DE2402896C2

DE2402896C2 - Verfahren zur Herstellung von Polymerfasern

Info

Publication number: DE2402896C2
Application number: DE2402896A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Emile Petrus V. van den Geleen Berg; Hubertus Johannes Beek Vroomans
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1973-01-22
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1985-06-20
Also published as: ATA52174A; DE2402896A1; FR2214762A1; CA1049727A; BE810019A; NL7300864A; FI55056B; AT340562B; GB1451421A; NL171825B; NL171825C; FI55056C; US3995001A; FR2214762B1; SE390738B; JPS49101615A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymerfasern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs l,vgl. US-PS 25 71 457.

Die nach einem derartigen Verfahren hergestellten Fasern können als Ausgangsmaterial zu der Herstellung von papierähnlichen Produkten, synthetischem Leder, von Textilprodukten, wie Faservliesen, sowie als Füllstoff für u. a. faserverstärkte Kunststoffe dienen.

Bekanntlich lassen sich während des Polymerisationsvorgangs Polyolefinfasern gewinnen, indem man die Reaktionsmasse einer ausreichend hohen Scherspannung unterzieht. Dabei bildet sich im Reaktor ein faseriges Gel. Weil Polymerisation und Faserbildung in demselben Reaktionsgefäß stattfinden, lassen sich die Reaktionsbedingungen nicht in der Weise einstellen, daß es zu einem optimalen Verlauf beider Prozesse kommt. Außerdem zeigt diese Methode den Nachteil, daß im Reaktor eine voluminöse, viskose Masse entsteht, welche sich ungünstig auf die Reaktorkapazität auswirkt und zu Schwierigkeiten beim Abführen des Polymerisats aus dem Reaktor führt. Außerdem werden sich in einem Rührreaktor die gebildeten Fasern um die Rührer wickeln, wodurch zur Entfernung dieser Fasern der Polymerisationsvorgang oftmals unterbrochen werden muß.

Man hat bereits vorgeschlagen, vgl. DE-OS 16 60 634, die Faserbildung außerhalb des Reaktors vorzunehmen. Dabei wird eine Polymerlösung kräftig gerührt und gekühlt, so daß sich das Polymerisat unter dem Einfluß der auftretenden Scherkräfte in Faserform aus der Lösung niederschlägt. Auch mit diesem bekannten Verfahren ist der Nachteil verbunden, daß die Herstellung zur Entfernung der am Rührwerk festsitzenden Fasern immer wieder unterbrochen werden muß.

Bekannt ist auch die Herstellung von Polymerfasern, indem man einen Gasstrom mit Hilfe eines Zyklons in Rotation versetzt, in dem zentral ein Rohr zur Zuführung flüssigen Polymerisats angeordnet ist (vgl. die eingangs zitierte US-PS 25 71457). Der rotierende Gasstrom trifft nach Austritt aus dem Zyklon auf den Strahl flüssigen Polymerisats, der dabei zu Fasern auseinandergerissen wird. Bei Anwendung von Polymerlösungen wird das Lösungsmittel restlos verdampft. Das nur Lösungsmittelspuren enthaltende Polymerisat wird aufgefangen und

gesammelt. Weil bei diesem Verfahren keine Präzipitation des Polymerisats durch Kühlung der Lösung stattfindet, ist es notwendig, daß das Lösungsmittel restlos verdampft wird. Bei nicht vollständiger Verdampfung werden die bereits gebildeten Fasern zusammenkleben und sind somit kaum noch weiter zu verarbeiten. Eine vollständige Verdampfung stellt aber besonders hohe Anforderungen an die jeweiligen Lösungsmittel und die jeweiligen Prozeßbedingungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr ein Verfahren zur Verfugung zu stellen, dem diese Nachteile nicht anhaften, d. h. das auf einfacne und billige Weise auf der Basis einer Polymerlösung Polymerfasern in hoher Ausbeute liefert, bei dem außerdem die Ausbeute an Fasern in geringerem Maße von Schwankungen der Molekulargewichtsverteilung und anderer Parameter abhängig ist, bei dem ferner eine höhere Durchsatzleistung je Volumeneinheit Apparatur erzielt wird unu bei dem insbesondere keine mechanische Rührung der Polymerlösung stattfindet. Von weiteren Vorteilen, wie der Möglichkeit einer Beeinflussung der Geometrie der anfallenden Fasern, wird nachstehend noch die Rede sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man Polymerlösung und Gasstrom zunächst in einer Kammer in Kontakt bringt, daß die Temperatur des rotierenden Gasstroms derart gewählt wird, daß nach der Vermischung mit der Polymerlösung die Temperatur des Gemisches unter der Präzipitationstemperatur des Polymerisats liegt, so daß es zu einer Präzipitation faserigen Polymerisats im flüssigen Lösungsmittel kommt, und daß anschließend das faserige Polymerisat aus dem Lösungsmittel abgeschieden wird.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise ausgeführt, daß der rotierende Gasstrom und die Polymerlösung in einem radialsymmetrischen Raum (bzw. Kammer) miteinander in Kontakt treten, wobei der Gasstrom diesem Raum in der Weise zugeführt wird, daß die Polymerlösung im radialsymmetrischen Raum Abscherkräften und einer Kühlung ausgesetzt wird.

