DE3312538A1

DE3312538A1 - Verfahren zum entfernen von kondensationsprodukten von bauteiloberflaechen

Info

Publication number: DE3312538A1
Application number: DE19833312538
Authority: DE
Inventors: Frank 01960 Peabody Mass. Days
Original assignee: Beringer Co Inc
Current assignee: Beringer Co Inc
Priority date: 1982-04-13
Filing date: 1983-04-07
Publication date: 1983-10-13
Also published as: JPS58187433A; GB8309782D0; IT8320379A0; FR2524827A1; US4424080A; GB2121831A; GB2121831B; IT1205636B

Description

HOEGETR,- STBLLREOKT & PARTNER

PATENTA N WAL^- = UHLANDSTRASSE 14 c D 7000 STL~G-RT ·

A 45 554 b Anmelder: Beringer Co., Inc. k - 176 Beringer Way

5. April 1983 Marblehead, Mass. 01945

USA

Verfahren zum Entfernen von Kondensationsprodukten von Bauteiloberflächen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Beschichtung aus einem durch Hydrolyse zersetzbaren Kondensationsprodukt bzw. Kondensationspolymer von der Oberfläche eines Gegenstandes.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit dem Entfernen von Polymeren von verschiedenen wiederverwendbaren Gegenständen, wie z.B. gegossenen Einsätzen und Bauteilen von Geräten zur Verarbeitung von Polymeren, wie z.B. Dichtungen, Filter, Schmelzepumpen usw. von Spinnmaschinen.

In der kunststoffverarbeitenden Industrie werden derzeit zum Entfernen von Polymerschichten bzw. -rückständen von den verschiedenen Bauteilen der bei der Verarbeitung eingesetzten Geräte im wesentlichen zwei Verfahren angewandt.

Einerseits arbeitet man mit Lösungsmitteln wie Glycolen, Methylenchlorid oder anderen üblichen Lösungsmitteln.

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Andererseits arbeitet man mit thermischen Verfahren, beispielsweise mit einem erhitzten Wirbelbett aus körnigem Material oder mit einem heißen Salzbad oder mit Unterdruck oder mit Öfen, in denen eine Inertgasatmosphäre aufrechterhalten wird.

Bei den Verfahren, bei denen mit einem Lösungsmittel gearbeitet wird, wird im allgemeinen mit Temperaturen gearbeitet, die so niedrig sind, daß jede Beeinträchtigung der metallurgischen Eigenschaften der zu reinigenden Gegenstände vermieden wird. Die intensivste Reinigungswirkung tritt jedoch erst bei Temperaturen ein, die höher liegen als die normalen Siedetemperaturen der Lösungsmittel, so daß die Reinigung in Druckgefäßen erfolgen muß. Der Einsatz derartiger Druckgefäße ist jedoch wenig erwünscht, da er erhebliche Kosten mit sich bringt und die Verwendung von Dichtungen und Sicherheitsventilen usw. erforderlich macht. Wenn man eine drucklose Reinigung mit Lösungsmitteln durchführt, entwickeln sich typischerweise unerwünschte Dämpfe; außerdem sind häufig lange Reinigungszyklen erforderlich. Weiterhin können beim Reinigen mit Lösungsmitteln die Kosten für die benötigten Chemikalien so hoch sein, daß sie einem praktischen Einsatz des Lösungsmittelverfahrens entgegenstehen. Weiterhin kann die Abfallbeseitigung bzw. die Behandlung und die Wiederaufbereitung von Nebenprodukten in ökonomischer und umweltfreundlicher Weise erhebliche Schwierigkeiten bieten. Schließlich führt der Einsatz von Lösungsmitteln in einigen Fällen zu einer Explosionsgefahr.

