DE2734923A1

DE2734923A1 - Verfahren zum trocknen von synthetischen polymeren

Info

Publication number: DE2734923A1
Application number: DE19772734923
Authority: DE
Inventors: Ronald C Kowalski
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1976-08-04
Filing date: 1977-08-03
Publication date: 1978-02-09
Anticipated expiration: 1997-08-04
Also published as: BR7704880A; NL7707502A; DE2734923C2; NL178850C; CA1110799A; FR2360397B1; NL178850B; GB1590532A; FR2360397A1; JPS5318681A; BE857420A; AU509821B2; AU2633477A; IT1085589B

Description

Köln, den 11. Juli 1977 78

Exxon Research and Engineering Company, Linden. N.J. o7o36 (U.S.A.).

Verfahren zum Trocknen von synthetischen Polymeren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von synthetischen Polymeren, insbesondere Elastomeren, als letzter Schritt des gesamten Verarbeitungsvorgangs nachfolgend der Polymerisation und vor dem Verpacken. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung des Extruderexplosionstrocknungsverfahrens zur Herstellung von verarbeiteten Polymerteilchen mit einem niedrigen Gehalt an flüchtigen Flüssigkeiten wie Lösungsmittel, Verdünnungsmittel oder Wasser. Es ist insbesondere zur Herstellung im wesentlichen trockener gummiartiger Polymerer geeignet.

Verschiedene Verfahren zum Trocknen oder Entfernen von Lösungsmitteln aus Polymeren unter Verwendung von Extrudern sind beispielsweise aus den GB-PSen 1 o37 125, 965 183 und den US-PSen 2 833 75o, 3 683 511, 3 222 797, 3 834 44o und 3 874 o9o bekannt. Gemäß der US-PS 3 683 511 werden flüchtige Kohlenwasserstoffe aus Elastomeren, enthaltend etwa 1o bis 5o Gew.% Lösungsmittel, entfernt, wobei ein belüfteter Extruder verwendet wird, wobei Inertgase oder Wasser dem Extruder gemischt mit dem Elastomeren zugesetzt werden und Dämpfe aus der Mischung mittels des belüfteten Abschnitts des Extruders entfernt werden. Die Elastomeren werden dann durch den Austritt

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'des Extruders gefördert.

Die üS-PSen 3 874 44o und 3874 ο9ο beschreiben einen verbesserten Extrusionstrockner, der eine einstellbare Einschnürung für veränderlichen Durchfluß und eine Auslaufbohrung aufweist, während Fördermittel stromabwärts der Einschnürung einen nicht eingeschnürten Auslaß aufweisen, der zur Umgebung hin offen ist.

In der US-PS 3 222 797 und der GB-PS 965 183 wird ein Verfahren sowohl zum vorhergehenden Entwässern als auch zum endgültigen Trocknen einer Vielzahl von Polymeren einschließlich Elastomeren einer Extruderanordnung beschreiben. Hierbei wird dieses Verfahren im Gegensatz zu einer isothermischen Extrusionstechnik gesetzt, wie sie in der US-PS 2 833 75o beschrieben ist. Und zwar wird hierbei das Polymere durch den Extruder befördert,, so daß sowohl Temperatur als auch Druck progressiv ansteigen und daß Polymere auf eine maximale Temperatur kurz vor der Austrittsform gebracht wird. Maximale Temperaturen werden nur für begrenzte Zeiträume aufrecht erhalten, beispielsweise ist ausgeführt, daß hohe Temperaturen von etwa 15o bis 23o°C für mehr als etwa 6o see nicht überschritten werden sollten. Ferner wird es als vorteilhaft erachtet, eine geringe Menge an Dampf, Inertgas oder überhitzten Dampf in die Vorrichtung zu pumpen, um die Porosität des Polymeren zu vergrößern, das aus der Vorrichtung austritt. Dieses Verfahren erfordert jedoch relativ hohe Temperaturen, um die Energie zu liefern, um das Polymere zu trocknen.

Bei der Herstellung von synthetischen elastischen Materialien wie Butylkautschuk, chlorierter Butylkautschuk, bromierter

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'Butylkautschuk, EPDM-Elastomeren und dergleichen liegt das sich aus dem Polymerisationsvorgang ergebende Produkt in Form eines wässrigen Schlamms vor. Um das Produkt weiter zu verarbeiten und es zum Verpacken vorzubereiten, werden Gummiteilchen, die im wesentlichen feuchtigkeitsfrei sind, gewöhnlich in einer Reihe von Trocknungsstufen hergestellt.

