DE2507061B2 - Verfahren zum einmischen von zusatzstoffen in kunststoffe unter gleichzeitigem entfernen fluechtiger bestandteile - Google Patents
Verfahren zum einmischen von zusatzstoffen in kunststoffe unter gleichzeitigem entfernen fluechtiger bestandteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einmischen von Zusatzstoffen in Kunststoffe unter gleichzeitigem
Entfernen flüchtiger Bestandteile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Viele Kunststoffe werden durch Polymerisation der Monomeren in Dispersion hergestellt. Bei ihrer
Aufbereitung müssen Dispergiermittel sowie nichtumgesetzte Monomere möglichst restlos entfernt werden.
Dies kann durch Entgasung bei erhöhter Temperatur in einem Extruder geschehen. Diese Entgasung muß
möglichst schonend vorgenommen werden, da sonst bei temperaturempfindlichen Kunststoffen teilweise Zersetzung
eintreten kann, was zu Verfärbung oder Bildung dunkler Teilchen im Kunststoff führt. Es ist zweckmäßig,
dem Kunststoff gleichzeitig mit der Entgasung die erforderlichen bzw. gewünschten Zusatzstoffe zuzumischen,
um dadurch einen weiteren Aufschmelzvorgang zu sparen.
In der DT-OS 14 54 745 ist ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Entgasen und
Einfärben von Kunststoffschmelzen beschrieben. Die Vorrichtung besteht aus einem Extruder, welchem durch
zwei hintereinander angeordnete öffnungen zunächst Farbstoffkonzentrat in die erste öffnung und dann die
Hauptmenge des Kunststoffes in die zweite zugeführt wird. Nach dem Aufschmelzen und Vermischen der
Schmelzen wird das Gemisch in einer Entgasungszone von den flüchtigen Anteilen befreit, welche durch eine
weitere öffnung gasförmig entweichen.
Ein ähnliches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind auch aus der DT-AS 20 37 784
bekannt. Dieses Verfahren ermöglicht eine Entgasung und Einfärbung auf schonende Weise; es hat jedoch den
Nachteil, daß es nur eine begrenzte Durchsatzleistung hat. Diese Begrenzung rührt her einmal von der
Neigung der Kunststoffschmelze zum Schäumen bei einem zu plötzlichen Druckabfall an der Entgasungsöffnung
und zum anderen von der starken Abkühlung der Schmelze infolge des Verlustes der Verdampfungswärme
beim Entgasen. Beide Effekte bedingen eine Verringerung des Durchsatzes. Die Schmelze muß
nämlich so langsam an die Entgasungsöffnung herangeführt werden, daß kein zu starkes Aufschäumen
auftreten kann, und sie muß nach dem Verlust der Verdampfungswärme in zeitraubender Weise wieder
aufgeheizt werden, damit sie nicht zu zähflüssig wird.
Aus der DT-OS 19 64 946 sowie der US-PS 34 10 938
sind Verfahren zur Entfernung flüchtiger Bestandteile aus Kunststoffschmelzen, -lösungen oder -dispersionen
bekannt, bei denen eine Kunststoffschmelze, -lösung oder -dispersion durch eine Einspeiseöffnung von oben
in den Extruder hineinexpandiert wird und die dabei verdampfenden flüchtigen Bestandteile gleichzeitig aus
der Einspeiseöffnung des Extruders abgezogen werden. Auch diese Verfahrensweise ist mit wesentlichen
Mangeln behaftet und insbesondere in ihrer Durchsatzleistung begrenzt. Bei der Entspannungsverdampfung in
der Einspeiseöffr.ung des Extruders findet ein Aufschäumen der Kunststoffschmelze oder -lösung statt. Bei
hoher Entgasungsleistung und hohen Durchsätzen kann der Schaum von den Schneckenwellen des Extruders
nicht mehr eingezogen und komprimiert werden, so daß nur bei relativ geringer Durchsatzleistung gearbeitet
werden kann. Weiterhin kann sich der Kunststoff bei der Entspannungsverdampfung in der Einspeiseöffnung des
Extruders so stark abkühlen, daß er in fester, nicht mehr fließfähiger Form als Flocken oder schaumige Klumpen
auf die Schneckenwellen fällt und erneut aufgeschmolzen werden muß. Dieser erneute Aufschmelzvorgang
stellt nicht nur eine unerwünschte thermische Belastung des Kunststoffs dar, sondern führt auch zu einer
