SK277890B6 - Method of one-stage elimination of solvent from solution of elastomer polymer - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu odstraňovania rozpúšťadla z roztoku polymérov, obzvlášť spôsobu odstraňovania rozpúšťadla z roztoku elastomémeho polyméru, ktorý iná obsah polyméru aspoň 20 % hmotn..

Doterajší stav techniky

Spracovanie roztokov polymérov za účelom odstránenia rozpúšťadla a získania granulí polymérov má zvyčajne dva stupne. V prvom stupni sa odstraňuje väčšia časť rozpúšťadla za vzniku relatívne viskózneho roztoku, ktorý sa vedie do odplyňovacieho zariadenia, obsahujúceho jednu alebo dve nekonečné závitovky a niekoľko otvorov, usporiadaných na obvode závitovky, na unikanie odpareného rozpúšťadla.

Prvý stupeň môže byť vykonávaný buď v reaktore, alebo rovnako nakoniec v závitovke. V oboch prípadoch sú problémy, ktoré vznikajú, spojené nielen s kontrolou toku medzi systémami používanými v oboch stupňoch, ale tiež s prenosom roztoku polyméru medzi oboma systémami, najmä vtedy, ak sú spracované vysoko viskózne roztoky elastomémych polymérov.

Pri dvojstupňových systémoch je tiež pozorovaná zlá tepelná stabilita vznikajúceho polyméru s ohľadom na mnoho mŕtvych zón, ktoré sa vytvárajú na závitovke (závitovkách), a dlhú dobu zadržania polyméru vo vytlačovacom zariadení.

Okrem toho, ak sú roztoky elastomémych polymérov kaučukového typu spracované v bežných zariadeniach s granuláciou pod vodou, je v mieste dýzy pozorované sieťovanie kaučuku. To je spôsobené vysokou teplotou vznikajúcou v dôsledku poklesu tlaku pred dýzou pri granulácii tohto typu.

Existuje rovnako požiadavka spracovávať tieto roztoky elastomémych polymérov tak, aby sa dosiahol čo najnižší obsah prchavých zlúčenín; avšak pri zvyčajných dvojstupňových procesoch to znamená zníženie zvyškového obsahu na približne 0,5 % hmotn. s ohľadom na malú veľkosť závitovky používanej v druhom stupni.

Je teda žiaduce nájsť postup odstraňovania rozpúšťadla z roztoku elastomémych polymérov kaučukového alebo nekaučukového charakteru v jednom stupni, ktorým by bolo možné dosiahnuť obsah zvyškových prchavých zlúčenín nižší než 0,1 % hmotn.

Podľa tohto vynálezu znamená termín elastomémy polymér polymér, z ktorého aspoň 15 % hmotn. je tvorených elastomérom a zvyšok je tvorený tennoplastickou živicou.

Podstata vynálezu

Predmetom vynálezu je spôsob jednostupňového odstraňovania rozpúšťadla z roztoku elastomémeho polyméru, ktorý je vybraný z homopolymérov butadiénu a izoprénu a kopolymérov vinylaromátov a konjugovaných diénov, v ktorých je frakcia konjugovaného diénu hydrogenovaná a pod., obzvlášť blokových kopolymérov styrén-butadién a styrén-izoprén, ktorý obsahuje aspoň 20 % tohto elastomémeho polyméru, pri ktorom sa do plniacej násypky nekonečnej závitovky privádza roztok elastomémeho polyméru, zohriaty dopredu na teplotu 150 až 200 °C, pri vyššom tlaku než je tlak vani rozpúšťadla, v plniacej zóne sa zníži tlak, v dôsledku čoho sa odstráni až 95 % rozpúšťadla, pričom odplyňovanim roztoku proti prúdu pohybu polyméru je roztok elastomémeho polyméru posúvaný dopredu, pričom sa znovu ohreje na teplotu 150 až 200 ’C, zvyšok rozpúšťadla sa odstráni ďalším odplynením roztoku, ktorý postupuje dopredu, pričom, ak je to vhodné, sa medzi rôznymi ventilačnými zónami vstrekuje množstvo vody pohybujúce sa medzi 0,5 až 2 % hmotnosti polyméru na urýchlenie odstraňovania rozpúšťadla, pričom sa pasta elastomémeho polyméru zbavená rozpúšťadla vedie do dýzy a reže sa.

Spôsob podľa vynálezu sa vykonáva tak, že sa roztok elastomémeho polyméru vedie do plniacej násypky nekonečnej závitovky. Dosahuje sa tým obsah zvyškových prchavých zlúčenín nižší ako 0,1 % hmotn.

