ist. Dann führt man die Die obere Temperaturgrenze ist nur abhängig von der

vorgewärmte Lösung des Polymers in einen ersten thermischen Stabilität des Gemisches oder von der

Schnellverdampfer ein, der unter vermindertem Druck Möglichkeit, daß beim Erwärmen weitere Polymeri-

gehalten wird. Dort werden die flüchtigen Bestandteile sationen stattfinden.

verdampft und durch die Entlüftung aus der Kammer 15 Das zwischenzeitliche Einführen eines schäumenden

abgezogen. Die Lösung des Polymer« schäumt, was Stoffes hat zwei verschiedene Zwecke:

zum weiteren Freisetzen der flüchtigen Bestandteile _{des Schaumes und}

dient (Verfahrensstufe 2). _damit eine größere Oberfläche erzeugt werden,

vpSTt 'Γ¹¹¹? ^maA f *^ufgeSC*^aUinte; ^Poly.^{mer Und} als es bei derselben Temperatur und beim gleichen

verdichtet es beim Austritt aus der ersten Kammer _{20 Druck nur dufch} ^ _{enthaltenen fiuchtigea}

Das Verdampfen der flüchtigen Bestandteile und Bestandteile möglich wäre.

das Sammeln und Verdichten des Schaumes (Ver- _{2 Der Partialdruck der} anderen flüchtigen restlichen

fahrensstufe 3) können in an ich bekannten Vor- Bestandteile soll herabgesetzt werden, wodurch

richtungen durchgeführt werden. Solche Verfahren _das Verdampfungsgleichgewicht in dem Schaum

sind beispielsweise beschrieben in den USA.-Patent- 25 _OP.änHprt wirrf

Schriften 3 395 746 und 3 451 462. geändert wird.

Der verdichtete Schaum wird dann wieder e-wärmt Es ist zwar auch möglich, die Menge der flüchtigen

(Verfahrensstufe 4), wobei man an sich bekannte Bestandteile beim zweiten Schnellverdampfen zu

Verfahren anwenden kann. Man gibt mittels eines verringern, ohne daß man ein schäumendes Mittel

geeigneten Verteilers dann einen schäumenden Stoff 30 zusetzt. Ob diese Herabsetzung genügt, hängt nur

zu (Verfahrensstufe 5). davon ab, welche Anforderungen an das Endprodukt

Der Zusatz eines schäumenden Stoffes, wie Wasser gestellt werden. Bei allen drei unten beschriebenen in eine Lösung eines Polymers, um eine wirksamere Beispielen trägt die Einführung von Wasser alsschäu-Abtrennung der flüchtigen Stoffe zu erreichen, ist in mender Stoff wesentlich dazu bei, die flüchtigen der deutschen Offenlegungsschrift 1 816 350 beschrie- 35 Bestandteile zu entfernen. Arbeitet man beispielsweise ben. Hierbei wird der schäumende Stoff mit der nach dem Beispiel 1 unter Verwendung einer Lösung Lösung gemischt, bevor diese in die Verdampfer- von Polystyrol, aber ohne zwischenzeitliche Einkammer eingeführt wird. Geeignete Vorrichtungen führung von Wasser, so enthält das Endprodukt etwa zum Verteilen eines solchen schäumenden Stoffes in l°/₀ monomeres Styrol. Die Einführung von Wasser der Lösung des Polymers sind in der deutschen 40 verringert diesen Wert auf 0,2%.
Offenlegungsschrift 1 906 654 beschrieben. Nach die- Es wurde ferner gefunden, daß es zweckmäßig ist, sem Verfahren wird eine Flüssigkeit gleichmäßig in das Gemisch nach dem Verlassen des ersten Schnelleiner Schmelze oder Lösung eines Polymers hoher Verdampfers zuerst zu erwärmen (Verfahrensstufe 4) Viskosität dadurch eingeführt, daß man ein Gemisch und dann erst den schäumenden Stoff einzuführen der Flüssigkeit und der hochviskosen Schmelze oder 45 (Verfahrensstufe 5). Diese Reihenfolge kann gege-Lösung in eine Mischzone einführt, das Gemisch durch benenfalls auch umgekehrt werden. Bei einer solchen schnellrotierende Öffnungen hindurchdrückt und es Umkehrung ist es aber erforderlich, daß Wiedereiner starken Scherwirkung unterwirft. Die Anmeldung erwärmen und die zweite Schnellverdampfung bei beschreibt auch eine Vorrichtung für die Durch- höheren Drücken durchzuführen als bei dem bevorführung dieses Verfahrens. Diese Vorrichtung enthält 5° zugten Verfahren.