Bei einem typischen Trocknungsvorgang verwendet man zunächst ein vibrierendes Gitter, das den anfänglichen Schlamm aufnimmt, der nur etwa 3 bis 5 Gewichtsprozent Gummi, Rest Wasser, enthält. Nach dieser Trocknungsstufe werden Gummikrümel enthaltend 4o bis 5o Gewichtsprozent Wasser erhalten. Weiteres Trocknen wird bei relativ niedrigen Temperaturen in einer zweiten Stufe vorgenommen, die darin besteht, daß das Material in einem Entwässerungsextruder behandelt wird, der in einem Temperaturbereich von etwa 82 bis 1o4 C arbeitet. Diese Stufe liefert krümelige Gummiteilchen, enthaltend etwa o,5 bis 16 Gewichtsprozent Wasser. Andere vorläufige Trocknungsstufen umfassen die Verwendung von Extrudern, um Wasser durch Abquetschen zu entfernen, als auch von Mühlen, Krümeltrocknern und dergleichen, oder eine Kombination dieser verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen. Irgendeine Kombination von Stufen, mit der ein nasses Polymeres enthaltend bis zu etwa 16 Gewichtsprozent Wasser, im allgemeinen o,5 bis 16 %, vorzugsweise 1 bis 12 % Wasser, erzeugt wird, kann verwendet werden, um Material für die erfindungsgemäßen Zwecke zu liefern.

Die kritischste und endgültige Bearbeitungsstufe ist eine Extrudertrocknung bei extremeren Bedingungen, um ein im wesentlichen feuchtigkeitsfreies Produkt zu erhalten. Diese Technik der Extrudertrocknung umfaßt einen gemischverdichtenden oder belüfteten Extruder, wobei bei erhöhten Tem-

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peraturen und Drücken gearbeitet wird, um Gummiteilchen zu erzeugen, die einen sehr niedrigen Wassergehalt, etwa niedriger als etwa o,5 Gewichtsprozent aufweisen.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung eines derartigen Trocknungsverfahrens dar, das in einem Extruder ausgeführt wird und als wesentliches Merkmal die Verwendung von eingespeistem Gas aufweist, um die Explosion der Gummiteilchen zu erleichtern, wobei das Trocknen in einem solchem Maße erfolgen kann, wie es bisher unter Verwendung von bekannten Techniken nicht möglich war. Sowohl Einfach- als auch Doppelschneckenextruder können beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.

Ein für die Erfindung geeigneter Doppelschneckenextruder ist in der beigefügten Abbildung dargestellt.

Bei einem derartigen Extruderexplosionstrocknen von nassen Gummiteilchen werden die Teilchen durch einen Schneckenextruder gegen einen Einschnürungsbereich mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur gedrückt und können dann durch den Einschnürungsbereich in einem Bereich zerplatzen, der auf atmosphärischem Druck gehalten wird. Extrusionstrockner, die bei derartigen Verfahren verwendet werden, sind bekannt und besitzen einen Zuführbereich, über den nasse Gummiteilchen enthaltend o,5 bis 16 Gewichtsprozent Wasser eingeführt werden, einen Hochdruckbereich, in dem die Gummiteilchen längs des Rohrs des Extruders durch mechanische Kraft der Schnecke befördert werden, wobei Temperatur und Druck des Elastomeren ansteigt, wenn es sich dem Einschnürungsbereich nähert, und einen Einschnürungsbereich, gegen den der Druck aufgebracht wird und der entweder mit einer festen oder einer veränderlichen Öffnung, etwa einer veränderlichen Form versehen

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'sein kann. Das zusammengepreßte Material kann sich dann in einen Bereich, der auf atmosphärischen Druck gehalten wird, ausdehnen oder explodieren, wobei in diesem Bereich die Teilchen gesammelt, abgekühlt und etwa zu einer Verpackungseinrichtung weiterbefördert werden.

Bei derartigen bekannten Explosionstrocknungsverfahren in einem Extruder führte die Reduktion des Wassergehaltes auf einen sehr niedrigen Wert häufig zur Verwendung von extremeren Arbeitsbedingungen bezüglich Temperatur und Druck. Diese Bedingungen, insbesondere die hohen Temperaturen, die von dem Anstieg des Drucks in dem Extruder herrühren, können unerwünschte Effekte auf den Qualitätsgrad des Produktes hervorrufen, übermäßig hohe Temperaturen können die physikalische Form und die Fließeigenschaften des Gummis verändern, wodurch eine unvollständige Explosion oder Ausdehnung bewirkt wird, da das Produkt zu dicht oder zu niedrig in der Viskosität am Explosionspunkt ist, wodurch die Explosion unvollständig oder nicht gleichmäßig ist und Feuchtigkeit in den Krümeln eingeschlossen bleibt, die aus dem Extruder austreten. Dies erfordert ein erneutes Zurückführen und Behandeln von unvollständig getrockneten Teilchen. Ferner können hohe Temperaturen einen Abbau, ein Anvulkanisieren oder ein Entzünden des Elastomeren, ebenso wie eine Änderung der chemischen Struktur des Stabilisators oder anderer Zusätze oder ein Verschmutzen der stromabwärtigen Einrichtungen bewirken, üblicherweise verwenden derartige Extruderexplosionsverfahren Wasserdampf als Explosionsmedium. Ein Nachteil dieser Verfahrensweise ist die häufige Unmöglichkeit, das Material wirksam auf einen sehr niedrigen Wassergehalt zu trocknen, der beispielsweise bei etwa o,3 Gewichtsprozent liegt.

