DE69807170T2

DE69807170T2 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Trocken-Mischgütern aus thermoplastischen Materialien und Zuschlagstoffen

Info

Publication number: DE69807170T2
Application number: DE69807170T
Authority: DE
Inventors: Iuri Cantarini
Original assignee: Basell Poliolefine Italia SRL
Current assignee: Basell Poliolefine Italia SRL
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: DE69807170D1; KR19990037423A; JPH11209479A; US6156821A; JP4097336B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Polymerteilchen mit pulverförmigen Additiven in einer derartigen Weise, dass eine Trennung der Komponenten des Gemisches nach der Behandlung nicht stattfinden kann.
Es wird ebenfalls eine zum Ausführen des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitgestellt.
Das Verfahren der Erfindung erlaubt die Gewinnung von Polymeren, insbesondere Ethylen- und Propylen-, Homo- und Copolymeren in Teilchenform, die mit pulverförmigen Additiven beschichtet sind.
Durch ein Polymerisationsverfahren erhaltene Harze werden im Allgemeinen einem Extrusionsverfahren unterzogen, um ihnen die gewünschte Morphologie zu verleihen. Während des Extrusionsverfahrens kann man dem Harz andere Komponenten, wie Färbemittel oder Antiblockierungsmittel, zusetzen. Letztere liegen größtenteils in Pulverform vor.
Um die notwendige Homogenität des erhaltenen Produkts zu gewährleisten, müssen Trockengemische des Harzes und der anderen Komponenten vor dem Extrusionsverfahren erzeugt werden. Die verschiedenen Eigenschaften der zu vermischenden Komponenten (d. h. Teilchenabmessungen, Morphologie und Dichte) machen diesen Schritt jedoch sehr schwierig.
Ein üblicher Weg zum Gewinnen solcher Gemische ist die Anwendung langsamer Mischer, wobei das Anhaften der pulverförmigen Additive an der Oberfläche der Polymerteilchen mit Hilfe von Ölen verbessert wird, oder es erfolgt aufgrund der klebrigen Eigenschaften der geschmolzenen Additive, wenn Letztere einen Schmelzpunkt unterhalb jenem des Harzes aufweisen.
USP 5158992 beschreibt ein Verfahren, durch welches die Polymerteilchen durch Vermischen derselben mit Additiven im geschmolzenen Zustand stabilisiert werden, wodurch beschichtete oder zumindest imprägnierte Teilchen erhalten werden. Dieses Verfahren ist für Polymere geeignet, die aus dem Polymerisationsverfahren kommen, welche bereits mit den gewünschten morphologischen Eigenschaften ausgestattet sind, und deshalb keinem Extrusionsverfahren unterzogen werden müssen, jedoch stabilisiert werden müssen, um gelagert oder transportiert zu werden.
Die durch die vorstehend erwähnten Verfahren erhaltenen Gemische haben jedoch wesentliche Nachteile, wie schwierige Handhabung und Transport, Langzeitsegregation, Unverträglichkeit mit pneumatischem Transport und unbefriedigende Homogenität; wenn Öle oder Bindemittel verwendet werden, wird eine Verunreinigung in die Endzusammensetzung gelangen, welche die Eigenschaften der erhaltenen Produkte verschlechtern kann.
GB-Patent 1392261 offenbart ein Verfahren, mit den pulverförmige Additive auf der Oberfläche von Polyester- oder Polyamidgranulaten fixiert werden, durch Vermischen der zwei Komponenten mit Hochgeschwindigkeitsrotationsmischern unter Temperaturen, die in einer solchen Weise ausgewählt wurden, dass die mechanische Wirkung der Rührflügel auf die Granulate die Oberfläche der Letzteren veranlasst, weich zu werden und somit können die Additive darauf fixiert werden.
Ein ähnliches Verfahren für granuläres Polypropylen wird in EP-A-0471463 beschrieben, wobei eine besondere Art von Hochgeschwindigkeitsmischer angewendet wird.
Mischverfahren, ausgeführt in dem Hochgeschwindigkeitsmischer, wie jenem vorstehend erwähnten, erfordern eine umsichtige Auswahl der Arbeitsparameter, wie Manteltemperatur, Geschwindigkeit der Wellen, Verweilzeit und geometrischen Aufbau der Mischvorrichtung; tatsächlich geschieht es sehr leicht, dass die Bildung von Agglomeraten, Abschälen oder auch Brechen den Polymerteilchen und Schichtbildung den Wänden des Mischers entsteht.
