DE2610553A1

DE2610553A1 - Schmelzgitter zum aufschmelzen von teilchenfoermigen, festen polymeren

Info

Publication number: DE2610553A1
Application number: DE19762610553
Authority: DE
Inventors: Arthur Perelman
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1975-03-13
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1976-09-23
Also published as: NL7602498A; IT1058407B; JPS51114461A; ES228076U; FR2303651A1; FR2303651B3; ES228076Y; ES445998A1; US4074707A

Description

Patentanwälte:
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Mappe 23 942

ICI Case No.F.27674

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED Imperial Chemical House, Millhank, London, SW1P 3JF/England

Schmelzgitter zum Aufschmelzen von teilchenförmigen,

festen Polymeren

Die Erfindung "betrifft ein Schmelzgitter zum Aufschmelzen bzw. Schmelzen von teilchenförmigen, festen Polymeren.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schmelzgitter zum Aufschmelzen von teilchenförmigen, festen Polymeren mit oberen und unteren Seiten, zwischen denen sich mindestens eine Öffnung mit länglichem Querschnitt erstreckt, wobei die Öffnung oder die Öffnungen jeweils durch mindestens eine Flosse begrenzt sind, die so ausgebildet ist, daß sie zum Aufschmelzen des Polymeren erhitzt werden kann, wobei die Oberfläche der Flosse· oder jeder Flosse eine Öffnung begrenzt, welche Rillen trägt, die in Richtung von der oberen zu der unteren Seite des Schmelzgitters laufen.

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Im Falle, daß in dem Schmelzgitter nur eine Öffnung vorhanden ist, kann die Öffnung spiralförmig sein, in welchem Falle die Flosse oder die Flossen in Spiralform vorliegen. In dem Falle, daß nur eine Öffnung vorliegt und daß sie zickzackförmig ist, liegt eine Vielzahl von Flossen vor. Es ist auch möglich, eine einzige Flosse in Zickzackform mit einer Vielzahl von Öffnungen zu haben.

Es wird ein Schmelzgitter mit einer Vielzahl von öffnungen und einer Vielzahl von Flossen bevorzugt.

Der Querschnitt einer Öffnung sollte vorzugsweise in Abwärtsrichtung abnehmen. Beim Niveau des Minimum-Querschnitts einer Öffnung sollte der Abstand von ihren Begrenzungswänden vorzugsweise nicht über die Abmessung der aufzuschmelzenden Teilchen hinausgehen. Die Minimalbreite einer Öffnung an der unteren Seite des Gitters bestimmt sich durch den entsprechenden Druckabfall bei dem Ablaufen des geschmolzenen Polymeren, wobei ein zu starker Druckabfall, der von einer zu geringen Breite der Öffnung herrührt, das Schmelzgeschwindigkeitspotential der Schmelzvorrichtung verringert. Es wird bevorzugt, daß die Breite einer Öffnung etwa das O,9fache von 10% der Teilchengröße des Polymeren, definiert durch die kleinere Achse, beträgt.

Die Rillen sollten vorzugsweise nicht tiefer sein als die Dimension der aufzuschmelzenden Teilchen. Sie sollten weiterhin auch vorzugsweise nicht breiter sein als die Dimension der aufzuschmelzenden Teilchen. Die Breite einer Rille sollte vorzugsweise nicht über das etwa 0,9fache von *]0% der Teilchengröße des Polymeren, bestimmt durch die kleinere Achse, hinausgehen. Eine Rille sollte vorzugsweise so .dimensioniert sein, daß der Widerstand gegen die Strömung der Schmelze erheblich geringer ist als entlang des Films der Schmelze zwischen den Flossenwänden und den nichtaufge-

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schmolzenen Polymerteilchen. Eine Rille sollte vorzugsweise eine Breite von nicht weniger als 1 mm, besonders bevorzugt von nicht weniger als 1,5 mm, haben.

