WO2020169398A1 - Verfahren und vorrichtung zum filtern einer polymerschmelze - Google Patents

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WO2020169398A1
WO2020169398A1 PCT/EP2020/053384 EP2020053384W WO2020169398A1 WO 2020169398 A1 WO2020169398 A1 WO 2020169398A1 EP 2020053384 W EP2020053384 W EP 2020053384W WO 2020169398 A1 WO2020169398 A1 WO 2020169398A1
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filter
polymer melt
melt
filter element
chamber
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PCT/EP2020/053384
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Klaus Schäfer
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Oerlikon Textile Gmbh & Co. Kg
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    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/69—Filters or screens for the moulding material
    • B29C48/694—Cylindrical or conical filters
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    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/76—Venting, drying means; Degassing means
    • B29C48/765—Venting, drying means; Degassing means in the extruder apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for filtering a polymer melt according to the preamble of claim 1 and a device for filtering a polymer melt according to the preamble of claim 8.
  • a generic method and a generic device are known for example from DE 199 12 433 A1.
  • the polymer melt When processing thermoplastics, it is common practice that the polymer melt has to be freed of foreign bodies within an extrusion process, for example for the manufacture of strand-like products, and is therefore filtered.
  • the polymer melt In the known Ver drive and in the known device, the polymer melt is passed through a filter element.
  • the filter element is arranged in a housing and forms a pressure chamber on an outer inlet side and a filter chamber on an inner outlet side of the filter element.
  • the polymer melt is fed into the pressure chamber with an overpressure through a lower melt inlet and out of the filter chamber via an upper melt outlet.
  • the foreign particles can be filtered out of the polymer melt by the filter element.
  • this object is achieved by a method with the characteristics of claim 1 and by a device with the features of claim 8.
  • the invention is based on the knowledge that when a polymer melt is kept in the environment, volatile constituents evaporate automatically, and this evaporates continuously during the molten phase of the polymer melt.
  • the polymer melt is passed from the inner running side to the outer outlet side of the filter element, with an ambient pressure set within the filter chamber and the polymer melt is discharged from the filter chamber without pressure.
  • the filter element between the inner inlet side and the outer outlet side is designed to be pressure-stable, the filter chamber being connected to the environment through at least one atmosphere opening in the housing for setting an ambient pressure.
  • the pressure stability of the filter element enables high differential pressures between an operating pressure within the pressure chamber and the ambient pressure in the filter chamber to be realized.
  • the method variant is provided in which the polymer melt is guided inside the filter chamber on the outflow side of the filter element. So, depending on the shape of the filter element, relatively large melt surfaces can be realized within the filter chamber, which promote the evaporation of the volatile foreign matter. In addition, the melt surface of the polymer melt on the outlet side of the filter element is constantly renewed via the flow on the filter element.
  • the volatile gases and vapors emerging from the polymer melt are continuously discharged through an atmosphere opening in the filter chamber. This ensures separation of materials and the vapors released can be captured separately.
  • the method variant is preferably carried out in which a nitrogen is used to fog the polymer melt through the opening into the atmosphere Filter chamber is initiated. In this way, chemical reactions on the surface of the polymer melt can advantageously be avoided.
  • the filtered polymer melt is collected in a sump of the filter chamber formed below the filter element and leads to through the melt outlet.
  • a continuous melt flow can be realized that can be fed to an extrasion process.
  • the polymer melt can be routed naturally via the outlet side of the filter element to the sump below.
  • the polymer melt is introduced via a melt inlet into a pressure chamber delimited by the filter element with an overpressure in the range between 50 bar and 500 bar.
  • the polymer melt can thus be advantageously filtered in any known extrasion process.
  • the polymer melt is filtered with a filter fineness of the filter element in the range from 10 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • a filter fineness of the filter element in the range from 10 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • a relatively high filter fineness is required in order to avoid filament breakage.
  • the development of the device according to the invention is used before given, in which the filter element between the inlet side and the outlet side has the pressure stability of a differential pressure of 50 bar to 500 bar .
  • the development of the device according to the invention is used, in which the filter chamber is connected to a collecting container for gases and vapors via the atmosphere opening. This ensures that vapors and gases are captured and removed from the environment.
  • the further development of the device according to the invention is particularly advantageous in which a sump is formed below the filter element in a bottom area of the filter chamber and is connected to the melt outlet in the housing.
  • the polymer melt can initially be collected in the sump and then continuously removed.
  • the filter element has a filter fineness in the range from 10 ⁇ m to 1000 mth.
  • the filter fineness depends on the manufacturing process or the product to be manufactured.
  • the device according to the invention In order to avoid chemical reactions on the surface of the polymer melt within the filter chamber, the further development of the device according to the invention is provided, in which the atmosphere opening in the housing is connected to a nitrogen supply device. In this way, the influence of oxygen on the polymer melt can be avoided.
  • the surface of the polymer melt is shielded by a nitrogen curtain within the filter chamber.
  • the method according to the invention and the device according to the invention are suitable for all extrusion processes in which a polymer melt is processed. In particular, however, polymer melts can also be filtered from a recycling process.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a first exemplary embodiment of the device according to the invention for filtering a polymer melt
  • Fig. 2 schematically shows a cross-sectional view of a further embodiment example of the device according to the invention for filtering a polymer melt
  • Fig. 3 schematically shows a cross-sectional view of a further embodiment example of the device according to the invention for filtering a polymer melt
  • a first embodiment of the device according to the invention for filtering a polymer melt is shown schematically in a cross-sectional view.