Elastoméme polyméry, ktoré sú spracované podľa vynálezu, môžu byť kaučukového alebo termoplastického charakteru. Za týmto účelom je možné spracovávať butadiénové a izoprénové polyméry alebo vo väčšine prípadov kopolyméry kaučukového charakteru pozostávajúce z vinylaromatických monomérov a konjugovaných diénov, ako sú napríklad kopolyméry styrénu s butadiénom alebo styrénu s izoprénom, v ktorých podiel monomémeho konjugovaného diénu je aspoň 15 % hmotn. V prípade, že sa postup podľa vynálezu aplikuje na elastoméme polyméry termoplastického charakteru, sú to vo väčšine prípadov blokové kopolyméry styrénu s konjugovaným diénom, ktoré majú vysoký obsah styrénu. Je pochopiteľné, že spôsob podľa vynálezu sa vzťahuje rovnako na elastoméme polyméry typu blokového kopolyméru vinylaromát/konjugovaný dién, v ktorých je frakcia konjugovaného diénu čiastočne alebo úplne hydrogenovaná.

Tieto polyméry sa vyrábajú polymerizáciou zodpovedajúcich základných monomérov v roztoku. Polyméry alebo kopolyméry sú vo forme roztoku v polymerizačnom rozpúšťadle, vo väčšine prípadov v parafinických, cykloparafinických alebo aromatických uhľovodíkoch. Ako príklady vhodných rozpúšťadiel je možné uviesť najmä cyklohexán, pentán, hexán, cyklopentán (sic), izooktán, benzén, toluén alebo zmesi hexánu s cyklohexánom. Obsah polyméru v roztoku je spravidla 20 až 60 % hmotn.

Zistilo sa , že je možné vykonávať odstraňovanie rozpúšťadla do zvyškového obsahu rozpúšťadla, ktorý je rovný alebo nižší ako 0,1 %, ak sa vykonáva spracovanie roztoku polyméru v jednom stupni.

Tiež sa zistilo, že je nutné odstrániť väčšinu rozpúšťadla, t.j. 80 až 95 %, ventilačným otvorom, situovaným za zadnou časťou plniacej násypky.

Neočakávane bolo zistené, že takýmto postupom nielenže polyméma pasta pokračuje vo voľnom pohybe s nekonečnou závitovkou, ale rozpúšťadlo je ľahko odstraňované, nakoľko jeho priechodu do zadnej časti závitovky nie je vôbec bránené.

Táto zadná ventilácia je dosahovaná predhriatím roztokov na 150 až 200 °C a znížením tlaku v plniacej zóne nekonečnej závitovky. Toto znižovanie tlaku je regulované prostredníctvom regulačného ventilu, umiestneného v plniacom potrubí nekonečnej závitovky.

Efektom tohto odstránenia rozpúšťadla je podstatné zníženie teploty roztoku polyméru.

Prihlasovateľ zistil, že za účelom dosiahnutia dobrej účinnosti odstránenia rozpúšťadla v nasledujúcich ventilačných zónach, je nutné roztok polyméru znovu ohriať na 150 až 200 ’C, pričom tepelný vstup je vytvorený buď zahriatím valca závitovky na teplotu 180 až 250 °C, alebo vybavením závitovky komponentami, ktoré navodzujú strihové sily, alebo kombináciou rôznych prostriedkov.

Bolo zistené, že ak sa roztok polyméru neohreje opäť na dostatočnú teplotu, potom nie je možné dosiahnuť hladinu zvyškového obsahu rádovo 0,1 %.

Zvyškové rozpúšťadlo sa postupne odstraňuje v jednotlivých ventilačných zónach spolu s postupujúcim pohybom polyméntej pasty v závitovkách.

Tieto zóny sú zvyčajne pod tlakom, ktorý je nižší, alebo rovnaký ako atmosférický tlak. Vákuum stúpa spolu s postupom roztoku polyméru v závitovke a mení sa od atmosférického tlaku do približne 500 Pa na konci závitovky. Týchto odplyňovacích zón je zvyčajne 3 až 5 v závislosti od množstva odstraňovaného rozpúšťadla.

Medzi jednotlivými odplyňovacími zónami môžu byť vytvorené zásoby vody na podporenie odstraňovania rozpúšťadla. Množstvo vody, zavádzané do polymémej pasty, je zvyčajne 0,5 až 2 % hmotn., na hmotnosť polyméru.

Ako bolo uvedené, je v odplyňovacích zónach odlišný tlak, a aby sa zabránilo odsávaniu, sú medzi odplyňovacími zónami závitovky zvyčajne používané tesniace elementy. Sú zvyčajne tvorené ľavotočivými závitmi. Komponent tohto typu je tiež umiestnený za miestami, ktorými sa privádza voda, pretože súčasne umožňuje dokonalé premiešanie.

Tiež sa neočakávane zistilo, že podmienky granulácie sú veľmi dôležité. Vo zvyčajných podvodných granulátoch je totiž pokles tlaku príliš vysoký a je pozorované sieťovanie, čo je veľmi nepríjemné.