Vorzugsweise sollten die Rillen den kürzesten Weg zwischen dem oberen und dem unteren Rand einer Flosse einnehmen, doch sollte zumindest ihr Verlauf vorzugsweise in Richtung auf einen solchen Weg tendieren, wenn ihr Verlauf gegen die untere Seite fortschreitet. Jede Rille auf einer Seite einer Flosse sollte vorzugsweise einem ähnlichen Verlauf folgen und eine ähnliche Anordnung hinsichtlich der Seite der Flosse haben, so daß-eine genügende Anzahl von Rillen angepaßt werden kann. Vorzugsweise sollte eine Rille durch ihren ganzen Verlauf hindurch einen gleichförmigen Querschnitt haben. Eine Rille kann z.B. einen rechteckigen, trapezförmigen, V-förmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt haben.

Eine Flosse sollte vorzugsweise an der oberen Seite des Gitters enger sein, so daß eine relativ große Anzahl von Teilchen des aufzuschmelzenden Polymeren innerhalb des Umfangs bzw. Umkreises des Gitters im Inneren der Cl^nung oder der Öffnungen untergebracht sein sollte, wobei jedoch immer noch die kleinste Abmessung der öffnung oder der öffnungen, die am unteren Teil des Gitters vorliegt, kleiner ist als die kleinste Abmessung eines Polymerteilchens. Vorzugsweise sollte der Querschnitt einer Flosse eine solche Gestalt haben, daß die Neigung einer Seite in Richtung auf die Vertikale in der Richtung gegen die untere Seite des Gitters tendiert. Die Steilheit der Neigung einer Seite einer Flosse im oberen Teil wird durch zwei entgegengesetzte Erwägungen bestimmt. Je steiler der Winkel ist, desto kräftiger "ist die Keilwirkung, die den Druck zwischen dem Bett der Schnitzel und den Flossenwänden vervielfacht und hierdurch die Schmelzrate erhöht. Wenn andererseits die Schnitzel an der Seite des Bettes der Schnitzel aufgeschmolzen

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werden, dann muß sich ein gleiches Volumen von Schnitzeln quer bewegen, um das "verlorengegangene Volumen" auszutauschen. Eine sehr steile Neigung, die z.B. an die Vertikale herangeht, würde eine Seitenbewegung sehr schwierig machen. Somit .sollte die Neigung an der Oberseite einer Seite einer Flosse nicht zu steil sein. Es wird bevorzugt, daß die Neigung einer Flossenwand an der Oberseite nicht mehr als 45° zu der Vertikalen beträgt,und es wird stärker bevorzugt, daß sie zwischen 20° und 30° zu der Vertikalen liegt.

Das Erhitzen der Flossen, um ein Schmelzen der Polymerteilchen zu bewirken, kann z.B. in der Weise erfolgen, daß man einen Kanal durch die Länge einer Flosse vorsieht, welcher zum Durchgang einer Flüssigkeit oder eines Dampfes mit geeigneter Temperatur angepaßt ist. Eine Flosse kann durch Leitung von einem Element erhitzt werden, mit dem es in Kontakt steht und dem Wärme zugeführt wird. Eine Flosse kann auch elektrisch erhitzt werden, z.B. durch Durchleiten eines elektrischen Stroms durch sie oder durch ein elektrisch leitfähiges Element, das durch sie läuft. Vorzugsweise sollte die Wärme mit einer größeren Wärmeübertragung gegen die obere Seite des Gitters zugeführt werden, so daß das Aufschmelzen der Polymerteilchen an diesem Ort mit dem größten Schmelzeffekt erfolgt. Doch sollte das bereits aufgeschmolzene Polymer danach keine Wärmezufuhr mehr erhalten oder es sollte die Wärme nur mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit erhalten.

Das Schmelzgitter sollte vorzugsweise aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt sein, das auf das Polymer keine nachteiligen chemischen Effekte ausübt und das eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt. In dem Fall, daß eine Flosse elektrisch durch Durchleiten eines Stroms erhitzt wird, wird sie vorteilhafterweise mindestens zum Teil aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt.

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Das erfindungsgemäße Schmelzgitter kann zum Schmelzen von allen Polymeren verwendet werden, die üblicherweise durch Schmelzextrudierung zu Formkörpern verformt worden sind. Beispiele für solche Polymeren sind Polyester, Polyamide und Polyolefine.