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'Erfindungsgemäß wurde entdeckt, daß das Einführen eines Inertgases In den Extruder In den Druckbereich ein wirksameres Explosionsmedium liefert, durch das sich trockene Teilchen mit einem sehr niedrigen Gehalt an Wasser oder flüchtiger Flüssigkeit ergibt, die bisher nicht ohne weiteres oder andauernd mit einer bekannten Extruderexplosionstrocknungsmethode erhalten werden konnten. Erfindungsgemäß enthalten die gleichmäßig getrockneten Gummiteilchen weniger als etwa o,3 Gewichtsprozent Wasser oder flüchtige Flüssigkeit und vorzugsweise weniger als etwa o,2 Gewichtsprozent Wasser, wobei häufig Gehalte von weniger als o,1 %, beispielsweise etwa o,o2 % ohne weiteres aus Ausgangsmaterialien enthaltend o,5 bis 16 Gewichtsprozent Wasser oder andere flüchtige Flüssigkeit erhalten wurde. Zusätzlich werden die üblichen Extruderbetriebsbedingungen in Bezug auf Temperatur und Druck wesentlich reduziert, wodurch sich ein weiterer Vorteil ergibt. Darüber hinaus wird der Trocknungsvorgang gemäß der Erfindung in seiner Effektivität durch wesentliche Änderungen von verschiedenen Parametern, etwa durch Änderungen des Wassergehaltes, pH-Wertabweichung, Art und Konzentration von Stabilisator und/oder Zusatz, chemische und molekulare Struktur des Elastomeren und dergleichen, nicht geändert oder reduziert. Bei den bekannten Trocknungsverfahren können kleine Änderungen bereits einen nachteiligen Effekt auf den Trocknungsvorgang hervorrufen, erfindungsgemäß werden jedoch derartige Effekte nicht beobachtet, wodurch sich ein wesentlicher praktischer Vorteil in der Elastomerverarbeitung ergibt.

Das höchstmögliche Herabsetzen des Wassergehaltes von Gummiteilchen ist seitens der Industrie äußerst wünschenswert. Wassergehalte geringer als o,3 % und insbesondere geringer

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'als ο,1 %, wie etwa o,o2 Gewichtsprozent, sind aus einer Reihe von Gründen wichtig. Wasser, das in größeren als den angegebenen Mengen vorhanden ist, kann zahlreiche technische. Probleme hervorrufen, wenn das Elastomere verbunden und vulkanisiert wird. Ferner ist es auch vom ökonomischen Standpunkt in bezug auf Lagerung, Verpackung und Transport der Produkte nachteilig, wenn übermäßig viel Wasser vorhanden ist. Aus diesen Gründen wird häufig von der Elastomerindustrie gefordert, daß die Wassergehalte wesentlich unter o,3 % liegen. Die vorliegende Erfindung stellt einen wesentlichen Fortschritt dar, da sie es ermöglicht, diese Forderung mit einem wirksameren Verfahren im Vergleich zu den bekannten Verfahren zu erfüllen, mit denen in vielen Fällen keine getrockneten Gummiteilchen herstellbar sind, die diese Forderung erfüllen.

Das Gas, das erfindungsgemäß verwendet wird, ist vorzugsweise Stickstoff oder Druckluft, wobei das erstere bevorzugt wird. Luft ist gleichfalls wirksam, jedoch ist ihre Verwendung durch die Möglichkeit von Polymerabbaureaktionen aufgrund der Anwesenheit von Sauerstoff begrenzt. Irgendein Gas,

2 das in gasförmigem Zustand bei Drücken bis zu etwa 14o kg/cm und Temperaturen bis zu etwa 2o4 C verbleibt und weiterhin in Bezug auf das Kautschukpolymere, das zu behandeln ist, nicht reaktiv ist, stellt ein geeignetes Explosionsmedium zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung dar, da dasjenige, was gefordert wird, eine Mischung von Gas und Elastomerteilchen in dem Hochdruckbereich des Extruders ist. Andere geeignete Gase sind Argon, Helium, Neon, CO- oder Mischungen hiervon, wie etwa Mischungen mit Stickstoff, jedoch wird ihre Verwendung aus ökonomischen Gründen weniger bevorzugt.

