DE69312079T2 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von flüssigem polysiloxan und dessen anwendung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von flüssigem Polysiloxan, das Verunreinigungen als niedermolekulare Fraktion enthält, durch Verdampfen der niedermolekularen Fraktion.
• Ein solches Verfahren zur Reinigung von Polysiloxan ist in der US-Patentschrift 2,834,754 offenbart. In diesem Fall wird verunreinigtes Polysiloxan in einem Mischer bei einer Temperatur von 75-175ºC geknetet, während ständig Gas ("Abstreifgas") zu dem gekneteten Material geleitet wird. Dieses entfernt flüchtige Bestandteile, die in dem Polysiloxan als Ergebnis der Synthese vorhanden sind. Dieses bekannte Verfahren ergibt jedoch ein Produkt, dessen Reinheit noch zu wünschen übrig läßt, d.h. das gereinigte Produkt enthält für bestimmte Anwendungen noch eine zu große Menge niedermolekulare Bestandteile.
• Die US-Patentschrift 4,933,432 beschreibt ein Verfahren zum Reduzieren der Menge oligomerer Siloxane, die als Verunreinigung in einem Polysiloxan vorhanden sind, wobei das Polysiloxanprodukt bei diesem Verfahren in eine organische Flüssigkeit eingetaucht wird, in der die oligomeren Siloxane tatsächlich löslich sind, aber nicht das Polysiloxan, woraufhin das eingetauchte Produkt Ultraschallschwingungen ausgesetzt wird und das eingetauchte Produkt dann aus der Flüssigkeit entfernt wird. Das Polysiloxanprodukt ist ein geformtes Produkt aus sogenanntem Silikonkautschuk. Bei der Einleitung zu der zuletzt genannten US-Patentschrift werden Anwendungen von Silikonkautschukprodukten erwähnt, bei denen das Problem der unerwünschten Wirkung von Verunreinigungen, die von der Synthese des Polysiloxans herstammen, auftreten kann. Bei Anwendungen in elektrischen Geräten, zum Beispiel als Dichtungsmaterial in Schaltkasten, tritt das Problem auf, daß niedermolekulare Komponenten bei der Verwendung oder mit der Zeit aus dem Polysiloxan verdampfen und sich auf Komponenten absetzen können, die elektrisch leitend sein sollten. Obwohl Polysiloxan an sich ein ideales Dichtungsmaterial ist, hat das Phänomen des Verdampfens und Sich-Wiederabsetzens von niedermolekularem Material auf elektrischen Komponenten eine nachteilige Wirkung auf die Lebensdauer des elektrischen Geräts, zum Beispiel eines Schalters.
• Die US-Patentschrift 4,356,116 offenbart ein Verfahren zum Entfernen flüchtiger Stoffe aus Polysiloxanen durch Erhitzen dieses Materials auf eine Temperatur von wenigstens 200ºC im Vakuum während wenigstens 5 Minuten. Dieses Verfahren ergibt eine von flüchtigen Stoffen befreite Raumtemperatur-Silikonzusammensetzung, wobei der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen 0,003 g/cm³ nicht überschreitet.
• Die US-Patentschrift 3,926,927 bezieht sich auf ein Verfahren zum Abziehen nicht umgesetzter Monomere aus einer Aufschlämmung von copolymerisiertem Acrylnitril. Gemäß dem Hauptanspruch sollte diese Aufschlämmung besondere Bedingungen in bezug auf den Feststoffgehalt erfüllen. Die Aufschlämmung wird abwärts durch eine Behandlungszone mit einer Abfolge von Oberflächen geführt, in denen jeweils Perforationen sind, durch die die Aufschlämmung abwärts auf die nächste Oberfläche in der Abfolge fließen kann. Dampf wird im Gegenstrom zu der Aufschlämmung nach oben durch die Perforationen gepreßt, um nicht umgesetzte Monomere aus der Aufschlämmung abzuziehen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes wird in einer besonderen Weise gesteuert. Bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit fließt die Aufschlämmung nicht nach unten durch die Perforationen. Diese Zeit dauert 5-15 Sekunden. Nach dieser Zeit wird die Dampfströmung so gesteuert, daß die Aufschlämmung nach unten durch die Perforationen fließt. Diese Zeit dauert 1-10 Sekunden.
• Polysiloxane oder Silikone sind synthetische organische Siliciumoxidverbindungen, die aus den Elementen Silicium, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Sie werden als Schmiermittel, Hydraulikflüssigkeiten, wasserabweisend machende Mittel, Lacke und synthetische Kautschuke verwendet. Silikone sind chemisch inert und bei hohen Temperaturen äußerst stabil. Die Synthese vieler linearer und cyclischer Polysiloxane durch Hydrolyse, Polykondensation und Polymerisation ist vom Stand der Technik her bekannt. Polysiloxane eignen sich für elektrische Anwendungen und Vakuumanwendungen und auch für Anwendungen in der Textil-, Papier-, Kautschuk- und Bekleidungsindustrie. Wegen der inerten Eigenschaften und der fehlenden Toxizität werden Silikone auch für medizinische Zwecke verwendet, zum Beispiel in Dentallabors (Prothesen) und für chirurgische Anwendungen. Ein vielfach verwendetes und allgemein bekanntes Siloxan ist Polydimethylsiloxan (PDMS), das eine sehr stabile Verbindung ist. Obwohl die Anwendung von Silikonen als Kautschuk wegen der relativ hohen Kosten beschränkt ist, empfiehlt sich ihre Verwendung in der Luftfahrt-, Raumfahrt- und Automobilindustrie. Silikone weisen über einen großen Temperaturbereich hinweg, zum Beispiel -74ºC bis 315ºC, wünschenswerte physikalische Eigenschaften auf.