ein zylindrisches Gefäß mit wenigstens einer rotier- Die F i g. 3 zeigt eine geschlossene Vorrichtung zur

baren Scheibenanordnung mit abwechselnden Reihen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

von festen und perforierten Scheiben. Das Ausgangsgemisch wird in dem Vorwärmer 10

Nach dem Zusatz des schäumenden Stoffes (Ver- erwärmt und dann in den Extruder eingeführt. Man fahrensstufe 5) führt man das Gemisch in eine zweite 55 führt das Material etwa in der Mitte der ersten Förder-Verdampferkammer (Verfahrensstufe 6), die ebenso schnecke 14 zu, so daß die freigesetzten flüchtigen wie die erste Kammer unter vermindertem Druck Bestandteile beim Verdichten des Schaumes durch die gehalten wird. Nach dem Entfernen der flüchtigen Förderschnecke rückwärts zu der Entlüftung V geBestandteile in der zweiten Kammer der entstandene langen können, wo sie aus dem Extruder abgezogen Schaum gesammelt und verdichtet (Verfahrensstufe 7), 60 werden,
wobei das Endprodukt anfällt. Die Lösung gelangt dann durch den Knetblock 16

In der Regel ist es notwendig, die Lösung vor jedem aus dem Extruder 12 in die Umleitung 18, und zwar

Ausschäumen zu erwärmen. Durch dieses Erwärmen durch die Wirkung der in umgekehrter Richtung

muß wenigstens ein Teil der Verdampfungswärme der arbeitenden Förderschnecke 20. Durch die Leitung 18

flüchtigen Bestandteile geliefert werden, so daß nach 65 kommt das Material wieder zurück in den Extruder 12,

dem Verdampfen die Temperatur der entstandenen und zwar etwa in der Mitte der zweiten Förderschnecke

Lösung des Polymeren über derjenigen liegt, bei 22. Dort wird der Schaum weiter verdichtet. Flüchtige

welcher die Lösung in den glasigen Zustand übergeht. Bestandteile werden nach rückwärts aus dem zweiten

Entlüfter V" abgezogen. Dann gelangt das Gemisch in die Vorrichtung 24 mit Scheiben, in welcher der schäumende Stoff wie Wasser zugesetzt wird.

Durch eine zweite Umleitung 26 wird unter Einwirkung der Schnecken 28 das Gemisch abgenommen. Durch die Leitung gelangt es in den zweiten Vorwärmer 30. Etwa in der Mitte der dritten Schnecke 34 wird das Material wieder in die Vorrichtung eingeführt. Hierbei werden die restlichen flüchtigen Bestandteile verdampft und durch die Entlüftung V" abgezogen. Durch den Auslaß 36 wird das vollständig entlüftete Endprodukt aus der Vorrichtung 12 abgezogen.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Lösungen sehr verschiedener Polymere von flüchtigen Bestandteilen befreit werden. Beispiele solcher Lösungen sind unten in den Beispielen angegeben. In den Beispielen sind die einzelnen Verfahrensstufen so bezeichnet, wie es in der F i g. 2 geschehen ist.

Beispiel 1
Ausgangsstoff:

Mit Kautschuk modifiziertes Polystyrol, 20°/„ restliches Styrol, 170⁰C. »5

Am Ende der Verfahrensstufe:

1. 200°C, eine gewisse Abnahme des Gehalts an Styrol durch zusätzliche Polymerisation.

2. etwa 2°/₀ restliches Styrol, etwa 180°C, 100 mm Hg-

3. 2°/₀ restliches Styrol, 200⁰C.

