DE4424779C2

DE4424779C2 - Process for degassing polymer melts

Info

Publication number: DE4424779C2
Application number: DE4424779A
Authority: DE
Inventors: Norbert Lowin; Hans-Dieter Schenke
Original assignee: Battenfeld Extrusionstechnik GmbH
Current assignee: Battenfeld Extrusionstechnik GmbH
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2014-07-15
Also published as: DE4424779A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entgasen von Polymerschmelzen, insbesondere für die kontinuierliche Weiterver arbeitung,
wobeiThe invention relates to a method for degassing polymer melts, in particular for continuous processing,
in which

- a solid plastic to be processed from one Plasticizing unit is melted,
- A liquid additive is added to the plastic and
- The mixture of melted plastic and additive is degassed in a vacuum zone using a vacuum system is connected in the by means of a liquid ring pump a negative pressure is generated.

Entgasungsverfahren und Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind insbesondere in der Extrusionstechnik bekannt und werden dort eingesetzt.Degassing processes and devices of the generic type are especially known in extrusion technology and are there used.

Kunststoffgranulat wird in einer Plastifiziereinheit aufgeschmolzen und - bei Bedarf entsprechender Eigenschaften des fertigen Kunststoffprodukts - mit flüssigen Additiven (z. B. Weichmachern) versetzt. Die so entstandene Polymerschmelze beinhaltet in ihrem Inneren nach dem Aufschmelzen gasförmige Einschlüsse und flüssige Stoffe in Lösung, die das Fertigprodukt in seiner Qualität negativ beeinflussen würden, wenn die Schmelze in dieser Form verarbeitet werden würde; gerade bei der Herstellung von Kunststoffolien würden sich Einschlüsse sehr unan genehm bemerkbar machen. Daher schließt sich meist im Anschluß an das Aufschmelzen des Kunststoffs und der Vermischung mit dem flüssigen Additiv ein Entgasungsprozeß in einer Vakuumzone an, bevor die Schmelze über eine Austrageinheit ausgebracht wird. Plastic granulate is melted in a plasticizing unit and - if necessary corresponding properties of the finished plastic product - mixed with liquid additives (e.g. plasticizers). The so The resulting polymer melt contains inside after the Melting gaseous inclusions and liquid substances in solution that would adversely affect the quality of the finished product if the melt would be processed in this form; especially with the Manufacture of plastic sheeting would be very unreliable make it noticeable. Therefore usually follows melting the plastic and mixing it with the liquid additive before a degassing process in a vacuum zone the melt is applied via a discharge unit.

Zu diesem Zweck wird eine Vakuumanlage eingesetzt, die mit der Entgasungszone (Vakuumzone) in Verbindung steht. In der Vakuumanlage erzeugt eine Pumpe einen Unterdruck, der durch entsprechende Rohrleitungen auf die Vakuumzone wirken kann und so bewerkstelligt, daß störende Gase aus der Schmelze abgezogen werden. Ziel der Entgasung ist es ferner, Wasser (in Form von Wasserdampf) und nichtvernetzte Kunststoffmoleküle (Restmonomere) aus der Schmelze zu entfernen. Als Pumpe hat sich hier die Flüssigkeitsringpumpe bewahrt, eine Pumpe also, die auf Basis hydrodynamischer Effekte unter Einsatz von Wasser den Unterdruck erzeugt. Solche Vakuumpumpen sind in der Firmenschrift der Firma SIEMENS "Ausführung und Anwendungs bereich von ELMO-Vakuumpumpen", 1961, beschrieben.For this purpose, a vacuum system is used, which with the Degassing zone (vacuum zone) is connected. In the Vacuum system creates a vacuum created by a pump corresponding pipes can act on the vacuum zone and so manages that disruptive gases are withdrawn from the melt. The aim of the degassing is also water (in the form of water vapor) and non-crosslinked plastic molecules (residual monomers) from the melt remove. The liquid ring pump has been preserved here as a pump, a pump that uses hydrodynamic effects created the negative pressure of water. Such vacuum pumps are in the SIEMENS company lettering "Execution and application range of ELMO vacuum pumps ", 1961.