Zistilo sa, že pri použití takého typu granulátora, ktorý umožňuje, aby dýza bola inštalovaná tesne za nekonečnou závitovkou, je možné zredukovať mŕtve zóny a znížiť pokles tlaku tak, aby teplota produktu zostala pod teplotou sieťovania polyméru. Rovnako nie je nutné rezať polymér pod vodou, čo predstavuje nepochybnú výhodu postupu podľa vynálezu.

Ďalej sa zistilo, že na dobré odstránenie nestálych zložiek je nutné, aby rýchlosť otáčania závitovky bola 100 až 300 min'¹ (sic). Zvyčajne je táto rýchlosť medzi 150 a 250 min'¹.

Spôsobom podľa vynálezu sa jednostupňovo úspešne odstraňuje veľké množstvo rozpúšťadla z roztokov elastomémych polymérov, napriek tomu nedochádza k blokovaniu alebo upchatiu závitovky.

Je pochopiteľné, že vynález sa vzťahuje obzvlášť na spracovanie roztokov elastomémych polymérov, ale tiež môže byť aplikovaný na akýkoľvek typ polyméru, ktorý je vo forme roztoku v rozpúšťadle.

Prehľad obrázkov na výkrese

Spôsob podľa vynálezu je opísaný v súvislosti s pripojeným výkresom, znázorňujúcim vytlačovací stroj na odstraňovanie rozpúšťadla z roztoku polyméru, obsahujúceho aspoň 20 % polyméru.

Roztok polyméru sa vedie do plniacej násypky 10 vytlačovacieho stroja 12, obsahujúceho dvojitú nekonečnú závitovku 14.

Tlak vo vytlačovacom stroji a rýchlosť podávania sa reguluje regulačným ventilom 16.

Vytlačovací stroj obsahuje zadnú ventilačnú zónu 18, ktorou sa odstraňuje väčšia časť rozpúšťadla. Pasta polyméru je posúvaná dopredu prostredníctvom nekonečnej závitovky 14. Na odstránenie zvyšku rozpúšťadla je vo vytlačovacom stroji 12 usporiadaných niekoľko ventilačných zón 20. Medzi ventilačnými zónami môžu byť tiež umiestnené prostriedky 22 na zavádzanie kvapaliny, zvyčajne vody na uľahčenie odstránenia rozpúšťadla.

Pasta polyméru, zbavená týmto spôsobom rozpúšťadla, prechádza dýzou 24 a je rezaná na granule v granulátore 26.

Ďalej sú pre lepšiu ilustráciu uvedené príklady uskutočnenia, ktoré však neobmedzujú rozsah vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Po roztokovej polymerizácii butadiénu a styrénu sa získa cyklohexánový roztok, obsahujúci 38 % hviezdicového kopolyméru styrén-butadién, ktorý obsahuje 40 % styrénu.

Tento roztok sa pri teplote 170 ’C privádza rýchlosťou 75 kg/h do plniacej násypky dvojitej závitovky (typ WP ZSK-57). Tlak sa reguluje pomocou ventilu umiestneného v plniacom potrubí. Tento vytlačovací stroj má za zadnou časťou plniacej násypky umiestnenú jednu ventilačnú zónu a tri ventilačné zóny umiestnené pred touto násypkou. Dýza a granulátor sú usporiadané bezprostredne za nekonečnou závitovkou.

Používajú sa tieto prevádzkové podmienky: Vákuum vo ventilačných zónach:

zadná zóna 80 kPa

1. predná zóna 80 kPa

2. predná zóna 8 kPa

3. predná zóna 1 kPa rýchlosť otáčania: 230 min’¹

Pred poslednými dvoma ventilačnými zónami sa robí vstrekovanie vody v množstve 1 %, vzťahujúce sa na hmotnosť polyméru.

Rozpúšťadlo sa získava v množstve 92 % v zadnej zóne, 3 % v prvej a druhej prednej zóne (sic) a 2 % v konečnej zóne. Konečný obsah prchavých látok je 0,1 % hmotn.

Tlak pred gratuláciou je 1,5 MPa a teplota materiálu pred granuláciou je 195 “C.

Polymér je dokonale granulovaný bez nutnosti použitia rezania pod vodou.

Príklad 2

Po roztokovej polymerizácii butadiénu a styrénu sa získa cyklohexánový roztok, obsahujúci 38 % blokového kopolyméru styrén-butadién, ktorý obsahuje 75 % styrénu.

Tento roztok sa pri teplote 165 ’C privádza rýchlosťou 80 kg/h do plniacej násypky dvojzávitovkového vytlačovacieho stroja (typ WP ZSK-57). Tlak sa reguluje pomocou ventilu umiestneného v plniacom potrubí. Tento vytlačovací stroj má za zadnou časťou plniacej násypky umiestnenú jednu ventilačnú zónu a tri ventilačné zóny umiestnené pred touto násypkou. Dýza a granulátor sú usporiadané bezprostredne za nekonečnou závitovkou.

