ES2252493T3

ES2252493T3 - Procedimiento para la realizacion de procesos continuados de mezcla y tratamiento por medio de unas condiciones especiales de la superficie lateral y del volumen libre o bien del diametro helicoidal interior y exterior.

Info

Publication number: ES2252493T3
Application number: ES02754115T
Authority: ES
Inventors: Achim-Philipp Sturm; Jurgen Schweikle; Andreas Christel; Christoph Naf; Federico Innerebner
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2006-05-16
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: BR0212427B1; MXPA04002375A; CN1555307A; JP4307258B2; DE50204967D1; EP1425151A1; CN1253299C; JP2005501766A; ATE309898T1; BR0212427A; WO2003022550A1; EP1425151B1; US20050248052A1; US20040262807A1

Abstract

Extrusora de múltiples ejes con varios ejes helicoidales totalmente autolimpiables, que giran en el mismo sentido, que se disponen respectivamente en un orificio y cuyo espacio del proceso tiene una superficie lateral Am formada por superficies lisas del orificio y un volumen libre Vf formado entre los ejes y los orificios, y cuyos ejes helicoidales que presentan asimismo una superficie lisa únicamente giran alrededor de sus ejes respectivos, de forma que los elementos helicoidales tienen un diámetro exterior Da en un brazo helicoidal y un diámetro interior Di en una base helicoidal, que se caracteriza por que la extrusora posee como mínimo cuatro ejes helicoidales accionados individualmente y por que al menos una parte de la zona del proceso presenta un cociente Am3/Vf2 mayor a 1020 para los elementos helicoidales de doble paso con una relación Da/Di =1, 3 hasta 1, 7.

Description

Procedimiento para la realización de procesos continuados de mezcla y tratamiento por medio de unas condiciones especiales de la superficie lateral y del volumen libre o bien del diámetro helicoidal interior y exterior.

La invención se refiere a una extrusora y a un procedimiento para el tratamiento continuado de un producto por medio de una extrusora de múltiples ondas, que gira en el mismo sentido conforme al concepto general de la reivindicación 1.

Un método de este tipo se ha descrito, por ejemplo, en la DE 195 36 289 C2. El método descrito puede emplearse para la elaboración de material sintético, en particular de resinas y de materia viscoplástica, en una extrusora de doble árbol. Para mantener un mínimo de perjuicios térmicos, térmico-químicos y puramente mecánicos de la calidad del producto durante el tratamiento del producto, en este método se mantiene un tiempo de tratamiento mínimo del producto en la extrusora. Esto se consigue manipulando una cantidad o producción elevada con un número de giros elevado en cuanto a unas densidades del momento de giro altas. Al mismo tiempo se mantiene un volumen libre invariablemente alto en la extrusora (volumen espacial del proceso).

La carga mecánica y térmica del producto que aquí aparece puede conducir, sin embargo, a unos trastornos inaceptablemente elevados, en particular, en el tratamiento de policondensados, como por ejemplo, poliésteres, o elastómeros, como por ejemplo, las mezclas de caucho.

La presente invención se basa por tanto en el cometido de preparar un método del tipo inicialmente mencionado, que sea adecuado para el tratamiento y la elaboración de productos altamente viscosos (como, por ejemplo, polímeros; emulsiones, etc.), en los cuales aparecen debido a las elevadas temperaturas y/o a los elevados tiempos de permanencia en la extrusora, unas alteraciones en el producto que reducen su calidad en el transcurso del proceso.

Este cometido se resuelve, conforme a la invención mediante el uso de una extrusora conforme a la reivindicación 1. Por lo que es decisivo que el tiempo de permanencia del producto en la extrusora se reduzca sin la necesidad de un número de giros extremadamente elevado, lo que se consigue mediante una reducción del volumen libre (volumen espacial del proceso) en la extrusora.

En el procedimiento que utiliza una extrusora conforme a la reivindicación 1, el espacio del proceso se ha configurado con una superficie lateral lisa Am (superficie o área de la carcasa), un volumen libre Vf así como con el diámetro exterior del eje helicoidal Da y el diámetro interior del eje helicoidal Di, girando únicamente en el mismo sentido alrededor de su propio eje respectivo, y asimismo unos ejes helicoidales que presentan una superficie lisa de tal modo que, al menos una parte de la zona del proceso presenta una relación Am^{3}/Vf^{2} superior a 1020 para los elementos helicoidales de doble paso en una proporción Da/Di =1,3 hasta 1,7. El volumen libre Vf define pues la capacidad de absorción de los componentes a los que hace referencia. Cada unidad de volumen del producto dispone de una gran superficie para enfriar / calentar y desgasificar el producto, donde se consigue un tratamiento adecuado de los residuos introducidos y por tanto una elevada calidad del producto final. Mediante la superficie lateral lisa del espacio del proceso de la extrusora y mediante la asimismo superficie lisa del eje helicoidal autolimpiable se garantiza la capacidad de una autolimpieza completa de la
extrusora.