Durch Verdichten des Schaumes hat eine gewisse Wiedererwärmung stattgefunden. Auch durch mechanisches Vermählen kann eine Herabsetzung des restlichen Gehaltes an Styrol erreicht werden.

4. etwa 2% restliches Styrol, 250⁰C.

Durch Polymerisation während dieser Verfahrensstufe kann der Gehalt an restlichem Styrol etwas abnehmen.

5. etwa 2°/₀ restliches Styrol, 1% Wasser, etwa 245^c C, 42 kg/cm².

6. etwa 0,2 °/₀ restliches Styrol, weniger restliches Wasser, etwa 225 ⁰C, 10 mm Hg.

7. 0,2 % restliches Styrol, 25O⁰C (Endprodukt).

Beispiel 2
Ausgangsstoffe:

Polysulfon, 30°/„ restliches Monochlorbenzol, 150 bis 160⁰C.

Am Ende der Verfahrensstufe:

1. 190 bis 200°C.

2. etwa 1,3 °/₀ restliches Monochlorbenzol, 170 bis 180C, atmosphärischer Druck.

3. etwa 1,3 °/₀ restliches Monochlorbenzol, 220° C. Das Wiedererwärmen findet mechanisch durch Verichten des Schaumes statt

4. etwa 1,3°/₀ restliches Monochlorbenzol, 320°C.

5. etwa 1,3% restliches Monochlorbenzol, 0,36 bis 1,3 °/₀ Wasser, 230 bis 280°C.

6. 0,048 bis 0,065 % restliches Monochlorbenzol, wenig restliches Wasser, 230 bis 280⁰C, 300 mm Hg.

7. 0,048 bis 0,065 % restliches Monochlorbenzol 31O⁰C (Endprodukt).

Beispiel 3
Ausgangsstoffe:

Copolymer von Acrylsäure und Äthylen 3°/₍ restliche Acrylsäure, 200⁰C, 70 kg/cm².

Am Ende der Verfahrensstufe:

1. 200⁰C, 70 kg/cm².

2. 0,24 bis 0,65 °/₀ restliche Acrylsäure, 180⁰C atmosphärischer Druck.

3. und

4. 0,24 bis 0,65 °/₀ restliche Acrylsäure, 200°C

5. 0,24 bis 0,65 °/₀ restliche Acrylsäure, 200° C 1,0 bis 3,2 °/o Wasser, 30 bis 35 kg/cm².

6. 0,05 bis 0,13 % restliche Acrylsäure, wenij restliches Wasser, 55 bis 120 mm Hg.

7. 0,05 bis 0,13 °/₀ restliche Acrylsäure (Endprodukt)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtrennen flüchtiger Bestandteile aus einer ein Polymer, vorzugsweise einen Polystyrolkautschuk, ein Polysulfon oder ein Copolymer von Acrylsäure und Äthylen, enthaltenden flüssigen Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung in einer ersten Verfahrensstufe durch eine unter vermindertem Druck gehaltene erste Schnellverdampfungszone führt, die so behandelte Mischung erwärmt und ihr einen schäumenden Stoff zusetzt und sie dann in einer zweiten Verfahrensstufe durch eine zweite unter vermindertem Druck gehaltene zweite Schnellverdampfungszone führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung zwischen den beiden Verfahrensstufen zuerst erwärmt und ihr dann den schäumenden Stoff zusetzt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine erste, unter vermindertem Druck haltbare Verdampfungskammer mit einem Einlaß für die Ausgangsmischung, einer Entlüftung und einem mit einer verdichtenden Förderschnecke versehenen Auslaß, eine zweite unter vermindertem Druck haltbare Verdampfungskammer mit einem Einlaß, einer Entlüftung und einem mit einer verdichtenden Förderschnecke versehenen Auslaß, mit einer hinter der ersten Kammer angeordneten Vorrichtung zum Erwärmen der Mischung und einer dahinter angeordneten Vorrichtung zum Einführen eines schäumenden Stoffes, wobei die beiden Förderschnecken und die Vorrichtung zum Einführen des schäumenden Stoffes auf einer gemeinsamen Welle und alle Bestandteile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.