KR102247733B1 - 탄성중합체 함유 매체로부터 휘발 성분을 제거하기 위한 방법 및 그를 위한 탈기 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 탄성중합체 용액 및 탄성중합체 분산물과 같은 탄성중합체 함유 매체를 탈기하기 위한 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 탈기 디바이스(1)에 관한 것이다.

Description

탄성중합체 함유 매체로부터 휘발 성분을 제거하기 위한 방법 및 그를 위한 탈기 디바이스{METHOD FOR REMOVING VOLATILE COMPONENTS FROM ELASTOMER-CONTAINING MEDIA AND DEGASSING DEVICES THEREFOR}

본 발명은 탄성중합체 함유 매체, 예컨대 특히 탄성중합체 용액 및 탄성중합체 분산물을 탈기하기 위한 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 탈기 디바이스에 관한 것이다.

압출은 중합체의 제조, 처리 및 가공에서 자주 사용되는 방법이다. 여기서 그리고 하기에서, 압출은 단축 압출기 또는 다축 압출기에서의 매체의 처리를 말하는 것으로 이해된다.

압출은 중합체 제조 시에 중합체 함유 매체로부터 보조제 및 용매뿐만 아니라, 단량체 및 올리고머와 같은 휘발 성분을 제거하기 위해 산업적으로 이용된다([1], p. 192 to 212; [1] = Klemens Kohlgrueber, Twin-Screw Extruders, Hanser Publishers, Munich 2007). 필요하다면, 중합체는 또한 압출 동안, 예를 들어, 그래프팅, 작용기의 개질에 의해, 또는 분자량의 목표한 증가 또는 감소에 의한 분자량의 개질에 의해 화학적으로 개질될 수 있거나, 또는 중합체는 예컨대 첨가제의 혼합에 의해 전환될 수 있다.

압출의 이점은, 특히 압출기에서 처리 요소로서 전형적으로 사용되는 스크루 요소의 마루 영역(ridge area)에서, 압출될 중합체 함유 매체 내로 특히 많은 양의 에너지가 소산된다는 문제점에 직면해야 하고, 이는 극심한 국부적인 과열로 이어질 수 있다. 이러한 국부적인 과열은, 예컨대 냄새, 색 또는 화학 조성의 변화에 의해 생성물을 손상시키거나, 또는 얼룩 또는 겔 바디와 같이 생성물에서의 불균질을 일으킬 수 있다.

국부적인 과열로 인한 다양한 중합체의 손상 패턴에 대해서는, 예를 들어 WO2009/153000 A호가 참조되며, 22쪽, 7줄 내지 24쪽, 25줄에 기재되어 있다.

특히, 폴리부타다이엔(BR), 천연 고무(NR), 폴리아이소프렌(IR), 부틸 고무(IIR), 클로로부틸 고무(CIIR), 브로모부틸 고무(BIIR), 스타이렌 부타다이엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 부타다이엔-아크릴로나이트릴 고무(NBR), 부분 수소화 부타다이엔-아크릴로나이트릴 고무(HNBR) 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 공중합체(EPDM)와 같은 고무 유형은 온도가 지나치게 높으면 겔 형성 및 가교결합(interlink)의 경향이 있어, 이들로부터 제조된 제품의 기계적 특성의 심각한 열화를 초래한다. 클로로부틸 고무와 브로모부틸 고무 그리고 클로로프렌 고무가 수반되는 경우, 온도 상승은 염화수소 또는 브롬화수소의 방출로 이어져서, 결국 중합체의 추가 분해를 촉진시킬 수 있다.

중합체에 대한 임의의 손상의 반응 속도는 온도에 따라 달라진다. 이에 대한 반응 속도 상수 k(T)는 아레니우스 식을 이용하여 설명될 수 있다:

k(T)=A*exp(-E_A/(R*T)).

이 식에서, k는 반응 속도 상수이고, T는 [K] 단위의 절대 온도이고, A는 빈도 인자이고, E_A는 [J/mol] 단위의 활성화 에너지이고, R은 [J/(mol*K)] 단위의 보편 기체 상수이다.

따라서, 에너지 관련 관점에서도 역시, 중합체 함유 매체의 압출 방법은 일반적으로 평균 온도 상승이 가능한 한 적고, 예를 들어 선행 기술에 따른 전통적인 엘드멘거(Erdmenger) 스크루 프로파일을 갖는 스크루 요소의 마루 영역에서 발생하는 것과 같은 국부적인 온도 피크가 회피되도록 하는 방식으로 설계되어야 한다.

특히 중합체 함유 매체로부터 물 또는 용매 잔여물과 같은 휘발 성분의 제거를 위해서는, 스크루 기하학을 통해 고도의 표면 갱신을 획득하여, 휘발 성분의 제거를 용이하게 하는 것이 여전히 유리하다.

종래 기술에서는 이러한 문제의 해결책을 다루는 다수의 접근법이 알려져 있다.

DE 1 180 718 A호에서는 1줄(single-start) 처리 요소 및 스크루 요소를 갖는 이축 스크루 머신(twin-shaft screw machine)이 알려져 있다. 단면도에서, 스크루 요소의 외곽선은 원호로 구성되어 있다. 회전 방향으로 위치되는 능동 에지(active edge)는 원호의 중심이 스크루 요소의 종축 또는 외측 반경에 있는 3개의 원호로 구성된 외곽선을 갖는다. 스크루 요소는 처리될 재료에 작용하는 전단 흐름 및/또는 연신 흐름을 조정하기 위한 작은 양의 유연성만을 허용한다는 하나의 문제점이 있다.

WO2009/152968호 및 WO2011/039016호에는, 특히 스크루 요소의 둥근 형상으로 인해 압출 동안에 중합체 함유 재료 내에 더 낮은 정도의 에너지 입력을 생성하는 스크루 요소와 같은 압출기에 대한 처리 방법이 개시되어 있다.

EP 1 617 985 A1호에서는 바이모달 폴리올레핀을 탈기하기 위한 방법 및 처리 시스템이 알려져 있다. 처리 시스템에는 2개의 동시에 작동하는(parallel moving) 이축 압출기가 연속하여 배치되어 있는데, 흐름 방향에서 볼 때 두 번째 압출기가 처리될 폴리올레핀을 탈기하기 위한 탈기 구역을 갖는다. 이 처리 시스템의 단점은 탈기 성능, 즉, 원치 않은 휘발 성분의 탈기된 비율의 정도가 낮다는 것이다.

EP 0861717 A1호에서는 심하게 탈기된 재료를 처리하기 위한 시스템 및 방법이 알려져 있다. 압출 디바이스는 메인 압출기 및 이것에 측면으로 이어져 있는 2개의 보조 압출기를 가지므로, 메인 압출기의 증발 구역에서 생기는 가스 흐름은 적어도 3개의 부분 흐름으로 나눠진 후에, 압출기들로부터 배출되게 된다.

EP 1 127 609 A2호에는 혼련기(keader)를 사용하여 중합체 함유 매체로부터 휘발 성분을 제거하기 위한 방법이 개시되어 있다. 여기서, 에너지는 혼련기 벽을 통해 부분적으로 도입되고 용매의 증발에 사용된다. 게다가, 혼련기의 회전 축에 의해 기계적 에너지로서의 에너지가 도입된다. 혼련기를 통한 기계적 에너지의 도입은 제품의 점도에 따라 크게 좌우되는데, 이는 산업적인 용도를 위한 방법의 유연성 및 그에 따른 매력을 크게 떨어뜨린다.

EP 1 165 302 A1호에는 진공 하에서 작동되는, 흐름 방향에서 다수의 탈기 구역 및 후방 탈기 구역을 포함한 합성수지(plastics)를 탈기하기 위한 디바이스 및 방법이 개시되어 있다. 진공은 휘발 성분의 낮은 잔여 농도를 획득하기 위해 필요하다.

플래시 탱크 및 하나 이상의 압출기를 사용한 고무액의 직접적인 탈기는, 문헌["Process Machinery", Part I and II, March and April 2000; Author: C.G. Hagberg]뿐만 아니라 WO2010/031823 A호 및 PCT/EP2011/054415호에 개시되어 있다.

US 4,055,001호에는 건조 공정 동안 초음파 소노트로드(ultrasound sonotrode)를 사용하여 수분 함량이 0.1 중량% 미만인 부틸 고무와 같은 중합체를 제조하기 위한 방법이 개시되어 있다. 그러나, 초음파로 인한 매우 높은 전단 충격은 상업적인 용도에 대해 바람직하지 않다.

US 2001/056176 A1호에는 고무액을 농축시키기 위한 단일 단계의 방법이 개시되어 있다. 여기서, 고무액은 증기에 의해 가열되어서 진공 하에서 탈기함으로써 하나의 단계로 기존의 용매를 제거하여, 백색 부스러기(white crumb)를 생성한다. US 2001/056176 A1호에서는, 공정 중에, 낮은 증기 압력에서 휘발 성분을 제거하기 위해 대용량 증기 흐름을 필요로 하며, 이에 의해 부스러기 내에 추가적인 수분이 원치 않게 포함되게 된다. EP 0 764 076A호에서는 중합체 용융액(polymer melt)을 처리하기 위한 스크루 요소가 알려져 있는데, 스크루 요소는 그의 비대칭적인 기하학으로 인해 낮은 온도에서도 압출기 작동 동안 이러한 용융액의 동적 혼련에 기여하게 된다.

그러나, 해결책에 대한 전술한 접근법은 탄성중합체 함유 매체의 압출에 적용될 수 없거나 또는 개선의 여지가 있을 수 있다.

PCT/EP2012/069201호에서는, 특히 중합체 용융액, 중합체 용액 및 중합체 분산물을 포함한 중합체 함유 매체를 탈기하기 위한 방법과 함께 전술한 방법을 수행하기 위한 탈기 디바이스가 알려져 있는데, 개선된 탈기 결과를 얻기 위해 스크루 기하학은 소정의 기하학 요건을 충족해야 한다. 본 발명의 기초가 되는 과제는, 잔여 휘발 성분의 함량이 적음과 동시에 높은 탄성중합체 처리량과 조합된 높은 탈기 능력을 가능하게 하는, 탄성중합체 함유 매체로부터 휘발 성분을 제거하기 위한 방법을 제공하는 것이었다.