• Aus der Literatur (vgl. zum Beispiel das oben genannte US-Patent 2,834,754) ist bekannt, daß Polysiloxanöle, zum Beispiel PDMS, nach der Synthese bis zu 10 Gew.-% flüchtige Komponenten (Oligomere und dergleichen) enthalten können. Diese flüchtigen Bestandteile umfassen im allgemeinen cyclische Verbindungen und Oligomere des Monomers. Die Hersteller liefern ihre Polysiloxanprodukte mit einer maximalen Abgabe flüchtiger Bestandteilen von 0,5-2 Gew.-% während 24 Stunden bei 150ºC.
• Bisher ist es nicht gelungen, ein adäquates Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus Polysiloxanen oder Silikonölen zu finden.
• Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Lösung für das oben angegebene Problem bereitzustellen, d.h. die Reinigung von Polysiloxanölen, das sind Silikone, die auch sogenannte reaktive Silikonöle umfassen. Reaktive Silikone enthalten funktionelle Gruppen, wie Hydroxygruppen.
• Es wurde gefunden, daß Verunreinigungen dadurch in effektiver Weise vollständig oder praktisch vollständig aus flüssigem Material des oben genannten Typs entfernt werden können, daß ein flüssiger Strom verunreinigten flüssigen Materials in Form eines Bündels mehrerer flüssiger Filamente oder Strahlen mit einer strömenden Gasphase in Kontakt gebracht wird, woraufhin der Gasstrom, der die Verunreinigungen enthält, entfernt und gereinigtes flüssiges Material aufgefangen wird.
• Die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vorhandenen flüssigen Filamente oder Strahlen umfassen auch Flüssigkeitsströme, die zum Beispiel durch einen Spalt oder einen schmalen Schlitz gebildet werden können; in diesem Fall entstehen Flüssigkeitsvorhänge. Während des Verfahrens der Erfindung wird die Gasphase vorzugsweise in einer solchen Weise entlang der flüssigen Filamente oder Strahlen geführt, daß die Filamente oder Strahlen so wenig wie möglich miteinander in Kontakt kommen. Es wurde gefunden, daß die dünnen Filamente oder Strahlen bei Verwendung eines leichten Unterdrucks in dem Raum, wo der Kontakt zwischen flüssiger Phase und Gasphase stattfindet, parallel zueinander bleiben und ein gegenseitiger Kontakt der flüssigen Filamente oder Strahlen daher vermieden wird.
• Die Behandlung nach dem Verfahren der Erfindung hat zur Folge, daß Gas aus der Gasphase in der flüssigen Phase absorbiert wird. Während der Reinigung von Silikonen kann 1-20% Gas in der flüssigen Phase absorbiert werden. Die flüssigen Filamente oder Strahlen, in denen Gas absorbiert ist, haben eine weiße Farbe und fallen als angenommene Schichten aufeinander. Gereinigtes Material bleibt auf ungereinigtem Material schwimmen. Als Ergebnis dieses Effekts wird einmal gereinigtes Material nicht mehr mit ungereinigtem Material, das eine höhere Dichte hat, kontaminiert.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung läßt man die Gasphase vorzugsweise in einer Richtung strömen, die im wesentlichen parallel zu der des Bündels flüssiger Filamente oder Strahlen ist. Bei diesem Verfahren erhält man einen innigen Kontakt zwischen Gasphase und flüssiger Phase. Insbesondere wird bei diesem Verfahren das Gegenstromprinzip verwendet, d.h. man läßt die Bündel flüssiger Filamente oder Strahlen von oben nach unten fließen, während der Gasstrom von unten nach oben geführt wird. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, eine geneigte und/oder quergerichtete Strömung zu verwenden, es sollte jedoch darauf geachtet werden, daß die flüssigen Filamente oder Strahlen nicht oder so wenig wie möglich miteinander in Kontakt kommen, um die Effizienz der Reinigung zu gewährleisten.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung verwendet man eine perforierte Platte oder ein Sieb, durch die bzw. durch das man ein flüssiges Material abwärts fließen läßt, so daß ein Bündel mehrerer flüssiger Filamente oder Strahlen entsteht. Ein Beispiel fur eine geeignete Anordnung einer perforierten Platte oder eines Siebs in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und verschiedene mögliche Ausführungsformen einer solchen Vorrichtung sowie ihre Komponenten sind unten beschrieben. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist jedoch gewiß nicht auf die Verwendung einer solchen speziellen Vorrichtung beschränkt.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem eine perforierte Platte oder ein Sieb verwendet wird, sind im allgemeinen 10 bis 1000 Öffnungen pro dm² in der Platte oder dem Sieb. Gleichzeitig beträgt die Viskosität des flüssigen Materials 5-1 000 000 Centistoke. Zur Erhöhung der Oberfläche der Flüssigkeit ist offensichtlich vorzugsweise ein Bündel mit so vielen unabhängigen flüssigen Filamenten wie möglich wünschenswert. Es wurde gefunden, daß ein Sieb mit zum Beispiel 100 bis 400 Öffnungen pro dm², insbesondere 200 Öffnungen pro dm², wobei der Durchmesser der Öffnungen z.B. 0,1 bis 20 mm, vorzugsweise 0,5 bis 12 mm, beträgt; bei einer Viskosität von 5-300 000 ganz zufriedenstellend zu sein scheint. Für höhere Viskositäten, d.h. von 3000-1 000 000 Centistoke, wird eine geringere Anzahl von Löchern verwendet.