NO169129B - Framgangsmaate for aa fjerne loesningsmiddel fra en opploesning av en polymer n - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en framgangsmåte for ett-trinns fjerning av løsningsmidler fra en oppløsning av termoplastiske elastomer-polymerer som angitt i den innledende del av patentkrav 1.

Generelt består behandlingen av løsninger av polymerer for å fjerne løsningsmidlet for å oppnå granuløs polymer av to trinn. I et første trinn fjernes storparten av løsningsmidlet for å gi en relativt viskøs løsning som introduseres i et avgassingsapparat bestående av en eller to endeløse skruer og flere åpniger anordnet på periferien av skruen for å la det fordampede løsningsmidlet unnslippe.

Det første trinnet kan utføres enten i en reaktor, eller likeledes i en skrue til slutt. I begge tilfeller er problemene som oppstår ikke bare forbundet med kontroll av strømningen mellom systemene som brukes i de to trinnene, men også med overføringen av polymerløsningen mellom de to systemene, særlig når løsninger med høy viskositet av elastomerpolymer behandles.

Med to-trinnssystemet, er det også observert dårlig varmestabilitet av polymeren som dannes, når man tar i betraktning de mange dødsonene som dannes i skruen (skruene) og den lange oppholdstida til polymeren i ekstruderapparatet.

Videre, når oppløsninger av elastomere polymerer av gummitype behandles i konvensjonelle apparater, med granulering under vann, observeres en kryssbinding av gummien ved posisjonen for snittplata. Det sistnevnte oppstår pga. den høye temperaturen fra trykkfallet dannet motstrøms snittplata ved granulering av denne type.

Det er også behov for bearbeiding av disse løsningene av elastomerpolymerer for å framstille et innhold av residuelle flyktige stoffer som er så lavt som mulig: imidlertid, med den vanlige totrinnsprosessen, medfører dette en restriksjon for residuelle innhold på omtrent 0.5 vektprosent, når man tar hensyn til den vesle størrelsen på skruen brukt i det andre trinnet.

Det synes derfor ønskelig å ha en framgangsmåte for fjerning av løsningsmidlet fra oppløsninger av elastomere polymerer av gummi- eller ikke-gummi-type i et trinn og å gjøre dette inntil et innhold av residuelle flyktige stoffer på mindre enn 0.1 vektprosent er oppnådd.

US patentskrift 4.452.977 beskriver en prosess for avdampning av polyolefiner, hvor en blanding av slike først må behandles i en flash-fordamper for å redusere innholdet av flyktige bestanddeler til kun 2-10%. Denne prosessen er imidlertid to-trinns og er i tillegg rettet moten annen polmertype enn hva tilfellet er med den foreliggende oppfinnelsen.

US patentskrift 3.451.462beskriver et apparat for avdampning av flyktige bestanddeler fra polymerblandinger, hvor apparatet er både konformet og avtrappet. Denne prosessen er avhengig av progressiv kompresjon og fortetning av den forskummete/ekspanderte polymerblandingen for å bevirke ytterligere avdampning, etter den første avdampning ved ekspansjon (flash) som finner sted hvor polymerløsningen føres inn i ekstruderens indre. Løsningen som er beskrevet i dette patentskriftet krever imidlertid at kontaktflata mellom den termoplastiske elastomer-løsningen og skruen og huset opprettholdes like stor under fjerning av den største andelen av løsningsmidlene som ved starten av fjerningen. Dette apparatet ville ved anvendelse på de foreliggende termoplastiske elastomer-løsningene utvilsomt føre til geling og dannelse av polymerisert/gelet skum av samme.

Når uttrykket "elastomerpolymer" er brukt under den foreliggende oppfinnelsen, menes en polymer som består av minst 15 vektprosent av en elastomer, og hvor resten består av en termoplastisk resin.

