DE2341118A1 - Verfahren zum mahlen von elastomeren - Google Patents

Description

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Dipl. ing. K. HÖLZER

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K. 434

Augsburg, den 10. Aug. 1973

The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House,

London W6 9DX, England,

und

BTR Industries Limited, Silvertown House,. Vincent Square, London SWl P2PL, England

Verfahren zum Mahlen von Elastomeren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mahlen von Elastomeren, beispielsweise für di· Gumaiherstellung. Folglich bezweckt die Erfindung die Herstellung von Elastomeren in Pulverform.

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Das Bedürfnis, Gummi oder andere Elastomere in fließfähiger Pulverform zur Verfugung zu haben, besteht bereits seit vielen Jahren. Es sind auch schon die verschiedensten Verfahren zur Herstellung von pulverförmigen Elastomeren vorgeschlagen worden. Keines dieser vorgeschlagenen Verfahren hat jedoch die darin gesetzten wirtschaftlichen Erwartungen erfüllt. Ein Hauptgrund hierfür liegt darin, daß der Aufbruch des Ausgangsmaterials bei Anwendung herkömmlicher Mahltechniken große Energiemengen verschlingt.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Herstellung pulverförmiger Elastomere unter Aufwand geringerer Energiemengen zu ermöglichen und dadurch wirtschaftlicher zu gestalten.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Mahlen von Elastomeren, beispielsweise für die Gummiherstellung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das betreffende Elastomer durch Zusammenbringen mit einem flüssigen Kühlmittel oder dessen Dämpfen auf eine unter seiner Versprödungstemperatur liegende Temperatur abgekühlt und das so versprödete Elastomer gemahlen und mit einem Antiagglomerans zusammengebracht wird.

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Das dem Mahlgang zuzuführende Elastomer wird zweckmäßig vorher in Stücke verarbeitbarer Abmessungen geschnitten, beispielsweise in Stücke von etwa 10 mm oder weniger räumlicher Ausdehnung, bevor es auf eine unter seiner Versprödungstemperatür liegende Temperatur abgekühlt wird. Ein zweckmäßiges Verfahren besteht darin , als Ausgangsmaterial Tafelmaterial oder Blockmaterial von Umgebungstemperatur zu verwenden und dasselbe in kleine Würfel der angegebenen Abmessung zu schneiden. In Abwandlung dessen kann das Ausgangsmaterial auch die Form von Krümeln oder von Schnitzeln haben. Werden Krümel verwendet, so können diese in ungetrocknetem Zustand aus einer geeigneten Herstellungsstufe des betreffenden Elastomers abgezogen werden. Irgendwelche Lösungsmittelrückstände oder Wasser gefrieren und werden während des Mahlens ebenfalls pulverisiert. Solche gefrorene Lösungsmittel oder Wasser können danach in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Gefriertrocknung, entfernt werden.

Die Versprödungstemperatür, d. h. diejenige Temperatur, unterhalb welcher das betreffende Elastomer seine Nachgiebigkeit verliert und spröde wird, ändert sich von einer Elastomerform zur anderen, liegt aber normalerweise weit unterhalb O⁰O und bedarf folglich zwecks Erreichung kräftiger Kühlung. Gemäß der Erfindung ist die bevorzugte

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Kühlungsart die, das betreffende Elastomer mit einem Kühlmittel, "beispielsweise mit flüssigem Stickstoff oder dessen Dämpfen,in Berührung zu bringen.

