FI89067B - Foerfarande foer att avlaegsna loesningsmedlet fraon en polymerloesning - Google Patents

Description

89067 1 Menetelmä liuottimen poistamiseksi polymeeriliuoksesta Förfarande för att avlägsna lösningsmedlet frän en polymerlösning 5

Oheinen keksintö kohdistuu menetelmään liuottimen poistamiseksi 1Q polymeeriliuoksesta. Oheinen keksintö kohdistuu erityisesti menetelmään liuottimen poistamiseksi elastomeeripolymeerien liuoksesta, jossa polymeeripitoisuus on vähintään 20 paino-%.

Polymeeriliuosten käsittelyyn liuottimen poistamiseksi ja polymeeri-15 rakeiden saamiseksi kuuluu yleensä kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa poistetaan suuri osa liuottimesta, jolloin saadaan suhteellisen viskoosi liuos. Tämä liuos johdetaan kaasunpoistolaitteeseen, joka käsittää yhden tai kaksi loputonta ruuvia sekä lukuisia ruuvin kehällä sijaitsevia aukkoja höyrystyneen liuottimen johtamiseksi 20 ulos laitteesta.

Ensimmäinen vaihe voidaan toteuttaa joko reaktorissa tai yhtä hyvin ruuvin avulla. Kummassakin tapauksessa esiintyvät ongelmat eivät liity ainoastaan näissä kahdessa vaiheessa käytettyjen järjestelmien 25 välisen virtauksen säätämiseen, vaan myös polymeeriliuoksen siirtämiseen näiden kahden järjestelmän välillä, erityisesti käsiteltäessä elastomeeripolymeerien erittäin viskooseja liuoksia.

Kaksivaiheisia järjestelmiä käytettäessä voidaan myös havaita, että 30 muodostuneen polymeerin lämpöstabiilisuus on huono, mikä johtuu monista ruuviin (ruuveihin) muodostuvista kuolleista vyöhykkeistä sekä polymeerin pitkästä viiveajasta suulakepuristuslaitteessa.

Tämän lisäksi käsiteltäessä kumityyppisten elastomeeripolymeerien 35 liuoksia perinteisissä laitteissa, joissa rakeistaminen tapahtuu veden alla, suuttimen vaiheilla voidaan todeta ristisidosten muodostumista kumissa. Tämä johtuu tämäntyyppisessä rakeistamisessa 2 89067 1 ennen suutinta pienenevän paineen aiheuttamasta korkeasta lämpötilasta.

Olemassa on myös tarve käsitellä tällaisia elastomeeripolymeerien 5 liuoksia siten, että haihtuvien yhdisteiden jäännöspitoisuus saadaan mahdollisimman pieneksi. Tavallisia kaksivaiheisia menetelmiä käytettäessä on kuitenkin tyydyttävä noin 0,5 painoprosentin suuruisiin jäännöspitoisuuksiin toisessa vaiheessa käytettävän ruuvin pienestä koosta johtuen.

10 Näin ollen on toivottavaa saada aikaan menetelmä liuottimen poistamiseksi luonteeltaan kumimaisten tai ei-kumimaisten elastomeeripolymeerien liuoksista yhdessä vaiheessa siten, että haihtuvien yhdisteiden jäännöspitoisuudeksi saadaan vähemmän kuin 0,1 paino-%.

15

Oheisen keksinnön puitteissa käytetyllä käsitteellä "elastomeeri-polymeeri" tarkoitetaan polymeeriä, jonka painosta vähintään 15 % on elastomeeria, lopun ollessa kuumassa pehmenevää hartsia.

20 Keksinnön kohteena on uusi yksivaiheinen menetelmä liuottimen poistamiseksi vähintään 20 % elastomeeria sisältävien elastomeeripolymeerien liuoksesta, jolla menetelmällä voidaan välttää edellä mainitut haitat.

Keksinnön toisena kohteena on uusi yksivaiheinen menetelmä liuottimen 25 poistamiseksi elastomeeripolymeerien liuoksista niin, että haihtuvien yhdisteiden jäännöspitoisuudeksi saadaan alle 0,1 paino-%.