Das aus Lösungsmittel, in ihm dispergierten Polymerfasern und Gas bestehende Gemisch wird anschließend aus dem Raum abgeführt, wonach die Polymerfasern abgeschieden werden. Es wurde nunmehr gefunden, daß auf diese Weise nicht nur ein außerordentlich guter Kontakt zwischen Polymerlösung und Gasstrom erzielt wird, was in einer hohen Ausbeute an Polymerfasern zum Ausdruck gelangt, sondern auch, daß sich dadurch die Kontaktzeit zwischen Gas und Lösung auf einfache Weise kontrollieren läßt.

Unter radialsymmetrischem Raum ist ein Raum mit radialer Symmetrie zu verstehen, welche zumindest eine oder mehrere Zufluß- und eine oder mehrere Abflußleitungcn aufweist. Diese Zu- und Abflußrohre können parallel zur Achse des Raumes angeordnet sein, können aber auch auf andere Weise angebracht werden. Vorzugsweise ist zumindest ein Zuflußrohr tangential gei ichtet. Der radialsymmetrische Raum kann in Form eines Kegels, eines Zylinders, einer Kugel oder einer Kombination von Teilen derselben aufweisen.

Z. B. kann der radialsymmetrische Raum aus einem zweiseitig rechteckigen Kegelstumpf bestehen, in dem tangential die Gaszufiußleitung mündet, wobei an der einen Seite dieses Kegelstumpfes die Zufuhröffnung und an der anderen Seite die Abfuhröffnung vorgesehen ist.

Der Gasstrom wird vorzugsweise tangential dem radialsymmetrischen Raum zugeführt, weil eben auf diese Weise der Gasstrom ohne weitere Hilfsmittel, wie Leitschaufel, in Rotation versetzt wird. Ein Teil des Gasstroms kann selbstverständlich auch an anderen Stellen zugeführt werden, wenn nur die Rotationsströmung beibehalten wird.

Die Polymerlösung kann an jeder beliebigen Stelle zugeführt werden. So ist es möglich, die Lösung in einer parallel zur Achse des radialsymmetrischen Raums verlaufenden Richtung zuzuführen. Dabei kann die Zufuhr zentral oder an einer exzentrischen Stelle gewählt werden. Es ist gleichfalls möglich, die Lösung an anderen Stellen oder in der Gaszuflußleitung in den radialsymmetrischen Raum einzuleiten.

Außer dem Gasstrom und der Polymerlösung können auch andere Ströme und/oder Stoffe an einer oder mehreren Stellen in den radialsymmetrischen Raum eingebracht werden, wie ein Lösungsmittel. Es lassen sich auf diese Weise Änderungen in der Geometrie der so erhaltenen Fasern herbeiführen.

Die anfallende Suspension der Polymerfasern im Lösungsmittel sowie das Gas können gemeinsam aus dem rotationssymmetrschen Raum abgeführt werden.

Die Polymerisate, welche beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, sollen bei Abkühlung aus dem Lösungsmittel ausgefällt werden. Ihr Polymerisationsgrad soll mindestens 2000 betragen und die Polymerisale müssen eine Linearstruktur mit einem Verzweigungsgrad von maximal 15 Seitenketten je 1000 Kohlenstoffatome aufweisen. Vorzugsweise haben die Polymerisate einen Schmelzindex unter 10, insbesondere unter 5, gemessen gemäß ASTM D 1238. Vorzuziehen ist ferner, daß die Polymerisate in festem Zustand weitgehend kristallin sind.

Sehr geeignet sind Polyolefine, wie Polyäthylen. Polypropylen, Polybutylen-1 und Poly-4-methylpentylen-l. Auch Mischpolymerisate sind anwendbar, vorzugsweise mit maximal 5 Mol-% Mischpolymerisat.

