JP2001523179A - プラスチック分散液を脱水するための二工程法 - Google Patents

プラスチック分散液を脱水するための二工程法

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Abstract

(57)【要約】 a)第一押出機中での熱可塑性プラスチック溶融液および水相からなる二相の液体混合物の凝固、b)脱水帯域を有する逆方向回転のスクリューを有する二軸スクリュー押出機中での凝固物の脱水およびc)ガス抜きによる揮発性成分の分離による二相の液体混合物の脱水方法において、工程a)において第一押出機として一軸スクリュー押出機または同方向回転のスクリューを有する二軸スクリュー押出機を使用することを特徴とする熱可塑性プラスチック溶融液および水相からなる二相の液体混合物の脱水方法。

Description

【発明の詳細な説明】 プラスチック分散液を脱水するための二工程法 本発明は、含水プラスチック溶融液を脱水するための改善方法に関する。 技術水準 EP−A0534235号は、耐衝撃性変性熱可塑性プラスチックの製造方法 を記載する。その際、まずプラスチックラテックスを凝固助剤(ギ酸カルシウム 溶液)の添加下に90℃で凝固させる。引き続き、約60重量%の固形分を有す る初期凝固物(Vorkoagulat)を押出機中で機械的に脱水する。この 方法の利点は、就中ゴム中に含有されている水の一部の除去にある。これにより 、ゴムの高い押出量が同時に低いエネルギー吸収で達成される。 EP−A0006503号は、ポリブチルアクリレートラテックスのグラフト 重合体から、95℃で塩化カルシウム溶液の添加により沈殿させることによる凝 固物の製造を記載する。 US−PS4602083号は、たとえば亜リン酸水素カルシウムまたはメタ ンスルホン酸亜鉛のような水溶性の非酸化塩の添加による含水重合体粒子の凝固 方法を記載する。 沈殿助剤の添加の際一般に、助剤がたとえば黄色着 色のような望ましくない副反応を惹起しうるので、ゴム品質の劣化を生じるとい う問題がある。 EP−A0683028号は、逆方向回転の二軸スクリュー押出機中で、熱可 塑性プラスチック溶融液および水相からなる二相の液体混合物を脱水する方法を 記載する。その際、プラスチックラテックスの凝固は直接押出機中で凝固帯域中 での剪断作用下にプラスチックの熱可塑性範囲内の温度で行うことができる。選 択的に、初期凝固物を使用することもできる。その際、溶融液は部分充填された ねじのリード(Schneckengaenge)で送られ、これらねじのリー ドの少なくとも1つ中に場所的に狭く限られた急峻な圧力勾配の形成下に繋がり のあるメルトケーク(Schmelzekuchen)がせき止められる。こう して、水はメルトケークの境界前方で剪断力の作用下に、メルトケークが繋がり のある水相と接触しないように下方へ流れる。この方法の適用下に、55重量% の出口水分量を有する乳化重合体の水含量をたとえば水僅か8重量%だけに減少 することができる。引き続き、揮発性成分の残量を、ガス抜き押出機中で前部ガ ス抜き帯域および後部ガス抜き帯域により十分に分離することができる。最後に 、造粒ノズルから取出された顆粒は、僅か0.06重量%の残留水分を有するに すぎない。 EP−A0423759号は、ポリマーラテックス を凝固助剤と混合する、粒状重合体の製造方法を記載する。引き続き、混合物に 、ポリマーが不溶である有機溶剤、たとえばn−ヘプタンを加え、これによりポ リマー懸濁液中に粒状のポリマー粒子が生じる。この方法は、混合工程の少なく とも1つを同方向回転のスクリューを有する二軸スクリュー押出機中で行わねば ならないことを特徴とする。 課題および解決 EP−A0683028号は、熱可塑性プラスチック溶融液および水相からな る二相の液体混合物の非常に良好な脱水を可能にする。ガス抜き押出機段への移 行部前方で、たとえば僅か約8重量%の水含量だけを実現することができる。し かし、押出機の凝固帯域中で凝固に必要な温度およびこれにより制約される、3 50℃にまでの押出機のシリンダー外壁上の極端に高い表面温度が極端な材料外 部応力を生じうることが判明した。エネルギーは、熱伝導によりシリンダー壁を 介して供給しなければならない。しかし熱流密度は、熱応力により越えてはなら ない有限の材料強度により制約されている。熱応力は、熱伝導に必要なシリンダ ー外壁からシリンダー内壁への温度勾配に基づき生じる。