Oheisen keksinnön mukainen menetelmä liuottimen poistamiseksi yhdessä vaiheessa elastomeeripolymeerin liuoksesta, joka sisältää vähintään 30 20 % elastomeeripolymeeria, on tunnettu siitä, että siinä toteutetaan seuraavat toimenpiteet: - elastomeeripolymeerin liuos, joka on edeltäkäsin lämmitetty alueella 150-200 °C olevaan lämpötilaan, laitetaan loputonta ruuvia syöttävään 35 suppiloon säädetyssä, liuottimen kiehumispainetta korkeammassa paineessa; - syöttövyöhykkeessä vallitsevaa painetta alennetaan; 3 89067 - 80-95 % lluottimesta poistetaan tämän alennetun paineen avulla syöt-tösuppilon suhteen ylävirran puolella sijaitsevan ilmastointivyöhykkeen kautta, samalla kun elastomeeripolymeerin liuosta kuljetetaan eteenpäin; 5 - polymeeriliuos kuumennetaan uudestaan alueella 150-200eC olevaan lämpötilaan; - loput lluottimesta poistetaan syöttösuppilon suhteen alavirran puolella sijaitsevissa ilmastointivyöhykkeissä; - laitteeseen injektoidaan, mikäli tarpeen, eri ilmaistointivyöhykkei-10 den välissä vettä 0,5-2 % polymeerin painosta liuottimen poistumisen edistämiseksi; - liuotinta sisältämätön elastomeeripolymeerimassa johdetaan suuttimen läpi; - polymeeri leikataan välittömästi suuttimen jälkeen sijaitsevassa 15 rakeistimessa.

Keksinnön mukainen menetelmä aloitetaan johtamalla elastomeeripolymeerin liuos loputonta ruuvia syöttävään suppiloon.

20 Oheisen keksinnön mukaisella menetelmällä käsiteltävät elastomeeripoly-meerit voivat olla luonteeltaan kumimaisia tai kuumassa pehmeneviä.

Näin ollen menetelmällä voidaan käsitellä butadieeni- ja isopreenipoly-meerejä tai useimmissa tapauksissa luonteeltaan kumimaisia kopolymeere-jä, jotka koostuvat vinyyliaromaattisista monomeereista ja konjugoitu-25 neista dieeneistä, kuten esimerkiksi styreenin ja butadieenin tai styreenin ja isopreenin välisiä kopolymeerejä, joissa konjugoituneen di-eenimonomeerin osuus on vähintään 15 paino-%. Siinä tapauksessa, että keksinnön mukaista menetelmää sovelletaan luonteeltaan kuumassa pehmeneviin elastomeeripolymeereihin, nämä polymeerit ovat useimmiten 30 styreenin ja konjugoituneen dieenin välisiä lohkosekapolymeerejä, joissa styreenin pitoisuus on suuri. On selvää, että oheisen keksinnön mukaista menetelmää voidaan myös soveltaa vinyyliaromaateista ja konju-goituneista dieeneistä muodostuneiden lohkosekapolymeerien tyyppisiin elastomeeripolymeereihin, joissa konjugoituneesta dieenistä muodostuva 35 osa on vedyttynyt osittain tai täydellisesti.

4 89067 1 Nämä polymeerit valmistetaan polymeroimalla vastaavat lähtömonomeerit liuoksessa. Polymeerit tai kopolymeerit ovat liuoksena polymerointi-liuottimessa, joka on useimmissa tapauksissa paraffiinista, syklo -paraffUnista tai aromaattista hiilivetyä. Esimerkkeinä sopivista 5 liuottimista voidaan mainita erityisesti sykloheksaani, pentaani, heksaani, syklopentaani, iso-oktaani, bentseeni, tolueeni tai heksaa-nin ja sykloheksaanin seokset. Polymeerin pitoisuus tässä liuoksessa on yleensä 20-60 paino-%.

