DE2310920C3 - Verfahren zur Gewinnung von für die Verarbeitung zu Folien und Bändchen geeignetem Granulat aus Niederdruckpolyolefinen, insbesondere Niederdruckpolyäthylen-Copolymerisaten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von für die Verarbeitung zu Folien und Bändchen geeignetem Granulat aus Niederdruckpolyäthylen-Copolymerisaten, bei dem man das Polymerisat mittels einer Schneckenpresse in einer ersten Zone verdichtet, in einer zweiten Zone aufschmilzt, entlüftet, homogenisiert innd gleichmäßig temperiert, mittels einer dritten Zone unter Druck austrägt und das Material anschließend granuliert.

Gereckte Polyolefin-Folien und -Bändchen finden auf den verschiedensten technischen Gebieten Anwendung. Folien gewinnen noch immer zunehmende Bedeutung für Verpackungen, in der Bauindustrie und in der Landwirtschaft, während Bändchen in gewebter Form insbesondere zur Herstellung von Säcken eingesetzt werden. Die Herstellung der Folien erfolgt durch Extrusion, Bändchen werden aus den Folien durch Längsschneiden gewonnen; sie besitzen rechteckigen Querschnitt und geringe Dicke. Auf Grund des Streckvorganges haben die Folien und Bänder eine sehr hohe Festigkeit bei niedrigem Gewicht.

Ausgangsmaterial sind, je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck, nach dem Hochdruck- oder dem Niederdruckverfahren hergestellte Homo- oder Copolymerisate des Äthylens, des Propylens und anderer Olefine mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen.

Abhängig vom Polymerisationsprozeß und der Aufarbeitung fällt das Polymerisat als feines Pulver oder in Form von Agglomeraten an. Für die Verarbeitung in Extrusionsmaschinen sind leicht dosierbare, kompakte Partikeln erwünscht, die keine Luft enthalten. Deshalb bringt man das Polymerisat durch thermoplastische Verformung zumeist in Granulatform mit hohem Schüttgewicht. Das Polymerisat wird hierzu in kontinuierlich arbeitenden Schneckenpressen geschmolzen, zähflüssig durch Düsen gepreßt und darauf geschnitten.

In der Regel sind die Zylinder der Schneckenpressen in drei unterschiedlich beheizte und konstruierte Zonen aufgeteilt: Einzugszone, Plastifizierzone und Ausstoßzone. Die Einzugszone nimmt den eingebrachten Rohstoff auf, fördert und vordichtet ihn°und wärmt ihn häufig auch vor. In der Piasüfizierzone wird das Material aufgeschmolzen, entlüftet, d h vom eingeschlossenen Gas befreit, homogenisiert und gleichmäßig temperiert. Die Ausstoßzone übernimmt das aus der Plastifizierzone kommende Material und extrudiert es mit dem notwendigen Druck in gleichmäßigem Fluß aus dem angeschlossenen Werkzeug. . .

Die Arbeitsweise von Schneckenpressen wird im wesentlichen durch die Geometrie der Schnecke, die Betriebsdrehzahl und das Temperaturprofil über der Schneckenlänge bestimmt. Diese Größen können bei den bekannten Vorrichtungen entsprechend den individuellen Verhältnissen variiert werden.

Die Einschneckenpresse fördert die Masse bis zur Ausstoßzone infolge ihrer Reibung an der Zylinderwand. Dieser als Schleppströinung bezeichneten Vorwärtsbewegung läuft die »Druckströmung« in den Gängen und die »Leckströmung« über die Stege der Schnecke entgegen. Ursache der Rückströmungsvorgänge ist der Strömungswiderstand des Werkzeuges. Sie vermindern die effektive Förderleistung, sind aber für die Homogenisierwirkung der Schnecke wesentlich. Die Druckströmung ist eine Funktion der geometrischen Abmessungen des Schneckenganges, des Druckes und der Viskosität der Schmelze, die Leckströmung hängt von der Geometrie des Spaltes zwischen Schneckensteg und Zylinder, den Druckverhältnissen und der Viskosität der Schmelze ab.

Im Gegensatz zur Einschneckenpresse arbeitet die Mehrschneckenpresse bei kämmenden Schnecken, d. h. Schnecken, die miteinander im Eingriff stehen, mit einer Zwangsförderung. Die effektive Förderleistung setzt sich aus den Teilvolumina zwangsweise geförderten Materials, welche von Flanken und Mantelflächen der Schneckengewinde, den Mantelflächen der Schneckenkerne sowie den Innenwandungen des Zylinders begrenzt werden, und der Leckst römung zusammen.

