DE3106711A1

DE3106711A1 - Verfahren zur herstellung von kleinen kunststoffteilchen

Info

Publication number: DE3106711A1
Application number: DE19813106711
Authority: DE
Inventors: Bernd 5630 Remscheid Melchior
Original assignee: MELCHIOR ENTWICKLUNGSGESELLSCH
Current assignee: MELCHIOR ENTWICKLUNGSGESELLSCH
Priority date: 1981-02-24
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE3106711C2

Description

Verfahren zur Herstellung von kleinen Kunststoffteilchen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kleinen Kunststoffteilchen, insbesondere kleinen Perlen oder Körnern aus einer erhärtbaren, insbesondere polymerisierbaren Kunststoffflüssigkeit, wie einem Methacrylsäureester.
Zur Herstellung von Perlpolymerisat ist es bekannt, das Monomere in großen Rührkesseln in heißes Wasser einzubringen und durch Rührer zu kleinen Tröpfchen zu zerschlagen, wonach die Tröpfchen zu kleinen Perlen polymerisieren. Das Wasser enthält Suspensionsstabilisatoren oder Verteilungsmittel, die durch ihre Oberflächenspannung verhindern sollen, daß die Tröpfchen sich wieder mit anderen verbinden. Die schon bestehenden Tröpfchen werden durch den Rührer laufend wieder zerschlagen und oft auch gewaltsam mit anderen Tröpfchen wieder verbunden. Dieses Zerschlagen und Wiederverbinden durch den Rührer ist nachteilig, wenn das Monomere sich zu polymerisieren beginnt, da dann die Tröpfchen aufgrund der mechanischen Einwirkung des Rührers miteinander zu verkleben und zu verklumpen beginnen.
Diese Wirkung kann begrenzt durch eine bestimmte Ausgestaltung des Rührers als auch durch höhere und weise re Zusätze in das Wasser vermieden werden. Dieser zusätzliche Aufwand ist kostspielig, und ferner kann durch dieses Verfahren ein Perlpolymerisat nicht kontinuierlich hergestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß bei geringem Aufwand ein Perlpolymerisat gleichmäßiger Größe und Form kontinuierlich und preiswert herstellbar ist.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die auch sehr kleine Perlen und Körner gleichmäßiger Art -herstellbar sind, wobei der Zerstäubungsgrad pro Zeiteinheit möglichst groß sein soll.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kunststoffflüssigkeit in einem Gas zu Tröpfchen zerstäubt wird, die während ihres Schwebens oder Fallens im Gas zu Teilchen erhärten.
Durch das Zerstäuben der Kunststoffflüssigkeit sind Perlen und Körner kleinster Größe herstellbar. Je nach verwendetem Zerstäubungsverfahren können dabei die Perlen und Körnergröße sehr exakt bestimmt und gesteuert werden. Das Verfahren ist außerordentlich einfach, so daß auch eine das Verfahren durchführende Vorrichtung konstruktiv einfach ist und'wenig Wartung bedarf.
Die Herstellung ist kontinuierlich, und zusätzliche Mittel, insbesondere eine Flüssigkeit (Flotte), in der die Tröpfchen erhärten, ist nicht erforderlich.
Damit entfallen auch die in einer Flotte notwendigen Zusätze.
Damit, daß Gas für die Tröpfchen tragfähiger'wird und ferner die Tröpfchen während des Erhärtens nicht teilweise vergasen, wird vorgeschlagen, daß das Gas unter Überdruck, insbesondere einem Druck von 2 bis 50 bar steht.
Eine Verbesserung einer kontinuierlichen Herstellung als auch ein schnelleres und früheres Erhärten wird dadurch erreicht, daß die Kunststoffflüssigkeit einen Katalysator und/oder Aktivator enthält, der zeitlich derart eingestellt ist, daß die Tröpfchen während des Schwebens oder Fallens erhärten. Damit ist auch mit hoher Sicherheit gewährleistet, daß die Tröpfchenaußenseite ausreichend erhärtet ist, noch ehe andere Tröpfchen bzw. Perlen oder Gegenstände berührt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zum Anregen und/oder Beschleunigen des Erhärtens den schwebenden oder fallenden Tröpfchen Energie zugeführt werden.