10 Oheisen keksinnön puitteissa todettiin, että liuotin oli mahdollista poistaa siten, että liuottimen jäännöspitoisuudeksi saadaan 0,1 % tai sitä vähemmän, käsittelemällä polymeeriliuosta yhdessä vaiheessa.

Keksinnön puitteissa todettiin samoin, että tällöin on välttämätöntä 15 poistaa suurin osa liuottimesta, eli 80-95 %, syöttösuppilon suhteen ylävirran puolella sijaitsevan ilmastointipisteen kautta.

Tämän menetelmän yhteydessä todettiin yllättäen, ettei ainoastaan polymeerimassa jatka vapaata etenemistään loputtomassa ruuvissa, 20 vaan myös liuotin saadaan helposti poistetuksi, koska mikään ei estä sen kulkeutumista ruuvin takaosaa kohden.

Tämä takaosan ilmastointi saadaan aikaan kuumentamalla liuokset 150-200 °C:n lämpötilaan ja alentamalla painetta loputtoman ruuvin 25 syöttövyöhykkeessä. Tätä paineen alentamista säädetään loputonta ruuvia syöttävään linjaan sijoitetun säätöventtiilin avulla.

Liuottimen poistaminen tällä tavalla alentaa huomattavasti polymeeri-liuoksen lämpötilaa.

30

Hakija on todennut, että liuottimen tehokkaaksi poistamiseksi myöhemmissä ilmastointivyöhykkeissä polymeeriliuos on kuumennettava uudestaan alueella 150-200 *C olevaan lämpötilaan, mihin tarvittava lämpö tuotetaan joko kuumentamalla ruuvipesä alueella 180-250 *C olevaan 35 lämpötilaan tai varustamalla ruuvi leikkaavia voimia tuottavilla komponenteilla, tai käyttämällä erilaisten menetelmien yhdistelmiä.

5 89067 1 Ollaan todettu, että mikäli polymeeriliuosta ei kuumenneta uudestaan riittävän korkeaan lämpötilaan, niin suuruusluokkaa 0,1 % olevat jäännöspitoisuudet eivät ole saavutettavissa.

Jäljellä oleva liuotin poistetaan vähitellen eri ilmastointivyöhyk-5 keissä samanaikaisesti kun polymeerimassa liikkuu vapaasti eteenpäin ruuvissa.

Näissä vyöhykkeissä vallitsee yleensä paine, joka on pienempi tai yhtäsuuri kuin ilmakehän paine. Vakuumi voimistuu sitä mukaa kun JO polymeeriliuos etenee ruuvissa, ja muuttuu ilmakehän paineesta suunnilleen arvoon 5 mbar ruuvin päässä. Näiden kaasua poistavien vyöhykkeiden lukumäärä on yleensä 3-5, riippuen poistettavan liuottimen lukumääräs tä.

Ί5 Vettä voidaan lisätä kunkin kaasunpoistovyöhykkeen välissä liuottimen poistumisen edistämiseksi. Polymeerimassaan lisätyn veden määrä on yleensä 0,5-2 % polymeerin painosta.

Kuten edellä esitettiin, kaasunpoistovyöhykkeissä vallitsevat paineet 20 ovat erisuuria, joten imuvaikutusen estämiseksi ruuvi käsittää tavallisesti tiivisteitä kaasunpoistovyöhykkeiden välissä. Nämä tiivisteet ovat yleensä vasenkätisen ruuvin komponentteja. Tämäntyyppinen komponentti on myös sijoitettu veden lisäyspisteiden jälkeen, koska veden lisääminen voi myös johtaa tehokkaaseen sekoittumiseen.

25

Hakija on myös todennut yllättäen, että rakeistuksen aikana vallitsevat olosuhteet ovat hyvin tärkeät. Tavanomaisissa vedenalaisissa rakeistuslaitteissa paine pienenee liian voimakkaasti, jolloin voidaan todeta epäedullista polymeerin ristisitoutumista.