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem eine perforierte Platte oder ein Sieb verwendet wird, nehmen die Filamentdurchmesser schließlich alle wieder dieselben Werte an, die im allgemeinen je nach der Viskosität im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,4 mm liegen. Es wurde gefunden, daß der gegenseitige Abstand der Filamente (Mitte-zu Mitte) nicht kleiner als 7 mm sein darf, damit sie einander beim Fallen nicht berühren. Richtlinien für die Durchmesser der Löcher in der perflorierten Platte oder dem Sieb in Abhängigkeit von der Viskosität des flüssigen Materials können aus der folgenden Tabelle erhalten werden:
• Es wird darauf hingewiesen, daß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem eine perforierte Platte oder ein Sieb verwendet wird, wenigstens ein Teil des flüssigen Stroms, d.h. der oberste Teil davon, in Form von sich verjüngenden Filamenten vorliegt. Dies bedeutet, daß der Durchmesser oben, d.h. direkt unterhalb der perforierten Platte oder des Siebs, größer ist als der Durchmesser weiter stromabwärts in dem Bündel der flüssigen Filamente. Der Durchmesser des Strahls kann also im Mittel 0,03 bis 5 mm betragen, wobei der Strahl zum Beispiel oben 2 bis 5 mm und weiter unten, d.h. zum Beispiel 10 cm stromabwärts, zum Beispiel 0,03 bis 0,4 mm mißt.
• Die Länge des Bündels fließender flüssiger Filamente beträgt vorzugsweise wenigstens 10 cm, vorzugsweise wenigstens 40 cm, insbesondere 50 bis 70 cm, und wenigstens der unterste Teil der flüssigen Filamente hat einen Durchmesser von 0,03 bis 5 mm. Die Länge der flüssigen Filamente hängt von der verwendeten Temperatur, der Viskosität und dem Durchmesser der Filamente ab.
• Gemäß der Erfindung ist es möglich, übereinander angebrachte perforierte Platten oder Siebe zu verwenden, in welchem Fall als Ergebnis der kaskadenartigen Anordnung Bündel flüssiger Filamente, die von oben nach unten fließen, über eine oder mehrere zusätzliche perforierte Platten oder Siebe einen Sammeltank oder ein Reservoir für gereinigtes Polysiloxan erreichen.
• Die Dauer der Reinigungsbehandlung beträgt im allgemeinen 1-100 Stunden, insbesondere 3-40 Stunden, je nach der Temperatur, Viskosität und dem Durchmesser der flüssigen Filamente oder der Löcher in den perforierten Platten. Die Reinigungszeit kann reduziert werden, indem man die Zahl der perforierten Platten erhöht. Wenn die erforderliche Reinigungszeit zum Beispiel mit 2 Sieben 10 Stunden beträgt, beträgt die Reinigungszeit 5 Stunden, wenn 4 Siebe verwendet werden, zum Beispiel im gegenseitigen Abstand von 50 cm. Ein wichtiger Teil der Behandlungszeit läßt sich der Aufheizzeit des zu reinigenden flüssigen Materials zuschreiben, die sich auf 1-3 Stunden belaufen kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung fließt der flüssige Strom im Kreislauf, mit dem Ergebnis, daß jedes Mal wieder aus derselben Charge Bündel mehrerer flüssiger Filamente oder Strahlen gebildet werden. Als Ergebnis einer solchen Behandlung kann ein hoher Grad der Reinigung des Polysiloxans erreicht werden. Die Gasphase, die die flüchtigen Verunreinigungen mit sich nimmt, wird entfernt und über einen Kühler, in dem die flüchtigen Komponenten als Flüssigkeit kondensiert werden, in die Atmosphäre entlassen. Es ist jedoch auch möglich, die Gasphase im Kreislauf zu führen, vorzugsweise, nachdem die mitgeführten flüchtigen Komponenten kondensiert wurden. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann daher mit einem geschlossenen Flüssigkeits- und/oder Gaskreislaufsystem durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang ist das oben beschriebene Phänomen bei der Gasabsorption in dem zu reinigenden flüssigen Material von Bedeutung. Das gereinigte Material bleibt schließlich stets auf dem weniger reinen, bereits behandelten Material und sinkt in einer solchen Weise nach unten, daß kein Mischen mit Material erfolgt, das einem Reinigungsschritt weniger unterzogen wurde.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann der Flüssigkeitsstrom eine Temperatur von 0 bis 300ºC, vorzugsweise 50-200ºC, haben, und/oder die Gasphase hat vorzugsweise eine Temperatur von 10-300ºC, und die Dauer der Reinigungsbehandlung beträgt vorzugsweise 1-100 Stunden, am meisten bevorzugt 3-40 Stunden, und das Gas wird vorzugsweise unter einem Druck von 78 kPa (0,8 atm) bis Atmosphärendruck (98 kPa = 1 atm) gehalten. Selbstverständlich kann die Viskosität des Ausgangsmaterials reduziert werden, indem man seine Temperatur erhöht. Außerdem wurde gefunden, daß die Verdampfung der niedermolekularen Fraktion effizienter erfolgt, wenn die Flüssigkeit eine erhöhte Temperatur hat, zum Beispiel in dem bereits erwähnten Bereich, zum Beispiel im Bereich von 100-150ºC.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung hat die Gasphase im allgemeinen eine Temperatur von 10-300ºC, vorzugsweise 50-200ºC. Es gibt natürlich immer einen Wärmeaustausch zwischen Gasphase und Flüssigkeitsstrom, d.h. es ist möglich, zum Beispiel mit einem Gasstrom von Raumtemperatur zu beginnen, der entlang eines erhitzten Polysiloxanstroms geführt wird, wobei der Gasstrom bei diesem Vorgang maximal auf die Temperatur des Flüssigkeitsstroms erhitzt wird. Das Umgekehrte ist ebenfalls möglich: ein erhitzter Gasstrom heizt einen kälteren Flüssigkeitsstrom.