Dabei können zur Energiezufuhr die Tröpfchen W-Licht oder energiereicher Strahlung, insbesondere Gammastrahlung ausgesetzt sein. Ferner kann zu diesem Zweck auch das Gas insbesondere auf 100 bis 400 OC erhitzt sein.
Der Schwebe zustand der Tröpfchen kann dadurch verlängert werden, daß das Gas im wesentlichen von unten nach oben entgegen der Schwerkraft strömt. Die Tröpfchen bzw. Perlen oder Körner können dadurch abtransportiert werden, daß zumindest in einem von der Flüssigkeitsaustrittsstelle entfernteren Bereich das Gas in einer sich von der Austrittsstelle entfernenden Richtung strömt.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß die Tröpfchen elektrisch geladen sind und ein elektrisch geladenes Feld derart angeordnet ist, daß die Tröpfchen über einen bestimmten Bewegungsbereich in der Schwebe gehalten werden. Ferner wird vorgeschlagen, daß die Tröpfchen elektrisch geladen sind und ein elektrisch geladenes Feld angeordnet ist, daß die Tröpfchen von der Zerstäubungsvorrichtung weggezogen werden.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß das Gas ein Inertgas,insbesondere Stickstoff ist. Dies stellt sicher, daß eine Verbindung zwischen dem Gas und dem Tröpfchenmaterial nicht eingegangen wird. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn erhitztes Gas benutzt wird.
Zum Zerstäuben der Kunststoffflüssigkeit können die verschiedensten Zerstäubervorrichtungen verwendet werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß ein Geschwindigkeitszerstäuber, Fliehkraftzerstäuber, Druckzerstäuber oder Schwingungszerstäuber verwendet wird.
Ein sehr hoher Wirkungsgrad wird dann erreicht, wenn der Zerstäuber ein Schwingungszerstäuber ist, der eine im Ultraschallbereich schwingende Zerstäuberfläche aufweist. Dabei kann die Zerstäuberfläche durch einen piezoelektrischen Koppelschwinger angetrieben werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zerstäuberfläche nur mit einem Rand am Antrieb oder am zum Antrieb führenden Tragteil befestigt ist und die freie, schräg nach unten vorkragende Fläche die Schwingungen durch Eigenbiegung verstärkt. Da die freien Enden stärker schwingen als die übrige Fläche, kann die von oben kommende, auf dem befestigten Rand auftreffende Flüssigkeit sich zuerst über die Fläche gleichmäßig verteilen, um dann vom vorkragenden, stärker schwingenden Teil zerstäubt zu werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zerstäuberfläche zur Waagerechten in einem Winkel von 45 Grad steht, da dann die Tröpfchen einen langen parabelförmigen Weg beschreiten und damit sich sehr lange im Gas aufhalten.
Eine in bezug auf den Antrieb und die zufließende Flüssigkeit als auch die Tröpfchenverteilung sehr günstige Form ist dann gegeben, wenn die Zerstäuberfläche kegelförmig ist. Dabei kann die Flüssigkeit im Bereich eines Schwingungsknotens oder eines Schnelleknotens auf die Zerstäuberfläche gebracht werden. Ferner wird vorgeschlagen, daß die Flüssigkeit von oben im Bereich des befestigten Randes auf die Zerstäuberfläche aufgebracht wird.
Eine weitere sichere Aushärtung, ohne daß die Perlen oder Körnchen aneinander haften, wird dadurch gewährleistet, daß dem Zerstäuber ein Wirbelbett nachgeschaltet ist, ion dem die Perlen oder Körner aushärten.
Zwei Ausführungsbeispiele einer Zerstäuberfläche sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Zerstäuberfläche mit angeformtem Antriebsteil, der zu einem piezokeramischen Antrieb führt, und Fig. 2 einen senkrechten Schnitt entsprechend Fig.1, mit einem Antriebsteil, an dem zwei Zerstäuberflächen befestigt sind oder die Zerstäuberfläche konusförmig ist.
