DE2510943C2 - Verfahren zum Trocknen von verschäumbaren, kleinteiligen Styrolpolymerisaten - Google Patents

Description

Blähfähige Teilchen aus Polystyrol oder Styrolcopolymeren werden überwiegend durch Polymerisation in wäßriger Suspension hergestellt. Die Teilchen enthalten mehr oder weniger Wasser, das zum Teil auf der Oberfläche der Teilchen in Form feinster Tröpfchen oder auch im Innern der Teilchen zusätzlich in eingeschlossener Form vorhanden ist. Diese letztere sogenannte Innenfeuchte läßt sich mit den üblichen Trennmethoden, wie Abschleudern nicht entfernen. Für die weitere Verarbeitung ist es jedoch notwendig, die Teilchen auf eine Innenfeuchte von etwa <0,2% zu trocknen. Üblicherweise geschieht das Trocknen mit erwärmter, nicht wasserdampfgesättigter Luft bei 40 bis 70⁰C. Höhere Temperaturen sind zu vermeiden, da üblicherweise die Teilchen dann zu schäumen beginnen.

Schließlich hat das Trocknen bei diesen Temperaturen den Machteil, daß die Schaumstruktur der aufgeschäumten Teilchen grobzellig wird und somit Teilchen unterschiedlicher Zellstruktur vorliegen, was zu verschlechterten Isoliereigenschaften der Schaumstoffe führt. Um diesen Nachteil zu verhindern, arbeitet das Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 16 04 339 beim Trocknen von nicht vorgeschäumten, blähfähigen Styrolpolymerisatteilchen mit Luft von 10 bis 35°C. Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, daß die Trockenzeit wesentlich längere Zeit erforderlich macht und damit die Raumzeitausbeute in den Trockenapparaten absinkt.

Sowohl das Arbeiten bei Temperaturen von 40 bis 70⁰C als auch das Trocknen mit Luft von 10 bis 35° C erfordert, um unterhalb der Zündgrenze des Treibmittels zu bleiben, erhebliche Luftmengen.

Beispielsweise liegt die Zündgrenze für Pentan, eines der bevorzugten Treibmittel, zwischen 12 und 8 Volumenprozent Pentan. Andererseits darf die Abluft nicht mehr als 300 mg/m³ dieser Stoffe enthalten (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft vom 28.08. 74).
Der Treibmittelgehalt der Teilchen liegt im allgemeinen zwischen 3 und 15, insbesondere zwischen 5 und 7 Gewichtsprozent. Bei dem Trockenprozeß diffundiert neben der Innenfeuchte auch Treibmittel aus dem Polymerisat Je nach der angewendeten Trocknungstemperatur und der Dauer des Trocknungsprozesses liegt der Treibmittelverlust zwischen 5 und 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die ursprünglich im Polymerisat enthaltene Treibmittelmenge.
Unter Zugrundelegen der vorgenannten Werte beträgt der Verlust an Pentan pro Tonne treibmittelhaltiger Rohperlen 1,5 bis 30 kg Pentan. Um die Bedingungen der Luftreinhaltung, aber auch die Zündgrenzen einzuhalten, erfordert diese Tonne blähfähiger Rohperlen das Anwenden von etwa 5 bis 20 · 10³ m³ Luft Um die von der TA-Luft geforderten Werte zu erreichen und um die Umweiibeiasiung weiter herabzusetzen, ist es wünschenswert, das Treibmittel aus den Abluftmengen weitgehend wiederzugewinnen. Bei derartigen Abluftmengen scheiden jedoch die üblichen Verfahren, wie z. B. das Adsorbieren an Aktivkohle oder das Absorbieren in hochsiedenden ölen aus.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 18 90 390 ist ein Verfahren zum Trocknen von vorgeschäumten, kieinteiligen Styrolpolymerisaten bekannt, wobei in beheizten Behältern bei Temperaturen, die gegenüber der Umgebungstemperatur etwas erhöht sind, unter Aufrechterhalten dieser Temperatur unter vermindertem Druck getrocknet wird. Die Bedingungen beim Trocknen von nicht vorgeschäumten und vorgeschäumten Teilchen sind hinsichtlich der zu trocknenden Stoffe nicht vergleichbar. Bei den vorgeschäumtet: Teilchen liegt die Feuchtigkeit praktisch ausschließlich als Oberflächenfeuchte vor. Nach dem Vorschäumen hat das Treibmittel bereits seine Wirkung erfüllt, d. h. die Teilchen haben die gewünschte Dichte praktisch erreicht. In dem nachfolgenden Ausschäumprozeß werden diese geschäumten Teilchen nur noch zum Schaumkörper verschweißt. Zudem ist es wünschenswert, daß der Resttreibmittelgchali der vorgeschäumten Teilchen gering ist, d. h., daß der Verbrauch und der Verlust an Treibmittel in dieser Verarbeitungsstufe möglichst hoch sein soll. Beim Trocknen der nicht vorgeschäumten Teilchen muß der Treibmittelverlust jedoch niedrig gehalten werden. Schließlich kann die Trockenzeit bei vorgeschäumten Teilchen wesentlich kurzer sein, weil im wesentlichen nur Oberflächenfeuchte entfert werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Trockenverfahren für nicht vorgeschäumte, blähfähige, kleinteilige Styrolpolymerisate bereitzustellen, welches erlaubt, den Treibmitlelverlust in den Teilchen niedrig zu halten, gleichzeitig das verlorene Treibmittel auf einfache Art unter verbesserten Umweltschutzbedingungen wiederzugewinnen. Schließlich soll die Zellstruktur der getrockneten Teilchen und die Mindestformverweilzeit der daraus hergestellten Teilchen nichi verschlechtert werden.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zum Trocknen von nicht vorgeschäumten, blähfähigen, kieinteiligen Styrolpolymerisaten, welche durch Polymerisation in wäßriger Suspension erhalten worden sind bei Temperaturen zwischen 20 und 60⁰C, dessen