Als Lösungsmittel können alle für das diesbezügliche Polymerisat übliche Lösungsmittel dienen. Für die Polyolefine können als solches nachfolgende Kohlenwasserstoffe benutzt werden: Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Cyclohexan, Benzin, Pentamethylheptan, Benzol, Toluol, Xylol. Auch Gemische sind anwendbar wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, u. a. Dichloräthan und Trichloräthylen. &o

Das Verfahren eignet sich ausgezeichnet dazu, bei den mit Hilfe der Verfahren gemäß den DE-OS 2027302 und 21 59910 hergestellten Polymerisaten verwendet zu werden, weil sich während des Polymerisationsvorgangs mit Hilfe einer hohen Aktivität des Katalysators direkt eine Lösung des Polymerisats bildet, so daß die Katalysatorreste nicht entfernt werden müssen und man die Polynerlösung keinen kostspieligen Auswaschprozessen zu unterziehen braucht, bevor aus dieser Lösung die Polymerfasern gewonnen werden können.

Unter den erfindungsgemäß anwendbaren Gasen werden gleichfalls Dämpfe verstanden. Diese Gase können sich gegenüber dem Polymerisat sowohl inert als chemisch aktiv verhalten. Beispiele solcher Gase oder Dämpfe sind u. a. die gesättigten Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Heptan, ferner

die ungesättigten Kohlenwasserstoffe wie Äthylen, Propylen, Butylen, Pentylen, Hexylen und Heptylen, außerdem noch Stickstoff, Kohlensäuregas, Sauerstoff, Ammoniak, Dampf, Helium und Wasserstoff. Auch Gemische von Gasen sind anwendbar, wie Luft, Oxydationsmittel enthaltende Gase oder Gemische von Alkanen und/ oder Alkylenen.

Durchsatzmenge und Temperatur des Gasstroms werden derart gewählt, daß die Endtemperatur des Gemisches nach Kontakt zwischen Gasstrom und Polymerlösung unter der Präzipitationstemperatur des Polymerisats liegt. Im allgemeinen liegt diese Endtemperatiu maximal 150°C und insbesondere maximal 75°C unterhalb der Präzipitationstemperatur. Die Präzipitationstemperatur des Polymerisats wird u. a. durch die Struktur, das Molekulargewicht, die Konzentration des Polymerisats und die Art der Strömung bedingt. In einer gerührten Lösung kommt es bei etwa 107⁰C zu einer Präzipitation von Polyäthylen, bei etwa 115°C zu einer solchen von Polypropylen, während bei ca. 52⁰C Polybuten-l niederschlägt. In einer stillstehenden Lösung erfolgt die Präzipitation bei niedriger Temperatur, z. B. 96⁰C bei Anwendung von Polyäthylen.

Die Abkühlung der Polymerlösung erfolgt mit Hilfe des Gasstroms. Dieser soll deshalb kalter sein als die Polymerlösung. Eine weitere Kühlung läßt sich durch Kühlung der Außenwand des radialsymmetrischen Raums oder durch Einspritzen zusätzlicher kalter Stoffe oder Ströme in diesen Raum erzielen.

Bevorzugt werden Polymerlösungen, deren Temperatur nicht mehr als !50⁰C und insbesondere nicht mehr als 100⁰C über der Präzipitationstemperatur liegt.

Die Temperatur des Gasstroms liegt vorzugsweise nicht mehr als 25O⁰C und insbesondere nicht mehr als 150⁰C unter der Präzipitationstemperatur.

Der von dem Gasstrom verursachte Temperaturrückgang der Polymerlösung kann mit einer zusätzlichen Temperaturerniedrigung infolge der Verdampfung des Lösungsmittels verbunden sein. Es wird normalerweise weniger als 50% des Lösungsmittels und jedenfalls nicht mehr als 75% der Lösungsmittelmenge verdampft. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildeten Fasern werden in der hierfür üblichen Apparatur, z. B. auf Sieben oder in Zentrifugen, von dem Lösungsmittel getrennt. Sehr vorteilhaft ist hier die Anwendung eines Bogensiebs, weil dieses Gerät sich zur Abscheidung der gebildeten Fasern aus dem anfallenden Gemisch ausgezsichnet bewährt hat. Das auf diese Weise abgeschiedene Lösungsmittel kann erneut zur Herstellung der Polymerlösung, u. a. durch Verwirklichung einer Polymerisation in diesem Lösungsmittel benutzt werden.