  • the exemplary embodiment has a housing 1, which in this example is formed by a cylindrical housing container 1.1 and a housing cover 1.2.
  • a filter element 4 in the form of a filter candle is held on an underside of the housing cover 1.2.
  • the filter candle 5 is pressure-tight for this purpose via an adapter not shown here coupled to the housing cover 1.2 and protrudes into the interior of the housing container 1.1.
  • a pressure chamber 6 is formed which is connected to a melt inlet 7 formed in the housing cover 1.2.
  • a filter chamber 2 is formed by the housing container 1.1.
  • the filter chamber 2 extends concentrically to the filter candle 5 up to a container bottom in wel chem a sump 8 is formed.
  • the sump 8 in the lower region of the Fil terhunt 2 is ver connected to a melt outlet 9 in the housing container 1.1.
  • the filter chamber 2 is connected to the environment via an atmosphere opening 3.
  • the atmosphere opening 3 is formed on the housing cover 1.2 and penetrates the housing cover 1.2 up to the filter chamber 2 as shown.
  • the filter candle 5 has a closed wall inside the filter chamber 2 which is delimited on the inside by a filter material 5.1.
  • the filter material 5.1 forms an inlet side 19 of the filter element 4.
  • the filter material 5.1 is supported on an outer support wall 5.2.
  • the support wall 5.2 has a plurality of Ausittsöff openings 5.3 distributed over an exit surface.
  • the support wall 5.2 forms an outer outlet side 20 of the filter element 4.
  • a heating device 10 is net angeord.
  • the heating device 10 preferably has electrical heating means, which are not shown in detail here.
  • a pressure source 11 is connected to the melt inlet 7.
  • the pressure source 11 is a melt pump shown.
  • the melt pump 11 conveys a polymer melt via the melt inlet 7 into the pressure chamber 6.
  • FIG. 1 shows the
  • an operating pressure is set, for example in the range from 50 bar to 500 bar.
  • the operating pressure is identified in Fig. 1 by the reference number p ß ge.
  • the filter element 4 is therefore designed to be pressure-stable between the inlet side 19 and the outlet side 20.
  • the support wall 5.2 of the filter candle 5 thus acts as a pressure vessel in order to withstand the respectively set operating pressure in the pressure chamber 6.
  • melt jacket 21 on the circumference of the filter candle 5 on the outlet side 20.
  • the polymer melt in the melt jacket 21 flows along the filter candle 5 into the lower region of the filter chamber 2 and is collected there in the sump 8.
  • the filter chamber 2 is tempered by the heating device 10, so that the polymer melt evaporates into the melt jacket 21.
  • Volatile constituents such as gases in the form of monomers or oligomers emerge from the polymer melt in vapor form and are taken up in the filter chamber 2 and discharged into the environment via the atmosphere opening 3.
  • the polymer melt from the sump 8 is continuous via the melt outlet promoted out.
  • a discharge pump 12 is connected to the melt outlet 9.
  • the polymer melt in addition to the filtration range of the polymer melt, a direct evaporation of volatile constituents is subsequently made possible in an atmosphere rack.
  • the polymer melt is filtered with a filter fineness in the range from 40 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the flow properties of the polymer melt are ensured in particular by the heating device 10.
  • the polymer melt is preferred to one
  • the method according to the invention and the device according to the invention are basically suitable for all thermoplastic melts. Due to the continuous melt flow, the combined filtration and evaporation of the polymer melt is possible in short residence times.
  • a further exemplary embodiment of the device according to the invention for filtering a polymer melt is shown schematically in a cross-sectional view.
  • Thetientsangsbei game is essentially identical to the aforementionedParksangsbei game according to FIG. 1, so that only the differences are explained at this point and otherwise reference is made to the aforementioned description.
  • filter elements 4 are provided, which are held in a cantilever manner on a housing cover 1.2 and penetrate into a filter chamber 2 formed by a housing container 1.1.
  • the filter elements 4 are here also gebil det by filter candles 5, which are identical to the aforementioned embodiment sbeispiel in their structure of the filter wall.
  • the number of filter candles 5 is in play. In principle, a large number of filter candles in the range from 100 to 150 pieces can be used to filter a polymer melt.
  • the filter candles 5 form inside a pressure chamber 6 which is connected to the melt inlet 7 in the housing cover 1.2.
  • the filter candles 5 protrude with their outlet sides 20 into the filter chamber 2, the free ends of the filter candles 5 ending above a sump 8 formed in the housing container 1.1.
  • the sump 8 is coupled to a discharge pump 12 via the melt outlet 9.
  • the upper area of the filter chamber 2 is connected to the surroundings via an atmosphere opening 3.
  • the atmosphere opening 3 is formed in a wall of the housing container 1.1.
  • a nitrogen supply device 13 is also connected to the atmosphere opening 3. Via the nitrogen supply device 13, nitrogen can be fed into the filter chamber 2 in order to pass a nitrogen veil to the melt jackets produced on the outlet sides 20 of the filter candles 5. This makes it possible, in particular, to prevent chemical reactions caused by the action of the ambient air on the surface of the polymer melt.
  • a pressure source 11 is connected to the melt inlet 7.
  • an extruder is shown as the pressure source 11.
  • the extruded polymer melt can thus be introduced directly into the pressure chamber 6 of the filter candles 5 via the melt inlet 7.