これは、シリンダーが 腐食を避けるためにステンレス鋼から製造されていなければならない場合になお さら問題である、それというのも高合金の耐食性材料は通例熱伝導が不良である からである。それで、不良 の熱伝導度、制約された材料強度および有限の熱交換面により、凝固能およびそ れと共に全生成物処理量が制限されている。しかし就中、装置の磨耗は逆方向回 転の二軸シリンダー押出機において非常に高いという問題がある。これは、シリ ンダーならびに取付けられた押出機スクリューの短い寿命の原因となる。 従って、熱可塑性プラスチック相および水相からなる二相の液体混合物を脱水 するための、凝固押出機の極端な材料負荷ができるだけ避けられる改善された方 法を開発することを課題と認めた。他方において、脱水すべきプラスチック溶融 液の全処理量はできるだけ高いことが要求される。脱水能率は、増大した処理量 の場合でも少なくともEP−A683028号の方法による能率に一致するかま たはこれを越えるべきである。さらに、方法は排水中にできるだけ少ない残留ポ リマーの分量を生じるべきである、それというのもこれは望ましくないからであ る。同時に、ラテックス凝固のための沈殿助剤の添加のような工程も避けるべき である。 この課題は、a)第一押出機中での熱可塑性プラスチック相および水相からな る二相の液体混合物の凝固 b)脱水帯域を有する逆方向回転のスクリューを有する二軸スクリュー押出機中 での凝固物の脱水 c)ガス抜きによる揮発性成分の分離 により二相の液体混合物を脱水するための方法において、 工程a)において第一押出機として一軸スクリュー押出機または二軸スクリュー 押出機を使用し、その際二軸スクリュー押出機は同方向回転のスクリューを装備 していることを特徴とする方法によって解決される。 意外にも、EP−A0683028号において一工程で実施される工程a)お よびb)の分離は、工程b)およびc)における本来の脱水およびガス抜きを行 うに先立ち、まず工程a)において凝固物を一軸スクリュー押出機または同方向 回転のスクリューを有する二軸スクリュー押出機中で製造する場合には、とくに 有効な方法を生じることが判明した。その際、凝固物の製造は非常に有効に進行 する、それというのも凝固に必要なエネルギーの供給は大体において散逸(Di ssipation)(剪断)により行うことができるからである。凝固は既に 工程a)において有効であるので、再び工程b)においてより低度の、それと共 に容易に操作可能な、それで正確な温度調節が可能である。好ましくは、工程a )における押出機中での凝固は、接続する工程b)における脱水よりも、少なく とも30℃高い溶融液温度で、とくに好ましくは高いスクリューの回転数で実施 される。これは、殊に脱水押出機のシリンダー中での少ない材料負荷を生じ、同 時に脱水工程b)の良好な制御ないしは安定な作業法 を可能にする。従って、工程a)、b)およびc)により、熱可塑性プラスチッ ク溶融液および水相からなる二相の液体混合物の、技術水準の方法におけるより も全体でより有効な脱水が達成される。このようにして、工程b)の終端で水相 の少なくとも94%が液状で分離されていることができる。 発明の適用分野 本発明による方法は、一般に熱可塑性プラスチック相および水相からなる二相 の液体混合物の脱水のために適当である。これは、たとえばポリメチルメタクリ レート成形材料用乳化重合体(たとえばEP−A245647号参照)またはた とえば耐衝撃性変性剤のようなラテックスであってもよい。このような二相の脱 水可能混合物の相応する列挙は、たとえばEP−A0534235号またはEP −A0006503号において推定できる。ラテックスは、通例分散したプラス チック粒子30〜50重量%を含有し、その平均粒度はたとえば100〜500 nmでありうる。それに応じて、水相は70〜50重量%になり;水相は一般に 溶解した乳化剤または他の助剤および混在物を含有する。ラテックス粒子は、溶 融液状態で押出機で加工できる熱可塑性プラスチックスからなる。これには、2 0〜150℃のガラス転移温度ないしは溶融液状態で十分に分解安定である温度 範囲を有する熱可塑性プラスチックからなる。押出機中での加工における溶融液 温度は、通例50℃および250℃の間にある。 熱可塑性プラスチックの重要な部類は、スチレン、ブタジエンおよび場合によ りアクリルニトリル、ならびにポリ塩化ビニル、ポリアクリレートないしはポリ メタクリレートを基礎とする共重合体である。他の重要な部類は、熱可塑性硬相 (thermoplastische Hartphase)および架橋粘靭性 相(vernetzte Zaehphase)を有するラテックス粒子を含有 する多相の熱可塑性プラスチックのラテックスである。