In den anwendbaren Polymerlösungen werden im allgemeinen keine höheren Polymerkonzentrationen als ca. 50 Gew.-%, insbesondere 30 Gew.-%, zulässig sein, weil dann die Viskosität der Lösungen hoch wird und sich diese Lösungen somit schwer verarbeiten lassen. Konzentrationen unter 0,1 Gew.-% sind im Prinzip wohl anwendbar, aus wirtschaftlichen Gründen aber meistens nicht attraktiv. Den Vorzug haben Lösungen mit Konzentrationen zwischen 1 und 20 Gew.-°/a

Das Verhältnis zwischen den Durchsatzmengen an Polymerlösung und Gas kann innerhalb eines weiten Bereichs schwanken. Bevorzugt werden je 100 kg Polymerlösung mehr als 2 und insbesondere mehr als 5 kg Gas. Obgleich die obere Grenze des Verhältnisses zwischen Gasmenge und Menge Polymerlösung nicht kritisch ist und frei gewählt werden darf, wird man aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr als 1000, vorzugsweise nicht mehr als 500 kg Gas je kg Polymerlösung einsetzen. Änderungen dieses Verhältnisses können zu der Entstehung von Polymerfasern unterschiedlicher Geometrie führen. So können durch Steigerung des Gasanteils in der gesamten Durchsatzmenge feinere Fasern erhalten werden.

Der Gasstrom kann sowohl mit Über- als mit Unterschallgeschwindigkeit in den radialsymmetrischen Raum eingeführt werden. Um die gewünschten Polymerfasern zu erhalten, genügen meistens schon Unterschallgeschwindigkeiten.

Typischerweise werden die Geschwindigkeit des Gasstroms und die Abmessungen des radialsymmetrischen Raums derart gewählt, daß die Reynoldsche Zahl zwischen 10³ und 10⁹, insonderheit zwischen 10⁴ und 10⁷, liegt. Unter Reynoldscher Zahl ist hier das Produkt von linearer Geschwindigkeit des Gasstroms beim Eintritt in den radialsymmetrischen Raum und von Innendurchmesser dieses Raums, geteilt durch die kinematische Viskosität des Gasstroms, zu verstehen.

Wird die Polymerlösung auf direktem Wege dem radialsymmetrischen Raum zugeführt, so wird ihre Verweilzeit in diesem Raum durch die Durchsatzmengen an Polymerlösung und die Ausmaße des radialsymmetrischen Raums bedingt. Die Verweilzeit kann deshalb erheblich schwanken, z. B. von 10~⁴ zu mehreren zehn Sekunden, vorzugsweise von 10"³ bis 10 Sekunden.

Sollen die Fasern für besondere Anwendungszwecke bestimmte Stoffe enthalten, so können diese Stoffe ohne weiteres in die Polymerlösung eingemischt werden. Die so gewonnenen Fasern bestehen dann aus einem homogenen Gemisch dieser Stoffe mit dem Polymerisat. So entstehen durch Zusatz von Titandioxyd zu der Lösung weiße Fasern und wird die Bedruckbarkeit der aus diesen Fasern gebildeten Folien verbessert. Ferner können zur Herstellung von Fasern mit bestimmten Eigenschaften Mischungen von Polymerisaten im Lösungsmittel gelöst oder es kann eine Mischung von Polymerlösungen verwendet werden. So läßt sich die Kohäsion der Fasern in einer aus diesen Fasern hergestellten Folie durch Beigabe einer Kautschuklösung zu der Polymerlösung verbessern.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei stark voneinander abweichenden Drucken, sowohl bei atmosphärischem als bei Unter- oder Überdruck durchgeführt werden. In der Praxis wird es sich um Werte zwischen 0,01 bis 5000 at, insbesondere zwischen 1 und 100 at handeln.

Der Querschnitt der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Fasern schwankt von Bruchteilen von Mikron bis zu mehreren hundert Mikron. Die Fasern können ziemlich lang sein, z. B. bis zu einigen Zentimetern; außerdem können die Fasern verzweigt sein.

Oftmals kann eine Verfeinerung der Fasern angebracht sein. Hierfür kann die bei der Papierherstellung übliche Apparatur dienen, wie Scheibenzerkleinerer oder Holländer. Hierdurch eignen sich die Fasern ausge-

zeichnet zur Herstellung papierartiger Erzeugnisse. Die Fasern können ggf. mit normalem Papierbrei vermischt und auf den bei der Papierfabrikation üblichen Maschinen verarbeitet werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figur zeigt ein Schema zur Polymerfasergewinnung auf der Basis einer Polymerlösung.