Kennzeichen darin besteht, daß die Styrolpolymerisate unter Durchmischen und unter Aufrechterhalten der Trocknungstemperatur unter vermindertem Druck zwischen P_abs 0,133 und 266 mbar behandelt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Styrolpolymerisate zunächst auf einen Wassergehalt zwischen 0,5 und 3 Gewichtsprozent getrocknet und dann nach dem Überführen in einen zweiten Behälter unter adiabatischen Bedingungen ohne weitere Wärmezufuhr und ohne Durchmischen bei einem Druck zwischen 0,133 und 266 mbar auf den Endwassergehalt abschließend getrocknet

Überraschenderweise tritt bei dem Trocknen unter vermindertem Druck kein höherer Treibmittelverlust auf; auch ein Vorschäumen der Teilchen unterbleibt. Die bei dem Trocknungsvorgang abgehenden Brüden lassen sich durch Kondensieren einfach aufarbeiten. Die abgehenden Brüden, die aus Wasser- und Treibrmtteldämpfen und Leckluft bestehen, werden je nach Trocknungsdruck und Kühlwassertemperatur direkt bzw. nach einem Vorkomprimieren im Vakuum kondensiert. Dabei kondensiert Wasserdampf weitgehend aus. Das zurückbleibende Gemisch aus Treibmittel und Leckluft sowie Wasserdampfresten wird auf Atmosphärendruck komprimiert. Die Zurückgewinnung des Treibmittels kann mit den üblichen Methoden, wie Kompression und Kondensation, Wäsche oder Adsorption erfolgen.

Die Trocknungstemperatur liegt zwischen 20 und 6O⁰C und insbesondere zwischen 30 und 45° C. Die angewendeten Drucke liegen zwischen P_abs 0,133 und 266, insbesondere zwischen P_abs 6,67 und 93,3 mbar. Niedrigere Drucke als P_abs 0,133 mbar erfordern einen hohen technischen Aufwand. Höhere Drucke als der Sättigungsdruck des Wassers bei der gegebenen Trocknungstemperatur bewirken kein Trocknen der Rohperlen. Es ist jedoch auch möglich, oberhalb des Sättigungsdampfdruckes des Wassers bei der Trocknungstemperatur zu arbeiten, wenn man den Partialdruck des Wasserdampfes herabsetzt. Das kann geschehen durch Verdünnen mit Hilfe von Inertgasen, wie Stickstoff, Kohlendioxid usw., vorzugsweise jedoch Stickstoff oder auch Luft, sofern dabei die Zündgrenzen nicht erreicht werden. Arbeitet man in Gegenwart eines Verdünnungsgases, so enthalten die abgehenden Brüden neben Wasserdampf und Treibmittel naturgemäß auch Anteile der Verdünnungsgase.

Beim anschließenden Komprimieren kann dieses Verdünnungsgas leicht von Wasser und Treibmittel abgetrennt werden und somit im Kreislauf wieder in den Trocknungsbehälter zurückgeführt werden.