Zwecks Verleihung entsprechender Eigenschaften des Kunststoff- Fertigprodukts wird als flüssiges Additiv häufig ein Weichmacher eingesetzt; dies ist insbesondere bei der PVC-Verarbeitung der Fall, wenn weiches PVC produziert werden soll. Der Anteil an Additiv ist dabei häufig so hoch, daß es im Bereich der Flüssigkeitsringpumpe mit ausgeschieden wird. Dies resultiert aus dem sehr geringen Dampfdruck der üblicherweise verwendeten Weichmacher, da die zu kondensierenden Weichmacherdämpfe im Bereich eines hierfür üblicherweise eingesetzten Kondensators nicht vollständig kondensiert werden können; die Reste der Weichmacherdämpfe kondensieren erst im Wasserring.For the purpose of imparting appropriate properties of the plastic The finished product often becomes a plasticizer as a liquid additive used; this is particularly the case with PVC processing if soft PVC is to be produced. The proportion of additive is included often so high that it is in the area of the liquid ring pump is eliminated. This results from the very low vapor pressure of the plasticizers commonly used because the ones to be condensed Plasticizer vapors in the range usually used for this Condenser cannot be fully condensed; the remains of Plasticizer vapors only condense in the water ring.

Daraus ergeben sich verschiedene Nachteile: Zunächst wird Additiv der Schmelze entzogen und geht so verloren; es muß also zusätzlich Additiv dem Prozeß wieder zugeführt werden, um die gewünschten Kunststoffeigenschaften zu erzielen.This results in various disadvantages: First, the additive is the The melt is withdrawn and is thus lost; So there must be additional additive be fed back to the process to the desired To achieve plastic properties.

Weiterhin kommt es dazu, daß ausgeschiedenes Additiv im Bereich der Flüssigkeitsringpumpe mit Wasser reagiert, wobei sich Verharzungen (Verklumpungen) bilden, die die Laufzeit der Pumpe negativ beein flussen. Die Verharzungen stellen eine höhere mechanische Belastung der Flüssigkeitsringpumpe dar, wodurch die Lebensdauer verschiedener Bauteile erheblich verkürzt wird. Der Reinigungs- und Wartungsaufwand steigt erheblich, und Maschinenausfälle sind von Zeit zu Zeit unvermeidlich. Furthermore, there is an excreted additive in the range of Liquid ring pump reacts with water, causing resinification (Clumps) that negatively affect the running time of the pump rivers. The resinification places a higher mechanical load the liquid ring pump, which increases the lifespan of various Components is significantly shortened. The cleaning and maintenance effort increases significantly, and machine failures are from time to time inevitable.

Schließlich treten Problem mit der Entsorgung des Gebrauchswassers der Flüssigkeitsringpumpe auf: Da sich im Wasser auch Weichmacheröl befindet, ist eine spezielle und teure Entsorgung erforderlich.Finally, there is a problem with the disposal of the process water the liquid ring pump: Because there is also softening oil in the water special and expensive disposal is required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Entgasung von Schmelzen zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet; es soll also primär die Wirtschaftlichkeit des Prozesses verbessert werden, indem kein höherer Verbrauch an Weichmachern entsteht, die erforderliche Flüssigkeitsringpumpe eine höhere Lebensdauer erlangt und die Entsorgungsprobleme beseitigt werden.The invention is therefore based on the object of a method for to provide degassing of melts that avoids these disadvantages; it is primarily intended to improve the economics of the process by not increasing the consumption of plasticizers that required liquid ring pump achieves a longer service life and the disposal problems are eliminated.

Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe (6) das dem Kunststoff zugegebene flüssige Additiv (3) eingesetzt wird und das aus der Vakuumanlage (5) abgeschiedene flüssige Additiv dem Produktionsprozeß wieder zugeführt wird. Vorzugsweise ist das flüssige Additiv (3) ein Weichmacheröl.The solution to the problem by the invention is characterized in that the liquid additive ( 3 ) added to the plastic is used as the operating liquid of the liquid ring pump ( 6 ) and the liquid additive separated from the vacuum system ( 5 ) is returned to the production process. The liquid additive ( 3 ) is preferably a plasticizing oil.

Statt üblicherweise Wasser wird als Betriebsflüssigkeit der Pumpe also das Weichmacheröl selbst eingesetzt; das abgeschiedene Additiv wird dann wieder dem eigentlichen Kunststoffverarbeitungsprozeß zugeführt. Es hat sich dabei überraschenderweise gezeigt, daß - wenn das Wasser der Flüssigkeitsringpumpe vollständig durch Weichmacheröl ersetzt wird - keine Verharzungen bzw. Verklumpungen entstehen, und so ein wartungsarmer Betrieb der Pumpe ermöglicht wird. Da nunmehr auch nur Öl selber als Betriebsstoff der Pumpe vorliegt, erübrigt sich auch die Entsorgung von mit Öl kontaminiertem Wasser.Instead of usually water, the pump is used as the operating fluid the emollient oil itself used; the deposited additive then fed back to the actual plastic processing process. It has surprisingly been found that - if the water the liquid ring pump is completely replaced by plasticizing oil - No gumming or clumping occur, and so one low-maintenance operation of the pump is made possible. Now there too only oil itself is available as the operating fluid for the pump, so there is no need for it Disposal of water contaminated with oil.