본 발명의 목적은, 탄성중합체 함유 매체로부터 휘발성 화합물들을 제거하기에 특히 적합하며 적어도 하나의 압출기를 갖는 디바이스이고, 이어서 압출기는 적어도,

하우징 및 대응하는 보어 직경(D_n)을 갖는 n개의 하우징 보어(B_n) - 여기서 n은 2 내지 16의 정수이고, 바람직하게는 2 내지 12이고, 특히 바람직하게는 2 내지 8이고, 가장 바람직하게는 2이며, 상기 하우징 보어들은 서로 관통하며 바람직하게는 서로 평행하게 배치됨 -;

n개의 샤프트(W_n) - 상기 샤프트들은 동일한 방향으로 회전 구동할 수 있고, 상기 샤프트들 각각은 상기 하우징 보어들(B_n) 중 하나의 하우징 보어에서 동심으로 배치되고, 상기 샤프트들 각각은 회전 축(A_n)을 갖고, 상기 샤프트들 각각은 적어도 하나의 처리 요소를 구비하는데, 상기 처리 요소는 원주 방향(peripheral direction)으로의 단면 프로파일이,

- 상기 샤프트(W_n)의 상기 회전 축(A_n)에 대해 상기 처리 요소의 상기 단면 프로파일의 방사상 확장부와 관련하여 m개의 극대치(R^m _{max n})를 갖고, 여기서 m은 1 내지 16의 정수이고, 바람직하게는 1 내지 8이고, 특히 바람직하게는 1, 2, 3 또는 4이고, 더 바람직하게는 1, 2 또는 3이고, 가장 바람직하게는 2 또는 3이며, 추가로, 적어도 하나의 극대치(R^m _{max n})는 상기 샤프트(W_n)의 상기 회전 축(A_n)에 대해 상기 처리 요소의 상기 단면 프로파일의 방사상 확장부와 관련하여 방사상 확장부의 절대 최대치(R_{max n})이며, R_{max n}에는

R_maxn <= (D_n/2)이 적용됨 -;

적어도 하나의 공급 구역;

하나 이상의 탈기 구역(degassing zone) - 상기 탈기 구역들 각각은

상기 압출기로부터 탄성중합체 함유 매체로부터의 휘발 성분들을 배출하도록 구성된 적어도 하나의 탈기구(degassing vent)를 포함함 -; 및

적어도 하나의 배출 구역을 포함하며,

상기 압출기는 적어도 하기 조건이 충족되도록 설계된 스크루 요소들(SE)을 처리 요소들로서 갖는다:

S1) 서로 관통하는 인접한 하우징 보어들(B_n, B_n+i)에서 각각 동심으로 배치되어 있으며 회전 구동할 수 있는, 2개의 샤프트의 스크루 요소들의 프로파일들 사이의 간극(clearance)(A_SE)은, 단면 프로프일에 있어서 그리고 상기 샤프트들이 동일한 방향으로 360° 회전하는 경우,

i) 0.001 내지 0.2 A_D이고; 상이한 실시 형태에서는 0.005 내지 0.05 A_D이고, 여기서 A_D는 회전 구동할 수 있는 2개의 인접한 샤프트의 회전 축들의 간극이며,

ii) 적어도 하나의 절대 최소치(A_minSE) 및 절대 최대치(A_maxSE)를 갖고, 여기서 A_maxSE ≥ 1.3 A_minSE이고, 바람직하게는 A_maxSE ≥ 1.5 A_minSE이고, 보다 바람직하게는 A_maxSE ≥ 5.0 A_minSE이고, 특히 바람직하게는 A_maxSE ≥ 10.0 A_minSE이고, 다른 실시형태에서는, A_maxSE는 1.3 내지 10 A_minSE이고, 바람직하게는 1.5 내지 8.0이고, 특히 바람직하게는 1.5 내지 5.0이다.

당업자에게는 조건 i)로 인해, A_maxSE가 200 A_minSE 보다 더 커질 수 없다는 것이 자명하다.

바람직하게는, 하기 조건을 또한 충족한다:

S2) 스크루 요소들의 단면 프로파일은 프로파일 곡선의 방사상 확장부와 관련하여 적어도 하나의 절대 최대치(R_{max n})를 갖는데, 절대 최대치(R_{max n})에는,

0.420 D_n < R_{max n} < 0.496 D_n, 바람직하게는 0.420 D_n < R_{max n} < 0.490 D_n, 바람직하게는 0.430 D_n < R_{max n} < 0.485 D_n, 보다 바람직하게는 0.440 D_n < R_{max n} < 0.482 D_n, 특히 바람직하게는 0.450 D_n < R_{max n} < 0.480 D_n이 적용된다.

본 발명의 범주에는, 명시적으로 언급된 특징들 및 특징부들의 조합 이외에, 각 특징부에 대해 규정되는 바람직한 범위들의 임의의 조합도 또한 포함된다.

본 발명의 맥락에서, 단면 프로파일은 처리 요소의 프로파일, 특히 처리 요소가 배치되는 샤프트의 회전 축(A_n)에 직교하는 평면에서의 스크루 요소의 프로파일을 말한다.

용어 "스크루 요소"는 코어 샤프트와 코어 샤프트들에 대한 로케이팅 소켓(locating socket)을 모두 갖는 스크루 요소들로 이루어진 오늘날 통상 사용되는 모듈 구조물 모델, 및 고체 구조물의 스크루들, 예컨대, 고체 구조물로서 제조된 개별 서브세그먼트들로 이루어진 일체형 형태의 스크루 샤프트들 둘 모두를 포함하거나, 또는 전술한 구조물 모드들의 조합들을 포함한다.

본 발명에 따른 서로 관통하는 하우징 보어들은 적어도 압출기의 종방향 세그먼트 위에서 단면 프로파일에 있어서 그들 전체에 걸쳐 공동 구멍을 생성하는 보어들이다.

전술한 기하학적 조건들은 도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 상호 맞물리는 이축 압출기에 대한 전형적인 소위 2줄 엘드멘거 프로파일을 참조하여 설명된다. 엘드멘거 프로파일은 예를 들어, 스크루 마루 영역에서 2개의 극대치(R¹ _max, R² _max)를 갖는데, 극대치들 각각은 동시에 또한 회전 축들(A1, A2)에 대한 단면 프로파일의 방사상 확장부와 관련하여 최대값(R_max)을 갖는다.

본 명세서에서뿐만 아니라 참고 문헌에서, 샤프트(W_n)의 회전 축(A_n)에 대한 단면 프로파일의 방사상 확장부와 관련하여 각각 최대값(R_max)의 적어도 85%, 바람직하게는 적어도 95%를 갖는 p개의 극대치(R^P _max)를 갖는 스크루 요소들은 p줄 스크루 프로파일이라고도 지칭된다.

본 발명의 맥락에서, 회전 방향에 대해 전방으로 향하는 능동 에지들은 샤프트(W_n)의 회전 축(A_n)에 대한 단면 프로파일의 방사상 확장부와 관련하여 회전 방향으로 하나의 극대치(R^m _{max n})로부터 다음 극소치(R^m _{min n})까지의 스크루 요소들의 단면 프로파일의 영역들이다. 극대치(R^m _{max n}) 또는 극소치(R^m _{min n})가 단일 점인 경우, 이러한 점은 정의에 따라 능동 에지(F_akt)의 부분도 아니고 수동 에지(passive edge)(F_pass)의 부분도 아니다. 스크루 프로파일의 함수 R(φ)에 관련하여, 예를 들어 마루 각도(KW)에 걸쳐서 평탄역-유사 극대치를 갖는 마루 영역의 중심점(M)(정의된 중심)에 대해서도 동일하게 적용되며, 여기서 φ는 회전 방향에 있어서의 회전 축(A1 또는 A2)의 각도이다. 이 경우에, 도 1에 도시된 바와 같이, 스크루 요소의 회전 방향에 있어서의 평탄역-유사 최대치의 중심과 극대치의 최종점 사이의 영역은 또한 정의에 따라 능동 에지(F_akt)의 부분이다. 도 1에 도시된 엘드멘거 프로파일에서 스크루 요소의 회전 방향에 있어서의 극대치의 최종점은 교차점(Sp)이다.

예를 들면, 도 1에서는 또한 반경이 0.9 R_max로서 제시되는데, 이것은 마루 원호와 에지 원호의 교차점(Sp)이 이러한 반경의 외측에 있으며, 즉, 0.9 R_max와 R_max 사이에 있으며, 프로파일에서는 스크루 요소에 에지를 생성하는 만곡부가 생긴다는 것을 나타낸다. 도 1에서는 마루 원호의 접선(T1)과 에지 원호의 접선(T2)뿐만 아니라, 도시된 엘드멘거 프로파일에 대해 약 34°인 접선들(T1, T2)에 의해 이루어지는 보다 작은 각도(β)도 또한 나타나 있다.

도 1에 도시된 엘드멘거 프로파일의 배치는 완전히 자정식(self-cleaning)이다. 도 2a에서 0°, 45° 및 90°의 각도로 샤프트들(A1, A2)의 동일한 방향의 회전을 위해 이러한 배치에 대해 나타낸 간극(A_SE)은 일정하며 0이고, 즉, 간극들(A_maxSE, A_minSE)도 또한 각각 0이고, 즉, 특징부 S1)은 충족되지 않는다. 처리 요소의 단면 프로파일의 최대 방사상 확장부는 R_max = (D_n/2) = 29mm이고, 즉, 참고 문헌에서 방사상 간극이라고도 기재된 특징부 S2)도 또한 충족되지 않는다. 여기서, 2개의 인접한 회전 구동가능한 샤프트(A1, A2)의 회전 축들(A_D)의 간극은 48mm이다. 당업자는 회전 부품들의 기계적인 손상을 방지하기 위해 실제로 0이 아닌 일정한 간극(A_maxSE)이 통상 사용된다는 것을 알고 있다.

도 2b는 도 2a에 도시된 바와 같은 엘드멘거 프로파일들의 배치를 도시하지만, 스크루 요소들 사이에서 약간의 간극을 얻기 위해 회전 축들(A1, A2) 사이의 거리(A_D)를 1.5mm만큼 증가시켜 49.5mm로 하였다. 여기서, 스크루 요소들의 최대 방사상 확장부(R_max = (D_n/2))는 마찬가지로 29mm이다. 간극(A_SE)은 샤프트들(A1, A2)의 회전이 동일한 방향으로 360°일 때 일정하게 유지되며, 중심 거리(A_D)에 관해 평균 값이 대략 0.03이다. 도 3에서는 0 내지 90°의 회전각에 관련하여 간극(A_SE)의 양상이 나타나 있다. 요소들의 대칭으로 인하여, 다음 1/4 회전들에 있어서도 양상이 반복된다. 도 2a에 따른 배치에 있어서도 특징부 S1)과 S2)가 충족되지 않는다.

도 2c는 선단부 직경(tip diameter)을 줄인 엘드멘거 프로파일로부터 생성된, 본 발명에 따른 스크루 프로파일들의 배치를 도시한다. 거리(A_SE)는 샤프트들(A1, A2)이 동일한 방향으로 360° 회전하는 경우 변한다. 도 4에서는 0 내지 90°의 회전각에 대하여 간극(A_SE)의 양상이 나타나 있다. 요소들의 대칭으로 인하여, 다음 1/4 회전들에 있어서도 이러한 양상이 또한 반복된다. A_maxSE는 1.45mm 또는 0.03 A_{D D}이고 A_minSE는 0.31mm 또는 0.0064 A_{D D}이다. A_D는 48mm이다. A_maxSE = 4.7 A_minSE이다. 따라서, 특징부 S1)이 충족된다.

선단부 직경을 줄이면 동시에 방사상 간극이 생긴다. 스크루 요소들의 최대 방사상 확장부는 R_max = 0.4743 D_n이다. 따라서, 특징부 S2)도 충족된다.