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'Die Anordnung der Gaseinführstellen ist unterschiedlich, es wurde gefunden, daß dies eine Funktion der speziell betriebenen Anlage ist. Die wichtigen Faktoren, die die optimale Anordnung bestimmen, sind Druck, Viskosität, Durchflußrate und Schneckenausbildung. Im allgemeinen wird das Gas an einer Stelle in dem Druckbereich eingeführt, so daß eine innige Mischung von Gas und Polymeren eintritt, bevor das Polymere den Einschnürungsbereich erreicht. Jedoch kann die Gaszuführungssteile nicht an den anfänglichen Abschnitten des Druckbereichs liegen, da dann Gas entweichen oder in den Zuführungstrichter zurückströmen kann. Falls gewünscht können verschiedene Gaseinführungsstellen längs des Druckbereichs, etwa 2, 3 oder 4 Gaszuführungsstellen, vorgesehen sein, um ein besseres Durchmischen von Gas und Polymeren zu erzielen. Geeignete Mengen- und Druckreguliereinrichtungen können vorgesehen werden, um jede Gaseinführungsstelle entsprechend den Erfordernissen der Behandlung zu beaufschlagen. Der Druckbereich des Extruders kann allgemein als der Bereich definiert werden, in dem der Druck über dem atmosphärischen Druck liegt, wobei der Druck aufgrund der Dichtwirkung entlang des Extruderrohrs, die durch das zusammengedrückte Polymere in dem Schneckenextruder hervorgerufen wird, kontinuierlich erhöht wird.

Die eingeführte Gasmenge ist teilweise eine Funktion der Durchflußmenge durch den Extruder. Typische Werte hierfür sind etwa 18oo bis 27oo kg/h, wobei das Einführen von etwa 9 kg/h eines Gases wie Stickstoff im allgemeinen gute Resultate ergibt. Pur Durchsatzmengen von 18oo bis 5ooo kg/h werden im allgemeinen etwa 4,5 bis 45 kg Stickstoff oder o,16 bis 1,6 kg-mol Gas/h eingeführt. Die Menge an eingeführtem Gas, um eine wirksame Explosionstrocknung zu bewirken, beträgt

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'daher allgemein etwa o,oo18 bis o,o18 kg-mol/45 kg nasses Polymer- oder Elastomermaterial, das pro Zeiteinheit getrocknet wird.

Die Erfindung ermöglicht es, daß das Explosionstrocknungsverfahren in einem Extruder bei gemäßigteren Temperaturen und Drücken als bisher vorgenommen werden kann, wobei sich eine Reihe von Vorteilen ergibt. Bekannte Verfahren verwenden allgemein hohe Drücke, so daß die maximale Extrudertemperatur in einem Hochdruckbereich in der Größenordnung von etwa 193 bis 227°C liegt. Derartig relativ hohe Temperaturen erfordern zusätzliche Zeit für die nachfolgenden Kühlbehandlungen vor dem überführen der Gummiteilchen zu den üblichen Ballenverpackungseinrichtungen, in denen das Verpacken gewöhnlich bei Temperaturen von etwa 65,5 bis 88 C vorgenommen wird. Erfindungsgemäß wird das Trocknen bei gemäßigteren Extruderbetriebstemperaturen im Bereich von etwa 149 bis 22o C vorgenommen. Dies ergibt ein Polymer, das im wesentlichen ohne weiteres ohne weitere umfangreiche Kühlung oder Nachbehandlung verpackbar ist.

Derartige niedrigere Temperaturen ergeben auch eine bessere Qualität des Elastomeren, gleichmäßiger getrocknete Teilchen werden erhalten, geringere Energie wird zum Betätigen des Extruders benötigt, sowie entsprechende betriebliche Vorteile erhalten, überlegene Teilchengrößenverteilung wurde ebenfalls erhalten, ein weiteres Anzeichen für eine verbesserte stromabwärtige Behandlung und Trocknungsfähigkeit.

Der Kühleffekt der Gasexplosionstrocknung gemäß der Erfindung erzeugt allgemein Gummiteilchen bei relativ niedrigeren Temperaturen, als es bisher möglich war. Aufgrund dieses Kühleffektes ergibt sich ein weiterer bemerkenswerter Vorteil

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' in dem teilweise oder vollständig die stromabwärtigen Kühlvorgänge als getrennte Stufe weggelassen werden können. Beim bekannten Extrudertrocknen liegt die Temperatur des aus des Extruder kommenden Materials oberhalb der zulässigen Emballiertemperatur von 65,5 bis 88⁰C, so daß ein Kühlen in einer zwischengeschalteten Kühleinrichtung erforderlich ist. Hierdurch ergibt sich ein zusätzlicher Zeit- und Anlagenaufwand, ferner ist zusätzliche Energie notwendig. Erfindungsgemäß kann diese Stufe wesentlich reduziert und sogar wirksam weggelassen werden, da die Teilchen sich auf einer Temperatur befinden, die näher an der Temperatur liegt, die für die Embaliereinrichtung zulässig ist. Bei vielen Elastomeren ist dasjenige, was nach dem Explosionstrocknen und vor dem Verpacken erforderlich ist, eine geeignete Einrichtung zum Auseinandertreiben der Gase und Wasserdampf, wenn die Teilchen den Extruder verlassen. Die Eliminierung der Kühlstufe liefert wesentliche Vorteile und stellt eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung dar.

