DE2129472C2 - Verfahren zur Gewinnung eines trockenen Pulvers von Elastomeren - Google Patents

Description

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Nach der Herstellung von z. B. Homopolymerisaten von konjugierten Dienen durch. katalytische Lösungs-Polymerisation muß das Lösungsmittel zur Gewinnung der Polymeren entfernt werden. Dies geschah bisher mit gesättigtem Wasserdampf derart, daß die Hauptmenge des Lösungsmittels schnell abdestilliert, worauf die erhaltenen Polymerkrumen in ein Wasserbad eingetragen werden, das Wasser abgezogen wird und die Polymerkrumen dann getrocknet werden. Diese Krumen sind relativ grob und enthalten noch erhebliche Lösungsmittel-Mengen. Außerdem können viele Polymere in dieser Welse nicht behandelt werden, da sie wegen ihres Erweichungspunkts In Verbindung mit restlichem Lösungsmittel und erhöhter Temperatur derart agglomerieren, daß man eine kleb- rlge Masse erhält, aus der Lösungsmittel und Wasser schwer zu entfernen sind.

Aus der GB-PS 11 72 797 Ist ein Verfahren zur Gewinnung von Elastomeren aus ihrer Lösung bekannt, wie sie durch Lösungs-Polymerisation erhalten worden 1st. Bei dem bekannten Verfahren geht es ausschließlich um die Entfernung des Lösungsmittels. Dazu benötigt man zumindest zwei Stufen, In denen die Polymerlösung mit Dampf abgestreift wird. Zwischen diesen zwei oder mehreren Abstreifstufen Ist eine oder mehrere Konzentra- tionsstufe(n) erforderlich, In denen aus dem sich in einer Abstreifstufe gebildeten wäßrigen Aufschlämmung des Polymeren eine gewisse Menge an Wasser entfernt wird. Für das bekannte Verfahren In der einfachsten Ausführungsform mit

a) erste Dampf-Abstrelfung,

b) Entfernung eines Teils des Wassers,

c) zweite Dampf-Abstrelfung,

d) Phasentrennung Polymer und Wasser und Trocknen des Polymeren

sind folglich platz- und kapitalintensive Anlagen mit relativ komplizierten Überwachungs- und Regeleinrichtungen erforderlich. Darüber hinaus Ist der Dampfverbrauch für die zwei oder mehr Abstreiferstufen beträchtlich. Schließlich Ist auch die Gefahr der Verstopfung von Leitungen und Filter für die Abtrennung von Wasser außerordentlich groß, da das noch beträchtliche Lösungsmittelmengen enthaltende Polymere nach der ersten Abstreifstufe zum Kleben neigt. Mit dem Lösungsmittelgehalt des Polymeren kommt man nach diesem bekannten Verfahren normalerweise nicht unter 2%.

Aufgabe der Erfindung Ist nun ein Verfahren zur Gewinnung eines trockenen lösungsmittelfreien Pulvers von Polybutadien, Polyisopren oder dessen Copolymeren mit Styrol in einer einfachen und einfach zu betre'benden Anlage unter Vermeidung von Verstopfungen durch Kleben von Polymerteilchen.

Ausgehend von einer Lösung des Polymeren in einem organischen Lösungsmittel wird diese unter hohen Scherkräften mit Wasserdampf bei erhöhtem Druck behandelt und dann das restliche Lösungsmittel aus dem Polymerpulver entfernt. Die oben definierte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man Wasserdampf mit einem Druck >10 bar in einer solchen Menge der Polymerlösung zuführt, daß das Mengenverhältnis Wasserdampf : Polymerlosung 4,1:1 bis 2,6 :1 beträgt, und eine solche Berührungszeit einhält, daß wenigstens 95% des Lösungsmittels verdampfen, woraufhin man die Polymerteilchen in an sich bekannter Weise von den Dämpfen trennt, das restliche Lösungsmittel aus dem Polymerpulver mit Hilfe von Wasserdampf im Gegenstrom abuennt und schließlich das Polymerpulver trocknet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet also In einer einzigen Dampf-Abstreifstufe die Entfernung von zumindest 95% des Lösungsmittels statt. Es schließt sich als zweite Stufe die Trennung der festen Phase, d. h. des Polymerpulvers, von der Gasphase, das sind die Dämpfe des Lösungsmittels, und von Wasser an, woraufhin In einer dritten Stufe das restliche Lösungsmittel aus dem Polymerpulver dadurch entfernt wird, daß man das in einer Förderanlage weiterbewegte Polymerpulver im Gegenstrom Wasserdampf aussetzt. Damit ist der restliche Anteil an Lösungsmittel entfernt und das Polymerpulver braucht nur noch getrocknet zu werden. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Anlage ist einfach in ihrer Konstruktion, läßt sich leicht überwachen und regeln, wozu nur relativ einfache Aggregate erforderlich sind. Die Überwachungsund Regelaggregate für das Verfahren nach der GB-PS 11 72 79? sind - wie leicht verständlich - wegen der langen Verwellzelt des Polymeren von der relativ verdünnten Lösung bis zu einem nur noch wenig Lösungsmittel enthaltenden Produkt aufwendig und kostspielig.