  • the function of filtering and evaporating the polymer melt is identical to the aforementioned exemplary embodiment, so that only the differences are explained at this point.
  • a nitrogen atmosphere is created inside the filter chamber 2 via the nitrogen supply device 13, so that chemical reactions of the melt, in particular with the oxygen, are avoided. At the same time, however, vapors and gases produced can be led out of the filter chamber 2 via the Atmospheric opening 3.
  • An environmental rack pu is set in the filter chamber 2 here. In contrast, there is an operating pressure p ß in the pressure chamber 6.
  • the polymer melt flowing off from the filter candles 5 due to gravity is collected in the sump 8 at the bottom of the housing container 1.1.
  • the polymer melt is removed from the sump 8 by a discharge pump 12 via the melt outlet 9 and, for example, fed to an extrasion process.
  • the outlet sides 20 held ready by the filter elements 4 are always larger than an inlet side 19 used for filtering.
  • the polymer melt on the filter candles 5 is pressed inside out, with the outlet sides 20 at the beginning of the Filter candles 5 generate the melt surfaces for the evaporation of vapors and gases.
  • other filter elements are also suitable as filter candles in order to be able to carry out a combined filtration and vaporization.
  • 3 shows a further exemplary embodiment in which the filter elements are formed by filter disks.
  • a further embodiment of the device according to the invention is shown schematically in a cross-sectional view, the embodiment shown in Fig. 3 has a housing 1 in which a filter chamber 2 is formed.
  • the filter chamber 2 is connected to the surroundings and a collecting container 17 via an atmosphere opening 3.
  • a suction fan 18 is assigned to the collecting container 17.
  • a plurality of filter elements 4 is arranged on.
  • the filter elements 4 are formed by filter disks 14 which are held on the circumference of a mounting dome 15.
  • the receiving dome 15 forms a melt channel 15.1 in the interior, which is connected via a plurality of distribution openings 15.2 to a respective pressure chamber 6 of the filter disks 14.
  • the receiving dome 15 penetrates the housing 1 to the outside and forms a melt inlet 7 at one open end.
  • a sump 8 is formed below the vertically oriented Fil terusionn 14.
  • the sump 8 is funnel-shaped and connected to a lower melt outlet 9 in the housing 1.
  • the melt outlet 9 and the atmosphere opening 3 are opposite one another in the filter chamber.
  • the filter disks 15 are designed in such a way that they have a pressure stability between an inner inlet side 19 and an outer outlet side 20 in order, for example, to achieve an operating pressure within the pressure space 6 of max. To withstand 500 bar. In contrast, an ambient pressure pu is set in the filter chamber 2.
  • the melt inlet 7 can be connected directly to an extruder as a pressure source 11.
  • the polymer melt will lead via the melt channel 15.1 and the distribution openings 15.2 of the receiving dome 15 into the pressure spaces 6 of the filter disks 15.
  • the filter discs 15 have a filter material in order to filter the foreign particles from the polymer melt.
  • the filter material can have a filter fineness in the range from 40 mth to 1000 mth.
  • the polymer melt After the polymer melt has passed through the filter material on the filter disk 15, the polymer melt reaches the outer sides of the filter disks 15, with a melt jacket forming on each filter disk within the filter chamber.
  • the polymer melt can due to its gravity to the sump 8 in the bottom of the housing 1.
  • the polymer melt evaporates.
  • the escaping vapors and gases are discharged via the atmosphere opening 3 and taken up by the collecting container 17.
  • the suction fan 18 is connected to the collecting container 17 and discharges the vapors and gases. This keeps the area around the device free of vapors and gases.
  • the polymer melt collected in the sump 8 is then discharged via the discharge extruder 16.
  • the Wieneinrich device 10 for temperature control of the housing 1 was not shown in detail.
  • the number of filter disks shown is also exemplary. In principle, a larger number of filter disks can also be used to filter the polymer melt.
  • the regulations and the choice of filter elements are examples. It is essential here that the filter elements are designed to be pressure-resistant in such a way that a high operating pressure in the interior of the filter elements can be safely maintained in relation to the environment.
  • the polymer melt is to be guided within the filter chamber in such a way that free evaporation of the melt is possible.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Filtern einer Polymerschmelze, bei welchem die Polymerschmelze von einer Einlaufseite (19) eines Filterelementes (4) durch das Filterelement (4) gedrückt wird und bei welchem die Polymerschmelze auf einer Auslaufseite (20) des Filterelemente (4) in eine Filterkammer (2) eintritt. Um bei der Filtrierung ein freies Abdampfen der Polymerschmelze zu ermöglichen, wird die Polymerschmelze das Filterelement (4) von innen nach außen durchdringen, wobei innerhalb der Filterkammer (2) ein Umgebungsdruck eingestellt ist und wobei die Polymerschmelze drucklos aus der Filterkammer (2) geführt wird. Hierzu ist das Filterelement (4) zwischen der inneren Einlaufseite (19) und der äußeren Auslaufseite (20) druckstabil ausgebildet, wobei die Filterkammer (2) zur Einstellung eines Umgebungsdruckes durch zumindest eine Atmosphärenöffnung (3) in dem Gehäuse (1) mit der Umgebung verbunden ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Filtern einer Polymer schmelze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Filtern einer Polymerschmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Fil tern einer Polymerschmelze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung sind beispielsweise aus der DE 199 12 433 Al bekannt.
Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen ist es allgemein üblich, dass innerhalb eines Extrusionsprozesses beispielsweise zur Herstel lung von strangförmigen Produkten die Polymerschmelze von Fremdkör pern befreit werden muss und daher gefiltert wird. Bei dem bekannten Ver fahren und bei der bekannten Vorrichtung wird die Polymerschmelze durch ein Filterelement geführt. Das Filterelement ist hierzu in einem Gehäuse angeordnet und bildet an einer äußeren Einlaufseite eine Druckkammer und an einer inneren Auslaufseite des Filterelementes eine Filterkammer. Hier bei wird die Polymerschmelze mit einem Überdruck durch einen unteren Schmelze einlas s in den Druckraum hinein und über einen oberen Schmel zeauslass aus der Filterkammer herausgeführt. Dabei lassen sich die Fremdpartikel durch das Filterelement aus der Polymerschmelze herausfil- tem.
Bei dem bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung besteht jedoch der Nachteil, dass die innerhalb einer Polymerschmelze enthaltenen flüchtigen Fremdstoffe wie beispielsweise Monomere, Oligomere oder Lö sungsmittel als Rückstände des Herstellungsprozesses in der Polymer schmelze verbleiben. Derartige flüchtige Bestandteile werden bei der Kunststoffverarbeitung üblicherweise durch einen gesonderten Prozess- schritt einer sogenannten Entgasung ausgeführt. Hierzu wird die Schmelze- oberfläche der Polymerschmelze mit einem Vakuum in Kontakt gebracht, so dass sich die flüchtigen Bestandteile aus der Schmelze lösen können. Dieser Vorgang wird vorzugsweise unmittelbar beim Extrudieren der Po lymerschmelze durch Extruder ausgeführt, wie beispielsweise in der EP 1 400 337 Bl offenbart ist.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Filtern einer Polymerschmelze der gattungsgemäßen Art derart weiterzubil den, dass beim Filtrieren der Polymerschmelze ein Entweichen und Abfüh ren von flüchtigen Gasen und Dämpfen möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merk malen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer an der Umgebung gehaltenen Polymerschmelze selbsttätig ein Abdampfen von flüchtigen Be standteilen auftritt, die während der schmelzflüssigen Phase der Polymer schmelze kontinuierlich anhält. Um ein derartiges Abdampfen der Polymer schmelze zu ermöglichen, wird die Polymerschmelze von der inneren Ein laufseite zur äußeren Auslaufseite des Filterelementes geführt, wobei inner halb der Filterkammer ein Umgebungsdruck eingestellt ist und die Poly merschmelze drucklos aus der Filterkammer abgeführt wird. So lässt sich die Polymerschmelze innerhalb der Filterkammer in einen Zustand überfüh ren, in welcher ein freies Abdampfen von flüchtigen Bestandteile auftritt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist hierzu das Filterelement zwi schen der inneren Einlaufseite und der äußeren Auslaufseite druckstabil ausgebildet, wobei die Filterkammer zur Einstellung eines Umgebungsdru ckes durch zumindest eine Atmosphärenöffnung in dem Gehäuse mit der Umgebung verbunden ist. So lassen sich durch die Druckstabilität des Fil terelementes hohe Differenzdrücke zwischen einem Betriebsdruck inner halb der Druckkammer und dem Umgebungsdruck in der Filterkammer rea lisieren.
Um eine definierte Führung der drucklosen Polymerschmelze innerhalb der Filterkammer zu ermöglichen, ist die Verfahrensvariante vorgesehen, bei welcher die Polymerschmelze innerhalb der Filterkammer an der Aus laufseite des Filterelementes geführt wird. So können in Abhängigkeit von der Formgebung des Filterelementes relativ große Schmelzeoberflächen innerhalb der Filterkammer realisiert werden, die das Abdampfen der flüch tigen Fremdstoffe begünstigen. Zudem wird über dem Durchfluss an dem Filterelement die Schmelzeoberfläche der Polymerschmelze an der Aus laufseite des Filterelementes ständig erneuert.
Die aus der Polymerschmelze austretenden flüchtigen Gase und Dämpfe werden kontinuierlich durch eine Atmosphärenöffnung in der Filterkammer abgeführt. Somit ist eine Stofftrennung gewährleistet und die freiwerdenden Dämpfe können gesondert aufgefangen werden.
Um den Einfluss von Sauerstoff aus der Umgebung, der sich insbesondere nachteilig auf hydrolytischen Vorgängen auswirkt, zu verhindern, ist die Verfahrens Variante bevorzugt ausgeführt, bei welcher ein Stickstoff zum Beschleiem der Polymerschmelze durch die Atmosphärenöffnung in die Filterkammer eingeleitet wird. So können vorteilhaft chemische Reaktionen an der Oberfläche der Polymerschmelze vermieden werden.
Die gefilterte Polymerschmelze wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbil dung der Erfindung in eine unterhalb des Filterelementes ausgebildeten Sumpf der Filterkammer gesammelt und durch den Schmelzeauslass abge führt. So lässt sich ein kontinuierlicher Schmelzefluss realisieren, der einem Extrasionsprozess zuführbar ist. Die Polymerschmelze lässt sich über die Auslaufseite des Filterelementes auf natürlichem Weg zum darunter liegen den Sumpf führen.