Es wurde ferner gefunden, daß dieser Kühleffekt vergrößert werden kann, um die Herstellung von mit relativ niedriger Temperatur austretenden Polymerteilchen sicherzustellen, indem eine Wassereinführung zusammen mit der Gaseinführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wasser kann in üblicher Weise in den Zuführtrichter des Extruders zugegeben werden, jedoch ist es auch möglich, Wasser unter Druck in das Extruderrohr selbst einzuführen. Das Explosionstrocknungsverfahren gemäß der Erfindung ist so wirksam, daß es zusätzliche Mengen von zugesetztem Wasser zum Zwecke der Temperaturerniedrigung toleriert und trotzdem die Herstellung von getrockneten Teilchen mit einem Gehalt von weniger als o,3 Gewichtsprozent Wasser ermöglicht.

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Sei Polymerverarbeitungsmengen von etwa 18oo bis 5ooo kg/h an Elastomerteilchen wurde gefunden, daß das Einführen von etwa I00 bis 2oo 1 Wasser/h in Zusammenhang mit der beschriebenen Einführung von Gas getrocknete Elastomerteilchen liefert, die die gewünschten Werte für den Feuchtigkeitsgehalt erfüllen, wobei zusätzlich der Vorteil erzielt wird, daß gekühlte explodierte Teilchen im Emballierungstemperaturbereich von 65,5 bis 88 C geliefert werden. Darüberhinaus werden aufgrund der Kühlwirkung des zugesetzten Wassers größere Durchsatzmengen, eine verringerte Extruderleistung und verringerte Temperaturanforderungen erhalten. Die Verwendung der Einführung von Wasser in Zusammenhang mit der Einführung von Gas bildet daher eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung.

Das gleichzeitige Einführen von Wasser und Gas, insbesondere Stickstoff, ist besonders zweckmäßig in Zusammenhang mit dem Trocknen von Butylkautschuk. Es wurde gefunden, daß Produkttemperaturen im Bereich von 71 bis 76,7°C bei Feuchtigkeitsgehalten geringer als o,2 Gewichtsprozent erhalten wurden, wenn Butylkautschuk (Isobutylen-Isopren) als Ausgangsmaterial mit einem anfänglichen Wassergehalt von 2 bis 3 Gewichtsprozent Wasser erfindungsgemäß verarbeitet wurde.

Die Erfindung ist insbesondere auf eine große Anzahl von synthetischen Kautschuks oder Elastomerpolymeren anwendbar, die durch Extrudertrocknen behandelt werden. Unter diesen sind hauptsächlich Butylkautschuk, halogenierter Butylkautschuk, d.h. chlorierter oder bromierter Butylkautschuk, insbesondere chlorierter Butylkautschuk, Polyisobutylen, EPDM-Terpolymere, Äthylen-Propylencopolymere und dergleichen. Butylkautschuk- und halogeniertes Butylkautschukausgangsmaterial enthalten gewöhnlich etwa 2 bis 9 Gewichtsprozent Wasser, während Äthylen-Propylencopolymere und EPDM-Elastomere

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'im allgemeinen einen Ausgangsmaterialwassergehalt von etwa 12 bis 16 Gewichtsprozent aufweisen.

Unter Butylkautschuk versteht man Elastomercopolymere von Isoolefinen und konjugierten Dienen, die 85 bis 99,9 Gewichtsprozent C₄-C_-Isoolefin wie Isobutylen und o,5 bis 15 % kombiniertes C₄C₁₄ Multiolefin in konjugierter Form wie Isopren, Perylen, Cyclopentadien und dergleichen enthält. Im allgemeinen besitzt Butylkautschuk ein Molekulargewicht (Staudinger) von etwa 2o.ooo bis etwa 5oo.ooo.