Das Polymerisations-Lösungsmittel hat bevorzugt einen relativ niedrigen Siedepunkt, wie aromatische Kohlenwasserstoffe, (Cyclo)Alkene oder (Cyclo)Alkane, z. B. Pentene, Pentane, Cyclohexan, Toluol und deren Gemische. Gewöhnlich wird Heißdampf angewandt; der bisher angewandte Sattdampf ermöglicht kaum die Herstellung von Pulvern mit einem niedrigen Wassergehalt.

Die Menge an Wasserdampf - Satt- oder Heißdampf -zu der Menge an Polymerlösung Ist ein wichtiger Faktor, der das restliche Lösungsmittel im Polymerpulver bestimmt. Bei einem Verhältnis von 1,0 kann das Restlösungsmittel unter standardisierten Bedingungen In der Größenordnung von etwa 2% liegen. Wenn jedoch das Gewichtsverhältnis von Wasserdampf zur Lösung von 1,4 auf 2,6 ansteigt, nimmt die Menge an restlichem Lösungsmittel auf ^2% ab.

Bei der Verwendung von Heißdampf sind die erhaltenen Polymeren nicht verfärbt oder abgebaut, selbst wenn die Wasserdampftemperaturen In der Größenordnung von 37O°C liegen. Mit Heißdampf liegen die Temperaturen des erhaltenen Polymerpulvers sehr niedrig und weit entfernt von der Dampftemperatur. Tatsächlich bleibt In

vielen Fällen der Dampf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren überhitzt, wahrend Wasser In wechselnden Mengen Im Polymerpulver kondensiert.

Die Konzentration der Polymerlösung ist von Einfluß auf das erfindungsgemäße Verfahren, ist jedoch kein wesentlicher Faktor, von primärer Bedeutung sind restliches Lösungsmittel sowie der Wassergehalt. Die wesentlichen Variablen, die den Wassergehalt des Polymerpulvers beeinflussen, sind die Polymerkonzentration in der Lösung., die Überhitzung des Wasserdampfs, die EIntrittsternperatur der Polymerlösung, das Mengenverhältnis Wasserdampf/Polymerlösung und der Dampfdruck. Höhere Wassermengen ergeben sich aus relativ geringen Mengen Polymer in der Lösung. Andererseits vermindert stark überhitzter Wasserdampf den Wassergehalt des Polymerpulvers. Eine noch weitere Verminderung des Wassergehalts wird durch Vorwärmen der Polymerlösung erreicht. Die einzige Begrenzung bei der Vorwärmung der Polymerlösung In einem eventue'len Polymerabbau und der Verhinderung eines zu schnellen Abdampfens des Lösungsmittels vor der Einwirkung der Scherkräfte auf die PolymerlCsung. Durch Erhöhung des Verhältnisses Wasserdampf/Polymerlösung wird der Wassergehalt vermindert, jedoch scheint der Dampfdruck wenig Wirkung auf den Wassergehalt auszuüben. Somit wird der Wassergehalt im Polymerpulver am stärksten durch die Polymerkonzentration in der Lösung, dem Überhitzungsgrad des Wasserdampfs und der Temperatur der Polymerlösung beeinflußt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann In einer Vorrichtung durchgeführt wenden, die die folgenden Bauteile aufweist:

(a) Ein langgestrecktes zylindrisches Gehäuse mit einer Zone in der Mitte zwischen den Enden;

(b) ein langgestreckter, in dem Gehäuse gleitend in einem ringförmigen Abstand bewegbarer Kolben, der das Gehäuse an einer Seite abschließt;

(c) Wasserdamp."-Zuführung in das Gehäuse zwischen dessen geschlossener Seite und dem Ringraum;

(d) Zuführung für die Polymerlösung In den Ringraum, wobei

(e) der Ringraum eine Ableitung für Dampf, verdampftes Lösungsmittel und Polymer aufweist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Flg. 11 einen Querschnitt der Vorrichtung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der allgemeinen Anordnung der einzelnen Bauteile der ganzen Anlage.

Die Vorrichtung gemäß Flg. 1 besteht aus einem zyllndrlüchen Gehäuse 1 mit einer Mittelzone 11. Ein bewegbarer Kolben 5 Ist Innerhalb der Mittelzone 11 gleitend In dem Gehäuse angeordnet, verschließt dessen oberes Ende, z. B. mittels eines Gewindeteils 12. Der Kolben 5 bildet einen engen Ringraum 9 Im Gehäuse, in dem die Polymerlösung und der Wasserdampf mit großer Scherkraft In Berührung kommen; Wasserdampf, vorzugsweise Heißdampf, wird über die Zuführung 10 In die Mittelzone 11 über dem Kolben 5 und die Polymerlösung über die Zuführung 8 unmittelbar In den Ringraum der Mittelzone eingeführt, wo sie mit dem Dampfstrahl hoher Geschwindigkeit in Berührung kommt, der das Zerteilen des Lösungsstroms und damit ein schnelles Verdampfen des Lösungsmittels und die Bildung von Polymerpulver bewirkt. Das Gemisch aus Wasserdampf verdampftem Lösungsmittel und Polymer tritt am offenen Ende des zylindrischen Gehäuses aus.