• Wie bereits gesagt wurde, herrscht in dem Raum, wo die Behandlung gemäß der Erfindung durchgeführt wird, ein leichter Unterdruck von zum Beispiel 4,9-14,7 kPa (0,05-0,15 atm). Dieser Unterdruck kann erreicht werden, indem man Gas aus dem Behandlungsraum absaugt. Die Gasphase kann aus Luft oder Inertgas bestehen. Wegen der geringen Kosten ist Stickstoff sehr geeignet. Im Falle der Reinigung von Silikonen wird besonders bevorzugt Kohlendioxid verwendet, da sich dieses Gas gut in dem zu reinigenden Material löst. Kohlendioxid löst sich ungefähr 10mal besser als Luft in Silikonen. Offensichtlich ist es unerwünscht, daß die Gasphase mit dem zu reinigenden Material reagiert, was die Reinheit des Materials beeinträchtigen würde.
• Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Reinigung von flüssigem Material, umfassend einen Behälter, der am Boden ein oben offenes Reservoir, wenigstens eine perforierte Platte oder ein Sieb, die bzw. das im wesentlichen horizontal ausgerichtet und oberhalb des Reservoirs angeordnet ist, sowie Verteilungseinrichtungen zum Zuführen von flüssigem Material auf die oberste perforierte Platte oder das oberste Sieb und Verteilen desselben über diese aufweist.
• Dieselben Angaben, die oben bereits im Falle des Verfahrens der Erfindung gemacht wurden, gelten in bezug auf die perforierte Platte oder das Sieb ebenfalls, d.h. die Angaben, die sich auf die Zahl der Öffnungen und deren Durchmesser beziehen. Die Öffnungen in der perforierten Platte können daher auch als Spalte oder Schlitze vorliegen.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die sich hervorragend zur Reinigung von Polysiloxan eignet, enthält im allgemeinen 1-10, vorzugsweise 2-5 perforierte Platten, wobei der gegenseitige Abstand der Platten vorzugsweise wenigstens 40 cm beträgt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Verteilungseinrichtungen zum Zuführen und Verteilen von flüssigem Material ein Verteilerrohr, das sich oberhalb der obersten Platte und im wesentlichen parallel zu dieser befindet, wobei das Verteilerrohr eine oder mehrere Austrittsöffnungen umfaßt, die in dessen Längsrichtung angeordnet sind. Mit Hilfe eines solchen Rohrs kann zu reinigendes flüssiges Material effizient zugeführt und über die oberste Platte verteilt werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein zweites Rohr um das Verteilungsrohr herum angeordnet, in dem Öffnungen angeordnet sind, die den Austrittsöffnungen des Verteilerrohrs entsprechen, wobei das zweite Rohr gegenüber dem Verteilerrohr drehbar ist. Als Ergebnis dieser Drehung des zweiten Rohrs ist die Zufuhr des zu reinigenden Materials steuerbar.
• Bei dem Verfahren oder der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es wichtig, daß gleichmäßige flüssige Filamente gebildet werden, die parallel zu einander verlaufen. Zu diesem Zweck können die Öffnungen in der perforierten Platte oder dem Sieb mit speziellen Einrichtungen versehen sein. So können in der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Ränder der Perforationen in der Platte oder dem Sieb abwärts gefaltet sein. Es handelt sich daher um kegelige Senkbohrungen. Eine weitere Möglichkeit des Optimierens der Vorrichtung besteht darin, Stifte bereitzustellen, die sich nach unten verjüngen und die von oben durch die Perforationen der Platte oder des Siebs ragen.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt weiterhin vorzugsweise Umlaufeinrichtungen, die das flüssige Material zum Beispiel mittels einer Pumpe und Rohrleitungseinrichtungen aus dem Reservoir am Boden des Behälters entnehmen und es den Verteilungseinrichtungen oberhalb der obersten perforierten Platte oder des obersten Siebs zuführen.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch Zuführungs- und Entnahmeeinrichtungen umfassen, um die Gasphase dem Behälter zuzuführen bzw. daraus zu entnehmen. Die Zuführungs- und Entnahmeeinrichtungen für die Gasphase umfassen gemäß einer besonderen Ausführungsform Mittel, um einen Unterdruck in dem Behälter zu erzeugen oder aufrechtzuerhalten, wie es bei dem oben beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung wünschenswert sein kann. Wenn die Gasphase zum Beispiel am oberen Teil der Vorrichtung abgezogen wird, entsteht in dem Behälter automatisch ein leichter Unterdruck, zum Beispiel von 4,9-14,7 kPa (0,05 bis 0,15 atm).