30

Hakija on todennut, että käyttämällä sellaista rakeistuslaitetta, jossa suutin voidaan asentaa välittömästi loputtoman ruuvin jälkeen, kuolleita vyöhykkeitä saadaan pienennetyiksi ja paineen pienenemistä voidaan hillitä niin, että tuotteen lämpötila pysyy pienempänä kuin 35 se lämpötila, jossa polymeeriin muodostuu ristisidoksia. Polymeerin leikkaaminen veden alla ei ole myöskään välttämätöntä, mikä on keksinnön mukaisen menetelmän kiistaton etu.

6 B9067 1 Hakija on todennut samoin, että ruuvin pyörimisnopeuden tulee olla 100-300 rpm hyvän höyrystymisen saavuttamiseksi. Tämä nopeus on yleensä 150-250 rpm.

5 Keksinnön mukaisesti suuria määriä liuotinta saadaan poistetuksi onnistuneesti yhdessä vaiheessa elastomeeripolymeerin liuoksista ruuvin lukkiutumisesta tai tukkeutumisesta johtuviin ongelmiin kuitenkaan tällöin törmäämättä.

10 On selvää, että vaikka oheinen keksintö liittyy erityisesti elas- tomeeripolymeerien liuosten käsittelemiseen, niin sitä voidaan soveltaa kuitenkin myös minkä tahansa muun tyyppiseen polymeeriin, joka on liuoksena liuottimessa.

15 Oheisen keksinnön mukainen menetelmä kuvataan kuitenkin sellaisen liitteenä olevan kuvion avulla, joka kuvio esittää suulakepuristinta liuottimen poistamiseksi vähintään 20 % polymeeriä sisältävästä polymeeriliuoksesta.

20 Polymeeriliuos laitetaan loputtoman kaksoisruuvin (14) käsittävän suulakepuristimen (12) syöttösuppiloon (10).

Suulakepuristimessa vallitsevaa painetta ja syöttönopeutta säädetään säätöventtiilin (16) avulla.

25

Suulakepuristin käsittää takimmaisen ilmastointivyöhykkeen (18), jonka kautta poistetaan suurin osa liuottimesta. Polymeerimassaa kuljetetaan eteenpäin loputtomilla ruuveilla (14). Liuottimen loppuosan poistamiseksi suulakepuristin (12) on varustettu lukuisilla 30 ilmastointivyöhykkeillä (20). Näiden ilmastointivyöhykkeiden väliin on samoin asennettu välineitä (22) virtaavan väliaineen, yleensä veden, lisäämistä varten, mikä edistää liuottimen poistumista.

Polymeerimassa, josta liuotin on poistettu tällä tavalla, kulkee 35 suuttimen (24) läpi, ja se pilkotaan rakeiksi rakeistuslaitteen (26) avulla.

7 39067 1 Seuraavien esimerkkien tarkoituksena on havainnollistaa paremmin keksintöä sitä kuitenkaan millään tavalla rajoittamatta.

Esimerkki 1 5 fiutadieenin ja styreenin liuospolymeroinnin jälkeen saadaan 38 % styreenin ja butadieenin välistä tähtimäistä kopolymeeria sisältävä sykloheksaaniliuos, jossa kopolymeerissa styreenin osuus on 40 %.

10 Tätä liuosta johdetaan 170 eC:n lämpötilassa kaksoisruuvin käsittävän suulakepuristimen (WP-tyyppi ZSK-57) syöttösuppiloon nopeudella 75 kg/tunti. Painetta säädellään syöttölinjassa olevalla venttiilillä. Tämä suulakepuristin käsittää yhden ilmastointivyöhykkeen syöttösup-pilon suhteen ylävirran puolella sekä kolme vyöhykettä tämän suppilon 15 jälkeen. Suutin ja rakeistuslaite on sijoitettu välittömästi loputtoman ruuvin jälkeen.

Seuraavia toimintaolosuhteita käytettiin:

Vakuumi ilmastointivyöhykkeissä: 20 ylävirran puolella sijaitseva vyöhyke 800 mbar 1. alavirran puolella sijaitseva vyöhyke 800 mbar 2. alavirran puolella sijaitseva vyöhyke 80 mbar 3. alavirran puolella sijaitseva vyöhyke 10 mbar 25 pyörimisnopeus: 230 rpm.