Durch die Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Schmelzextrudieren von teilchenförmigen Polymeren zur Verfügung gestellt, welche durch folgendes gekennzeichnet ist: ein Schmelzgitter, eine Einrichtung für die Schwerkraftsbeschickung des teilchenförmigen Polymeren zu der oberen Seite des Schmelzgitters, ein Schmelzbad zur Aufnahme von geschmolzenem Polymer von der unteren Seite des Schmelzgitters und eine Einrichtung zur Entfernung von geschmolzenem Polymeren aus dem Schmelzbad und zur Beförderung zu einer Schmelzextrudie rungs einrichtung. Dabei enthält das Schme !".gitter mindestens eine Öffnung mit länglichem Querschnitt, die sich zwischen der oberen und der unteren Seite erstreckt, wobei die öffnung oder die Öffnungen jeweils durch mindestens eine Flosse begrenzt sind, die so ausgebildet ist, daß sie zur Aufschmelzung des Polymeren erhitzt werden kann, und wobei die Oberfläche der Flosse oder jeder Flosse eine Öffnung begrenzt, die Rillen trägt, die sich in Richtung von der oberen zu der unteren Seite des Schmelzgitters erstrecken.

Mit dem Schmelzgitter kann auch eine Einrichtung verbunden sein, um die Polymerteilchen auf die obere Seite des Gitters unter Verstärkung der Schwerkraft zu pressen, wodurch eine Verbesserung der Schmelzgeschwindigkeit erhalten wird, vorausgesetzt, daß die Verfügbarkeit der Wärme geeignet verbessert wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzextrudieren von teilchenförmigen Polymeren, bei dem Polymerteilchen der oberen Seite eines Schmelzgitters, welches erhitzt wird, zugeführt werden, geschmolzenes Polymer

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von der unteren Seite des Gitters in einem Schmelzbad gesammelt wird und bei dem geschmolzenes Polymer von dem Schmelzbad im wesentlichen mit der Geschwindigkeit, mit der es gesammelt wird, entfernt und einer Extrudierungseinrichtung zugeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Schmelzgitter verwendet, welches mindestens eine Öffnung mit länglichem Querschnitt zwischen der oberen und der unteren Seite enthält, wobei die Öffnung oder die Öffnungen jeweils durch mindestens eine Flosse begrenzt sind, die so ausgebildet ist, daß sie zur Aufschmelzung des Polymeren erhitzt werden kann, und wobei die Oberfläche der Flosse oder jeder Flosse eine Öffnung begrenzt, die Rillen trägt, die sich in Richtung von der oberen zu der unteren Seite des Schmelzgitters erstrecken.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die eine spezielle Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schmelzgitter gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt einer Flosse gemäß Fig.1, und Fig. 3 einen Seitenaufriß einer Flosse gemäß Fig. 1,

In der Vorrichtung gemäß den Fig. 1, 2 und 3 enthält das Schmelzgitter acht parallele Flossen 2, die im gleichen Abstand innerhalb eines kreisförmigen Gehäuses 1 mit einem Durchmesser von 241 mm angeordnet sind. Das Gehäuse 1 und die Flossen 2 sind aus Aluminium. Der Minimalabstand zwischen den Flossen beträgt 3 mm (4). Die Rillen 3 der Flossen 2 haben an der Mündung eine Breite von 2,5 mm und sie verjüngen sich mit einem eingeschlossenen Winkel von 10° zu einem flachen Boden. Drei parallel angeordnete, längliche öffnungen 5, jeweils mit einem gleichförmigen Querschnitt und einem Durchmesser von 6 mm, erstrecken sich durch die Länge jeder Flosse.

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Beim Betrieb wird ein flüssiges Heizmedium durch die Öffnungen 5 gepumpt, wodurch Wärme zum Aufschmelzen der Polymerteilchen zugeführt wird, die sich in Kontakt mit den Flossen 2 befinden.

Bei der Verwendung zur Extrudierung wurde das Gitter geeignet eingeschlossen und mit einer Einrichtung, um Polymerteilchen auf die obere Oberfläche zu pressen, einem Schmelzbad zur Aufnahme des geschmolzenen Polymeren und einer Pumpe zur Entfernung des geschmolzenen Polymeren aus dem Schmelzbad zur Extrudierung versehen. Poly-(äthylenterephthaiat) mit einer grundmolaren Viskosität (gemessen bei 25^cn in o-Chlorphenol mit einer Konzentration von 1 g Polyester/100 ml Lösungsmittel) von 0,65 bis 0,66 dl/g wurde mit. einer Geschwindigkeit von 28 kg/h aufgeschmolzen. Der Restdruck in dem geschmolzenen Polymer wurde unterhalb des Schmelzgitters gemessen.