도 2c에 나타낸 스크루 프로파일은 표준 엘드멘거 프로파일로부터 생성되는데, [1]에서의 설계 사양이 참조된다. 이를 위하여, 예를 들면 윤곽선의 외경이 57.8mm로 가정되고, 중심 거리가 47.8mm로 가정된다. 이러한 정보를 이용하여, [1]에 기재된 바와 같은 프로파일이 정밀 어브레이딩 윤곽선(precisely abrading contour)으로서 먼저 생성된다. 이어서 중심 거리가 48mm로 증가된다(중심 거리 증가). 이어서 반경 27.65mm의 원을 프로파일의 회전 축을 중심으로 그린다. 이러한 반경 27.65mm의 원은 프로파일의 새로운 외측 에지를 구성한다. 이 공정에서, 프로파일은 대칭을 유지한다. 이것은 2줄 프로파일이고, 따라서 27.65mm의 새로운 외측 반경을 갖는 2개의 기어가 생성된다.

기하학적 설계는 조건 S1)의 범위 이내에서 고도로 유연하며, 바람직하게는 조건 S2)의 범위 이내에서도 고도로 유연하고, 당업자는 예를 들어, 주어진 정밀 어브레이딩 스크루 프로파일에서 시작하여 방사상 간극 및 간극들(A_SE)을 구성하도록 단면 기하학들 및 각각의 스크루 요소들의 구성 방법들을 충분히 잘 알고 있다. 이에 대해 알려진 방법에는, 예를 들어 [1]의 섹션들 2.5.2 및 5에 기재된 중심 거리 증가, 종방향 등거리 및 공간 등거리에 대한 대안들이 있다. 중심 거리 증가의 경우, 더 작은 직경을 갖는 스크루 프로파일이 설계되고 스크루들 사이의 간극의 양만큼 분리되어 있다. 종방향 등거리 방법의 경우, 종방향 프로파일 곡선을 회전 축을 향하여 프로파일 곡선에 수직하게 내측으로 스크루 요소들 사이의 간극의 절반만큼 각각의 요소의 회전 축에 평행하게 이동시킨다. 공간 등거리 방법의 경우, 스크루 요소들이 클리닝되는 공간 곡선으로부터 시작하여, 스크루 요소를 정밀 어브레이딩 프로파일의 표면에 수직인 방향으로 스크루와 스크루 사이의 간극의 절반만큼 줄인다. 종방향 등거리 및 공간 등거리가 바람직하며; 공간 등거리를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

예를 들면, 도 7 내지 도 11은 또한 다음과 같이 생성된 본 발명에 따른 스크루 프로파일들의 배치들을 도시한다.

모든 경우에, 58mm 외경 및 48mm 중심 거리(A)를 갖는 도 1에 따른 정밀 어브레이딩 윤곽선을 기초로 하였다. 구성은 [1]에 기재된 바와 같았다. 이에 기초하여, 하기 변형들이 추가되었다:

도 7: 엘드멘거 프로파일의 마루들의 2개의 최종점이 온전히 유지되도록 반경 46mm의 원호가 배치되었다. 이와 같이 하여 에지의 베이스(base)와 마루 사이에 3.6mm의 간극이 생겼다.

도 8: 마루는 일 측부에서 반경 13mm의 원에 의해 변형되었다. 이 원의 중심은 엘드멘거 프로파일의 대칭축 상에 있었다. 반경 13mm의 원은 원래 엘드멘거 프로파일의 나머지 마루로의 매끄러운 전이가 유지되도록 배치되었다.

도 9: 원래 엘드멘거 프로파일의 마루의 중심에서 시작하여, 원래 엘드멘거 프로파일의 대칭축에 대해 50°의 각도로 직선을 그렸다.

도 10: 원래 엘드멘거 프로파일의 대칭축에 대해 대칭축으로부터 16mm의 거리에 평행선을 그렸다. 이와 같이 하여 에지의 베이스의 일부가 제거되었고, 어느 정도, 에지의 베이스와 마루 사이에 증가된 간극이 생겼다.

도 11: 도시된 프로파일은 통상적인 엘드멘거 프로파일과 차이가 있다. 기초가 되는 자정식 프로파일은 48mm의 중심 거리에 있어서의 58mm의 외경으로 설계되었고, 사분면당 3개의 원호로 이루어진다. 자정식 프로파일에서는 루트 반경이 33mm이고, 에지 반경이 48mm이고, 선단부 반경이 15mm이다. 루트 반경과 에지 반경은 접선식으로 병합하는 한편, 루트와 선단부 사이에 예리한 만곡부가 존재한다. 원주 방향에 걸쳐 간극(A_SE)의 변화를 얻기 위해서, 에지 원의 중심점을 1mm만큼 변위시켜서, 에지 반경을 48.5mm로 증가시켰다. 중심 거리가 추가로 49 mm로 증가되면, A_minSE = 0.02 A_{D D} 및 A_maxSE = 0.032 A_D가 된다. A_maxSE = 1.6 A_minSE이다. 이 프로파일 설계는 도 12에 나타나 있다. 회전각에 따른 A_SE는 도 13에 나타나 있다.

본 발명에 따르면, 특징부 S1)을 충족하고 바람직하게는 특징부 S2)도 충족하는 한, 단면 프로파일이 지속적으로 미분 가능한 프로파일 곡선으로 전적으로 표현될 수 있는 스크루 요소들이 사용될 수 있다.

본 발명의 추가 실시 형태들에서, 압출기는 하우징, 및 n = 2 내지 16, 특히 바람직하게는 n = 2 내지 12, 더 바람직하게는 n = 2 내지 8, 가장 바람직하게는 n = 2인 하우징 보어들(B_n)을 갖는다.

하우징 보어들(B_n)은 서로 관통하며, 바람직하게는 서로 평행하게 배치되어 있다.

본 발명에 따르면, 적어도 하나의 하우징 및 대응하는 보어 직경들(D_n)을 갖는 n개의 하우징 보어(B_n)를 포함하는 적합한 유형의 압출기 - 여기서 n은 2 내지 16의 정수이고, 특히 바람직하게는 2 내지 12이고, 더 바람직하게는 2 내지 8이고, 가장 바람직하게는 2이며, 하우징 보어들은 서로 관통하며 바람직하게는 서로 평행하게 배치됨 - 에는, 예를 들어, 이축 압출기, 유성 기어 압출기 또는 링 압출기가 있는데, 이축 압출기 또는 링 압출기가 바람직하고, 이축 압출기가 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 이축 압출기는 동일한 방향으로 회전 구동할 수 있다.

일 실시 형태에서, 적어도 하나의 압출기는 추가로 적어도 하나의 분산 구역을 갖는다. 분산 구역에서는 예를 들어, 박리제 또는 다른 첨가제가 중합체에 첨가될 수 있다. 분산 구역 내의 처리 요소로는 예를 들어, 혼련 요소, 스프로킷 블록(sprocket block), 톱니 모양 와셔(serrated washer) 또는 치형 혼합 요소(toothed mixing element)가 있을 수 있다. 적합한 요소의 가능한 추가 선택은 [1]에서 알 수 있다.

스크루 요소의 능동 에지 영역에서, 압출기 샤프트(W_n)가 그의 하우징 보어(B_n)에서 회전함에 따라, 압출될 탄성중합체 함유 매체는 좁아지는 웨지(wedge) 내로 가압된다. 특히 본 발명에 따른 탈기 동안, 높은 표면 갱신으로 이어지고 그리하여 탄성중합체 함유 매체로부터의 휘발 성분의 개선된 확산으로 이어지는 전단 흐름 및 연신 흐름이 공정 중에 발생한다.

놀랍게도, 특징부 S1)을 충족하고 바람직하게는 특징부 S2)도 충족하는 스크루 요소가 처리 요소로서 압출기에 배치될 경우 압출기의 처리량 및 탈기 성능이 상당히 증대될 수 있다는 것이 밝혀졌다.

과학적으로 이에 얽매이기를 원하지는 않지만, 투명 하우징을 갖는 본 발명에 따른 압출기의 자체 검사에 의하면, 탄성중합체 함유 매체는 탈기가 증가하고 그리하여 점도도 증가함에 따라 압출기에서 스트링 형상(stringy shape)을 형성하는 것으로 나타났다. 이러한 스트링 형상은 인접한 스크루 요소들 사이의 변화하는 간극(A_SE)으로 인해 그리고 바람직하게는 스크루 요소들과 하우징 벽 사이에서의 S2)에 따른 추가적인 방사상 간극으로 인해 특히 잘 혼련되게 된다. 이것은 특히 고도의 표면 갱신 및 탈기를 보장한다.

특징부 S1)을 충족하고 바람직하게는 특징부 S2)도 충족하는 스크루 요소는, 그의 높은 탈기 성능에도 불구하고, 에너지 입력을 최소화하므로 압출된 탄성중합체에 대한 전술된 바와 같은 손상이 상당히 또는 완전히 방지될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 효과는, 특히 전술한 특징부들을 갖는 스크루 요소가 적어도 하나의 탈기 구역에서 사용될 경우 완전하게 활용된다. 적어도 압출기의 마지막 탈기 구역이 대응하는 스크루 요소를 구비하는 것이 바람직하다. 다른 실시 형태에서, 압출기의 모든 탈기 구역이 대응하는 스크루 요소를 구비한다. 원칙적으로, 탈기 구역의 개수는 제한이 없으며, 압출기에서 예를 들어 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개, 특히 바람직하게는 2 내지 8개일 수 있다. 탈기 구역은 전형적으로 압출기의 흐름 방향에서 공급 구역의 하류(downstream)에 존재하는데, 압출기의 흐름 방향에서 공급 구역의 상류에 적어도 하나의 탈기 구역을 배치하는 것(소위 후방 탈기 구역)이 바람직하다.

당업자가 알고 있는 바와 같이, 탈기 구역은 전형적으로 압출기 하우징 내에 소위 탈기 돔(degassing dome)으로 이어지는 적어도 하나의 탈기구를 포함하는데, 탈기 돔은 이어서 가스 배출 라인을 통해 응축기 유닛으로 연결되고, 응축기 유닛에서는 중합체 함유 매체로부터 빠져나가는 휘발성 화합물이 응축된다. 탈기 구역 및 탈기 돔의 압력은 바람직하게 특히 진공 펌프와 같은 펌프에 의해 제어된다.

탄성중합체 함유 매체로부터 탈기구 및 탈기 돔을 통해 빠져나가는 휘발성 화합물은 탄성중합체 또는 생성물을 함께 잡아당기는 경향이 있는데, 이는 최악의 경우에 탈기구 또는 탈기 돔이 막히게 할 수 있다.

이러한 이유로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 탈기구 및 탈기 돔은 탄성중합체 함유 매체 또는 생성물의 어떠한 누출도 효과적으로 방지하거나 줄이도록 설계되어 있다.

이러한 목적을 달성하기에 적합한 디바이스로는, 탈기구에 장착되어 있고 물질을 압출기로 이송하도록 작동되는 단축 또는 다축, 특히 2축 플러그 스크루, 또는 탈기구의 내부에 배치되어 탄성중합체 함유 매체 및 생성물을 압출기로 다시 밀어내기 위한 롤러 또는 벨트가 있다. 전술한 디바이스에 추가하여 또는 대안으로서, 표면에 물질이 접착하는 것을 줄이거나 방지하는 코팅이 탈기구 상에 사용될 수 있다.

적합한 코팅으로는, 예를 들어 DLC(diamond-like carbon; 다이아몬드-유사 탄소), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 니켈 합금이 있다.