Dies gilt insbesondere deshalb, weil das aus der Vakuumanlage (5) abgeschiedene Additiv weiterverwendet wird. Dann nämlich wird das der Schmelze abgezogene Öl im Bereich der Flüssigkeitsringpumpe gesammelt und kann zum Weichmachen des Kunststoffs dem Prozeß erneut zugeführt werden.This applies in particular because the additive separated from the vacuum system ( 5 ) is used further. Then the oil withdrawn from the melt is collected in the area of the liquid ring pump and can be fed back to the process to soften the plastic.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform darge stellt. In the drawing, an embodiment of the invention is Darge poses.

Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer Kunststoffverarbeitungs anlage.The figure shows schematically the structure of a plastics processing investment.

Eine Plastifiziereinheit 2, die von einem Motor M angetrieben wird, wird über einen Einfülltrichter mit festem Kunststoff 1 versorgt. Dem Kunststoff wird ein flüssiges Additiv 3 (Weichmacher) beigegeben. Dies kann z. B. bereits im Bereich des Einfülltrichters geschehen; bei manchen Anwendungen kann die Vermischung von Kunststoff und Additiv aber auch extern schon vor der Eingabe in den Trichter erfolgen. Bei den zuzugebenden Additiven kann es sich um verschiedene chemische Rezepturen handeln (z. B. PVC-weichmachende Fettsäuren wie Dioctylphtalat (DOP), Dimethylphtalat (DMP), Phtalsäure oder epoxiertes Sojabohnenöl oder Fettalkohole wie Monomethylether).A plasticizing unit 2 , which is driven by a motor M, is supplied with solid plastic 1 via a filling funnel. A liquid additive 3 (plasticizer) is added to the plastic. This can e.g. B. already happen in the area of the hopper; in some applications, the plastic and additive can also be mixed externally before it is fed into the funnel. The additives to be added can be various chemical formulations (e.g. PVC-softening fatty acids such as dioctyl phthalate (DOP), dimethyl phthalate (DMP), phthalic acid or epoxied soybean oil or fatty alcohols such as monomethyl ether).

Die - nicht dargestellte - Plastifizierschnecke der Plastifiziereinheit 2 schmilzt, ggf. unter Mithilfe von Heizbändern, den Kunststoff auf und vermischt das Additiv mit ihm. Die Schmelze gelangt in eine Vakuumzone 4. Von dort aus gelangt sie - nach der Entgasung - in eine Austrageinheit 14, die ebenfalls von einem Motor M angetrieben wird.The plasticizing screw (not shown) of the plasticizing unit 2 melts the plastic, possibly with the aid of heating tapes, and mixes the additive with it. The melt enters a vacuum zone 4 . From there, after degassing, it arrives in a discharge unit 14 , which is also driven by a motor M.

In der Vakuumanlage 5 wird die Schmelze entgast. Hierzu ist eine Verbindungsrohrleitung (Entgasungsleitung) 15 vorhanden, die eine Verbindung zwischen der Vakuumzone 4 und der Vakuumanlage 5 herstellt. Ziel ist es dabei, die anfallenden Verunreinigungen im Extrusionsprozeß in möglichst konzentrierter Form zu selektieren und damit die Entsorgungskosten gering zu halten.The melt is degassed in the vacuum system 5 . For this purpose, there is a connecting pipeline (degassing line) 15 , which creates a connection between the vacuum zone 4 and the vacuum system 5 . The aim is to select the contaminants in the extrusion process in the most concentrated form possible and thus to keep the disposal costs low.

