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Verfahren zum Abtrennen des Polymeren aus einem
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wäßrigen Latex Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung
des Polymeren aus einem wäßrigen Latex eines thermoplastischen Polymeren durch Koagulation
des Latex und Abscheidung der Wasserphase. Während die Wasserabscheidung im Labormaßstab
durch Filtration möglich ist, stellt sie im technischen Maßstab ein Problem dar.
Uin ein mehrstufiges Verfahren mit den getrennten Schritten der Koagulation, der
Filtration und des Aufschmelzens des Koagulats zu einer homogenen Formmasse zu vermeiden,
hat man schon die Wasserphase des Latex in einem Entgasungsextruder verdampft und
die Polymerisatphase als geschmolzene Formmasse ausgetragen. Ein derartiges Verfahren
ist z.B. in der GB-PS 874805 beschrieben. Die dabei erzeugte Formmasse enthält dann
alle nicht-flüchtigen Bestandteile der Wasserphase, insbesondere Emulgiermittel
und Salze, die z.B. aus den bei der latexherstelluag verwendeten Persulfat-Initiatoren
stammen können.
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Diese Nachteile werden bei dem Verfahren der DE-OS 22 43 696 vermieden.
Nach der Koagulation des Latex in einem Extruder wird die Wasserphase größtenteils
in flüssiger Form ausgepreßt und nur die zurückbleibenden Reste verdampft. Auch
bei diesem Verfahren
bleiben immernoch störende Frengen an Fremdstoffen
in der Formmasse zurück.
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Es bestand die Aufgabe, das Polymere aus einem wäßrigen Latex eines
thermoplastischen Polymeren zu koagulieren und die Wasserphase ohne Hinterlassung
von störenden Rückstandsmengen der in der Wasserphase gelösten nichtflüchtigen Bestandteile
so abzutrennen, daß das Polymere als homogenes Formmassengranulat gewonnen wird.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Im Gegensatz zu dem
bekannten Verfahren, bei dem die Wasserphase von der schmelzflüssigen Polymerphase
unter Druck abgetrennt wird, wird erfindungsgemäß das durch Koagulieren und Zusammenschmelzen
des Koagulats entstandene zweiphasige Gemisch unter 100"C abgekühlt und erst dann
die Wasserphase abgetrennt. Sofern das Polymere nicht schon in Form eines Granulats
oder dünner Strangabschnitte anfällt, wird es mechanisch auf eine leicht siebbare
bzw. filtrierbare Form zerkleinert.
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Das kleinteilige Polymere läßt sich leicht und vollständig mit an
sich bekannten Methoden von der Wasserphase trennen, z.B. abfiltrieren, absieben
oder abschleudern.
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Mit besonderem Vorteil wird das Gemisch aus dem schmelzflüssigen Polymeren
und der Wasserphase durch Zumischen von Wasser mit einer Temperatur unter 1000C
abgekühlt.
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Zweckmäßigerweise wird Wasser von Raum- oder Brunnentemperatur verwendet.
Besonders vorteilhaft ist eine Arbeitsweise, bei der das zugesetzte Wasser die Wasserphase
des Gemisches verdrängt und zugleich mit der Ab-
kühlung das Polymerisat
gewaschen, d.h. von den nichtflüchtigen Inhaltsstoffen der Wasserphase befreit wird.
Eine solche Waschung kann jedoch auch nach der Abtrennung der Wasserphase durchgeführt
werden.
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Die Koagulation des wäßrigen Latex kann bei einer Temperatur unterhalb
der Erweichungstemperatur des Polymeren durchgeführt oder eingeleitet werden, z.B.
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durch hohe Scherkräfte oder durch Zusatz von Koaguliermitteln bei
Raumtemperatur. In diesem Verfahrensabschnitt kann das Verfahren bei atmosphärischem
Luftdruck durchgeführt werden. Um das Polymerisat in eine homogene Formmasse umzuwandeln,
muß es auf eine Temperatur in seinem thermoplastischen Zustandsbereich erwärmt werden.
Da diese Temperatur in jedem Falle oberhalb des Siedepunktes des Wassers unter Normaldruck
liegt, muß bei dieser Verfahrensstufe über atmosphärischer Druck herrschen. Bis
zur Abtrennung der Wasserphase muß in jedem Verfahrensabschnitt ein Druck aufrechterhalten
werden, bei dem insgesamt höchstens ein Teil, im allgemeinen der kleinere Teil der
Wasserphase verdampft. Bei der bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird bis zur
erfolgten Abkühlung gar kein Wasser verdampft. In der Regel wird die Koagulation
von Beginn an bei einer Temperatur im thermoplastischen Zustandsbereich des Polymeren
und unter einem Druck oberhalb des der Temperatur entsprechenden Wasserdampfdruckes
durchgeführt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Latex durch Erhitzen
und/oder Scheren in einer Schneckenpresse mit einer oder mehreren Schnecken koaguliert.