Bekanntlich führt die Verwendung anderer Arten von Hochgeschwindigkeitsmischern zur Herstellung von Gemischen aus Polypropylen oder Polyethylen und pulverförmigen Additiven zu schweren Problemen von Teilchenbruch oder -Verschmelzen - schließlich zur Bildung von Polymeragglomeraten, sofern man nicht Arbeitsbedingungen auswählt, welche keine befriedigend widerstandsfähige Beschichtung des Harzes durch die Additive sichern könnten, und Segregation könnte noch stattfinden.
Deshalb wird die Dringlichkeit für ein Verfahren empfunden, das befriedigende, homogene Trockengemische liefern kann, die keinen Segregationsphänomenen unterliegen, für einen breiten Bereich von thermoplastischen Polymeren ohne die Verwendung von Ölen oder Bindemitteln und ohne die Nachteile, die für die mit Hochgeschwindigkeitsmischern ausgeführten Verfahren typisch sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Zwingen der Additive zum Eindringen in die äußere Schicht der Polymerteilchen, wobei der äußeren Schicht erlaubt wird, zu erweichen oder zu schmelzen, gelöst.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zum Herstellen von thermoplastischen Polymerteilchen, versetzt mit pulverförmigen Additivteilchen, bereit, wobei das Additiv einen Schmelzpunkt höher als jenen des Polymers aufweist, wobei das Verfahren die nachstehenden Schritte umfasst:
a) Erzeugen einer geschmolzenen oder weichgemachten Polymerschicht auf der Oberfläche der Polymerteilchen, während die Polymerteilchen unter Fluidisierung gehalten werden;
b) Einführen der Polymerteilchen und der Additivteilchen gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge, in einen gleichen Volumenabschnitt, wo im Durchschnitt die relative Geschwindigkeit zwischen einem Polymerteilchen und einem Additivteilchen höher als jene zwischen zwei Polymerteilchen ist, wobei der Geschwindigkeitsunterschied Stöße bzw. Schläge zwischen den Additivteilchen und den Polymerteilchen hervorrufen kann, sodass die Additivteilchen in die geschmolzene oder weichgemachte Schicht auf der Oberfläche der Polymerteilchen gedrückt werden.
Das Verfahren kann vorteilhaft in einer Gasschleife ausgeführt werden, worin sich ein. Gasstrom befindet, der die Teilchen mitschleppen kann; aufgrund der verschiedenen Geschwindigkeiten, die den Teilchen von unterschiedlicher Morphologie und Dichte in einem Gasstrom eigen ist, finden Stöße zwischen dem Harz und den Additivteilchen statt, während Stöße zwischen den Harzteilchen weniger wahrscheinlich und weniger stark sind; somit kann das Aneinanderhaften unter den Harzteilchen und Bildung von Agglomeraten vermieden werden. Das Gas wird im Allgemeinen erhitzt und auf eine Temperatur leicht unterhalb (etwa 10-20ºC darunter) des Schmelzpunktes des Harzes gehalten, sodass auch aufgrund der Reibungskräfte und Stöße die äußere Schicht der Harzteilchen schmilzt, wodurch ein Zwingen bzw. Hineindrücken des Additivs in die auszuführende Schicht ermöglicht wird. Das Steuern der Verfahrenstemperatur ist mit Hilfe von Messvorrichtungen möglich, die entlang der Schleife angeordnet sind, vorzugsweise wird die Temperatur an zwei Punkten, stromab- und -aufwärts der Heizvorrichtung gemessen. Während des normalen Vorgangs werden aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Gases keine relevanten Unterschiede zwischen den zwei Messungen nachgewiesen. Das Harz kann dem Verfahren sofort unterzogen werden, wie es aus dem Herstellungsverfahren kommt; seine freie Wärme wird somit genutzt.
Kühlen kann dem Verfahren folgen, wodurch die geschmolzene oder erweichte Schicht verfestigen kann oder das Produkt kann auch sofort zu dem nächsten Verfahrenschritt, beispielsweise zur Extrusion, geschickt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder kontinuierlich oder chargenweise ausgeführt werden.