Eine erhärtbare, insbesondere polymerisierbare Kunststoffflüssigkeit wie ein Methacrylsäureester (Monomer) wird in einem Gas, z.B. Luft,oder einem Inertgas, z.B.
Stickstoff, durch eine Zerstäubervorrichtung zu kleinen Tröpfchen zerstäubt, die während ihres Fallens im Gas zu Perlen erhärtet bzw. polymerisiert. Das Gas kann unter einem Druck von 2 bis 50 bar stehen und erhitzt sein, wodurch der in der Kunststoffflüssigkeit enthaltene Katalysator und/oder Aktivator angeregt wird.
Zusätzlich oder alternativ können den Tröpfchen auch dadurch Energie zugeführt werden, daß der Raum, durch den die Tröpfchen durchtreten, von UV-Licht oder energiereicher Strahlung, insbesondere Gammastrahlung, durchstrahlt ist.
Von Bedeutung ist, daß die Tröpfchen sich so lange in der Luft aufhalten, bis zumindest ihre Oberfläche erhärtet ist. Dabei kann der Aufenthalt im Gas dadurch verlängert werden, daß man einen Schwebeustand der Tröpfchen zu erreichen sucht. Dies kann dadurch geschehen, daß das Gas von unten nach oben entgegen der Fallrichtung der Tröpfchen strömt. Durch die Gasströmung können die Tröpfchen auch von der Zerstäubervorrichtung wegtransportiert werden. Der Schwebezustand als auch der Transport der Tröpfchen kann durch ein elektrisch geladenes Feld unterstützt werden oder auch allein hierdurch geschehen.
Als Zerstäubungsvorrichtungen kommen folgende in Betracht: Geschwindigkeitszerstäuber, bei denen in oder vor einer Zweistoffdüse ein vorbeistreichendes Gas austretende Flüssigkeit mitreißt.
Fiiehkraftzerstäuber, bei denen die'Flüssigkeit auf oder in eine schnell rotierende- Scheibe oder Rad gegeben wird, um am Rand zu zerstäuben.
Druckzerstäuber, bei denen die Flüssigkeit mit einer Pumpe durch eine Düse gedrückt wird.
Schwingungszerstäuber, bei denen die Flüssigkeit auf eine schwingende Fläche gegeben wird, die mit hoher Frequenz vibriert.
Die letztere Zerstäuberbauweise ist besonders vorteilhaft, wenn die Schwingungen im Ultraschallbereich liegen. Frequenz = 20000 Hz - 1 MHz Die Zerstäuberfläche 1 wird dabei durch einen piezoelektrischen Koppelschwinger angetrieben. Über einen senkrechten Stab 2 ist die in einem Winkel von 450 angeordnete Zerstäuberfläche 1 mit der Piezokeramik verbunden, wobei der höhere Bereich der Fläche 1 0 am Stab 2 befestigt ist. Die mit 45 nach unten gerichtete und nurimit ihrem oberen Rand am Stab 2 befestigte Zerstäuberfläche 1 schwingt mit ihrem freien Ende stärker als der senkrecht schwingende Stab 2, so daß die von oben ankommende Kunststoffflüssigkeit 3 zuerst auf den weniger schwingenden Teil der Zerstäuberfläche 1 (Schnelleknoten) trifft, von dort sich verteilend herunterfließt und einen mittleren und unteren Teil der Zerstäuberfläche erreicht, von wo die Tröpfchen weggeschleudert werden und eine parabelförmige Flugbahn einnehmen, wenn nicht eine nach oben gerichtete Strömung und/oder ein elektrisches Feld die Flugbahn verlängern oder einen Schwebezustand erzeugen. Tröpfchen und Perlendurchmesser vorzugsweise = 1 mm 1 m Wie in Fig. 2 gezeigt, kann der Stab 2 auch zwei Zerstäuberflächen tragen. Alternativ kann der Stab 2 in einer konusförmigen Zerstäuberfläche münden. In diesem Fall wird auf die Konus- bzw. Kegelspitze nur ein einziger senkrechter Flüssigkeitsstrom gerichtet. Nachdem die Tröpfchenaußenseiten ausreichend hart sind, können die Tröpfchen zu einem Wirbelbett durch den Luftstrom gebracht werden, in dem die Perlen oder Körner innen durchhärten.