탈기구 및 탈기 돔의 압력은, 예를 들어 1 hPa 내지 2,000 hPa이고, 바람직하게는 5 hPa 내지 900 hPa이다.

대안 실시 형태에서, 하기 조건을 또한 충족하는 스크루 요소가 탈기 구역에 사용된다:

S3) 스크루 요소(SE)는 하기 사항이 적용되는 수직 높이(rise)(t)를 갖는다:

1.38 D_n < t < 5.00 D_n, 바람직하게는 1.60 D_n < t < 3.00 D_n, 특히 바람직하게는 1.80 D_n < t < 2.50 D_n, 가장 바람직하게는 1.90 D_n < t < 2.40 D_n.

압출기의 흐름 방향에서 다수의 탈기 구역이 공급 구역의 하류에 연결되어 있다면, 개별 탈기 구역들 사이에 중간 압력 증강 구역을 연결하고 바람직하게는 축적 요소도 또한 연결하여 개별 탈기 구역들을 서로로부터 밀폐시키고 그리하여 압출기의 흐름 방향에서 점진적인 탈기가 가능하도록 할 필요가 있다. 이 경우에, 탈기 구역은 특히 압출기의 흐름 방향에서 상이한 압력, 전형적으로는 감소되는 압력으로 작동될 수 있다.

탈기 구역은 전형적으로 약 0.1 내지 0.6, 바람직하게는 0.3 내지 0.5의 체적 충전 레벨을 갖는 소위 부분 충전된 구역인 반면, 압력 증강 구역 및 필요한 경우 축적 요소에서는 체적 충전 레벨이 1에 도달된다. 이에 대해 사용된 용어는 완전 충전된 구역 또는 세그먼트이다.

압력 증강 구역에서 사용되는 처리 요소는 본 발명에 따른 스크루 요소가 아닌, 탈기 구역에서의 스크루 요소의 수직 높이보다 더 낮은 수직 높이(t)를 갖는 종래의 스크루 요소일 수 있다.

사용되는 축적 요소로서는, 예를 들어 후방 작동 요소, 작은 피치를 갖는 전방 작동 요소, 혼련 블록, 축적 플레이트, 치형 혼합 요소 또는 작은 이송 용량을 갖는 일반적인 요소가 있을 수 있다.

압출기는 또한, 예를 들어 박리제 또는 다른 첨가제를 탄성중합체 함유 매체에 도입하기 위해 적어도 하나의 분산 구역을 가질 수 있다. 놀랍게도, 압출기에서의 분산은 적어도 하나의 분산 구역이 처리 요소로서 하기 조건을 충족하도록 설계된 스크루 요소를 가질 경우 특히 잘 작동하는 것으로 밝혀졌다.

S1) 바람직한 범위를 포함하여 전술한 값을 가짐 그리고/또는

S2) 바람직한 범위를 포함하여 전술한 값을 가짐 그리고/또는

S4) 1.50 D_n < t < 12.00 D_n, 바람직하게는 1.60 D_n < t < 10.00 D_n, 특히

바람직하게는 2.00 D_n < t < 9.00인 수직 높이(t).

특징부 S1) 및 S4) 또는 S1) 및 S2)를 충족하는 스크루 요소를 분산 구역에서 사용하는 것이 바람직하며; 특징부 S1), S2) 및 S4)를 충족하는 스크루 요소를 분산 구역에서 사용하는 것이 특히 바람직하다.

탈기를 돕기 위해 탄성중합체 함유 매체에 박리제가 첨가되어야 하는 경우, 분산 구역의 바람직한 배치는 압출기의 흐름 방향에서 탈기 구역의 상류에 있다.

하나의 실시 형태에서, 압출기의 흐름 방향에서 탈기 구역의 적어도 부분적으로 상류에 텐션 완화 요소(tension release element)가 설치되어 있다.

텐션 완화 요소는, 예를 들어 회전식 또는 고정식 다공판(perforated plate)일 수 있다.

이러한 유형의 다공판은, 예를 들어 JP 59 048136 A호, US 3 501 807호, DE 34 31 063호, DE 623 903호 및 PCT/EP2011/062636호에서 알려져 있다.

텐션 완화 요소로는 또한, 예를 들어 후방 공급 요소, 매우 낮은 수직 높이를 갖는 전방 공급 요소, 혼련 블록 또는 축적 플레이트가 있을 수 있다.

하나의 바람직한 실시 형태에서는, 작동 동안 하우징에 단단히 연결되어 있지만 제거 가능하며 압출기에 가지고 있는 각 샤프트를 각각 수용하기 위한 하나의 로케이팅 소켓을 갖고 바람직하게는 샤프트들에 대한 슬라이드 개스킷(slide gasket)으로서 작용되는 고정식 다공판이 사용된다. 하우징 보어의 직경(D)에 관하여 샤프트로부터의 수용 개구의 방사상 간극(s)은, 바람직하게는 0.001 ≤ s/D ≤ 0.02이고, 바람직하게는 0.002 ≤s/D ≤ 0.01이고, 특히 바람직하게는 0.003 ≤ s/D ≤ 0.006이다.

다공판은 하나 이상의, 바람직하게는 다수의 관통 홀을 가지며, 홀의 보어 직경은 직경(d)이, 예를 들어 1 mm ≤ d ≤ 6 mm이고, 바람직하게는 1.5 mm ≤ d ≤ 5 mm이고, 특히 바람직하게는 2 mm ≤ d ≤ 4 mm이다.

마찬가지로 다른 바람직한 실시 형태에서, 다공판은 다수의 부품 유닛으로서, 바람직하게는 2개의 부품으로 설계되어 있어서, 샤프트들을 제거하지 않고 하우징으로부터 다공판이 떼어내질 수 있다.

다공판을 사용하는 특별한 이점은 다공판을 통해 공급되는 탄성중합체 함유 매체가 탈기 구역의 보조 자유 공간에서 스트링으로 형성되고 노즐판 앞에 중합체 함유 매체에 비해 더 큰 표면을 가진다는 것이다. 그리하여 휘발성 화합물은 탄성중합체 함유 매체로부터 쉽게 빠져나갈 수 있고 탄성중합체 함유 매체로부터 분리될 수 있다.

일반적으로, 압출기는 첨가제의 도입을 위한 하나 이상의 공급 개구를 포함할 수 있는데, 공급 개구는 원칙적으로 압출기 내 어디에든 위치할 수 있지만 탈기 구역의 외측에 위치하는 것이 바람직하고, 분산 구역이 있는 경우, 분산 구역에 위치하는 것이 바람직하다.

공급 개구를 통해 도입될 수 있는 첨가제의 예, 특히 (할로)부틸 고무 제품의 예에는 안정제, ESBO(epoxidized soybean oil; 에폭사이드화 대두유)와 같은 산 포집제, 스테아르산 칼슘과 같은 스테아르산염, 산화방지제 등이 포함된다. 적합한 산화방지제의 예에는 부틸화 하이드록시톨루엔과 같은 입체 장애 페놀과 이르가녹스(Irganox) 1010 및 1076과 같은 그의 유도체, 아민, 머캅토 벤조이미다졸, 소정의 아인산염 등이 포함된다.

대안적으로 또는 추가로, 중합체 매체(PM)가 탈기 디바이스로 들어가기 전에 중합체 매체(PM)에 첨가제가 또한 첨가되거나, 또는 첨가제가 액상인 경우 박리제와 함께 압출기로 도입될 수도 있다.

당업자가 알고 있는 바와 같이, 방사상 간극은 변함이 없거나 또는 언급된 한계 내에서 달라질 수 있다. 방사상 간극 내에서 스크루 프로파일을 변화시키는 것도 가능하다.

스크루 요소를 제조하기 위한 바람직한 재료로는 일반적인 유형의 강, 특히 질화강, 크롬강, 공구강 및 스테인리스강뿐만 아니라 철, 니켈 또는 코발트를 기초로 하고 분말 야금을 사용하여 제조된 금속 복합 재료들이 있다. 그 외에도 니켈계 합금 및 세라믹과 같은 비금속 재료가 있다.

게다가, 본 발명에 따른 탈기 디바이스는 또한 압출기의 상류에, 각각 탈기 압출기 또는 탈기 혼련기로서 설계된 사전 압출기 또는 사전 혼련기를 포함할 수 있다.

이러한 유형의 배치는 주로 EP 2 353 839 A호 또는 PCT/EP2011/054415호에서 알려져 있다.

탈기 디바이스의 일 실시 형태에서는, 탈기 사전 압출기 또는 탈기 사전 혼련기를 (메인) 압출기에 연결시키는 전이 구역이, 특히 전술한 바와 같은 노즐판과 같은 텐션 완화 요소를 적어도 하나, 바람직하게는 정확히 하나 가질 수 있다.

탈기 디바이스의 다른 실시 형태에서는, 탈기 사전 압출기 또는 탈기 사전 혼련기를 (메인) 압출기에 연결시키는 전이 구역이 스로틀(throttle)과 같은 압력 제어 유닛을 적어도 하나 포함할 수 있는데, 스로틀을 사용하여 사전 압출기 또는 사전 혼련기로의 에너지 공급을 제어할 수 있다.

탈기 디바이스의 이러한 2단 설계는 탄성중합체 함유 매체의 높은 탈기 성능과 동시에 높은 처리량을 가능하게 한다.

탈기 사전 압출기가 사용되는 경우, 탈기될 중합체 함유 매체의 (여전히) 낮은 점도로 인해 에너지 입력이 낮기 때문에 탈기 사전 압출기의 회전 속도는 전형적으로 높게 선택된다. 이는 휘발성 화합물이 (메인) 압출기로 공급되기 전에 휘발성 화합물의 비율이 현저하게 줄어들 수 있게 한다.

탈기 성능을 추가로 높이기 위해 탈기 사전 압출기 또는 탈기 사전 혼련기의 상류에 하나 이상의 농축기 유닛이 설치될 수 있다.

이러한 유형의 농축기 유닛으로는, 예를 들어 종래 기술에서 주지되어 있는 사이클론 또는 플래시 증발기가 있을 수 있다.

일 실시 형태에서, 농축기 유닛은 적어도 다음을 포함한다:

탈기 탱크와 결합된 가열 디바이스 - 탈기 탱크의 베이스 부분은 펌프에 연결되고 탈기 탱크의 상부 부분은 적어도 하나의 가스 배출부에 연결됨 -.

농축기 유닛의 펌프 및 사전 혼련기 또는 사전 압출기 또는 압출기의 공급 구역에 연결된 가열 디바이스.

본 발명의 맥락에서, 용어 "~에 연결된"은 직접 또는 간접적인 연결을 포함하며, 간접적인 연결은, 예를 들어 호스 또는 관을 통해 달성될 수 있다. 용어 "~에 연결된"은 또한, 연결되는 유닛들 또는 디바이스들 사이에 다른 유닛들 또는 디바이스들을 배치하는 옵션도 포함한다.

대응하는 농축기 유닛은 WO2010/031823 A호에서 충분히 알려져 있다.

본 발명의 추가 특징부, 이점 및 상세 사항은 하기의 예시적인 실시 형태들의 설명에서 나타날 것이다.