Das durch die Gasschleife strömende Gas und welches die Polymerteilchen trägt und dieselben ebenfalls erhitzt, muss unter den Gasen ausgewählt sein, welche nicht mit dem Polymer reagieren. Stickstoff wird im Allgemeinen angewendet, jedoch können andere Gase, wie Luft, in Abhängigkeit von den Eigenschaften der verarbeiteten Teilchen angewendet werden. Der Druck, unter dem das Verfahren ausgeführt wird, kann geeigneterweise nahe dem atmosphärischen sein, Unterschiede über die Schleife erfolgen nur wegen des Druckabfalls aufgrund der Zirkulation.
Die Gasgeschwindigkeit ist im Allgemeinen rund 20 m/s und ein mittlerer Unterschied der Geschwindigkeit von mindestens 10 m/s zwischen dem Harz und den Additivteilchen wird normalerweise erzeugt; dies liefert wirksame Stöße zwischen den zu vermischenden Teilchen.
Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung bereit, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Fig. 1 ist eine schematische Erläuterung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine schematische Erläuterung einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung. Mit Bezug auf Fig. 1 umfasst die Vorrichtung eine Gasschleife (1), Vorrichtung (2) zum Zuführen der Polymerteilchen und der Additivteilchen in die Gasschleife, Vorrichtung (3) zum Zirkulieren eines Gases in der Gasschleife, beispielsweise ein Gebläse und Vorrichtungen (4) zum Erhitzen des Gases, beispielsweise einen Heizmantel um einen Teil des Rohres, welcher die Gasschleife (1) ausmacht.
Es kann notwendig sein, zu vermeiden, dass die Harzteilchen in die Gaszirkulationsvorrichtung (3) gelangen. Daher müssen Vorrichtungen (5), um die Harzteilchen von dem Gasstrom zu trennen, bevor der Gasstrom in das Gebläse (3) gelangt und Vorrichtung (6) zum Wiedereinführen der Harzteilchen stromabwärts des Gebläses, bereitgestellt werden.
Da die Temperatur des Gases über die gesamte Gasschleife fast die gleiche ist, kann es erwünscht sein, dass die Heizvorrichtung (4) in einem solchen Bereich angeordnet ist, dass das Harz nicht in dem Gasstrom vorliegt, d. h. zwischen der Feststofftrennvorrichtung (5) und dem Gebläse (3). Wenn das Verfahren kontinuierlich ausgeführt werden soll, müssen hinreichende Mittel (2) bereitgestellt werden, die an die kontinuierliche Zuführung der Feststoffe in der Gasschleife angepasst sind, beispielsweise Loss-in-Weight- Zuführungsvorrichtungen. Es müssen tauch hinreichende Vorrichtungen zum konstanten Abziehen der mit Additiven versetzten Polymerteilchen bereitgestellt werden. Das Abziehen von behandeltem Harz kann durch einen Schlitz (7) in der Wand der Gasschleife (1) an einem geeigneten Punkt erfolgen, durch Variieren der Öffnung des Schlitzes kann der Feststoffaufenthalt in der Maschine gesteuert werden. Eine Feststofftrennvorrichtung (8) kann auch bereitgestellt werden. Das aus dem Feststoff austretende Gas kann an einem beliebigen geeigneten Punkt in die Gasschleife wieder eingeführt werden. Eine Leitung (9) kann ebenfalls vorteilhaft bereitgestellt werden, um das Gas, das in irgendeiner Weise aus der Gasschleife herausgelangt, beispielsweise mit dem Abziehen der Polymerteilchen herausgelangt, zu ersetzen.
Es ist bevorzugt, dass die die Gasschleife (1) aufbauenden Rohre wärmeisoliert sind.
Die Abmessung der Rohre und anderer Bauparameter kann vom Fachmann berechnet werden.
Mit Additiven versetzte Polymerteilchen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich sind, sind vorzugsweise ausgewählt aus Ethylenhomopolymeren, Ethylencopolymeren mit einem C&sub3;-C&sub1;&sub0;-α-Olefin, Propylenhomopolymeren und Propylencopolymeren mit Ethylen oder einem C&sub4;-C&sub1;&sub0;-α-Olefin.
Die nachstehenden Beispiele werden hierin beschrieben, um die Erfindung besser zu erläutern und nicht zu begrenzen.