Das betreffende Elastomer wird vorzugsweise vor dem Kahlen gekühlt, wobei es zweckmäßig ist, die Kühlung auch während des Mahlens fortzusetzen, da bekanntermaßen beim Mahlen Wärme frei wird. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, Jeweils etwa 0,5 kg bis 4- kg flüssigen Stickstoffes je Kilogramm Elastomer aufzuwenden. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, die ungemahlenen Elastomerstücke über einen im wesentlichen vertikalen (Trichter in einen Schraubenförderer einzugeben, welcher dieselben einem Mahlgang zuführt, wobei das flüssige Kühlmittel über einen Einlaß in der Nähe des Unterendes des !Trichters zugeführt wird. In Abwandlung dessen können die ungemahlenen Elastomerstücke in einen im wesentlichen vertikalen Trichter eingegeben werden, dessen unterer Auslaß unmittelbar in den Mahlgang einmündet, in welchem Falle die Kühlflüssigkeit über einen Einlaß zugeführt wird, welcher sich in der Nähe des Unterendes des !Trichtere befindet. Der Oberteil dee (Trichters wirkt Also als Vorkühl ζ one, in welcher das betreffende

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Elastomer durch die an einem niedriger liegenden Pegel entstellenden Kühlmitteldämpfe vorgekühlt wird.

Die durch das Mahlen erzeugten Elastomerpartikelchen müssen häufig eine räumliche Ausdehnung von weniger als 50/I bis 200 LC haben. Als Antiagglomerans kommt eine große Vielzahl von Materialien in Präge. Diese Materialien sollen eine räumliche Ausdehnung von weniger als 20 U, haben. Beispiele von geeigneten festen Antiagglomerans sind Ruß, Talkum, Zinkstearat, Kalziumste.arat, Kieselgur, Kaolin und Magnesia. Sehr kurzstapelige Fasern von glasähnlichen Materialien, faserige Silikate und blätterige Materialien, wie z. B. Glimmer, eignen sich ebenfalls für diesen Zweck. In Abwandlung dessen können auch bestimmte Flüssigkeiten, . Lösungen oder Gase Anwendung finden..Mit Kieselerde oder Talkum lassen sich besonders gute Wirkungen erzielen. Diese beiden Materialien sind in Pulverform mit einer Korngröße von weniger als Λ JUL ( gedämpfte Kieselerde oder mit einer Strahlmühle pulverisiertes Talkum ) erhältlich, was den Vorteil hat, daß diese Korngröße ein· quantitative Ersparnis insofern bringt, als die Elastomerpartikelchen mit Materialien dieser Korngröße wirtschaftlicher eingehüllt werden können und damit der Gesamtanteil des. Antiagglomerans an der Pulver-Gesamtmenge niedriger wird.

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Das betreffende Elastomer kann entweder während des Mahlens oder nach dem Mahlen mit einem festen Antiagglomerans in Berührung gebracht werden. Im Falle der unmittelbaren Zuführung zur Mühle wird das Antiagglomerans kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit zugeführt, die von der Mahl geschwindigkeit abhängt, mit welcher das betreffende Elastomer gemahlen wird. Das Mahlen des Elastomers kann entweder chargenweise oder kontinuierlich erfolgen. Das betreffende Elastomer kann auch in der Weise in Berührung mit dem betreffenden Antiagglomerans gebracht werden, daß man das gemahlene Elastomer unmittelbar aus der Mühle in das fließfähig gemachte Antiagglomerans fallen läßt. Der Vertikalabstand zwischen dem Spiegel des fließfähig gemachten Antiagglomerans und der Stelle, an welcher das gemahlene Elastomer die Mühle verläßt, ist vorzugsweise sehr klein. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines gegenseitigen Aneinanderstoßens der Elastomerpartikelchen vor ihrem Eintritt in das fließfähig gemachte Antiagglomerans vermindert und dadurch die Gefahr eines Aneinanderklebens der Elastomerpartikelchen vor ihrer Berührung mit dem fließfähig gemachten Antiagglomerans vermindert. Das zum Fließfähigmachen des Antiagglomerans verwendete Gas ist vorzugsweise ein mit Bezug auf das gemahlene Elastomer