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Zuführungseinrichtungen für die Gasphase so aufgebaut, daß sie die Gasphase in der Nähe des Reservoirs, d.h. am Boden der Vorrichtung, wo sich das Reservoir befindet, zuführen, während sich die Entnahmeeinrichtungen für die Gasphase in der Nähe der obersten perforierten Platte bzw des obersten Siebs befinden, die bzw. das sich am oberen Teil der Vorrichtung befindet.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann weiterhin Umlaufeinrichtungen umfassen, um die Gasphase im Kreislauf durch den Behälter strömen zu lassen.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt insbesondere auch Abscheidungseinrichtungen für die Gasphase, die dazu dienen, Verunreinigungen, die aus dem flüssigen Material stammen, aus der Gasphase abzuscheiden. Diese Abscheidungseinrichtungen können in den Entnahmeeinrichtungen und/oder den weiteren Umlaufeinrichtungen vorhanden sein.
• Da das Verfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird, sind in der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise auch Heizeinrichtungen vorhanden, um die Gasphase und/oder die flüssige Phase zu erhitzen. Die Heizeinrichtungen können einen herkömmlichen Wärmetauscher, zum Beispiel eine Heizspirale, umfassen. Auch andere Heizeinrichtungen können verwendet werden, zum Beispiel Vorrichtungen zum Erzeugen energiereicher Strahlung, wie sie in einem Magnetron verwendet wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung gemäß der Erfindung Zuführungseinrichtungen für die Gasphase in Form einer perforierten Zuführungsplatte, die in senkrechter Richtung entlang des Zwischenraums zwischen der obersten perforierten Platte bzw. dem obersten Sieb und dem Reservoir angeordnet ist. Obwohl sich eine solche perforierte Zuführungsplatte über den gesamten Zwischenraum zwischen der obersten perforierten Platte bzw. dem obersten Sieb und dem Reservoir erstrecken kann, ist es wünschenswert, daß am Boden mehr Gas zugeführt wird, so daß die Platte am Boden größere Öffnungen hat oder sogar am Boden gar nicht vorhanden ist.
• Auf beiden Seiten des Raumes, in dem die flüssigen Filamente oder Strahlen fließen, d.h. parallel dazu, können gegebenenfalls abnehmbare perforierte Platten angeordnet sein, die die Strömungsrichtung der Gasphase bestimmen. Durch korrektes Anordnen solcher perforierter Platten ist es also möglich, den Gasstrom so zu steuern, daß er quer zur Fließrichtung der flüssigen Filamente verläuft.
• Die Zuführungseinrichtungen für die Gasphase können ein Filter, zum Beispiel ein Zeolith- oder Kohlefilter, umfassen.
• Es ist möglich, die Vorrichtung gemäß der Erfindung kontinuierlich zu betreiben, wobei eine oder mehrere, gegebenenfalls identische Apparaturen verwendet werden.
• Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figur erklärt, in der die Vorrichtung zur Reinigung von flüssigem Polysiloxan mit 10 bezeichnet ist, wobei die Vorrichtung einen Behälter 1 umfaßt, der am Boden ein oben offenes Reservoir 2, perforierte Platten 3,3' in der horizontalen Ebene, die oberhalb des Reservoirs angeordnet sind, sowie Verteilungseinrichtungen oder Zuführungseinrichtungen zum Zuführen von flüssigem Material auf die oberste perforierte Platte oder das oberste Sieb 3' und Verteilen desselben über diese aufweist.
• Während des Betriebs der Vorrichtung wird flüssiges Material 10 vom Boden des Reservoirs mittels eines Rohrs 6 und einer Pumpe 7 dem oberen Teil der Vorrichtung zugeführt und über ein Verteilerrohr 4, das Öffnungen 16 enthält, der obersten perforierten Platte 3' zugeführt bzw. darüber verteilt. Das Bündel mehrerer flüssiger Filamente oder Strahlen wird direkt unterhalb der perforierten Platte 3' gebildet und fällt auf die in gleicher Weise perforierte Platte 3, wo sich wiederum ein Bündel mehrerer flüssiger Filamente oder Strahlen bildet und dem offenen Reservoir 2 zugeführt wird.
• In der in der Figur gezeigten Vorrichtung wird Gas, zum Beispiel Luft, über das Zuführungsrohr 11, das ein Reinigungsfilter 17 enthält, eingesaugt. Der Gasstrom wird mit Hilfe einer Heizspirale 15 erhitzt. Nachdem der Gasstrom am Flüssigkeitsstrom vorbeigeführt wurde, wird er mit Hilfe von nicht gezeigten Einrichtungen 13 abgesaugt und Verunreinigungen aus dem Polysiloxan werden durch den Abscheider 14 aus der Gasphase abgeschieden. Die gewünschte Gasverteilung durch den Flüssigkeitsstrom wird mit Hilfe einer perforierten Platte 18 oder 18' erreicht, die in senkrechter Richtung entlang des Zwischenraums zwischen der obersten perforierten Platte 3' und dem Reservoir 2 angeordnet ist. Wie oben bereits gesagt wurde, gewährleisten die perforierten Platten 18 und 18' einen gleichmäßigen Strom durch die Filamente. Die Platten 18 und 18' haben auch die Funktion, daß sie die flüssige Phase zurückhalten können, wenn die flüssigen Filamente als Ergebnis eines (unkontrollierten) Gasstroms unerwarteterweise "abgelenkt werden".
• Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung von Polysiloxanen, die nach dem Verfahren oder durch Verwendung der Vorrichtung der Erfindung erhältlich sind. Wegen möglicher Anwendungen wird auf den oben beschriebenen Stand der Technik verwiesen.
• Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung von Polysiloxan für Isolations- und Dichtungszwecke, zum Beispiel zum Isolieren elektrischer Kontakte. Ein gutes Beispiel ist die Isolierung in Kabelkupplungen, wie die in EP 0 421 246 A2, EP 0 421 254 A2 und EP 0 421 253 A2 beschriebene. In diesem Fall erfolgt die Verwendung des Polysiloxans vorzugsweise in Form einer Paste, die neben dem gereinigten Polysiloxan auch anorganische Füllstoffe enthält.
• Die Polysiloxane, zum Beispiel PDMS, die nach dem Verfahren oder unter Verwendung der Vorrichtung der Erfindung erhalten wurden und zum Beispiel eine Viskosität von 5000, 60 000 oder 1 000 000 Centistoke haben, haben ausgezeichnete Isblierungseigenschaften für die elektrische Anwendung. Die gemäß der Erfindung erhaltenen Siloxane haben eine geringe "Ausblutung" und ergeben stabile Produkte. Es erfolgt keine Kontamination als Folge der Verdampfung und Kondensation von Oligomeren auf elektrischen Kontakten. Solche Eigenschaften sind für Photokopiergeräte, beim Brechen von Emulsionen und in der Elektronik- und Computerindustrie von großer Bedeutung. Inerte Produkte sind auch auf dem Gebiet der Lebensmittelindustrie wünschenswert.
• Telekommunikationsorganisationen erfordern Polysiloxane, die eine sehr geringe Ausblutung zeigen, wenn man sie in elektrischen oder elektronischen Geräten verwendet. Es wurde gefunden, daß die gemäß der Erfindung hergestellten Produkte, zum Beispiel Pasten auf der Basis von gemäß der Erfindung gereinigten Polysiloxanen, ausgezeichnete Eigenschaften gemäß der Testvorschrift "Kontakt- schädigende Ausscheidungen in Fernmeldeeinrichtungen", FTZ 547 PV 1, Deutsche Bundespost, Darmstadt, Deutschland, haben.
• Außerdem sind Silikone in sehr reiner Form für chirurgische Anwendungen, zum Beispiel bei Operationen am Herzen oder an Blutgefäßen (Arterien), wünschenswert.
• Die folgende Testvorschrift wird verwendet, um die Qualität des Silikonöls vor und nach der Reinigung zu vergleichen.
Testvorschrift für die Reinigung von Polysiloxanen (PDMS mit einer Viskosität von 100 bis 1 000 000 Centistoke)
• Ein Infrarotspektrum des PDMS wird vor und nach der Reinigung aufgenommen. Man wird häufig den Eindruck haben, daß das Spektrum nach der Reinigung nicht merklich vom Spektrum des ursprünglichen Produkts abweicht. Dies bedeutet, daß keine Zersetzung, Reduktion oder Oxidation des Polysiloxans während der Behandlung gemäß der Erfindung nachgewiesen wird, was zu dem Schluß führt, daß die allgemeinen Eigenschaften des PMDS unverändert bleiben.
• Die Flüchtigkeit des Materials wird wie folgt bestimmt:
• - 2 g des Materials in einer kleinen Schale mit einem Durchmesser von 6 cm und einer Höhe von 1 cm auswiegen;
• - die Probe in der kleinen Schale in einem Ofen 24 Stunden lang auf 150ºC erhitzen;
• - die Schale mit der Probe abkühlen lassen und nochmals wiegen;
• - den Gewichtsverlust auf der Basis des ursprünglichen Gewichts der Probe berechnen.
• Kommerziell erhältliches PDMS zeigt bei dem obigen Test einen Gewichtsverlust von 0,5 bis 2,5 Gew.-%.
• Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung verbessern die Flüchtigkeit des Polysiloxanmaterials, insbesondere von PDMS, beträchtlich auf ein Niveau von 0,05 bis 0,001 Gew.-%, je nach den Umständen und der Dauer der Behandlung, insbesondere der Temperatur.
• Weiterhin wurden reaktive Silikone, die funktionelle Gruppen enthalten, gemäß dem Verfahren der Erfindung gereinigt.
• Ein solches Silikonmaterial mit einer Viskosität von 50 000 Centistoke, das 1,49% flüchtige Komponenten enthält, wurde gereinigt. Die Ergebnisse sind wie folgt:
• nach 3 h bei 150ºC: 0,23%
• nach 24 h bei 150ºC: 0,0099%
• nach 2 Tagen bei 150ºC: 0,0000%
• Ein weiteres Silikonmaterial eines ähnlichen Typs, das jedoch von einem anderen Hersteller erhalten wurde, wurde gereinigt. Das Ausgangsmaterial enthielt 2,20% flüchtige Komponenten. Nach 25 Stunden bei 150ºC betrug die Flüchtigkeit 0,1%.
• Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung lassen sich Polysiloxane wie PDMS und reaktive Polysiloxane mit einer maximalen Flüchtigkeit von 0,1%, z.B. 0,05 oder sogar 0,0001%, herstellen, wobei die Flüchtigkeit wie oben definiert ist.
• Es wurde gefunden, daß Material gemäß der Erfindung den Kontaktwiderstand von Schaltverbindungen gemäß der oben genannten Testvorschrift der Deutschen Bundespost praktisch nicht beeinträchtigt. Der gemessene Widerstand nach zum Beispiel 2 bis 3 Millionen Schaltvorgängen bleibt weit unterhalb der Grenze, die in der Testvorschrift angegeben ist. Ungereinigte Silikone haben eine sehr starke nachteilige Wirkung auf den Kontaktwiderstand. Schon nach 50 000 Schaltvorgängen sind die elektrischen Kontakte mit Material kontaminiert, das aus dem ungereinigten Polysiloxanöl stammt.