Einem Gefäß 1 wird durch die Leitungen 2 und 3 Pentamethylheptan und durch die Leitung 4 Niederdruckpolyäthylen zugeführt. Das Gefäß ist mit einem Heizmantel 5 ausgestattet, durch den Dampf von solcher Temperatur geleitet wird, daß der Gefäßinhalt auf einer Temperatur von 140° C gehalten wird. Das Polyäthylen wird mit Hilfe eines Rührers 6 in der Flüssigkeit vermischt, wobei das Polyäthylen sich auflöst. Es sind solche Polyäthylen- und Lösüngsmittelmengen gewählt worden, daß die Lösung 10 Gew.-°/o Polyäthylen enthält.

Die Lösung fließt über ein Regelventil 7 und eine Abflußleitung 8 zentral in eine Wirbelkammer 9. Durch die Leitung 10 wird dieser Kammer 9 tangential Stickstoff unter solchem Druck zugeführt, daß in ihr eine Rotationsströmung erzeugt wird. Die Temperatur des Stickstoffs ist derart gewählt worden, daß nach Vermischung mit der heißen Polymerlösung die Temperatur 50°C unter der Präzipitationstemperatur des Polyäthylens liegt, welche unter den in der Wirbelkammer vorherrschenden Bedingungen 103 bis 107° C beträgt.

In der Wirbelkammer stellen sich starke Abscherkräfte ein, so daß das Polyäthylen in Faserform niederschlägt. Das Gemisch aus Polyäthylenfasern, Lösungsmittel und Stickstoff strömt über eine Zentralöffnung in der Spitze der Wirbelkammer und eine Leitung 11 auf ein Bogensieb 12.

Das gewonnene faserige Polymerisat wird über Sammelbehälter 13 und Schneckenförderer 14 abgeführt.

Das abgeschiedene Lösungsmittel geht durch die Leitung 15 der Pumpe 16 zu, welche das Lösungsmittel über einen Wärmeaustauscher 17 und einen Verteiler 18 teilweise durch die Leitung 3 in Gefäß 1 und zum anderen Teil durch die Leitung 19 in die Stickstoffzuflußleitung 10 befördert, wo das Lösungsmittel im Stickstoffstrom verteilt und zusammen mit diesem Stickstoff der Wirbelkammer wieder zugeführt werden kann. Die Lösungsmittelmenge, die das Kreislaufsystem bei 14 zusammen mit den Fasern verläßt, wird bei 2 wieder beigegeben. | Der aus der Leitung 11 fließende Stickstoff geht über die Pumpe 20 und die Leitung 10 der Wirbelkammer 9 | wieder zu.

Beispiel I

In mehreren Versuchen wird einem zylinderförmigen Zyklon mit einem Durchmesser von 1 cm und einer Länge von 8 cm tangential Stickstoff von 20° C in einer Menge von 1,5 m³je Stunde mit einer Geschwindigkeit von 135 m in der Sekunde zugeführt. Die Reynoldsche Zahl beträgt 1 ■ 10⁵. Durch eine Zentralöffnung tritt §

außerdem noch eine Lösung von Niederdruckpolyäthylen (Dichte 0,95 bis 0,96 und Verzweigungsgrad 1 bis 6 CH3/IOOO C; in Pentamethylheptan mit einer Temperatur von 14O⁰C in den Zyklon ein. Durch die Wirkung der vom Gasstrom im Zyklon hervorgerufenen Abscherkräfte und die auftretende Kühlung bilden sich Polymer- |

fasern. Die Temperatur der so entstehenden Dispersion beträgt 50 bis 65° C. Die weiteren Prozeßbedingungen und die Versuchsergebnisse sind in nachfolgender Tabelle I erwähnt.

Beispiel I wird wiederholt; dabei wird dem Gasstrom Pentamethylheptan von 20° C in einer Menge von 1 Liter je Stunde beigegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengetragen.