Používajú sa tieto prevádzkové podmienky: Vákuum vo ventilačných zónach:

zadná zóna 80 kPa

1. predná zóna 80 kPa

2. predná zóna 8 kPa

3. predná zóna 700 Pa rýchlosť otáčania: 270 min’¹

Pred poslednými dvoma ventilačnými zónami sa robi vstrekovanie vody v množstve 1 %, vzťahujúce sa na hmotnosť polyméru.

Rozpúšťadlo sa získava v množstve 89 % v zadnej zóne, 3 % a 6 % v prvej a druhej prednej zóne a 2 % v konečnej zóne. Konečný obsah prchavých látok je 0,1 % hmotn.

Tlak pred granuláciou je 1,5 MPa a teplota materiálu pred granuláciou je 192 C. Polymér je dokonale granulovaný bez nutnosti použitia rezania pod vodou.

Príklad 3

Po roztokovej polymerizácii izoprénu a styrénu sa získa cyklohexánový roztok, obsahujúci 38 % blokového kopolyméru styrén-izoprén, obsahujúceho 15 % styrénu.

Tento roztok sa pri teplote 160 ’C privádza rýchlosťou 50 kg/h do plniacej násypky dvojzávitovkového vytlačovacieho stroja (typ WP ZSK-57). Tlak sa reguluje pomocou ventilu umiestneného v plniacom potrubí. Tento vytlačovací stroj má za zadnou časťou plniacej násypky umiestnenú jednu ventilačnú zónu a tri ventilačné zóny umiestnené pred touto násypkou. Dýza a granulátor sú usporiadané bezprostredne za nekonečnou závitovkou.

Používajú sa tieto prevádzkové podmienky: Vákuum vo ventilačných zónach:

zadná zóna 80 kPa

1. predná zóna 60 kPa

2. predná zóna 6 kPa

3. predná zóna 900 Pa rýchlosť otáčania: 220 min'¹

Pred poslednými dvoma ventilačnými zónami sa robí vstrekovanie vody v množstve 1 % vody, vzťahujúce sa na hmotnosť polyméru.

Rozpúšťadlo sa získava v množstve 89 % v zadnej zóne, 4 % a 6 % v prvej a druhej prednej zóne (sic) a 1 % v konečnej zóne. Konečný obsah prchavých látok je 0,1 % hmotn.

Tlak pred granuláciou je 800 kPa a teplota materiálu pred granuláciou je 180 °C.

Polymér je dokonale granulovaný bez nutnosti použitia rezania pod vodou.

Claims (4)

1. Spôsob jednostupňového odstraňovania rozpúšťadla z roztoku elastomémeho polyméru, ktorý je vybraný z homopolymérov butadiénu a izoprénu a kopolymérov vinylaromátov a konjugovaných diénov, v ktorých je trakcia konjugovaného diénu hydrogénovaná, obzvlášť blokových kopolymérov styrén-butadién a styrén-izoprén, obsahujúceho aspoň 20 % tohto elastomémeho polyméru, vyznačujúci sa tým, že do plniacej násypky nekonečnej závitovky sa privádza roztok elastomémeho polyméru, zohriaty dopredu na teplotu 150 až 200 °C, pri vyššom tlaku ako je tlak varu rozpúšťadla, v plniacej zóne sa zníži tlak, v dôsledku čoho sa odstráni 80 až 95 % rozpúšťadla, pričom odplyňovaním roztoku proti prúdu pohybu polyméru je roztok elastomémeho polyméru posúvaný dopredu, potom sa znovu ohreje na teplotu 150 až 200 °C, zvyšok rozpúšťadla sa odstráni ďalším odplynením roztoku postupujúceho dopredu, pričom, ak je to vhodné, medzi rôznymi ventilačnými zónami sa vstrekuje množstvo vody medzi 0,5 a 2 % hmotnosti polyméru na urýchlenie odstránenia rozpúšťadla, potom sa pasta elastomémeho polyméru zba vená rozpúšťadla vedie do dýzy a reže sa.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že roztok polyméru, ktorý je zbavený 80 až 95 % rozpúšťadla, je podrobený opakovanému ohriatiu zohriatím valca závitovky na teplotu medzi 180 až 250 ’C a/alebo zavedením komponentov, ktoré navodzujúcich strihové sily, do závitovky.

3. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že absolútny tlak v závitovke sa s postupom roztoku polyméru postupne znižuje z atmosférického tlaku až na 500 Pa.

4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým.že závitovka sa otáča rýchlosťou medzi 100 až 300 min¹, výhodne medzi 150 až 250 min'¹.