Claims (26)

1. Verfahren zur Reinigung von flüssigem Polysiloxan, das Verunreinigungen als niedermolekulare Fraktion enthält, durch Verdampfen der niedermolekularen Fraktion, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiger Strom verunreinigten flüssigen Materials in Form eines Bündels mehrerer flüssiger Filamente oder Strahlen mit einer strömenden Gasphase in Kontakt gebracht wird, woraufhin der Gasstrom, der die Verunreinigungen enthält, entfernt und reines flüssiges Material aufgefangen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei man die Gasphase in einer Richtung strömen läßt, die im wesentlichen parallel zu der des Bündels der flüssigen Filamente oder Strahlen ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der flüssige Strom und die Gasphase im wesentlichen im Gegenstrom zueinander zugeführt werden.

4. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei man flüssiges Material abwärts durch eine perforierte Platte oder ein Sieb fließen läßt, so daß das Bündel mehrerer flüssiger Filamente oder Strahlen entsteht.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei eine perforierte Platte mit 10 bis 1000 Öffnungen pro dm² verwendet wird, wobei der Durchmesser der Öffnungen 0,1 bis 20 mm beträgt.

6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei die strömenden flüssigen Filamente oder Strahlen eine Länge von wenigstens 40 cm haben und wenigstens der unterste Teil der flüssigen Filamente einen Durchmesser von 0,03 bis 5 mm hat.