Zur Filtrierung wird die Polymerschmelze über einen Schmelzeeinlass in eine durch das Filterelement begrenzte Druckkammer mit einem Überdruck im Bereich zwischen 50 bar bis 500 bar eingeleitet. Damit lässt sich die Po lymerschmelze in jedem bekannten Extrasionsprozess vorteilhaft filtern.
In Abhängigkeit von der Verunreinigung durch Fremdpartikel wird die Po lymerschmelze mit einer Filterfeinheit des Filterelementes im Bereich von 10 pm bis 1000 pm gefiltert. So ist beispielsweise bei der Herstellung von feinen Filamenten in einem Schmelzspinnprozess eine relativ hohe Filter feinheit erforderlich, um Filamentbrüche zu vermeiden.
Damit auch bei feinsten Filterelementen und hohen Betriebsdrücken eine ausreichende Filtrierung und Durchlässigkeit gewährleistet ist, wird bevor zugt die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt, bei welcher das Filterelement zwischen der Einlaufseite und der Auslaufseite die Drackstabilität von einem Differenzdrack in Höhe von 50 bar bis 500 bar aufweist. Um zu verhindern, dass die Dämpfe und Gase aus der Filterkammer direkt in die Umgebung gelangen, wird die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt, bei welcher die Filterkammer über die Atmosphären öffnung mit einem Sammelbehälter für Gase und Dämpfe verbunden ist. Damit ist ein Einfangen und Abführen der Dämpfe und Gase aus der Um gebung gewährleistet.
Zur Realisierung eines kontinuierlichen Schmelzeflusses trotz druckloser Filterkammer ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, bei welcher in einem Bodenbereich der Filterkammer ein Sumpf unterhalb des Filterelementes ausgebildet ist, der mit dem Schmelzeauslass in dem Gehäuse verbunden ist. So kann die Polymer schmelze unter natürlicher Fließbedingung zunächst in dem Sumpf gesam melt und anschließend kontinuierlich abgeführt werden.
In Abhängigkeit von dem gewünschten Reinheitsgrad der Polymerschmelze weist das Filterelement eine Filterfeinheit im Bereich von 10 pm bis 1000 mth auf. Die Filterfeinheit ist abhängig vom Herstellungsprozess bzw. von dem jeweils herzustellenden Produkt.
Um chemische Reaktionen an der Oberfläche der Polymerschmelze inner halb der Filterkammer zu vermeiden, ist die Weiterbildung der erfindungs gemäßen Vorrichtung vorgesehen, bei welcher die Atmosphärenöffnung in dem Gehäuse mit einer Stickstoffzuführeinrichtung verbunden ist. So kann der Einfluss eines Sauerstoffes auf die Polymerschmelze vermieden wer den. Die Oberfläche der Polymerschmelze wird innerhalb der Filterkam- mem von einem Stickstoffschleier abgeschirmt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind für alle Extrusionsprozesse geeignet, in welchem eine Polymerschmel ze verarbeitet wird. Insbesondere können hierbei jedoch auch Polymer schmelzen aus einem Recyclingprozess gefiltert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Filtern einer Polymerschmelze wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern einer Polymerschmelze unter Bezug zu den beige fügten Figuren näher beschrieben.
Es stellen dar:
Fig. 1 schematisch eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbei- spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern einer Poly merschmelze
Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungs beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern einer Po lymerschmelze
Fig. 3 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungs beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern einer Po lymerschmelze
In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor richtung zum Filtern einer Polymerschmelze schematisch in einer Quer- Schnittsansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 1 auf, das in diesem Beispiel durch einen zylindrischen Gehäusebehälter 1.1 und ein Gehäusedeckel 1.2 gebildet ist. An eine Unterseite des Gehäusede ckels 1.2 ist ein Filterelement 4 in Form einer Filterkerze gehalten. Die Fil terkerze 5 ist hierzu über einen hier nicht dargestellten Adapter druckdicht mit dem Gehäusedeckel 1.2 gekoppelt und ragt ins Innere des Gehäusebe hälters 1.1 hinein. Im Innern der Filterkerze 5 ist eine Druckkammer 6 aus gebildet, die mit einem im Gehäusedeckel 1.2 ausgebildeten Schmelzeein lass 7 verbunden ist. Außerhalb der Filterkerze 5 ist durch den Gehäusebe hälter 1.1 eine Filterkammer 2 gebildet. Die Filterkammer 2 erstreckt sich konzentrisch zu der Filterkerze 5 bis hin zu einem Behälterboden, in wel chem ein Sumpf 8 ausgebildet ist. Der Sumpf 8 im unteren Bereich der Fil terkammer 2 ist mit einem Schmelzeauslass 9 im Gehäusebehälter 1.1 ver bunden.
Im oberen Bereich ist die Filterkammer 2 über eine Atmosphärenöffnung 3 mit der Umgebung verbunden. Die Atmosphärenöffnung 3 ist hierzu an dem Gehäusedeckel 1.2 ausgebildet und durchdringt den Gehäusedeckel 1.2 bis zur Filterkammer 2 wie dargestellt.
Die Filterkerze 5 weist innerhalb der Filterkammer 2 eine geschlossene Wandung auf, die im Innern durch ein Filtermaterial 5.1 begrenzt ist. Das Filtermaterial 5.1 bildet dabei eine Einlaufseite 19 des Filterelementes 4. Das Filtermaterial 5.1 stützt sich an einer äußeren Stützwand 5.2 ab. Die Stützwand 5.2 weist über eine Austrittsfläche verteilt mehrere Austrittsöff nungen 5.3 auf. Die Stützwand 5.2 bildet dabei eine äußere Auslaufseite 20 des Filterelementes 4.