Un tratamiento apropiado de los residuos se consigue por medio de una multitud de ejes helicoidales con un diámetro de eje helicoidal a ser posible pequeño, acoplado a un número de revoluciones de hasta 600 Upm. Las fuerzas de amasado y de cizallamiento que aquí se forman actúan cuidadosamente sobre el producto. Debido a la multitud de ejes helicoidales se obtiene una longitud parcial del proceso corta con una elevada proporción entre superficie y volumen
libre.

Para una comparación con otros agregados de la mezcla, debe establecerse el mismo volumen libre.

La relación entre la superficie y el volumen libre hace referencia al estado en el mismo volumen libre, en comparación con otros agregados de mezcla.

De un modo apropiado se introduce en la extrusora una densidad del momento de giro (momento de giro por rosca /distancia al eje^{3}) de cómo mínimo 7 Nm/cm^{3} y en particular de cómo mínimo 9 Nm/cm^{3}. Una densidad mayor del momento de giro permite un aporte de potencia superior con el mismo número de revoluciones; por tanto se obtiene un rendimiento mayor y un tiempo de tratamiento más corto, en el que el calentamiento de los eductos incorporados en el transcurso del proceso disminuye y por tanto puede conseguirse un menor trastorno térmico del producto.

En relación con un elevado momento de giro, puede obtenerse un rendimiento superior y por tanto un tiempo de tratamiento corto, lo que resulta positivo en la temperatura del producto.

Preferiblemente, se elige la relación Da/Di = 1,5 hasta 1,63.

Resulta especialmente preferible elegir el cociente Am^{3}/Vf^{2} mayor de 1500 en caso de elementos helicoidales de doble paso.

Preferiblemente, en el caso del residuo que se va a tratar, se trata de un policondensado impuro y /o húmedo, en particular de un poliéster como un reciclado de poliéster. El reciclado de poliéster puede ser, por ejemplo, un reciclado de un frasco de PET. Resulta preferible el método conforme a la invención ya que mediante una superficie específica grande se favorece el secado y desgasificado del producto, de manera que se eliminan en gran medida los componentes volátiles no deseados del policondensado. En particular es esencial la eliminación de las moléculas de agua del policondensado, que conducen a la hidrólisis de las moléculas en cadena y por tanto a la disminución de la viscosidad intrínseca del policondensado. La gran superficie específica y por ello el mejor enfriamiento del producto y la mejor desgasificación de las eventuales impurezas oxidantes reduce también la descomposición tanto puramente térmica como térmica-oxidante de las moléculas de la cadena. En general, se obtiene un tratamiento más apropiado y por tanto una calidad elevada del producto y con ello una elevada rentabilidad del proceso.

Se prefiere especialmente el que al menos una parte de la zona del proceso presente un cociente de Am^{3}/Vf^{2} superior a 1020 para elementos helicoidales de doble paso y que uno de los componentes introducidos sea un elastómero.

Debido a la elevada proporción de zonas en forma de cuña se obtiene un cociente de formación superficial mayor para la reticulación del componente introducido, en particular del elastómero con plastificante. Aquí también se consigue una zona de enfriamiento grande debido a la gran superficie específica, lo que junto con el elevado rendimiento y las elevadas velocidades axiales conduce en definitiva en las zonas de forma de cuña a un tratamiento apropiado de los componentes. El número de revoluciones bajo de los ejes helicoidales, la densidad elevada de los momentos de giro junto a un volumen libre pequeño y a un rendimiento suficientemente elevado consiguen temperaturas menos elevadas durante el
proceso.

En otra forma de ejecución preferida del procedimiento conforme a la invención, el cociente Am^{3}/Vf^{2} se sitúa entre 1500 y 2300 para los elementos helicoidales de doble paso.

Preferiblemente en el caso del elastómero se trata de un elastómero en forma de polvo o granulado, al cual ya se ha incorporado una sustancia de relleno, como por ejemplo en el caucho en polvo.

Además se prefiere la configuración de engranado grueso de los elementos helicoidales, que con su efecto de autolimpieza contribuyen a una carga térmica menor del producto.

Preferiblemente se lleva a cabo el método conforme a la invención con una extrusora, que al menos posee cuatro ejes helicoidales accionados por separado.