Halogenierter Butylkautschuk, d.h. chlorierter oder bromierter Butylkautschuk ist konnerziell erhältlich und wird durch Halogenieren von Butylkautschuk in einer Lösung enthaltend 1 bis 60 Gewichtsprozent Cc-Cg-Kohlenwasserstofflösungsmittel und Bilden eines Copolymeren enthaltend bis zu einem Halogenatom pro Doppelbindung in dem Copolymeren hergestellt. Derartige halogenierte Butylelastomere enthalten im allgemeinen wenigstens etwa o,5 %, vorzugsweise wenigstens 1 Gewichtsprozent Chlor oder Brom. Beispielhaft für chlorierte Butylkautschukarten, die erfindungsgemäß brauchbar sind, sind chlorierte Isobutylen-Isopren-Copolymere enthaltend etwa 1,1 bis 1,8 Gewichtsprozent Chlor, 1 bis 2 mol% ungesättigte Bindungen und besitzen ein mittleres Molekulargewicht von etwa 35O.OOO bis 45O.OOO. Typische bromierte Butylkautschukarten enthalten etwa 2 bis 2,7. Gewichtsprozent Brom. Diese bromierten Butylkautschukarten sind als schwierig effektiv zu trocknen bekannt und daher ist die vorliegende Erfindung insbesondere für Extruder zum Trocknen derartiger Elastomerer geeignet. EPDM-Terpolymere, wie sie in der Norm ASTM-D-1418-64 definiert sind, betreffen Polymere enthaltend Äthylen und Propylen in der Hauptkette und ein Dien in der Seitenkette. Bevorzugte elastomerische EPDM-Terpolymere enthalten etwa 45 bis 80 Gewichtsprozent Äthylen und etwa 2 bis 1o Gewichtsprozent

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'eines Dienmonomeren, vorzugsweise eines nicht konjugierten Diens wie Hexadien, Dicyclopentadien, Äthylidennorbonen, Methylennorbonen, Propylidennorbonen und Methyltetrahydroinden.

Andere synthetische Elastomere, die erfindungsgemäß behandelt werden können, sind Äthylen-Propylencopolymere, synthetischer Polyisoprenkautschuk, Styrolbutadienkautschuk, Butadienacrylnitrilkautschuk, Polybutadienkautschuk, Polyisobutylen, Polychloropren und ähnliche Elastomere.

Während die Erfindung besonders zweckmäßig zum Trocknen von synthetischen elastomerischen Polymeren ist und entwickelt wurde, um Probleme zu lösen, die mit dieser Kategorie von Polymeren zusammenhängen, ist sie trotzdem allgemein auch auf das Trocknen oder Entfernen von flüchtigen Flüssigkeiten aus irgendwelchen Polymeren anwendbar, die in einem Extruder behandelt werden können, wobei die Entfernung einer flüchtigen Flüssigkeit wie ein Reaktions- und/oder Polymerisaktionslösungsmittel, Verdünnungsmittel oder Wasser einen wesentlichen Teil des Polymerbehandlungsverfahrens darstellt. Beispiele derartiger Polymere sind extrudierbare Plastikmaterialien, thermoplastische und thermoelastomere Polymere und Copolymere als auch Mischungen hiervon wie Polymere, die durch Lösungs-, Suspensions- oder Emulsionspolymerisation hergestellt werden, wie beispielsweise Polystyrol, Poly (methyl methacrylat), Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Kautschuk-modifiziertes Polystyrol, Acrylnitril-butadienstyrolpolymere, Äthylenvinylacetatcopolymere, Polyolefine wie Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen, Äthylenbutylencopolymere, Polyuretane, wie elastomere Ureth anpolymer e, Polysulfidelastomere, Silikonelastomere, Polyester, chlorierte Polyester, Polycarbonate, Polysulfone, Polyamide, Acetalharze, extrudierbare wärmehartbare Harze, Mischungen von Polymeren wie Polyolefin-Elastomermischungen und dergleichen.

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'In der beigefügten Abbildung ist ein Zweischneckenextruder 1 eines Typs dargestellt, wie er gemäß Beispiel 1 verwendet wird, der zwei sich gegeneinander drehende Schnecken 3 mit . Antriebswellen 2 aufweist. Nasse Polymerteilchen werden über den Zuführtrichter 4 zugeführt und in den Druckbereich 5 des Extruders befördert. Eine oder mehrere Gaseinführstellen 6,7 und 8 sind entlang des Druckbereichs 5 angeordnet, durch die die gewünschten Mengen an Gas der komprimierten Mischung zugesetzt werden. Gewöhnlich wird eine Einführstelle 6 verwendet. Die komprimierte Mischung aus Kautschukschmelze und Gas wird durch eine Einführungszone 9 gedrückt, die feste zylindrische Vorsprünge 1o aufweist. Die Masse explodiert durch den Einschnürungsbereich 9 in einen Expansionsbereich 11, der auf atmosphärischen Druck gehalten wird und in einer luftfördernden Kammer 12 zum Entfernen der getrockneten Polymerteilchen und der flüchtigen Flüssigkeiten von dem Expansionsbereich zu einer Sammeleinrichtung zur weiteren Behandlung oder Verpackung enthalten ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Das in diesem Beispiel verwendete Elastomere war "Exxon Chlorobutyl 1o66", ein chlorierter Butylkautschuk (Isobutylen-Isopren-Copolymer) enthaltend 1,1 bis 1,3 Gewichtsprozent Chlor und 1,5 mol% ungesättigte Bindungen, einer Mooney-Viskosltät von 51 bis 6o (ML-8 bei 1oo°C) und ein mittleres Viskositätsmolekulargewicht von 35o.ooo.