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Bei den thermischen Reinigungsverfahren wird eine Erwärmung auf eine Temperatur vorgenommen, die ausreichend hoch ist, um das jeweilige Polymer zu zersetzen. Dabei werden die zu reinigenden Teile auf Temperaturen zwischen etwa 400 und 510⁰C erhitzt. Außerdem ermöglicht man im allgemeinen einen begrenzten Luftzutritt, um eine vollständige Zersetzung der Kunststoffe zu erreichen. Dabei wird die Luftzufuhr dadurch begrenzt, daß man einen Unterdruck oder eine im w esentlichen inerte Gasatmosphäre aufrechterhalten möchte. Bei den angewandten Temperaturen wird das Zersetzen des Polymers von der Entwicklung gewisser flüchtiger Bestandteile der Verbindung begleitet. Da bei der Reinigung schäd-.. liehe Emissionen vermieden werden sollen, ist es folglich erforderlich, eine Reduzierung von staubförmigen Rückständen und von möglicherweise giftigen, flüchtigen Kohlenwasserstoffen durchzuführen. Wei-erhin besteht die Gefahr einer Schädigung der zu reinigenden Teile durch die erhöhten Temperaturen.

Gemäß der US-PS 3 510 350 ist es ferner bekannt, Schichten aus Kondensationsprodukten bzw. -polymeren durch deren hydrolytische Zersetzung zu entfernen. Gemäß dem bekannten Verfahren werden die Teile eines Transportsystems für Nylon dadurch gereinigt, daß man das Rohrsystem einem an einer externen Quelle erzeugten gesättigten Wasserdampf aussetzt. Bei diesem Verfahren muß mit einem erhöhten Druck von beispielsweise etwa 17,6 Bar gearbeitet werden, wobei die oben im Zusammenhang mit dem Einsatz von Lösungsmitteln angesprochenen Probleme auftreten.

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Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Entfernen von durch Hydrolyse zersetzbaren Kondensationsprodukten von der Oberfläche eines Gegenstandes anzugeben, welches wirtschaftlich, sicher und hinsichtlich der Erfordernisse des Umweltschutzes brauchbar ist und bei dem die Struktur und die metallurgischen Eigenschaften der zu reinigenden Gegenstände nicht beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

man bringt den Gegenstand in das Innere eines geschlossenen Gefäßes;

man entfernt die Luft aus dem Inneren des Gefäßes, indem man Dampf in das Gefäß hinein- und durch dieses hindurchströmen läßt und

man unterwirft das Konder.sationsprodukt einer Hydrolyse, indem man überhitzten Wasserdampf mit einer zum Schmelzen der Beschichtung ausreichender. Temperatur in das Gefäß hinein-, an der beschichteten Oberfläche entlang- und durch das Gefäß hindurchströmen läSt.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß einerseits eine "physikalische" bzw. mechanische Reinigung erfolgt, indem man die Viskosität der Beschichtung soweit herabsetzt, daß ein Teil des Polymers bzw. des Kondensationsproduktes von dem zu reinigenden Gegenstand abtropfen kann und

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daß andererseits ein chemischer Prozess stattfindet, in dessen Verlauf der überhitzte Wasserdampf eine Umkehrung der Polymerisationsreaktion herbeiführt, wobei Monomere und andere Bestandteile entstehen, die von der Dampfströmung mitgerissen werden.

Erfindungsgemäß läßt man vorzugsweise einen Teil des überhitzten Wasserdampfes in einem geschlossenen Gefäß zirkulieren, wobei der Wasserdampf dazu dient, die zu reinigenden Gegenstände auf eine Temperatur zu erwärmen, die über der Schmelztemperatur des Polymers liegt, jedoch so niedrig ist, daß keine Schädigung der z.u reinigenden Gegenstände eintritt, die von dem Wasserdampf auch auf ihrer Temperatur gehalten werden. Dabei wird der Druck im Inneren des Gefäßes gerade hoch genug gewählt, um zu verhindern, daß Luft aus der Umgebung in Kontakt mit den zu reinigenden Gegenständen gelangt, so daß in vielen Fällen ein gegenüber dem Atmosphärendruck nur geringfügig erhöhter Druck ausreicht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Apparatur bzw. eines Systems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in der Zeichnung gezeigte Apparatur 12 umfasst ein Gehäuse bzw. ein Gefäß 14, dessen Inneres eine Kammer

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2 8 bildet, die durch eine im Betrieb durch eine Verschlußplatte 24 bzw. eine Türe verschlossene Gehäuseöffnung zugänglich ist. Ferner sind ein Kocher bzw. eine Dampfquelle 16, ein Überhitzer 18, ein Umwälzgebläse 20 und ein Kondensattank 22 vorgesehen. Eingezeichnete Pfeile zeigen die Strömungsrichtung des Wasserdampfes und des überhitzten Wasserdampes an verschiedenen Stellen des Systems an.