Claims

Ansprüche 1Verfahren zur'Herstellung von kleinen Kunststoffteilchen, insbesondere kleinen Perlen oder Körnern aus einer erhärtbaren, inbesondere polymerisierbaren Kunststoffflüssigkeit, wie einem Methacrylsäureester, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Kunststoffflüssigkeit in einem Gas zu Tröpfchen (4) zerstäubt wird, die während ihres Schwebens oder Fallens im Gas zu Teilchen erhärten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Gas unter Überdruck, insbesondere einem Druck von 2 bis 50 bar, steht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kunststoffflüssigkeit einen Katalysator und/oder Aktivator enthält, der zeitlich derart eingestellt ist, daß die Tröpfchen während des Schwebens oder Fallens erhärten.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Anregen und/oder Beschleunigen des Erhärtens den schwebenden oder fallenden Tröpfchen Energie zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Energiezufuhr die Tröpfchen UV-Licht oder energiereicher Strahlung, insbesondere Gammastrahlung ausgesetzt sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gas insbesondere auf 100 bis 400 Grad Celsius erhitzt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gas im wesentlichen von unten nach oben entgegen der Schwerkraft strömt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest in einem von der Flüssigkeitsaustrittsstelle entfernteren Bereich das Gas in einer sich von der Austrittsstelle entfernenden Richtung strömt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tröpfchen elektrisch geladen sind und ein elektrisch geladenes Feld derart angeordnet ist, daß die Tröpfchen über einen bestimmten Bewegungsbereich in der Schwebe gehalten werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tröpfchen elektrisch geladen sind und ein elektrisch geladenes Feld angeordnet ist, daß die Tröpfchen von der Zerstäubungsvorrichtung weggezogen werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1i, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Geschwindigkeitszerstäuber, Fliehkraftzerstäuber, Druckzerstäuber oder Schwingungszerstäuber verwendet wird.
13. Schwingungszerstäuber zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er eine im Ultraschallbereich schwingende Zerstäuberfläche (1) aufweist.
14. Schwingungszerstäuber nach Anspruch 13, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zerstäuberfläche (1) durch einen piezoelektrischen Koppelschwinger angetrieben wird.
15. Schwingungszerstäuber nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zerstäuberfläche (1) nur mit einem Rand am Antrieb oder am zum Antrieb führenden Tragteil befestigt ist und die freie, schräg nach unten vorkragende Fläche die Schwingungen durch Eigenbiegung verstärkt.
16. Schwingungszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Zerstäuberfläche (1) zur Waagerechten in einem Winkel von 45 Grad angeordnet ist.
17. Schwingungszerstäuber nach Anspruch 16, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dieZerstäuberfläche (1) kegelförmig ist.
18. Schwingungszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Flüssigkeit (3) im Bereich eines Schwingungsknotens oder eines Schnelleknotens auf die Zerstäuberfläche (1) gebracht wird.
19. Schwingungszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Flüssigkeit (3) von oben im Bereich des befestigten Randes auf die Zerstäuberfläche (1) aufgebracht wird.
20. Schwingungszerstäuber nach einem der Ansprüche 1 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß dem Zerstäuber ein Wirbelbett nachgeschaltet ist, in dem die Perlen oder Körner aushärten.