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Gleichzeitig kann weiteres Polymerisat, gegebenenfalls von anderer
Zusammensetzung, in Form eines Granulats oder einer Schmelze in die Schneckenpresse
eingeführt und mit dem Koagulat vermischt werden. Das Polymere oder Polymerengemisch
wird zu einer Formmasse aufgeschmolzen, die von Einschlüssen der Wasserphase durchsetzt
ist. In der Schneckenpresse herrscht ein Druck, der im allgemeinen weit über dem
Wasserdampfdruck liegt. Die Entspannung dieses Druckes kann in mehreren Stufen vonstatten
gehen. Man kann das zweiphasige Gemisch aus dem Extruder durch eine Lochplatte unter
teilweiser Entspannung in eine Druckkammer eintreten lassen, worin das Gemisch abgekühlt
wird. Dabei kann gegebenenfalls ein Teil der Wasserphase unter Abkühlung der Formmasse
verdampfen. Zur weiteren Abkühlung läßt man zweckmäßig kaltes Wasser auf die aus
der Lochplatte austretenden Formmassenstränge strömen. Die Druckkammer kann teilweise
oder vollständig mit Wasser gefüllt sein.
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Durch äußere Kühlung kann die Wassertemperatur in der Druckkammer
niedrig gehalten werden.
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Wenn das ausgepreßte Gemisch von Wasserblasen durchsetzt ist, werden
durch die Lochplatte überwiegend nur kurze Strangabschnitte ausgetragen, die mit
dem Wasser fortbewegt werden. Häufig entmischt sich die zweiphasige Masse schon
vor der Lochplatte, so daß die Wasserphase und die Formmasse durch verschiedene
Löcher austreten.
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Dabei entstehen kontinuierliche Formmassenstränge.
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Mittels einer mechanischen Schlagvorrichtung können die abgekühlten
Stränge kurz nach ihrer Entstehung weiter in kleine Granulatteilchen zerlegt werden,
die leicht abzusieben, zu waschen und zu trocknen sind und unmittelbar als handelsfähige
Formmasse verwendet werden können.
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Das Wasser in der Druckkammer wird, um eine Anreicherung der aus der
Wasserphase des Gemisches stammenden Inhal.tsstoffe zu vermeiden, laufend über ein
Ventil abgeführt und durch reines Wasser ersetzt. Die erwünschte Betriebstemperatur
kann allein durch den Kaltwasserzusatz ohne äußere Kühlung dauernd aufrechterhalten
werden.
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Obwohl in der Druckkammer normalerweise eine Temperatur unter 100"C
herrscht, ist es zweckmäßig, darin einen überatmosphärischen Druck aufrechtzuerhalten.
Der Druck soll so hoch sein, daß aus dem in die Kammer eintretenden Gemisch in der
Zeit bis zur Abkühlung höchstens ein Teil des Wassers verdampft, weil sonst die
dabei zurückbleibenden Rückstände später nicht mehr vollständig von der Wasserphase
aufgenommen würden. Der Druck in der Kammer darf deshalb einen Wert von etwa dem
Wasserdampfdruck bei der Eintrittstemperatur des zweiphasigen Gemisches nicht wesentlich
unterschreiten.
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Bei ausreichender Größe der Druckkammer kann das kleinteilige Polymerisat
in ihrem unteren Teil angesammelt und in Abständen entleert werden. Bei vollkontinuierlichem
Betrieb wird es laufend über eine Druckschleuse entnommen,
z.B.
wird das Gemisch aus dem kleinteiligen, abgekühlten Polymerisat und Wasser durch
ein geeignetes Entspannungsventil geleitet und dann durch Absieben oder Abschleudern
von der Wasserphase getrennt.
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Das von der Wasserphase abgetrennte, feinteilige Polymergranulat kann
nochmals mit Wasser gewaschen werden und wird anschließend getrocknet.
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Das Verfahren der Erfindung kann zur Gewinnung von Formmassen aus
dem wäßrigen Latex von beliebigen thermoplastischen Polymeren dienen. Geeignet sind
besonders Polymere mit einer Erweichungstemperatur oberhalb 100°C, beispielsweise
im Bereich von 105 bis 1400C. Der thermoplastische Zustandsbereich erstreckt sich
vorzugsweise von 120 bis 3000C. Insbesondere werden Latices von mehrstufig hergestellten
Polymerisaiten, z.B. Pfropfmischpolymerisaten erfindungsgemäß verarbeitet. Geeignete
Latices werden in bekannter Weise durch Emulsionspolymerisation von Vinylmonomeren,
wie Butadien, Isopren, Styrol, Alkylestern der Acryl-oder Methacrylsäure, Acryl-
oder blethacrylnitril oder Vinylestern aliphatischer Carbonsäuren erzeugt. Dabei
wird häufig in einer ersten Polymerisationsstufe ein gegebenenfalls vernetztes Polymerisat
mit einer unter OOC liegenden Erweichungstemperatur und in einer zweiten Stufe durch
Pfropfpolymerisation ein hartes thermoplastisches Polymerisat erzeugt.