Das Gefäß 14 ist vorzugsweise ein isolierter horizontaler Stahlzylinder, dessen eines Ende fest verschlossen ist und dessen anderes Ende durch die Türe 24 verschlossen ist. Außerhalb des Gefäßes sind normalerweise vor der Türe 24 geeignete Transporteinrichtungen, beispielsweise mit Transportwagen (nicht dargestellt), montiert, um einen geeigneten Träger 26 mit den zu reinigenden Gegenständen zu beschicken, vor. denen in der Zeichnung nur ein Gegenstand 30 dargestellt ist und die vorzugsweise in der Kammer 28 so angeordnet werden, daß ihre mit dem Kondensationsprcdukt bzw. dem Polymer beschichteten Oberflächen von der Wasserdampfströmung intensiv umströmt werden.

Die Dampfquelle 16 kann in üblicher"Weise ausgebildet sein und liefert pro Zeiteinheit eine vorgegebene Dampfmenge über eine Leitung 32 in eine längliche, den Überhitzer 18 umgebende Kammer 34. Der Dampf aus der Dampfquelle 16 strömt in der Kammer 34 an dem Überhitzer.18 vorbei und gelangt über ein Verbindungsrohr 36 in die Kammer 28 bzw. in das Innere des Gehäuses 14. Der

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Dampf durchströmt die Kammer 2 8 und verlässt diese über eine Auslaßleitung 38, die zu dem Umwälzgebläse 20 führt, Dabei wird ein Teil des Dampfes über eine von der Auslaßleitung 38 abzweigende Leitung 40 mit einem offenen Ende 42 in den Kondensattank 22 geleitet, wobei dafür gesorgt wird, daß das Leitungsende 4 2 in dem Kondensat bzw. im Wasser 44 um eine Strecke h, vorzugsweise in der Größenordnung von 30 cm, unter dem Flüssigkeitspiegel liegt.

Mit dem Boden des Gefäßes 14 ist über ein Rohr 48 ein metallischer Auffangbehälter 46 mit einer Türe 50 verbunden und so angeordnet, daß das vom Gegenstand 30 abtropfende geschmolzene Polymer darin gesammelt wird, nachdem es durch den vorzugsweise als Gitter ausgebildeten Träger 2 6 hindurchgetropft ist und von einer Tropfwanne 51 mit schrägen Seitenwänden zu dem Rohr 48 gelenkt wurde. Das geschmolzene Material 52 sammelt sich in dem Behälter 46, aus dem es bequem entnommen werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die zu reinigenden Gegenstände 30 zunächst auf dem Träger 26 in die Kammer 2 8 eingebracht. Anschließend wird die Türe 24 dichtend verschlossen. Nunmehr wird die Dampfquelle 16 beheizt und das Gebläse 20 eingeschaltet. Wenn die Dampferzeugung einsetzt, tritt der Dampf über die Leitung 32 in die Kammer 34 ein und gelangt dann über das Rohr 36 in die Kammer 32 und von dort über die Auslaßleitung 36 zu dem Gebläse 2 0 und wieder zurück in die

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Kammer 34. Gleichzeitig tritt ein Teil des Dampfes aus der Auslaßleitung 38 in die abzweigende Leitung 40 ein und verlässt deren Ende 42 unterhalb der Wasseroberfläche. Der Bruchteil des Dampfes, welcher über die abzweigende Leitung 40 abfließt, ist dabei eine Funktion der an der Dampfquelle 16 erzeugten Dampfraege.

Wenn das Umwälzgebläse 2 0 eingeschaltet ist, wird die zunächst in der Kammer 2 8 vorhandene Luft teilweise von dem über die abzweigende Leitung austretenden Dampf mitgerissen, so daß die Luft in der Kammer 28 allmählich durch Dampf ersetzt wird.