ラテックスは、場合によ り方法の間、固体または溶融液の形でたとえば工程c)に供給されおよびラテッ クスの硬相のプラスチックと一致するかまたはこれと相容性である他の熱可塑性 プラスチックと混合することができる。とくに、硬相のプラスチックは主にポリ メチルメタクリレートからなり、粘靭性相のプラスチックは主に架橋ポリブチル アクリレートからなり、このものは光の屈折率をポリメチルメタクリレートの屈 折率に適合させるためにスチレンまたはベンジルアクリレートと共重合されてい てもよい。 この種の代表的混合物は、たとえばポリブチルアクリレート分量2〜80重量 %およびポリメチルメタクリレート分量20〜98重量%である多相のラテック スプラスチック4〜50重量%、ならびに熱可塑性ポリメチルメタクリレートプ ラスチック2〜60重量% を含有する。これを溶融した形で供給しない場合には、多相プラスチックのラテ ックスをポリメチルメタクリレートラテックスと混合し、ラテックス混合物を本 発明の方法により加工することも可能である。 発明の実施 本発明による方法で工程a)において使用される押出機は、1本のスクリュー のみを含有する(一軸スクリュー押出機)かまたは2本の平行に配置され、双方 が同じ時計回りに作動されるスクリューを含有する(同方向回転の二軸スクリュ ー押出機)。工程a)のための代表的な一軸スクリュー押出機は、たとえば次の 特性データによって表示することができる:スクリューの直径D=34mm、長 さ=30D。 製造目的のために、押出機はたとえば50mm〜250mmのスクリューの直 径Dおよびスクリューの直径の20〜40倍のスクリューの長さ(20〜40D )を有することができる。 好ましくは、使用する押出機のスクリューはエネルギー散逸のため水性の多相 系中に高い剪断速度(Schergefaelle)を惹起する。これは、生成 物を狭いスリットを通して送出するかまたは循環することにより達成することが できる。さらに、押出機のスクリューは全作用長の半分に混練部分および剪断部 分を装備するのが有利である。混練部分は、混練ブロックとしてまたは直列に配 置された個別の混練円板と して構成されていてもよい。スクリューの左ねじおよび右ねじの食違い配置も、 作用増大のために有利でありうる。 押出機は、たとえば150〜300℃の温度範囲内、好ましくは200℃以上 、殊に240〜260℃で運転することができる。その際、毎分800回転(r pm)が、特記すべき磨耗の生じることなしに可能であり、好ましくは200〜 300rpmである。好ましい組合わせは、少なくとも200rpmで少なくと も240℃である。 引き続き凝固物を、工程b)が実施される脱水押出機に移す。相応する脱水帯 域を有する押出機は、たとえばUS−PS4110843号、US−PS414 8991号またはUS5232649号から公知である。しかし、好ましくはE P−A0683028号による逆方向回転のスクリューを有する押出機が使用さ れ、該押出機では溶融液は部分充填されたねじのリード(Schneckeng aenge)を運搬され、これらねじのリードの少なくとも1つにおいて場所的 に狭く制限された急峻な圧力勾配の形成下に繋がりのあるメルトケークがせき止 められる。このようにして、通過する溶融液相(メルトケーク)からの液相の相 分離が達成される。重力の作用下に、水は下方へ流出し、押出機シリンダー中の 適当な開口を通して除去することができる。 工程b)における脱水のために、押出機はたとえば約230℃、好ましくはせ いぜい210℃、殊に200℃よりも高くない温度範囲内で、たとえば80rp mのスクリューの回転数および約40barの範囲内の圧力で運転することがで きる。 水相の抽出後、プラスチック溶融液は大抵なお水5〜20重量%を溶解した形 かまたは液状で閉じ込められた形で含有する。溶融液からの乳化剤または電解質 のような水溶性副成分の分離は、脱水した溶融液に付加的混合帯域中で、純粋な 水または汚染物を溶解するがプラスチックを溶解しない他の揮発性溶剤を添加し 、別の脱水帯域中で同様に分離する場合、完全なものにすることができる。本発 明により工程b)の終端で、水相の少なくとも94%は液状で分離されているこ とが可能である。 残余の水および他の揮発性成分は、工程c)においてガス抜きにより十分に分 離される。これは、脱水押出機の接続ガス抜き帯域中で行うかまたは別個のガス 抜き押出機中で行うこともできる。ガス抜きは、普通に標準圧および/または0 .01〜0.99barの圧力で行うかまたは場合により増加する真空を有する 数工程で行われる。