DE2352426A1

DE2352426A1 - Verfahren zur verhinderung der agglomeration und des zusammenklebens von amorphen kunststoffgranulaten

Info

Publication number: DE2352426A1
Application number: DE19732352426
Authority: DE
Inventors: Friedrich Nonnenmacher; Hans Joachim Dipl Chem Schmidt; Theodor Dipl Chem Voeste
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1975-04-30

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/M./ 16. Oktober 1973 Aktiengesellschaft Bbl/HGa 6 Frankfurt■(Main)

prov. Nr. 7314 LT

Verfahren zur Verhinderung der Agglomeration und des Zusammenklebens von amorphen Kunststoff granulaten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Agglomeration und des Zusammenklebens von amorphen Kunststoffgranulaten unter Zusatz von Gleitmitteln.

Moderne Verfahren der Kunststoffgranulierung benutzen die Unterwassergranulation, beispielsweise nach der DT-AS 1 230 965. Die amorphen Granulatkörner, die'je nach ihrer Herstellung zylinderförmige, würfelförmige oder andere Formen aufweisen können, müssen getrocknet werden oder auch nur vorgetrocknet werden. Für viele Zwecke ist es erforderlich, daß das getrocknete oder vorgetrocknete Produkt riesel- und lagerfähig ist, ehe es einer weiteren Verarbeitung zugeführt wird. Das plastische und amorphe Kunststoffgranulat wird durch Wärmebehandlung dabei teilweise oder vollständig kristallisiert. Vor oder während der Umwandlung in den kristallinen Zustand neigen allerdings alle Kunststoffe mehr oder weniger stark zum Kleben und zur Agglomeration, Stoffe, die sehr stark zum Kleben und zur Agglomeration neigen, sind insbesondere polare Kunststoffe, z„B₀ Polyester, Copolyester oder Polyamide, die als Ausgangsmaterialien für die Erzeugung von Kunststoffäden weitverbreitet Anwendung finden. . -

Diese Klebeeigenschaften führen in den Apparaturen bei der Behandlung, d_oh. dem Trocknen, Vortrocknen und

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Kristallisieren zu solchen Zusammenballungen und Anbackungen, daß dadurch die Arbeitsweise der Apparate gestört wird, Leitungen sich leicht verstopfen und unangenehme Reinigungsarbeiten und Betriebsunterbrechungen in Kauf genommen werden müssen.

Deshalb hat man vorgeschlagen, beispielsweise dem Polyestergranulat in kleinen Mengen von 0,01 bis 0,1 Gew.% (100 - 1000 ppm) des Ausgahgsmateriales Magnesiumstearat als Gleitmittel zuzufügen und die Temperatur so langsam zu steigern bis sich das Magnesiumstearat gleichmäßig über die Oberfläche der Granulatkörner als dünne Schicht verteilt hat. Dabei wurde festgestellt, daß die Polyestergranulate auch nach dem Zusatz von Magnesiumstearat zunächst noch bei 80⁰C zu kleben anfangen und allmählich bei dieser Temperatur und bis 95 G die Phasenumwandlung des Polyestergranulates so weit fortschreitet, daß man anschließend die Temperatur bis auf 12Q⁰C und schließlich auf 150°C steigern kann, ohne weiterhin bei der Umwällzmg in Schaufeltrocknern durch Kleben des Materials behindert zu sein (CH-PS 470 446; DT-OS 1 694 456).

Der relativ große Zusatz an Magnesiumstearat zu dem Granulat in Mengen von 100 bis 1000 ppm sowie die relativ langsame Erhitzung und damit lange Verweilzeit, sind Nachteile dieses Verfahrens, das große Apparaturen erfordert. Durch die lange Behandlung des Materials wird dieses thermisch stark belastet.

Es ist auch bekannt nach DT-AS 1 454 843, amorphes Kunststoff granulat aus Polyäthylenterephthalat durch heftiges Bewegen und Behandeln mit heißen inerten Gasen vorzukristallisieren und dann zu trocknen. Dabei erfolgt die Vorkristallisation innerhalb einer Granulatschicht, die zumindestens 50 % schon vorkristallisierte Körner enthält und mittels eines inerten Gases mit einer Temperatur

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über 11O⁰C im gegenüber dem ruhenden Zustand mindestens die doppelte Schichthöhe aufweisenden fluidisierten Zustand gehalten wird (US-PS"3 305 -532; GB-PS 955 447)ο

Nachteilig ist hier, daß mindestens 50 % vorkristallisiertes Material verwendet werden muß, so daß das fluidisierte Bett"entsprechend höher belastet wird_o Außerdem ist dazu, eine hohe Luftgeschwindigkeit notwendig, wenn man die Betthöhe auf die doppelte Schichthöhe des ruhenden Bettes anheben will.