Das aus dem Extrusionsprozeß stammende und zu kondensierende Gas wird zunächst über die Leitung 15 zu einem Feststoffabscheider 16 geführt, in dem grobe Verunreinigungen und Restmonomere (Oligomere) abgetrennt werden. In einem Kondensatabscheider 17 werden dampfförmige Bestandteile des Gases kondensiert und anschließend in einem Kondensatsammelgefäß 18 aufgefangen (Flüssigkeit F). An den entsprechenden Stellen (zwischen Abscheider 17 und Auffangbehälter 18 sowie unterhalb des Behälters 18) sind Ventile vorgesehen, die ggf. automatisch gesteuert werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. The gas originating from the extrusion process and to be condensed is first led via line 15 to a solids separator 16 , in which coarse impurities and residual monomers (oligomers) are separated off. Vapor components of the gas are condensed in a condensate separator 17 and then collected in a condensate collection vessel 18 (liquid F). At the corresponding points (between the separator 17 and the collecting container 18 and below the container 18 ), valves are provided which, if necessary, are automatically controlled in order to ensure proper operation.

Vom Kondensatabscheider 17 führt eine Rohrleitung zu einer Flüssigkeitsringpumpe 6, die von einem Motor M angetrieben wird. Der Flüssigkeitsring der Vakuumpumpe 6 dient zur Erzeugung des Unter drucks. Voraussetzung für ein einwandfreies Funktionieren der Flüssigkeitsringpumpe 6 ist ein konstantes Flüssigkeitsniveau H im Vorlagebehälter 7.A pipeline leads from the condensate separator 17 to a liquid ring pump 6 , which is driven by a motor M. The liquid ring of the vacuum pump 6 is used to generate the negative pressure. A prerequisite for the proper functioning of the liquid ring pump 6 is a constant liquid level H in the reservoir 7 .

Erfindungsgemäß wird die Flüssigkeitsringpumpe 6 mit dem dem Kunststoff 1 zugeführten flüssigen Additiv 3 betrieben. D. h. im Vorlagebehälter 7 befindet sich nicht Wasser, sondern das flüssige Additiv 3.According to the invention, the liquid ring pump 6 is operated with the liquid additive 3 supplied to the plastic 1 . That is, There is not water in the storage container 7 but the liquid additive 3 .

Selbstverständlich sind alle Maschinenelemente, insbesondere die Dichtungen, so auszulegen bzw. auszuwählen, daß sie resistent gegen die verwendeten Weichmacheröle sind.Of course, all machine elements, especially those Seals to be designed or selected so that they are resistant to the plasticizer oils used.

Da im jetzt vorliegenden Falle jedoch keine Kombination Wasser- Weichmacheröl mehr auftreten kann, gibt es keinerlei chemische Reaktionen mehr, die zu Verklumpungen führen und so die Funktions weise der Pumpe beeinträchtigen könnten.However, since in the present case no combination of water There is no chemical More reactions that lead to clumping and so the functional could affect the pump.

Aus dem Vorlagebehälter 7, der mit der Flüssigkeitsringpumpe 6 in Verbindung steht, können gasförmige Bestandteile (Gas G) abgeführt werden. Die flüssigen Bestandteile, die jetzt jedoch nur noch aus abgeschiedenem Weichmacheröl bestehen, können indes über eine Rohrleitung in ein Sammelgefäß 19 gelangen. Von dort aus wird das Additiv wieder gesteuert und gezielt dem Produktionsprozeß zugeführt (s. gestrichelte Linie zwischen Sammelgefäß 19 und Gefäß für das flüssige Additiv 3). Mithin entfallen die vormals nicht unerheblichen Entsorgungskosten für ölverschmutztes Wasser völlig, da es zu einer Wiederverwendung des ausgeschiedenen Öles kommt.Gaseous constituents (gas G) can be removed from the storage container 7 , which is connected to the liquid ring pump 6 . The liquid constituents, which however now only consist of separated plasticizing oil, can, however, reach a collecting vessel 19 via a pipeline. From there, the additive is controlled again and fed specifically to the production process (see dashed line between the collecting vessel 19 and the vessel for the liquid additive 3 ). As a result, the previously not inconsiderable disposal costs for oil-contaminated water are completely eliminated, as the rejected oil is reused.

Eine Variation der erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin, daß auf den Kondensatabscheider 17 (und das Kondensatsammelgefäß 18) völlig verzichtet wird. Wenn es gelingt, durch entsprechende Auslegung des Feststoffabscheiders 16 zu bewerkstelligen, daß bereits dort Wasser dämpfe kondensiert und störende Feststoffe abgesondert werden, kann die Abscheidung von Liquid (vornehmlich Weichmacheröl) auf den Bereich der Flüssigkeitsringpumpe 6 beschränkt werden. Hieraus ergibt sich eine Möglichkeit für weitere Kostensenkungen durch Einsparungen an Aggregaten.A variation of the embodiment according to the invention is that the condensate separator 17 (and the condensate collection vessel 18 ) is completely dispensed with. If it is possible, by appropriate design of the solids separator 16, to ensure that water vapors are condensed there and disruptive solids are separated, the separation of liquid (primarily plasticizer oil) can be restricted to the area of the liquid ring pump 6 . This results in a possibility for further cost reductions through savings on aggregates.