Otra mejora técnica en el enfriado se consigue cuando se emplea una extrusora con un núcleo atemperable y una carcasa atemperable, las cuales no se mueven, y que según la necesidad se pueden atemperar incluso por separado. Para ello la carcasa está subdividida de forma conveniente en segmentos atemperables por separado.

El método conforme a la invención se puede realizar también en una extrusora cuyos ejes helicoidales se dispongan en forma de corona, en particular en forma de anillo.

De forma conveniente el policondensado se funde durante el proceso conforme a la invención, y posteriormente se solidifica de nuevo, de manera que el tiempo total durante el cual la temperatura del policondensado en el transcurso del proceso es superior a la temperatura de fusión del policondensado es menor a unos 60 segundos, en particular menor a unos 30 segundos. Para las reacciones de descomposición hidrolítica que transcurren periódicamente se dispone únicamente de poco tiempo. Esto es posible únicamente si se trabaja con un contenido de agua residual elevado en la masa fundida de más de 200 ppm, sin tener que aceptar o conformarse con una disminución IV de más de 0,05 dl/g.

El policondensado puede presentarse en su forma original como material a granel con una densidad gravimétrica comprendida entre 200 y 600 kg/m^{3}, y en particular en forma de flóculos o recortes.

El material de partida a base del policondensado se seca previamente de un modo parcial de forma conveniente antes del proceso de fusión. De este modo, mediante la combinación de un secado parcial poco costoso con el periodo de tratamiento corto en un estado fundido se obtiene un producto final con poca descomposición IV. El método presenta a ser posible una etapa de desgasificación para eliminar las impurezas volátiles y /o los productos de disgregación del policondensado.

De un modo preferible, el policondensado se introduce en la extrusora en un estado sólido, y el policondensado se calienta a una temperatura inferior al punto de fusión, de manera que el policondensado se desgasifica y /o seca. El desgasificado y /o secado del policondensado se realiza en un estado sólido a una presión por debajo de la presión atmosférica y /o añadiendo un gas inerte.

El método conforme a la invención se caracteriza especialmente por que el periodo total durante el cual el policondensado se presenta como masa fundida en el transcurso del proceso, se compone de un primer intervalo de tiempo durante el cual el policondensado tras la fusión en la extrusora es tratado de nuevo en la extrusora, y de un segundo intervalo de tiempo, durante el cual el policondensado ya fundido se trata fuera de la extrusora, de manera que el primer intervalo de tiempo es preferiblemente menor de unos 15 segundos. Se prefiere especialmente un tiempo de permanencia de la masa fundida en la extrusora inferior a unos 10 segundos.

El tratamiento del policondensado fundido fuera de la extrusora puede incluir la etapa de filtración de la masa fundida para eliminar las partículas impuras. Para crear la presión necesaria se emplea preferiblemente una bomba de fusión. La bomba de fusión y el filtro de fusión deben integrarse al proceso de manera que se mantenga un tiempo de permanencia corto según la invención.

El policondensado puede tratarse luego fijándose a un granulado que consta de un sedimento.

La invención aporta por tanto un método en el cual las sustancias viscosas y viscoelásticas como, por ejemplo, los termoplásticos y los elastómeros pueden ser tratados del modo más apropiado posible y con el rendimiento máximo posible, para aumentar la calidad del producto final e incrementar la rentabilidad del proceso. Según la invención, se pueden llevar a cabo etapas importantes del proceso como el mezclado, enfriado /calentado (intercambio de calor) y desgasificado (intercambio de materia) al mismo tiempo y con gran eficacia.

Como aparato apropiado para llevar a cabo el proceso se emplea una extrusora de múltiples ejes que giran en el mismo sentido, en particular una extrusora de 12 ejes en forma de anillo, e incluso se pueden utilizar configuraciones o diseños como extrusoras de múltiples ejes que no tengan forma de anillo o bien extrusoras de múltiples ejes con forma de anillo con otro número de ejes.

La rentabilidad del método conforme a la invención mejora cuando para una etapa del proceso se consigue una cantidad a ser posible elevada (rendimiento alto) con unas dimensiones de diseño de la máquina de tratamiento a ser posible inferiores.

Un tratamiento apropiado del producto conduce, entre otras cosas, a una mejora de las propiedades siguientes:

-: Grado de deterioro del producto final, por ejemplo, escaso deterioro térmico del producto

-: Buenas propiedades mecánicas del producto final, por ejemplo, grado de dispersión bueno

Un tratamiento apropiado del producto se consigue por medio de:

-: una carga de cizallamiento necesariamente alta, pero uniforme

-: un tiempo de permanencia breve en la extrusora

-: un rendimiento elevado

-: un cociente alto entre la superficie específica y el volumen libre (Am^{3}/Vf^{2})

-: un estrecho espectro de permanencia debido al empleo de elementos helicoidales autolimpiables

La invención se basa en el empleo de una densidad del momento de giro elevada, con la cual únicamente se puedan conseguir rendimientos altos que sean responsables de la calidad del producto.