Die technischen Gegebenheiten der meisten auf dem Markt befindlichen Extrusionsanlagcn lassen eine Verarbeitung von Polyolefinen zu Folien im allgemeinen nur mit einem verhältnismäßig niedrigen Matcrialdurchsatz zu. Bei höherem Materialdurchsatz ergeben sich fehlerhafte Piodukte, wie Folien mit rauher Oberfläche. Diesem Verhalten der Polyolefine in den Extrusionsanlagen steht das Verhalten der Folien und Bänder bei der Verstrickung entgegen. Es zeigt sich nämlich, daß bei niedrigem Durchsatz in den Verstrcckungsvorrichtungen die Abrißempfindlichkeit der Bändchen bedeutend gesteigert wird.

Infolgedessen treten bei der kontinuierlichen Herstellung von Folien und Bändchen durch Extrusion und anschließende Verstreckung Schwierigkeiten auf, die zu Matcrialverlusten führen und einer in jeder Beziehung wirtschaftlichen Durchführung des Prozesses entgegenstehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, konstante Temperaturen an der Zylinderinnenwand

ein für die Herstellung von Folien und Bändchen zu erzielen sind. -

geeignetes Granulat auf Basis von Homo- und Co- Bei entsprechend ausgebildeter Zylinderkühlung polymerisaten der Olefine mit 2 bis 5 Kohlenstoff- erzielt man durch konstante Einstellung der Kühlatomen bereitzustellen, das, ohne die genannten 5 Verhältnisse somit auch eine konstante Temperatur Nachteile zu besitzen, kontinuierlich mit hohem in der Randschicht des plastifizierten Materials. Die Durchsatz in den entsprechenden Anlagen extrudiert Durchführung des Verfahrens erfordert Anlagen, bei und verstreckt werden kann. denen das Material voll plastifiziert der Ausgangs-

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs geschilder- zone zugeführt wird und die konstruktiv so ausgelegt

ten Verfahren nach der Erfindung dadurch gelöst, to sind, daß während des Betriebes in der Austragszone

daß man zum Einstellen der Leckflußmenge in der an der gesamten Zylinderinnenfläche konstante Tem-

Austragszone auf einen konstanten Wert die aus der peraturverhältnisse eingehalten werden können. Die

zweiten Zone kommende, eine Temperatur von 150 zuletzt genannte Forderung wird optimal durch ein

bis 350° C aufweisende Schmelze in den dem Leck- Wasser-Kühlsystem im Zylinder erreicht, bei dem

strom unterworfenen Randschichten kühlt. 15 gleichmäßig durchströmte Kühlkanäle parallel zur

Nach einer bevorzugten Verfahrensweise weist die Zylinderachse angeordnet sind.

aus der zweiten Zone kommende Schmelze eine Da zwischen der Zylinderinnenfläche und der

Temperatur von 180 bis 220° C auf. dünnen, der Leckströmung unterworfenen Rand-

Uberraschenderweise zeigte sich, daß den Kunst- schicht des Polymerisats ein intensiver Wärmeausstoffen die gewünschten Verarbeitungseigenschaften 20 tausch erfolgt, ist damit auch die Möglichkeit zu durch diese gezielten Maßnahmen während des Aus- einer sorgfältigen Steuerung der Leckströmung durch tragens des aus der Synthese kommenden Rohpro- Verändern der Kühlverhältnisse in weiten Grenzen duktes aufgeprägt werden können. gegeben.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Ver- Die Höhe der Leckflußmenge in der Austragszone arbeitungseigenschaften des Materials in der Extru- 25 ist eine für jedes Copolymerisat, gegebenenfalls sogar sionsanlage, insbesondere der Materialdurchsatz, von für jede Charge, charakteristische Größe. Sie läßt der in der Austragszone abgeführten Wärmemenge sich nicht aus theoretischen Überlegungen ermitteln, abhängig sind, die in direkter Beziehung zur Größe sondern nur durch experimentielle Untersuchungen des Leckstromes in dieser Zone steht. Die Erfindung bestimmen. Daher ist es erforderlich, die Verarbeiterlaubt es somit, verschiedene zur Herstellung von 3° barkeit der Copolymerisate auf einer Versuchsanlage Folien und Bändchen geeignete Polyolefine während in Abhängigkeit von der Leckflußmenge zu prüfen des Auspreßvorganges vor dem Granulieren unter- und auf diesem Weg den optimalen Wert für jedes schiedlich, aber jeweils definiert, zu beeinflussen und einzelne zu verarbeitende Produkt zu bestimmen,
dadurch Granulate herzustellen, die bei der Weiter- Dem Verfahren nach der Erfindung können die verarbeitung auf Extrusionsanlagen optimale Eigen- 35 verschiedensten für die Verarbeitung zu Polyolefinschaften aufweisen, d. h. mit hohem Durchsatz zu folien und -bändchen geeigneten Olefinpolymerisate Folien und Bändern extrudiert werden können, die unterworfen werden, insbesondere Polyäthylene, eine verhältnismäßig geringe Abrißempfindlichkeit Polypropylene sowie Copolymerisate aus Äthylen bei der Verstreckung aufweisen. bzw. Propylen mit C₄- bis C^-Olefinen. Die Olefin-