Es ist weiterhin bekannt, die Agglomerierung oder das Kleben der Granulate dadurch zu vermeiden, indem man amorphe Polyesterteilchen mit heißem Wasser oder Wasserdampf vorkristallisiert und das dabei teilweise oder vollständig in die kristalline Form übergegangene Polyesterteilchen bei erhöhter Temperatur in einer solchen Vorrichtung trocknet, in der die Teilchen relativ zueinander sich nicht oder nur wenig bewegen. (DT-AS 1 294 019)

Nachteilig bei diesem Verfahren Ist, daß das Material bei der Prozeßführung noch Feuchtigkeit aufnehmen kann, die vor der Weiterverarbeitung entfernt werden muß.

Nach einem anderen Verfahren der DT-PS 1 182 153 wird das Granulat in einem rostlosen Wirbeltrockner über die klebrige und plastische Phase hinaus dadurch getrocknet, daß man die Luftgeschwindigkeit im Trockner so hoch hält, daß die Einzelteilchen kaum in Berührung miteinander kommen und bei gelegentlichen Berührungen infolge der schnellen Eigenbewegung keine Agglomeration stattfindet. Das Gut wird anschließend in einem Schachttrockner fertiggetrocknet„

Nachteilig ist hier die hohe Trocknungsluftgeschwindigkeit, die entsprechende Gebläse erfordert und einen.

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relativ großen apparativen Aufwand, und daß das Verfahren diskontinuierlich arbeitet.

Es gibt auch kontinuierliche Verfahren in Verbindung mit einem Schachttrockner, beispielsweise das Finothermverfahren der Firma LURGI (LURGI Schnellinformation T 1021/ · 1.72) sowie ein Verfahren nach DT-OS 2 053 876.

Es ist ferner bekannt Titandioxyd als Gleitmittel zu verwenden (DT-OS 2 124 203). Dieser Titandioxydzusatz ist aber bei der Herstellung von Polyesterfasern besonders ungünstig für die Fadenbildung wegen der großen Neigung von feinen Titandioxydteilchen zur Agglomeratbildung (siehe auch "Polyesterfasern" von H. Ludwig, Akademie-Verlag Berlin, 1965, Seite 136).

Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie entweder vorkristallisierte Teilchen benötigen oder mit hohen Luftgeschwindigkeiten arbeiten und ein sehr lockeres Fließbett aufrechterhalten müssen nahe einer pneumatischen Förderung, um die Berührungswahrscheinlichkeit der Teilchen zu vermindern. Sie haben den Nachteil, daß sie relativ große Apparaturen erfordern oder einen hohen Luftdurchsatz benötigen«, Es lassen sich trotzdem Zusammenbackungen niemals vollständig vermeiden, was zu Betriebsstörungen führt und die Qualität der Produkte vermindert.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu überwinden und ein verbessertes Verfahren zu finden, das mit geringem Luftaufwand in kurzer Verweilzeit in kleinen Fließbetttrocknern ein teilweise oder vollständig kristallisiertes Produkt erzeugt, welches gut lager- und rieselfähig ist und für eine Weiterverarbeitung, insbesondere für stark klebende polare Kunststoffe geeignet ist.

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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß amorphes Kunststoff« granulat kontinuierlich einem fluidisierten Bett zu- und/oder abgeführt wird, dabei mit heißen Gasen von 120⁰C bis 180°C behandelt wird und mit einer Verweilzeit von weniger als 20 Minuten auf die erforderliche Tempe— ratur zur Erzeugung eines rieselfähigen, kristallisierten oder teilkristallisierten Endproduktes gebracht wird, wobei vor oder während des Aufwirbeins des Granulates im fluidisierten Bett Metallseife als Gleitmittel zugesetzt wird. ■