0.1重量%以下、とくに0.03〜0.06重量%の水含 量を目指して努力される。ガス抜き後、溶融液は最後のポンプ帯域中で押出しに 適当な溶融液圧にもたらし、押出すことができる。 脱水帯域をガス抜き帯域から装置的に分離すれば、相分離の間圧力の必要な高 さおよび均等性を確実に維持することができる。相分離およびガス抜きの機能は 、この場合には2つの押出機に分配され、その際第一の機能のためにのみ噛合う 二軸スクリュー押出機が必要である。ポンプ帯域を後接することのできる脱水帯 域の終端における圧力は、搬出される溶融液用絞り弁を用いて正確に調節できる 。 溶融液は、導管により慣例のガス抜き押出機中へ移すことができる。そこに所 望の場合、ガス抜き帯域の後方で1以上の混合帯域中に、もう一度プラスチック 溶融液ならびに場合により滑剤、安定剤、帯電防止剤、UV吸収剤等のような他 の添加物を供給することができる。引き続き、別のガス抜き帯域中で真空下に最 後の揮発性成分を溶融液から除去することができる。 ガス抜き押出機の終端で、溶融液はポンプ帯域により溶融液の形で排出される 。これは、造粒ノズルを用いて行うことができ、該ノズルから多数の細いストラ ンドが押出され、軟化温度以下に冷却され、商慣習の成形材料顆粒に切断される 。しかし、直接に適当な押出ノズルを用い自体公知の方法で成形されたプラスチ ック異形材、たとえばシートを押出すこともできる。 発明の有利な作用 本発明による方法は、一連の利点を提供する。それで本方法は、工程a)にお いてすべての凝固助剤の出 現なしに有効な凝固を可能にし、これは通例常に望ましい。 凝固工程および脱水工程の凝集による分離は、凝集体自体のより少ない磨耗を 生じる。これにより保守時間および休止時間が減少する。分離した水相を有する ポリマー(排水中の残留ポリマー含量)の排出は、高い押出量においても著しく 少ない。 組合わせ方法による全体で改善された脱水により、同時にポリマー生成物中の 明らかに少ない残留乳化剤含量が得られる。これは、乳化剤残分が望ましくない 乳白色混濁(“Whitening”)の原因となる吸湿を生じるので有利であ る。したがって、全体で低い残留乳化剤含量により最終生成物は質的に改善され る。 例 例1(比較例): 三段階に構成された、次の組成を有する乳化重合体を加工する: 段階I: メチルメタクリレート/エチルアクリレート/アリルメタクリレート(割合: 95.7/4/0.3) 段階II: ブチルアクリレート/スチレン/アリルメタクリレート(82/17/1) 段階III: メチルメタクリレート/エチルアクリレート(96/4) 段階I:II:IIIの質量比=20/45/35 ポリマー相/水相の質量比=45:55 ラテックスを、隔膜配量ポンプを用い10kg/hの質量流で、密に噛合う逆 方向回転の二軸スクリュー押出機の押出シリンダー中へ圧送する。スクリューの 直径は34mmである。スクリューは、30mmのピッチを有する三条ねじであ る。 ラテックス粒子がメルトケークに変わる凝固帯域は6Dの長さを有し、230 ℃の温度に保持する。脱水帯域および排出帯域は、全体で20Dの長さを有し、 210℃の温度で運転する。スクリューの回転数は80rpmに調節する。 脱水帯域の範囲内で、シリンダーは幅2mmで長さ60mmのスリットで開口 されていて、その下方に流出する水相を捕集するためのストレージタンクが圧密 に取付けられている。ストレージタンクを窒素で上置することにより、ストレー ジタンク内に40barの圧力が調節される。弁により、ストレージタンクから 5.27kg/hの水量が抽出される。得られる搾出水は、有機物質(残留ポリ マー)0.5重量%を含有する。水相を十分に除去した溶融液は、なお水8重量 %を含有し、この水は後接されたガス抜き押出機によって0.06重量%の残留 水分含量にまで真空ガス抜 きにより除去される。得られる生成物はストランドとして引取られ、造粒装置中 で等粒顆粒に切断される。 例2(本発明による): ラテックスの脱水装置は、本発明により3部分:ポリマーラテックスを凝固す るための慣例の密に噛合う同方向回転の二軸スクリュー押出機、溶融液相から水 相を分離するための脱水押出機ならびに後接されたガス抜き押出機からなる。凝 固押出機は、34mmのスクリューの直径および30Dの作業長さを有する。二 条の押出機スクリューは、14Dの長さにわたり、エネルギー散逸のためたとえ ば16ピース(Stueck)KB5−2−30R4のような混練ブロックを利 用する。