Es wurde ein Vergleich mit dem Betrieb unter Verwendung eines Schmelzgitters durchgeführt, das in den Flossen keine Rillen hatte, das aber sonst identisch war. Es wurde der Restdruck in dem geschmolzenen Polyester gemessen. Die Ergebnisse der Vergleichsversuche sind wie folgt:

Gittertemperatür, ⁰C 290 300

Restdruck bei Verwendung eines Gitters ohne Rillen, atü (psig) 3,52 (50) 5,62 (80) Restdruck bei Verwendung eines Gitters mit Rillen, atü (psig) 8,44 (120) 10,5 (150)

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Claims

- 8 Patentansprüche

1.1 Schmelzgitter zum Aufschmelzen von teilchenförmin, festen Polymeren, gekennzeichnet durch obere und untere Oberflächen, zwischen denen sich mindestens eine Öffnung mit länglichem Querschnitt erstreckt, wobei die Öffnung oder die Öffnungen jeweils durch mindestens eine Flosse begrenzt sind, die so ausgebildet ist, daß sie zum Aufschmelzen des Polymeren erhitzt werden kann, und wobei die Oberfläche der Flosse oder jeder Flosse eine Öffnung begrenzt, die Rillen trägt, die in Richtung von der oberen zu der unteren Seite des Schmelzgitters laufen.

2. Sehmelzgitter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß es eine Vielzahl von Öffnungen und eine Visl^ahl von Flossen enthält.

3. Schmelzgitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt der Öffnung oder jeder der Öffnungen in Abwärtsrichtung abnimmt.

4. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Niveau des minimalen Querschnitts einer Öffnung der Abstand von den Begrenzungswänden nicht über die Abmessung der aufzuschmelzenden Teilchen hinausgeht.

5. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite einer Öffnung etwa das O,9fache von 10% der Größe der aufzuschmelzenden Polymerteilchen, definiert durch die kleinere Achse, ist.

6. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen weder

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tiefer noch breiter als die Abmessung der aufzuschmelzenden Teilchen sind.

7. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite einer Rille nicht über das etwa O,9fache von 10% der Teilchengröße des aufzuschmelzenden Polymeren hinausgeht.

8. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Rille so dimensioniert ist, daß ihr Widerstand gegenüber der Strömung der Schmelze erheblich niedriger ist als entlang des Films der Schmelze zwischen den Flossenwänden und den nichtaufgeschmolzenen Polymerteilchen.

9. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch " gekennzeichnet, daß die Breite einer Rille nicht weniger als 1 mm beträgt.

10. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Rillen den kürzesten Weg zwischen den oberen und unteren Rändern einer Flosse einnehmen.

11. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen einen rechteckigen, trapezförmigen, V-förmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt haben.

12. Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flosse oder die Flossen an der oberen Seite des Gitter enger sind.

13. Vorrichtung zum Schmelzextrudieren von teilchenförmigen Polymeren, gekennzeichnet durch ein Schmelzgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, eine Ein-

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richtung zur Schwerkraftzuführung des teilchenförmigen Polymeren zur oberen Seite des Schmelzgitters, ein Schmelzbad zur Aufnahme des geschmolzenen Polymeren von der unteren Seite des Schmelzgitters und durch eine Einrichtung zur Entfernung von geschmolzenem Polymeren aus dem Schmelzbad und zur Überführung zu der Schmelzextrudierungseinrichtung.

14. Verfahren zum Schmelzextrudieren von teilchenförmigen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerteilchen der oberen Seite eines Schmelzgitters nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das erhitzt wird, zuführt, geschmolzenes Polymer aus dem Schmelzbad im wesentlichen mit der Geschwindigkeit, mit der es gesammelt wird, entfernt und daß man es der Extrudie rungs einrichtung zuführt.

Der Ausdruck "von 10% der Größe der Polymerteilchen" (Ansprüche 5 und 7) bezieht sich auf die Gauß'sche Verteilung und meint die Größe der Teilchen die auf der Gauß-Kurve bei 10£ des Maximums erreicht wird.

. B. KNEIsSt

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