Am Umfang des Gehäusebehälters 1.1 ist eine Heizeinrichtung 10 angeord net. Die Heizeinrichtung 10 weist vorzugsweise elektrische Heizmittel auf, die hier nicht näher dargestellt sind.
Im Betrieb ist an dem Schmelzeeinlass 7 eine Druckquelle 11 angeschlos sen. In diesem Ausführungsbeispiel ist als Druckquelle 11 eine Schmelze- pumpe gezeigt. Die Schmelzepumpe 11 fördert eine Polym erschmelze über den Schmelzeeinlass 7 in den Druckraum 6. Hierzu ist in Fig. 1 der
Schmelzefluss des Polymers schematisch angeordnete. In dem Druckraum 6 ist ein Betriebsdruck beispielsweise im Bereich von 50 bar bis 500 bar ein gestellt. Der Betriebsdruck ist in der Fig. 1 durch das Bezugszeichen pß ge kennzeichnet.
Das Filterelement 4 ist zwischen der Einlaufseite 19 und der Auslaufseite 20 daher druckstabil ausgeführt. Die Stützwand 5.2 der Filterkerze 5 wirkt somit als ein Druckbehälter, um dem jeweils eingestellten Betriebsdruck im Druckraum 6 standzuhalten.
Unter Wirkung des Überdruckes wird die Polymerschmelze durch das Fil termaterial 5.1 gedrückt und gelangt durch die Austrittsöffnungen 5.3 auf die Auslaufseite 20 der Filterkerze 5. Innerhalb der Filterkammer 2 ist eine Umgebungsdruck eingestellt, der mit dem Bezugszeichen pu in Fig. 1 ge kennzeichnet ist. Somit bildet sich innerhalb der Filterkammer 2 ein
Schmelzemantel 21 am Umfang der Filterkerze 5 auf der Auslaufseite 20. Die Polymerschmelze in dem Schmelzemantel 21 fließt entlang der Filter kerze 5 in den unteren Bereich der Filterkammer 2 und wird dort in dem Sumpf 8 gesammelt. Hierbei ist die Filterkammer 2 durch die Heizeinrich tung 10 temperiert, so dass ein Abdampfen der Polymerschmelze in den Schmelzemantel 21 stattfindet. Flüchtige Bestandteile wie beispielsweise Gase in Form von Monomeren oder Oligomeren treten dampfförmig aus der Polymerschmelze aus und werden in der Filterkammer 2 aufgenommen und über die Atmosphärenöffnung 3 in die Umgebung abgeführt.
Um einen kontinuierlichen Schmelzefluss zu realisieren, wird über den Schmelzeauslass die Polymerschmelze aus dem Sumpf 8 kontinuierlich herausgefördert. Hierzu ist dem Schmelzeauslass 9 eine Austragspumpe 12 angeschlossen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird neben der Filtrie- rang der Polymerschmelze anschließend eine direkte Abdampfung von flüchtigen Bestandteilen bei einem Atmosphärendrack ermöglicht. Die Filt rierung der Polymerschmelze erfolgt je nach Polymer und Prozess mit einer Filterfeinheit im Bereich von 40 pm bis 1000 gm. Die Fließeigenschaften der Polymerschmelze werden dabei insbesondere durch die Heizeinrichtung 10 sichergestellt. Hierbei wird die Polymerschmelze bevorzugt auf eine
Schmelzetemperatur auf oberhalb 200°C gehalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind grundsätzlich für alle thermoplastischen Schmelzen geeignet. Durch den kontinuierlichen Schmelzefluss ist die kombinierte Filtrierung und Ab dampfung der Polymerschmelze in kurzen Verweilzeiten möglich.
Um einen höheren Schmelzedurchsatz, wie beispielsweise von Extrudern erzeugbar ist, zu ermöglichen, ist in Fig. 2 ein weiteres Ausführangsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern einer Polymerschmelze schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Das Ausführangsbei spiel ist im Wesentlichen identisch zu dem vorgenannten Ausführangsbei spiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genom- men wird.
Bei dem Ausführangsbeispiel nach Fig. 2 sind mehrere Filterelemente 4 vorgesehen, die auskragend an einem Gehäusedeckel 1.2 gehalten sind und in eine durch einen Gehäusebehälter 1.1 gebildete Filterkammer 2 hineinra- gen. Die Filterelemente 4 sind hierbei ebenfalls durch Filterkerzen 5 gebil det, die in ihrem Aufbau der Filterwandung identisch zu dem vorgenannten Ausführung sbeispiel ausgeführt sind. Die Anzahl der Filterkerzen 5 ist bei spielhaft. Grundsätzlich kann eine hohe Anzahl von Filterkerzen im Bereich von 100 bis 150 Stück genutzt werden, um eine Polymerschmelze zu filtrie ren. Die Filterkerzen 5 bilden im Innern einen Druckraum 6, der mit dem Schmelzeeinlass 7 im Gehäusedeckel 1.2 verbunden ist. Die Filterkerzen 5 ragen mit ihren Auslaufseiten 20 in die Filterkammer 2 hinein, wobei die freien Enden der Filterkerzen 5 oberhalb eines im Gehäusebehälter 1.1 aus gebildeten Sumpf 8 enden. Der Sumpf 8 ist über den Schmelzeauslass 9 mit einer Austragspumpe 12 gekoppelt.