脱水押出機として、例1に記載した逆方向回転の二軸スクリュー押出機 を使用する。使用したガス抜き押出機は、例1において利用した集合体と一致す る。 配量ポンプにより、例1に記載したラテックス10kg/hが凝固押出機中へ 圧送される。250rpmのスクリューの回転数および250℃のシリンダーの 温度でのラテックスの凝固後で水相の分離後、搾出水中に0.35重量%の残留 ポリマー含量を見出すことができた。脱水押出機は190℃のシリンダーの温度 で運転した。 脱水段階後の残留水含量は6重量%であった。メルトストランドを引取りおよ び冷却した後切断された顆 粒は、光沢がありかつ無色であった。 例3(比較例) 例1に記載した方法により、15kg/hの増加したラテックス量を供給する 。そのため、調節されるスクリューの回転数を100rpmに高める。圧搾押出 機(Abpressextruder)における温度は良好な凝固を達成するた めに250℃に上げた。脱水帯域の範囲内に、200℃の温度を調節した。 12分の運転時間後、ストレージタンクの流出管の閉塞が確認された。過度に 低粘度の溶融液がストレージタンク中に流入したので、実験を中断しなければな らなかった。 例4(比較例) 例1に記載した方法により、20kg/hの増加したラテックス量を供給する 。このため、調節されるスクリューの回転数を120rpmに高める。得られる 搾出水中の残留ポリマー含量は、2重量%と確かめられた。脱水後に残留し、ガ ス抜きすべき水量は11重量%であった。ストランドとして引取られ、次に冷却 され、造粒装置中で等粒顆粒に切断された生成物は、密に噛合う逆方向回転の二 軸スクリュー押出機からの金属砕片に基づき灰色を帯びている。 例5(本発明による) 本発明による方法により作業する圧搾装置で、10kg/hの処理量を15k g/hに上げた。凝固押出 機の回転数は250rpmであり、脱水押出機の回転数は80rpmであった。 得られた搾出水中の残留ポリマー含量は、0.35重量%と決定された。脱水後 に残留するガス抜きすべき水量は6重量%であった。ストランドとして引取られ 、次に冷却され、造粒装置中で等粒顆粒に切断された生成物は、光沢を有しかつ 無色であり、例4におけるような帯灰色を示さない。 例6(本発明による) 本発明による方法により作業する圧搾装置で、10kg/hの処理量を20k g/hに上げた。凝固押出機の回転数は250rpmであり、脱水押出機の回転 数は60rpmであり、250℃のシリンダー温度で、水相の分離後搾出水中に 0.35重量%の残留ポリマー含量を見出すことができた。脱水押出機は190 ℃のシリンダー温度で運転した。 脱水後に残留するガス抜きすべき水量は6重量%であった。ストランドとして 引取られ、次に冷却され、造粒装置中で等粒顆粒に切断された生成物は、光沢を 有しかつ無色であり、例4におけるような帯灰色を示さない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR, NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL ,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR, BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZW (72)発明者 ヴェルナー ヘース ドイツ連邦共和国 D―63150 ホイゼン シュタム ホーエ ベルクシュトラーセ 43

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.a)第一押出機中での熱可塑性プラスチック相および水相からなる二相の 液体混合物の凝固 b)脱水帯域を有する逆方向回転のスクリューを有する二軸スクリュー押出機 中での凝固物の脱水 c)ガス抜きによる揮発性成分の分離 による二相の液体混合物の脱水方法において、 工程a)において第一押出機として一軸スクリュー押出機または二軸スクリュー 押出機を使用し、その際二軸スクリュー押出機は同方向回転のスクリューを装備 していることを特徴とする熱可塑性プラスチック相および水相からなる二相の液 体混合物の脱水方法。 2.工程a)を、工程b)より少なくとも30℃高い溶融液温度で実施するこ とを特徴とする請求項1記載の方法。 3.工程b)の終端で水の少なくとも94%が液状で分離されていることを特 徴とする請求項1または2記載の方法。
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