상기 및 하기에 설명되는 실시 형태들을 포함하여 본 발명에 따른 탈기 디바이스는 특히 탄성중합체 함유 매체를 탈기하는 방법에서 사용하기에 적합한데, 그 때문에 본 발명의 다른 목적은 적어도 하나의 탄성중합체 및 적어도 하나의 휘발성 화합물을 함유하는 탄성중합체 함유 매체(EM)로부터 휘발성 화합물을 제거하기 위한 방법이며, 본 방법은 적어도

a) 탄성중합체 함유 매체(EM)를 본 발명에 따른 탈기 디바이스로 공급하는 단계를 포함하고, 이것은, 휘발성 화합물들이 탄성중합체 함유 매체(EM)로부터 탈기 유닛의 탈기구를 통해 빠져나감으로써, 탄성중합체 함유 매체(EM)는 휘발성 화합물들이 격감되고, 탈기 디바이스로부터의 그의 배출 시에, 탄성중합체 함유 매체로부터 중합체가 생성물(P)로서 획득되도록 수행되는데, 이때 생성물은 탈기 디바이스로 공급된 탄성중합체 함유 매체(EM)보다 더 낮은 비율의 휘발성 화합물을 갖고, 생성물은 바람직하게는 휘발성 화합물의 총 함량이 탄성중합체의 질량을 기준으로 1 중량% 이하이고, 바람직하게는 0.5 중량% 이하이고, 특히 바람직하게는 0.1 중량% 이하이다.

본 발명에 따르면, 탄성중합체 함유 매체는 적어도 하나의 탄성중합체 및 적어도 하나의 휘발성 화합물을 갖는 매체이다.

탄성중합체는, 중간값 분자량이 바람직하게는 2,000 g/mol 초과, 특히 바람직하게는 5,000 g/mol 초과, 가장 바람직하게는 20,000 내지 2,000,000 g/mol인 천연 탄성중합체 또는 합성 탄성중합체일 수 있다.

천연 탄성중합체 및 합성 탄성중합체의 예에는 스타이렌-부타다이엔 고무, 예컨대 솔루션 스타이렌 부타다이엔 고무(SSBR) 또는 에멀전 스타이렌 부타다이엔 고무(ESBR), 천연 고무(NR), 부타다이엔 고무(BR), 예컨대 네오디뮴 부타다이엔 고무(NdBR), 리튬 부타다이엔 고무(LiBR) 및 코발트 부타다이엔 고무(CoBR), 아이소프렌 고무(IR), 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무, 예컨대 에틸렌-프로필렌-다이엔 (M 등급) 고무(EPDM), 에틸렌-프로필렌 고무, 나이트릴 고무, 예컨대 아크릴-나이트릴 부타다이엔 고무(NBR), 수소화 나이트릴 고무(HNBR), 부틸 고무, 예컨대 아이소부텐- 아이소프렌 고무(IIR), 할로부틸 고무, 예컨대 클로로부틸 고무(CIIR) 및 브로모부틸 고무(BIIR), 또는 아민이나 포스핀을 이용한 전환에 의해 할로-부틸 고무로부터 제조된 이오노머, 바람직하게는 3차 포스핀을 이용하여 BIIR을 전환하여 얻을 수 있는 이오노머, 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌 비닐 아세테이트 고무(EVA 및 EVM), 폴리우레탄 고무, 구타-페르카, 플루오르 고무, 실리콘 고무, 설파이드 고무, 클로로-설포닐 폴리에틸렌 고무, 그리고 전술한 탄성중합체들의 임의의 혼합물들이 포함된다.

본 발명의 맥락에서, 용어 "부틸고무"는 아이소부텐과 적어도 하나의 다른 공단량체의 공중합체를 말하며, 적어도 하나의 공단량체는 공액 이중 결합을 갖는다. 하나의 바람직한 부틸 고무는 아이소부텐(2-메틸프로펜)과 아이소프렌(2-메틸부타-1,3-다이엔)의 공중합체이며, 이는 또한 아이소부텐-아이소프렌 고무 또는 축약하여 IIR이라 불린다. 몰 기준으로, 중합체 중의 아이소프렌의 함량은 0.001 내지 10 mol%이고 바람직하게는 0.5 내지 8 mol%이고, 특히 바람직하게는 1.8 내지 2.3 mol%이다. IIR은 불규칙적으로 분포된 아이소프렌 단위들을 갖는 선형 폴리-아이소부텐 사슬들로 이루어진다. 아이소프렌 단위들은 중합체 사슬에 불포화 자리들을 도입하여, 가황(vulcanization)을 가능하게 한다. IIR의 질량 평균 분자량(Mw)은, 예를 들어 50,000 내지 1,000,000 g/mol의 범위이고, 바람직하게는 300,000 내지 1,000,000 g/mol의 범위이다.

할로겐화 부틸 고무 CIIR 및 BIIR은 또한 중합체에 화학적으로 결합된 소정 양의 할로겐을 함유한다. 화학적으로 결합된 할로겐의 양은 일반적으로 탄성중합체의 총 질량을 기준으로 0 내지 3 중량% 초과의 범위이다. (할로)부틸 고무는 또한, 예컨대 0.0001 내지 4 phr(phr = parts per hundred parts rubber relative to the rubber weight, 고무 중량을 기준으로 고무 100 중량부 당 중량부)의 첨가제, 에폭사이드화 대두유(ESBO), 0.0001 내지 5 phr의 스테아르산 칼슘 및 0.0001 내지 0.5 phr의 산화방지제를 함유할 수 있을 것이다. 부틸 고무의 용도에 따라 다른 첨가제들, 즉 충전제 재료 또는 착색제가 또한 사용될 수 있다.

브로모부틸 고무(BIIR)의 경우에, 완제품에서의 전형적인 브롬 함량은 1.5 내지 2.5 중량%이고, 바람직하게는 1.6 내지 2.0 중량%이다.

클로로-부틸 고무의 경우에, 완제품에서의 전형적인 염소 함량은 1.0 내지 1.5 중량%이고, 바람직하게는 1.15 내지 1.35 중량%이다.

본 발명에 따라 사용되는 탄성중합체 함유 매체는, 예를 들어 현탁액, 페이스트, 용액, 고체 덩어리, 부스러기의 형태 또는 전술한 외관 형태들의 혼합 형태들로 존재할 수 있다.

본 발명의 맥락에서, 용어 "휘발성 화합물"은 1013 hPa의 압력에서 250℃ 미만의 인화점을 갖는 화합물을 말한다. 휘발성 화합물은 특히 물과 다른 휘발성 무기 화합물뿐만 아니라 휘발성 유기 화합물이다. 휘발성 유기 화합물은 전형적으로 중합에서 또는 후속되는 공정 단계들에서 사용되는 용매, 단량체 또는 올리고머 - 예를 들어 중합 공정으로부터 유래됨 -, 또는 예를 들어 첨가제와 같은 다른 유기 화합물이다. 시멘트(cement)라고도 불리는 탄성중합체 함유 매체(EM)는, 예를 들어 3 내지 98 중량%의 탄성중합체 및 2 내지 97 중량%의 휘발성 화합물, 특히 유기 용매 또는 유기 용매와 물을 함유하고, 전술한 성분들은 탄성중합체 함유 매체의 총 질량의 최대 90 내지 100 중량%, 바람직하게는 95 내지 100 중량%를 이룬다. 100 중량%에 대한 나머지 부분은, 예를 들어 무기 물질 또는 첨가제와 같은 비 탄성중합체 유기 물질일 수 있다.

유기 용매는, 예를 들어 4 내지 10개의 탄소 원자, 바람직하게는 4 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알칸으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 더 바람직한 용매는, n-펜탄, 아이소펜탄, n-헥산, 사이클로헥산, 아이소헥산, 메틸사이클로펜탄, 메틸사이클로헥산 및 n-헵탄을 함유하거나 또는 이들로 이루어진 용매뿐만 아니라, 이들 알칸을 함유하거나 또는 이들 알칸으로 이루어진 임의의 혼합물이다.

일 실시 형태에서, 압출기로 공급되는 탄성중합체 함유 매체(EM)는, 예를 들어 30 내지 98 중량%의 탄성중합체 및 2 내지 70 중량%의 휘발성 화합물, 특히 유기 용매 또는 유기 용매와 물을 함유하고, 전술한 성분들은 함께 탄성중합체 함유 매체의 총 질량의 90 내지 100 중량%, 바람직하게는 95 내지 100 중량%를 이룬다.

압출기로 공급되는 탄성중합체 함유 매체(EM)는, 바람직하게는 40 내지 95 중량%의 탄성중합체 및 5 내지 60 중량%의 휘발성 화합물, 특히 유기 용매 또는 유기 용매와 물을 함유하고, 전술한 성분들은 탄성중합체 함유 매체의 총 질량의 90 내지 100 중량%, 바람직하게는 95 내지 100 중량%를 이룬다.

탈기 유닛이 압출기의 상류에 탈기 사전 압출기, 탈기 사전 혼련기 또는 농축기 유닛을 포함하고 있다면, 탈기 사전 압출기, 탈기 사전 혼련기 또는 농축기 유닛으로 공급되는 탄성중합체 함유 매체(EM)는, 예를 들어 10 내지 95 중량%의 탄성중합체 및 5 내지 90 중량%의 휘발성 화합물을 함유하고, 바람직하게는 15 내지 80 중량%의 탄성중합체 및 20 내지 85 중량%의 휘발성 화합물을 함유하고, 특히 바람직하게는 15 내지 70 중량%의 탄성중합체 및 30 내지 85 중량%의 휘발성 화합물을 함유하며, 휘발성 화합물은 특히 유기 용매 또는 유기 용매와 물이고, 전술한 성분들은 함께 탄성중합체 함유 매체의 총 질량의 90 내지 100 중량%, 바람직하게는 95 내지 100 중량%를 이룬다.

탈기 사전 압출기 또는 탈기 사전 혼련기로 들어갈 때 탄성중합체 매체(EM)의 휘발성 화합물 함량이 하류에 있는 압출기로 들어갈 때보다 더 적다는 것이 당업자에게는 자명하다. 유추에 의해, 이것은 또한 탈기 사전 압출기 또는 탈기 사전 혼련기의 상류에 있는 농축기 유닛으로 들어갈 때 탄성중합체 함유 매체(EM)의 휘발성 화합물 함량에도 적용된다.

이 경우에, 농축기 유닛으로 공급되는 탄성중합체 함유 매체(EM)는, 바람직하게는 5 내지 80 중량%의 탄성중합체 및 20 내지 95 중량%의 휘발성 화합물, 바람직하게는 10 내지 75 중량%의 탄성중합체 및 25 내지 90 중량%의 휘발성 화합물을 함유하고, 휘발성 화합물은 특히 유기 용매 또는 유기 용매와 물이고, 전술한 성분들은 탄성중합체 함유 매체의 총 질량의 90 내지 100 중량%, 바람직하게는 95 내지 100 중량%를 이룬다.

본 발명의 일 실시 형태에서, 압출기는 하우징을 통해 최대 300℃의 온도로 가열되거나 또는 대안적으로 냉각될 수 있다.

바람직한 실시 형태에서, 압출기는 상이한 온도에서 서로 독립적으로 별도 구역들을 작동시키기 위한 디바이스들을 포함하여서, 구역들이 가열되거나, 가열되지 않거나 또는 냉각될 수 있도록 한다.