Die erfindungsgemäße Behandlung des Polymeri- 40 polymerisate werden gemäß der erfindungsgemäßen

sats während des Auspressens hat ferner eine Herab- Arbeitsweise üblicherweise in Form eines Pulvers,

setzung der Molekülorientierung in den Olefinpoly- d. h. in der Form, wie sie bei der Synthese anfallen,

merisaten zur Folge, da sie bei einer beschriebenen eingesetzt. Es üt aber auch ohne weiteres möglich,

Leckströmung eine Herabsetzung der Scherkräfte bereits granuliertes Material der erfindungsgemäßen

bewirkt. Dadurch wird erreicht, daß die eigentliche 45 Behandlung zu untenverfen.
Ausrichtung der Moleküle erst während des Streckvorganges erfolgt.

Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, ist die R ' ' 1
Leckslrömung eine Funktion der Maschinengeome- e 1 s ρ 1 e
trie, der Druckverhältnisse und der Viskosität der 50
Schmelze, die ihrerseits wieder von der Art des Polymerisats und der Temperatur abhängt. Bei den ge- Pulverförmiges Niederdruckpolyäthylen, das entbräuchlichen Extrudern sind die Maschinengeometrie sprechend seinen physikalischen Eigenschaften für und die Druckverhältnisse als konstant anzusehen, die Herstellung von Folien und Bändchen geeignet während sich die Temperaturverhältnisse je nach 55 ist, kann in einer Granuliermaschine bei gleichen Konstruktion der Anlage innerhalb gewisser Bereiche Bedingungen in der Einzugs- und Plastifizierzone verändern können. Durch die Temperaturregelung durch Beeinflussung des Leckstromes in der Ausinnerhalb eines Regelbereiches ergeben sich während tragszone in ein Granulat überführt werden, das andes Betriebes kontinuierlich Tcmperalurschwankun- schließend in einer Extrusionsanlage entweder mit gen an der Zylinderinnenfläche und somit auch in 60 erwünscht hoher oder aber nur mit wirtschaftlich der der Leckströmung unterworfenen Randschicht unbrauchbar geringer Ausstoßleistung zu typgerechdes Materials. ten Folien oder Bändchen verarbeitbar ist. Der Leck-

Um die Leckflußmenge in der Austragszone auf strom wird in den nachfolgenden Versuchen durch

einen konstanten Wert einstellen zu können, ist es Änderung der aus dem plastifizierten Polyäthylen

daher erforderlich, daß man dem Material in der 65 abgeführten Wärmemenge (Kühlung mit Wasser)

Plastilizier- und Homogenisierzone so viel Wärme variiert.

zuführt, daß es in der Austragszone nur gekühlt zu In den Versuchen wurden jeweils 2,5 t/h pulverwerden braucht, da durch einfache Kühlung leicht förmiges Niederdruckpolyäthylen eingesetzt.

Versuch	Wärmeabfuhr in der	Polyäthylen-
	Austragszone	Durchsatz in der
		Hxtrusionsanlage
Nr.	(kcal/h)	(kg/h)

1	etwa	100 000	etwa 60
2		70 000	70 bis 75
3	etwa	40 000	80 bis 85
4	etwa	10 000	55 bis 60

Aus den Versuchen folgt, daß die Verarbeitungseigenschaften des Materials in der Extrusionsanlage abhängig sind von der in der Austragszone abgeführten Wärmemenge, die in direkter Beziehung zur Größe des Leckstromes sieht. Wie ersichtlich, wird bei einer bestimmten Wärmeabfuhr (und damit einer bestimmten Größe des Leckstromes) ein Durchsatzmaximum erzielt. Die Bestimmung des günstigsten Wertes erfolgt durch Austestung des granulierten Materials auf einer Versuchsanlage. Dieser kann ohne weiteres auf die eigentliche Produktionsanlage ίο übertragen werden. Die Ermittlung der optimalen Werte für andere Olefinpolymerisate und -mischpolymerisate ist entsprechend durchzuführen.

Claims (2)

C.. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von für die Verarbeitung zu Folien und Bändchen geeignetem Granulat aus Niederdiruckpolyolefinen, insbesondere Niederdruckpolyäthylen-Copolymerisaten, bei dem man das Polymerisat mittels einer Schneckenpresse in einer ersten Zone verdichtet, in einer zweiten Zone aufschmilzt, entlüftet, homogenisiert und gleichmäßig temperiert, mittels einer dritten Zone unter Druck austrägt und das Material anschließend granuliert, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Einstellen der Leckflußmenge in der Austragszone auf einen konstanten Wert die aus der zweiten Zone kommende, eine Temperatur von 150 bis 350° C aufweisende Schmelze in den dem Leckstrom unterworfenen Randschichten kühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der zweiten Zone kommende Schmelze eine Temperatur von 180 bis 220° C aufweist.