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inertes Gas. Im allgemeinen dürfte Stickstoff das geeignetste Gas zum Fließfähigmachen des Antiagglomerans sein. ■Luft ist nur in wenigen Fällen wünschenswert, da "bei Verwendung von Luft "bei einigen sehr fein gemahlenen Elastomeren die Gefahr besteht, daß sie zu brennen anfangen. Das fließfähig gemachte Antiagglomerans kann entweder kontinuierlich oder chargenweise eingesetzt werden. Bei Chargenbetrieb wird das betreffende Elastomer dadurch von den Antiagglomeransrückständen befreit, daß die Geschwindigkeit des zum Fließfähigmachen des Antiagglomerans verwendeten Gases erhöht wird, sodaß dieses Gas die Antiagglomeransruckstande aus der Fließzone austrägt, worauf das Elastomer ebenfalls ausgetragen wird. Bei kontinuierlichem Betrieb wird kontinuierlich ein Teil des mit Antiagglomerans eingehüllten Elastomere aus der. Fließzone abgezogen und durch eine Zone hindurchgeführt, in welcher überschüssiges Antiagglomerans dadurch entfernt wird, daß durch das Elastomer Gas von hoher Geschwindigkeit hindurchgeblasen wird. Das überschüssige Antiagglomerans kann der Fließzone erneut zugeführt werden. In Abwandlung dessen kann das Antiagglomerans entweder lösbar gemacht werden' oder aber in einer kryogenen Flüssigkeit aufgeschwemmt werden, welche beim Mahlen Verwendung findet.

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Das verwendete Kühlmittel muß natürlich kalt genug sein, um ein Verspröden des betreffenden Elastomers sicherzustellen. Geeignete Kühlmittel sind außer flüssigem Stickstoff entweder flüssiges Argon oder flüssige Luft oder unter bestimmten Umständen sogar auch flüssige Kohlensäure .

Das erfindurigsgemäße Verfahren ergibt gegenüber bekannten Verfahren mehrere Vorteile. Das Mahlen bei niedriger Temperatur erfordert wesentlich weniger Energie als dies bei bisher bekannten Verfahren der Fall war.

Sowohl eine unmittelbare Einführung des Antiagglomerans in die Mühle als auch die Verwendung von fließfähig gemachtem Agglomerans ergeben eine außerordentlich gute gegenseitige Berührung zwischen dem Elastomer und dem Antiagglomerans und auf diese Weise ist es möglich, eine besonders brauchbare Form von pulverisiertem Elastomer herzustellen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Techniken anzuwenden, die bei der Bildung von Verbindungen mit starren synthetischen Kunststoffen mit Elastomeren angewandt werden und auf diese Weise ist

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es möglich, bei der Herstellung von elastomerhaltigen Verbindungen eine wesentlich größere Wirtschaftlichkeit zu erzielen.

In den anliegenden Zeichnungen bedeuten

Fig. 1 eine schematische Darstellung

einer Ausführungsform einer Apparatur zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Ohargenbetrieb und

]?ig. 2 eine schematische Darstellung

einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entweder im Chargenbetrieb oder in kontinuierlichem Betrieb.

Die in ligur 1 dargestellte Einrichtung weist einen Trichter 11 auf, der in der Nähe seines unteren Endes ein durchbrochenes Eingteil 13 aufweist, über welches flüssiger Stickstoff eingeführt wird. Der unterste Teil 15 des Trichters 11 ist konisch ausgebildet und führt zu einem im

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wesentlichen horizontal angeordneten Schraubenförderer 17, welcher in eine Hammermühle 19 fördert. Der Trichter 11, der Schraubenförderer 17 und die Hammermühle 19 sind in einer Schutzhülle 21 vorzugsweise aus Glasfasermaterial oder aus Aluminiumblech untergebracht. Ein inneres Sieb 2 3, welches im unteren Teil der Hammermühle 19 angeordnet ist, hat solche Abmessungen, daß es das gemahlene Elastomer, welches die gewünschte Partikelgröße hat, ungehindert durchläßt. Vertikal unterhalb des inneren Siebes 2 3 befindet sich eine Fließzonenkammer 25, welche einen Einlaß 27 aufweist, durch welchen das zur Pließfähigmachung verwendete Gas eingelassen wird. Außerdem sind dort eine Verteilerplatte 30, Auslässe 31 und 33 für eingehülltes Elastomerpulver einerseits und Fließfähigmachungsgas andererseits und für Antiagglomerans vorgesehen. Der Auslaß 33 führt in ein Rohr 35, in welchem ein Filter und ein überdruckventil 39 angeordnet sind, welch letzteres an eine Pumpe 41 fördert,, die ihrerseits überschüssiges Pließfähigmachungsgas über eine Leitung 43 zum Einlaß 2 fördert.