Der Überhitzer 18 wird eingeschaltet, wenn der Dampfdruck in dem System auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist, so daß nunmehr die Temperatur des umgewälzten Dampfes zunehmend ansteigt, bis der Dampf schließlich vom gesättigten Zustand in den überhitzten Zustand überführt wird. Da das System nahezu mit Atmosphärendruck arbeitet, erfolgt dieser Übergang bei einer Temperatur von etwa 100⁰C. Der überhitzte Wasserdampf wird kontinuierlich weiter umgewälzt, wobei seine Temperatur ansteigt und schließlich einen vorgegebenen Wert in dem Bereich zwischen 170 und 400⁰C erreicht. Für typische Kondensationspolymere bzw. Kondensationsprodukte wird die Schmelztemperatur dabei etwa am unteren Ende des Temperaturbereichs erreicht, während innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs die Hydrolyse mit hoher Geschwindigkeit fortschreitet.

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«tfenn das Polymer die Schmelztemperatur erreicht, fließt es von dem Gegenstand 30 ab und fällt unter dem Einfluß der Schwerkraft in die Tropfwanne 51 und von dort durch das Rohr 48 in den Behälter 46. Da der Behälter 46 thermisch gegenüber der Kammer 2 8 relativ gut isoliert ist und nicht direkt von dem überhitzten Wasserdampf durchströmt wird, liegt seine Temperatur unterhalb der Temperatur der Kammer 28 und ist typischerweise niedrig genug, um ein Erstarren des abgetropften Polymers 52 zu gestatten, welches somit nicht mehr an der Reaktion teilnimmt und später entfernt werden kann.

Da die Heizquelle für die zu reinigenden Teile 30 beim Ausführungsbeispiel nur durch die Viasserdampf strömung gebildet wird, ist die Temperatur an der Oberfläche der Polymerbeschichtung der Gegenstände 30 am höchsten, so daß dort durch den Kontakt mit dem Wasserdampfstrom eine schnelle Hydrolyse stattfindet. Dabei sorgt die kontinuierliche Relativbewegung zwischen dem Dampfstrom und der Oberfläche der Polymerbeschichtung dafür, daß für die Hydrolysereaktion ständig frischer Wasserdampf zur Verfügung steht. Da das geschmolzene Polymer außerdem fließt und von den Oberflächen der Gegenstände abtropft, werden die dem Dampf ausgesetzten Oberflächen ständig "erneuert", wobei nit der Dampfströmung Polymermaterial in Kontakt gebracht wird, welches bisher noch nicht an der Reaktion teilgenommen hatte.

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Der Dampf mit den Reaktionsprodukten der Hydrolyse gelangt nach Verlassen der Kammer 28 in die Auslaßleitung 38, von wo ein Teil der Strömung durch das Umwälzgebläse 20 wieder in die Kammer 34 und über die Leitung 36 schließlich wieder in die Kammer 28 gelangt. Ein anderer Teil der Strömung wird jedoch über die abzweigende Leitung 40 abgeführt. In dem Wasser 44, welches das Leitungsende 42 umgibt, werden dabei erhebliche Teile der Reaktionsprodukte abgeschieden.

Nach einer ausreichend langen Betriebszeit wird der Überhitzer 18 abgeschaltet, und es beginnt ein Abkühlzyklus. Während dieses Abkühlzyklus arbeiten die Dampfquelle 16 und das Gebläse 20 vorzugsweise so lange weiter, bis die Temperatur des Wasserdampfes auf eine unterhalb der Schmelztemperatur für das Polymer liegende Temperatur abgesunken ist, so daß die Gegenstände 30 sicher entnommen werden können. Schließlich werden auch die Dampfquelle und das Gebläse abgeschaltet, und die gereinigten Gegenstände 30 werden durch die Tür 2 4 entnommen.