Es war überraschend, daß man mit einem geringen Zusatz an Metallseifen bei kleiner Verweilz'eit und schneller Aufheizung in einem kontinuierlichen Verfahren ein ausgezeichnet riesel- und lagerfähiges Produkt erhalt, das seine Klebeeigenschaften vollkommen verloren hat und nachher nicht mehr zu Anbackungen oder Agglomerationen neigt. Dies bedeutet verfahrenstechnisch kleine Apparaturen und besondere Wirtschaftlichkeit. Das Material wird nicht langsam aufgeheizt wie beispielsweise in Schaufeltrocknern und auch nicht so stark aufgewirbelt wie in Wirbeltrocknern üblicher Bauart. Es wird sofort dem heißen Gasstrom ausgesetzt, dessen Temperatur über der Temperatur liegt, bei der ein dauernd klebender Zustand der Granulate auftritt. Das die klebenden Eigenschaften verhindernde Mittel wird dabei entweder der Förderluft für das Granulat oder dem heißen Trocknungsgas für das fluidisierte Bett dosiert zugegeben oder auf das Granulat aufgestäubt» Es kann auch dem Kühlwasser für die Unter— wassergranulierung oder bei der Zentrifugierung zugegeben werden. Ein geeigneter Mischer für Granulat mit Metallseife ist beispielsweise ein Schwingungsrohr.

Unter kontinuierlicher Zu- und/oder Abführung des Kunststof.fgranulates wird dabei verstanden, daß das Fluidbett auf eine gewisse Höhe über dem Abführrohr gehalten wird, wobei diese Höhe gewissen Schwankungen unterliegen kann

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durch teilweise unkonstanten Zulauf an Granulat, jedoch kontinuierlich über einen geeigneten Auslauf (Zellenradschleuse o„a.) abgeführt wird zur weiteren Verarbeitung_o Die Aufheizzeit für das Granulat ist erheblich kürzer als die erforderliche mittlere Verweilzeit des Granulates im Fluidbett, weil das Fluidbett wegen des direkten Wärmeaustausches und der darin enthaltenen Turbulenzen für den Wärmeübergang besonders geeignet ist.

Die Schmelztemperatur der Metallseifen, liegen im allgemeinen bei oder unter der Gastemperatur, so daß die Verteilung der Metallseifen auf der Granulatoberfläche begünstigt wird.

Als Metallseifen werden Magnesium« und Aluminiumseifen, insbesondere Magnesiumstearat und Aluminiumstearat, zugesetzt.

Es ist aber genausogut möglich Metallsalze der Monocarbonsäuren, vorzugsweise der natürlich vorkommenden Fettsäuren ab Cg und darüber zu verwenden. Weiterhin können die Seifen anderer Metalle eingesetzt werden, wie beispielsweise Blei, Zink und Calcium. Diese Metallseifen haben die Eigenschaft als Gleitmittel zu wirken und so oberflächlich ein Verkleben der Teilchen miteinander zu verhindern„

Erfindungsgemäß werden die Metallseifen in Mengen von weniger als 90 ppm, vorzugsweise 5 bis 70 ppm, zugesetzt. In besonderen Fällen, wenn für die Weiterverarbeitung, z.B₈ in Extrudern, in diesen Apparaten ein höherer Gleit— mittelzusatz erforderlich ist, kann dieser Gleitmittelzusatz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren schon ausreichen; in speziellen Fällen kann er jedoch bis um einen Faktor 5 höher erforderlich werden.

Nach der Erfindung wird als Gas Luft oder vorgetrocknete

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Luft eingesetzt oder inerte Gase oder vorgetrocknete inerte Gase. Dabei wird unter inert verstanden, daß die Gase inert gegenüber den Kunststoffgranulaten sind, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxyd. In den weitaus meisten Fällen wird es aber genügen einfach Frischluft zu verwenden. Eine Vortrocknung der Gase kann dann gegeben sein, wenn der Anteil an Oberflächenfeuchtigkeit auf den Granulatkörnern besonders hoch ist_o

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Gasgeschwindigkeit so gewählt, daß das Volumen des fluidisierten Bettes um weniger als das 1,5-fache größer ist als das Volumen des ruhenden Bettes.

Durch den Zusatz an Metallseifen und der guten Verteilung der Metallseifen ist es nicht notwendig, die Gasgeschwindigkeit so hoch zu wählen, daß das Wirbelbett sehr locker und dadurch die Berührungswahrscheinliehkeit der Teilchen sehr gering ist» Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Luftgeschwindigkeit so niedrig sein, daß sich das Bettvolumen nur um maximal 50 % erhöht. Im allgemeinen genügt eine Auflockerung des Bettes mit einer Volumenvergrößerung um 25 bis 40 %. Vorteil dieser Verfahrensweise ist es, daß vor allem kleine Apparate und nur geringe Mengen an heißem Behandlungsgas erforderlich sind.