Die Filterkammer 2 ist im oberen Bereich über eine Atmosphärenöffnung 3 mit einer Umgebung verbunden. Die Atmosphärenöffnung 3 ist hierzu in einer Wandung des Gehäusebehälters 1.1 ausgebildet.
An der Atmosphärenöffnung 3 ist zusätzlich eine Stickstoffzuführeinrich- tung 13 angeschlossen. Über die Stickstoffzuführeinrichtung 13 lässt sich ein Stickstoff in die Filterkammer 2 hineinleiten, um die an den Auslaufsei ten 20 der Filterkerzen 5 erzeugten Schmelzemäntel eine Stickstoffbe- schleierang durchzuführen. Dadurch lassen sich insbesondere chemische Reaktionen durch Wirkung der Umgebungsluft an der Oberfläche der Po lymerschmelze verhindern.
Im Betrieb ist eine Drackquelle 11 an dem Schmelzeeinlass 7 angeschlos sen. Als Drackquelle 11 ist in diesem Ausführangsbeispiel ein Extruder dargestellt. Die extrudierte Polymerschmelze lässt sich so unmittelbar über den Schmelzeeinlass 7 in die Druckkammer 6 der Filterkerzen 5 einleiten. Die Funktion zur Filtrierung und Abdampfung der Polymerschmelze ist identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stel le nur die Unterschiede erläutert werden.
Innerhalb der Filterkammer 2 ist über die Stickstoffzuführeinrichtung 13 eine Stickstoffatmosphäre realisiert, so dass chemische Reaktionen der Schmelze insbesondere mit dem Sauerstoff vermieden werden. Parallel las sen sich jedoch entstehende Dämpfe und Gase über die Atmosphärenöff nung 3 aus der Filterkammer 2 herausführen. In der Filterkammer 2 ist hier zu ein Umgebungsdrack pu eingestellt. Demgegenüber herrscht in dem Drackraum 6 ein Betriebsdruck pß.
Die von den Filterkerzen 5 aufgrund der Schwerkraft abfließende Polymer schmelze wird in dem Sumpf 8 am Boden des Gehäusebehälters 1.1 ge sammelt. Aus dem Sumpf 8 wird die Polymerschmelze durch eine Aus tragspumpe 12 über den Schmelzeauslass 9 abgenommen und beispielswei se einem Extrasionsprozess zugeführt.
Bei der Ausbildung der Filterelemente 4 sind die durch die Filterelemente 4 bereitgehaltenen Auslaufseiten 20 stets größer ausgeführt, als eine zur Filt rierung genutzte Einlaufseite 19. So wird die Polymerschmelze an den Fil terkerzen 5 innen nach außen gedrückt, wobei die Auslaufseiten 20 am Um fang der Filterkerzen 5 die Schmelzeoberflächen zum Abdampfen von Dämpfen und Gasen erzeugen. Grundsätzlich sind auch andere Filterele mente als Filterkerzen geeignet, um eine kombinierte Filtrierung und Ab dampfung ausführen zu können. In Fig. 3 ist hierzu ein weiteres Ausfüh- rangsbeispiel gezeigt, bei welchem die Filterelemente durch Filterscheiben gebildet sind. In Fig. 3 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Vorrichtung in einer Querschnittsansicht dargestellt, das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem eine Filterkammer 2 ausgebildet ist. Die Filterkammer 2 ist über eine Atmosphä- renöffnung 3 mit der Umgebung und einem Auffangbehälter 17 verbunden. Dem Auffangbehälter 17 ist ein Absauggebläse 18 zugeordnet.
Innerhalb der Filterkammer 2 ist eine Mehrzahl von Filterelementen 4 an geordnet. Die Filterelemente 4 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch Filterscheiben 14 gebildet, die am Umfang eines Aufnahmedomes 15 gehalten sind. Der Aufnahmedom 15 bildet im Innern einen Schmelzekanal 15.1, der über mehrere Verteilöffnungen 15.2 mit jeweils einem Dmckraum 6 der Filterscheiben 14 verbunden ist. Der Aufnahmedom 15 durchdringt das Gehäuse 1 nach außen hin und bildet an einem offenen Ende einen Schmelzeeinlass 7.
Innerhalb der Filterkammer 2 ist unterhalb der vertikal ausgerichteten Fil terscheiben 14 ein Sumpf 8 ausgebildet. Der Sumpf 8 ist trichterförmig ausgeführt und mit einem unteren Schmelzeauslass 9 im Gehäuse 1 verbun- den. Der Schmelzeauslass 9 und die Atmosphärenöffnung 3 liegen sich in diesem Ausfühmngsbeispiel in der Filterkammer gegenüber.
