DE2507061B2 - Verfahren zum einmischen von zusatzstoffen in kunststoffe unter gleichzeitigem entfernen fluechtiger bestandteile - Google Patents

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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.