Ett formål med den foreliggende oppfinnelsen er å framskaffe en ny ett-trinns framgangsmåte for fjerning av løsningsmidler fra en oppløsning av termoplastiske elastomer-polymerer som inneholder minst 20% elastomer og som gjør det mulig å unngå de ovenfornevnte ulempene.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å framskaffe en ny ett-trinns framgangsmåte for fjerning av løsningsmidler fra oppløsninger av termoplastiske elastomere polymerer for å oppnå et innhold av resterende flyktige bestanddeler på mindre enn 0.1 vektprosent.

Disse formål oppnås med den foreliggende oppfinnelsen som angitt i den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere særtrekk ved oppfinnelsen framgår av de uselvstendige kravene 2 til 6.

Framgangsmåten for den foreliggende oppfinnelsen for fjerning, i et trinn, av løsningsmidlet fra en oppløsning av termoplastisk elastomer-polymer som inneholder minst 20 % elastomerpolymer er karakterisert ved følgende trinn: at oppløsningen av elastomer-polymerer introduseres i en traktmater, som kommuniserer med en endeløs skrue i en ekstruder, hvor polymerblandingen på forhånd er varmet til en temperatur mellom 150 og 200°Cog er trykksatt til et trykk som er høyere enn løsningsmidlets koketrykk; hvor polymerløsningen ved introduksjon til ekstruderen med tilhørende skrue ekspanderes til et lavere trykk, for således å bevirke fjerning av 80-95% av løsningsmidlene, hvor de avdampete løsningsmidlene føres ut av ekstruderen via en avluftningssone, lokalisert bakenfor traktmateren i forhold til polymerens bevegelsesretning i ekstruderen, og hvor den delvis avdampete elastomer-polymeren ved hjelp av skruen tvinges til å beveges framover, og

at den delvis avdampete elastomer-polymeren igjen varmes til en temperatur på 150-200°C, hvoretter de resterende løsningsmidlene fjernes via en eller flere utluftningssoner og, om nødvendig, med tilhørende etteroppvarming av elastomer-polymeren i etterfølgende tilknytning til de respektive utluftningssonene, og

at den løsningsmiddelfrie elastomer-polymeren føres inn gjennom ei snittplate og snittes til granulater i en granulator lokalisert umiddelbart nedstrøms for snittplata.

Framgangsmåten ifølge oppfinnelsen iverksettes ved innføring av oppløsningen av elastomerpolymer inn i traktmateren for en endeløs skrue.

Elastomerpolymeren som bearbeides i den foreliggende oppfinnelsen kan være av gummi-eller termoplastisk type. Opp til nå, er det mulig å bearbeide butadien og isopren polymerer eller i de fleste tilfeller kopolymerer av en gummiliknende type bestående av vinylaromatiske monomerer og korrosponderende diener slik som, f.eks. kopolymerer av styren med butadien eller styren med isopren, hvori andelen av korrosponderende dienmonomer er minst 15 vektprosent. I det tilfelle hvor framgangsmåten under den foreliggende oppfinnelsen anvendes for elatomerpolymerer av en termoplastisk type, er disse i de fleste tilfeller blokk kopolymerer av styren med korrosponderende dien, som har en høy styren-andel. Det er underforstått at framgangsmåten under den foreliggende oppfinnelsen er anvendbar for elastomer-polymerer av vinylaromatisk/korrosponderende dien blokk kopolymer type hvori andelen av korrosponderende dien er delvis eller fullstendig hydrogenert.

Disse polymerene fremstilles ved polymerisering av de tilsvarende utgangsmonomerer i oppløsning. Polymerene eller kopolymerene er i form av en oppløsning i polymerisasjons-løsningsmidlet, som i de fleste tilfeller er paraffiniske-, sykloparaffiniske- eller aromatiske hydrokarboner. Sykloheksan, pentan, heksan, syklopentan, isooktan, benzen, toluen eller blandinger av heksan med sykloheksan kan nevnes spesielt som eksempler på passende løsningsmidler. Polymerinnholdet i oppløsningen er vanligvis mellom 20 og 60 vektprosent.

Oppfinneren har nå funnet at det er mulig å foreta fjerning av løsningsmidlet til et resterende løsningsmiddel innhold lik eller mindre enn 0.1%, hvor dette blir gjort ved behandling av polymeroppløsningen i et trinn.