Bei dem beschriebenen Verfahren hat der überhitzte Viasserdampf drei verschiedene Funktionen. Erstens dient der Viasserdampf als Wärmetransportmedium zum Erwärmen der beschichteten Gegenstände 30 auf die gewünschte Temperatur, wobei die ständige Relativbewegung für eine gleichmäßige Erwärmung sorgt. Zweitens dient der überhitzte Wasserdampf als Reinigungs- und Schutzgas und verhindert einen Kontakt der erhitzten, beschichteten

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Gegenstände 30 mit der Umgebungsluft, wodurch die Oxidation auf ein Minimum reduziert wird. Drittens bildet der Viasserdampf ein Reagenz für das Hycrolyseverfahren.

Ausgehend von dem beschriebenen Beispiel sind Änderungen und Ergänzungen möglich, ohne daß dabei der Grundgedanke der Erfindung verlassen werden müsste. Beispielsweise können Thermostatsensoren installiert werden, um die Temperaturen an verschiedenen Punkten des Systems zu überwachen. Weiterhin können Zeitgeber vorgesehen v/erden, mit deren Hilfe das Ein- und Abschalten der Dampfquelle 16, des Überhitzers 18 und des Gebläses 20 nicht nur in Abhängigkeit von der Betriebszeit, sondern auch in Abhängigkeit von der Temperatur in der Kammer 28 gesteuert werden kann. Weiterhin kann die Druckhöhe h des Wassers im Kondensattank 22 variiert werden, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß der Druck im System nicht wesentlich über den Atmosphärendruck ansteigt. £s soll also ein Druck von typischerweise etwa 1 Bar aufrechterhalten werden. Weiterhin können Ventileinrichtungen vorgesehen werden, welche die Strömung zu. der Auslaßleitung so begrenzen, daß der gewünschte Druck im System aufrechterhalten wird. 3ei einer Druckhöhe h von 30 cm ergibt sich ein Druckanstieg von nur etwa 0,03 Bar. Je nach den Eigenschaften des Kondensationsproduktes kann mit angepassten Betriebstemperaturen gearbeitet werden.

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 1-3 C D 70OO STUTTGART I

A 45 554 b Anmelder: Beringer Co., Inc. k - 176 Beringer Way

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USA

Patentansprüche

.) Verfahren zum Entfernen einer Beschichtung aus einem durch Hydrolyse zersetzbaren Kondensationsprodukt von der Oberfläche eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

man bringt den Gegenstand in das Innere eines geschlossenen Gefäßes;

man entfernt die Luft aus dem Inneren des Gefäßes, indem man Dampf in das Gefäß hinein- und durch dieses hindurchströmen läßt und man unterwirft das Kondensationsprodukt einer Hydrolyse, indem man überhitzten Wasserdampf mit einer zum Schmelzen der Beschichtung ausreichenden Temperatur in das Gefäß hinein-, an der beschichteten Oberfläche entlang- und durch das Gefäß hindurchströmen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den überhitzten Wasserdampf auf einem Druck von weniger als etwa 1 Bar hält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtung solange auf einer deutlich unter ihrem Schmelzpunkt liegenden Temperatur hält,

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bis die Luft aus dem Inneren des Gefäßes im wesentlichen vollständig ausgetrieben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wasserdampftemperatür auf einem ausreichend hohen Wert hält, um unter dem Einfluß der Schwerkraft ein Abropfen des geschmolzenen Kondensationsproduktes von der beschichteten Oberfläche des Gegenstandes herbeizuführen, so daß ständig neue Oberflächenbereiche der Beschichtung der Hydrolysereaktion unterworfen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man den aus dem Gefäß ausströmenden Wasserdampf in einem Flüssigkeitsbehälter unterhalb des darin vorhandenen Flüssigkeitsspiegels austreten läßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der zamindest überwiegenden Entfernung der Beschichtung die Wasserdampftemperatur schrittweise auf eine unterhalb der Schmelztemperatur der Beschichtung liegende Temperatur absinken läßt und dabei eine ausreichend starke Dampfströmung aufrechterhält, um das Eindringen von Luft in das Innere des Gefäßes zu verhindern.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den aus dem Inneren des Gefäßes austretenden Wasserdampfstrom in eine den Prozess verlassende Strömung und in eine in den Prozess zurückzuführende Strömung aufteilt.