Tabelle I	Konzentration	Durchsatzmenge Temperatur	l/h	Dispersion	Anteil Fasern	Durchmesser Fasern
Schmelzindex	der Lösung	der Lösung	1 l/h	65° C	%
Polymerisat *)	25 g/l	2	l/h	50°C	100	10-100 μηι
0,46	50 g/l	1,	l/h	65⁰C	100	10- 60 μηι
0,13	50 g/l	2	l/h	65° C	100	5- 30 μηι
0,13	25 g/l	2	wenn nicht	60°C	100	5- 20 μπι
0,13	10 g/l	2		anders erwähnt, auch lur die	100	5- 30 μπι
0,13	ASTM U 1238 A:	dies gilt.	Beispiel II	übrigen Beispiele
*) gemessen gemäß

Tabelle II	Konzentration der Lösung	Durchsatzmenge der Lösung	Temperatur Dispersion	Anteil Fasern %	Durchmesser Fasern
Schmelzindex Polymerisat	50 g/l 35 g/l 50 g/l	1,2 l/h 1,3 l/h 1,1 l/h	55° C 55° C 50° C	100 100 100	5-15 μπι 3-10 μτη 5-30 um
0,5 0,006 0.13

Gas geschwindigkeit	Durchsatz menge des Gases	Reynoldsche Zahl	ΙΟ⁵	Zusatz pmh	Schmelz index Polymerisat	Durchsatz menge Lösung	Anteil Fasern (%)	Durchmesser Fasern
115 m/s	1,3 mVh	0,8 ·	105	4 l/h	0,13	1,1 l/h	100	5-20 μηι
110 m/s	1,2 mVh	0,75 ·	ΙΟ⁵	6 l/h	0,13	1,1 l/h	100	5-20 μηι
110 m/s	1,2 m³/h	0,75 ·		6 l/h	7,6	1,2 l/h	60	5-30 μίτι
			Beispiel	IV

Beispiel III

Beispiel I wird wiederholt. Durchsatzmenge und Geschwindigkeit des Gasstroms werden aber variiert. Zugleichwird dem Gasstrom Pentamethylheptan (pmh) beigegeben. Die Konzentration der Lösung beträgt 50 gje Liter. Die Temperatur der so erhaltenen Dispersion ist 50°C. Tabelle III enthält die Resultate.

Tabelle III

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Beispiel 1 wird wiederholt, jetzt aber unter Anwendung einer Lösung von Polypropylen (Schmelzindex 0,6 gemessen gemäß ASTM D 1238 D) und einer Lösung eines Gemisches aus Polypropylen (Schmelzindex 0,6) und Polyäthylen (Schmelzindex 0,13) in Pentamethylheptan. Mit einer Geschwindigkeit von 110 m/sec wird stündlich eine Menge von 1,2 m³ Stickstoffgas von 20° C beigegeben, welche Menge stündlich mit 6 Liter Pentamethylheptan vermischt worden ist. Die Reynoldsche Zahl beträgt 0,75 · 10⁵. Gleichzeitig wird stündlich 1,1 Liter der Polymerlösung mit einer Konzentration von 50 g Polymerisat je Liter Lösungsmittel dem Zyklon zentral zugeführt. Aus der Polypropylenlösung entstehen Fasern mit Durchmessern von 10 bis 100 μηι in einer Ausbeute von 95%. Die übrigen 5% des Polymerisats werden in Pulverform abgeschieden. Die Lösung des Gtm:- sches aus Polypropylen und Polyäthylen ergibt Fasern von 20 bis 100 μπι Durchmesser in einer Ausbeute von 100%. In beiden Fällen beläuft sich die Temperatur der so anfallenden Dispersion auf 50°C.

Beispiel V

Es finden Versuche mit verschiedenen Zyklontypen statt. Polymerlösungen von Niederdruckpolyäthylen (Schmelzindex 0,13) in Pentamethylheptan (40 g/l) werden den verschiedenen Zyklonen bei einer Temperatur von 140° C zentral zugeführt. Durch eine Tangentialzuleitung tritt ein Strom Stickstoff in die Zyklone ein. Es bilden sich anschließend Fasern, welche mit Hilfe eines Bogensiebs vom Lösungsmittel getrennt werden. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle IV erwähnt.

Tabelle IV	Geschwindigkeit Gaszufuhr	Reynoldsche Zahl	Temperatur Gas	Durchsatz Polymer lösung	Temperatur Dispersion	Anteil Fasern	Durchmesser Fasern
Abm. Zyklon Durchmesser X Länge *)	70 m/sec	3,3 ■ 105	20° C	60 l/h	60° C	99	20-100 μπι
6,5 X 8 cm	145 m/sec	6,7 · ΙΟ⁵	20° C	100 l/h	75° C	100	10- 60 μπι
6,5 X 8 cm	115 m/sec	3,2 · ΙΟ⁵	20° C	50 l/h	60° C	100	10-100 μπι
3 X 3 cm	140 m/sec	6,6 ■ 105	20° C	60 l/h	70° C	98	20- 80 μπι
6,5 X 8 cm	70 m/sec	3,3 · 10⁵	20° C	60 l/h	75° C	97	20-100 μΐη
6,5 X 8 cm	115 m/sec	2,5 · 105	-18° C	50 l/h	35° C	95	5- 50 μΐη
3 X 3 cm	115 m/sec	2,5 · 105	20° C	70 l/h	65⁰C	98	10-100 μπι
3 x 3 cm	115 m/sec	2,5 · 105	80° C	50 l/h	6O⁰C	95	30- 80 μπι
3 x 3 cm		*) Der Durchmesser der Gaszuflußöfihung beirägl 10 mm.
		Beispiel VI