바람직한 압출기 재료는 부식성이 아니어야 하고, 원칙적으로 금속 또는 금속 이온에 의한 생성물(P)에 대한 탄성중합체 함유 매체의 어떠한 오염도 방지해야 한다.

바람직한 압출기 재료에는 질화강, 듀플렉스강, 스테인리스강, 니켈계 합금, 소결 금속과 같은 복합 재료, 열간 등방 가압 재료, 스텔라이트와 같은 경질 내마모성 재료, 예를 들어 세라믹, 질화티탄, 질화크롬 및 다이아몬드-유사 탄소(DLC)로 이루어진 코팅물로 코팅된 금속이 포함된다.

탈기 구역의 가스 배출구는 응축 시스템에 연결될 수 있고, 이와 같이 연결되어 있는 것이 바람직하다.

일반적으로, 응축 시스템의 목적은 가스 배출구에 의해 가스 배출 라인을 통해 제거된 휘발성 화합물을 수집하는 것이며, 이것은 통상 응축기 및 진공 펌프를 포함한다. 종래 기술에 따라 알려져 있는 모든 응축기 시스템이 휘발성 화합물을 회수하는 데에 사용될 수 있다.

일반적으로, 필요하다면 휘발성 유기 화합물을 물로부터 분리하기 위해 상분리를 수행한 후에, 응축된 휘발성 화합물을 탄성중합체 함유 매체의 제조 공정으로 다시 공급하는 것이 바람직하다.

바람직하게 냉각 기능을 갖는 생성물 처리 디바이스가 탈기 디바이스의 하류에 존재할 수 있다.

냉각 기능을 갖는 생성물 처리 디바이스에는, 이러한 목적을 위해 당업자에게 잘 알려진, 대류 공기 냉각을 이용한 공압식 부스러기 컨베이어, 대류 냉각을 이용한 진동 부스러기 컨베이어, 냉각 접촉면을 이용한 진동 부스러기 컨베이어, 대류 공기 냉각을 이용한 벨트 컨베이어, 냉각 벨트를 이용한 벨트 컨베이어, 물 분사 디바이스, 및 물이 냉각제로서 사용되는 수중 펠리타이저와 같은 모든 이러한 디바이스가 포함된다.

이어서 생성물(P)은 최종 포장 및 발송을 위해 처리될 수 있다. (할로)부틸 고무는, 예를 들어 60℃ 이하의 온도로 냉각되고, 예컨대 유압 프레스를 이용하여 번들로 형성된 후에, 수송을 위해 박스 또는 상자에 넣어 포장된다.

일반적으로, 압출기의 공급 구역으로의 탄성중합체 함유 매체(EM)의 높은 공급 속도(feed rate)는 그에 대응하여 압출기의 회전 속도의 증가를 요구한다. 게다가, 회전 속도는 탄성중합체 함유 매체(EM)의 체류 시간을 결정한다. 그리하여, 회전 속도, 공급 속도 및 압출기 직경은 일반적으로 상호 의존적이다. 전형적으로, 압출기는 무차원 유량(V/n*d³)이 대략 0.01 내지 대략 0.2로 설정되고, 바람직하게는 대략 0.015 내지 대략 0.1로 설정되도록 작동되고, 여기서 V는 체적 유량이고, n은 분당 회전수로 표현되는 회전 속도이고, d는 압출기의 유효 직경이다. 최대 및 최소의 공급 속도와 회전 속도는, 예를 들어 압출기의 크기, 탄성중합체 함유 매체(EM)에 함유된 탄성중합체의 물리적 특성, 및 탄성중합체에 남아 있는 휘발성 화합물의 목표 값에 의해 결정된다. 그러나, 이러한 특성에 기초하여, 당업자는 몇몇 초기 실험을 통해 작동 파라미터를 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에서, 압출기는 시간당 5 내지 25,000 킬로그램의 공급 속도로 작동되고, 바람직하게는 시간당 5 내지 6,000 킬로그램의 공급 속도로 작동된다.

일반적으로, 압출기에서뿐만 아니라 사전 압출기 또는 사전 혼련기에서도 다른 휘발성 화합물과 함께 제거되는 박리제를 첨가함으로써 탈기가 지원될 수 있다. 박리제는 원칙적으로 압출기 유닛 내의 어디에든 첨가될 수 있긴 하지만, 박리제는 바람직하게는 탈기 구역 외측에, 예컨대 압력 증강 구역 또는 분산 구역 중 하나 이상에 첨가되어야 한다.

적합한 박리제는 탄성중합체 함유 매체(EM)에 대해 비활성이고 100℃에서 100 hPa 초과의 증기 압력을 갖는 물질이다.

본 발명의 맥락에서, 용어 "비활성"은 박리제가 중합체와 화학 반응을 하지 않거나 또는 화학 반응을 인식 가능한 정도로 하지 않는 것을 의미한다. 적합한 박리제는 질소, 이산화탄소, 희가스(noble gas), 프로판, 부탄, 물 또는 전술한 물질들의 혼합물이다. 박리제의 양은 압출기의 배출 구역에서 획득되는 탄성중합체의 양을 기준으로 0.0001 내지 10 중량%이고, 바람직하게는 0.001 내지 5 중량%이고, 더 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%일 수 있다.

본 발명은 실시예들 그리고 도 5 및 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명되지만, 이들로 제한되지 않는다.

도 5는 본 발명에 따른 탈기 디바이스의 압출기를 종단면으로 그리고 그 상류에 있는 사전 압출기를 단면으로 도시한다.

도 6은 압출기의 상류에 배치된 사전 압출기를 종단면으로 도시한다.

실시예

분석 방법

중합체 함유 매체(EM)의 수분 함량: 샘플을 원심 분리기에 넣고, 실온에서 4000rpm으로 5분 동안 원심 분리하였다. 이어서 관의 저부에서 물을 수집하여 무게를 측정하였다.

휘발성 화합물의 총 농도: 생성물(P)의 샘플을 2x2mm 크기의 작은 조각으로 잘랐다. 대략 30g의 생성물을 알루미늄 포트에 담았다. 포트와 생성물의 중량을 정밀하게 측정하였다. 이어서 생성물 샘플이 있는 포트를 진공 오븐에 넣고 105℃의 온도에서 60분 동안 130 hPa의 진공 레벨에 두었다. 건조 후에, 포트를 데시케이터에 넣고 30분 동안 냉각시켰다. 이어서 포트의 무게를 다시 측정하였다. 중량 손실을 측정하였다.

생성물(P) 중의 잔여 용매 함량: 생성물(P) 중의 잔여 용매 함량은 증발실 가스 크로마토그래피에 의해 측정되었다. 샘플의 시험 샘플(0.5 ± 0.005 g)을 증발실 앰플에 넣고, 측정된 양의 용매(1,2 다이클로로벤젠, ODCB)를 첨가하였다. 앰플을 밀봉하고 생성물이 용해될 때까지 진탕하였다. 앰플(증발실)에서의 기체상과 샘플 사이의 평형 상태에서 휘발성 유기 화합물이 분산될 때까지 앰플을 가열했다. 크로마토그래피 칼럼을 따라 샘플을 운반하는 운반 기체 스트림에 증발실 가스의 부분 분량을 주입했다. 알려진 표준 조성물이 GC의 보정을 위해 사용되었다. 내부 표준으로서 사용하기 위해 용매에 톨루엔을 첨가하였다.

생성물(P) 중의 잔여 수분 함량: 휘발성 화합물의 총량은 물, 용매 및 다른 휘발성 화합물의 총합이다. 단량체와 같은 다른 휘발성 화합물의 비율이 통상적으로 0.0005 중량% 미만이었기 때문에, 휘발성 화합물의 총 함량에서 용매 함량을 빼서 잔여 수분 함량을 결정할 수 있었다.

탄성중합체 함유 매체(EM) 중의 용매 함량은 가스 크로마토그래피에 의해 측정되었다. 내부 표준은 아이소옥탄이었다. 샘플을 톨루엔으로 희석한 후에, 가스 크로마토그래피에 주입하였다. 가스 크로마토그래피는 하기 사양의 HP 6890 가스 크로마토그래피에서 수행되었다:

- 칼럼 유형: 제이 앤드 더블유(J&W)에 의한 DB-5, 길이 60 m, 직경 0.23 mm, 필름 두께 1.0 μm

- 인젝터 온도: 250℃

- 검출기 온도: 350℃

- 운반 기체: 헬륨

- 칼럼 압력: 96 ㎪

- 검출기: FID

하기 실시예에서는 다음과 같은 탄성중합체 함유 매체(EM)가 사용되었다.

EM -I의 제조

브로모부틸 고무의 원료 용액(crude solution)을 상업적 제조 플랜트로부터 획득하여, 유기상을 수상 체적으로부터 분리하였다. 유기상으로부터의 수상의 분리는 WO2010/031823 A호, 특히 도 7 및 대응하는 기재 내용으로부터 알려져 있다. 이어서 실험을 실시하기 위해 유기상을 EM-I로서 사용하였다. EM-I는 대략 23 중량%의 브로모부틸 고무, 대략 74 중량%의 헥산 이성질체 및 3 중량%의 물을 함유하고 있었으며, 이는 이들 3 성분들의 100 중량%를 기준으로 계산된 것이다. 브로모부틸 고무의 질량을 기준으로 한 다른 첨가제의 농도는 다음과 같았다:

ESBO: 1 내지 1.6 phr, 스테아르산 칼슘: 1.3 내지 1.7 phr, 및 이르가녹스: 0.03 내지 0.1 phr.

그리하여 탄성중합체 및 휘발성 화합물은 탄성중합체 함유 매체의 총 질량의 97.55 내지 98.30 중량%를 이루었다.

압출 후에, EM-I로부터 획득된 브로모부틸 고무는 다음과 같은 특성을 가졌다:

무니(Mooney) (ML 1+8, 125℃) 28 내지 36, 결합된 브롬 함량 1.6 내지 2.0 중량%.

실시예 1: 사전 농축

농축기 유닛

실시예에 사용된 농축기 유닛은 WO2010/031823 A호, 특히 도 1에 나타낸 것과 유사하였다. 전술된 바와 같이 제조된 탄성중합체 함유 매체(EM-I)를 가열 디바이스로 펌핑하기 위해 기어 펌프가 사용되었다. 가열 디바이스는 다중관(pipe-in-pipe) 유형의 열교환기였다. 증기에 의해 내부적으로 가열되는 다수의 관들이 피복관 내에 수납되어 있어, 동시에 생성물을 수용한다. 생성물과 접촉하는 내부관들의 외측에는 양호한 열 전달을 제공하는 혼합 요소들이 또한 위치되어 있다. 가열 매체는 증기였고, 증기의 유량은 매체의 설정 온도에 따라 제어될 수 있었다. 압력 릴리프 밸브가 농축기 유닛의 앞에 설치되었고, 밸브의 상류 압력은 자동으로 설정 값으로 조절되었다. 이러한 설정 값은 가열 디바이스에서의 가열된 탄성중합체 함유 매체(EM-I)의 비등이 방지되도록 선택되었다. 가열된 탄성중합체 함유 매체(EM-I)는 위로부터 탈기 탱크로 이송되었다. 탈기 탱크의 원추형 출구에는 기어 펌프가 구비되어 있었다. 기어 펌프에는 높은 점도를 취급할 수 있고 높은 압력을 구축할 수 있다는 이점이 있었다. 농축 단계 후에 농도를 분석하기 위해 농축된 탄성중합체 함유 매체(EM-II)로부터 샘플을 취출하였다.