weiteren Durchsatzbegrenzung oder macht den Einsatz aufwendiger Maschinen notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches und schonendes Verfahren zum
gleichzeitigen Einmischen von Zusatzstoffen in Kunststoff-Dispersionen und Entfernen von flüchtigen Bestandteilen
zu entwickeln, welches bei großem Durchsatz an Kunststoff eine möglichst hohe Entgasungsleistung
erbringt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch
gelöst, daß die Kunststoff-Dispersion entgegen der Schwerkraft über im wesentlichen den gesamten
Bereich der ersten Entgasungszone gleichmäßig eingespeist, verteilt und gleichzeitig mit der Verteilung die
Hauptmenge der flüchtigen Bestandteile ausgedampft wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einfacher und schonender Weise ein gleichzeitiges
Einmischen von Zusatzstoffen und Entfernen flüchtiger Bestandteile bei der Aufbereitung von Kunststoffen bei
sehr hoher Durchsatzleistung. Die Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen Verfahren ist einmal dadurch
bedingt, daß beim Entgasen kein störendes Aufschäumen mehr stattfindet. Sie ist andererseits
durch die verbesserte Wärmezufuhr bedingt; da sofort nach Eintritt in den Extruder die Verdampfung der
flüchtigen Bestandteile erfolgt. Die dem Kunststoff für die Verdampfung entzogene Wärmemenge wird diesem
daher unmittelbar wieder zugeführt. So stellt sich bei der Verdampfung ein starkes Temperaturgefälle zwischen
Produkt und Extruderwand ein, welches den Wärmeübergang erleichtert, so daß eine größere
Wärmemenge zugeführt werden kann. Darüber hinaus steigt infolge Abkühlung durch die Verdampfung die
Viskosität der Dispersion an, so daß durch die erhöhte Scherbeanspruchung bei der Bewegung der Schnecke
eine zusätzliche erwünschte Erwärmung der Dispersion durch Energieübertragung von der Schnecke her
eintritt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Entgasung bis auf einen Restgehalt von weniger als 1%
an flüchtigen Bestandteilen möglich.
Als Kunststoffe kommen hier vor allem thermoplastisch verarbeitbare Polymerisate und Polykondensate
in Frage, wie Polyolefine, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polymethylrnethacrylat, Polyamid oder Polyacetale;
daneben auch synthetische Kautschuke, wie die Polymerisate des Butadiens oder Isoprens. Insbesondere
werden solche Kunststoffe verwendet, die bereits durch die Hersiellungsverfahren als Dispersion anfallen.
Beispielhaft seien Kautschuk-Latices von Polymerisation aus konjugierten Dienen und/oder Acrylsäurealkylestern
genannt, vorzugsweise Styrol-Acrylnitril-Copolymerisate,
die mit Polybutadien- oder Polyacrylester-Kautschuken schlagfest modifiziert lind (ABS- und
ASA-Pfropfmischpolymerisate).
Unter Kunststoff-Dispersionen sind dabei insbesondere alle die Dispersionen zu verstehen, die bei der
üblichen Emulsions- oder Suspensionspolymerisation der Monomeren in wäßrigem Medium anfallen. Sie
können aber auch durch nachträgliches Dispergieren der Kunststoffe z. B. in Wasser hergestellt werden. In
den Dispersionen liegt vor dem Entgasen der Anteil an flüchtigen Bestandteilen in der Regel bei 30 bis 80
Gew.-°/o, bezogen auf die Dispersion, vorzugsweise bei 40 bis 70 Gew.-%. Die Dispersionen enthalten als
flüchtige Bestandteile vornehmlich das Dispergiermittel sowie eventuell Restmonomere, sofern die Polymerisation
nicht bis zum vollständigen Umsatz durchgeführt worden ist.
Wie bereits ausgeführt, liegen die Kunststoffe vor der Zugabe in den Extruder als Dispersion vor. Sie werden
vorzugsweise in einem Wärmeaustauscher auf eine Temperatur zwischen 150 und 25O0C vorerhitzt und
dann in flüssiger Form unter einem Druck, der mindestens dem Sättigungsdruck der flüchtigen Bestandteile
bei diesen Temperaturen entspricht, in den Extruder eingespeist.