Las etapas del proceso pueden llevarse a cabo con elevada eficacia conforme a la invención mediante:

-: una modificación frecuente de la disposición del material

-: una proporción elevada de la superficie específica /volumen libre (Am^{3}/Vf^{2}) con un índice de formación superficial igualmente elevado (intercambio térmico y de materia)

En una extrusora de múltiples ejes, que se basa en este método, existe un gran número de cuñas o pliegues, mientras que el volumen libre se mantiene muy bajo. Una ventaja de estas máquinas reside en una mejor distribución, trituración y apilado o modificación de la disposición del producto.

Los inventores de la presente invención han realizado una comparación entre el método conforme a la invención en una extrusora de 12 ejes en forma de anillo y un método en una extrusora de dos ejes.

En una extrusora de 12 ejes el material cambia de posición por giro del eje 12 veces más que en una extrusora de dos ejes. El cociente del cambio de posición U de una extrusora de 12 ejes frente a una extrusora de dos ejes es por tanto:

U =12:1

La distribución, separación y cambio de posición del producto son caracterizadas mediante los parámetros sin dimensiones del cociente de la superficie de la cuña^{3}, Az^{3}, respecto al volumen libre^{2}, Vf^{2}.

El grado de desgasificación y atemperado del proceso viene caracterizado por el parámetro sin dimensiones del cociente de la superficie^{3} (Am^{3}) respecto al volumen libre^{2} (Vf^{2}).

En una extrusora de múltiples ejes existen superficies grandes (superficie de la carcasa y de los ejes), mientras que el volumen libre se mantiene muy bajo. Otra ventaja del método en esta máquina reside por tanto en el aprovechamiento de la elevada relación entre superficie específica /volumen.

Este parámetro sin dimensiones se configura con la relación entre la superficie del orificio^{3}, Am^{3}, y el volumen libre^{2}, Vf^{2}.

Los ensayos con una extrusora de 12 ejes en forma de anillo mostraban la capacidad de esta máquina para los procesos, en los cuales son elementales una buena distribución, separación, cambio de posición, enfriamiento y desgasificación.

Claims

1. Extrusora de múltiples ejes con varios ejes helicoidales totalmente autolimpiables, que giran en el mismo sentido, que se disponen respectivamente en un orificio y cuyo espacio del proceso tiene una superficie lateral Am formada por superficies lisas del orificio y un volumen libre Vf formado entre los ejes y los orificios, y cuyos ejes helicoidales que presentan asimismo una superficie lisa únicamente giran alrededor de sus ejes respectivos, de forma que los elementos helicoidales tienen un diámetro exterior Da en un brazo helicoidal y un diámetro interior Di en una base helicoidal, que se caracteriza porque la extrusora posee como mínimo cuatro ejes helicoidales accionados individualmente y por que al menos una parte de la zona del proceso presenta un cociente Am^{3}/Vf^{2} mayor a 1020 para los elementos helicoidales de doble paso con una relación Da/Di =1,3 hasta 1,7.

2. Extrusora conforme a la reivindicación 1, que se caracteriza porque el cociente Da/Di = 1,5 hasta 1,63.

3. Extrusora conforme a la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza porque el cociente respectivo Am^{3}/Vf^{2} para elementos helicoidales de doble paso es mayor a 1500.

4. Extrusora conforme a una de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque el cociente Am^{3}/Vf^{2} está entre 1500 y 2300 para elementos helicoidales de doble paso.

5. Método para el tratamiento continuado de un policondensado impuro y /o húmedo, que se caracteriza porque se realiza por medio de una extrusora de múltiples ejes conforme a la reivindicación 1 hasta 4.

6. Método conforme a la reivindicación 5, que se caracteriza porque en la extrusora se introduce una densidad de momento de giro (momento de giro por eje /distancia al eje^{3}) de 7 Nm/cm^{3} como mínimo.

7. Método conforme a la reivindicación 3, que se caracteriza porque en la extrusora se introduce una densidad de momento de giro (momento de giro por eje /distancia al eje^{3}) de 9 Nm/cm^{3} como mínimo.

8. Método conforme a una de las reivindicaciones 5 hasta 7, que se caracteriza porque el policondensado a tratar es un poliéster.