7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens ein Teil des flüssigen Stroms in Form von sich verjüngenden Filamenten vorliegt.

8. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei der flüssige Strom eine Temperatur von 0 bis 300ºC hat und/oder die Gasphase eine Temperatur von 10 bis 300ºC hat und die Dauer der Reinigungsbehandlung 1-100 Stunden beträgt und die Gasphase unter einem Druck von 78 kPa (0,8 atm) bis zu Atmosphärendruck von 98 kPa (1 atm) gehalten wird.

9. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei Luft oder ein Inertgas, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, als Gasphase verwendet wird.

10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei der flüssige Strom und/oder die Gasphase im Kreislauf fließen.

11. Vorrichtung zur Reinigung von flüssigem Polysiloxan (10), umfassend einen Behälter (1), der am Boden ein oben offenes Reservoir (2), wenigstens eine perforierte Platte oder ein Sieb (3 und 3'), die bzw. das im wesentlichen horizontal ausgerichtet und oberhalb des Reservoirs angeordnet ist, sowie Verteilungseinrichtungen (4) zum Zuführen von flüssigem Material auf die oberste perforierte Platte oder das oberste Sieb (3') und Verteilen desselben über diese aufweist und durch den Gas horizontal durchgeleitet werden kann.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Verteilungseinrichtungen (4) ein Verteilerrohr umfassen, das sich oberhalb der obersten Platte und parallel zu dieser befindet, wobei das Verteilerrohr eine oder mehrere Austrittsöffnungen (16) umfaßt, die in dessen Längsrichtung angeordnet sind.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, die ein zweites Rohr enthält, in dem Öffnungen angeordnet sind, die den Austrittsöffnungen des Verteilerrohrs entsprechen, wobei das zweite Rohr gegenüber dem Verteilerrohr drehbar ist.

14. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Ränder der Perforationen in der Platte oder dem Sieb (3, 3') abwärts gefaltet sind.

15. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, wobei Stifte, die sich nach unten verjüngen, von oben durch die Perforationen ragen.

16. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, wobei die perforierte Platte oder das Sieb (3, 3') 10 bis 1000 Öffnungen pro dm² aufweist, die einen Durchmesser von 0,1 bis 20 mm haben.

17. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, die Umlaufeinrichtungen (6, 7) umfassen, die das flüssige Material (10) mittels einer Pumpe (7) und Rohrleitungseinrichtungen (6) aus dem Reservoir (2) entnehmen und es den Verteilungseinrichtungen (4) zuführen.

18. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, die Zuführungs- und Entnahmeeinrichtungen (11, 12, 13, 14) umfaßt, um die Gasphase dem Behälter (1) zuzuführen bzw. daraus zu entnehmen.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei die Zuführungs- und Entnahmeeinrichtungen für die Gasphase Mittel umfassen, um einen Unterdruck in dem Behälter zu erzeugen oder aufrechtzuerhalten.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei die Zuführungseinrichtungen (11, 12) die Gasphase dem Reservoir (2) zuführen und die Entnahmeeinrichtungen für die Gasphase (13) letztere an der obersten perforierten Platte bzw. am obersten Sieb (3') aus dem Behälter (1) entnehmen.

21. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20, die weitere Umlaufeinrichtungen umfaßt, um die Gasphase im Kreislauf durch den Behälter fließen zu lassen.

22. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Entnahmeeinrichtungen (13, 14) und/oder die weiteren Umlaufeinrichtungen für die Gasphase Abscheidungseinrichtungen (14) umfassen, um Verunreinigungen aus der Gasphase abzuscheiden.

23. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 22, die Heizeinrichtungen (15) für die Gasphase und/oder das polymere Material umfassen.

24. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 23, wobei die Zuführungseinrichtungen für die Gasphase (11) ein Filter (17) umfassen.

25. Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 24, wobei die Zuführungseinrichtungen für die Gasphase eine perforierte Zuführungsplatte (18) umfassen, die in senkrechter Richtung entlang des Zwischenraums zwischen der obersten perforierten Platte bzw. dem obersten Sieb (3') und dem Reservoir (2) angeordnet ist.

26. Verwendung von gereinigtem Polysiloxan, das nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 oder durch Verwendung der Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 25 erhältlich ist, insbesondere für Isolations- und Dichtungszwecke.