Eine Verbesserung dieser Grundkonstruktion ist ebenfalls in Fig. 1 dargestellt. Der Kolben ist entweder als solcher oder mit Hilfe einer Verbindungsstange verlängert, so daß die Breite des Ringraumes nahe dem Austrageende 6 verringert ist und damit die Scherkraft und der Druckabfall insgesamt vergrößert wird. Dies verbessert den Wärmeübergang vom Wasserdampf auf die Polymerlösung aufgrund des erhöhten Kontaktdruckes, wodurch die Menge des restlichen Lösungsmittels vermindert wird.

Die geringere Breite des Ringraumes kann entweder durch Herabsetzung des Innendurchmessers des Gehäuses und/oder Vergrößerung des Durchmessers des unteren Endes 7 des Kolbens erreicht werden. Der Kolben ist derart beweglich, daß die Vorrichtung einstellbar ist und die Breite des Ringraumes nahe dem Austrageende (Fig. 1) optimiert werden kann, wobei diese Optimierung Im Hinblick auf die Besonderheiten eines bestimmten Polymeren erfolgt. Die Breite des Ringraumes beeinflußt stark die Teilchengröße des Polymeren und die Menge an restlichem Lösungsmittel nach dem Entgasen. Die Länge der Mischzone hoher Scherkräfte ist ebenfalls wesentlich. Eine größere Länge und somit eine erhöhte Verweilzelt bei hoher Scherkraft ergibt eine Verminderung des Gehaltes an restlichem Lösungsmittel.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Polymerlösung und überhitzter oder gesättigter Wasserdampf in den Ringraum 9 eingeführt, damit dieser in Berührung mit der Lösung Im Ringraum 9 kommt, wo die Polymerlösung durch die hohen Scherkräfte in winzige Teilchen zerteilt und das Lösungsmittel sehr schnell abgedampft wird. An dieser Stelle 1st das Polymere bereits ein feines Pulver und verläßt unten zusammen mit dem verdampften Lösungsmittel und Wasserdampf das Gehäuse.

Einer der Vorzüge der Anwendung dieser Vorrichtungsart liegt In der Erzeugung eines feinen Polymerpulvers mit geringem restlichem Lösungsmittelgehalt, das wenig klebrig Ist und sich wie trocken handhaben läßt.

Bevorzugt schließt sich an diese Vorrichtung ein Zyklonabschelder mit tangentlalem Dampfeintritt an. Die Dämpfe verlassen den Zyklon oben und das Polymerpulver unten, von wo es z. B. auf einem Schneckenförderer zur Entgasung im Gegenstrom zu Wasserdampf gebracht wird: schließlich passiert das Polymerpulver eine Dampfsperre, wie ein Sternventil, und gelangt In einen Trockner.

Flg. 2 zeigt schematisch eine solche Anlage. An die Vorrichtung 15 aus Flg. 1 schließt sich ein Zyklonabscheider 16 an, den Wasserdampf und Lösungsmitteldampf über 17 und das Polymerpulver über 18 verlassen. Es wird durch die Entgasung 19 zum Austrageende 20 gefördert und von dort pneumatisch 21 zu weiteren Behandlungsvorrichtungen geführt, wie in einen Trokkenturm 22 und einen zweiten Zyklon 23. Die Dampfverluste werden durch Zellenradschleusen 24 und minimal gehalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Gewinnung eines trockenen Pulvers von Polybutadien, Polyisopren, einem Styrol-Butadlen-Copolymeren mit statistischer Verteilung oder einem Blockcopolymeren aus einem konjugierten Dien mit einem aromatischen Vinylkohlenwasserstoff aus deren Lösung in einem organischen Lösungsmittel, indem die Lösung unter hohen Scherkräften Was- serdampf mit erhöhtem Druck ausgesetzt und dann das restliche Lösungsmittel aus dem Polymerpulver entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasserdampf mit einem Druck > 10 bar in einer solchen Menge zuführt, daß das Mengenverhältnis Wasserdampf: Polymerlösung 1,4:1 bis 2,6:1 beträgt, und eine solche Berührungszelt einhält, daß wenigstens 95% des Lösungsmittels verdampfen, woraufhin man die Polymerteilchen in einem Zyklon von den Dämpfen auf übliche Welse trennt, das restliche Lösungsmittel aus dem Pulver mit Wasserdampf Im Gegenstrom abtrennt und schließlich das Pulver trocknet.