Bei der beschriebenen zweistufigen Arbeitsweise wird in der ersten Stufe bei Drucken zwischen P_ab_s 0,133 und 266, vorzugsweise zwischen P_ab_S 6,67 und 93,3 mbar, gearbeitet und in dem zweiten Behälter, in dem ohne Durchmischen und ohne weitere Wärmezufuhr gearbeitet wird, zweckmäßig bei Drucken zwischen P_abs 0,133 und 266, insbesondere zwischen P_abs 6,67 und 93,3 mbar. Optimaler Druck und Verhältnis von Druck und Temperatur schwanken naturgemäß mit den gegebenen Eigenschaften des zu trocknenden Polymerisates. Die Bedingungen lassen sich jedoch durch Vorversuche leicht ermitteln.

Die wasserhaltigen, nicht vorgeschäumten, blähfähigen, kleinteiligen Styrolpolymerisate, die sogenannten Rohperlen, besitzen vor dem Einbringen in den beheizten Trocknungsbehälter üblicherweise bereits vom Herstellungsprozeß her, beispielsweise nach dem Waschen mit warmem Wasser, die gewünschte Trokkentemperatur. Es ist jedoch auch möglich, niedriger temperierte wasserhaltige Rohperlen in den beheizten Trocknungsbehälter einzubringen und dort auf die gewünschte Trocknungstemperatur während der Vakuumbehandlung aufzuheizen. Es ist jedoch aus energetischen Gründen sinnvoll, Rohperlen zu verwenden, die zuvor in etwa bereits die vorgesehene Trocknungstemperatur besitzen.

Nach dem Einbringen in den mit Mischwerkzeugen ausgerüsteten Trocknungsbehälter wird dieser unter verminderten Druck gesetzt Der mit Mantelheizung ausgerüstete Behälter wird vor dem Einbringen der Rohperlen bereits auf die gewünschte Trocknungstemperatur gebracht Falls gewünscht, wird auch durch Einbringen von Inertgasen oder Luft der Wasserdampfpartialdruck im Behälter vor Anlegen des Vakuums herabgesetzt bzw. während des Trocknens aufrechterhalten. Während der Anfangsperiode des Trocknens sinkt durch das Verdampfen der am Anfang höheren Wassermenge die Temperatur der Rohperlen kurzfristig ab, während des Ablaufs des Trocknens werden die Rohperlen jedoch durch das Beheizen im Verlauf des Prozesses wieder auf die eingestellte Trocknungstemperatur gebracht. Als Trocknungsbehälter werden die bekannten mit Mischwerkzeugen und Heizung ausgerüsteten Trommeltrockner, Taumeltrockner, Doppelkonustrockner, Tellertrockner oder Schaufeltrockner verwendet

Bei der beschriebenen zweistufigen Arbeitsweise wird zunächst in dem beheizten mit Mischwerkzeugen ausgerüsteten Trocknungsbehälter bis zu einem Wassergehalt von 0,5 bis 3%, vorzugsweise 0,4 bis 1,2%, getrocknet. Das vorgetrocknete Gut wird dann in einem einfachen Vakuumbehälter, der keine Mischwerkzeuge besitzt und auch nicht beheizt werden muß, überführt und dort auf den gewünschten Endgehalt an Wasser gebracht.

Unter blähfähigen Polystyrolteilchen werden nicht vorgeschäumte Polymerisate des Styrols oder Mischpolymerisate des Styrols verstanden, die mindestens 50 Gewichtsprozent Styrol enthalten.

Als Comonomere kommen z. B. infrage: «-Methylstyrol, kernhalogenierte Styrole, Acrylnitril, Ester der Acryl- oder Methacrylsäure, N-Vinylverbindungen wie Vinylcarbazol, Vinylester von Carbonsäuren oder auch geringe Mengen an Butadien oder Divinylbenzol.

In den blähfähigen Teilchen können noch weitere Komponenten enthalten sein, z. B. Flammschutzmittel wie Trisdibrompropylphosphat, Hexabromcyclododecan oder Tribromphenyldibrompropylether sowie Farbpigmente, Weichmacher und Füllstoffe.

Das blähfähige Styrolpolymerisat liegt in Form von Perlen vor, wie sie bei der Polymerisation in wäßriger Suspension erhalten werden.

Die blähfähigen Teilchen enthalten die üblichen Treibmittel, wie Propan, die Butene, Pentane, Hexane, cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Cyclohexan, weiterhin Halogenkohlenwasserstoffe, wie z. B.

Dichlordifluormethan, oder auch Gemische dieser Treibmittel.

Die erfindungsgemäße Arbeitsweise hat den Vorteil einer wesentlich geringeren Umweltbelastung. Überraschenderweise wird durch die Behandlung unter vermindertem Druck kein Vorschäumen beobachtet, und die getrockneten Polymerisate besitzen überraschenderweise zusätzlich eine verbesserte Mindestformverweilzeit bei der Herstellung von Formkörpern.