Der Extruder war hergestellt von der Firma Welding Engineers,

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'Inc., King of Prussia, Pennsylvania. Die Gesamtlänge des Extruders betrug etwa 3 m. Es handelte sich um einen Doppelschneckenextruder mit einem Schneckendurchmesser von 15,24 cm, die sich gegeneinander drehten und nicht ineinander eingriffen, ferner besaß der Extruder einen Zuführtrichter zum Einführen von nassen Kautschukteilchen, eine einzige Stickstoffeinführungsstelle, die in dem Druckbereich 3o mm vor dem festen Einschnürungsbereich angeordnet war, der aus vollen festen zylindrischen Ansätzen auf der Schnecke jeder mit einer Länge von 1o,2 cm bestand. Benachbart dem Einschnürungsbereich befand sich ein Expansionsbereich, der auf atmosphärischen Druck gehalten wurde sowie eine luftfördernde Kammer zum Entfernen von getrockneten Kautschukteilchen und Wasserdampf aus dem Expansionsbereich.

Chlorierte Butylkautschukteilchen enthaltend im Mittel etwa 7,15 Gewichtsprozent Wasser, die von einem Entwässerungsextruder erhalten wurden und sich auf einer Temperatur von 84°C befanden, wurden in den Zuführtrichter des Extruders gegeben. Der Druckbereich des Extruders wurde bei einer Temperatur von 2o4°C betrieben. Stickstoff wurde in einer Menge von 9 kg/h eingeführt, wobei der Stickstoffeinlaßdruck zwi-

2
sehen 52,7 und 7o,3 kg/cm variierte, wobei die Stickstoffeinlaßtemperatur bei 12 C lag. Die Durchsatzmenge betrug 254o kg/h.

Das Explosivtrocknen führte zu gleichmäßig trockenen Kautschukteilchen mit einem Wassergehalt von o,o2 Gewichtsprozent und einer Temperatur der Kautschukteilchen von 118,9 C.

Beispiel 2

Zum Vergleich wurde Beispiel 1 wiederholt unter den gleichen Bedingungen, jedoch ohne die Gaseinführung. Eine Extruder-

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'druckbereichstemperatur von 213°C war erforderlich, um das nasse Elastomere mit der gleichen Durchsatzmenge wie im Beispiel 1 zu behandeln. Die behandelten Teilchen befanden . sich auf einer Temperatur von 138°C und besaßen einen Feuchtigkeitsgehalt von ο,37 Gewichtsprozent.

Beispiel 3

Ein weiterer Versuch wurde ausgeführt unter Verwendung von Stickstoffeinführung, wobei das Elastomere und die Vorrichtung die gleichen wie in Beispiel 1 waren, wobei mit einer Durchsatzmenge von 2824 kg/h gearbeitet wurde. Der Wassergehalt des in den Trichter zugeführten Materials betrug 4,53 Gewichtsprozent. Stickstoff wurde in das zusammengedrückte Elasto-

2 mere unter einem Druck von 52,7 bis 7o,3 kg/cm bei einer Zuführrate von 9 kg/h eingeführt. Gleichmäßig getrocknete Kautschukteilchen enthaltend 0,06 Gewichtsprozent Wasser wurden mit einer Temperatur von 87,8°C erhalten. Ein Strom von 68 Ά war erforderlich, um den Extruder bei diesen Durchsatzmengen zu betätigen.

Beispiel 4

Beispiel 3 wurde wiederholt bei etwa den gleichen Betriebsraten mit Wassereinführung, einer konventionellen Technik, die anstelle der Gaseinführung verwendet wurde. Die Durchsatzmenge betrug 272o kg/h und es wurde ein 1 Wasser/min dem Einsatzmaterial zugesetzt, um zusätzliches Explosionsmedium zu liefern. Ein Strom von 8o Ά war erforderlich, um den Extruder zu betätigen. Die Temperatur des erhaltenen Produktes betrug 1oo°C bei einem Feuchtigkeitsgehalt von o,22 Gewichtsprozent. Es wurde beobachtet, daß das Produkt beträchtliche Mengen

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'an nichtexplodierten Kautschukteilchen mit eingeschlossenem Wasser enthielt, deren erneute Behandlung erforderlich war. Ein Vergleich der Betriebsströme und des Wassergehaltes mit den Werten von Beispiel 3 zeigt die wirksamere Explosion, die mit der Gaseinführung erhalten wird.