Bei Betrieb dieser Einrichtung werden kubische Elastomerstücke von einer räumlichen Ausdehnung von etwa 5 mm in den Trichter 11 eingebracht und kommen dort mit

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flüssigem Stickstoff in Berührung, der über das Ringteil zugeführt wird. Die gekühlten Elastomerstücke werden von dem Schraubenförderer 17 zur Hammermühle 19 gefördert, in welcher sie auf die jeweils gewünschte. Korngröße gemahlen werden. Man läßt eine genau geregelte Menge, flüssigen Stickstoffs in den Schraubenförderer 17 und in die Hammermühle 19 einsickern, sodaß sichergestellt ist, daß während' des Mahlens stets eine bestimmte niedrige Temperatur aufrechterhalten wird. Das gemahlene Elastomer gelangt durch das Sieb 23 in die Fließzonenkammer 25» in. welcher sich eine Fließzone von fließfähig gemachter Kieselerde von einer Korngröße von etwa 1//, befindet, die durch eine Stickstoffströmung fließfähig gehalten wird, welche über die Verteilerplatte 29 zugeführt wird. -Das Elastomer wird zusammen mit der Kieselerde gekühlt und sammelt eich ,unten in der Fließzonenkammer 25. Das FIießfähigmachungsgas verläßt die Fließzonenkammer 25 und wird mittels des Filters 37 von mitgerissener Kieselerde und mitgerissenen Elastomerpartikelchen befreit. Sodann wird es über die Leitungen 33 und 43 mittels .der Pumpe 41 in die Fließzonenkammer 25 zurückgeführt. Überdruck, der dadurch entstehen kann, daß der verdampfte Stickstoff über das Sieb 23 in die Fließzone eintritt, wird über das Überdruckventil 39 aus der Fließzone abgelassen. In Figur 1 nicht dargestellte Mittel können dazu verwendet werden, das über das

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Überdruckventil 39 abgelassene Gas wieder in den Trichter 11 einzuführen. Ist eine Charge von Elastomer gemahlen, so wird die Pumpe 41 so verstellt, daß die Gasgeschwindigkeit sich erhöht und dadurch die am Filter 37 angesammelte überschüssige Kieselerde ausgetrieben wird.

Sie oben beschriebene Einrichtung und das oben beschriebene Verfahren eignen eich gut für kontinuierlichen Betrieb. In gleicher Weise kann dabei auch ein gasförmiges Antiagglomerans Anwendung finden, indem die fließfähig gemachten Feststoff« vermieden werden und das gasförmige Antiagglomerans mittels der Pumpe 41 in Umlauf gesetzt wird. Wird ein flüssiges Antiagglomerans oder ein in Lösung befindliches Antiagglomerans verwendet, so wird der unterhalb der Mühle 19 befindliche Teil der Einrichtung durch einen Vertikaleohaoht ersetzt, in welchem sich eine Einrichtung zur Eineprühung des Antiagglomerans auf das gemahlene Elastomer befindet, während dasselbe von der Mühle 19 her nach unten fällt.

Die in Figur 2 gezeigte Einrichtung weist einen Trichter 51 auf, an dessen Unterseite sich ein gasdichtes Zuführungsventil 53 befindet, von welchem eine

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Leitung 55 zu einem Behandlungstrichter 57 führt. Flüssiger Stickstoff wird dem Behandlungstrichter 57 über einen ringförmigen Einlaß 59 zugeführt. Der !Trichter 57 befindet sich innerhalb einer Isolierhülle 61. Der unterste Teil des Trichters 57 ist konisch und führt zu einem im wesentlichen horizontalen Schraubenförderer 63, welcher eine Hammermühle 65 speist. Der Schraubenförderer 63 und die Hammermühle 65 befinden sich ebenfalls innerhalb einer Isolierhülle 67. Ein inneres Sieb 69 gestattet den Durchlaß desjenigen Elastomers, welches auf die gewünschte Korngröße ausgemahlen ist.