Erfindungsgemäß behandelt man amorphe Kunststoffgranulate bei Durchmessern von 3 bis 6 mm im fluidisierten Bett mit einer Gasgeschwindigkeit von weniger als 2 m/s, vorzugsweise 1,5 bis 1,8 m/s. Diese Geschwindigkeiten beziehen sich natürlich auf den leeren Querschnitt des Bettes.

Das Verfahren eignet sich für die in weiten Bereichen der Temperatur klebrigen Kunststoffgranulate aus polaren Kunststoffen, insbesondere für Kunststoffgranulate wie Polyester und Copolyester aus Terephthalsäure und Äthylenglykol oder anderen Diolen.

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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden als Kunststoffgranulate Polyamide eingesetzt.

Die Polyamide durchlaufen in "bezug auf die Polyester oder Copolyester den klebrigen Bereich schneller. Deshalb kann das Verfahren vorteilhaft beispielsweise für Polyamid oder Polyamid 6.6 eingesetzt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren" gelingt es in einstufiger Fahrweise ein rieselfähiges Produkt zu gewinnen, das direkt oder nach einer Endtrocknung weiterverarbeitet werden kann, beispielsweise zur Erzeugung von Kunststoffendlosfäden aus Polyester. Wegen der kurzen Behandlungszeiten, die unter 20 Minuten liegen, meist um 10 bis 15 Minuten, wird das Produkt schonend behandelt. Die Apparaturen können klein gehalten werden.

Im folgenden wird das Verfahren beispielhaft beschrieben.

Zweckmäßigerweise führt man das Verfahren so durch, daß man dem Fluidbett'-Behälter, der einen Boden mit Schlitzen oder einen Rost zum Zuführen der heißen Luft bzw. des Gases enthält, amorphes Granulat beispielsweise von oben in dosierter Menge aus einem Vorratsbehälter bzw. über eine pneumatische Leitung zuführt. Das heiße Gas wird über ein Gebläse dem Boden des Bettes zugeleitet und dabei das Bett aus Granulatkörnern leicht aufgewirbelt, so daß· sich Betthöhe gegenüber dem ruhenden Zustand um ca. 30 bis max. 50 % erhöht. Das heiße Gas verläßt den Behälter am oberen Ende. Es kann im Kreislauf geführt werden oder es kann vor dem Gebläse Frischluft angesaugt werden. Zwischen Gebläse und dem Boden des Fluidbett-Behälters befindet sich eine Aufheizvorrichtung für die Luft oder das Gas. Das nach' 10 bis 20 Minuten fertig behandelte und durch die hohen Temperaturen teilweise oder vollständig kristallisierte Granulat geht über ein

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Ablaufrohr im Boden des Fluidbettbehälters, beispielsweise einer Austragsschleuse, als fertiges rieselfähiges Produkt zur Weiterverarbeitung.

Eine mögliche Arbeitsweise ist, entweder die Zu- oder Abführung kontinuierlich zu regeln und zwar über ein Regelsystem, welches die Höhe des Fuidbettes konstant hält.

Der Zusatz der Metallseife erfolgt ebenfalls in dosierter Menge bezogen auf die Menge an amorphem Kunststoffgranulat entweder als feines Pulver in handelsüblicher Form in den Aufgabebunker oder in die pneumatische Leitung der Granulatzuführung hinter der Dosierschleuse für das Granulat oder es wird dem heißen Trocknungsgas zugesetzt«, Eine gute Verteilung der zugesetzten Metallseife mit dem Kunststoffgranulat kann durch geeignete Mischorgane, beispielsweise in einem Schwingungsrohr, erfolgen.

Beispiel 1

Es wurde kontinuierlich 4,4 kg/h amorphes Polyestergranulat aus dem Vorratsbehälter in den Fluidbett-Behälter dosiert und die gleiche Menge Granulat am Boden über eine Austragsschleuse kontinuierlich abgezogen. Die Granulatmenge in dem fluidisierten Bett betrug 1,1 kg, so daß sich hieraus eine mittlere Verweilzeit des Granulates im Fluidbett-Behälter von 15 Minuten ergibt. Der fluidisierte Zustand wurde durch einen heißen Luftstrom von 12f?°C bis 160°C aufrechterhalten.