Für das Aufrechterhalten der Höhe des Flüssigkeitsniveaus H im Vorlagebehälter 7 ist eine Regelung 8 vorgesehen, die in bekannter Weise arbeitet: Sofern die Füllhöhe H unter das Soll-Niveau absinkt, kann über ein von einem Regelelement 13 gesteuertes Ventil 10 flüssiges Additiv aus einem Vorratsbehälter 9 in den Vorlagebehälter 7 nachgefüllt werden. Ist der Füllstand zu hoch, kann über das ebenfalls vom Regelelement 13 angesteuerte Ventil 11 Flüssigkeit aus dem Vorlagebehälter 7 in das Sammelgefaß 19 abgelassen werden. Die Information über die aktuelle Höhe des Füllstandes im Vorlagebehälter 7 erhält das Regelelement 13 über den Füllstandsanzeiger 12. Alternativ kann auch vorgesehen werden, daß das aus dem Vorratsbehälter 9 benötigte Additiv direkt aus dem Behälter für das flüssige Additiv 3 stammt, der Behälter für das flüssige Additiv 3 wird dann also auch zum Vorratsbehälter 9.To maintain the height of the liquid level H in the storage container 7 , a control 8 is provided which works in a known manner: if the filling height H drops below the target level, a valve 10 controlled by a control element 13 can be used to add liquid additive from a storage container 9 be refilled in the storage container 7 . If the fill level is too high, liquid can also be drained from the reservoir 7 into the collecting vessel 19 via the valve 11, which is also controlled by the control element 13 . The control element 13 receives the information about the current level of the fill level in the storage container 7 via the fill level indicator 12 . Alternatively, it can also be provided that the additive required from the storage container 9 comes directly from the container for the liquid additive 3 , the container for the liquid additive 3 then also becomes the storage container 9 .

Im langfristigen Durchschnitt wird stets Weichmacheröl aus der Schmelze abgezogen, so daß sich ein Überschuß im Sammelbehälter 19 ergibt, der wieder der Produktion zur Verfügung steht.On a long-term average, plasticizer oil is always withdrawn from the melt, so that there is an excess in the collecting container 19 , which is available again for production.

BezugszeichenlisteReference list

1 fester Kunststoff
2 Plastifiziereinheit
3 flüssiges Additiv
4 Vakuumzone
5 Vakuumanlage
6 Flüssigkeitsringpumpe
7 Vorlagebehälter
8 Niveauregelung
9 Vorratsbehälter
10, 11 Ventile
12 Füllstandsanzeiger
13 Regelelement
14 Austrageinheit
15 Verbindungsrohrleitung (Entgasungsleitung)
16 Feststoffabscheider
17 Kondensatabscheider
18 Kondensatsammelgefäß
19 Sammelgefäß für flüssiges Additiv
M Motor
F Flüssigkeit
G Gas
H Höhe des Flüssigkeitsniveaus im Vorlagebehälter 7 1 solid plastic
2 plasticizing unit
3 liquid additive
4 vacuum zone
5 vacuum system
6 liquid ring pump
7 storage containers
8 level control
9 storage containers
10 , 11 valves
12 level indicators
13 control element
14 discharge unit
15 connecting pipeline (degassing line)
16 solids separators
17 condensate separator
18 condensate collector
19 Collection container for liquid additive
M engine
F liquid
G gas
H Height of the liquid level in the storage container 7

Claims

1. Process for degassing polymer melts, especially for continuous processing,
in which

- a solid plastic ( 1 ) to be processed is melted by a plasticizing unit ( 2 ),
- A liquid additive ( 3 ) is added to the plastic and
- The mixture of melted plastic and additive is degassed in a vacuum zone ( 4 ) which is connected to a vacuum system ( 5 ) in which a vacuum is generated by means of a liquid ring pump ( 6 ),

characterized,
that the liquid additive ( 3 ) added to the plastic is used as the operating liquid of the liquid ring pump ( 6 ) and
the liquid additive separated from the vacuum system ( 5 ) is returned to the production process.

2. The method according to claim 1, characterized in that the liquid additive ( 3 ) is a plasticizing oil.