Die Filterscheiben 15 sind hierbei derart ausgeführt, dass sie zwischen einer inneren Einlaufseite 19 und einer äußeren Auslaufseite 20 eine Dmckstabi- lität aufweisen, um beispielsweise einem Betriebsdruck innerhalb des Dmckraumes 6 von max. 500 bar standzuhalten. Demgegenüber ist in der Filterkammer 2 ein Umgebungsdmck pu eingestellt. Im Betrieb lässt sich der Schmelzeeinlass 7 direkt mit einem Extruder als Drackquelle 11 verbinden. Insoweit wird die Polymerschmelze über den Schmelzekanal 15.1 und die Verteilöffnungen 15.2 des Aufnahmedoms 15 in die Dmckräume 6 der Filterscheiben 15 führen. Die Filterscheiben 15 weisen ein Filtermaterial auf, um die Fremdpartikel aus der Polymer schmelze zu filtrieren. Hierbei kann das Filtermaterial eine Filterfeinheit im Bereich von 40 mth bis 1000 mth aufweisen. Nach Durchtritt der Polymer schmelze durch das Filtermaterial an der Filterscheibe 15 gelangt die Poly merschmelze an die Außenseiten der Filterscheibenl5, wobei sich innerhalb der Filterkammer an jeder Filterscheiben ein Schmelzemantel ausbildet. Die Polymerschmelze kann aufgrund ihrer Schwerkraft zu dem Sumpf 8 im Bo den des Gehäuses 1. In dieser Zeit findet ein Abdampfen der Polymer schmelze statt. Die dabei austretenden Dämpfe und Gase werden über die Atmosphärenöffnung 3 abgeführt und von dem Auffangbehälter 17 aufge nommen. An dem Auffangbehälter 17 ist das Absauggebläse 18 ange schlossen und führt die Dämpfe und Gase ab. Dadurch bleibt die Umge bung der Vorrichtung frei von Dämpfen und Gasen.
Die in den Sumpf 8 gesammelte Polymerschmelze wird anschließend über den Austragsextruder 16 abgeführt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Heizeinrich tung 10 zur Temperierung des Gehäuses 1 nicht näher dargestellt. Ebenso ist die dargestellte Anzahl der Filterscheiben beispielhaft. Grundsätzlich kann auch eine höhere Anzahl von Filterscheiben zur Filtrierung der Poly merschmelze genutzt werden.
Bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern der Polymerschmelze sind die An- ordnungen und die Wahl der Filterelemente beispielhaft. Wesentlich hierbei ist, dass die Filterelemente derart drackstabil ausgebildet sind, dass ein ho her Betriebsdruck im Innern der Filterelemente gegenüber der Umgebung sicher gehalten werden kann. Zudem ist die Führung der Polymerschmelze innerhalb der Filterkammer derart vorzunehmen, dass ein freies Abdampfen der Schmelze möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Filtern einer Polymerschmelze, bei welchem die Po lymerschmelze von einer Einlaufseite eines Filterelement unter Wir- kung eines Überdruckes durch das Filterelement gedrückt wird und bei welchem die Polymerschmelze auf einer Auslaufseite des Fil terelementes in eine Filterkammer eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze das Filterelement von innen nach außen durchdringt, dass innerhalb der Filterkammer ein Umgebungsdruck eingestellt ist und dass die Polymerschmelze dracklos aus der Filter kammer abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poly merschmelze innerhalb der Filterkammer an der außenliegenden Aus- laufseite des Filterelementes geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass flüchtige Gase der Polymerschmelze durch eine Atmosphärenöffnung in der Filterkammer abgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stickstoff zum Beschleiem der Polymerschmelze durch die Atmosphärenöffnung in die Filterkammer eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Anspmch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze in einem unterhalb des Filterelementes ausgebildeten Sumpf der Filterkammer gesammelt und durch einen Schmelzauslass aus der Filterkammer abgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze über einen Schmelzeinlass in eine durch das Filterelement begrenzten Druckkammer mit einem Überdruck im Bereich zwischen 50 bar bis 500 bar eingeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze mit einer Filterfeinheit des Filterelementes im Bereich von 10 pm bis 1000 gm gefiltert wird.
8. Vorrichtung zum Filtern einer Polymerschmelze, mit einem in einem
Gehäuse (1) angeordneten Filterelement (4), durch welches innerhalb des Gehäuses (1) eine Druckkammer (6) auf einer Einlaufseite (19) des Filterelementes (4) und eine Filterkammer (2) auf einer Auslass seite (20) des Filterelementes (4) getrennt ausgebildet sind, wobei die Polymerschmelze über einen Schmelzeinlass (7) in dem Gehäuse (1) der Druckkammer (6) zuführbar und durch einen Schmelzauslass (9) in dem Gehäuse (1) aus der Filterkammer (2) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (4) zwischen der inneren Ein laufseite (19) und der äußeren Auslaufseite (20) druckstabil ausgebil- det ist und dass die Filterkammer (2) zur Einstellung eines Umge bungsdruckes durch zumindest eine Atmosphärenöffnung (2) in dem Gehäuse (1) mit der Umgebung verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fil terelement (4) zwischen einer Einlaufseite (19) und einer Auslaufseite (20) die Druckstabilität von einem Differenzdruck in Höhe von 50 bar bis 500 bar aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (4) mindestens eine Filterkerze (5) oder eine Filter scheibe (14) umfasst, die mit der äußeren Auslaufseite (20) in die Fil terkammer (2) hineinragt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkammer (2) über die Atmosphärenöffnung (3) mit einem Sammelbehälter (17) für Dämpfe und Gase verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass in einem Bodenbereich der Filterkammer (2) ein Sumpf (8) unterhalb des Filterelementes (4) ausgebildet ist, der mit dem Schmelzauslass (9) in dem Gehäuse (1) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Filterelement (4) eine Filterfeinheit im Bereich von 10 pm bis 1000 pm aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Atmosphärenöffnung (3) in dem Gehäuse (1) mit einer Stickstoffzuführeinrichtung (13) verbunden ist.
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