Oppfinneren har også funnet at det er nødvendig å fjerne hovedmengden av løsningsmidlet, nemlig fra 80 - 95% av sistnevnte, via en avluftning plassert bakenfor traktmateren.

Det ble uventet funnet at med en slik framgangsmåte, ikke bare fortsetter polymerdeigen å bevege seg fritt med den endeløse skruen, men at løsningsmidlet fjernes lett, siden dets passasje mot bakenden av skruen ikke hindres på noen måte.

Denne bakre utluftningen frambringes ved forvarming av oppløsningen til 150 - 200°C og ved dannelse av en trykkreduksjon i matesonen for den endeløse skruen. Denne trykkreduksjonen reguleres ved hjelp av reguleringsventilen plassert på mateledningen for den endeløse skruen.

Denne fjerning av løsningsmidlet har den effekt at den reduserer temperaturen i polymeroppløsningen betydelig.

Oppfinneren har funnet at for å oppnå en god effektivitet på fjerningen av løsningsmidlet i de følgende utluftningssonene, var det nødvendig å varme polymeroppløsningen på nytt til en temperatur på mellom 150°Cog 200°C,hvor varmetilførselen ble frembrakt enten ved varming av skrueløpet til en temperatur på mellom 180°Cog 250°C,eller ved å forsyne skruen med deler som introduserer skjærkrefter, eller ved kombinasjon av de forskjellige hjelpemidler.

Det er funnet at dersom polymeroppløsningen ikke varmes på nytt til en tilstrekkelig høy temperatur, vil nivåene for resterende innhold i størrelsesorden 0.1% være uoppnåelige.

Det resterende løsningsmidlet fjernes gradvis gjennom de forskjellige utluftningssonene i trinn med bevegelsen av polymerdeigen framover gjennom skruen.

Disse sonene er vanligvis under et trykk som er lavere eller lik atmosfæretrykket. Undertrykket øker trinnvis med framdriften av polymeroppløsningen i skruen, og forandres fra atmosfærisk trykk til omtrent 5 mbar ved enden av skruen. Disse utluftningssonene er vanligvis i et antall fra 3 til 5 som funksjon av den mengde løsningsmiddel som skal fjernes.

Det kan være sørget for vanntilførsler mellom hver av utlufningssonene for å fremme fjerningen av løsningsmidlet. Vanligvis er mengden vann tilført polymerdeigen mellom 0.5 og 2 vektprosent av polymeren.

Som spesifisert ovenfor, har utluftningssonene forskjellige trykk, og for å unngå sugefenomener, plasseres vanligvistetningslegemer rundt skruen mellom utluftningssonene. Disse består vanligvis av venstrehåndsskruede komponenter. En komponent av denne type plasseres også etter det stedet hvor vann tilføres, fordi dette også gjør det mulig å frambringe grundig blanding.

Oppfinneren har også uventet funnet at granuleringsbetingelsene er svært viktige. Følgelig, i de vanlige undervannsgranulatorene, er trykkfallet for høyt og kryssbinding av polymer er observert, som er svært uheldig.

Oppfinneren har funnet at det ved bruk av en type granulator, som tillater innstallasjon av snittplata umiddelbart nedstrøms for den endeløse skruen, var mulig å redusere dødsonene og å redusere trykkfallet slik at temperaturen på produktet forble begrenset til under kryssbindings-temperaturen for polymeren. Det er også unødvendig å snitte polymeren under vann, og dette representerer utvilsomt en fordel for framgangsmåten under oppfinnelsen.

Søkeren har også funnet at skruen måtte drives med en hastighet på 100 - 300 omdreininger i minuttet for å oppnå god avdamping. Vanligvis er denne hastigheten mellom 150 og 250 omdreininger i minuttet.

Ifølge framgangsmåten under oppfinnelsen, er store mengder løsningsmiddel fjernet med hell i ett trinn fra oppløsninger av elastomerpolymer, uten å medføre noen skruelåsing- eller blokker ingsprobl emer.