Vettä injektoitiin ennen kahta viimeistä ilmastointivyöhykettä, määränä 1 % vettä polymeerin painosta.

30 Liuottimesta saatiin talteen 92 % ylävirran puoleisessa ilmastoin- tivyöhykkeessä, 3 % 1. ja 2. alavirran puoleisessa ilmastointivyöhyk-keessä sekä 2 % viimeisessä vyöhykkeessä. Haihtuvan materiaalin lopullinen pitoisuus oli 0,1 paino-%.

35 Paine ennen rakeistamista oli 15 baaria ja materiaalin lämpötila ennen rakeistamista oli 195 eC.

8 89067

Polymeeri saatiin rakeistetuksi täydellisesti ilman, että leikkaaminen veden alla olisi ollut tarpeellista.

Esimerkki 2 5

Butadieenin ja styreenin liuospolymeroinnin jälkeen saatiin 38 % styreenin ja butadieenin välistä lohkosekapolymeeria sisältävä syklohek-saaniliuos, jossa lohkosekapolymeerissa styreenin osuus on 75 %.

10 Tätä liuosta johdetaan 165eC:n lämpötilassa kaksoisruuvin käsittävän suulakepuristimen (WP-tyyppi ZSK-57) syöttösuppiloon nopeudella 80 kg/tunti. Painetta säädetään syöttölinjassa olevan venttiilin avulla. Tämä suulakepuristin käsittää yhden ilmastointivyöhykkeen ylävirran puolella syöttösuppilon suhteen ja kolme vyöhykettä tämän syöttösuppi-15 lon jälkeen. Suutln ja rakeistuslaite sijaitsevat välittömästi alavirran puolella loputtoman ruuvin suhteen.

Seuraavia toiminta-olosuhteita käytettiin:

Vakuumi ilmastointivyöhykkeissä: 20 ylävirran puoleinen ilmastointivyöhyke 800 mbar 1. alavirran puoleinen ilmastointivyöhyke 800 mbar 2. alavirran puoleinen ilmastointivyöhyke 80 mbar 3. alavirran puoleinen ilmastointivyöhyke 7 mbar 25 Pyörimisnopeus: 270 rpm.

Vettä injektoitiin ennen kahta viimeistä ilmastointivyöhykettä määränä, joka on 1 % polymeerin painosta.

30 Liuottimesta poistettiin 89 % ylävirran puoleisessa ilmastointivyöhyk-keessä, 3 % ja 6 % 1. ja 2. alavirran puoleisessa vyöhykkeessä, vastaavasti, ja 2 % viimeisessä vyöhykkeessä. Haihtuvan materiaalin lopullinen pitoisuus oli 0,1 paino-%.

9 89067

Paine ennen rakeistamista oli 15 baaria, ja materiaalin lämpötila ennen rakeistamista oli 192*C. Polymeeri saatiin rakeistetuksi täydellisesti ilman, että leikkaaminen veden alla olisi ollut tarpeellista.

5 Esimerkki 3

Isopreenin ja styreenin liuospolymeroinnin jälkeen saatiin 38 % styreenin ja isopreenin välistä lohkosekapolymeeria sisältävä syklohek-saaniliuos, jossa lohkosekapolymeerissa styreenin osuus on 15 %.

10 Tätä liuosta johdetaan 160eC:n lämpötilassa kaksoisruuvin käsittävän suulakepuristimen (WP-tyyppi ZSK-57) syöttösuppiloon nopeudella 50 kg/tunti. Painetta säädetään syöttölinjassa olevan venttiilin avulla. Tämä suulakepuristin käsittää yhden ilmastointivyöhykkeen ylävirran 15 puolella syöttösuppilon suhteen ja kolme vyöhykettä tämän syöttösuppi-lon jälkeen. Suutin ja rakeistuslaite sijaitsevat välittömästi alavirran puolella loputtoman ruuvin suhteen.