Beispiele

Chargentests wurden in einer in Fig. 2 schematisch angegebenen Pilotanlage unter Verwendung von Luft als gasförmige, feststoffabziehende Mittel ausgeführt. Die Anlage umfasst: eine Gasschleife (10), einen Feststoffzuführungstrichter (11), ein Gebläse (12) zum Zirkulieren des Gases, eine elektrische Heizvorrichtung (13), angeordnet um das Rohr, einen Zyklonscheider (14), um die Feststoffe von dem Gas zu trennen, ein Venturirohr (15), um die Feststoffe in den Gasstrom wieder einzuführen, ein Ablenkventil (16), einen zweiten Zyklonscheider (17) für das erste Ablassen des Produkts und einen Aufnehmer (18), um das behandelte Produkt zu sammeln. Eine Temperatursteuerungsvorrichtung komplettiert die Vorrichtung. Die Tests wurden gemäß dem nachstehenden Verfahren ausgeführt: Das Ventil (16) wurde angeordnet, um den einen Scheider (17) umfassenden Kreislauf auszuschalten. Das Gebläse und die Heizvorrichtung wurden gestartet, nachdem sie die programmierte Temperatur des Harzes erreicht hatten und Additiv wurde in den Trichter (11) eingeführt. Nach einer Minute wurde das Ventil (16) positioniert, um den Strom zum Fliessen durch den Ausgabezyklon (17) zu zwingen und der Feststoff wurde in Behälter (18) gewonnen. 4 Proben von 2,5 kg jeweils wurden hergestellt.
A. Polypropylenhomopolymer, behandelt mit 1500 ppm auf das Gewicht RED K 3580 (BASF). T = 150ºC.
B. Polypropylenhomopolymer, behandelt mit 1500 ppm auf das Gewicht TALCO HM005 (Industrie Minerarie Italiane-Fabi). T = 150ºC.
C. LLDPE behandelt mit 1500 ppm auf das Gewicht Syloblock45(Grace). T = 110ºC.
D. LLDPE behandelt mit 3000 ppm auf das Gewicht Syloblock45(Grace). T = 110ºC.
In allen Proben A-D wurden die Additive vollständig in das Harz eingearbeitet. Tatsächlich färbte das rote Pigment, obwohl es auf der Granulatoberfläche gut sichtbar war, die Oberfläche mit den zugesetzten Teilchen, mit denen es in Kontakt kam nicht.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von thermoplastischen Polymerteilchen, versetzt mit pulverförmigen Additivteilchen, wobei das Additiv einen Schmelzpunkt höher als jenen des Polymers aufweist, wobei das Verfahren die nachstehenden Schritte umfasst:

a) Erzeugen einer geschmolzenen oder weichgemachten Polymerschicht auf der Oberfläche der Polymerteilchen, während die Polymerteilchen unter Fluidisierung gehalten werden;

b) Einführen der Polymerteilchen und der Additivteilchen gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge, in einen gleichen Volumenabschnitt, wo im Durchschnitt die relative Geschwindigkeit zwischen einem Polymerteilchen und einem Additivteilchen höher als jene zwischen zwei Polymerteilchen ist, wobei der Geschwindigkeitsunterschied Schläge zwischen den Additivteilchen und den Polymerteilchen hervorrufen kann, sodass die Additivteilchen in die geschmolzene oder weichgemachte Schicht auf der Oberfläche der Polymerteilchen gedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymerteilchen und die Additivteilchen durch einen Gasstrom in dem gleichen Volumenbereich geschleppt gehalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperatur des Gases 10 bis 20ºC unterhalb des Schmelzpunkts der Polymerteilchen liegt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3, das in einer Gasschleife ausgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, das kontinuierlich durchgeführt wird, wobei Mittel zum Einführen der Polymerteilchen und der Additivteilchen und zum Abziehen der erhaltenen, mit Additiven versetzten Polymerteilchen bereitgestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, das durch einen chargenweisen Vorgang ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polymerteilchen aus einem Polymer, ausgewählt aus Ethylen-Homopolymeren, Ethylen-Copolymeren mit einem C&sub3; bis C&sub1;&sub0;-α-Olefin, Propylen-Homopolymeren und Propylen-Copolymeren mit Ethylen oder einem C&sub4; bis C&sub1;&sub0;-α-Olefin hergestellt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Additivteilchen aus Pigmenten, Siliziumdioxid, Talkum ausgewählt sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das angewendete Gas Stickstoff ist.

10. Vorrichtung, geeignet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine Gasschleife (1), Mittel (2) zum Einführen der Polymerteilchen und der Additive in die Gasschleife (1), Mittel (3) zum Zirkulieren eines Gases in der Gasschleife, Mittel (4) zum Erhitzen des Gases, Mittel (5) zum Abtrennen der Polymerteilchen aus dem Gasstrom, wobei das Abtrennmittel an einem Punkt stromaufwärts des Gas zirkulierenden Mittels (3) angeordnet ist und Mittel (6) zum Wiedereinführen der abgetrennten Teilchen stromabwärts des Gas zirkulierenden Mittels (3).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Heizmittel (4) zwischen der Polymerteilchenabtrennungsvorrichtung (5) und der Gaszirkulationsvorrichtung (3) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Ansprüchen 10 oder 11, geeignet zum Ausführen eines kontinuierlichen Verfahrens nach Anspruch 5, wobei das Mittel (2) zum Einführen der Polymerteilchen und der Additivteilchen in die Gasschleife zum kontinuierlichen Zuführen der Teilchen in die Gasschleife angepasst ist, wobei die Vorrichtung weiterhin Mittel (8) zum kontinuierlichen Abziehen der mit Additiv versetzten Polymerteilchen umfasst.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, umfassend einen Schlitz (7) an der Wand der Gasschleife, durch den die mit Additiv versetzten Teilchen entnommen werden.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, umfassend Mittel (8) zum Abtrennen der entnommenen Teilchen aus dem Gasstrom.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, umfassend eine Leitung (9) zum Einführen des Gases in die Gasschleife.