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Die daraus gewonnenen Formmassen ergeben besonders schlagzähe Formkörper.
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Beispiel A. Herstellung eines Latex In einem 2 l-Wittschen Topf, der
mit Rührer und Kontaktthermometer versehen ist, werden 230 g destilliertes Wasser,
0,36 g Natriumdodecylsulfat und 0,08 g Kaliumperoxidisulfat vorgelegt und auf 85"C
erhitzt. Sodann wird innerhalb von 4 Stunden eine Emulsion aus 280 g Wasser, 0,4
g Natriumdodecylsulfat, 0,22 g Kaliumperoxidisulfat, 311 g n-Butylacrylat, 56 g
Styrol, 28 g Methylmethacrylat und 4 g Glykoldimethacrylat zugetropft. Anschließend
wird eine Emulsion aus 280 g Wasser, 400 gMethylmethacrylat, 0,4 g Natriumdodecylsulfat
und 0,22 g Kaliumperoxidisulfat innerhalb von 2 Stunden allmählich zugegeben.
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Es entsteht eine koagulatfreie Dispersion von ungefähr 50 t Feststoffgehalt.
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B.- Abtrennung der Polymerphase aus dem Latex Das Verfahrensschema
ist in Figur 1 dargestellt.
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Der gemäß A hergestellte Latex wird direkt nach der Polymerisation,
ungekühlt, mit ca. 850C über eine Pumpe 1 mit einer Menge von 7 kg/h in den Zylinder
eines Leistritz-Doppelschneckenextruders eingespeist.
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Der Schneckendurchmesser D beträgt 34 mm. Der Zylinder hat eine Länge.
von 24 D und eine Temperatur von 2200C.
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Der Emulgator verliert durch die Hitze teilweise seine Wirksamkeit.
Um die Koagulation zu beschleunigen, wird n1 über die Pumpe 3 ca. 5 Gew.-t AMpniumacetat
zugepumpt.
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Die Polymerteilchen kleben aneinander und bilden eine Schmelze, die
von den Flanken der Schnecke gefördert wird. Die Schmelze wird in den Ringkanal
einer Ringlochdüse 4 gepumpt. Diese Düse hat ebenfalls 220"C.
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Sie ist im Kopf eines Druckbehälters 5 zentrisch angeordnet. In der
Mitte der Ringlochdüse ist eine Rotorwelle 6 druckdicht aus dem Druckbehälter herausgeführt.
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Die Messer 7 des Rotors schneiden die aus der Düse austretenden Stränge
in Granulat, wie es von marktgängigen Heißabschlaggranulatoren bekannt ist. Der
Druckbehälter wird mit Stickstoff über die Regeleinrichtung 8 mit 24 bar beaufschlagt.
Bei einer Schmelzetemperatur von 220"C entspricht dies gerade dem Wasserdampfdruck,
so daß das begleitende oder in der Schmelze eingeschlossene Wasser nicht verdampft.
Wasser und Granulat sammeln sich im unteren Teil des Druckbehälters. Uber grobe
Filter 9 wird Wasser aus dem Bodenbereich des Druckbehälters mit
der
Pumpe 10 abgesaugt, durch einen IWårmetauscher 11 geleitet dabei auf ca. 600C abgekühlt
und dem Druckbehälter über einen Ringkanal 12 wieder zugeleitet.
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Der Ringkanal verteilt das zugeführte Wasser so, daß sich ein gleichmaßiger
Rieselfilm 13 über den Innenumfang des Druckbehälters einstellt, dieser verhindert
das Ankleben der vom Schneidrotor abgeschleuderten Granulatteilchen an der Wand.
Der untere Teil des Druckbehälters ist als Trichter ausgebildet. Ober eine Niveaumeßeinrichtung
14 wird das Bodenventil 15 je nach Füllgrad geöffnet und geschlossen. Über eine
Förderrinne 16 mit Siebboden wird das Wasser vom ausgetragenen Granulat getrennt.
Aus den Sprühdüsen 17 wird das Granulat nochmals mit Frischwasser gewaschen. Ein
Teil des abgetrennten Wassers wird mit der Pumpe 18 dem Kreislaufwasser im Druckbehälter
wieder zugeführt.
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Das so gewonnene Granulat enthält weniger als 10 % des für die Latexherstellung
eingesetzten Dispergiermittels.
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