Beispiel 1
a) erfindungsgemäß

4 t verschäumbares Polystyrol (K-Wert nach Fikentscher 58) mit 6,5% Pentan und 2% Wasser, das durch Suspensionspolymerisation in Wasser hergestellt worden war, und in Form von Perlen mit einem Durchmesser von 0,2 bis 2,5 mm vorliegt, wird auf 40° C temperiert, in einen Vakuumtrockner mit Mischeinrichtung gegeben und 4 Stunden bei einem Druck von Pabs 26,7 mbar und einer Manteltemperatur des Trockners von 40° C bis zu einer Restfeuchte von 0,4% getrocknet Die abgegebenen Brüden werden anschließend bei Pabs 26,7 mbar kondensiert. Das hauptsächlich aus Pentan und etwas Leckluft bestehende Restgas wird auf Atmosphärendruck komprimiert und kondensiert. Es werden 26 kg Pentan in der Vorlage aufgefangen. Das Polymerisat wird wie üblich vo.- und fertiggeschäumt. Die Mindestformverweilzeit eines Blockes mit den Abmessungen 4 ■ 1 · 0,5 m beträgt, bei einem Schüttgewicht des vorgtschäumten Gutes von 15 g/l, 12 Minuten.

b) Vergleichsbeispiel

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Das gemäß Beispiel la) hergestellte Polymerisat wird bei Normaldruck 4 Stunden lang mit stündlich 15 000 m³ Luft bei 40° C auf 0,4% Feuchte getrocknet. Dabei verliert das Material 30 kg Pentan, wie durch anschließende Analyse der Perlen festgestellt wird. Das verlorene Pentan kann nur unter erheblichem Aufwand zu 90% wiedergewonnen werden. Die getrockneten blähfähigen Teilchen werden wie üblich vor- und fertiggeschäumt Die Mindestformverweilzeit eines Blockes mit den Abmessungen 4-1 · 0,5 m beträgt bei einem Schüttgewicht des vorgeschäumten Gutes von 15 g/l, 21 Minuten.

Beispiel 2

4 t verschäumbares Polystyrol (K-Wert nach Fikentscher 58) mit 6,5% Pentan und 3,5% Wasser, das durch Suspensionspolymerisation in Wasser hergestellt worden war und in Form von Perlen mit einem Durchmesser von 0,2 bis 2,5 mm vorliegt, wird auf 40°C temperiert, in einen Vakuumtrockner mit Mischeinrichtung gegeben und 2 Stunden lang bei einem Vakuum von Pabs 26,7 mbar und einer Manteltemperatur des Trockners von 40°C bis zu einer Restfeuchte von 0,9% getrocknet. Dabei kühlen die Perlen zunächst durch die Verdunstung des Wassers kurzfristig auf 30° C ab. Nach 2 Stunden besitzt das Material eine Innenfeuchte von 0,9% bei einer Temperatur von 40° C. Es wird in einen nicht beheizten Vakuumbehälter gegeben, wo es innerhalb von 2 Stunden ohne weitere Wärmezufuhr und Durchmischung bei P_ab_s 26,7 mbar auf 0,2% Restfeuchte trocknet Die Endtemperatur beträgt 28°C. Die abgehenden Brüden werden kondensiert Das hauptsächlich aus Pentan und Leckluft bestehende Restgas wurde auf Atmosphärendruck komprimiert und kondensiert. Es werden 27 kg Pentan (~10% des ursprünglich vorliegenden Treibmittels) in der Vorlage aufgefangen. Das getrocknete Produkt wird wie üblich verarbeitet. Die Mindestformverweilzeit eines Blockes mit den Abmessungen 4-1 · 0,5 m beträgt, bei einem Schüttgewicht des vorgeschäumten Gutes von 15 g/l, 11 Minuten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trocknen von nicht vorgeschäumten, blähfähigen, kieinteiligen Styrolpolymerisaten, welche durch Polymerisation in wäßriger Suspension erhalten worden sind, bei Temperaturen zwischen 20 und 60⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß die Styrolpolymerisate unter Durchmischen und unter Aufrechterhalten der Trocknungstemperatur unter vermindertem Druck zwischen P_abs 0,133 und 266 mbar behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Styrolpolymerisate zunächst auf einen Wassergehalt zwischen 0,5 und 3% getrocknet und dann ohne weitere Wärmezufuhr und ohne Durchmischen auf den Endwassergehalt abschließend getrocknet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Sättigungsdampfdruckes des Wassers bei der jeweiligen Trocknungstemperatur gearbeitet wird, indem durch Zufügen von Inertgas oder Luft der Wasserdampfpartialdruck herabgesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Styrolpolymerisate vor dem Trocknen auf die Trocknungstemperatur aufgeheizt werden.