실시예 1

탄성중합체 함유 매체(EM-I)가 135℃의 온도로 가열되도록 가열 디바이스의 가열 매체는 160℃에 설정되었다. 탈기 탱크의 압력은 대기압이었다. 대기 압력은 증발된 휘발 성분이 탈기 탱크로부터 응축기를 통해 전달되었음을 의미한다. 응축기는 물에 의해 냉각되었고; 응축된 액체 성분은 주변에 직접 연결된 수집 용기로 흘러 들어갔다. 이와 같이 하여 탈기 탱크의 압력이 주위 압력와 거의 동일하게 되었다. 탈기 탱크의 출구에서의 농축된 탄성중합체 함유 매체(EM-II)는 전술한 바와 같이 농축기 유닛으로부터 추출 펌프에 의해 이송될 수 있었다. 농축된 탄성중합체 함유 매체(EM-II)의 헥산 농도는 대략 43 중량%였다.

탈기 디바이스 (1)

사전 농축된 EM-II는 가열 디바이스를 통해 탈기 디바이스(1)로 이송되었다. 가열 디바이스는 농축기 유닛에서 사용된 것과 동일한 유형의 열교환기였다. 탈기 디바이스는, 보어 직경 D1 = D2 = 57 mm 및 유효 길이 720 mm를 갖고 반대 방향으로 회전하도록 구동되는 이축 압출기인 사전 압출기(2), 및 보어 직경 D1 = D2 = 58.3 mm 및 유효 길이 3225 mm를 갖고 동일한 방향으로 회전하도록 구동되는 이축 압출기인 메인 압출기(3)로 이루어졌다. 이 경우에 유효 길이는 생성물과의 접촉이 일어나는 길이를 의미한다.

탈기 디바이스의 두 압출기는 압출기 및 사전 압출기의 각각의 공급 구역(4, 4.1)의 상류에 압력 제어 디바이스로서 제어 밸브(5, 5.1)를 포함하였다.

사전 압출기는 사전 압출기(6)의 이송 방향에서 공급 구역(4.1)의 하류에 배치된 탈기 구역(7.1), 및 사전 압출기(6)의 공급 구역(4.1)의 상류에 배치된 탈기 구역(7.R)을 가졌다. 탈기 구역(7.R)은 가스 배출 라인에 연결되어 있는 탈기 돔(9.R)을 갖는 가스 배출구(8.R)를 가졌다. 탈기 구역(7.1)은 가스 배출 라인에 연결되어 있는 탈기 돔(9.1)과 가스 배출구(8.1)를 가졌다. 사전 압출기(6)의 이송 방향에서 탈기 구역(7.1)의 하류에 압력 증강 구역(10.1) 및 축적 요소(11)가 위치되었다. 축적 요소(11) 뒤에, 전달 구역(12)이 메인 압출기(3)로 이어졌다. 전달 구역(12)은 가열관으로 이루어졌는데, 이는 결국 메인 압출기(3)의 공급 구역(4)의 시작을 나타내는 제어 밸브(5)의 입구로 이어졌다.

사전 압출기(2)의 가스 배출 라인은 흡인 유닛 및 응축기 유닛에 연결되어 있었다. 진공 펌프에 의해 기체를 추출하였는데, 여기에서부터 압축된 기체를 수냉식 응축기로 이송하였다. 사전 압출기의 하우징(13)은 증기에 의해 가변적으로 가열되도록 설계되었다.

메인 압출기는 압출기(14)의 이송 방향에서 공급 구역(4)의 하류에 배치된 3개의 탈기 구역(15.1, 15.2, 15.3), 및 압출기(14)의 공급 구역(4)의 상류에 배치된 하나의 탈기 구역(15.R)을 가졌다. 탈기 구역(15.R)은 가스 배출 라인에 연결되어 있는 탈기 돔(17.R)과 가스 배출구(16.R)를 가졌고, 각 탈기 구역(15.1, 15.2, 15.3)은 가스 배출 라인에 각각 연결되어 있는 탈기 돔(17.1, 17.2, 17.3)과 가스 배출구(16.1, 16.2, 16.3)를 가졌다. 가스 배출 라인은 기계적 진공 펌프 및 하류에 있는 수냉식 응축기로 이루어진 응축기 유닛에 연결되었다. 가스 배출 라인은 잇따라 배치된 2개의 기계적 진공 펌프 및 하류에 있는 수냉식 응축기로 이루어진 응축기 유닛에 연결되었다.

압출기(14)의 이송 방향에서 탈기 구역(15.1)의 하류에는 압력 증강 구역(18.1)이 있었고, 그 하류에는 다시 제1 분산 구역(19.1)이 있었다.

압출기(14)의 이송 방향에서 각 탈기 구역(15.2, 15.3)의 하류에도 또한 압력 증강 구역(18.2, 18.3)이 있었다. 이어서, 각 압력 증강 구역(18.2, 18.3)의 하류에 분산 구역(19.2, 19.3)이 있었다. 압력 증강 구역(18.1, 18.2, 18.3)과 분산 구역(19.1, 19.2, 19.3) 사이에는 각각의 경우에 축적 요소(20.1, 20.2, 20.3)가 있었고, 압출기(14)의 이송 방향에서 각 분산 구역(19.1, 19.2)의 하류에는 제거 가능하도록 하우징(21)에 장착된 한 쌍의 분할 체판(split sieve plate)들(22.1, 22.2)이 있었다.

압출기(14)의 흐름 방향에서 마지막 압력 증강 구역(18.3)의 하류에는 압출기로부터의 배출 구역(23)이 위치되어 있었다. 이 배출 구역은 고정식 노즐판에 의해 형성되었는데, 이는 수중 과립기(24)로 이어졌다. 압출기(18.3)의 압력 증강 구역과 과립기(23)의 노즐판 사이에는 슬라이드 밸브가 있었는데, 이것은 노즐판을 통하여 수중 과립기로 생성물을 이송하는 대신에 우회로를 통해 준비된 용기로 생성물이 압출될 수 있게 하였다. 이러한 우회로는 주로 압출 디바이스의 시동 및 정지에 사용된다.

분산 구역(19.1, 19.2, 19.3)의 영역에서, 압출기는 박리제를 공급하기 위한 입구 포트(25.1, 25.2, 25.3)를 가졌다.

하우징은 다수의 부품들로 이루어졌고, 독립적으로 가열 또는 냉각될 수 있는 3개의 구역으로 나눠질 수 있도록 설계되어 있어서, 압출기 내의 온도 프로파일이 적어도 어느 정도까지 제어될 수 있었다. 가열 및 냉각은 증기 및 냉각수를 이용하여 이루어졌다.

탈기 구역, 압력 증강 구역 및 분산 구역에 사용되는 처리 요소 및 그 사양은 하기 실시예에서 나타나 있다.

실시예 2

실시예 1에서 획득된 사전 농축된 탄성중합체 함유 매체(EM-II)를 180 ㎏/h의 속도로 가열 디바이스를 통해 탈기 디바이스로 이송하여, 탈기 디바이스의 배출 구역(24)에서 대략 80 ㎏/h의 탈기된 건조 생성물을 얻었다. 여기서, 가열 디바이스로의 증기 공급은 제어 밸브(5.1)에서의 PM-II의 온도가 대략 110℃가 되도록 조정되었다. 제어 밸브에서의 압력은 1.3 MPa로 설정되었다. 사전 압출기의 두 구역에서의 압력은 400mbar 절대 압력으로 설정되었다. 사전 압출기의 하우징(13)의 가열된 부품에서의 가열 온도는 대략 160℃였다. 전달 구역(4)의 시작에서, 추가로 농축된 탄성중합체 함유 매체(EM-III)의 고무 비율은 대략 80 중량%였다. 이어서 EM-III를 100℃의 온도 및 대략 2.0 MPa의 압력에서 공급 구역(4) 내의 메인 압출기(3)로 공급하였다. 전달 구역의 압력은 메인 압출기의 공급 구역에서의 완전 개방된 압력 제어 디바이스에서 비롯되었다.

실시예 3 내지 실시예 6

실시예 1 및 실시예 2에 따라 획득되고 추가로 농축된 생성물 EM-III을 메인 압출기(3)로 도입하였고, 여기서는 탈기 구역 및 분산 구역에서 상이한 스크루 요소들이 활용되었다.

탈기 구역(15.R) 및 탈기 구역(15.1)은 대략 100 내지 180mbar 절대 압력에서 작동되었다. 탈기 구역(15.2, 15.3)의 압력은 대략 50mbar 절대 압력으로 설정되었다. 기술적인 관점에서 보면, 이러한 공정에서 일정한 진공 압력을 유지하는 것은 어렵다. 결과적으로, 변동이 발생하는데, 이는 시운전 동안 상쇄된다.

탈기 구역(15.1)의 하류에 배치되는 분산 구역(19.1)에서는, 질소를 박리제로서 0.5 내지 0.6 ㎏/h의 속도로 도입하였다.

탈기 구역(15.2)의 하류에 배치되는 분산 구역(19.2)에서는, 물과 스테아르산 칼슘(45 중량%의 스테아르산 칼슘)의 분산물을 3.6 ㎏/h의 속도로 도입하였다.

탈기 구역(15.3)의 하류에 배치되는 분산 구역(19.3)에서는, 물과 스테아르산 칼슘(45 중량%의 스테아르산 칼슘)의 분산물을 3.6 ㎏/h의 속도로 도입하였다.

메인 압출기의 압출기 스크루의 회전 속도는 60min^-1 내지 90min^-1이었다.

표 2a에는 각각의 실시예에서 사용된 스크루 요소를 요약하였다.

[표 2a]

[표 2b]

[표 2c]

실시예는 다음을 나타낸다:

실시예 1에서는 조건 S2)만 충족되고 조건 S1)은 충족되지 않아; 탈기 결과가 만족스럽지 않다.

실시예 2 및 실시예 3에서는 조건 S1) 및 조건 S2) 둘 모두가 충족되어; 탈기 결과가 매우 양호하다.