Beispiel V wird wiederholt; dabei wird als Gas Dampf mit einer Temperatur von 100° C verwendet. Dieser Dampf wird einem Zyklon von 3 cm Durchmesser und 10 cm Länge tangential zugeführt. Di e Aufgabegeschwindigkeit beträgt 140 m/sec und die Reynoldsche Zahl 0,7 · 10⁵. Die Polymerlösung wird mit einer Geschwindigkeit von 30 l/h beigegeben. Es bildet sich eine Dispersion mit einer Temperatur von 100° C. Die so erhaltenen Fasern zeigen Durchmesser von 5 bis 60 μπι. Die Ausbeute ist 95%.

Beispiel VII

Einem sich konisch verjüngenden Zyklon mit einem größten Durchmesser von 40 mm und einer Länge von 55 mm wird tangential ein Stickstoffstrom zugegeben. Durch ein Rohr, das gerade außerhalb der Gasabflußöffnung mündet, wird ein Strom Polymerlösung zentral durch den Zyklon und die GasabflußötTnung geführt. Der s rotierende Gasstrom trifft deshalb nach Verlassen des Zyklons auf diesen Strom Polymerlösung. Es werden 30 m³ Stickstoffgase je Stunde mit einerTemperaturvon20°Cund einer Geschwindigkeit von 105 mje see beigegeben (Reynoldsche Zahl 3,0 Χ 10⁵); gleichzeitig wird eine Lösung von 40 g je Liter Niederdruckpolyäthylen (Schmelzindex 0,13) inPentamethylheptan mit Durchsatzmengen von 20 bis 120 Literje Stunde zugeführt. Die außerhalb des Zyklons gebildeten Fasern und das Lösungsmittel werden aufgefangen und die Fasern vom Lösungsmittel getrennt.

Es wird eine 100°/oige Ausbeute erzielt. Die Temperatur der Dispersion beträgt je nach der Durchsatzmenge der Polymerlösung 40 bis 80° C. Es wird in allen Fällen weniger als 10°/oPentamethylheptan verdampft. Es bilden sich Fasern mit Durchmessern von 3 bis 50 μΐη.

Beispiel VIII (Vergieichsbeispiel)

Beispiel 1 wird unter Anwendung einer Lösung von 50 g Hochdruckpolyäthylen (Schmelzindex 0,3, Dichte 0,929 und Verzweigungsgrad 18 CH3/IOOO C)Je Liter Pentamethylheptan wiederholt. DerGasstrom wird stündlich mit 6 Liter Pentamethylheptan vermischt. Eine Faserbildung findet nicht statt, das ausgefällte Polymerisat besteht lediglich aus feinem Pulver.

Beispiel IX (Vergleichsbeispiel)

Der Zyklon von Beispiel VII dient jetzt zur Herstellung von Fasern auf der Basis einer Lösung von Niederdruckpolyäthylen in Heptan. Ein Stickstoffstrom von 40 m³ je Stunde wird mit einer Geschwindigkeit von 140 m je see tangential dem Zyklon zugeführt. Die Temperatur des Stickstoffstroms beträgt 20⁰C. Die Polyäthylenlösung (25 gje Liter) wird mit einer Temperatur von 140° C und einer Durchsatzmenge von 70 Liter in der Stunde beigegeben. Die Reynoldsche Zahl ist 3,9 · 10⁵.

Während der Faserbildung, die außerhalb des Zyklons stattfindet, kommt es zu einer restlosen Verdampfung des Lösungsmittels. Die Temperatur des aus Gas, Dampfund Polymerfasern bestehenden Gemisches ist 34° C. Der Anteil der auf dieser Weise gebildeten Fasern ist geringer als 20%, bezogen auf die Gesamtmenge Polyäthylen.