Kurz stromauf derjenigen Stelle, an welcher der Schraubenförderer die Mühle 65 erreicht, ist er mit einem Einlaß 71 versehen, über welchen Kieselerde nach unten fallen kann, welche mittels eines Schwingförderers zugeführt wird, der allgemein mit der Bezugsziffer 73 bezeichnet ist und einen Speichertrichter 75 und eine Strömungsregelklappe 77 aufweist. Die Mühle 65 ist mit einem Einlaß 79 für flüssigen Stickstoff versehen, welcher dadurch unmittelbar in die Mühle gelangt. Unter Normalbedingungen erfolgt die Einführung des flüssigen Stickstoffs über den Einlaß 59 im wesentlichen kontinuierlich, während der Einlaß über den Einlaß 79 intermitierend

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erfolgt. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Einführung über die beiden Einläße 59 und 79 erfolgt, wird mittels eines nicht dargestellten Gerätes gesteuert, welches seinerseits durch ein Thermoelement 61 gesteuert wird, welch letzteres unmittelbar unterhalb des Siebes 69 angeordnet ist.

Vertikal unterhalb der Mühle 65 befindet sich ein Sammeltrichter 83 für das gemahlene Elastomer. Der Trichter 83 ist mit einem gasdichten Auslaßventil 85 versehen, welches im unteren Teil des Trichters angeordnet ist und in eine Auslaßleitung 87 führt. Eine Gasauslaßleitung 89 führt von dem Trichter 83 zum Behandlungstricht er 57, sodaß der den Trichter 83 verlassende und noch verhältnismäßig kalte Stickstoffdampf dazu verwendet wird, das im Trichter 57 neu zugeführte Elastomer vorzukühlen. Ein Auslaß 91 ist im oberen Teil des Trichters 57 angeordnet, durch, welchen die verbrauchten Stickstoff dämpfe abziehen können.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   (Λ·)Verfahren zum Mahlen von Elastomeren, beispielsweise für die Gummiherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß das betreffende Elastomer durch Zusammenbringen mit einem flüssigen Kühlmittel oder dessen Dämpfen auf eine unter seiner Versprodungstemperatur liegende Temperatur abgekühlt und das so versprödete Elastomer gemahlen und mit einem Antiagglomerans zusammengebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer vor seiner Zuführung zum Mahlgang oder/ und vor seiner Abkühlung auf eine unter seiner Versprodungstemperatur liegende Temperatur In Stücke behandlungsfähiger Abmessungen geschnitten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Ausgangsmaterial kleine Elastomerwürfel verwendet werden.
4. 4-. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial Krümel verwendet werden, die in ungetrocknetem Zustand einer

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   geeigneten Herstellungsstufe des betreffenden Elastomers entnommen werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel flüssiger Stickstoff, flüssiges Argon, flüssige Luft, flüssiges Kohlendioxyd oder Dämpfe einer oder mehrerer dieser Flüssigkeiten verwendet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5 unter Verwendung flüssigen Stickstoffes als Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils 0,5 kg bis 4 kg flüssigen Stickstoffes je Kilogramm Elastomer verwendet werden.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Antiagglomerans Kieselerde, Talkum, Ruß, Zinkstearat, Kalziuiastearat, Kieselgur, Kaolin, Magnesia, kurzfaseriges glasartiges Material, fase rige Silikate oder blätteriges Material, beispielsweise Glimmer, Verwendung finden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer während des Mahlens mit einem festen Antiagglomerans in Berührung gebracht wird.

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9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer nach dem Mahlen mit einem festen Antiagglomerans in Berührung gebracht wird, indem man das gemahlene Elastomer unmittelbar nach dem Mahlen in das fließfähig gemachte Agglomerans einbringt .

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