Als Zusatzstoffe, die in die Kunststoffe eingemischt werden sollen, kommen in Frage:
Rückware aus Abfällen, die bei der Weiter- bzw. Wiederverarbeitung des Kunststoffes angefallen sind;
andere Kunststoffe, z. B. Elastomere oder Verschnittware; Füllstoffe, z. B. Glasfasern oder andere anorganische
Verstärkungsmaterialien, Weichmacher; Pigmente; Farbstoffe, Gleitmittel, Antistatika oder Stabilisatoren,
die bevorzugt in Form von Konzentraten in geringen Mengen des Kunststoffes zugeführt werden. Die
Zusatzstoffe werden im allgemeinen in feinverteilter Form, z. B. als Granulat oder Pulver, in den Extruder
zugegeben. Müssen neben festen Zusatzstoffen noch flüssige, wie z. B. manche Weichmacher oder Gleitmittel,
in größeren Mengen zugeführt werden, so geschieht dies zweckmäßigerweise durch eine gesonderte Einspeiseöffnung
nach den Entgasungszonen. Die Menge an Zusatzstoffen beträgt bevorzugt 1 bis 50, insbesondere
5 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf den Kunststoff.
Es ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. auch möglich, eine wäßrige Dispersion von ABS- oder
ASA-Pfropfmischpolymerisaten direkt in eine Styrol-Acrylnitrii-Copolymerisai-Sehmelze
unter gleichzeitigem Abdampfen des Wassers einzumischen, wobei zusätzlich Rückware und/oder Farbkonzentrate als
Zusatzstoffe eingegeben werden können. Die Schmelze des Styrol-Acrylnitril-Copolymerisats wird dabei an
einer zusätzlichen Einspeisestelle, die vorzugsweise zwischen der Einspeisestelle für die Zusatzstoffe und
der Einspeisestelle für die wäßrige Pfropfmischpolymerisat-Dispersion
liegt, in den Extruder eingegeben. So können in einer einzigen Verfahrenseinheit, ausgehend
von den wäßrigen Dispersionen, eingefärbte ABS- oder ASA- Kunststoffe hergestellt werden.
Der bei dem erfin.dungsgemäßen Verfahren verwendete Extruder enthält mindestens zwei horizontal
liegende Schneckenwellen. Bevorzugt sind Doppelschnecken, die nebeneinander angeordnet sind und
einander tangieren oder kämmen und so angetrieben werden, daß sie gegeneinander laufen. Zur besseren
Durchmischung können an den Schnecken Stauelcmente oder Knetscheiben vorgesehen sein, welche den
Stoffaustausch von einem Schneckenbereich in den anderen verstärken.
Die Zusaizstoffe werden üblicherweise von oben in den Extruder eingespeist. Die Einspeisung der Kunststoff-Dispersion
erfolgt erfindungsgemäß entgegen der Schwerkraft von unten. Senkrecht oberhalb der
Einspeiseöffnung der Kunststoff-Dispersion ist eine Öffnung angeordnet, durch welche die Hauptmenge der
flüchtigen Bestandteile, vorzugsweise mehr als b0%, entgast wird. Der Ausdruck »senkrecht oberhalb« soll
auch noch konstruktive Ausführungsformen mitumfassen, bei denen die Entgasungsöffnung geringfügig nach
vorne oder hinten versetzt ist. Die Entgasungsöffnung kann natürlich auch schmaler oder breiter bzw. dicker
oder dünner als die Einspeiseöffnung sein.
An der Einspeisestelle für die Kunststoff-Dispersion herrscht infolge des Vorerhitzens der Dispersion und
damit auch der flüchtigen Bestandteile ein Überdruck; um eine wirksame Entgasung zu gewährleisten, ist es
zweckmäßig, wenn an der Entgasungsöffnung Atmosphärendruck herrscht, bzw. wenn durch Abpumpen der
flüchtigen Bestandteile ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Druck an der Entgasungsöffnung soll möglichst
konstant gehalten werden.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele
an Hand der Zeichnung erläutert.
F i g. 1 zeigt schematisch einen Zweiwellenextruder in Seitenansicht, in dem das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt werden kann.
Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei mögliche konstruktive Ausführungsformen der Einspeisestelle für die Kunststoffdispersion.