Beispiel X

Einem Zyklon von 3 cm Durchmesser und 3 cm Länge wird der in Beispiel IX genannten Gasstrom zugeführt. Zentral geht diesem Zyklon eine Lösung von30 g Niederdruckpolyäthylenje Liter Heptan mit einer Temperatur von 140° C und einer Durchsatzmenge von 70 Liter in der Stunde zu. Die Reynoldsche Zahl ist 3 - 10⁵. Die Fasern bilden sich im Zyklon selbst, wobei nur 40% des Lösungsmittels verdampft. Die Temperatur der Suspension der Fasern im Lösungsmittel beträgt 36° C. Die Ausbeute an Fasern beträgt 100%; die Fasern zeigen Durchmesser von 50 bis 200 μπι.

Beispiel XI

Einem Zyklon von 2,5 cm Durchmesser und 4 cm Länge werden durch eine Tangentialzuleitung stündlich 6 m³ Stickstoff mit einer Temperatur von 20°C zugeführt. Die Aufgabegeschwindigkeit dieses Stickstoffstroms beim Eintritt in den Zyklon beträgt 140 mje see. Der Stickstoffstrom wird vor Eintritt in den Zyklon stündlich noch mit 6 Liter Pentamethylheptan vermischt. Die Reynoldsche Zahl ist 2,5 · 10^s.

Zentral wird in den Zyklon eine jeweils größere oder geringere Menge einer Polymerlösung von 50 g Niederdruckpolyäthylen je Liter Pentamethylheptan mit einer Temperatur von 140°C eingeleitet. Es bildet sich eine Dispersion von Poiymerfasern in Pentameihyihepian mit einer Temperatur von 40° C.

Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in Tabelle V erwähnt.

Tabelle V

Durchsatzmenge Schmelzindex Ausbeute Durchmesser

Lösung in Literje Stunde Polymerisat Fasern Fasern

1,5 0,13 100% 5-20 μΐη

4,5 0,13 100% 10-20 μηι

1,5 0,03 100% 5-20 μπι

4 S 0.03 100% 10-30 μπι

Beispiel XII

Beispiel X wW mit einer Lösung eines Mischpolymerisats von Äthylen mit 6 Gew.-% Butylen (Schmelzindex 4.5; Dichte 0,937) wiederholt Die Durchsatzmenge dieser Polymerlösung beträgt 1,5 Liter je Stunde. 5 Die Ausbeute an Fasern beträgt 98%; die Fasern zeigen Durchmesser von 0,5 bis 10 μπι.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

30 ·§

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Polymerfasern, bei dem eine heiße Polymerlösung Abscherkräften unterzogen wird, indem man diese Lösung unter gleichzeitiger Bildung eines faserigen Polymerisats mit einem rotierenden Gasstrom in Kontakt bringt, dadurch gekennzei chnet, daß man Polymerlösung und Gasstrom zunächst in einer Rammer in Kontakt bringt, daß die Temperatur des rotierenden Gassiroms derart gewählt wird, daß nach der Vermischung mit der Polymerlösung die Temperatur des Gemisches unter der Präzipitationstemperatur des Polymerisats liegt, so daß es zu einer Präzipitation faserigen Polymerisats im flüssigen Lösungsmittel kommt, und daß anschließend das faserige Polymerisat aus dem Lösungsmittel ίο abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer, in der Gasstrom und Polymerisation miteinander in Kontakt treten, in radialsymmetrischer Form ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom der radialsymmetrischen Kammer zumindest zum Teil tangential zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Polymerlösung vor deren Kontakt mit dem Gasstrom maximal 150⁰C über der Präzipitationstemperatur der Lösung liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Polymerlösung maximal 100°C über der Präzipitationstemperatur liegt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gasstroms nicht mehr als 250°C unter der Präzipitationstemperatur liegt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gasstroms nicht mehr als 15O⁰C unter der Präzipitationstemperatur liegt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasstrom ein zusätzlicher Strom Lösungsmittel zugeführt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfasern mit Hilfe eines Bogensiebs aus dem die radialsymmetrische Kammer verlassenden Gemisch abgesondert werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Polymerisate mit einem Schmelzindex < 10, insbesondere < 5 verwendet werden

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Polymerisate aus a-Olefinen mit 2 bis 6 C-Atomen benutzt werden.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polymerlösung verwendet wird, in der maximal 30 Gew.-% Polymerisat gelöst worden ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 20% Polymerisat in der Polymerlösung gelöst worden ist.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis zwischen Gas und Polymerlösung zwischen 1 : 50 und 1000 : 1 liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis zwischen 1 : 20 und 500 : 1 liegt.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Verweilzeit sowohl des Gases wie der Polymerlösung in der radialsymmetrischen Kammer unter 10 see. liegt.