9. Método conforme a la reivindicación 8, que se caracteriza porque el policondensado a tratar es un reciclado de poliéster, en particular un reciclado de frasco de PET.

10. Método para el tratamiento continuado de un elastómero, que se caracteriza porque se lleva a cabo por medio de una extrusora de múltiples ejes conforme a la reivindicación 1 hasta 4.

11. Método conforme a la reivindicación 10, que se caracteriza porque en el caso del elastómero se trata de un elastómero granulado o en forma de polvo, al cual ya se ha incorporado como mínimo un material de relleno.

12. Extrusora de múltiples ejes conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 4, que se caracteriza porque los elementos helicoidales son de engranaje grueso.

13. Extrusora de múltiples ejes conforme a una de las reivindicaciones 1 hasta 4 o bien conforme a la reivindicación 12, que se caracteriza porque la extrusora posee un núcleo atemperable y una carcasa atemperable, que no se mueven.

14. Extrusora de múltiples ejes conforme a la reivindicación 13, que se caracteriza porque el núcleo y la carcasa son atemperables por separado.

15. Extrusora de múltiples ejes conforme a una de las reivindicaciones 13 ó 14, que se caracteriza porque las carcasas se subdividen en segmentos, que son atemperables por separado.

16. Extrusora de múltiples ejes conforme a una de las reivindicaciones 12 hasta 15, que se caracteriza porque en la extrusora se disponen en forma de corona los ejes helicoidales, en particular en forma de anillo.

17. Método conforme a una de las reivindicaciones 5 hasta 7, que se caracteriza porque el policondensado se funde en el transcurso del proceso y posteriormente se vuelve a solidificar, de manera que el tiempo total, durante el cual la temperatura del policondensado en el transcurso del proceso es superior a la temperatura de fusión del policondensado, es menor a unos 60 segundos.

18. Método conforme a la reivindicación 17, que se caracteriza porque el tiempo total, durante el cual la temperatura del policondensado en el transcurso del proceso es superior a la temperatura de fusión del policondensado, es menor a unos 30 segundos.

19. Método conforme a la reivindicación 17 ó 18, que se caracteriza porque el contenido de agua residual en la masa fundida es mayor de 200 ppm.

20. Método conforme a una de las reivindicaciones 17 hasta 19, que se caracteriza porque el policondensado en su forma de origen se presenta como material a granel con una densidad del orden de 200 hasta 600 kg/m^{3}.

21. Método conforme a una de las reivindicaciones 17 hasta 20, que se caracteriza porque el policondensado se presenta en forma de copos o recortes.

22. Método conforme a una de las reivindicaciones 17 hasta 21, que se caracteriza porque el material de partida a base de policondensado se seca previamente de forma parcial antes de la fusión.

23. Método conforme a una de las reivindicaciones 17 hasta 22, que se caracteriza porque existe una etapa de desgasificación para eliminar las impurezas volátiles y /o los productos de disgregación de la masa fundida de policondensado.

24. Método conforme a una de las reivindicaciones 17 hasta 23, que se caracteriza porque el policondensado se coloca en una extrusora en estado sólido, se calienta el policondensado a una temperatura por debajo del punto de fusión y se desgasifica y /o seca el policondensado, de manera que el desgasificado y /o secado del policondensado se realiza en estado sólido a una presión por debajo de la presión atmosférica y /o añadiendo un gas inerte.

25. Método conforme a la reivindicación 24, que se caracteriza porque el tiempo total, durante el cual el policondensado en el transcurso del proceso se presenta como masa fundida, presenta un primer intervalo de tiempo, durante el cual el policondensado tras la fusión en la extrusora es tratado de nuevo en la extrusora, y de un segundo intervalo de tiempo, durante el cual el policondensado fundido es tratado fuera de la extrusora.

26. Método conforme a la reivindicación 25, que se caracteriza porque, la duración del primer intervalo de tiempo es inferior a unos 15 segundos.

27. Método conforme a la reivindicación 25, que se caracteriza porque, la duración del primer intervalo de tiempo es inferior a unos 10 segundos.

28. Método conforme a una de las reivindicaciones 24 a 27, que se caracteriza porque, el tratamiento del policondensado fundido fuera de la extrusora incluye una filtración de la masa fundida.

29. Método conforme a una de las reivindicaciones 24 hasta 28, que se caracteriza porque, el tratamiento del policondensado fundido fuera de la extrusora incluye el empleo de una bomba de fusión.

30. Método conforme a una de las reivindicaciones 17 hasta 29, que se caracteriza porque, el policondensado al solidificarse se manipula para dar un granulado que conste de un sedimento.