In einem Extrudergehäuse 1 mit Heizmantel 2 drehen sich gegenläufig kämmend zwei Schnecken 3. An der
Einspeisestelle 4 werden die Zusatzstoffe in fester Form zugegeben. Gegebenenfalls kann eine weitere Einspeisestelle
für die Zugabe von flüssigen Zusatzstoffen vorgesehen werden. Polymerisatdispersion wird in
einem Wärmeaustauscher 5 vorerhitzt und an der Einspeisestelle 6 flüssig zugeführt. Die Hauptmenge der
flüchtigen Bestandteile wird an einer Öffnung 8 entgast, die senkrecht oberhalb der Einspeisestelle 6 angeordnet
ist. Weitere Entgasung kann durch die öffnung 9 erfolgen. Falls erforderlich kann an einer Einspeisestelle
7 Schleppmittel eingebracht werden, welches die restlichen flüchtigen Bestandteile mitreißt, wenn es den
Extruder durch die Entgasungsöffnung 10 wieder verläßt. Die Schmelze wird schließlich durch eine Düse
!1 ausgepreßt,
Nach den Fig. 2 und 3 kann die einzuspeisende
Kunststoffdispersion durch eine oder mehrere Düsenbohrungen in den Spalt unterhalb des Schneckenwellenpaares
eingeführt werden. Diese Bohrungen können
auch als Schlitze ausgebildet sein, die längs der Schneckenachse verlaufen.
Es ist vorteilhaft, wenn die beiden gegenläufigen Schnecken so drehen, daß die von unten eingeführte
Kunststoffdispersion oben in den Schneckenspalt eingezogen wird.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Einmischen von Zusatzstoffen in Kunststoffe unter gleichzeitigem Entfernt üchti- "> ger Bestandteile, bei dem in einen mit mii...estens 2 Schneckenwellen versehenen Entgasungsextruder in Produktfließrichtung zuerst die Zusatzstoffe und dann eine Dispersion des Kunststoffs unter einem Druck, der mindestens dem Sättigungsdruck der m flüchtigen Bestandteile entspricht, eingespeist werden und die Beschickung unter Erhitzen vermischt und pusgepreßt wird, wobei die flüchtigen Bestandteile in mindestens einer Entgasungszone unter weitgehender Aufrechterhaltung der Verdamp- η fungstemperatur nahezu vollständig ausgedampft werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffdispersion entgegen der Schwerkraft über im wesentlichen den gesamten Bereich der ersten Entgasungszone gleichmäßig eingespeist, verteilt >u und gleichzeitig mit der Verteilung die Hauptmenge der flüchtigen Bestandteile ausgedampft wird.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752507061 DE2507061B2 (de) | 1975-02-19 | 1975-02-19 | Verfahren zum einmischen von zusatzstoffen in kunststoffe unter gleichzeitigem entfernen fluechtiger bestandteile |
US05/564,618 US4065532A (en) | 1974-04-11 | 1975-04-03 | Process for the admixture of additives into plastics with simultaneous removal of volatile constituents |
NL7503986A NL7503986A (nl) | 1974-04-11 | 1975-04-03 | Werkwijze voor het inmengen van toevoegsels in kunststoffen onder gelijktijdig verwijderen van vluchtige bestanddelen. |
JP50042877A JPS50143861A (de) | 1974-04-11 | 1975-04-10 | |
ES436501A ES436501A1 (es) | 1974-04-11 | 1975-04-10 | Procedimiento para mezclar aditivos en sustancias plasticas bajo eliminacion simultanea de componentes volatiles. |
GB14728/75A GB1493528A (en) | 1974-04-11 | 1975-04-10 | Apparatus and process for the admixture of additives into plastics with simultaneous removal of volatile constituents |
FR7511423A FR2267191A1 (de) | 1974-04-11 | 1975-04-11 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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DE2507061A1 DE2507061A1 (de) | 1976-09-16 |
DE2507061B2 true DE2507061B2 (de) | 1977-12-01 |
Family
ID=5939246
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752507061 Withdrawn DE2507061B2 (de) | 1974-04-11 | 1975-02-19 | Verfahren zum einmischen von zusatzstoffen in kunststoffe unter gleichzeitigem entfernen fluechtiger bestandteile |
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---|---|
DE (1) | DE2507061B2 (de) |
-
1975
- 1975-02-19 DE DE19752507061 patent/DE2507061B2/de not_active Withdrawn
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Publication number | Publication date |
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DE2507061A1 (de) | 1976-09-16 |
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BHN | Withdrawal |