Det bør være forstått at den foreliggende oppfinnelsen spesielt angår behandlingen av oppløsninger av elastomerpolymer, men at den også kan benyttes på hvilken som helst type polymer som foreligger i form av en oppløsning i et løsningsmiddel.

Framgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen er ytterligere beskrevet med henvisning til vedlagte figur som viser en ekstruderer for fjerning av løsningsmidler fra en polymeroppløsning som inneholder minst 20% polymer.

Polymeroppløsningen tilføres traktmateren (10) på en ekstruderer (12) innbefattende en dobbel endeløs skrue (14).

Trykket i ekstrudereren og matehastigheten reguleres ved hjelp av reguleringsventilen (16).

Ekstrudereren innbefatter en bakre utluftningssone (18), som størstedelen av løsningsmidlet vil bli fjernet gjennom. Polymerdeigen drives fremover ved hjelp av de endeløse skruene (14). For å fjerne resten av løsningsmidlet, er det anbrakt et antall av utluftningssoner (20) på ekstrudereren (12). Mellom utluftingssonene, er det også sørget for midler (22) for innføring av væske, vanligvis vann, for å fremme fjerningen av løsningsmidlet.

Polymerdeigen, som er frigjort fra dens løsningsmiddel på denne måten, passerer gjennom snittplata (24) og snittes til partikler ved hjelp av granulatoren (26).

Eksempel 1:

Etter at polymerisering av butadien og styren er utført i løsning, gjenvinnes en sykloheksan løsning som inneholder 38% stjerneformet styren-butadien kopolymer inneholdende 40% styren.

Denne oppløsningen tilføres ved en temperatur på 170°C til traktmateren på en dobbelskruekstruderer (WP type ZSK-57) ved en hastighet på 75 kg/time. Trykket reguleres ved hjelp av ventilen plassert på tilførselsesledningen. Denne ekstrudereren har en utluftingssone plassert bakenfor traktmateren og tre soner plassert nedstrøms denne materen. Snittplata og granulatoren er plassert umiddelbart nedstrøms for den endeløse skruen.

Følgende driftsbetingelser ble brukt:

Vakuum i utluftingssonene:

Det ble injisert vann før de siste to utluftingssonene, med en hastighet på 1 % vann i forhold til polymervekt.

Løsningsmidlet ble gjenvunnet i et forhold på 92% i den bakre sone, 3% i den første og andre nedstrømssone og 2% iden siste sonen. Det endelige innhold av flyktig materiale var 0.1 vektprosent.

Trykket før granulering var 15 bar og temperaturen i materialet før granulering var 195°C. Polymeren ble fullstendig granulert uten behov for undervanns-snitting.

Eksempel 2:

Etter polymerisering av butadien og styren var utført i en oppløsning, ble en sykloheksanoppløsning inneholdende 38% styren-butadien blokk kopolymer inneholdende 75% styren gjenvunnet.

Denne oppløsningen ble tilført traktmateren ved en temperatur på 165°Cpå en dobbelskrue ekstruderer (WP type ZSK-57) med en hastighet på 80 kg/time. Trykket reguleres ved hjelp av ventilen plassert på mateledningen. Denne ekstruderen har en utluftningssone plassert bakenfor traktmateren og tre soner plassert nedstrøms for materen. Snittskiva og granulatoren er plassert umiddelbart nedstrøms for den endeløse skruen.

Følgende driftsbetingelser ble brukt:

Vakuum i utluftingssonene:

Det ble injisert vann før de to siste utluftningssonene, med en hastighet på 1% vann i forhold til polymervekt.

Løsningsmidlet ble gjenvunnet med et forhold på 89% i den bakre sone, 3% og 6% i de første og andre nedstrømssonene, og 2% i den siste sonen. Det endelige innhold av flyktig materiale var 0.1 vektprosent.

Trykket før granulering var 15 bar og temperaturen i materialet før granulering var 192°C. Polymeren ble fullstendig granulert, uten behov for undervanns-snitting.