Bei diesen Versuchen wurde die Mindestluftgeschwindigkeit bezogen auf den Querschnitt des leeren Fluidbett-Behälters gemessen, die notwendig war, um ein zeitlich stationäres Fluidbett aufrechtzuerhalten, ohne daß eine Agglomeration oder Verklebung der Granulatkörner auftrat. Die Metallseifen wurden dabei in dosierter Menge mit dem Granulat im Vorratsbehälter vermischt.

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In einem ersten Versuch wurde ein handelsmäßig verkäufliches amorphes Polyester mit mäßigen Klebeeigenschaften bei einer Temperatur von 14O⁰C jeweils mit einer Verweilzeit von 15 Minuten behandelt. Es wurden sowohl die Luftgeschwindigkeit als auch der Zusatz an Magnesiumstearat variiert.

Zusatz an Magnesium-	Luftge s chwindig-	Verhalten
stearat in ppm	keit m/s
0	3,5	Agglomeration
0	3,0	Agglomeration
5	2,3.	rieselfähig
10	2,0	rieselfähig
25	1,8	rieselfähig
50	1,6	rieselfähig
70	1,6	rieselfähig
Beispiel 2

Versuchsanordnung wie in Beispiel 1; Material wie in Beispiel 1; Luitt#ep«ratur 160⁰C; Verwtilzeit 15 Minuten. Es wurde Aluminiümstearat zugegeben.

Zusatz an Aluminiumstearat in ppm

Luftgeschwindigkeit m/s

Verhalten

10 25 50 90

3,5	Agglomeration
3,0	Agglomeration
2,5	teilweise Aggl.
2,1	rieselfähig
1,8	rieselfähig
1,6	rieselfähig

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Beispiel 3

Versuchsanordnung wie in Beispiel 1 und -2» Polyester mit starken Klebeeigenschaften; Temperatur der Luft 125⁰C. Es wurde Magnesiumstearat zugegeben.

Zusatz an Magnesiumstearat in ppm

Luftges ehwindigkeit m/s

Verhalten

100

3,5	Agglomeration
3,0	Agglomeration
2,9	teilweise Aggl
2,2	rieselfähig
1,8	rieselfähig
1,8	rieselfähig

Die unter Zusatz von Metallseifen kristallisierten Proben klebten auch bei längerer Lagerung in ruhiger Schicht, selbst bei Temperaturen um 140⁰C, nicht zusammen, sondern blieben rieselfähig.

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Patentansprü ehe

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Claims

Patentansprüche

1e Verfahren zur Verhinderung der Agglomeration und des Zusammenkleben von amorphen Kunststoffgranulaten unter Zusatz von Gleitmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß amorphes Kunststoffgranulat kontinuierlich einem Fluidbett zu- und/oder abgeführt' wird, dabei mit ■ heißen Gasen von 120°C bis 180°C behandelt wird und mit einer Verweilzeit von weniger als 20 Minuten auf die erforderlichen Temperaturen zur Erzeugung eines rieselfähigen, kristallisierten oder teilkristallisierten Endproduktes gebracht wird, wobei vor oder während der Auf wirbelung des Granulates im fluidisierten Bett Metallseife als Gleitmittel zugesetzt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallseife eine Magnesiumseife, vorzugsweise Magnesiumstearat, eingesetzt wird.
3ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallseife eine Aluminiumseife, vorzugsweise Aluminiumstearat, eingesetzt wird.
4ο Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Metallseifen in Mengen von weniger als 90 ppm, vorzugsweise 5 bis 70 ppm, zugesetzt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Luft oder vorgetrocknete Luft eingesetzt wird.
6, Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gase inerte Gase oder vorgetrocknete Inerte Gase eingesetzt werden.

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7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis"6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit so gewählt' wird,
daß das Volumen des fluidisierten Bettes um weniger
als das 1,5—fache größer ist als das Volumen des
ruhenden Bettes»
8ο Verfahren nach.Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphen Kunststoffgranulate mit einem Durchmesser von 3 bis 6 mm im fluidisierten Bett mit einer Gasgeschwindigkeit von weniger als 2 m/s, vorzugsweise
1,5 bis 1,8 m/s, behandelt werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn~ zeichnet, daß als Kunststoffgranulate polare Kunst- ·
stoffe eingesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,' daß als •Kunststoffgranulate Polyester oder Copolyester
eingesetzt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als.Kuriststoffgranulate Polyamide♦eingesetzt werden, ·