Seuraavia toiminta-olosuhteita käytettiin: 20 Vakuumi ilmastointivyöhykkeissä: ylävirran puoleinen ilmastointivyöhyke 800 mbar 1. alavirran puoleinen ilmastointivyöhyke 600 mbar 2. alavirran puoleinen ilmastointivyöhyke 60 mbar 25 3. alavirran puoleinen ilmastointivyöhyke 9 mbar

Pyörimisnopeus: 220 rpm.

Vettä injektoitiin ennen kahta viimeistä ilmastointivyöhykettä määränä, joka on 1 % polymeerin painosta.

30

Liuottimesta poistettiin 89 % ylävirran puoleisessa ilmastointivyöhyk-keessä, 4 % ja 6 % 1. ja 2. alavirran puoleisessa vyöhykkeessä, vastaavasti, ja 1 % viimeisessä vyöhykkeessä. Haihtuvan materiaalin lopullinen pitoisuus oli 0,1 paino-%.

35 10 89067

Paine ennen rakeistamista oli 8 baaria, ja materiaalin lämpötila ennen rakeistamista oli 180°C. Polymeeri saatiin rakeistetuksi täydellisesti ilman, että leikkaaminen veden alla olisi ollut tarpeellista.

Claims (6)

1. Menetelmä liuottimen poistamiseksi yhdessä vaiheessa elastomeeri-polymeerin liuoksesta, joka sisältää vähintään 20 p-% elastomeeripoly- 5 meeria, tunne ttu siitä, että siinä toteutetaan seuraavat toimenpiteet : - elastomeeripolymeerin liuos, joka on edeltäkäsin lämmitetty alueella 150-200°C olevaan lämpötilaan, laitetaan loputonta ruuvia (14) syöttä- 10 vään suppiloon (10) säädetyssä, liuottimen kiehumispainetta korkeammassa paineessa; - syöttövyöhykkeessä vallitsevaa painetta alennetaan; - 80-95 % liuottimesta poistetaan tämän alennetun paineen avulla syöt-tösuppilon suhteen ylävirran puolella sijaitsevan ilmastointivyöhykkeen 15 (20) kautta, samalla kun elastomeeripolymeerin liuosta kuljetetaan eteenpäin; - polymeeriliuos kuumennetaan uudestaan alueella 150-200'C olevaan lämpötilaan; - loput liuottimesta poistetaan syöttösuppilon (10) suhteen alavirran 20 puolella sijaitsevissa ilmastointivyöhykkeissä (20); - laitteeseen injektoidaan, mikäli tarpeen, eri ilmaistointivyöhykkei-den (20) välissä vettä 0,5-2 % polymeerin painosta liuottimen poistumisen edistämiseksi; - liuotinta sisältämätön elastomeeripolymeerimassa johdetaan suuttimen 25 (24) läpi; - polymeeri leikataan välittömästi suuttimen jälkeen sijaitsevassa rakeistimessa (26).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että liuotin poistetaan sellaisten elastomeeripolymeerien liuoksista, jotka polymeerit on valittu butadieenin ja isopreenin homopolymeerien sekä vinyyliaromaattien ja konjugoituneiden dieenien kopolymeerien joukosta, mainitun konjugoituneesta dieenistä muodostuvan osan ollessa vedytetty tai muulla tavalla käsitelty, erityisesti styreeni-butadiee-35 nl- ja styreeni-isopreeni-lohkosekapolymeerien joukosta. 12 89067

3. Jomman kumman patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeriliuos, jonka liuottimesta on poistunut 80*95 %, kuumennetaan uudestaan kuumentamalla ruuvipesä alueella 180-250°C olevaan lämpötilaan ja/tai varustamalla ruuvi (14) 5 leikkaavia voimia tuottavilla komponenteilla.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruuvissa vallitsevaa absoluuttista painetta alennetaan ilmakehän paineesta arvoon 5 mbar sitä mukaa, kun polymeeriliuos etenee 10 ruuvissa (14).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruuvi (14) käsittää 3-5 kaasunpoistovyöhykettä. 15

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruuvi (14) saatetaan pyörimään alueella 100-300 rpm, mielellään alueella 150-250 rpm, olevalla pyörimisnopeudella. n 9S067