Eksempel 3:

Etter polymerisering av isopren og styren er utført i oppløsning, ble en sykloheksanoppløsning inneholdende 38% styren-isopren blokk polymer inneholdende 15% styren gjenvunnet.

Denne oppløsningen ble tilsatt ved en temperatur på 160°C til traktmateren på en dobbeltskrueekstruderer (WP type ZSK-57) med en hastighet på 50 kg/time. Trykket reguleres ved hjelp av ventilen plassert på mateledningen. Denne ekstrudereren har en utluftningssone plassert bakenfor traktmateren og 3 soner plassert nedstrøms for materen. Snittskiva og granulatoren er anbrakt umiddelbart nedstrøms den endeløse skruen.

Følgende driftsbetingelser ble brukt:

Vakuum i utluftingssonene:

Det ble injisert vann før de siste to utluftningssonene, med en hastighet på 1% vann i forhold til polymervekt.

Løsningsmidlet ble gjenvunnet i et forhold av 89% i den bakre sone, 4% og 6% i den første og andre nedstrømssone, og 1 % i den siste sonen. Det endelige innhold av flyktig materiale var 0.1 vektprosent.

Trykket før granulering var 8 bar og temperaturen i materialet før granulering var 180°C. Polymeren ble fullkomment granulert, uten behov for undervanns-snitting.

Claims (6)

1. Framgangsmåte for ett-trinns fjerning av løsningsmidler fra en oppløsning av termoplastisk elastomer-polymer som inneholder minst 20% elastomer-polymer, ved bruk av ekstruderskrue (14), eller tilsvarende frammatingsmekanismer, og redusert trykk for avdampning av nevnte løsningsmidler, karakterisert ved at: oppløsningen av elastomer-polymerer introduseres i en traktmater (10), som kommuniserer med en endeløs skrue (14) i en ekstruder (12), hvor polymerblandingen på forhånd er varmet til en temperatur mellom 150 og 200°C og er trykksatt til et trykk som er høyere enn løsningsmidlets koketrykk; hvor polymerløsningen ved introduksjon til ekstruderen (12) med tilhørende skrue (14) ekspanderes til et lavere trykk, for således å bevirke fjerning av 80-95% av løsningsmidlene, hvor de avdampete løsningsmidlene føres ut av ekstruderen (12) via en avluftningssone (18), lokalisert bakenfor traktmateren (10) i forhold til polymerens bevegelsesretning i ekstruderen (12), og hvor den delvis avdampete elastomer-polymeren ved hjelp av skruen (14) tvinges til å beveges framover, og at den delvis avdampete elastomer-polymeren igjen varmes til en temperatur på 150-200°C, hvoretter de resterende løsningsmidlene fjernes via en eller flere utluftningssoner (20) og, om nødvendig, med tilhørende etteroppvarming av elastomer-polymeren i etterfølgende tilknytning til de respektive utluftningssonene (20), og at den løsningsmiddelfrie elastomer-polymeren føres inn gjennom ei snittplate (24) og snittes til granulater i en granulator (26) lokalisert umiddelbart nedstrøms for snittplata (24).

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det mellom de respektive utluftningssonene (20) injiseres vann via en tilførselsanordning (22) til elastomer-polymeren i en mengde av 0.5-2 vekt% av polymeren, for således å fremme fjerning av løsningsmidler.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at etteroppvarmingen av den delvis avdampete elastomer-polymeren, hvorfra 80-95% av løsningsmidlene er blitt fjernet, finner sted ved at ekstruderens ytre del (12) varmes til en temperatur på 180-250°C og/eller at skruen (14) er forsynt med komponenter som frambringer skjærkrefter i elastomer-polymeren.

4. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det absolutte trykket i ekstruderen (12) reduseres fra atmosfæretrykk til 5 mbar i takt med framdriften av polymeren i skruen (14).

5. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at elastomer-polymeren føres forbi 3 til 5 avluftningssoner (20).

6. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at elastomer-polymeren føres gjennom ekstruderen (12) ved bruk av en skrue-omdreiningshastighet lik 100-300 opm, helst 150-250 opm.