Beispiel 5

In einem anderen modifizierten Zweischneckenextruder ähnlich demjenigen von Beispiel 1 mit einem variablen Einschnürungsbereich wird nasser Butylkautschuk (Exxon Butyl 268) ein Isobutylen-Isopren-Copolymer-Elastomeres mit einer Mooney Viskosität von 6o (ML 1+3 126,7°C) und einem mittleren Viskositätsmolekulargewicht von 45Ο.ΟΟΟ enthaltend 2,6 Gewichtsprozent Wasser mit mit Wassereinführung in bekannter Weise und mit Stickstoff- und Wassereinführung gemäß der Erfindung behandelt. In beiden Fällen wurde Wasser in den Zuführtrichter gegeben. Die Vergleichsergebnisse sind nachfolgend aufgeführt:

Butyldurchsatzmenge, kg/h Maximale Temperatur des Druckbereichs

Temperatur der auftretenden Kautschukteilchen

Stickstoff einführmenge, kg/h Wasserzuführmenge, l/h
Betriebsstrom für den Extruder, A

Feuchtigkeitsgehalt des Produktes, Gewichrozent

Wassereinführung	Wasser- und Stickstoff einführung
2854	3792
ι 22o°C	15o,6°C
135°C	72,8°C
0	5,58
1o5	185
82	66

o,14

o,15

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'Dieses Beispiel zeigt den wesentlichen ""Fortschritt, der mit der Einführung von Stickstoffgas in Zusammenhang mit der Wasserzuführung erhalten wird. Die Gaszuführung gemäß der Erfindung ist derart effektiv, daß eine Wasserzuführung verwendet werden kann, um einen wünschenswerten Kühleffekt zu erhalten, wie er durch die Temperatur des erhaltenen Produktes von 72,8⁰C gegenüber einer entsprechenden Temperatur von 135 C bei Verwendung der Wasserzuführung alleine illustriert wird. Ferner ergibt sich eine wesentliche Reduzierung in der maximalen Temperatur des Druckbereichs in dem Extruder und bezüglich des BetriebsStroms, der erforderlich ist, um den Extruder zu betreiben. Ferner sei bemerkt, daß diese Art von Elastomeren, konventioneller Butylkautschuk, adäquat durch bekannte Extrusionstechniken getrocknet werden kann, jedoch ermöglicht es die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Gaseinführungstechnik, wesentliche Vorteile zu erhalten, die sich in den Betriebsbedingungen und den Durchsatzmengen niederschlagen. Die Durchsatzmenge für den Vergleichsversuch mit Wassereinführung war die maximal erreichbare, es war nicht möglich, Kautschuk in einer größeren Menge durchzusetzen und noch den Extruder zu betreiben.

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eerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Extruderexplosionstrocknen von nassen Polymerteilchen enthaltend etwa o,5 bis 16 Gewichtsprozent einer flüchtigen Flüssigkeit, wobei der Extruder einen Zuführbereich, einen Druckbereich und einen Einschnürungsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Polymerteilchen in den Zuführbereich gebracht,

b) die Polymerteilchen durch den Druckbereich des Extruders unter genügendem Druck befördert werden, um die Temperatur auf etwa 149 bis 2o4°C zu erhöhen,

c) in den Extruder ein Inertgas an einer oder mehreren Stellen im Druckbereich mit einem Druck größer als der Druck im Druckbereich eingeführt und die Polymerteilchen vollständig mit dem eingeführten Gas gemischt wird und

d) die zusammengedrückte Mischung aus Polymerteilchen und Gas in den Einschnürungsbereich überführt werden, wonach man die Mischung sich durch den Einschnürungsbereich expandieren läßt, wobei eine Explosionstrocknung der Polymerteilchen stattfindet, um trockene Polymerteilchen enthaltend weniger als etwa o,3 Gewichtsprozent flüchtige Flüssigkeit herzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Elastomer ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flüchtige Flüssigkeit Wasser ist.

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'4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Luft ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an eingeführtem Gas
1,8 bis 18,1 g/Mol pro 45,36 kg Polymermaterial, das pro Zeiteinheit zu trocknen ist, beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die trockenen Elastomerteilchen einen Wassergehalt von weniger als etwa o,1 Gewichtsprozent aufweisen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere Butylkautschuk ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere ein chlorierter
Butylkautschuk ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere ein bromierter
Butylkautschuk ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere ein EPDM-Elastomer ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere ein Äthylen-Propylen-Copolymeres ist.

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273Λ923

'13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere Polyisobutylen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 5 und 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß 4,5 bis 45,4 kg Stickstoff/h in einen Extruder eingeführt werden, der mit einer Durchsatzmenge von 18oo bis 499o kg/h an nassen Elastomerteilchen arbeitet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 9 kg Stickstoff/h eingeführt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die explodierten getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 65,5 bis 87,8 C erhalten werden, wobei Gase und Wasserdampf von den Teilchen getrennt und die Teilchen direkt zu einer Verpackungseinrichtung ohne Zwischenschaltung einer Kühlstufe zugeführt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzzeichnet, daß zusätzlich etwa 1oo bsi 2oo 1 Wasser/h dem Extruder zugesetzt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß getrocknete Teilchen mit einer Temperatur von 71 bis 76,7°C erzeugt werden.

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