Claims (41)

1. 메인 압출기를 구비하는 적어도 하나의 압출기를 포함하는 탈기 디바이스로서,
   상기 압출기는 적어도
   

   

   하우징 및 대응하는 보어 직경(D_n)을 갖는 n개의 하우징 보어(B_n)로서, n은 2 내지 16의 정수이고, 상기 하우징 보어들은 서로 관통하는, 상기 하우징 및 n개의 하우징 보어(B_n);
   

   

   n개의 샤프트(W_n)로서, 상기 샤프트들은 동일한 방향으로 회전 구동할 수 있고, 상기 샤프트들 각각은 상기 하우징 보어들(B_n) 중 하나의 하우징 보어에서 동심으로 배치되고, 상기 샤프트들 각각은 회전 축(A_n)을 갖고, 상기 샤프트들 각각은 적어도 하나의 처리 요소를 구비하는데, 상기 처리 요소는 원주 방향으로의 단면 프로파일이,
   - 상기 샤프트(W_n)의 상기 회전 축(A_n)에 대해 상기 처리 요소의 상기 단면 프로파일의 방사상 확장부와 관련하여 m개의 극대치(R^m _{max n})를 갖되, m은 1 내지 16 의 정수이고, 추가로, 적어도 하나의 극대치(R^m _{max n})는 상기 샤프트(W_n)의 상기 회전 축(A_n)에 대해 상기 처리 요소의 상기 단면 프로파일의 방사상 확장부와 관련하여 방사상 확장부의 절대 최대치(R_{max n})이며, R_{max n}에는
   R_{max n} < = (D_n/2)이 적용되는, n 개의 샤프트(W_n);
   

   

   적어도 하나의 공급 구역;
   

   

   하나 이상의 탈기 구역(degassing zone)으로서, 상기 탈기 구역들 각각은, 상기 압출기로부터 탄성중합체 함유 매체(medium containing elastomer)로부터의 휘발 성분들을 배출하도록 구성된 적어도 하나의 가스 배출구를 포함하는, 상기 하나 이상의 탈기 구역; 및
   

   

   적어도 하나의 배출 구역을 포함하며,
   적어도 하나의 상기 압출기는 적어도 하기 조건이 충족되도록 설계된 스크루 요소들(SE)을 처리 요소들로서 갖는, 탈기 디바이스:
   S1) 서로 관통하는 인접한 하우징 보어들(B_n, B_n+i)에서 각각 동심으로 배치되어 있으며 회전 구동할 수 있는, 2개의 샤프트의 스크루 요소들의 프로파일들 사이의 간극(clearance)(A_SE)은, 단면 프로파일에 있어서 그리고 상기 샤프트들이 동일한 방향으로 360° 회전하는 경우,
   i) 0.001 내지 0.2 A_D이되, A_D는 회전 구동할 수 있는 2개의 인접한 샤프트의 회전 축들 사이의 간극이며,
   ii) 적어도 하나의 절대 최소치(A_minSE) 및 하나의 절대 최대치(A_maxSE)를 갖되, A_maxSE ≥ 1.5 A_minSE 임.
2. 제1항에 있어서,
   n은 2이고, m은 2 또는 3이며, A_maxSE ≥ 10.0 A_minSE인 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
3. 제2항에 있어서,
   상기 하우징 보어들은 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
4. 제1항에 있어서, 상기 스크루 요소들(SE)은 또한 하기 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스:
   S2) 상기 스크루 요소들의 단면 프로파일은 프로파일 곡선의 방사상 확장부와 관련하여 적어도 하나의 절대 최대치(R_{max n})를 갖는데, 상기 절대 최대치(R_{max n})에는,
   0.420 D_n < R_{max n} < 0.496 D_n 이 적용됨.
5. 제4항에 있어서, 상기 절대 최대치(R_{max n})에는 0.450 D_n < R_{max n} < 0.480 D_n 이 적용되는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
6. 제1항에 있어서, 상기 스크루 요소들(SE)은, 모듈형 설계로서, 코어 샤프트와 상기 샤프트들에 대한 로케이팅 소켓(locating socket)을 갖는 스크루 요소들로 이루어지거나, 또는 고체 구조물의 스크루들로서 또는 고체 구조물로서 제조된 개별 서브세그먼트들로 이루어진 스크루 샤프트들로서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
7. 제1항에 있어서, 이축 압출기(twin-screw extruder), 유성 기어 압출기 또는 링 압출기가 적어도 하나의 상기 압출기로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
8. 제1항에 있어서, 상기 탈기 디바이스의 상기 메인 압출기는 적어도 하나의 분산 구역을 갖는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
9. 제1항에 있어서, 상기 메인 압출기의 이송 방향에서 상기 메인 압출기의 마지막 탈기 구역이 상기 스크루 요소들(SE)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
10. 제1항에 있어서, 상기 탈기 구역의 개수가 1 내지 20인 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
11. 제1항에 있어서, 상기 탈기 구역의 개수가 2 내지 8인 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
12. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 탈기 구역이 상기 메인 압출기의 이송 방향에서 상기 공급 구역의 상류에 있는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
13. 제1항에 있어서, 상기 가스 배출구 및 탈기 돔들은 탄성중합체 함유 매체의 어떠한 누출도 효율적으로 방지하거나 줄이도록 설계되어 있고, 그리고 상기 가스 배출구에 장착되어 압출기로 이송하도록 작동되는 단축 또는 다축 플러그 스크루들, 또는 상기 가스 배출구의 내부에 배치되어 탄성중합체 함유 매체 또는 생성물을 상기 압출기로 다시 밀어내기 위한 롤러들 또는 벨트들을 갖도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
14. 제1항에 있어서, 표면에 물질이 접착하는 것을 방지하거나 줄이는 코팅이 가스 배출구에서 이용되는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
15. 제1항에 있어서, 팽창 요소(expansion element)들이 상기 압출기의 이송 방향에서 상기 탈기 구역들의 상류에 적어도 부분적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
16. 제15항에 있어서, 상기 팽창 요소들은 회전식 다공판(perforated plate)들 또는 고정식 다공판들인 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
17. 제16항에 있어서, 상기 다공판들은 다수의 부품들을 갖도록 설계되어 있어서, 상기 다공판들은 샤프트들을 제거하지 않고 상기 하우징에서 떼어내질 수 있는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
18. 제1항에 있어서, 상기 압출기는 첨가제들을 도입하기 위한 하나 이상의 공급 개구를 포 함하는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
19. 제18항에 있어서, 상기 스크루 요소들(SE)은 2줄(two-start) 또는 3줄인 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
20. 제1항에 있어서, 상기 스크루 요소들(SE)은 비대칭이거나 대칭인 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
21. 제1항에 있어서, 상기 스크루 요소들(SE)은 강으로 제조되거나, 또는 철, 니켈 또는 코발트를 기초로 하고 분말 야금을 사용하여 제조된 금속 복합 재료로 제조된 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
22. 제1항에 있어서, 상기 스크루 요소들(SE)은 질화강, 크롬강, 공구강 및 스테인리스강으로 제조된 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
23. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 압출기는, 탈기 압출기 또는 탈기 혼련기로서 각각 설계된, 사전 압출기 또는 상기 메인 압출기의 상류에 배치되는 사전 혼련기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
24. 제23항에 있어서, 상기 메인 압출기와 탈기 사전 압출기 또는 탈기 사전 혼련기 사이에 있는 연결 전달 구역이 팽창 요소를 적어도 하나 갖는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
25. 제24항에 있어서,
    상기 연결 전달 구역이 다공판들을 구비하는 하나의 팽창 요소를 갖는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
26. 제24항에 있어서, 적어도 하나의 압력 제어 유닛이 상기 전달 구역에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
27. 제1항에 있어서, 하나 이상의 추가의 농축기 유닛이 상류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 탈기 디바이스.
28. 적어도 하나의 탄성중합체 및 적어도 하나의 휘발성 화합물을 함유하는 탄성 중합체 함유 매체(EM)로부터 휘발성 화합물들을 제거하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 적어도,
    a) 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)를 제1 항 내지 제27항 중 어느 한 항에 따른 탈기 디바이스로 이송하는 단계를 포함하되,
    상기 탄성중합체 함유 매체(EM)로부터의 휘발성 화합물들이 탈기 유닛의 가스 배출구를 통해 빠져 나감으로써, 상기 탄성중합체 함유 매체(EM) 중의 상기 휘발성 화합물들의 함량을 줄일 수 있고, 상기 탈기 디바이스로부터 배출될 때, 상기 탄성중합체 함유 매체로부터 중합체가 생성물(P)로서 획득되도록 작동되는데, 이때 상기 생성물은 상기 탈기 디바이스로 이송된 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)보다 더 낮은 비율의 휘발성 화합물을 갖는, 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 생성물(P)은 총 휘발성 화합물 함량이 상기 탄성중합체의 질량을 기준으로 1 중량% 이하인, 방법.
30. 제28항에 있어서, 상기 생성물(P)은 총 휘발성 화합물 함량이 상기 탄성중합체의 질량을 기준으로 0.1 중량% 이하인, 방법.
31. 제28항에 있어서, 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)는, 평균 분자량이 2,000 g/mol 초과인, 적어도 하나의 천연 탄성중합체 또는 합성 탄성중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는, 방법.
32. 제28항에 있어서, 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)에는, 스타이 렌-부타다이엔 고무, 천연 고무(NR), 부타다이엔 고무(BR), 아이소프렌 고무(IR), 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 나이트릴 고무, 부틸 고무, 할로-부틸 고무, 또는 아민이나 포스핀을 이용한 전환에 의해 할로부틸 고무로부터 제조된 이오노머, 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌 비닐 아세 테이트 고무, 폴리우레탄 고무, 구타-페르카, 플루오르 고무, 실리콘 고무, 설파이드 고무, 클로라이드-설포닐 폴리에틸렌 고무, 그리고 상기 탄성중합 체들의 임의의 혼합물들이 사용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
33. 제28항에 있어서, 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)는 부틸 고무 및/또는 할로겐화 부틸 고무를 함유하는 것을 특징으로 하는, 방법.
34. 제28항에 있어서, 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)는 현탁액, 페이스트, 용융액, 용액, 고체 덩어리의 형태, 또는 상기 형태들의 혼합물들로 이용 가능한 것을 특징으로 하는, 방법.
35. 제28항에 있어서, 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)는 3 내지 98 중량%의 탄성중합체 및 2 내지 97 중량%의 휘발성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
36. 제35항에 있어서, 상기 휘발성 화합물은 유기 용매 또는 유기 용매와 물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 방법.
37. 제35항에 있어서, 상기 탄성중합체와 상기 휘발성 화합물은 상기 탄성중합체 함유 매체(EM)의 총 질량의 95 내지 100 중량%를 이루는 것을 특징으로 하는, 방법.
38. 제28항에 있어서, 상기 가스 배출구 및 탈기 돔들의 압력이 1 hPa 내지 2,000 hPa인 것을 특징으로 하는, 방법.
39. 제28항에 있어서, 상기 탈기 디바이스의 적어도 하나의 상기 압출기로 박리제가 이송되는 것을 특징으로 하는, 방법.
40. 탄성중합체 함유 매체를 탈기하기 위한, 적어도 하기 조건이 충족되도록 설계된 스크루 요소들(SE)을 처리 요소들로서 갖는, 압출기의 용도:
    S1) 서로 관통하는 인접한 하우징 보어들(B_n, B_n+1)에서 각각 동심으로 배치되어 있으며 회전 구동할 수 있는, 2개의 샤프트의 스크루 요소들의 프로파일들 사이의 간극(A_SE)은, 단면 프로파일에 있어서 그리고 상기 샤프트들이 동일한 방향으로 360° 회전하는 경우,
    i) 0.001 내지 0.2 A_D이되, A_D는 회전 구동할 수 있는 2개의 인접한 샤프트의 회전 축들의 간극이며,
    ii) 적어도 하나의 절대 최소치(A_minSE) 및 하나의 절대 최대치(A_maxSE)를 갖되, A_maxSE ≥ 1.5 A_minSE임.
41. 제40항에 있어서, 절대 최소치(A_minSE)는 A_maxSE ≥ 10.0 A_minSE 인, 압출기의 용도:

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